Реферат: Методы и средства отображения информации

Методы и средства отображения информации

Реферат

ГОУ ВПО Магнитогорский государственный техническийуниверситет  им. Г. И. Носова

Магнитогорск 2008

Методы отображения информации

Электронно-лучевые индикаторы

Электронно-лучевыеиндикаторы, или, как их чаще называют, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ),являются наиболее распространенным и важным устройством в технике отображенияинформации. Работа ЭЛТ основана на создании управляемого сфокусированного пучкаэлектронов, воздействующего на покрытый люминофорным веществом экран ивызывающего свечение отдельных его участков.

МонохромныеЭЛТ. На рис. 1 приведено схематическое изображение монохромнойэлектронно-лучевой трубки с электростатической фокусировкой и электромагнитнымотклонением луча. Сама трубка представляет собой узкий стеклянный цилиндр.Внутри цилиндра встроен набор электродов, составляющих электронно-оптическуюсистему, на поверхности цилиндра расположена пара отклоняющих катушек ОК.Вакуумное пространство внутри трубки, по которому распространяется пучокэлектронов, может быть разделено на три участка. Первый участок включает в себякатод К, покрытый оксидной пленкой и излучающий электроны при повышении еготемпературы с помощью отдельного нагревателя. Электроны эмиттируют с катода,когда их энергия превышает работу выхода с верхних энергетических уровнейатома: эта энергия зависит как от материала катода, так и от его температуры.Освобождаясь, электроны имеют некоторую начальную скорость (см/с), определяемуюпо известной формуле кинетической теории газов:

/>,

где/> — постоянная Больцмана; Т —абсолютная температура, К; т — масса электрона.

/>Расположенный вблизи катодауправляющий электрод-модулятор М имеет потенциал отрицательный относительнокатода, поэтому через него пролетают лишь электроны, попадающие в отверстие.Этим создается как бы точечный источник электронов. Управляя потенциалом намодуляторе, можно регулировать интенсивность пучка.

Электроны,попадающие в конце своего пути на внутреннюю поверхность экрана Э слюминофорным покрытием, должны обладать достаточной энергией для возбуждениялюминофора. Кроме того, светящееся пятно должно быть возможно меньшего размера,чтобы обеспечить хорошую разрешающую способность изображения. Это требуетсоответствующей фокусировки луча и его ускорения, что обеспечиваетсянесколькими электродами, имеющими определенные потенциалы относительно катода.В основе действия этих электродов заложены принципы электронной оптики.

Электронныйлуч, проходящий в среде с некоторым потенциалом /> под углом />, попадая на границу среды с потенциалом />, меняет свое направление,распространяясь далее под углом />. Таким образом происходит преломление электронноголуча, которое подчиняется уравнению, аналогичному уравнению световой оптики:

/>,

где/> — электронный аналогпоказателя преломления среды.

Спомощью определенной конфигурации электродов и подбора их потенциалов можноосуществлять различные электронно-оптические эффекты: фокусировку луча,рассеяние, отражение и т. д. Всю систему электродов на первом участке ЭЛТ,обеспечивающую формирование и усиление луча, иногда называют электроннойпушкой.

Навтором участке кинескопа расположена отклоняющая система. Действие отклоняющейсистемы заключается в направленном изменении прямолинейного пути электронов.Для отклонения пучка электронов может использоваться как электростатическоеполе, так и магнитное. Для создания электростатического поля внутри трубкиустанавливаются две пары электродов, отклоняющих луч во взаимно перпендикулярныхнаправлениях. Напряжения на отклоняющих электродах должны быть очень высокими,причем тем выше, чем больше скорость движения электронов, т. е. яркость пятна.

Приметоде электромагнитного отклонения на небольшом участке электронного пучкаприкладывается магнитное поле, возбуждаемое двумя парами катушек,устанавливаемых снаружи трубки. Одна пара катушек ОК сверху и снизу трубкиотклоняет луч в горизонтальном направлении, другая пара по бокам трубки (нарис. 1 не показана) отклоняет луч в вертикальном направлении. Электрон,попадающий в магнитное поле, начинает двигаться по дуге и покидает участокотклонения под некоторым углом к направлению первоначального движения. Отметим,однако, что электромагнитные отклоняющие системы обеспечивают ограниченную скоростьизменения направления луча. В основном это связано с реактивными параметрамикатушек.

