一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统及方法

技术领域

本发明涉及变焦透镜技术领域，更具体的，涉及一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统及方法。

背景技术

随着液晶变焦透镜逐渐成熟以及相关工艺的不断进步，为实现更高级的控光功能提供了可能性。液晶透镜研究重点由单个大孔径液晶透镜逐渐转向大面阵透镜，然而目前对于液晶变焦透镜的研究大多集中在电极结构上面，对于驱动电路，大多实验室采用任意波形发生器来实现，而任意波形发生器的输出通道数有限，不能给更大面阵的透镜提供驱动。液晶变焦透镜多通道电扫输出驱动电路的出现为大面阵变焦透镜的设计提供了很好的思路。驱动装置的信号提出了更高的要求，驱动信号的精度和响应速度就是关键。电控液晶透镜在电厂的驱动调控下，可以在毫秒量级的时间内实现对焦距的调节。

现有一种基于FPGA的高速多通道可调点频液晶器件驱动方法，应用于液晶器件驱动技术领域，针对现有技术的刷新率低的问题；本发明的方法基于FPGA实现，通过移位合成法生成多通道可调正弦波，用于驱动液晶器件；本发明中的算法简洁易实现，可配合任意DAC使用，运算速度快，支持多通道并行独立调幅，且不增加任何额外的电路元器件，成本低廉，具有极高的实用价值。

然而现有技术仍然存在通道数不够用，限制大的问题；因此如何发明一种可以调动每一通道信号的多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统，是本技术领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术通道数不够用，限制大的问题，提供了一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统及方法，其具有多路独立、可调频率、可调幅值的交流方波的特点。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：

一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统，包括DAC信号发生电路、信号放大电路、多路复用模拟开关、移位寄存器级联电路、主控装置；

所述的主控装置与DAC信号发生电路的输入端电性连接，DAC信号发生电路接收主控装置的控制信号，产生源信号；所述的DAC信号发生电路的输出端与信号放大电路电性电路的输入端电性连接，用于放大源信号；信号放大电路的输出端与多路复用模拟开关的输入端电性连接，用于扫描放大后的源信号；

多路复用模拟开关包括若干个二进制位接口和若干个信号通道接口；移位寄存器级联电路与主控装置及多路复用模拟开关的二进制位接口电性连接；用于接收主控装置发出的控制信号，产生扫描时序信号，根据扫描时序信号控制多路复用模拟开关的信号通道的开关；多路复用模拟开关的信号通道接口与液晶变焦透镜电性连接，用于输出多通道驱动信号到液晶变焦透镜。

优选的，所述的DAC信号发生电路采用U5信号发生器芯片：所述的U5芯片设有8个输出接口；U5芯片通过输出接口输出源信号。

进一步的，所述的信号放大电路采用2个U6信号放大器芯片；每个U6芯片设有4个输入接口及4个输出接口；U5芯片的输出接口分别对应地与2个U6芯片的输入接口电性连接；2个U6芯片输出8个放大后的源信号。

更进一步的，所述的多路复用模拟开关采用8个U1模拟开关芯片；每个U1芯片设有1个输入接口、4个二进制位接口、16个信号通道接口；8个放大后的源信号分别对应地与8个U1芯片的D接口电性连接；U1芯片通过二进制位接口接收移位寄存器级联电路输出的时序信号，控制信号通道的开关；U1芯片通过信号通道的接口扫描输出128个驱动信号到液晶变焦透镜。

更进一步的，所述的移位寄存器级联电路采用4个U9移位寄存器芯片；U9芯片的SI接口与主控装置的595SDI接口连接；RCK接口与主控装置的595CS接口连接；SCK接口与主控装置的595SCK接口连接；每个U9芯片设有8个数据输出接口；8个U1芯片的二进制位接口一一对应的与4个U9芯片的数据输出接口电性连接。

更进一步的，还包括输出保持电路；所述的输出保持电路包括与若干个信号通道接口对应的若干个输出保持电容；信号通道接口与输出保持电容的一端电性连接，输出保持电容的另一端接地。

