专利名称：用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件及面阵电控液晶器件的制作方法
技术领域：
用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件及面阵电控液晶器件技术领域[0001]本实用新型属于面阵液晶控制领域，更具体地，涉及一种用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件及面阵电控液晶器件。
背景技术：
[0002]面阵电控液晶器件作为一种新型的功能化光学结构，具有独特的电光性质。通过改变外加电压，可以改变器件中的液晶分子的空间排布，使其折射率的分布形态发生改变， 从而表现出特殊的光学物性，制成汇聚或发散微透镜阵列，其焦距可由外加电压信号控制。 同时给阵列化的耦合微电极施加电压信号，可以实现焦点摆动。通过控制液晶器件的电压信号幅度，可以调节通过液晶器件的光波长，实现高光谱分辨率的电控成像波谱调节。通过控制图案化电极的加电顺序和电压信号幅度，可以获得透射或反射式的复杂波前，实现复杂波前的电控调制或生成，以及光波偏振形态的电控调制。在自适应光学、高性能成像探测以及光通信、等领域，具有广泛的应用前景。[0003]但是现在能给面阵液晶施加的波形信号电压较小，阵列液晶焦斑摆动不明显，无法达到最佳效果，所以设计了本组件，可以输出的电压范围宽度大于以前的仪器，以实现面阵液晶焦斑的宽范围摆动。同时本组件提高电压的输出精度，使得输出波形信号精度高，能实现对面阵液晶更精确的控制。如此，面阵液晶的焦距调节范围更宽，更精确，更方便获取有用光信号。实用新型内容[0004]针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种操作方便、通过输出频率可调、输出电压可调、波形可选择的信号波来控制面阵液晶，且能实现光学性质变换的用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件。[0005]一种用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件包括用于根据外部的控制信号输出波形频率选择信号和幅值选择信号的控制模块；用于根据所述波形频率选择信号输出波形信号的信号发生模块；以及用于根据所述幅值选择信号将所述波形信号进行放大并输出控制外部液晶面板的信号放大模块。[0006]更进一步地，所述控制模块包括型号为MSP430F5438的单片机。[0007]更进一步地，所述信号发生模块包括用于根据所述控制模块输出的波形频率选择信号产生波形信号的波形发生器；与所述波形发生器和所述控制模块连接，用于控制是否将所述波形信号输出给所述信号放大模块的开关单元；以及与所述波形发生器连接用于提供工作时钟的时钟发生器。[0008]更进一步地，所述波形发生器为DDS数字频率合成芯片。[0009]更进一步地，所述开关单元为数字开关芯片。[0010]更进一步地，所述信号放大模块包括依次连接的第一运算放大单元和第二运算放大单元；以及与所述第一运算放大单元连接用于调整放大倍数的系数调节单元。[0011 ] 更进一步地，所述系数调节单元包括并联连接的第一数字电位器和第二数字电位器；以及连接在所述第一数字电位器和所述第二数字电位器的并联输入端的电阻。[0012]更进一步地，所述第一运算放大单元为15V的运算放大器，所述第二运算放大单元为48V运算放大器。[0013]本实用新型的目的还在于提供一种面阵电控液晶器件，包括数字控制组件、控制信号输入模块以及液晶面板，所述数字控制组件为上述的数字控制组件。[0014]更进一步地，所述控制信号输入模块为键盘或计算机。[0015]在本实用新型中，用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件通过信号放大模块根据控制模块输出的幅值选择信号将信号发生模块输出的波形信号进行放大后输出并控制液晶面板；电压调节范围宽、操作方便、输出精度高。
[0016]图结构框图[0017]图[0018]图[0019]图[0020]图[0021]图I是本实用新型提供的用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件的模块2是本实用新型提供的数字控制组件中信号发生模块内部的模块结构框图；3是本实用新型提供的数字控制组件中信号放大模块内部的模块结构框图；4是本实用新型提供的数字控制组件中控制模块的电路图；5是本实用新型提供的数字控制组件中信号发生模块的具体电路图；6是本实用新型提供的数字控制组件中信号放大模块的具体电路图。
