防窺門鏡的研制

陳 羽

(南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子學(xué)院，江蘇南京 210046)

門鏡俗名叫做貓眼。從室內(nèi)通過門鏡向外看，能看清門外視場角約為 120°范圍內(nèi)的所有景像，而從門外用肉眼通過門鏡卻無法看到室內(nèi)的任何東西。但是，不法分子從門外通過由光學(xué)透鏡組成的光學(xué)儀卻能方便地看到室內(nèi)的狀況。

文中利用紅外探測技術(shù)和液晶盒的光學(xué)開關(guān)特性，給出了一種防窺門鏡的解決新方法，為門鏡的防窺技術(shù)提供了一條新的解決思路，具有廣闊的市場前景。

1 結(jié)構(gòu)簡介

防窺門鏡包括光學(xué)系統(tǒng)、液晶盒及其控制電路、紅外探測及其控制電路 3部分組成。

1.1 光學(xué)部分

普通的門鏡由 4個(gè)透鏡組成[1]，從外到里是 3個(gè)靠得很近的凹透鏡和一個(gè)相距較遠(yuǎn)的凸透鏡，3個(gè)靠近的凹透鏡可以等效成一個(gè)焦距很短的一組凹透鏡，稱為物鏡。凸透鏡為另一組，稱為目鏡，如圖 1所示。

圖1 光學(xué)部分

1.2 液晶盒部分

液晶盒在物鏡和目鏡之間，有兩個(gè)電極引出。電極上無電壓時(shí)，液晶盒“打開”，光可以自由穿過液晶盒，它對門鏡的光路沒有影響。當(dāng)在電極上加有一定幅值的交流電壓時(shí)，光無法穿過液晶盒，此時(shí)的液晶盒“關(guān)閉”，對門鏡的光路產(chǎn)生了阻斷，從而起到了防窺作用。

電極上所加的交流電由振蕩器提供，電壓的有效值為 2～3 V[2]，頻率為幾十到幾百 Hz。

1.3 紅外探測部分

紅外探測器是一個(gè)反射式光耦，由一對紅外發(fā)射接收管構(gòu)成，安裝在目鏡一側(cè)。發(fā)射管發(fā)射紅外線。當(dāng)室內(nèi)無人靠近時(shí)，接收管接收不到人體的反射信號(hào)；當(dāng)室內(nèi)有人在目鏡這一側(cè)向外觀察時(shí)，接收管收到人體的反射信號(hào)，經(jīng)放大器及繼電器處理后產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)。

2 液晶盒設(shè)計(jì)

2.1 外觀設(shè)計(jì)

因?yàn)殚T鏡為圓形，所以液晶盒的基本結(jié)構(gòu)為圓形，其直徑與門鏡的內(nèi)徑相同。由于液晶盒需要有兩個(gè)控制電極引入，所以在圓形下方留有缺口，以便接上引腳，如圖 2所示。

圖2 外觀設(shè)計(jì)

2.2 菲林版設(shè)計(jì)

在液晶盒的制造過程中，需要在導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電層上制成所要求的電極圖形，這個(gè)過程目前是用光刻技術(shù)來完成的，光刻中需要用到具有特定圖形的菲林版，它是通過制版方法在膠片上制成與電極圖形對應(yīng)的黑白圖案，黑色區(qū)域能遮擋光，而透明區(qū)域能讓光通過。

液晶盒生產(chǎn)工藝中幾個(gè)比較重要的工序?yàn)楣饪獭I涂覆、摩擦、絲印成盒等幾個(gè)工序。光刻工序是在玻璃上刻出電極圖形，其中曝光所用菲林版需要設(shè)計(jì)，因?yàn)橐壕Ш杏缮舷聝善Ａ?gòu)成，所以有上下兩張光刻菲林版；PI涂覆要用一種凸版，制作凸版需要一張菲林版；絲印成盒工序需要絲網(wǎng)印刷，絲網(wǎng)印刷所用的絲網(wǎng)制作，也需要兩張菲林版，一張是印封邊框的 Seal版，另一張是印導(dǎo)電點(diǎn)的 Dot版；因此一共需要設(shè)計(jì) 5張菲林版[3]。防盜門鏡所需液晶盒的 5張菲林版，如圖 3所示。

圖3 菲林版設(shè)計(jì)

3 電路設(shè)計(jì)

如圖 4所示，與非門 U2、電容 C6及電阻 R5、R6構(gòu)成多諧振蕩器[4]。當(dāng)與非門 U2的 14腳加電壓時(shí)，振蕩器開始工作，就能輸出方波給液晶盒，使液晶盒處于“打開”狀態(tài)。反之則會(huì)“關(guān)閉”液晶盒。

圖4 電路設(shè)計(jì)

LED和 D1構(gòu)成反射光耦[5](即紅外探測頭)，當(dāng)室內(nèi)無人靠近探測頭時(shí)，LED發(fā)出的紅外不能反射到D1，光敏管D1處于阻斷狀態(tài)，三極管 Q1因無基極偏置而處于截止?fàn)顟B(tài)，電源電壓經(jīng) D2、R3加至三極管Q2基極，使其導(dǎo)通，這樣繼電器 1，8兩腳有電流通過，其 2腳與 4腳相連而與 3腳斷開，振蕩電路因缺少電源而停振，液晶盒“關(guān)閉”，室外人無法通過光學(xué)儀觀察到室內(nèi)。反之，當(dāng)室內(nèi)有人靠近探測頭時(shí)，繼電器的 2腳與 4腳斷開而與 3腳相連，振蕩器開始振蕩，從而使液晶盒“打開”，室內(nèi)人就可觀察到外面情況。

4 結(jié)束語

防窺門鏡經(jīng)過組裝和電路調(diào)試后進(jìn)行了觀察。當(dāng)從物鏡一側(cè)觀察時(shí)，漆黑一片，這是液晶盒處于光阻斷狀態(tài)的緣故。當(dāng)從目鏡一側(cè)觀察時(shí)，紅外探測頭立刻工作，使液晶盒“打開”，可以自由觀察物鏡一側(cè)的狀況。因此防窺門鏡從設(shè)計(jì)，加工到組裝都達(dá)到了使用要求。

[1]劉毅平.門鏡(貓眼)的結(jié)構(gòu)與原理[J].物理教學(xué)探討，2006，24(8):42-43.

[2]李維諟.液晶顯示應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[3]范志新.液晶器件工藝基礎(chǔ)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，2000.

[4]林春方.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社，2007.

[5]孫余凱.新型電子通用單元電路[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.