更进一步的，U5芯片的REF接口与3.3V基准电压电源连接；所述的3.3V基准电压电源采用U2数据采集芯片；U2芯片的VIN接口连接+5V电源；U2芯片的VOUT接口输出3.3V基准电压；VIN接口通过电容C9接地；VOUT接口通过电容C10接地。

更进一步的，U6芯片的+INB接口与1.5V基准电压电源连接；所述的1.5V基准电压电源采用U61数据采集芯片；U61芯片的VIN接口连接+5V电源；U61芯片的VOUT接口输出3.3V基准电压；VIN接口通过电容C14接地；VOUT接口通过3个并联的电容C15、C13、C29接地。

更进一步的，U1芯片的VDD接口及U6芯片的V+接口均连接+18V基准电压电源；U1芯片及U6芯片的V-接口的VSS接口连接-18V基准电压电源；±18V基准电压电源采用U4模拟多路复用器芯片；U4芯片的FB接口通过电容C18输出+18V基准电压电源；电容C18的输入端分别与电阻R4的一端和电阻R3的一端电性连接；电容C18的输出端分别与电阻R4的另一端、二极管D3的负极、电容C19的一端、电阻R5的一端、变阻器D4的一端电性连接；电阻R3的另一端、电容C19的另一端、电阻R5的另一端、变阻器D4的另一端接地；二极管D3的正极与U4芯片的SW接口电性连接；SW接口还与电容C17的一端电性连接；电容C17的另一端与二极管D1的负极和二极管D2的正极电性连接；二极管D1的正极与电容C20的一端、电阻R6的一端、变阻器D5的一端电性连接；D2的负极、电容C20的另一端、电阻R6的另一端、变阻器D5的另一端接地；U4芯片的EN和VIN接口与+5V电源、电容C16的一端、电感L1的一端电性连接；电容C16的另一端接地；电感L1的另一端与U4芯片的SW接口电性连接。

一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动方法，包括以下具体步骤：

S1：通过主控装置发出控制信号到DAC信号发生电路，产生源信号；

S2：通过信号放大电路放大源信号并将放大后的源信号输入多路复用模拟开关；

S3：通过主控装置发出控制信号到移位寄存器级联电路；移位寄存器级联电路产生扫描时序信号，控制多路复用模拟开关的信号通道的开关；

S4：多路复用模拟开关输出多通道驱动信号到液晶变焦透镜。

本发明的有益效果如下：

本发明公开了一种一种基于移位寄存器和多路模拟复用开关的多通道扫描输出方案。本发明通过DAC信号发生电路、信号放大电路、多路复用模拟开关、移位寄存器级联电路、主控装置，实现多通道输出，并且每一通道单独可调；由于采用移位寄存器的级联方式来实现扫描时序信号的产生，无论通道数量，均可以产生更高频率的时序信号；由此所提出的方法能解决现有技术通道数不够用，限制大的问题，具有多路独立、可调频率、可调幅值的交流方波的特点。

附图说明

图1是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的系统框图。

图2是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的DAC信号发生电路示意图

图3是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的信号放大电路示意图。

图4是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的3.3V基准电压电源电路示意图。

图5是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的1.5V基准电压电源电路示意图。

图6是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的±18V基准电压电源电路示意图。

图7是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的移位寄存器级联电路示意图。

图8是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的多路模拟复用开关电路示意图。

图9是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的输出保持电路示意图。

图10是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的扫描输出电压梯度图。

图11是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的Vrms＝0V的扫描输出方波部分梯度效果图。

图12是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的Vrms＝3.6V的扫描输出方波部分梯度效果图。

图13是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的Vrms＝6V的扫描输出方波部分梯度效果图。

图14是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的Vrms＝9.6V的扫描输出方波部分梯度效果图。

图15是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的Vrms＝12V的扫描输出方波部分梯度效果图。

图16是本多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统的Vrms＝18V的扫描输出方波部分梯度效果图。

图17是本一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

实施例1

如图1所示，一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动系统，包括DAC信号发生电路、信号放大电路、多路复用模拟开关、移位寄存器级联电路、主控装置；

