电控液晶透镜的无线功率驱动控制方法研究

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电控液晶透镜具有良好的电光特性。在施加交变电场的情形下,电控液晶透镜的焦距会随所施加电场信号电压幅值的变化而改变。电控液晶透镜是一种响应速度较快的灵巧型器件,易于制作成集成组件。电控液晶透镜易于驱动和控制,一方面液晶透镜是一种微功耗负载,所消耗的能量可低至微瓦级;另一方面液晶透镜的电极常由电导率较大的材料如氧化铟锡(Indium tin oxide,即ITO)等制成,也具有极低的功耗。上述特征为采用无线功率传输模式驱动控制液晶透镜奠定了基础。无线功率传输是一种新型的液晶透镜驱动控制模式。基于空心线圈之间电磁感应弱耦合共振条件,无线功率传输电路可以隔空驱动液晶透镜。空心线圈不仅可以制作成堆叠形器件,也可以制作成体积小、重量轻、结构相对简单的平面型器件,这对液晶透镜和驱控器件发展成集成器件的架构具有重要意义。本文给出了堆叠线圈和多种形状的平面线圈的设计方法、制作工艺和关键性参数,以及线圈自感互感的计算方法。所研发的线圈结构能够满足面向液晶透镜的低能耗无线功率传输的驱动要求。所发展的无线功率传输电路的分析方法主要包括:(一)将电路简化成电路系统模型,包含输入信号、输出信号和传输函数;(二)运用周期信号的傅立叶级数展开理论和电路的拉普拉斯变换域分析理论,分别建立输入信号的脉宽和频率与输出电压幅值之间的关系。建立电路模型后,按照模型所提供的参数构造电路结构。已实现的无线功率传输电路具有结构简单、驱控灵活、驱动效能较高以及成本低廉等特点。实验结果与理论分析均表明,通过改变输入信号的若干特征参量如占空比等,液晶透镜的驱动电压可由0Vr ms连续调节到30Vr ms。实验显示,采用所发展的无线功率传输结构驱控液晶透镜,可以有效获得清晰的聚焦光场图像。
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