用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件及面陣電控液晶器件的製作方法
2023-05-15 14:12:06
專利名稱：用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件及面陣電控液晶器件的製作方法
技術領域：
用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件及面陣電控液晶器件技術領域[0001]本實用新型屬於面陣液晶控制領域，更具體地，涉及一種用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件及面陣電控液晶器件。
背景技術：
[0002]面陣電控液晶器件作為一種新型的功能化光學結構，具有獨特的電光性質。通過改變外加電壓，可以改變器件中的液晶分子的空間排布，使其折射率的分布形態發生改變， 從而表現出特殊的光學物性，製成匯聚或發散微透鏡陣列，其焦距可由外加電壓信號控制。 同時給陣列化的耦合微電極施加電壓信號，可以實現焦點擺動。通過控制液晶器件的電壓信號幅度，可以調節通過液晶器件的光波長，實現高光譜解析度的電控成像波譜調節。通過控制圖案化電極的加電順序和電壓信號幅度，可以獲得透射或反射式的複雜波前，實現複雜波前的電控調製或生成，以及光波偏振形態的電控調製。在自適應光學、高性能成像探測以及光通信、等領域，具有廣泛的應用前景。[0003]但是現在能給面陣液晶施加的波形信號電壓較小，陣列液晶焦斑擺動不明顯，無法達到最佳效果，所以設計了本組件，可以輸出的電壓範圍寬度大於以前的儀器，以實現面陣液晶焦斑的寬範圍擺動。同時本組件提高電壓的輸出精度，使得輸出波形信號精度高，能實現對面陣液晶更精確的控制。如此，面陣液晶的焦距調節範圍更寬，更精確，更方便獲取有用光信號。實用新型內容[0004]針對現有技術的缺陷，本實用新型的目的在於提供一種操作方便、通過輸出頻率可調、輸出電壓可調、波形可選擇的信號波來控制面陣液晶，且能實現光學性質變換的用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件。[0005]一種用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件包括用於根據外部的控制信號輸出波形頻率選擇信號和幅值選擇信號的控制模塊；用於根據所述波形頻率選擇信號輸出波形信號的信號發生模塊；以及用於根據所述幅值選擇信號將所述波形信號進行放大並輸出控制外部液晶面板的信號放大模塊。[0006]更進一步地，所述控制模塊包括型號為MSP430F5438的單片機。[0007]更進一步地，所述信號發生模塊包括用於根據所述控制模塊輸出的波形頻率選擇信號產生波形信號的波形發生器；與所述波形發生器和所述控制模塊連接，用於控制是否將所述波形信號輸出給所述信號放大模塊的開關單元；以及與所述波形發生器連接用於提供工作時鐘的時鐘發生器。[0008]更進一步地，所述波形發生器為DDS數字頻率合成晶片。[0009]更進一步地，所述開關單元為數字開關晶片。[0010]更進一步地，所述信號放大模塊包括依次連接的第一運算放大單元和第二運算放大單元；以及與所述第一運算放大單元連接用於調整放大倍數的係數調節單元。[0011 ] 更進一步地，所述係數調節單元包括並聯連接的第一數字電位器和第二數字電位器；以及連接在所述第一數字電位器和所述第二數字電位器的並聯輸入端的電阻。[0012]更進一步地，所述第一運算放大單元為15V的運算放大器，所述第二運算放大單元為48V運算放大器。[0013]本實用新型的目的還在於提供一種面陣電控液晶器件，包括數字控制組件、控制信號輸入模塊以及液晶面板，所述數字控制組件為上述的數字控制組件。[0014]更進一步地，所述控制信號輸入模塊為鍵盤或計算機。[0015]在本實用新型中，用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件通過信號放大模塊根據控制模塊輸出的幅值選擇信號將信號發生模塊輸出的波形信號進行放大後輸出並控制液晶面板；電壓調節範圍寬、操作方便、輸出精度高。
