專利名稱：用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件及面陣電控液晶器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件及面陣電控液晶器件技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于面陣液晶控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件及面陣電控液晶器件。
背景技術(shù)：
[0002]面陣電控液晶器件作為一種新型的功能化光學(xué)結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的電光性質(zhì)。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(tài)發(fā)生改變， 從而表現(xiàn)出特殊的光學(xué)物性，制成匯聚或發(fā)散微透鏡陣列，其焦距可由外加電壓信號控制。 同時(shí)給陣列化的耦合微電極施加電壓信號，可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)擺動(dòng)。通過控制液晶器件的電壓信號幅度，可以調(diào)節(jié)通過液晶器件的光波長，實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率的電控成像波譜調(diào)節(jié)。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復(fù)雜波前，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜波前的電控調(diào)制或生成，以及光波偏振形態(tài)的電控調(diào)制。在自適應(yīng)光學(xué)、高性能成像探測以及光通信、等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。[0003]但是現(xiàn)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(dòng)不明顯，無法達(dá)到最佳效果，所以設(shè)計(jì)了本組件，可以輸出的電壓范圍寬度大于以前的儀器，以實(shí)現(xiàn)面陣液晶焦斑的寬范圍擺動(dòng)。同時(shí)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(shí)現(xiàn)對面陣液晶更精確的控制。如此，面陣液晶的焦距調(diào)節(jié)范圍更寬，更精確，更方便獲取有用光信號。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種操作方便、通過輸出頻率可調(diào)、輸出電壓可調(diào)、波形可選擇的信號波來控制面陣液晶，且能實(shí)現(xiàn)光學(xué)性質(zhì)變換的用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件。[0005]一種用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件包括用于根據(jù)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；用于根據(jù)所述波形頻率選擇信號輸出波形信號的信號發(fā)生模塊；以及用于根據(jù)所述幅值選擇信號將所述波形信號進(jìn)行放大并輸出控制外部液晶面板的信號放大模塊。[0006]更進(jìn)一步地，所述控制模塊包括型號為MSP430F5438的單片機(jī)。[0007]更進(jìn)一步地，所述信號發(fā)生模塊包括用于根據(jù)所述控制模塊輸出的波形頻率選擇信號產(chǎn)生波形信號的波形發(fā)生器；與所述波形發(fā)生器和所述控制模塊連接，用于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(guān)單元；以及與所述波形發(fā)生器連接用于提供工作時(shí)鐘的時(shí)鐘發(fā)生器。[0008]更進(jìn)一步地，所述波形發(fā)生器為DDS數(shù)字頻率合成芯片。[0009]更進(jìn)一步地，所述開關(guān)單元為數(shù)字開關(guān)芯片。[0010]更進(jìn)一步地，所述信號放大模塊包括依次連接的第一運(yùn)算放大單元和第二運(yùn)算放大單元；以及與所述第一運(yùn)算放大單元連接用于調(diào)整放大倍數(shù)的系數(shù)調(diào)節(jié)單元。[0011 ] 更進(jìn)一步地，所述系數(shù)調(diào)節(jié)單元包括并聯(lián)連接的第一數(shù)字電位器和第二數(shù)字電位器；以及連接在所述第一數(shù)字電位器和所述第二數(shù)字電位器的并聯(lián)輸入端的電阻。[0012]更進(jìn)一步地，所述第一運(yùn)算放大單元為15V的運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)算放大單元為48V運(yùn)算放大器。[0013]本實(shí)用新型的目的還在于提供一種面陣電控液晶器件，包括數(shù)字控制組件、控制信號輸入模塊以及液晶面板，所述數(shù)字控制組件為上述的數(shù)字控制組件。[0014]更進(jìn)一步地，所述控制信號輸入模塊為鍵盤或計(jì)算機(jī)。[0015]在本實(shí)用新型中，用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件通過信號放大模塊根據(jù)控制模塊輸出的幅值選擇信號將信號發(fā)生模塊輸出的波形信號進(jìn)行放大后輸出并控制液晶面板；電壓調(diào)節(jié)范圍寬、操作方便、輸出精度高。
