Повышение надежности считывания информации с ППИ

Одной из наиболее важных характеристик устройств отобра­жения информации является надежность считывания информа­ции, т. е. обеспечение возможности быстрого и безошибочного считывания оператором предъявленной информации.

Индикаторы, используемые в настоящее время для отображе­ния информации в различных по назначению информационных комплексах, могут быть по принципу действия разделены на два класса: пассивные и активные индикаторы. Пассивные индика­торы для индикации используют модулирование падающей на них световой энергии от внешнего источника света. Активные инди­каторы излучают световую энергию в пространство.

Излучение, которое может непосредственно восприниматься визуально, находится в диапазоне частот 380 — 780 нм. Прием­ники энергии излучения, в том числе и человеческий глаз, по-разному реагируют на излучение с различными длинами волн. Совместное воздействие излучений видимого спектра восприни­мается глазом как белый свет, воздействие на сетчатку глаза излучения какой-нибудь одной частоты — как цветное.

Надежность считывания информации с активных и пассив­ных индикаторов при одних и тех же условиях различна.

Пассивные индикаторы (жидкокристаллические, электро-хромные и др.) при высоких уровнях внешней освещенности имеют максимальный контраст, при снижении уровня освещен­ности контраст падает. При низких уровнях внешней освещенно­сти для считывания информации необходимо обеспечивать внеш­ний заливающий или встроенный подсвет.

Активные индикаторы при низких и умеренных уровнях Biit-;u ней освещенности имеют максимальный контраст, при повыше­нии уровня освещенности контраст падает. При этом падает и надежность считывания информации.

Основными внешними воздействующими факторами, влияю­щими на надежность считывания информации с активных инди­каторов, является вид, уровень и цветность внешней освещен­ности.

Виды внешней освещенности. В зависимости от физического принципа, на котором основано излучение световой энергии, т. е. от типа источника излучения, внешняя освещенность может быть подразделена на три вида: искусственная, комбинированная и естественная. Вид освещения так или иначе сказывается на его интенсивности, частотной характеристике, а следовательно, и на способах и приемах повышения надежности считывания информации с индикаторов устройства отображения инфор­мации.

Уровни освещенности. В той или иной мере освещенность каждого вида может быть обеспечена в широком диапазоне уровней — от 10 до 100000 — 150000 лк. Ниже представлена классификация по уровням освещенности для устройств отобра­жения информации (лк):

Отсутствие внешней освещенности....................................... 0—5

Незначительный уровень освещенности............................... 5 — 50

Низкий уровень освещенности............................................... 51 — 500

Средний уровень освещенности............................................. -501 — 1000

Естественный уровень освещенности................................... 1001 — Ш 000

Повышенный уровень освещенности.................................... 10001 — 30000

Высокий уровень освещенности........................................... 30001 — 80000

Сверхвысокий уровень освещенности.................................. 80001 — 150000

Из этого разнообразия можно выделить диапазон освещенно­сти. В частности, если индикаторный блок находится в коридоре или в складском помещении, необходимо проектировать устрой­ство индикации из расчета освещенности 250 — 800 лк, при этом такая освещенность классифицируется как средняя. Для работы за пультами управления и приборами в помещениях лабораторий и машинных залах необходимо проектировать устройства из расчета, что освещенность в помещениях будет равна 800 — 2000 лк, такая освещенность будет классифицироваться как естественная. Для обеспечения точной машинной или ручной обработки материалов в помещениях обеспечивается внешняя освещенность свыше 10000 лк, с учетом таком освещенности не­обходимо проектировать индикаторные приборы. Такая освещен­ность классифицируется как повышенная.

Рис. 5.1. Характеристическая кривая чувствительности глаза стандартного фотометрического наблюдателя МКО, где:

1 — фиолетовый цвет; 2 — синий; 3 — зеленовато-синий; 4 — зеленый; 5 — желтовато-зеленый; 6 — желто-зеленый; 7 — зеленовато-желтый; 8 — желтый;.9 — желтовато-оранжевый; 10 — оранжевый; 11 -- красновато-оранжевый; 12 — красный

Рис. 5.2. Определение доминирующей длины волны и чистоты цвета по цвето­вому графику МКО

Существует еще одна специфическая область применения по­лупроводниковой индикаторной техники — индикация парамет­ров в кабинах самолетов и вертолетов, где максимальная освещенность достигает 30 000 — 50 000 лк и такой уровень клас­сифицируется как сверхвысокий уровень внешней освещенности.

Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 г. был утвержден ряд определений и понятий, в том числе понятия длина волны в максимуме спектра излучения, доминирующей длины волны, чистоты (насыщенности) цвета, характеристики кривой цветовой чувствительности человеческого глаза.

Рис. 5.3. Характеристики спектров излучения стандартных цветов све-тоизлучающих диодов: 1 — кривая зависимости от зеленого (Хр = 565 нм); 2 — для желтого (А._р = = 583 нм); 3 — для высокоэффектив­ного красного (л_p = 635 нм); 4 - для красного (л_р=655 нм)

Диаграмма, представленная на рис. 5.1, показывает диапа­зоны чистых цветов и их «видности», т. е. чувствительность глаза к свету с различной длиной волны. Диаграмма чувствительно­сти, или, как ее еще называют, кривая чувствительности стан­дартного наблюдателя, установлена МКО в качестве промышленного стандарта для нахождения соотношения между полной энергией излучения и частью этой энергии, способной производить световое ощущение. Кривая построена на логарифмической шкала. Максимум кривой видимости приходится на 555 нм, что соответствует по принятой терминологии желто-зеленому участку спектра. При максимальной длине волны, т. е. в точке макси­мальной чувствительности глаза, световой выход составляет 680 лм/Вт.

Длина волны в максимуме спектра излучения — длина волны А,р, соответствующая максимуму энергетической интенсивности излучаемого света. Как будет показано ниже, К_р необходима для выбора светофильтров при повышении цветового и яркост-ного контрастов индицированной информации.

Доминирующая длина волны Я_д характеризует цвет излучения светодиодного индикатора. Длина волны света цветового спектра при аддитивном смешивании с источником света «осветитель С» воспринимается как цвет свечения индикатора (осветитель С по терминологии МКО — источник света с температурой 6500 К, излучение которого соответствует дневному свету облачного неба).

Графическое определение Х_д может быть выполнено следую­щим образом. На диаграмме цветности МКО (рис. 5.2) нано­сятся координаты цветности (X, Y), проводится прямая от точки «Осветитель С» через точку координаты цветности до пересече­ния с контуром диаграммы цветового графика МКО. Эта точка пересечения и будет соответствовать доминирующей длине вол­ны А,_д. Отношение расстояния от точки «Осветитель С» до точки координат цветности к расстоянию от точки «Осветитель С» до контура диаграммы цветового графика МКО будет соответ­ствовать чистоте (насыщенности) цвета. Координаты цветности (X, Y) для светоизлучающих диодов располагаются близко к контуру диаграммы цветности, поэтому отношения величин, определяющих насыщенность цвета, близки к единице, т. е. чи­стота цвета светоизлучающих диодов близка к насыщенности монохроматического источника света.

В соответствии с диаграммой цветности МКО красный цвет индикаторов типа ЗЛС324 на арсенид-фосфиде галия (Х_р = = 655 нм) является красным, индикаторов ИПЦ01А на арсенид-алюминии мышьяка (л_р = 635 нм) — красновато-оранжевым, зе­леных индикаторов типа ЗЛС388 (л_р = 565 нм) — желто-зеленым, желтых индикаторов типа ЗЛС342 (л_р = 583 нм) — желтовато-оранжевым (рис. 5.3).

На практике чистота цвета нарушается за счет отражения индикатором падающего внешнего света.

Эти данные чрезвычайно важны при определении и при вы­боре оптимальных контрастных светофильтров.

Одной из основных характеристик цифровых индикаторов является цвет свечения, определяемый спектром излучения кри­сталлов. Соотношение интенсивности красной и зеленой со­ставляющих зависит от уровня инжекции, поэтому при увеличе­нии прямого тока данные индикаторы в определенных пределах могут изменять цвет свечения. Кроме того, положение макси­мума излучения зависит также от температуры окружающей среды и электрических режимов эксплуатации, что связано с разогревом р-n перехода. Температурный коэффициент поло­жения максимума излучения dK-_MaKC/dT=0,3 нм/град для крас­ного цвета. Длина волны излучателей желтого цвета зависит от температуры значительно слабее — типичные положительные отклонения близки к 0,1 нм/град.