Круговые поляризационные светофильтры

Круговые поляризационные светофильтры представляют со­бой двухслойные фильтры. Верхний слой — фильтр линейной поляризации, второй слой — четвертьволновая по толщине пла­стина. Ее оптическая ось располагается параллельно плоской поверхности поляризатора и ориентируется под углом 45° к направлению линейной поляризации.

Свет внешнего источника излучения линейно поляризуется, его компоненты получают ориентацию вдоль осей X и Y по от­ношению к четвертьволновому слою. При прохождении через четвертьволновый слой фильтра компоненты выходят с разностью фаз 90° (п/2) по отношению друг к другу циркулярно поляризо­ванными (т. е. свет является светом с круговой поляризацией). При отражении от зеркальной поверхности индикатора направление поляризации меняется на противоположное. Когда по­ляризованный таким образом свет проходит обратно через чет­вертьволновую пластину, фазовый сдвиг между компонентами X и Y устанавливается, но так как они становятся линейно-по­ляризованными под углом 90° по отношению к линейному поля­ризатору, этот отраженный свет поглощается светофильтром. Круговой поляризатор снижает яркость отраженного света на 95%. Несмотря на то что свет, излучаемый светодиодным инди­катором, также ослабляется (на 0,6 — 0,65) на максимальной волне, круговые поляризационные фильтры обеспечивают зна­чительное повышение контраста изображения.

5.3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СВЕТОФИЛЬТРОВ

На рис. 5.3 приведены характеристики спектра для свето-излучающих диодов различных цветов свечения. Волновые све­тофильтры для них подбираются с учетом чистоты излучения светодиодов и с учетом яркости внешней освещенности. Для использования индикаторов в условиях низких уровней освещен­ности предпочтительней использовать светофильтры с высоким коэффициентом пропускания. Для индикаторов, использование которых предполагается в условиях умеренных и сильных засве­ток от внешних источников освещения, предпочтительнее ис­пользование светофильтров с низкими коэффициентами про­пускания.

Применение светофильтров с индикаторами красного цвета свечения(Я_р = 655 нм). При использовании индикаторов в усло­виях низких и умеренных уровней освещенности фильтрация мо­жет осуществляться при помощи длинноволновых светофильтров. Такие светофильтры должны иметь достаточно крутую границу пропускания в диапазоне длин волн от 600 — 610 до 630 — 640 нм с высоким коэффициентом поглощения для коротковолновых излучений синего, зеленого и желтого цветов свечения. К длинно­волновым излучениям, большим длины волны красного цвета, глаз невосприимчив.

На рис. 5.7 представлены типичные кривые пропускания для длинноволновых светофильтров, которые рекомендуются к приме­нению с красными индикаторами при низком уровне внешней освещенности [кривая 1 с высоким (0,6 — 0,75) коэффициентом пропускания] и при умеренном уровне освещенности [кривая 2 с низким (0,3 — 0,5) коэффициентом пропускания].

Рис. 5.7. Рекомендуемые кривые пропускания длинноволновых светофильтров для применения с индикаторами красного цвета свечения в условиях низкого (кривая 1) и умеренного (кривая 2) уровней внешней освещенности

При использовании индикаторов красного цвета свечения в условиях слабого, умеренного и яркого уровней освещенности могут быть использованы также нейтральные светофильтры с вы­сокими (0,23 — 0,3) коэффициентами пропускания для слабого и умеренного освещения и низкими (0,15 — 0,23) коэффициентами для высокого уровня освещенности. При использовании светофильтров повышение надежности считывания информации про­исходит за счет повышения цветового контраста между, светя­щимся элементом и фоном.

Рис. 5.8. Рекомендуемые кривые про­пускания нейтральных светофильтров при использовании с индикаторами различного цвета свечения в условиях низкого и умеренного (кривая 1) и высокого уровней (кривая 2) внешней освещенности

На рис. 5.8 приведены кривые пропускания нейтральных светофильтров для использования с индикаторами красного цвета свечения в условиях низкого и умеренного (кривая 1) и высокого (кривая 2) уровней освещённости.

С целью повышения надежности считывания специалисты фирмы Hewlett Packard рекомендуют [22] использовать темно-пурпурные светофильтры.

