关于龙的谚语-浙江国税

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第２６卷第３期　
物　理　实　验　
ＰＨ　Ｙ ＳＩＣＳ　ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮ　
Ｖｏ１．２６　ＮＯ．３　
Ｍａｒ．．２００６ 　
２００６年３月　
基于液晶光阀的防眩目眼镜　
陈　伟　，张　强　，江文杰　，周 金鹏　，何焰蓝ｚ　
（１．国防科技大学光电科学与工程学院，湖南长沙４１００７３；　
２． 国防科技大学理学院，湖南长沙４１００７３）　
摘要：基于常开型液晶光阀的电光特性设计了一种司机 夜间行车时佩戴的液晶眼镜．液晶眼镜能够主动根据外　
界光强变化改变自身的透射率，从而使透射光强 趋于稳定值．实验结果表明液晶眼镜能有效防止对面车灯引起的眩目。　
同时不影响司机对路面的观察． 　
关键词：液晶光阀；透射率；眩目；眼镜　
中图分类号：０４９３．３　文献标识码：Ａ　文 章编号：１００５—４６４２（２００６）０３＋００１１－０５　
１　引　言　
夜间行车时， 对面行驶车辆若违规采用“大　
灯”，司机就会产生眩目的感觉，而且在较长一段　
ｔ￣１￣７ 内视觉难以恢复正常状态，极易造成交通事　
故．为解决此安全隐患，国内外现行主要有２类　
方法：　
处，眼睛都需要经历一段适应时间才能看清周围　
物体，相应的适应称为暗适应（ｄａ ｒｋ　ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）　
和明适应（１ｉｇｈｔ　ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）．有关资料表明口］ ，这　
种适应需要的时间大约为５～１０　ｍｉｎ，而完全适　
应新的亮度环境需要２０￣３０ 　ｍｉｎ．夜问行车过程　
中，当对面车辆迎面驶来时，司机就会有一个明适　
应的过程，而车 辆驶过时，又有一个暗适应的过　
１）电子学与光学相结合的方法，例如ＡＤＳ晶　
望镜¨ｊ． 此产品是汽车遮阳板的升级换代产品，　
可以有效防止眩目，并且有随外界光强自动调整　
程， 极易造成人眼疲劳．而液晶眼镜能自动根据　
外界光强改变自身透射率，使进入人眼的光强趋　
于定值，从而有效解决了视觉疲劳的问题．　
２．２主观亮度　
透射率的优点．但它是与车型相 匹配的，其他车　
型若想采用此产品必须另行安装，大大降低了其　
通用性，而且此类产品的价 格偏高．　
２）纯光学的方法。比如采用镀膜技术来滤去　
对人眼敏感的一部分波段的光【２］ ．此方法可有效　
人眼看物体感到亮与不亮，即为主观亮度．　
主观亮度与观察者的生理和心理 特性直接相关．　
此外，在客观上也决定于眼睛视网膜上所接受到　
的光的照度．　
的 将强光衰减为人眼能够接受的光，但镀膜一经　
完成，对光的衰减程度也随之确定，不能够自动的　加以调整．　
视网膜上接受到的光的照度为　
Ｅｖ　，　
而基于液晶光阀的防眩目 夜视眼镜（下文简　
称液晶眼镜），既可以根据外界光强的变化自动调　
式中：Ｅ　为视网膜上 的照度（Ｉｘ），Ｂ为被观察物　
体的亮度（ｃｄ／ｍ　），－』、为眼睛的透射率（约０．５５～　< br>０．７５），Ａ为瞳孔的面积（ｒｎ。），　为光线的入射角，　
常数Ｋ＝＝＝视网膜成像面积（ ｒｎ　）／视场角立体角　
（ｓｒ）．　
整对光照的衰减程度，又兼有小巧灵活、成本低廉　< br>的优点，有着巨大的市场潜力．　
２眩目机理分析　
２．１明适应与暗适应　
当 眼睛直视物体时，　一Ｏ。，Ｅｖ－－．ＢＡ　　Ｔ
．　
当人从强光环境下进入暗处，或从暗处 到明　
当对人眼的光的照度小于２　０００　ｌｘ时，人不会　
收稿日期：２００５—０９—３ ０　
作者简介：陈伟（１９８３一）．男．山东肥城人．国防科技大学光电科学与工程学院本科生．　< /p>

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１２　物　理实验　第２６卷　
感到刺眼．液晶 眼镜即是将外界光强控制在该阈　
的是常开型．图２分别为液晶光阀开态和关态的　
值以下，从 而满足人眼对亮度的适应要求．　
２．３视觉锐度　
人通过视觉器官辨认外界事物的敏锐程度称 　
为视觉锐度．一个人能辨认物体细节的尺寸越　
小，其视觉锐度就越高；反之，视觉锐度越差 ．人　
眼的生理因素决定了只有在较高亮度条件下才能　
得到较高的视觉锐度．视觉锐度不仅与 被观察物　
体的亮度有关，而且还与相对对比度有关．对比　
度定义为　
Ｃ—Ｉ　Ｂ　 一Ｂ。Ｉ／Ｂ；，　
式中：Ｂ，为背景亮度，Ｂ。为被观察目标的亮度．　
视觉锐度与亮度、对 比度之间有如下的经验公式：　
Ｖ－－ＬＣｖ／￣，，　