[0016]圖結(jié)構(gòu)框圖[0017]圖[0018]圖[0019]圖[0020]圖[0021]圖I是本實(shí)用新型提供的用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件的模塊2是本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件中信號發(fā)生模塊內(nèi)部的模塊結(jié)構(gòu)框圖；3是本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件中信號放大模塊內(nèi)部的模塊結(jié)構(gòu)框圖；4是本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件中控制模塊的電路圖；5是本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件中信號發(fā)生模塊的具體電路圖；6是本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件中信號放大模塊的具體電路圖。
具體實(shí)施方式
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。[0023]本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件是一種操作方便的面陣液晶控制裝置，可以應(yīng)用于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(shù)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(jì)算機(jī)控制，可以輸出頻率可調(diào)、 電壓可調(diào)、波形可選擇的信號波，以此來控制面陣液晶從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)性質(zhì)的變換。[0024]圖I示出了本實(shí)用新型提供的用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件的模塊結(jié)構(gòu)；為了便于說明，僅僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分，詳述如下[0025]數(shù)字控制組件I包括依次連接的控制模塊11、信號發(fā)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(jù)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(fā)生模塊12根據(jù)波形和頻率選擇信號輸出波形信號； 信號放大模塊13根據(jù)控制模塊11輸出的幅值選擇信號將信號發(fā)生模塊12輸出的波形信號進(jìn)行放大后輸出并控制液晶面板3。其中外部的控制信號可以由鍵盤或計(jì)算機(jī)給出。[0026]如圖2所示，信號發(fā)生模塊12包括用于根據(jù)控制模塊輸出的波形頻率選擇信號產(chǎn)生波形信號的波形發(fā)生器122，與波形發(fā)生器122和控制模塊11連接，用于控制是否將波形信號輸出給信號放大模塊13的開關(guān)單元123，以及與波形發(fā)生器122連接用于提供工作時(shí)鐘的時(shí)鐘發(fā)生器121。其中，波形發(fā)生器122可以采用DDS數(shù)字頻率合成芯片U3，開關(guān)單元123可以采用數(shù)字開關(guān)芯片U2。[0027]如圖3所示，信號放大模塊13包括依次連接的第一運(yùn)算放大單元132和第二運(yùn)算放大單元133，以及與第一運(yùn)算放大單元132連接用于調(diào)整放大倍數(shù)的系數(shù)調(diào)節(jié)單元131。 其中，第一運(yùn)算放大單元132可以采用15V的第一運(yùn)算放大器U6，第二運(yùn)算放大單元133可以采用48V的第二運(yùn)算放大器U7 ;系數(shù)調(diào)節(jié)單元131包括電阻R5、第一數(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器U5及其外圍電路。[0028]在本實(shí)用新型中，用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件通過信號放大模塊13根據(jù)控制模塊11輸出的幅值選擇信號將信號發(fā)生模塊12輸出的波形信號進(jìn)行放大后輸出并控制液晶面板3 ;電壓調(diào)節(jié)范圍寬、操作方便、輸出精度高。[0029]由于低電壓在液晶透鏡控制中的聚焦作用有限，所以我們設(shè)計(jì)了一種寬電壓范圍的小型化面陣液晶波譜及光束變換數(shù)字控制組件，并且該儀器具有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，這在復(fù)雜的情況下執(zhí)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(shù)字控制組件，我們可以分別控制4X4液晶陣列的每部分，根據(jù)感光陣列的光強(qiáng)分布的特點(diǎn)，聚焦對成像檢測和識別有用的部分入射光束，轉(zhuǎn)移干擾光線。這意味著，液晶微透鏡陣列具有自適應(yīng)的特點(diǎn)，在檢測和成像領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)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(fā)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(jìn)一步地說明本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件，現(xiàn)結(jié)合具體電路詳述如下[0031]控制模塊11包括U8芯片，U8芯片包括12個(gè)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(shí)鐘信號輸出端SClk,與信號發(fā)生模塊 12中U3芯片的Sclk連接，4引腳表示接地，5、6引腳表示時(shí)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(fā)生模塊12中U2芯片的使能端連接，9引腳表示方波信號輸出端PWM0UT，與信號發(fā)生模塊中U2芯片的SI腳連接，10引腳表示第二時(shí)鐘輸出端Clk，與信號放大模塊13中的U4芯片和U5芯片的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芯片可以采用型號為 MSP430F5438的單片機(jī)。