ЭкранЭЛТ покрыт слоем люминофора. На нем создается изображение с требуемой яркостью,временем послесвечения и цветом. Причиной свечения является передача энергии отускоренных электронов луча электронам, связанным с кристаллом люминофора, врезультате чего последние переходят в возбужденное состояние. При ихвозвращении в нормальное состояние избыточная энергия выделяется в виде света.Этот физический эффект называют катодной люминесценцией. Люминофоры обычносостоят из смеси солей кальция, кадмия, цинка и некоторых других элементов.Наиболее широкое применение нашли сульфидные люминофоры. Наиболее широкоераспространение в монохромных трубках получили белый и зеленый цвета. Времяпослесвечения экрана, т. е. время, необходимое для спадания яркости свечения отноминальной до первоначальной после прекращения действия электронного луча,также зависит от состава входящих в люминофор компонентов и может находиться вдиапазоне от нескольких микросекунд до десятков секунд.

Другимважным физическим явлением, которое должно учитываться при использовании ЭЛТ,является вторичная электронная эмиссия. Она заключается в испускании вторичныхэлектронов из материала люминофора при воздействии на него пучка первичныхэлектронов. По мере увеличения интенсивности пучка количество эмиттированныхвторичных электронов возрастает, и при определенном уровне энергии свечениелюминофора не увеличивается. Таким образом, существует порог максимальнойяркости светового пятна на экране, выше которого она не меняется с увеличениемпотенциала ускоряющего электрода. Для отвода вторичных электронов на внутреннююповерхность конуса трубки наносят слой графита, находящийся под положительнымпотенциалом.

ЦветныеЭЛТ. В ЭЛТ с теневой маской применяется метод диафрагмирования электронноголуча. Маска помещена между тремя электронными пушками и трехцветным люминофоромэкрана. Она препятствует попаданию каждого луча на участки люминофора несоответствующего ему цвета.

Нарис. 3 схематически показано расположение маски и экрана в цветной ЭЛТ с такназываемым компланарным расположением пушек. Каждая из них оуществляетгенерацию, фокусировку и ускорение луча. Внутри трубки пушки сориентированытаким образом, что их лучи, распространяясь в одной плоскости под некоторымуглом друг к другу и проходя через любое из отверстий в маске, попадают каждыйна полоску люминофора только определенного цвета. Цветные пятна, возбуждаемыелучом, благодаря близкому расположению, воспринимаются глазом как одно пятнонекоторого производного цвета. Этот цвет зависит от пропорций основных цветов иможет быть любым в области видимого спектра. Пропорции можно менять, управляянапряжением модулятора.

/>

Рис.3. Расположение электродов маски и экрана в цветной ЭЛТ с компланарнымрасположением пушек (К, 3, С — красный, зеленый, синий)

ЦветныеЭЛТ значительно сложнее в изготовлении, чем монохромные. Они требуют оченьточной установки элементов в процессе производства. Разрешающая способностьцветных ЭЛТ ограничена количеством отверстий в маске.

Сложностьконструкции трехпушечных ЭЛТ привела к поискам других методов реализациицветных изображений на экране. Наибольшую известность здесь получили два типатрубок, так называемые тринитрон и элмитрон. В ЭЛТ типа «тринитрон» всеэлектронные лучи генерируются с помощью одной пушки. Она имеет три независимыхкатода и модулятора. В тринитроне также используется щелевая маска, однакоудается получить изображение большей яркости. В обоих из описанных типах трубокпредельная разрешающая способность определяется количеством и размерамиотверстий в маске. Поэтому интерес представляют цветные трубки типа «элмитрон»,в которых маски не используются, а цвет свечения люминофора зависит от глубиныпроникновения электронного луча и, следовательно, от энергии последнего.

Недостаткомявляется то, что в схеме управления индикатором должен быть предусмотренбыстродействующий высоковольтный переключатель. С целью избежать этого иногдаиспользуются двухпушечные ЭЛТ. Трубки типа «элмитрон» используются в техникеотображения, когда необходимо получить высокую разрешающую способность приограниченном цветном диапазоне.