[0016]圖結構框圖[0017]圖[0018]圖[0019]圖[0020]圖[0021]圖I是本實用新型提供的用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件的模塊2是本實用新型提供的數字控制組件中信號發生模塊內部的模塊結構框圖；3是本實用新型提供的數字控制組件中信號放大模塊內部的模塊結構框圖；4是本實用新型提供的數字控制組件中控制模塊的電路圖；5是本實用新型提供的數字控制組件中信號發生模塊的具體電路圖；6是本實用新型提供的數字控制組件中信號放大模塊的具體電路圖。
具體實施方式
[0022]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。[0023]本實用新型提供的數字控制組件是一種操作方便的面陣液晶控制裝置，可以應用於面陣電控液晶器件中，該面陣電控液晶器件包括依次連接的數字控制組件I、控制信號輸入模塊2以及液晶面板3。通過鍵盤輸入或者與之連接的計算機控制，可以輸出頻率可調、 電壓可調、波形可選擇的信號波，以此來控制面陣液晶從而實現光學性質的變換。[0024]圖I示出了本實用新型提供的用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件的模塊結構；為了便於說明，僅僅示出了與本實用新型相關的部分，詳述如下[0025]數字控制組件I包括依次連接的控制模塊11、信號發生模塊12和信號放大模塊 13，控制模塊11還與信號放大模塊13連接；控制模塊11根據外部的控制信號輸出波形和頻率選擇信號和幅值選擇信號；信號發生模塊12根據波形和頻率選擇信號輸出波形信號； 信號放大模塊13根據控制模塊11輸出的幅值選擇信號將信號發生模塊12輸出的波形信號進行放大後輸出並控制液晶面板3。其中外部的控制信號可以由鍵盤或計算機給出。[0026]如圖2所示，信號發生模塊12包括用於根據控制模塊輸出的波形頻率選擇信號產生波形信號的波形發生器122，與波形發生器122和控制模塊11連接，用於控制是否將波形信號輸出給信號放大模塊13的開關單元123，以及與波形發生器122連接用於提供工作時鐘的時鐘發生器121。其中，波形發生器122可以採用DDS數字頻率合成晶片U3，開關單元123可以採用數字開關晶片U2。[0027]如圖3所示，信號放大模塊13包括依次連接的第一運算放大單元132和第二運算放大單元133，以及與第一運算放大單元132連接用於調整放大倍數的係數調節單元131。 其中，第一運算放大單元132可以採用15V的第一運算放大器U6，第二運算放大單元133可以採用48V的第二運算放大器U7 ;係數調節單元131包括電阻R5、第一數字電位器U4和第二數字電位器U5及其外圍電路。[0028]在本實用新型中，用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件通過信號放大模塊13根據控制模塊11輸出的幅值選擇信號將信號發生模塊12輸出的波形信號進行放大後輸出並控制液晶面板3 ;電壓調節範圍寬、操作方便、輸出精度高。[0029]由於低電壓在液晶透鏡控制中的聚焦作用有限，所以我們設計了一種寬電壓範圍的小型化面陣液晶波譜及光束變換數字控制組件，並且該儀器具有16路輸出信號，可以分別控制4X4液晶陣列的每一部分。因此4X4液晶陣列的所有的16部分均是可尋址的，這在複雜的情況下執行的高性能對象成像檢測中十分重要。利用這款面陣液晶波譜及光束變換小型化數字控制組件，我們可以分別控制4X4液晶陣列的每部分，根據感光陣列的光強分布的特點，聚焦對成像檢測和識別有用的部分入射光束，轉移幹擾光線。這意味著，液晶微透鏡陣列具有自適應的特點，在檢測和成像領域，具有廣闊的應用前景。[0030]圖4示出了控制模塊11的具體電路；圖5示出了信號發生模塊12的具體電路；圖 6示出了信號放大模塊13的具體電路；為了更進一步地說明本實用新型提供的數字控制組件，現結合具體電路詳述如下[0031]控制模塊11包括U8晶片，U8晶片包括12個引腳，I引腳表示頻率輸出端Fdate ； 2引腳表不波形選擇輸出端Sdate ；3引腳表不第一時鐘信號輸出端SClk,與信號發生模塊 12中U3晶片的Sclk連接，4引腳表示接地，5、6引腳表示時鐘輸入端，5、6引腳之間接晶振 XL1，7引腳懸空不接，8引腳表示第一使能端EN，與信號發生模塊12中U2晶片的使能端連接，9引腳表示方波信號輸出端PWM0UT，與信號發生模塊中U2晶片的SI腳連接，10引腳表示第二時鐘輸出端Clk，與信號放大模塊13中的U4晶片和U5晶片的Sclk端連接；11引腳表示幅值選擇輸出端Data，與信號放大模塊13中的U4的DIN端連接，12引腳表示第二使能端Cho，與信號放大模塊13中U4、U5的及SYNC端連接。