通過單片機(jī)可以控制其它模塊，該模塊接3. 3V電壓，其中al、a2、 a3這三個(gè)I及O腳接信號發(fā)生模塊的U3芯片，分別輸出FDate、SDate、SClk ;b4輸出EN信號，接信號發(fā)生模塊中的U2芯片；Tal輸出PWMOUT信號，產(chǎn)生由內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的頻率、占空比可調(diào)的方波信號，接信號發(fā)生模塊中的U2芯片；b3、b4這兩個(gè)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芯片。實(shí)際應(yīng)用中，需要16組信號放大模塊 13用于控制液晶面板3 ;那么b5-b20這十六個(gè)I及O腳輸出ChoI-Cho 16，用于接16組信號放大模塊的U4和U5芯片。[0032]信號發(fā)生模塊12包括有源時(shí)鐘發(fā)生器U1、數(shù)字開關(guān)芯片U2以及DDS數(shù)字頻率合成芯片U3 ;其中有源時(shí)鐘發(fā)生器Ul包括4個(gè)引腳，O腳接地，I腳懸空不接，2腳接5V直流電源，3腳為時(shí)鐘輸出引腳與U3芯片的MCLK腳相連，并向U3提供時(shí)鐘信號。DDS數(shù)字頻率合成芯片U3用于產(chǎn)生正弦波和三角波，DDS數(shù)字頻率合成芯片U3的6、7、8腳分別通過電阻R2、R3、R4接來自芯片U8的SDate、SClk, FDate信號，F(xiàn)Date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(shù)據(jù)寫入時(shí)鐘信號；U3的I腳接5V直流電源，U3 的3腳接兩個(gè)并聯(lián)電容C13、C14，而這兩個(gè)電容接于5V直流，U3的4腳也是接兩個(gè)并聯(lián)電容CU、C12，這兩個(gè)電容接于5V直流，U3的2腳接5V直流電源，而電源通過兩個(gè)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(gè)并聯(lián)電容C18、 C19接于U2的8腳S2端，并且通過電容C20接地。數(shù)字開關(guān)芯片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(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器U5,第一運(yùn)算放大器 U6和第二運(yùn)算放大器U7 ;其中第一數(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器U5的I腳分別接各自的14腳，14腳VLog工作時(shí)輸出3. 3V直流，使I腳及RST處于高電位，關(guān)閉reset功能。第一數(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器U5的2腳接-15V直流電，6腳接+15V的直流電，它們用于對芯片供電。第一數(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器U5的10、11腳接來自U8的Cho和 Clk信號，作為數(shù)字電位器的使能信號和時(shí)鐘信號。第一數(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器 U5的13腳接地，作為地端。第一數(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器U5的7腳通過電容C3、 C4接地。第一數(shù)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(gè)時(shí)鐘周期后，第一數(shù)字電位器U4的12腳接受的控制信號從第一數(shù)字電位器U4的 9腳SDO輸出；而第一數(shù)字電位器U4的9腳和第二數(shù)字電位器U5的12腳DIN相連，并且通過電阻R9接輸出3. 3V直流的VLog，通過電阻拉高電位，即第一數(shù)字電位器U4和第二數(shù)字電位器U5的數(shù)據(jù)輸入端通過菊花鏈的方式連接。第二數(shù)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(shù)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(shù)字電位器U4的4腳W，即電阻器滑動(dòng)端與第二數(shù)字電位器U5的 3、4腳相連，第一數(shù)字電位器U4的5腳電阻器B端和第二數(shù)字電位器U5的5腳B端相連， 并共同接于U6的5腳，這樣便構(gòu)成數(shù)字電位器的并聯(lián)連接。U6的4腳接-15V直流電，7腳接+15V直流電，它們用于對芯片供電。U6的3腳接地，作為地端。[0034]在本實(shí)用新型中，從信號發(fā)生模塊12中數(shù)字開關(guān)芯片U2產(chǎn)生的信號Wave signal 通過R5與U6的2腳相連，并通過電容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(shù)字電位器U4、U5便并聯(lián)作為U6的反饋電阻,而U6也構(gòu)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 (兩者并聯(lián))接U7的5腳Output端。U7的4腳接-48V直流電，7腳接+48V直流電，它們用于對芯片供電。U7的3腳接地，作為地端。這樣U7便構(gòu)成一個(gè)具有一階低通濾波功能的， 且放大倍數(shù)固定的反相放大器。最終U7輸出的Output信號是1Vkms-48Vkms電壓可調(diào)、調(diào)節(jié)精度高、波形可選擇，頻率可調(diào)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(tǒng)通過三塊電路板輸出16路波形用于控制液晶面板；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(jì)算機(jī)與通信接口相連，用計(jì)算機(jī)發(fā)送指令改變。