ЗапоминающиеЭЛТ, или ЭЛТ «прямого видения», используются для преобразования однократноподаваемых на отклоняющую систему сигналов в видимое изображение, сохраняемоена экране в течение длительного времени. В таких трубках управляемыйэлектронный пучок не воздействует непосредственно на люминофор экрана, имеющийнебольшое время послесвечения, а создает «потенциальный рельеф» изображения наспециальной плоской мишени, расположенной внутри трубки.

Конструкциязапоминающей ЭЛТ схематично представлена на рис. 4. Запоминающая поверхностьсостоит из тонкой металлической сетки, на которую со стороны экрана осажденслой диэлектрика. Внутри колбы размещены две электронные пушки: записывающая,которая формирует модулируемый и адресуемый отклоняющей системойвысокоэнергетический пучок, и воспроизводящая, в которой создается интенсивныйрасходящийся пучок электронов с невысокой энергией. Специальные кольцевыеэлектроды, расположенные на стенках трубки и находящиеся под определеннымпотенциалом, создают электростатическое поле, благодаря которому медленныеэлектроны двигаются перпендикулярно мишени, равномерно распределяясь по ееповерхности.

/>

Рис.4. Схематическое изображение конструкции запоминающей трубки:

ЗП– записывающая пушка; ВП – воспроизводящая пушка; ОК – отклоняющие катушки; К –коллекторная сетка; С – сетка мишени; Д – диэлектрик; КЭ – кольцевые электроды;АЭ – алюминированный экран.

Основнымпреимуществом запоминающей ЭЛТ является простота индикаторов, создаваемых на ихбазе отсутствие мерцания и высокая яркость. Разрешающая способность экрана вних также достаточно высока и определяется размером и количеством отверстий всетке мишени. Однако важным недостатком индикаторов на запоминающих трубках,ограничивающим их использование во многих областях, является невозможностьизбирательного стирания информации. Применяются они в основном в качествеустройства вывода графических данных из машины и в радиолокационных системах.

Электролюминесцентноеизлучение возникает в результате приложения электрического поля к люминофорномуматериалу. Интенсивность излучения зависит от напряженности ноля, а также частоты его изменения, если поле переменное. Свечение связано с ускорением движенияносителей зарядов в люминофоре, для чего требуется достаточно высокаянапряженность поля (порядка 103- 106 В/см). Наиболее распространеннымлюминофором является сульфид цинка (ZnS) с примесями меди, марганца и некоторыхдругих элементов. От типа люминофора и количества примесей зависим цветизлучения, перекрывающий практически всю видимую область спектра.

Распространениев области отображения информации получили два основных типаэлектролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ): построенных на основе порошковыхлюминофоров, возбуждаемых постоянным напряжением, и с использованием люминофоровв виде тонкой пленки, возбуждаемых высокочастотным переменным напряжением.

Основойэлектролюминесцентного элемента постоянного тока является порошкообразныйлюминофор, кристаллы которого вместе с примесями распределены в связующемвеществе. Этот состав наносят на прозрачную пластину с проводящим покрытием(обычно используется слой оксида олова). С другой стороны к люминофоруприкладывают тонкую металлическую пластину (фольгу). Вся конструкция размещенав пластмассовом корпусе и герметизирована (рис. 5.).

/>

Рис.5. Конструкция электролюминесцентного элемента постоянного тока:

1– люминофорный слой; 2 – металлический электрод; 3 – выводные контакты; 4 –герметический корпус; 5 – прозрачный электрод (/>); 6 – стеклянная подложка

Важнымпреимуществом электролюминесцентных элементов является их малая толщина,позволяющая конструировать компактные индикаторы. Управляются они напряжениямипорядка 50 — 100 В, однако по яркости и контрастности уступают многим другимтипам излучающих элементов.

Всреднем для ЭЛИ постоянного тока при питающем напряжении около 100 В яркостьсвечения составляет примерно 300 кд/м2. Характерным для этих элементов являетсяуменьшение их световой Мощности в процессе эксплуатации, что связано смиграцией примесей в люминофоре в зонах контакта с электродом. Срок службыэлементов может быть увеличен, если осуществить их питание импульснымнапряжением. Отметим также важную для некоторых применений способность ЭЛИменять цвет излучения в зависимости от приложенного напряжения.