所述的主控装置与DAC信号发生电路的输入端电性连接，DAC信号发生电路接收主控装置的控制信号，产生源信号；所述的DAC信号发生电路的输出端与信号放大电路电性电路的输入端电性连接，用于放大源信号；信号放大电路的输出端与多路复用模拟开关的输入端电性连接，用于扫描放大后的源信号；

多路复用模拟开关包括若干个二进制位接口和若干个信号通道接口；移位寄存器级联电路与主控装置及多路复用模拟开关的二进制位接口电性连接；用于接收主控装置发出的控制信号，产生扫描时序信号，根据扫描时序信号控制多路复用模拟开关的信号通道的开关；多路复用模拟开关的信号通道接口与液晶变焦透镜电性连接，用于输出多通道驱动信号到液晶变焦透镜。

实施例2

更具体的，如图2所示，所述的DAC信号发生电路采用LTC2600CGN芯片：所述的LTC2600CGN芯片设有8个输出接口；LTC2600CGN芯片通过输出接口输出源信号。

本实施例中，LTC2600CGN芯片的VCC接口与+5V电源电性连接；VCC接口与地线之间接有电容C21，C21为1μF；LTC2600CGN芯片的CLR#接口通过电阻R7与+5V电源电性连接；R7为10KΩ；LTC2600CGN芯片的REF接口通过电容C22接地；电容C22为100nF。

本实施例中，LTC2600CGN芯片的8个输出接口分别为VOA、VOB、VOC、VOD、VOE、VOF、VOG、VOH。

在一个具体实施例中，如图3所示，所述的信号放大电路采用2个OPA4197IPWR芯片；每个OPA4197IPWR芯片设有4个输入接口及4个输出接口；LTC2600CGN芯片的输出接口分别对应地与2个OPA4197IPWR芯片的输入接口电性连接；2个OPA4197IPWR芯片输出8个放大后的源信号。

本实施例中，所述的LTC2600CGN芯片的输出接口分别通过2个串联的电阻对应地与2个OPA4197IPWR芯片的输入接口电性连接；其中2个串联的电阻分别为10KΩ和120KΩ。OPA4197IPWR芯片的4个输出接口分别为OUTA、OUTB、OUTC、OUTD。2个OPA4197IPWR芯片输出的8个放大后的源信号分别为OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6、OUT7、OUT8。

在一个具体实施例中，如图8所示，所述的多路复用模拟开关采用8个MUX36S16IPWR芯片；每个MUX36S16IPWR芯片设有1个输入接口、4个二进制位接口、16个信号通道接口；OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6、OUT7、OUT8分别对应地与8个MUX36S16IPWR芯片的D接口电性连接；MUX36S16IPWR芯片通过二进制位接口接收移位寄存器级联电路输出的时序信号，控制信号通道的开关；MUX36S16IPWR芯片通过信号通道的接口扫描输出128个驱动信号到液晶变焦透镜。

在一个具体实施例中，如图7所示，所述的移位寄存器级联电路采用4个74HC595D芯片；74HC595D芯片的SI接口与主控装置的595SDI接口连接；RCK接口与主控装置的595CS接口连接；SCK接口与主控装置的595SCK接口连接；每个74HC595D芯片设有8个数据输出接口；8个MUX36S16IPWR芯片的二进制位接口一一对应的与4个74HC595D芯片的数据输出接口电性连接。

本实施例中，74HC595D芯片的VCC接口分别与+5V电源和电容C21的一端电性连接；电容C21的另一端接地；电容C21为100nF；74HC595D芯片的SCLR#接口通过电阻R7与+5V电源电性连接；电阻R7为10KΩ。

本实施例中，主控装置通过3线spi通信与74HC595D芯片连接。74HC595D芯片的SI接口与主控装置的595SDI接口电性连接；RCK接口与主控装置的595CS接口电性连接；SCK接口与主控装置的595SCK接口电性连接；主控装置可为任意单片机。

在一个具体实施例中，如图9所示，还包括输出保持电路；所述的输出保持电路包括与若干个信号通道接口对应的若干个输出保持电容；信号通道接口与输出保持电容的一端电性连接，输出保持电容的另一端接地。