具体实施方式
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0023]本实用新型提供的数字控制组件是一种操作方便的面阵液晶控制装置，可以应用于面阵电控液晶器件中，该面阵电控液晶器件包括依次连接的数字控制组件I、控制信号输入模块2以及液晶面板3。通过键盘输入或者与之连接的计算机控制，可以输出频率可调、 电压可调、波形可选择的信号波，以此来控制面阵液晶从而实现光学性质的变换。[0024]图I示出了本实用新型提供的用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件的模块结构；为了便于说明，仅仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下[0025]数字控制组件I包括依次连接的控制模块11、信号发生模块12和信号放大模块 13，控制模块11还与信号放大模块13连接；控制模块11根据外部的控制信号输出波形和频率选择信号和幅值选择信号；信号发生模块12根据波形和频率选择信号输出波形信号； 信号放大模块13根据控制模块11输出的幅值选择信号将信号发生模块12输出的波形信号进行放大后输出并控制液晶面板3。其中外部的控制信号可以由键盘或计算机给出。[0026]如图2所示，信号发生模块12包括用于根据控制模块输出的波形频率选择信号产生波形信号的波形发生器122，与波形发生器122和控制模块11连接，用于控制是否将波形信号输出给信号放大模块13的开关单元123，以及与波形发生器122连接用于提供工作时钟的时钟发生器121。其中，波形发生器122可以采用DDS数字频率合成芯片U3，开关单元123可以采用数字开关芯片U2。[0027]如图3所示，信号放大模块13包括依次连接的第一运算放大单元132和第二运算放大单元133，以及与第一运算放大单元132连接用于调整放大倍数的系数调节单元131。 其中，第一运算放大单元132可以采用15V的第一运算放大器U6，第二运算放大单元133可以采用48V的第二运算放大器U7 ;系数调节单元131包括电阻R5、第一数字电位器U4和第二数字电位器U5及其外围电路。[0028]在本实用新型中，用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件通过信号放大模块13根据控制模块11输出的幅值选择信号将信号发生模块12输出的波形信号进行放大后输出并控制液晶面板3 ;电压调节范围宽、操作方便、输出精度高。[0029]由于低电压在液晶透镜控制中的聚焦作用有限，所以我们设计了一种宽电压范围的小型化面阵液晶波谱及光束变换数字控制组件，并且该仪器具有16路输出信号，可以分别控制4X4液晶阵列的每一部分。因此4X4液晶阵列的所有的16部分均是可寻址的，这在复杂的情况下执行的高性能对象成像检测中十分重要。利用这款面阵液晶波谱及光束变换小型化数字控制组件，我们可以分别控制4X4液晶阵列的每部分，根据感光阵列的光强分布的特点，聚焦对成像检测和识别有用的部分入射光束，转移干扰光线。这意味着，液晶微透镜阵列具有自适应的特点，在检测和成像领域，具有广阔的应用前景。[0030]图4示出了控制模块11的具体电路；图5示出了信号发生模块12的具体电路；图 6示出了信号放大模块13的具体电路；为了更进一步地说明本实用新型提供的数字控制组件，现结合具体电路详述如下[0031]控制模块11包括U8芯片，U8芯片包括12个引脚，I引脚表示频率输出端Fdate ； 2引脚表不波形选择输出端Sdate ；3引脚表不第一时钟信号输出端SClk,与信号发生模块 12中U3芯片的Sclk连接，4引脚表示接地，5、6引脚表示时钟输入端，5、6引脚之间接晶振 XL1，7引脚悬空不接，8引脚表示第一使能端EN，与信号发生模块12中U2芯片的使能端连接，9引脚表示方波信号输出端PWM0UT，与信号发生模块中U2芯片的SI脚连接，10引脚表示第二时钟输出端Clk，与信号放大模块13中的U4芯片和U5芯片的Sclk端连接；11引脚表示幅值选择输出端Data，与信号放大模块13中的U4的DIN端连接，12引脚表示第二使能端Cho，与信号放大模块13中U4、U5的及SYNC端连接。