Тонкопленочныеиндикаторы переменного тока являются наиболее перспективными приборами,реализующими принцип электролюминесценции. Слой люминофора размещают междуслоями диэлектрика, обеспечивающими гальваническое разделение его с электродами(рис. 6.). Все слои создаются с помощью технологии напыления в вакууме настеклянную подложку. Долговечность таких ЭЛИ значительно выше, чем порошковых,питающее их высокочастотное напряжение составляет 150 — 250 В.

/>

Рис.6. Структура слоев тонкопленочного электролюминесцентного индикаторапеременного тока:

1– прозрачный электрод; 2 – пленка люминофора; 3 – металлический электрод; 4 –светопоглощающий диэлектрик; 5 – прозрачный диэлектрик; 6 – стеклянная подложка

1.3. Светодиодные индикаторы

Светоизлучающиедиоды (СИД) представляют собой твердотельные приборы, работающие нар-п-переходах, образованных в полупроводниковом материале. В их основе лежитпринцип инжекционной люминесценции. Эксплуатационные достоинства СИДспособствовали их широкому использованию в вычислительной и другой аппаратуре вкачестве дискретных индикаторов.

Рассмотримкоротко физические основы работы светоизлучающих диодов. Известно, что вполупроводниках внешние оболочки атомов, создающих кристаллическую структуру, врезультате значительного сближения образуют определенные энергетические зоны. Втак называемой валентной зоне располагаются электроны, обеспечивающие связьатомов в кристалле. Отдельные электроны под воздействием тепловой энергии могутпереходить в другую зону, называемую зоной проводимости. При этом переходеобразуется свободное энергетическое состояние, получившее название дырка.Электроны и дырки рассматриваются как частицы, имеющие соответственноотрицательный и положительный заряды. Введение в материал полупроводникаопределенных примесей создает избыток электронов или дырок, образуя областьпроводимости п- или p-типа. Когда области обоих типов выполнены в одномкристалле, они образуют р-п-переход. Через него могут диффундировать заряды,образуя так называемые неосновные носители, т. е. носители зарядов, имеющихзнак, противоположный основным (электроны в р-области и дырки в п-области).Диффузия продолжается до тех пор, пока не установится потенциальный барьер,препятствующий движению носителей заряда.

Обычновозвращаемая энергия выделяется в виде теплоты, однако при определенныхусловиях (сохранение энергии и импульса при рекомбинации) происходит излучениефотона. В зависимости от материала полупроводника и концентрации примесейизлучение имеет определенную длину волны, что позволяет создавать СИД сразличным цветом свечения. Так как переход электронов осуществляется не сдискретных уровней, а с зон разрешенных состояний, имеющих определенную ширину,то излучение не является монохроматическим.

/>

Рис.9. Конструкция светоизлучающего диода:

1– полупроводниковый слой p-типа; 2 – прозрачная подложка; 3 – полупроводниковыйслой п-типа; 4 – керамический корпус; 5 – электрод

ИзготавливаютсяСИД в виде дискретных элементов отображения (рис. 9), в виде монолитных полосково-сегментныхприборов, а также в виде небольших матриц с /> — адресацией. В настоящее время промышленностьювыпускаются в основном приборы, излучающие в красном, зеленом и желтомдиапазонах при яркостях примерно в 100 кд/м2. Монолитные кристаллы СИД имеютплощадь не более 1 – 2 см2, однако уже длительное время ведутся работы посозданию на их базе плоских цветных телевизионных экранов.

1.4. Газоразрядные индикаторы

Впринципе любой газоразрядный прибор представляет собой заполненную инертнымгазом изолированную от внешней среды ячейку, внутри которой на близкомрасстоянии друг от друга расположены два электрода. Широкое распространение втехнике получили газоразрядные приборы типа неоновых ламп, тиратронов тлеющегоразряда, линейных газоразрядных индикаторов и пр. Их область примененияограничена в основном сигнализацией состояния различных устройств и объектов.

Впростых устройствах отображения цифровой и знаковой информации нашли применениеиндикаторные лампы тлеющего разряда. Их особенностью является наличиенескольких фигурных катодов в одном баллоне.