其中，U8晶片可以採用型號為 MSP430F5438的單片機。通過單片機可以控制其它模塊，該模塊接3. 3V電壓，其中al、a2、 a3這三個I及O腳接信號發生模塊的U3晶片，分別輸出FDate、SDate、SClk ;b4輸出EN信號，接信號發生模塊中的U2晶片；Tal輸出PWMOUT信號，產生由內部定時器產生的頻率、佔空比可調的方波信號，接信號發生模塊中的U2晶片；b3、b4這兩個I及O腳分別輸出Clk 信號、Date信號，接信號放大模塊的U4和U5晶片。實際應用中，需要16組信號放大模塊 13用於控制液晶面板3 ;那麼b5-b20這十六個I及O腳輸出ChoI-Cho 16，用於接16組信號放大模塊的U4和U5晶片。[0032]信號發生模塊12包括有源時鐘發生器U1、數字開關晶片U2以及DDS數字頻率合成晶片U3 ;其中有源時鐘發生器Ul包括4個引腳，O腳接地，I腳懸空不接，2腳接5V直流電源，3腳為時鐘輸出引腳與U3晶片的MCLK腳相連，並向U3提供時鐘信號。DDS數字頻率合成晶片U3用於產生正弦波和三角波，DDS數字頻率合成晶片U3的6、7、8腳分別通過電阻R2、R3、R4接來自晶片U8的SDate、SClk, FDate信號，FDate信號用來寫入輸出信號頻率，SDate信號用來選擇輸出波形，SClk數據寫入時鐘信號；U3的I腳接5V直流電源，U3 的3腳接兩個並聯電容C13、C14，而這兩個電容接於5V直流，U3的4腳也是接兩個並聯電容CU、C12，這兩個電容接於5V直流，U3的2腳接5V直流電源，而電源通過兩個濾波電容 C16、C17接地，U3的9腳接地；U3的10腳為波形信號VOUT輸出端，通過兩個並聯電容C18、 C19接於U2的8腳S2端，並且通過電容C20接地。數字開關晶片U2通過U8的EN信號選擇是S I腳與Dl相連還是S2腳與Dl相連接，Wave signal信號便可以選擇從PWMOUT或者U3的VOUT得來。[0033]信號放大模塊13包括第一數字電位器U4和第二數字電位器U5,第一運算放大器 U6和第二運算放大器U7 ;其中第一數字電位器U4和第二數字電位器U5的I腳分別接各自的14腳，14腳VLog工作時輸出3. 3V直流，使I腳及RST處於高電位，關閉reset功能。第一數字電位器U4和第二數字電位器U5的2腳接-15V直流電，6腳接+15V的直流電，它們用於對晶片供電。第一數字電位器U4和第二數字電位器U5的10、11腳接來自U8的Cho和 Clk信號，作為數字電位器的使能信號和時鐘信號。第一數字電位器U4和第二數字電位器 U5的13腳接地，作為地端。第一數字電位器U4和第二數字電位器U5的7腳通過電容C3、 C4接地。第一數字電位器U4的12腳DIN為控制信號輸入腳，接受U8的Date信號；在Clk 過16個時鐘周期後，第一數字電位器U4的12腳接受的控制信號從第一數字電位器U4的 9腳SDO輸出；而第一數字電位器U4的9腳和第二數字電位器U5的12腳DIN相連，並且通過電阻R9接輸出3. 3V直流的VLog，通過電阻拉高電位，即第一數字電位器U4和第二數字電位器U5的數據輸入端通過菊花鏈的方式連接。第二數字電位器U5的9腳SDO也通過電阻R9接輸出3. 3V直流的VLog，拉高電位。第一數字電位器U4的3腳A，即電阻器A端與U6的2腳相連，第一數字電位器U4的4腳W，即電阻器滑動端與第二數字電位器U5的 3、4腳相連，第一數字電位器U4的5腳電阻器B端和第二數字電位器U5的5腳B端相連， 並共同接於U6的5腳，這樣便構成數字電位器的並聯連接。U6的4腳接-15V直流電，7腳接+15V直流電，它們用於對晶片供電。U6的3腳接地，作為地端。[0034]在本實用新型中，從信號發生模塊12中數字開關晶片U2產生的信號Wave signal 通過R5與U6的2腳相連，並通過電容C2接地。U6的2腳接U4的電位器A端，而5腳接 U4、U5的電位器B端,這樣第一數字電位器U4、U5便並聯作為U6的反饋電阻,而U6也構成反相放大器。U6的5腳通過R6與U7的2腳相連，而U7的2腳又通過電阻R7和電容Cl (兩者並聯)接U7的5腳Output端。U7的4腳接-48V直流電，7腳接+48V直流電，它們用於對晶片供電。U7的3腳接地，作為地端。這樣U7便構成一個具有一階低通濾波功能的， 且放大倍數固定的反相放大器。最終U7輸出的Output信號是1Vkms-48Vkms電壓可調、調節精度高、波形可選擇，頻率可調的波形信號。