本实施例中，输出保持电容为1μF。

在一个具体实施例中，如图4所示，LTC2600CGN芯片的REF接口与3.3V基准电压电源连接；所述的3.3V基准电压电源采用AMS1117-3.3芯片；AMS1117-3.3芯片的VIN接口连接+5V电源；AMS1117-3.3芯片的VOUT接口输出3.3V基准电压；VIN接口通过电容C9接地；VOUT接口通过电容C10接地。

本实施例中，C10为1μF；C9为100nF。

在一个具体实施例中，如图5所示，OPA4197IPWR芯片的+INB接口与1.5V基准电压电源连接；所述的1.5V基准电压电源采用AMS1117-3.3芯片；AMS1117-3.3芯片的VIN接口连接+5V电源；AMS1117-3.3芯片的VOUT接口输出3.3V基准电压；VIN接口通过电容C14接地；VOUT接口通过3个并联的电容C15、C13、C29接地。

本实施例中，C15、C13、C29、C14均为100nF。

在一个具体实施例中，如图6所示，MUX36S16IPWR芯片的VDD接口及OPA4197IPWR芯片的V+接口均连接+18V基准电压电源；MUX36S16IPWR芯片及OPA4197IPWR芯片的V-接口的VSS接口连接-18V基准电压电源；±18V基准电压电源采用TPS61040DBVR芯片；TPS61040DBVR芯片的FB接口通过电容C18输出+18V基准电压电源；电容C18的输入端分别与电阻R4的一端和电阻R3的一端电性连接；电容C18的输出端分别与电阻R4的另一端、二极管D3的负极、电容C19的一端、电阻R5的一端、变阻器D4的一端电性连接；电阻R3的另一端、电容C19的另一端、电阻R5的另一端、变阻器D4的另一端接地；二极管D3的正极与TPS61040DBVR芯片的SW接口电性连接；SW接口还与电容C17的一端电性连接；电容C17的另一端与二极管D1的负极和二极管D2的正极电性连接；二极管D1的正极与电容C20的一端、电阻R6的一端、变阻器D5的一端电性连接；D2的负极、电容C20的另一端、电阻R6的另一端、变阻器D5的另一端接地；TPS61040DBVR芯片的EN和VIN接口与+5V电源、电容C16的一端、电感L1的一端电性连接；电容C16的另一端接地；电感L1的另一端与TPS61040DBVR芯片的SW接口电性连接。

本实施例中，R3为22KΩ，R4为300KΩ，R5为15KΩ，R6为15KΩ；C16为4.7μF，C17为1μF，C18为22pF，C19为1μF，C20为1μF；D1、D2、D3为SS110；L1为4.7μH。

在一个具体实施例中，本发明采用移位寄存器产生时序信号，多路模拟复用开关来实现电信号的切换，结合起来形成多通道的扫描输出。在液晶变焦透镜驱动电路应用中，本发明可以产生多路独立输出可调频率可调压的交流方波信号，用以实现液晶变焦透镜能够精准变焦。

本实施例中，如图10、11、12、13、14、15、16所示，本发明产生128路可调频率可调压的交流方波信号，采用支持spi通信的8位串入并出的移位寄存器和4个二进制位控制的16路模拟复用开关，所以一个移位寄存器可以控制两个模拟开关，而移位寄存器又有级联特性，只需通过3线spi与控制装置通信就可以实现无数个移位寄存器的端口控制，从而能够控制更多的多路模拟复用开关，所以产生128路信号需要8个16路模拟复用开关，8个模拟复用开关需要32位二进制控制，需要4个移位寄存器的级联，就实现了硬件方案的搭建，在通过软件实现源信号和扫描时序的同步，从而达到多通道扫描输出的效果。

实施例3

如图17所示,一种多通道扫描输出的液晶变焦透镜驱动方法，包括以下具体步骤：

S1：通过主控装置发出控制信号到DAC信号发生电路，产生源信号；

S2：通过信号放大电路放大源信号并将放大后的源信号输入多路复用模拟开关；

S3：通过主控装置发出控制信号到移位寄存器级联电路；移位寄存器级联电路产生扫描时序信号，控制多路复用模拟开关的信号通道的开关；

S4：多路复用模拟开关输出多通道驱动信号到液晶变焦透镜。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。