Значительнорасширилась область применения газоразрядных индикаторов с появлением матричныхцифровых панелей (плазменных панелей). Они представляют собой плоский экран, накотором любое изображение создается большим числом светоизлучающихгазоразрядных элементов, образованных на пересечениях горизонтальных ивертикальных электродов.

Существуютдва основных типа плазменных панелей: постоянного тока с внешней адресацией ипеременного тока с запоминанием информации. Панели постоянного тока имеютплоскую трехслойную конструкцию, в которой между двумя стеклянными пластинами снанесенной на их внутреннюю поверхность системой взаимно перпендикулярныхполупрозрачных электродов расположена перфорированная изолирующая матрица.Отверстия в матрице заполнены газом и размещаются в местах пересеченияэлектродов. Свечение возникает при подаче на соответствующую пару электродовнапряжений. Для получения устойчивого изображения необходимо последовательноподавать высоковольтное напряжение на требуемые точки.

Болееширокое распространение получили газоразрядные панели постоянного тока ссамосканированием, которые хотя и значительно сложнее по конструкции, носвободны от некоторых недостатков, в частности, в них имеется возможностьпараллельного ввода информации во все строки, что значительно упрощаетуправляющие цепи.

Газоразряднаяячейка переменного тока отличается от ячейки постоянного тока тем, что ееэлектроды гальванически изолированы от газовой смеси диэлектрическимипрокладками и по существу ячейка представляет собой конденсатор.

/>

Рис.11. Общий вид (а) и поперечное сечение (б) фрагмента конструкции плазменнойпанели переменного тока

Конструкцияпанели переменного тока показана на рис. 11. На двух стеклянных подложках 3расположен набор параллельных проводников, вертикальных 2 и горизонтальных 4,покрытых слоем прозрачного диэлектрика 1. Между обкладками с помощьюгерметизирующей рамки 5 образуется камера, заполненная газовой смесью 6. Наборыпроводников взаимно перпендикулярны и в точках их пересечения образуютсягазоразрядные элементы. При зажигании элемента создается светящаяся точка.Наборы точек обеспечивают отображение необходимой информации. Яркостьсветящихся точек достаточно высока и не зависит от размерности матрицы.

.Рядважных преимуществ плазменных панелей – плоскостность экрана, высокаяразрешающая способность (уже созданы панели с матрицей 1024/>1024 точки), возможность работы внепрерывном режиме без мерцания и искажения изображения, хорошая видимость приярком освещении – делает их одними из наиболее перспективных индикаторов дляиспользования в системах отображения высокой информативности.

1.5. Жидкокристаллические индикаторы

Жидкиекристаллы – это сложные органические соединения, характеризующиеся сочетаниемсвойств жидкости (например, текучестью) и кристалла (оптической анизотропией).Среди множества веществ такого типа для индикаторов выбирают те, которыесохраняют свои свойства в достаточно широком диапазоне температур (обычно 0—70°С). Наличие анизотропии и возможность управляемой перестройки структуры жидкогокристалла дают возможность использовать два типа оптических эффектов: изменениекоэффициента отражения света (при его пропускании) и изменение характераполяризации лучей при отражении света. Таким образом, в отличие от описанныхиндикаторов жидкокристаллические ячейки требуют обязательной внешней подсветки,выполняя роль модуляторов при пропускании или отражении света.

Широкоераспространение для целей индикации получило использование в жидких кристаллахтак называемого «твист-эффекта». В ячейке, получаемой в результате заполненияжидкокристаллическим веществом полости между двумя стеклянными пластинками, навнутренней поверхности которых нанесены прозрачные электроды (рис. 13.),ориентация молекул постепенно меняется от верхнего слоя к нижнему. Этодостигается с помощью определенной технологии изготовления ячейки. Приналожении электрического поля молекулы раскручиваются и ориентируются внаправлении вектора напряженности электрического поля. Фаза света при прохождениичерез ячейку в этом случае не меняется. Помещая на входе и выходе ячейкипленочные поляризаторы, обеспечивают блокировку света определенной фазы ипропускание его при повороте плоскости поляризации на 90°. Тем самым задаютсявключенное и выключенное состояния приборов. Малая потребляемая мощность,плоскостность конструкции и невысокая стоимость делают жидкокристаллическиеиндикаторы (ЖКИ) одним из самых удобных средств отображения знаковой информациив малогабаритных электронных устройствах (часы, калькуляторы, измерительныеприборы и пр.). Однако широкое применение этих индикаторов ограничено рядомпринципиальных недостатков. Отметим среди них относительно невысокийкоэффициент контраста (не более 20 в лучших образцах). Этот коэффициент значительнопадает при отклонении утла наблюдения от нормали (обычно допустимый угол обзоране превышает 45°). Жидкокристаллические приборы очень инерционны, время ихпереключения составляет десятки и даже сотни миллисекунд и зависит оттемпературы.