而本組件信號放大模塊一共有16路，所以可以用來控制面陣液晶陣列。[0035]本系統通過三塊電路板輸出16路波形用於控制液晶面板；其中波形的選擇、頻率的變換和幅值的變換可以通過鍵盤按鍵改變，也可以用計算機與通信接口相連，用計算機發送指令改變。[0036]在本實用新型中，用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件包括外殼和位於該外殼內依次布置的液晶顯示器，鍵盤，信號輸出接口，多種通信接口等，以及內部的三塊電路板。該電路板利用控制核心晶片控制各外圍模塊，產生輸出16路寬電壓調節範圍的信號波形；外殼側面上設置IXD顯示屏、控制鍵盤；IXD顯示器會指引使用者做出選擇，可以利用鍵盤選擇輸出信號波形，幅值，頻率，佔空比，而且所做的選擇將會顯示在LCD顯示器上。表一列出了數字控制組件的性能指標。[0037]表一[0038]性能指標最小典型值最大單位輸出信號電壓範圍I 48VRMS輸出電壓信號精度10mVRMS輸出電壓信號頻率I 100，000Hz信號輸出通道數16輸出波形正弦波，三角波，方波[0039]在本實用新型中，用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件通過信號放大模塊根據控制模塊輸出的幅值選擇信號將信號發生模塊輸出的波形信號進行放大後輸出並控制液晶面板；電壓調節範圍寬、操作方便、輸出精度高。本組件能選擇輸出十六路波形信號，改變它們的頻率，波形，電壓，使得信號加於液晶面板時能更容易實現焦斑擺動，特別是在改變電壓時，因為其輸出波形信號的高精度、寬電壓範圍特性，可以實現焦斑的較大的精確擺動，可以在更大範圍內精確調節液晶陣列的焦距。[0040]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件，其特徵在於，包括 用於根據外部的控制信號輸出波形頻率選擇信號和幅值選擇信號的控制模塊； 用於根據所述波形頻率選擇信號輸出波形信號的信號發生模塊；以及 用於根據所述幅值選擇信號將所述波形信號進行放大並輸出控制外部液晶面板的信號放大模塊。
2.如權利要求I所述的數字控制組件，其特徵在於，所述控制模塊包括型號為MSP430F5438的單片機。
3.如權利要求I所述的數字控制組件，其特徵在於，所述信號發生模塊包括 用於根據所述控制模塊輸出的波形頻率選擇信號產生波形信號的波形發生器； 與所述波形發生器和所述控制模塊連接，用於控制是否將所述波形信號輸出給所述信號放大模塊的開關單元；以及 與所述波形發生器連接用於提供工作時鐘的時鐘發生器。
4.如權利要求3所述的數字控制組件，其特徵在於，所述波形發生器為DDS數字頻率合成晶片。
5.如權利要求3所述的數字控制組件，其特徵在於，所述開關單元為數字開關晶片。
6.如權利要求I所述的數字控制組件，其特徵在於，所述信號放大模塊包括依次連接的第一運算放大單元和第二運算放大單元；以及 與所述第一運算放大單元連接用於調整放大倍數的係數調節單元。
7.如權利要求6所述的數字控制組件，其特徵在於，所述係數調節單元包括並聯連接的第一數字電位器和第二數字電位器；以及 連接在所述第一數字電位器和所述第二數字電位器的並聯輸入端的電阻。
8.如權利要求6所述的數字控制組件，其特徵在於，所述第一運算放大單元為15V的運算放大器，所述第二運算放大單元為48V運算放大器。
9.一種面陣電控液晶器件，包括依次連接的控制信號輸入模塊、數字控制組件以及液晶面板，其特徵在於，所述數字控制組件為權利要求1-8任一項所述的數字控制組件。
10.如權利要求9所述的面陣電控液晶器件，其特徵在於，所述控制信號輸入模塊為鍵盤或計算機。
專利摘要本實用新型公開了一種用於面陣液晶波譜及光束變換的數字控制組件；該數字控制組件包括用於根據外部的控制信號輸出波形頻率選擇信號和幅值選擇信號的控制模塊；用於根據所述波形頻率選擇信號輸出波形信號的信號發生模塊；以及用於根據所述幅值選擇信號將所述波形信號進行放大並輸出控制外部液晶面板的信號放大模塊。本實用新型提供的數字控制組件通過信號放大模塊根據控制模塊輸出的幅值選擇信號將信號發生模塊輸出的波形信號進行放大後輸出並控制液晶面板；電壓調節範圍寬、操作方便、輸出精度高。
文檔編號G02F1/31GK202815385SQ20122042238
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者陳鑫, 康勝武, 佟慶, 張新宇, 桑紅石, 張天序 申請人:華中科技大學