Реферат: Индикаторы

Кроме яркости и размеров индикатора, решающую роль в его восприятии играет контрастность воспроизво-димого знака. Қоличественно яркостный контраст определяется как К=(L—L_фон )/ L, где L L_фон — яркости источника и фона. Практически для качествеичого восприятия важна не столько величина К, сколько ее пре-вышение над пороговой для данных условий контрастностью K_пор . Для хорошей видимости необходимо, чтобы число пороговых контрастов (К/ K_пор ) было не менее 15 ... 30. Зависимость порога зрительного восприятия от угловых размеров, яркости и контрастности наблюдаемых объектов представлена на рис. 3.2. Заштрихованная поверхность соответствует порогу зрительного восприятия: точки, лежащие ниже нее, соответствуют условиям, не вызывающим зрительных ощущений.

Оценка временных характеристик светового сигнала связана с инерционностью зрения: установлено, что при частоте световых посылок более 15 ... 50 Гц глаз перестает ощущать мерцание. При этом действует закон Тальбота: кажущаяся яркость мерцающего источиика равна средней за период наблюдения яркости *. Закон Тальбота служит основой для организации мультиплексных схем управления индикаторами.

Рассмотренные особенности зрения при оценке яркостных, пространственных, временных характеристик световых сигналов фактически и определяют основные требования к индикаторам. К этому еще добавляются особенности ощущения цвета.

2.2 Восприятие цвета является величайшей привилегией человека среди всех представителей животного мира . Лишь цветовая окраска делает окружающий мир столь неповторимым и прекрасным, каким мы его воспринимаем. Нет такого внешнего раздражителя, который был

L,кЗ/мг

1,0 2 5 10 20

Угол зрения, мин

Рис. 3.2. Соотношения между угловыми размерами наблюдаемых

объектов, яркостью и контрастностью для порога зрительного вос-

приятия при времени воздействия 0,3 с.

бы близок к цвету по числу различных градаций: цветовые каталоги включают до 107 различиых оттенков! Естественно поэтому, что для индикаторной техники, стремящейсқ в конечном счете к наиболее полному использованивю возможиостей зрения и к его максимальному удовлетворению, проблема цветности отно-сится к числу основных.

Современное учение о цветге базируется на том экспериментально установленном факте, что «элементар-ные фотоприемники» глазной сетчатки — колбочки содержат рецепторы трех видов, каждый из которых обладает повышенной чувствительностью в красной, зеленой и синей областях спектра. Соответственно этому говорят о трех основных цветах - R, G, B, сочетание которых позволяет синтезнровать всю цветовую гамму. Математически это означает, что цветовое ощущение можно рассматривать как вектор в трехмерном пространстве, осями которого являются R-, G-, B-векторы (принято λ_r =700 нм, λ_g —546 нм, λ_b =436 нм,см рис. 3.1).

Упрощенная цветовая характеристика объекта возможна и в двухмерной форме — точкой на цветовом графике МКО (рис. 3.3). Значение цветовых индексов источника (координат х и у) позволяет найти две его важнейшие характеристики: цветовую тональность, определяемую доминирующей длиной волн излучения (λ_f для источника F на рис. 3.3); цветовую иасыщенность, определяемую чистотой света (выраженное в процентах отношение отрезков W-F, λ_f на рис. 3.3).

Опорная точка цветового графика — точка W(х=у=1/3)—соответствует белому свету, для которого характерны отсутствие какой-либо тональности и нулевая чистота цвета. Практически оптимальный белый свет получается из смеси трех цветов с λ =450, 540 и 610 нм. Излучатели, расположенные на огибающей кри-вой цветового графика или вблизи нее (таково большинство светоизлучающих диодов), имеют чистоту све-та, близкую к 100%; для сравнения укажем, что для ламп накаливания она не превышает 10 ... 20%.

Многочисленные психофизические эксперименты показывают, что по наилучшей цветоразличительной спо-собности глаза выделяются шесть основных цветов: белый, черный, красный, желтый, зеленый, синий. По-этому и многоцветные индикаторы, выполняющие функцию отображения информации посредством использования различных цветов, не должны использовать более шести цветов свечения, реально не более 3 ... 5. При сильной внешней засветке белым светом удобны красный, желтый, синий, пурпурный цвета; при слабой засветке к ним могут быть добавлены белый и зеленый. Для индикаторов с элементами малого размера оптимальны белый или желтый цвета. Наиболее контрастные области спектра для красного, желтого, зеленого цветов лежат в диапазоне 610 ... 630 нм, 588 ... ... 598 над и менее 548 нм соответственно.

Для систем отображения нужны как насыщенные контрастные цвета, так и малонасыщенные полутоновые. Как следует из цветового графика (рис. 3.3), для синтеза последних необходимы источники синего излу-чения: смешение чистых цветов из области красный — зеленый дает только насыщенные цвета.

Если, наконец, к сказанному добавить, что значительный процент людей обладает различными врож-денными аномалиями цветового зрения, то становятся понятны трудности создания высоконадежных много-цветных индикаторов.

В заключение отметим, что учение о человеческом зрении намного сложнее любой другой области знаний и сказанное здесь есть лишь самое начальное приближение к действительности. Психофизическое простран-ство цветового восприятия не является линейным, поэтому технически используемые принципы пропорцио-нальности и аддитивности цветовых сигналов не отражают реальность. Повидимому, цветоразличение (и его высокая чувствительность) является не внутренним свойством отдельных колбочек, а результатом совместного действия многих элементов сетчатки, итогом пространственного и временного интегрирования и усреднения.

Можно считать твердо установленным, что для создания совершенной системы цветовоспроизведения по-требуется смешение не трех основных цветов, а по крайней мере десяти - двенадцати. Все это объясняет многочисленные расхождения между рекомендациями и выводами МКО (которые и сами постоянно изменяются) и цветовыми ощущениями различных наблюдателей.

2.3 Физические эффекты, пригодные для использования в индикаторной технике , исключительно разнообразны. Перечислим основные из них, придерживаясь хронологического принципа.

1. Свечение вольфрамовой нити помещенной в вакуум и раскаленной пропусканием через нее электри-ческого тока (накальные индикаторы).

2. Свечение, сопровождающее электрический разряд в газах (газоразрядные индикаторы).

3. Предпробойная электролюминесценция порошковых люминофоров в переменном электрическом поле (злектролюминесцентные индикаторы).

4. Инжекционная люминесценция монокристалличсских полупроводников с p—n переходами (полудроводниковые индикаторы).

5. Излучение фотолюминофоров, нанесенных на полупроводниковые излучатели; возможны два крайних ва-рианта: антистоксовый люминофор на ИК излучателе и «обычный» фотолюминофор на излучателе сине-фиолетового диапазона (пока рипотетическая модель).

6. Электролюминесценция тонких поликристалличөских полупроводниковых пленок в постоянном и перемөнном электрических полях (тонкопленочные электролюминесцентные индикаторы).

7. Низковольтная катодолюминесцөнция (вакуумные люминесцентные индикаторы).