/>

Рис.13. Конструкция жидкокристаллического индикатора:

1– прозрачные электроды; 2 – жидкокристаллическое вещество; 3 – стеклянныепластины; 4 – герметизирующая рамка

Серийновыпускаемые ЖКИ выполнены в виде единичных знаковых модулей либо в виденебольших табло из наборов этих модулей.

1.6. Принципы отображения информации на больших экранах

Дляотображения информации, используемой одновременно группой людей, применяютсяэкраны больших форматов с рабочей поверхностью от одного до десятков квадратныхметров. Преобразование информации, выводимой на большой экран, основывается насамых различных принципах. Множество известных устройств работает спромежуточным носителем информации: фотопленкой, фотополупроводниковойпластиной и т. д. Полученное на таком носителе изображение проецируется спомощью оптической системы на экран. При хорошем качестве отображения все этиустройства в принципе не могут работать в реальном масштабе времени с системой,включающей ЭВМ, ввиду чего область их применения ограничена.

ПроекционныеЭЛТ, известные достаточно давно, в последние годы значительноусовершенствованы. Основные требования к таким трубкам — повышенная яркость прималых габаритных размерах. Это достигается применением люминофоров с высокойсветоотдачей и увеличением анодного напряжения (до 40—80 кВ). При относительнонебольших размерах трубки с ее поверхности удается получить световой потокпорядка 1000 лм. На базе такой ЭЛТ строятся системы с экраном размером до 3/>3 м. Ввиду большой мощностиэлектронного пучка здесь возникает необходимость использовать принудительноеохлаждение трубки и специальную защиту от рентгеновского излучения. Другимнедостатком является чувствительность к уровню внешней засветки экрана, чтоограничивает область применения таких устройств.

Светоклапанныепроекционные системы обеспечивают значительно лучшее качество изображения вусловиях внешней засветки и большие размеры экрана, хотя они и сложнее поконструкции, чем системы с проекционными ЭЛТ. Под общим термином«светоклапанные» объединены все устройства, которые модулируют свет внешнегоисточника, меняя параметры пропускающей его среды. Наиболее распространеныустройства, в которых изменяющейся средой является тонкая масляная пленка сопределенными оптическими и электрическими характеристиками. Принцип работысветоклапанного устройства отображения упрощенно показан на рис. 14. Свет отмощного источника с линзовой оптикой 1 обеспечивающей равномерность потока,попадает на щелевое зеркало 2 и отражается им на сферическое зеркало 6,покрытое масляной пленкой 7. Зеркала сориентированы таким образом, что пригладкой пленке свет, отражаясь, возвращается в направлении к источнику, а экран4 остается незасвеченным. Деформация пленки в какой-либо точке вызываетотклонение отражающегося от нее луча, который, проходя через щель зеркала 2,попадает с помощью проекционной оптики 3 в определенную точку экрана. Яркость свеченияпятна на экране определяется степенью деформации пленки, которая, в своюочередь, зависит от величины заряда, устанавливаемого на ее поверхностиэлектронным пучком. При снятии заряда пленка достаточно быстро приходит кисходному состоянию. Скорость процесса деформации и восстановления зависит отвязкости пленки и температуры. Электронная пушка 5, генерирующая электронныйпучок, заключена в общую со сферическим зеркалом стеклянную оболочку, в которойподдерживается вакуум. Пучок фокусируется, отклоняется электромагнитнойсистемой и модулируется по мощности аналогично тому, как это происходит вобычных ЭЛТ. Отображение информации осуществляется растровым способом потелевизионному стандарту. В некоторых устройствах достигается и более высокаяразрешающая способность (до 1000 строк).

