С точки зрения применения индикаторов яркость связана с і ощущением, благодаря которому наблюдатель может воспри - 1 нять различия в значениях фотометрической яркости изображе - 1 ния. В ходе экспериментов выяснилось, что люди не способны Щ объективно оценивать условия наблюдения; для того чтобы вы - Я звать заметное усиление зрительного ощущения, необходимо щ удвоить яркость источника. Зрительные ощущения зависят от Щ таких субъективных факторов, как адаптация глаза, конкрет - Я ный вид функции спектральной чувствительности и характери - 1 стики окружающей среды [10]. Требуемый уровень яркости лю - j бого визуального индикатора очень сильно зависит от условий окружающего освещения. Яркость фона может меняться от не - ! скольких фут-ламберт (1 фут-ламберт » 3,4 кд/м2) для затем ненной комнаты до нескольких сот фут-ламберт при хорошем освещении пространства. В целом для дневного зрения контраст (разд. 1.2.4) является более важной характеристикой, чем яр­кость. Хотя обычно повышение контраста улучшает разрешаю­щую способность зрения, для удобства наблюдения требуется, чтобы яркость индикатора была близка к яркости окружающих. предметов; при этом при переводе взгляда на индикатор глазу не нужно аккомодироваться [11]. В случае индикаторов на j основе светодиодов необходимо принимать во внимание яркость ; трех различных областей: суммарную яркость предметов в окру - ї укающем пространстве, яркость света от внешних источников. ■-
отраженного от индикатора в выключенном состоянии, и яркость света, испускаемого индикатором. В оптимальном случае яркость знаков включенного индикатора примерно эквивалентна яркости окружающей среды в условиях максимального освещения 350 кд/м2) и в 2—4 раза превосходит яркость знаков вы­ключенного индикатора. Однако, увеличивая контраст по ярко­сти между знаками включенного и выключенного индикаторов и используя цветовой контраст (например, с помощью красных светодиодов), удовлетворительные результаты можно получить при яркости светодиода, равной ~70 кд/м2.

Контраст

Контраст по яркости обычно выражается следующим соотно­шением:

Контраст = [(L0I — Lv2)/Lvl] ■ 100, (1.15)

где Lvі относится к более яркой из двух сравниваемых областей, a Lv2 — к менее яркой. Предположим, например, что отражение от бумаги на данной странице составляет 80%. а от печатных знаков 10%; тогда контраст составляет [(80—10)/80] -100 == = 88%. В индикаторах на основе светодиодов знаки ярче, чем фон, на котором они наблюдаются. Для увеличения контраста обычно применяются цветные фильтры (разд. 7.1.1), которые почти полностью пропускают излучение светодиодов, но ча­стично поглощают отраженный рассеянный свет. Следовательно, яркость типичных светодиодных устройств определяется только входной мощностью, к. п. д. и поглощением контрастного фильтра. С другой стороны, яркость фона определяется только фильтром и рассеянным освещением. При более слабом освещении яркость фона меньше, в то время как яркость светодиодов не изменяет­ся. Следовательно, контраст по яркости увеличивается.

Область, окружающая активную часть устройства на основе светодиодов, влияет на контраст и на удобство чтения. В работе

Одинаковый о^епІаІв

размер рамок размер знаков

Неодинаковый наличия тмки

размер знаков наличия рамки

pUJMGjJ VttUKUO _ ____

Читается хужеіитае'тся лучше У^ае/пся лучше

1 Г С 7 О -7 I £■ ~7 —>

'і Читается хуже

Одинаковый размер знакоВ НеодинакоВый размер рамок

Рис. J.11. Влияние рамки на удобочитаемость цифр [12],

[12] описаны результаты эксперимента по оптимальному исполь­зованию ограниченного пространства в цифровых индикаторах. Оказалось, что для чтения удобнее всего, когда знаки почти пол­ностью заполняют отведенное поле, но не касаются контрастной границы. Кроме того, при одном и том же размере знаков нали­чие рамки, окружающей цифры, улучшает условия наблюдения (рис. 1.11). Оптимальный размер ограниченного поля в 2—3 ра­за превышает размер знаков индикатора. Это обычно влечет за собой разработку оптических фильтров и линз (разд. 7.2).

