Ls - яркость Элемента в обесточенном состоянии за счет внешней засветки.

Рассмотрим контрастность изображения у двух наиболее типичных индикаторов, имеющих принципиальное конструктивное отличие: монолитного планарного индикатора на поглощающей подложке и гибридного индикатора на принципе рассеяния света при различных условиях засветки. Две наиболее характерные ситуации - засветка точечными источниками Я1 и Яг (солнце или лам1па) и засветка излучением, равномерно рассеянным в пределах телесного угла 2 ср (полет в облаках и т. п.).

Зависимость силы света излучения элемента от направления наблюдения у обоих типов индикаторов близка к диаграмме направленности идеального ламбертовского излучателя, которая описывается выражением /.„„=7cosa. Расчеты, проведенные в настоящей работе, показали, что незначительное отклонение от закона Ламберта наблюдается у монолитных приборов при ]а]>80°, а у приборов на принципе рассеяния света - при а»0°.

Если считать, что рассматриваемые индикаторы излучают по закону Ламберта, то яркость

4л =/.Мал (1.3)

и не зависит от угла наблюдения (здесь Лэл - площадь свечения элемента).

Световой поток засветки Фв, падающий на поверхность элемента, описывается формулой

<s=A,4E,d% = A,„E,, (1.4)

где Es - освещенность, лм/м; Et - спектральная плотность освещенности, ЛМ/(м-НМ).

Будем считать, что отраженный поток засветки 0s = pdOs также подчиняется закону Ламберта. Тогда яркость Ls, как и Ьэл, не зависит от угла наблюдения и описывается выражением

(1.5)

Комбинируя выражения (1.2) - (1.5), получаем

С =--+1. (1.6)

В самом общем виде коэффициент отражения элемента можно представить так:

Р = Ри + Pfm + (1 - р™ - PFm),

где рш И pjTm - коэффициенты френелевского диффузного и зеркального отражения поверхности элемента; рт - коэффициент «объемного» отражения, равный отношению светового потока засветки, вышедшего наружу помеле многократного отражения и рас-22

сеяния, к световому потоку засветки, проникающему в объем элемента.

Из определения С в виде (1.6) следует, что p = p<j, если зеркальное френелевское отражение либо отсутствует, либо описывается законом Ламберта (равномерно рассеянная засветка). Направленный поток зеркального отражения («блеск») от засветки точечными источниками Я1 и Яг в выражении (1.6) не учитывается и обычно служит предметом особого анализа.

Рассмотрим контрастность индикатора на принципе рассеяния •света (подробнее см. гл. 5). Благодаря преднамеренно созданной шероховатости поверхности (pjrm=0) независимо от типа источника засветки «блеск» отсутствует. Коэффициент р2?йл;0,04, так как показатель преломления пластмассы, заполняющей объем сегмента, мал (Пг«:1,5). В хорошо сконструированном приборе собственное излучение кристалла выводится наружу без поглощения, поэтому в идеальном случае pV~l. Очевидно также, что диаграмма направленности «объемного» отражения засветки совпадает с ламбертовской диаграммой собственного излучения. В итоге можно считать, что выражение (1.6) адекватно описывает контрастность этого типа полупроводникового индикатора p=pd~ 1.

Контрастность монолитного планарного индикатора на поглощающей подложке значительно выше по следующим причинам. Поток засветки, проникающий в объем кристалла, полностью поглощается, т. е. р = 0. Хотя из-за большого коэффициента преломления материала (Пг=3...4) френелевское отражение велико (pFm+pFd»0,3), обычно принимают [18], что для "•ской поверхности элемента рмл; (0,3 ... 0,5)ррт, так что можг* считать рм»0,1.

Нанесение просветляющих диэлектрических покрытий на поверхность элемента ПЗСИ и применение поляризационных фильтров с просветленной внешней поверхностью позволяют в ограниченном спектральном диапазоне и в диапазоне рабочих углов наблюдения 0...45° уменьшить коэффициент зеркального отражения до ррл; 0,0025 [19].

При равномерно рассеянном внешнем освещении сила света зеркально отраженного потока описьшается законом Ламберта. В итоге можно считать, что выражение (1.6) полностью характеризует контрастность прибора при р = рй = рм + рт~0,1. При засветке точечными источниками р=ррв.Л- «Блеск» характеризуется отдельно коэффициентом ррт- За предельно достижимое значение можно принять р2гто=0,0025.

Контрастность индикаторов может быть существенно увеличена При использовании нейтральных и полосовых фильтров.

Увеличение контрастности нейтральным фильтром подробно рассмотрено в обзоре [16] и обусловлено эффектом однократного прохождения через фильтр собственного излучения индикатора и

* Эффекты переизлучения здесь не учитываются.

двухкратного прохождения отраженного потока засветки. Соответственно выражение для контрастности принимает вид

=-EZeIh-1 (1.7)

Типичное значение коэффициента пропускания используемых фильтров Тн составляет 0,1 ...0,3, так как при Тн<0,1 сила света резко уменьшается и контуры изображения расплываются из-за рассеяния в объеме фильтра.

Увеличение контрастности избирательными фильтрами также описано в обзоре [16]. Применяют фильтры либо с односторонним ограничением пропускаемого спектра, либо с двухсторонним - полосовые фильтры. Значительный эффект дает использование с индикаторами -красного цвета простого длинноволнового фильтра, поглощающего внешнюю засветку в коротковолновой области спектра. Применение коротковолнового фильтра с индикаторами, излучающими в желто-зеленой области, не эффективно, так как световой поток солнечной засветки (рис. 1.4) максимален именно в этой части спектра.

Наибольшее увеличение контрастности может быть получено при использовании полосовых фильтров [16]. Количественный анализ зависимости контрастности от параметров индикатора и полосовых фильтров в литературе отсутствует, поэтому целесообразно подробно рассмотреть эту зависимость в настоящем разделе.

Контрастность индикатора с полосовым фильтром, имеющим коэффициент пропускания Тп(Я), может быть записана в виде

Сп = --+1- (1.8)

Предположим, что фильтр имеет постоянное пропускание в пределах своей П-образной спектральной характеристики с границами пропускания Яо.бд и Яо.бк (характеристические длины волн спектра /„(Я) на половине его высоты на длинноволновом и коротковолновом склонах соответственно). Очевидно, что пределы интегрирования в (1.8) теперь равны Ко.бк и Яо.бд.

Количественный анализ спектров индикаторов, изготовленных из различных материалов (рис. 1.4), показал, что для этих спектров справедливо соотношение

J* i,di=o,mi„. (1.9)

Значение коэффициента 0,66 было получено нами из статистической обработки большого числа экспериментальных данньгх. Относительная девиация составила 10 7о. 24