[0036]在本實(shí)用新型中，用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件包括外殼和位于該外殼內(nèi)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(nèi)部的三塊電路板。該電路板利用控制核心芯片控制各外圍模塊，產(chǎn)生輸出16路寬電壓調(diào)節(jié)范圍的信號波形；外殼側(cè)面上設(shè)置IXD顯示屏、控制鍵盤；IXD顯示器會(huì)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，占空比，而且所做的選擇將會(huì)顯示在LCD顯示器上。表一列出了數(shù)字控制組件的性能指標(biāo)。[0037]表一[0038]性能指標(biāo)最小典型值最大單位輸出信號電壓范圍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(shù)16輸出波形正弦波，三角波，方波[0039]在本實(shí)用新型中，用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件通過信號放大模塊根據(jù)控制模塊輸出的幅值選擇信號將信號發(fā)生模塊輸出的波形信號進(jìn)行放大后輸出并控制液晶面板；電壓調(diào)節(jié)范圍寬、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，使得信號加于液晶面板時(shí)能更容易實(shí)現(xiàn)焦斑擺動(dòng)，特別是在改變電壓時(shí)，因?yàn)槠漭敵霾ㄐ涡盘柕母呔?、寬電壓范圍特性，可以?shí)現(xiàn)焦斑的較大的精確擺動(dòng)，可以在更大范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)液晶陣列的焦距。[0040]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件，其特征在于，包括 用于根據(jù)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； 用于根據(jù)所述波形頻率選擇信號輸出波形信號的信號發(fā)生模塊；以及 用于根據(jù)所述幅值選擇信號將所述波形信號進(jìn)行放大并輸出控制外部液晶面板的信號放大模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制組件，其特征在于，所述控制模塊包括型號為MSP430F5438的單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制組件，其特征在于，所述信號發(fā)生模塊包括 用于根據(jù)所述控制模塊輸出的波形頻率選擇信號產(chǎn)生波形信號的波形發(fā)生器； 與所述波形發(fā)生器和所述控制模塊連接，用于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(guān)單元；以及 與所述波形發(fā)生器連接用于提供工作時(shí)鐘的時(shí)鐘發(fā)生器。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)字控制組件，其特征在于，所述波形發(fā)生器為DDS數(shù)字頻率合成芯片。
5.如權(quán)利要求3所述的數(shù)字控制組件，其特征在于，所述開關(guān)單元為數(shù)字開關(guān)芯片。
6.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制組件，其特征在于，所述信號放大模塊包括依次連接的第一運(yùn)算放大單元和第二運(yùn)算放大單元；以及 與所述第一運(yùn)算放大單元連接用于調(diào)整放大倍數(shù)的系數(shù)調(diào)節(jié)單元。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字控制組件，其特征在于，所述系數(shù)調(diào)節(jié)單元包括并聯(lián)連接的第一數(shù)字電位器和第二數(shù)字電位器；以及 連接在所述第一數(shù)字電位器和所述第二數(shù)字電位器的并聯(lián)輸入端的電阻。
8.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字控制組件，其特征在于，所述第一運(yùn)算放大單元為15V的運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)算放大單元為48V運(yùn)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(shù)字控制組件以及液晶面板，其特征在于，所述數(shù)字控制組件為權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的數(shù)字控制組件。
10.如權(quán)利要求9所述的面陣電控液晶器件，其特征在于，所述控制信號輸入模塊為鍵盤或計(jì)算機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于面陣液晶波譜及光束變換的數(shù)字控制組件；該數(shù)字控制組件包括用于根據(jù)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；用于根據(jù)所述波形頻率選擇信號輸出波形信號的信號發(fā)生模塊；以及用于根據(jù)所述幅值選擇信號將所述波形信號進(jìn)行放大并輸出控制外部液晶面板的信號放大模塊。本實(shí)用新型提供的數(shù)字控制組件通過信號放大模塊根據(jù)控制模塊輸出的幅值選擇信號將信號發(fā)生模塊輸出的波形信號進(jìn)行放大后輸出并控制液晶面板；電壓調(diào)節(jié)范圍寬、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(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者陳鑫, 康勝武, 佟慶, 張新宇, 桑紅石, 張?zhí)煨?申請人:華中科技大學(xué)