Экспозиция

В ряде применений светодиодов выгодно, чтобы приборы ра­ботали на переменном токе с коротким рабочим циклом. По­скольку с увеличением плотности тока квантовый выход боль­шинства светодиодов возрастает (рис. 1.3), импульсный режим работы некоторых индикаторов является более экономичным. Глаз может интегрировать получаемую энергию, и, если частота световых импульсов f превосходит определенную величину, на­зываемую критической частотой мерцаний fc, колебания яркости глазом не воспринимаются. Величину fc в широком диапазоне освещенности можно описать следующей формулой [13]:

fc = agBa+b, (1.16)

где /с —частота мерцаний, Гц; а=12,5; b « 37 для дневного зрения, а Ва — средняя яркость поля зрения. Хотя мерцание — сложное явление, которое не всегда предсказуемо, безопасными с этой точки зрения считаются частоты fc ^ 50 Гц при яркости более 170 кд/м2 и fc ^ 20 Гц при яркости менее 17 кд/м2 [14]. При частотах, превосходящих частоту мерцаний, яркость свето­диода зависит только от общего количества света, полученного приемником, и не зависит от длительности световых импульсов вплоть до минимальной измеренной длительности 8-Ю-9 с [15].

На этом мы заканчиваем обсуждение характеристик зрения. Разработчик светодиодов или индикаторов должен оптимизиро­вать все описанные выше параметры. В настоящее время имеет­ся очень мало количественных данных, касающихся даже наибо­лее часто измеряемой величины — разрешающей способности зрения, а по вопросу исследования наилучших условий восприя­тия отсутствуют и качественные результаты.

Классической работой, содержащей требуемую информацию, является исследование разрешающей способности зрения, прове­денное Коббом и Моссом [16] (рис. 1.12).

Разрешающая способность — угловой размер мельчайшей воспринимаемой глазом детали изображения — измерялась в за­висимости от контраста, экспозиции и освещенности. Диаграмма

/

Рис. 1.12. Соотношение между контрастом, яркостью, размерами наблюдаемых объектов и экспозицией для порога зрительного восприятия. Очерченный объем представляет комбинации параметров ииже порога восприятия. Сплошная линия соответствует экспозиции 0,075 с, а штриховая 3 с.

на рис. 1.12 хорошо иллюстрирует тот факт, что увеличение угловых размеров объекта свыше 5' или возрастание яркости до значений выше 300 кд/м2 дают несущественный вклад в уве­личение разрешающей способности. Следует ожидать, что на аналогичной диаграмме, построенной для определения наилуч­ших условий восприятия, пороговые значения всех трех парамет­ров будут более высокими, а некоторые крайние условия, отра­женные на рис. 1.12, будут исключены. Так, например, для источ­ника света размером ниже некоторого критического повышение яркости и контраста приводит лишь к увеличению видимости, но не удобства наблюдения. Световые индикаторы из фосфида галлия диаметром менее 0,3 мм при наблюдении с расстоя­ния 3 м выглядят как яркие удаленные источники с характер­ными пучками расходящихся лучей. Эти лучи появляются из-за преломления света на капельках влаги, выделяемой на веках слезными железами [17]. Поэтому некоторые наблюдатели от­дают предпочтение источникам диаметром ~ 2,5 мм. Учитывая высокую стоимость полупроводникового материала и экономию, получающуюся при производстве приборов малых размеров, в приборе целесообразно отделить область генерации света от об­ласти, из которой свет испускается. Для большинства примене­ний лучшие результаты дают светодиоды с максимальным вы­ходным потоком света и минимальной площадью перехода при заданном значении входной мощности. В этом случае рассеяние светового потока и контраст обеспечиваются за счет соответ­ствующего выбора корпуса диода.