Матричный индикатор Советский патент 1983 года по МПК G09G3/18 

1

. Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для индикации и обработки информации.

Известен матричный индикатор, содержащий пластину из электрооптического материала с нанесенными с двух сторон ортогональными электродами и жидкокристаллическую ячейку с фоторезистором и сплошными электродами 1.

К недостаткам этого индикатора следует отнести большие оптические потери и невозможность формировать матрицу из произвольного набора нескольких типов элементов разложения.

Известен также индикатор с матричной адресацией на основе световода с нанесенным на нем слоем жидкого кристалла 2.

Индикатор содержит узел ввода излучения в виде призмы,, диэлектрические пластины и узел для распространения света, между поверхностью которого и поверхностями диэлектрических пластин,расположен электрооптический материал с электродами в виде проводящих прозрачных дорожек, расположенных с двух сторон электррннооптического материала в ортогональнь1х направлениях, перекрытия которых формируют элементы разложения индикаторной матрицы.

В качестве узла распространения света в нем использован плоский световод, а электрооптический материал представлен в виде жидкого кристалла, электроды нанесены на поверхность световода и диэлектрических пластин.

Индикация осуш,ествляется с поверхности световода и возможно только раздельное высвечивание элементов матрицы, расположенных по ходу распространения световой волны, поскольку каждый высвечиваемый элемент полностью или в значительной степени выводит световую энергию из световода при возбуждении, т.е. прерывает ее дальt5 нейшее распространение.

К недостаткам этого устройства следует отнести невозможность формирования индикаторной матрицы разных типов и одновременного высвечивания нескольких элементов разложения матрицы, расположенных ° вдоль распространения световой волны, что снижает точность и быстродействие индикатора.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия индикатора.

Указанная цель достигается тем, что матричный индикатор, содержащий основание, выполненное з виде плоского световода, на noEsepxHOCTHX которого последовательно расположены прозрачные электроды, слой электрооптического мате)иала и диэлектрические пластины, и первую призму, установленную на одном из торцов основания, содержит вторую призму, установленную на другом торце основания, а в прозрачных электродах выполнены информационные отверстия разной формы, оптически сопряженные со второй призмой.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема индикатора; на фиг. 2 - плоский световод с расположенными на его поверхности электродами в виде проводящих прозрачных дорожек, перпендикулярных направлению распространения света с отверстиями по форме элементов матрицы, а также и без отверстий.

Матричное индикаторное устройство содержит узел ввода излучения, выполненный например, в виде призмы 1, диэ.лектрические пластины 2, плоский световод 3, между поверхностью которого и поверхностями диэлектрических 1ластип 2 расположен электрооитический слой 4 с прозрачными электрода.ми 5, расположепны.мп с двух сторон электрооптического слоя 4. В местах п.ерекрестий дорожек в прозрачных электродах 5 вьпклтпены отверстия 6 в количестве гп хпх X ., где m -- число элементов в строке; п -- число элементов в CTOJioiie формируемой индикаторной .матрицы; N - число типов отверстий, причем места перекрестий элек1 родов в направлении расиространения света с отверстиями разных типов, а также и без отверстий выполнены столько раз, сколько элементов в столбце формируемой индикаторной матрицы и повторены с интервалами, равным Kfi нерекрестий, где п О, 1, 2..., (N--1), число дорожек прозрачных электродов 5, расположенных в направлении, перпендикулярном распространению света равно ( + 1) X п, а расположенн1з1х вдоль направления распространения света - равно m.

Вывод излучения происходит через призму 7.

На фиг. 1 для наглядности показан экран с отображенной на нем формируемой индикаторной матрицей.

Количество дорожек прозрачных электродов 5, а также длина, ширина и толщина светонода определяются требуемы.м числом элементов разложения индикаторной матрип.ы.

Для формирования шхп элементов разл(;жения необходимо, чтобы световой луч перекрывал m х п перекрестия дорожек прозрачных электро.аов 5 Б месте отражения от поверхности свето,(5да. Для осуществления выбора нужного .снта ;.3 набора N различных элементOd-уг т-шения его в .чюбом месте индикаторной матрицы отверстия 6 должны быть повторены в направлении распространения света столько раз, сколько элементов разложения в столбце индикаторной матрицы.

Луч света должен испытывать N отражений, а в областях, перекрываемых лучом света при отражениях, перекрестия с однотипными отверстия.ми б не должны занимать одинаковые места вдоль направления распроj странения луча. Это последнее условие соблюдается при повторении одинаковых отверстий с интервалами, равными Кхп перекрестий, где К может принимать значения О, 1,2, ... (N -- 1).