/>

Рис.14. Упрощенная схема расположения элементов светоклапанного устройства

Дляподдержания работоспособности описанного устройства необходим ряд мер, усложняющихего конструкцию. В частности, требуется поддерживать постоянный химическийсостав и температуру пленки, удалять примеси и остаточные заряды, обеспечиватьработоспособность катода и т. д.

Описанытакже проекционные системы, работающие на пропускание света, в которыхмодулятором является ЖК панель. Участки панели меняют коэффициент пропусканияпод воздействием оптических или электрических сигналов.

Лазерныесредства отображения на большой экран находятся в настоящее время в стадииэксперимента, однако важные достоинства — высокая разрешающая способность,быстродействие, возможность цветных изображений, отсутствие необходимости впромежуточных носителях — позволяют считать их наиболее перспективными изимеющихся средств коллективного пользования. Используемые для этой цели лазерыимеют непрерывный режим работы со стабильной выходной мощностью. Это обычнокриптоновые ионные лазеры, излучающие красный цвет, и аргоновые, излучающиесиний или зеленый цвет.

Наиболееразвиты методы, при которых изображение создается непосредственно лучамилазера, направляемыми на экран. В упрощенном виде схема лазерного устройстваотображения приведена на рис. 15. Электрооптический модулятор работает напринципе вращения плоскости поляризации. На выходе модулятора действует анализатор,пропускающий амплитуду когерентного излучения, пропорциональную косинусу углаполяризации. Угол поляризации меняется в зависимости от приложенного кмодулятору электрического напряжения. Управляя поляризацией луча воздействиемнапряжения на кристалл (вводя фазовое запаздывание на 180°), можно обеспечитьего распространение в одном из двух фиксированных направлениях. В принципе,имея набор аналогичных переключателей, через которые последовательно проходитлуч, можно дискретно управлять его проекцией на экран.

/>

Рис.15. Схема лазерного устройства отображения:

1– лазер; 2 – электрооптический модулятор; 3 – отклоняющая система (дефлектор);4 – управление модулятором и дефлектором; 5 – экран

Основныетрудности в развитии лазерных устройств отображения в настоящее времязаключаются в высокой сложности управляющих электрооптических блоков,обеспечении стабильности их работы в обычных условиях. Проблемой является такжедостижение достаточной яркости изображения на большом экране, так как излучениелазеров имеет значительно более низкую световую отдачу, чем излучение обычныхисточников.

2. Средства отображения информации

Длясовременных средств отображения информации характерно значительное разнообразиереализованных в них физических принципов. Увеличиваются функциональныевозможности универсальных УОИ. С другой стороны, расширение области ихприменения приводит к созданию разнообразных узко специализированных устройств.Наиболее четко средства отображении могут быть разделены по используемым виндикаторах физическим принципам. Их особенности решающим образом сказываютсяна конструкции и функциональных возможностях УОИ.

Попрочим признакам технические средства отображения могут быть классифицированыследующим образом.

Потипу представляемой информации УОИ подразделяются на устройства, реализующиеотображение: дискретных сигналов, цифровых данных, условных графическихобразов, мнемосхем, алфавитно-цифровой информации, квазиграфической информации,универсальной графической информации.

Отображениедискретных сигналов (но типу «да — нет») имеет место в электротехнических ирадиотехнических устройствах. Отображение чисто цифровой информации необходимов различных устройствах вычислительной и измерительной техники. Это наиболеемассовые типы индикаторов. Реализация таких индикаторов в настоящее время восновном осуществляется на базе твердотельных элементов люминесцентного,светодиодного и жидкокристаллического типов.

Дляобозначения часто встречающихся явлений и событий иногда используются условныеграфические образы. Мнемосхемы используются для отображения сложных структур ив условном виде обозначают объекты и явления с учетом связей между ними. Прииндивидуальном использовании мнемосхемы реализуются на экранных индикаторахразличного типа, при групповом — строятся из набора дискретных элементов.