式中，Ｌ为比例常数．由上式可见，在 亮度比较小　
（暗视觉环境）的情况下，对视觉锐度起主要作用　
的是对比度．液晶眼镜同等程 度的改变了被观察　
目标与背景的亮度，即对比度没有发生改变，因而　
不会影响视觉锐度．　
３液晶眼镜的原理分析　
３．１液晶眼镜的结构　
液晶眼镜实质上是一种液晶光阀，它 是一主　
控系统，由执行机构和光电控制系统２部分组成，　
具体原理框图如图１所示．图中的 光电转换电路　
是将探测到的外界光强信号转化为电信号输入到　
控制电路，控制电路根据接收 到的电信号合理控　
制液晶光阀两端的电压．　
图１液晶眼镜原理图　
３．２液晶光阀 的原理分析　
同许多光调制器一样，本文所使用的液晶光　
阀采用的是一种多层膜结构，由加在 ２个偏振片　
之间的玻璃基板、透明电极、分子配向层和液晶层　
组成，其中液晶层作为光调制 材料．选用的工作　
方式为透射式，它是利用长螺距液晶分子的旋光　
性和２片偏振方向一致的 偏振片来工作的．在电　
场的作用下，液晶分子的初始排列改变为其他的　
ｔ４￣－Ｎ形式，从 而使液晶层的光学性质发生变化．　
也就是说，以“电”通过液晶对“光”进行了调制．　
通常 ，液晶光阀可分为常开型和常闭型，这里采用　
工作示意图．　
当液晶层两端不加电压时，液晶 分子不会使　
通过起偏器的偏振光的偏振方向发生变化，该偏　
振光可完全透过检偏器，偏振片 的理论透射率为　
４０　～５Ｏ　，透射光强大约变为原来的一半；当加　
上电压时，在外加电 场的作用下，液晶分子的取向　
发生改变，使得通过起偏器的偏振光的偏振方向　
发生变化，该 偏振光不能完全透过检偏器，从而改　
变了液晶光阀的透射率．通过实验测得，当外加　
电场发 生变化时，透射率变化曲线如图３所示．　
可以看到，对于实验采用的常开型液晶光阀来说，　
当所加电压小于阈值电压２．３　Ｖ时，透射率维持　
在０．４Ｏ～Ｏ．４５之间，变化不大，光阀处于 开态；当　
所加电压大于３．５　Ｖ时，透射率降到了０．０５以　
下，光阀处于关态；当所加 电压在２．３～３．５　Ｖ之　
间时，透射率随外加电压的增大而减小且线性程　
度较好＋当对 面没有车灯时。光阀处于开态；当对　
面有车灯时，光阀处于线性工作区从而保证最终　
进入人 眼的光强趋于一个定值．　
图３透射率变化曲线　

维普资讯 http: 第３期　陈伟，等：基于液晶光阀的防眩目眼镜　
３．３控制电路及分析　
控制部分主要是 在光阀的阈值附近实现，对　
于这段透射率呈线性变化的部分，可以采用线性　
元器件（如光敏 电阻）加以控制，为保持电路响应　
的光谱范围和峰值波长与人眼的一致性，这里选　
用ＧｄＳ ：Ａｇ材料的光敏电阻［４］，其峰值波长为　
５６０　ｎｍ．　
实验电路如图４所示，其中Ａ 是光电开关部　
分，Ｂ是分压控制部分．　
图４实验电路图　
当光照强度较弱时，Ａ中 的晶闸管是截止的，　
通过分压电路加在液晶片两端的电压不足以引起　
透射率的变化；当光强 达到设定的参量（可通过电　
阻元件设定）时，光电开关导通，这时通过Ｂ部分　
的分压使加在 液晶片两端的电压达到阈值电压．　
同时由于光敏电阻在光照度小于ｌＯ　ｌｘ时，能够　
很好 的线性变化，从而使加在液晶片两端的电压　
也能够线性变化，这样就达到了根据外界光强来　
改变液晶片透射率的目的，使透射光稳定在合理　
的强度．　
为使液晶眼镜更为小巧，采用钮扣 电池作为　
电源．直接采用直流供电会造成器件老化，因此　
设计了合理的电路将直流信号转化 为交流信号．　
因液晶片在一定驱动条件下的电光响应特性　
即电光响应的速度（以ｍｓ计）， 它有如下共性：　
ｒｄｏｃｒ；／（ＡＥ－－Ｅ　），ｒｆ。ｃ　．　
式中ｒｄ为下降时间　为 上升时间，＇７为液晶材料　
的黏度，△ｅ为液晶材料的介电各向异性值，ｈ为　
液晶层的厚度 ，Ｅ为电场强度．电光响应特性曲　
线如图５所示．这是在温度为２５．５℃，驱动电压　
为３ ．２　Ｖ，电压频率为５０　Ｈｚ，暗视觉的条件下测　
得的曲线，下降时间为ｉ０　ｍｓ，上升时间为 １５　ｍｓ．　
实际操作中，为了消除透射率上升过程对人眼造　
成的闪烁感，在Ｂ部分中加入 了电感Ｌ来延长上　
升时间．此时的电光响应特性曲线如图６所示．　
测量条件不变，得到的下 降时间仍为ｉ０　ｍｓ，上升　
时间（与电感Ｌ选择有关）变为２　０００　ｍｓ，可以消　
除 上升过程对人眼的闪烁感．　
，十１＾芯——一　
。。。。
７
－１
。
　
　
ｒ问—－　上升时　
下降时间关闭延迟时间　
响应时间　
电压　
０　
＿－１　
Ｌ　时间　
图５液晶光阀的时间响应曲线（未加电感） 　
十１＾：■；——一　
７　／　
开启延　
下降时问关闭延迟时间上升时间　
响应时间　
电压　
０　
＿＿］　
Ｌ　时间　
图６液晶光阀的 时间响应曲线（增加电感）　