Для устранения фонового излучения тх

хп перекрестий выполнены без отверстий, требования к размещению их аналогичны требованиям к перекрестиям с однотипными отверстиями. Отверстия в прозрачных электродах 5 в местах перекрестий проделаны в одной из двух дорожек, образующих перекрестия.

Устройство работает следующим образом. Световой пучок вводится через призму 1 в плоский световод 3 и распространяется за счет многократных отражений под углом

5 полного внутреннего отражения от поверхностей световода. В областях, где электрооптический слой 4 возбужден электрическим полем с помощью электродов 5, условия полного внутреннего отражения нарущаются на границе световода 3 и электрооптического слоя 4 и свет выводится из световода через слой 4 и диэлектрическую пластину 2 во внешнюю среду. Отраженный от невозбужденных участков электрооптического слоя 4 свет 11родо;1жает распространяться по плос5 кому; световоду 3 и выводится наружу с помощью призмы 7, на выходной плоскости которой высвечивается в виде матрицы. В местах расположения отверстий 6 в электродах 5 электрооптический слой 4 не возбуждается, следовательно, при приложении элек0 трического поля в местах перекрестий свет от этих участков отражается, приобретая форму этих отверстий (часть перекрестия без отверстия выводит излучение из световода). Поскольку свет отражается от всех участков, над которыми электрооптический материал не возбужден, а возбуждаются, в общем случае, не все участки со скрещенными электродами при работе устройства, то для устранения этих лишни.х фоновых лучей напряжение подается на соответствую0 щие перекрестия без отверстий.

Один из вариантов расположения перекрестий с отверстиями и без отверстий приведен на фиг. 2, где все однотипные отверстия сосредоточены в отдельных группах. Принцип действия предлагаемого матричного индикатора основан на нарущении условия полного внутреннего отражения при распространении света по плоскому световоду 3 за счет изменения показателя преломления у электрооптического слоя 4 на гра нице раздела со световодом 3. Для распространения света по световоду 3 необходимо соблюдение условия Пеь , где показатель преломления световода; - показатель преломления окружающей среды . на границе раздела со световодом.

В зависимости от перепада показателей преломления выбирается угол падения света на плоскости световода 3, который должен быть больше или равен предельному углу полного внутреннего отражения. При падении света под предельным углом сохраняется поляризация отраженного света в плоскости падения, что позволяет повысить эффективность управления светом с учетом анизотропии электрооптического материала. При нарушении условия полного внутреннего отражения часть света выводится из световода. При соблюдении постоянства углов падения эта часть тем больше, чем меньше перепад показателей преломления световода и электрооптического слоя 4. Для эффективного управления световым лучом необходимо изменение показателя преломления у электрооптического слоя 4 на величину до 0,1 - 0,3, что достижимо у жидких кристаллов.

При использовании жидких кристаллов прозрачные электроды 5 в виде дорожек из проводящих прозрачных покрытий наносятся непосредственно на поверхности световода 3 и на поверхности диэлектрических пластин 2, а в зазор между световодом и диэлектрическими пластинами вводится жидкий кристалл 4. Для уменьшения световых потерь на отражение толщину проводящих покрытий, наносимых на световод, целесообразно подбирать равной четверти длины волны используемого света. В качестве материала проводящих прозрачных покрытий могут быть использованы двуокись олова, окись индия, окись цинка и др.

Индикация в устройстве может производиться как через призму 7, так и через электрооптический слой 4 и диэлектрическую пластину 2 при возбуждении в электрооптическом материале области с размерами, позволяющими вывести матрицу. Для этого достаточно ввести дополнительные электроды за область формирования элементов. Это

можно осуществить как с одной стороны световода, так и с другой.

В предложенном устройстве индикация может осуществляться как последовательно поэлементно, так и параллельно столбцами с последовательной сменой столбцов. Для

формирования и индикации всего кадра возможно использование электрооптических материалов с запоминанием.

Увеличение Числа различных типов элементов для индикации в предложенном индикаторе позволяет осуществлять и дикацию более сложных картин, улучшить качество индикации, дает возможность обойтись меньшим количеством дискретных элементов, т.е. позволяет увеличить точность индикатора.

Формула изобретения

Матричный индикатор, содержащий основание, выполненное в виде плоского световода, на поверхностях которого последовательно расположены прозрачные электроды, слой электрооптического материала и диэлектрические пластины, и первую призму, установленную на одном из торцов основания, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия индикатора, он содержит вторую призму, установленную на другом торце основания, а в прозрачных электродах выполнены информационные отверстия разной формы, оптически

сопряженные с второй призмой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 413446, кл. G 02 F 1/13, 1972.

2. Патент США № 3838908, кл. G 02 F 1/16, опублик. 1974.

Ш