其中，U8芯片可以采用型号为 MSP430F5438的单片机。通过单片机可以控制其它模块，该模块接3. 3V电压，其中al、a2、 a3这三个I及O脚接信号发生模块的U3芯片，分别输出FDate、SDate、SClk ;b4输出EN信号，接信号发生模块中的U2芯片；Tal输出PWMOUT信号，产生由内部定时器产生的频率、占空比可调的方波信号，接信号发生模块中的U2芯片；b3、b4这两个I及O脚分别输出Clk 信号、Date信号，接信号放大模块的U4和U5芯片。实际应用中，需要16组信号放大模块 13用于控制液晶面板3 ;那么b5-b20这十六个I及O脚输出ChoI-Cho 16，用于接16组信号放大模块的U4和U5芯片。[0032]信号发生模块12包括有源时钟发生器U1、数字开关芯片U2以及DDS数字频率合成芯片U3 ;其中有源时钟发生器Ul包括4个引脚，O脚接地，I脚悬空不接，2脚接5V直流电源，3脚为时钟输出引脚与U3芯片的MCLK脚相连，并向U3提供时钟信号。DDS数字频率合成芯片U3用于产生正弦波和三角波，DDS数字频率合成芯片U3的6、7、8脚分别通过电阻R2、R3、R4接来自芯片U8的SDate、SClk, FDate信号，FDate信号用来写入输出信号频率，SDate信号用来选择输出波形，SClk数据写入时钟信号；U3的I脚接5V直流电源，U3 的3脚接两个并联电容C13、C14，而这两个电容接于5V直流，U3的4脚也是接两个并联电容CU、C12，这两个电容接于5V直流，U3的2脚接5V直流电源，而电源通过两个滤波电容 C16、C17接地，U3的9脚接地；U3的10脚为波形信号VOUT输出端，通过两个并联电容C18、 C19接于U2的8脚S2端，并且通过电容C20接地。数字开关芯片U2通过U8的EN信号选择是S I脚与Dl相连还是S2脚与Dl相连接，Wave signal信号便可以选择从PWMOUT或者U3的VOUT得来。[0033]信号放大模块13包括第一数字电位器U4和第二数字电位器U5,第一运算放大器 U6和第二运算放大器U7 ;其中第一数字电位器U4和第二数字电位器U5的I脚分别接各自的14脚，14脚VLog工作时输出3. 3V直流，使I脚及RST处于高电位，关闭reset功能。第一数字电位器U4和第二数字电位器U5的2脚接-15V直流电，6脚接+15V的直流电，它们用于对芯片供电。第一数字电位器U4和第二数字电位器U5的10、11脚接来自U8的Cho和 Clk信号，作为数字电位器的使能信号和时钟信号。第一数字电位器U4和第二数字电位器 U5的13脚接地，作为地端。第一数字电位器U4和第二数字电位器U5的7脚通过电容C3、 C4接地。第一数字电位器U4的12脚DIN为控制信号输入脚，接受U8的Date信号；在Clk 过16个时钟周期后，第一数字电位器U4的12脚接受的控制信号从第一数字电位器U4的 9脚SDO输出；而第一数字电位器U4的9脚和第二数字电位器U5的12脚DIN相连，并且通过电阻R9接输出3. 3V直流的VLog，通过电阻拉高电位，即第一数字电位器U4和第二数字电位器U5的数据输入端通过菊花链的方式连接。第二数字电位器U5的9脚SDO也通过电阻R9接输出3. 3V直流的VLog，拉高电位。第一数字电位器U4的3脚A，即电阻器A端与U6的2脚相连，第一数字电位器U4的4脚W，即电阻器滑动端与第二数字电位器U5的 3、4脚相连，第一数字电位器U4的5脚电阻器B端和第二数字电位器U5的5脚B端相连， 并共同接于U6的5脚，这样便构成数字电位器的并联连接。U6的4脚接-15V直流电，7脚接+15V直流电，它们用于对芯片供电。U6的3脚接地，作为地端。[0034]在本实用新型中，从信号发生模块12中数字开关芯片U2产生的信号Wave signal 通过R5与U6的2脚相连，并通过电容C2接地。U6的2脚接U4的电位器A端，而5脚接 U4、U5的电位器B端,这样第一数字电位器U4、U5便并联作为U6的反馈电阻,而U6也构成反相放大器。U6的5脚通过R6与U7的2脚相连，而U7的2脚又通过电阻R7和电容Cl (两者并联)接U7的5脚Output端。U7的4脚接-48V直流电，7脚接+48V直流电，它们用于对芯片供电。U7的3脚接地，作为地端。这样U7便构成一个具有一阶低通滤波功能的， 且放大倍数固定的反相放大器。最终U7输出的Output信号是1Vkms-48Vkms电压可调、调节精度高、波形可选择，频率可调的波形信号。而本组件信号放大模块一共有16路，所以可以用来控制面阵液晶阵列。