基于STM32单片机驱动的单元化双液体棱镜装置的制作方法

本实用新型属于棱镜技术领域，涉及基于stm32单片机驱动的单元化双液体棱镜装置。

背景技术：

光束偏转技术广泛地应用于激光雷达、通信、光存储等领域。传统的光束偏转技术依托于机械装置改变光轴方向来实现对于光束的偏转，然而机械装置存在着体积庞大、结构复杂、维护成本较高、能耗较高的缺点，并不符合现代光电系统便携化、低功耗的要求。

近几年出现的基于电润湿原理的微流控光学器件，利用改变液体界面润湿角实现光束控制。2011年，辛辛那提大学的hou提出了基于电润湿效应的双液体棱镜理论，实现了对于光束偏转的控制；国内有关于电润湿双液体透镜的光学研究也较为广泛，如南京邮电大学赵瑞对于电润湿双液体变焦透镜的有关研究。

然而目前针对微流控光学器件的研究大多集中在对于光学器件的结构本身，即光学器件表面加工材料(疏水层、介电层)以及光学器件内部使用的液体对于器件光束偏转能力的影响。由于单元化电润湿液体光学器件需要外加可调电压的驱动，而市场上传统的外加可调电源大多是独立设备，成本较高，需手动调节；电源体积与单元化光学器件相比较为庞大，故使用传统的可调电源作为电控装置影响了微流控光学器件的整体尺寸，不利于器件的单元化与便携化要求。

针对如何能够实现外加电压的可调化的同时实现电控装置与光学器件的结合，发明的基于stm32单片机驱动的单元化双液体棱镜装置体积较小、使用方便，通过升压斩波电路实现调整输出电压，响应时间较短。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于stm32单片机驱动的单元化双液体棱镜装置。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

基于stm32单片机驱动的单元化双液体棱镜装置，包括可控双液体棱镜和基于stm32的电控系统；

所述可控双液体棱镜为通过调节侧壁施加电压改变折射效果的液体棱镜；

所述可控双液体棱镜包括外部腔体和内部填充液；

所述外部腔体为长方体，上壁面为透明玻璃，下壁面与四周侧壁为ito导电玻璃；

所述ito导电玻璃的底面接地，侧壁接输入由stm32驱动的可调电源；

所述ito导电玻璃的侧壁上依次镀有10μm的介电层和100nm的疏水涂层；

所述内部填充液为两种不同属性的液体：下层填充导电盐溶液，上层为绝缘非极性油；

所述基于stm32的电控系统包括：stm32单片机、升压斩波电路和滤波电路；

所述stm32单片机依次与升压斩波电路和滤波电路连接。

可选的，所述可控双液体棱镜的腔体尺寸为10mm×10mm×30mm，底面封装为15mm×15mm的ito导电玻璃。

可选的，所述介电层为su-8光刻胶。

本实用新型的有益效果在于：在现有的微流控光学器件的基础上，将电控系统与器件结合，使单元化装置使用方便快捷，且有效减小了尺寸，同时易集成化统一控制，拓宽了微流控光学器件的适用范围。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为液体棱镜侧壁示意图；

图2为基于stm32单片机的电控系统；

图3为升压斩波内部电路。

附图标记：1-ito导电玻璃，2-介电层，3-疏水层，4-绝缘非极性油，5-导电盐溶液，6-ito导电玻璃底面，7-透明玻璃顶盖，8-接地端，9-左侧壁外加电压vl，10-右侧壁外加电压vr。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

基于stm32单片机驱动的单元液体棱镜装置由两部分构成：可控双液体棱镜与基于stm32的电控系统。1为ito导电玻璃，2为介电层，3为疏水层，4为绝缘非极性油，5为导电盐溶液，6为ito导电玻璃底面，7为透明玻璃顶盖，8为接地端，9为左侧壁外加电压vl，10为右侧壁外加电压vr。

可控双液体棱镜是一款通过调节侧壁施加电压改变折射效果的液体棱镜。其腔体尺寸为10mm×10mm×30mm，底面封装为15mm×15mm的ito导电玻璃。具体物理结构见图1，棱镜主体分为两部分：外部腔体与内部填充液。腔体为一长方体：其上壁面由透明玻璃构成，下壁面与四周侧壁由ito导电玻璃构成。ito导电玻璃底面接地，侧壁接输入由stm32驱动的可调电源。侧壁ito导电玻璃上依次镀有10μm的介电层(su-8光刻胶)与100nm的疏水涂层(teflon)。内部填充液为两种不同属性的液体：下层填充导电盐溶液，上层为绝缘非极性油。双液体棱镜工作时，侧壁输入指定电压，会在腔体内部形成电场，基于电润湿效应，双相液体接触界面呈现相应固定角度，实现折射效果的调整。

基于stm32单片机的控制系统主要由以下部分构成：stm32单片机、升压斩波电路、滤波电路。连接方式如图2所示。用于输出pwm信号的单片机控制系统以意法半导体公司的32位arm微处理器stm32f103为核心，选用12mhz晶振组成时钟电路，与复位电路，电源输入电路和pwm驱动电路一起组成。处理信号输入stm32单片机后，经过信号处理、升压斩波、滤波整合环节后，输出液体棱镜所需的一定范围内可调的直流电压。

图3所示的升压斩波电路用于直流电压的调节，由于采用脉宽调制方式，不改变周期，因此可以避免频率调制易产生干扰的问题。在选择电路参数的时候，选用适当大小的电感以使电路能够达到稳态且达到稳态使用时间较短，不影响对电润湿透镜的控制。电容在电路中既起到截止时储存能量，导通时向负载输出电压的作用，又起到整理波形，消除纹波的作用。为了使输出电压尽可能地接近直流，宜选择较大的电容。

基于stm32驱动的单元化双液体棱镜可以通过信号调节输入电压，改变折射效果，实现了电控装置与光学部件的结合，满足了定性调节折射效应的需求。以stm32单片机为核心的控制装置电路简易，装置体积小，便于液体棱镜的推广应用；长方体形状的液体棱镜便于集成，可以满足不同小型尺寸的需求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。