３．４实物照片　
图７是液晶眼镜的实物照片．　
图７液 晶眼镜的实物照片　

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１４　物　理实验　第２６卷　< br>４　实　验　
４．１模拟观察　
图ｌ０给出了在车内人眼直接观察与通过液　
晶 眼镜观察路面的效果图．　
在实验室条件下。用台灯模拟车灯，分别拍摄　
了人眼直接观察与通 过液晶眼镜观察的效果图如　
图８所示．对比２张图片可以看出，戴液晶眼镜　
可有效的防止眩 目．　
（ａ）直接观察　
（ｂ）通过液晶眼镜观察　
图８模拟观察效果　
４． ２实地观察　
在实地条件下，分别拍摄了人眼直接观察与　
通过液晶眼镜观察的效果如图９所示 ．　
（ａ）直接观察　
（ｂ）通过液晶眼镜观察　
图９车外实地观察效果　
（ ａ）直接观察　
Ｉ　
（ｂ）通过液晶眼镜观察　
图１Ｏ车内观察路面的效果图　
结合图９和图１０的实地观察结果可以看　
出，戴液晶眼镜既可以有效的防止眩目，同时又　
不影响司机对路面的观察。达到了预期的设计效　
果．　
５　结　论　
分析了人眼的视 觉因素，对液晶材料的时间　
响应作了讨论，通过合理设计电路得到的液晶眼　
镜能够主动根据 外界光强变化改变自身的透射　
率，从而使透射光强趋于稳定值，既可有效的防止　
眩目，又不 影响对路面的观察．液晶光阀的应用　
前景广泛，不仅可以作为汽车司机戴的“变色”镜，　
同 时可以应用于其它需要控制光强变化的领域　
中，如微光设备、摄像器材等，可以预见，这种液晶　光阀器件有着良好的市场前景．　
参考文献：　
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ｔｐ：／／ｗｗｗ．３７３７８．ｃｎ／ｃｏｍｐａｎｙ／ｈｏｍｅ．ａｓ ｐ？ｉｄ＝　
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第３期　陈伟．等：基于液晶光阀的防眩目眼镜　１５　
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Ｇｌａｓｓｅｓ　ａｖｏｉｄｉｎｇ　ｄａｚｚｌｉｎｇ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｌｉｑｕ ｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｌｉｇｈｔ　ｖａｌｖｅｓ　
ＣＨＥＮ　Ｗｅｉ　，ＺＨＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ　 ，ＪＩＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｊｉｅ　，ＺＨＯＵ　Ｊｉｎ　ｐｅｎｇ　，ＨＥ　Ｙａｎ—ｆａｎ　
（１．Ｃ ｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈｏｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒ ｓｉｔｙ　ｏｆ　
Ｄｅｆｅｎｓｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００７３ ，Ｃｈｉｎａ；　
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎ ａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　
Ｄｅｆｅｎｓｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃ ｈａｎｇｓｈａ　４１００７３，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｌｉｑｕｉ ｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｇｌａｓｓｅｓ　ｆｏｒ　ｄｒｉｖｅｒｓ　ａｔ　ｎｉｇｈｔ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ ．Ｉｔ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ—　
ｏｐｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｌｉｑｕ ｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｌｉｇｈｔ　ｖａｌｖｅｓ．Ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｇｌａｓｓｅｓ　ｃａｎ　ａ ｄｊｕｓｔ　ｔｈｅ　ｌｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　