[0035]本系统通过三块电路板输出16路波形用于控制液晶面板；其中波形的选择、频率的变换和幅值的变换可以通过键盘按键改变，也可以用计算机与通信接口相连，用计算机发送指令改变。[0036]在本实用新型中，用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件包括外壳和位于该外壳内依次布置的液晶显示器，键盘，信号输出接口，多种通信接口等，以及内部的三块电路板。该电路板利用控制核心芯片控制各外围模块，产生输出16路宽电压调节范围的信号波形；外壳侧面上设置IXD显示屏、控制键盘；IXD显示器会指引使用者做出选择，可以利用键盘选择输出信号波形，幅值，频率，占空比，而且所做的选择将会显示在LCD显示器上。表一列出了数字控制组件的性能指标。[0037]表一[0038]性能指标最小典型值最大单位输出信号电压范围I 48VRMS输出电压信号精度10mVRMS输出电压信号频率I 100，000Hz信号输出通道数16输出波形正弦波，三角波，方波[0039]在本实用新型中，用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件通过信号放大模块根据控制模块输出的幅值选择信号将信号发生模块输出的波形信号进行放大后输出并控制液晶面板；电压调节范围宽、操作方便、输出精度高。本组件能选择输出十六路波形信号，改变它们的频率，波形，电压，使得信号加于液晶面板时能更容易实现焦斑摆动，特别是在改变电压时，因为其输出波形信号的高精度、宽电压范围特性，可以实现焦斑的较大的精确摆动，可以在更大范围内精确调节液晶阵列的焦距。[0040]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件，其特征在于，包括 用于根据外部的控制信号输出波形频率选择信号和幅值选择信号的控制模块； 用于根据所述波形频率选择信号输出波形信号的信号发生模块；以及 用于根据所述幅值选择信号将所述波形信号进行放大并输出控制外部液晶面板的信号放大模块。
2.如权利要求I所述的数字控制组件，其特征在于，所述控制模块包括型号为MSP430F5438的单片机。
3.如权利要求I所述的数字控制组件，其特征在于，所述信号发生模块包括 用于根据所述控制模块输出的波形频率选择信号产生波形信号的波形发生器； 与所述波形发生器和所述控制模块连接，用于控制是否将所述波形信号输出给所述信号放大模块的开关单元；以及 与所述波形发生器连接用于提供工作时钟的时钟发生器。
4.如权利要求3所述的数字控制组件，其特征在于，所述波形发生器为DDS数字频率合成芯片。
5.如权利要求3所述的数字控制组件，其特征在于，所述开关单元为数字开关芯片。
6.如权利要求I所述的数字控制组件，其特征在于，所述信号放大模块包括依次连接的第一运算放大单元和第二运算放大单元；以及 与所述第一运算放大单元连接用于调整放大倍数的系数调节单元。
7.如权利要求6所述的数字控制组件，其特征在于，所述系数调节单元包括并联连接的第一数字电位器和第二数字电位器；以及 连接在所述第一数字电位器和所述第二数字电位器的并联输入端的电阻。
8.如权利要求6所述的数字控制组件，其特征在于，所述第一运算放大单元为15V的运算放大器，所述第二运算放大单元为48V运算放大器。
9.一种面阵电控液晶器件，包括依次连接的控制信号输入模块、数字控制组件以及液晶面板，其特征在于，所述数字控制组件为权利要求1-8任一项所述的数字控制组件。
10.如权利要求9所述的面阵电控液晶器件，其特征在于，所述控制信号输入模块为键盘或计算机。
专利摘要本实用新型公开了一种用于面阵液晶波谱及光束变换的数字控制组件；该数字控制组件包括用于根据外部的控制信号输出波形频率选择信号和幅值选择信号的控制模块；用于根据所述波形频率选择信号输出波形信号的信号发生模块；以及用于根据所述幅值选择信号将所述波形信号进行放大并输出控制外部液晶面板的信号放大模块。本实用新型提供的数字控制组件通过信号放大模块根据控制模块输出的幅值选择信号将信号发生模块输出的波形信号进行放大后输出并控制液晶面板；电压调节范围宽、操作方便、输出精度高。
文档编号G02F1/31GK202815385SQ20122042238
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者陈鑫, 康胜武, 佟庆, 张新宇, 桑红石, 张天序 申请人:华中科技大学