При использовании темно-пурпурных светофильтров повы­шение надежности считывания достигается также за счет повы­шения цветового контраста между цветом излучения светодиода и фоном.

Пурпурные светофильтры имеют полосу пропускания в обла­сти частот синего и красного цветов излучений при нулевом про­пускании в области зеленого, желтого и оранжевого излучений. Уровень цветового контраста между синим цветом фона и крас­ным цветом излучения светодиода очень высок, что обеспечивает высокую надежность считывания информации при высоких уров­нях внешней освещенности.

Существенное повышение надежности считывания дает при­менение комбинированных светофильтров. Для использования красных индикаторов рационально при высоких уровнях внешних освещенностей использовать красный светофильтр (например, типа КСИ) за нейтральным (например, НС7, НС8) или пурпур­ный за нейтральным фильтром. Недостатком использования комбинированных светофильтров является снижение яркости све­чения индикаторов, большие потери на отражениях от четырех поверхностей раздела сред (по две на каждый светофильтр). Избежать этого позволяет склеивание пластин светофильтров эпоксидными смолами, оптическими клеями с показателями пре­ломления, близкими к показателям преломления материала светофильтров. Повышение яркостного контраста наряду с уве­личением яркости при склеивании светофильтров позволяет обе­спечить высокую надежность считывания информации при вы­соких уровнях внешних освещенностей.

Рис. 5.9. Рекомендуемые кривые пропускания длинноволновых светофильтров для примене­ния с индикаторами красного цвета свечения с повышенной светоотдачей полупроводнико­вого материала для низких (1) и умеренных (2) уровней внешней освещенности

Применение светофильтров с индикаторами красного цвета с повышенной светоотдачей(оранжевато-красного цвета свечения по шкале цветности МКО) с А,_р = 635 нм. При использовании указанных индикаторов в условиях низкого и умеренного уров­ней освещенности повышения яркостного контраста можно до­биться применением длинноволновых светофильтров. Граница пропускания должна быть смещена к частотам 580 — 600 нм с вы­соким коэффициентом поглощения в диапазоне волн синего, жел­того и зеленого цветов свечения. При выборе светофильтра необходимо обратить внимание на полосу пропускания красного светофильтра, так как при использовании светофильтра с боль-шим градиентом полосы пропускания в области л_р = 635 нм из-за разброса характеристик светодиодов может проявиться различие в яркости свечения расположенных рядом индикаторов (на инди­каторы с разбросом по длине волны излучения коэффициент пропускания будет действовать по-разному). При использовании индикаторов красного цвета свечения с А,_р = 635 нм в условиях высоких уровней внешних освещенностей рационально исполь­зовать нейтральные светофильтры с низкими коэффициентами пропускания. Повышение надежности считывания достигается при применении нейтральных фильтров за счет повышения цве­тового контраста.

На рис. 5.9 представлены типичные кривые пропускания для светофильтров, рекомендуемых к применению с индикаторами красного цвета свечения с повышенной светоотдачей, при низком (кривая 1) и умеренном (кривая 2) уровнях внешних освещен­ностей, при этом коэффициенты пропускания для умеренных уровней внешней освещенности будут 0,35 — 0,5, для низких уров­ней — 0,6 — 0,7.

В условиях высоких уровней внешней освещенности рекомен­дуется применение нейтральных светофильтров с коэффициен­тами пропускания 0,18 — 0,25. Нейтральные светофильтры по­вышают надежность считывания информации за счет повыше­ния цветового контраста.

Применение светофильтров с индикаторами желтого цвета(Х_р = 583 нм). При использовании указанных индикаторов в условиях низких уровней внешней освещенности повышение контраста отображаемой информации рекомендуется проводить с применением узкополосных светофильтров. Поскольку в соот­ветствии с данными характеристической кривой чувствительно­сти глаза стандартного наблюдателя желтый цвет свечения находится на участке наивысшей чувствительности глаза, то по­высить контраст светофильтрами затруднительно. Чтобы полу­чить высокий контраст между светом, излученным светодиодом и отраженным от передней панели индикатора, рекомендуется применять темно-желтые или оранжевые либо желтый поло­стной светофильтры с низкими коэффициентами пропускания (примерно 0,25 — 0,30).