ｔｏ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈ ｔ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｉｎｔｅｎｓｉｔＹ　ｒｅｍａｉｎｓ 　Ｓｔｅａｄｙ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｄａｚ—　
ｚｌｉｎｇ　ｃ ａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｏｐｐｏｓｉｔｅ　ｌｉｇｈｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｖｏｉｄｅｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅｓ　ｏｆ　ｓｉｇｈｔ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅｒｓ　ｃｏｕｌｄ　ｎｏｔ　ｂｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｌｉｇｈｔ　ｖ ａｌｖｅｓ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ；ｄａｚｚｌｉｎｇ；ｇｌａｓｓｅｓ　
（上接第７页）　
物理实验，２００５．２５（７）：１８～１９．　
参考文献：　［３］　
冷国华．电 脑示波器［Ｊ］．物理实验．２００４．２４（３）：２８　
～
３Ｏ．　
［１］方俊鑫 ．陆栋．固体物理学（下册）［Ｍ］．上海：上海　Ｌ４Ｊ　
胡险峰．用微机观测交流磁滞回线［Ｊ］． 物理实验，　
科学技术出版社，１９８１．１３９．　
１９９７，１７（１）：１９～２０．　
［２］　李国朝．基于相关原理的虚拟相位差计的设计［Ｊ］．　
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　 ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄ ｅ　
ＨＵ　Ｘｉａｎ—ｆｅｎｇ，ＺＨＵ　Ｓｈｉ—ｇｕｏ　
（Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｃｏｌｌｅｇ ｅ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００６４，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｏｂｓｅｒｖａｔ ｉｏｎ　ｏｆ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ　
ｗｉ ｔｈ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｂｙ　ＬａｂＶｉｅｗ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐ ｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ　ｔ　ｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　
ｉ ｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｃｉｄｅｎｔ　ｌｉｇｈｔ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ｂａｃｋ　ｔＯ　ｔｈｅ 　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｓｉｇｎａｌ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎ ｇ　
ｃｉｒｃｕｉｔ　ｈａｖｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｅｅｄｂ ａｃｋ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｉｇｎａ１．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ ；ｓｅｌｆ—ｍｉｘｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