Отображениеалфавитно-цифровой информации охватывает наибольшее число применений, в томчисле в области АСУ различном назначения. Реализация текстов осуществляется восновном на экранах ЭЛТ, а также на различных плоских панелях: газоразрядных,люминесцентных и др. Добавление к знаковой информации графических элементовпозволяет без изменения технической структуры УОИ обеспечить отображениепростейших рисунков, относящихся к так называемой информационной графике.Средства отображения такого рода получили название квазиграфических (иногдапсевдографических). Наиболее совершенные дисплейные устройства позволяютотображать любую графическую информацию (в том числе и символьную), сложностькоторой ограничивается лишь разрешающей способностью и емкостью экрана.

Поспособу формирования изображения УОИ подразделяют на устройствадискретно-знаковые, дискретно-матричные, функциональные и растровые.

Впервом случае каждый дискретный знак формируется отдельно адресуемыминдикаторным элементом. Возможности таких приборов определяются набором знаковв каждом индикаторе и их нищим количеством. При отображении средних и большихобъемов информации такой метод мало эффективен.

Придискретно-матричном способе формирование изображения осуществляется с помощьюбольшого числа точечных элементов, которые собраны в столбцы и строки. Чтобывысветился элемент, расположенный на пересечении определенных строки и столбца,он должен иметь порог включения, который превышается только в местепересечения, на остальные элементы при этом должен поступать сигнал, поамплитуде меньший порогового. Большинство устройств такого типа реализуется ввиде плоских панелей на базе электролюминесценции, газового разряда и некоторыхдругих физических принципов.

Следующиедва способа формирования изображения относятся главным образом к индикаторам,построенным на базе ЭЛТ. Функциональный (или векторный) метод предусматриваетпостроение информационных образов (символьных или графических) путемпроизвольного отклонения луча. При растровом методе подсвет элементовизображения осуществляется в определенные моменты времени синхронно спостоянной разверткой луча по экрану.

Похарактеру использования средства отображения разделяют на индивидуальные иколлективные (массовые). Различные экранные и матричные средства,предназначенные для использования одним оператором, наиболее распространены втехнике отображения. В некоторых крупных пунктах управления и информационныхсистемах используются индикаторные устройства больших размеров, позволяющиеосуществлять групповое взаимодействие операторов или выдавать справочнуюинформацию массовому пользователю.

Постепени программирования УОИ могут быть разделены на устройства с постоянными(непрограммируемыми) функциями, устройства с программируемыми функциями ипараметрами (гибкие устройства) и устройства с возможностью программнойобработки данных (активные или интеллектуальные средства отображения).Возможность изменения функций и параметров (например, форматов и алфавита)определяется конструкцией УОИ и его схемой управления, которые при этомдостаточно сложны, возможность же обработки данных требует использования всоставе УОИ микро-ЭВМ. Усложнение управления целесообразно в дисплеях сширокими возможностями по отображению информации, которые обеспечивают ЭЛТ илимногоэлементные плоские панели.

Похарактеру связи с пользователем средства отображения разделяют наинформирующие, запросно-справочные и диалоговые. В первом случае имеется в видуодносторонний характер предоставления визуальной информации пользователю отцентральной системы или датчиков. Во втором и третьем случаях возможендвусторонний обмен информацией. В запросно-справочных системах оператор передаетсистеме заранее обусловленные команды, но не может модифицировать или вводитьданные. В диалоговых системах такая возможность ему предоставляется. Последнийтип связи получил наибольшее развитие при работе УОИ в системах с ЭВМ, а такжев персональных ЭВМ.

Перечислимв заключение некоторые основные технические параметры, характеризующие УОИ. Кним могут быть отнесены: размер поля отображения; информационная емкостьэкрана; быстродействие; количество и тип отображаемых элементов (при ихфиксации); наличие и объем автономной памяти; эргономические характеристики(разрешающая способность, яркость, мелькание, цвет и пр.); габаритные размеры иэнергетические показатели.

Вданном разделе основное внимание уделено техническим средствам отображения,получившим в настоящее время широкое распространение в различныхавтоматизированных системах обработки информации и управления. К ним относятсяалфавитно-цифровые и графические дисплеи на ЭЛТ, а также некоторые типыматричных приборов.

еще рефераты
Еще работы по математике