При использовании индикаторов желтого цвета свечения при умеренных уровнях внешних освещенностей рекомендуется при­менять нейтральные (с коэффициентом пропускания 0,2 0,25) либо оранжевые светофильтры. При высоких уровнях освещен­ностей коэффициент пропускания применяемых светофильтров должен быть ниже и составлять 0,15 — 0,25.

Применение светофильтров с индикаторами зеленого цвета(Аф = 565 нм). Поскольку длина волны светодиодов зеленого цвета свечения в соответствии с кривой чувствительности глаза отстоит от области максимальной чувствительности глаза на 10 — 15 нм, то повысить контраст с помощью светофильтров также затруднительно. При низких уровнях внешних освещен­ностей рекомендуется применение полосовых желто-зеленых либо зеленых светофильтров. Несмотря на то что зеленый светофильтр значительно ослабляет световой поток светодиода (до 30%), усиление контраста все же получить удается.

При умеренных и высоких уровнях внешних освещенностей рекомендуется применение нейтральных светофильтров с низкими коэффициентами пропускания (0,20 — 0,25 и 0,18 — 0,20 соот­ветственно).

Глава 6

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУКТИВНОМУ

ОФОРМЛЕНИЮ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

В общем виде понятие проектирования устройств отображе­ния информации включает в себя разработку принципа управ­ления и индикации информации, разработку и расчет принци­пиальных схем, тепловые и другие расчеты и конструирование устройств. Использование в качестве элементов индикации полу­проводниковых индикаторов позволяет создавать малогабарит­ные, надежные и эргономичные устройства отображения инфор­мации, которые по своим тактическим и конструктивным реше­ниям конкурируют практически со всеми известными устройства­ми, разработанными на других физических принципах элементов индикации. Устройства отображения информации в более широ­ком смысле могут быть представлены двумя более или менее самостоятельными видами. Первый из них — устройства, на которые возлагается только одна задача — информирование че­ловека-оператора о состоянии (о наличии или его размере) того или иного предмета. Такие устройства являются устройствами отображения информации (УОИ).

Второй вид — это устройства, обеспечивающие кроме зада­чи индикации возможность вмешательства человека-оператора в работу технологического комплекса по результатам анализа полученной от него посредством индикаторов информации. Они получили наименование пультов управления и индикации (ПУИ).

Эти устройства имеют различные задачи и, следовательно, различный набор элементной базы, функциональных звеньев (в частности, наличие или отсутствие коммутационных элемен­тов, выходных устройств и т. д.), различный объем электронного обеспечения. Общей частью, объединяющей оба вида, является индикаторная часть устройства с элементами, обеспечивающими повышение надежности считывания информации. При рассмот­рении некоторых вопросов проектирования ПУИ на эти части устройств будет обращено особое внимание.

Независимо от смысловой нагрузки, которую несут ПУИ в аппаратурных комплексах, каждый из них выполняет следующие операции:

прием и обработку информации (ее дешифрацию, классифи­кацию в соответствии с адресной системой, рассылку по потре­бителям внутри пульта);

хранение полученной информации в течение цикла обнов­ления;

дешифрацию (приведение к виду, воспринимаемому прием­никами информации в ПУИ);

индикацию информации;

шифрацию воздействия оператора на органы коммутации ПУ в электрические сигналы, кодирование информации;

выдачу информации в сеть (в ЦВМ или другому потреби­телю).

Аппаратурная реализация каждого из этих звеньев на от­дельных платах или в едином конструктивном узле позволяет получить законченные в функциональном отношении узлы.

Использование конструктивно-функциональных модулей (КФМ) позволяет сократить время, затрачиваемое на разработ­ку схем, аналогичных по задачам ПУИ, так как определяет лишь количество тех или иных КФМ в зависимости от информативно­сти пульта, и разработать на их основе общую принципиальную схему устройства. Использование КФМ позволяет также унифи­цировать ряд конструкторских решений, сократить объем трудо­затрат на проектирование, снизить общую стоимость разработки.

Как правило, размеры лицевых панелей пультов и зани­маемые пультами объемы за приборной доской бывают огра­ничены. Рациональное использование площадей приборных до­сок и объемов за ними является иногда основной задачей кон­структора. Использование при конструировании конструктивно-функциональных модулей позволяет в ряде случаев получить высокие коэффициенты использования объемов УОИ и ПУИ.