CN108415153B - 一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法及***，由ArbExpress软件绘制驱动电压外层包络波形，并传输至函数发生器，再由高压放大器放大，产生含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号；将此驱动电压信号施加于电润湿液体透镜，透镜在受到电压施加的瞬间液面产生抖动，焦距发生改变，连续激光经过电润湿液体透镜后光通量发生改变，示波器显示光电探测器捕捉到的光通量变化情况，经过数据采集与处理模块得到电润湿液体透镜在不同驱动电压波形驱动下的响应波形。如此，采用先过压再降为正常驱动电压的驱动方式，既提高了液体运动速度，又不使双液体的界面发生振荡，从而实现减少电润湿液体透镜响应时间的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法及***，属于光电应用技术领域。
背景技术
基于电润湿效应的双液体变焦透镜，可以通过外加电压改变液面曲率来实现变焦，与传统机械式光学镜头相比，具有重量轻、功耗低、寿命长、响应速度快、性能稳定、焦距可调范围广和成像质量好等优点，具有广阔的应用前景。其中，电润湿液体透镜的变焦时间是其主要的性能指标，许多应用场合需要较短的变焦时间。目前电润湿液体透镜变焦时间通常为几百毫秒，这无疑限制了其应用。
电润湿液体透镜变焦是通过液-液界面形状（曲率）变化实现的，要减短响应时间，液体运动速度必须快，这就必须选择低粘滞系数的液体，液体运动时阻尼小、速度快，但由于阻尼小，双液体的界面容易发生振荡，达到稳定时，变焦时间甚至更长。目前电润湿液体透镜响应时间长，通常需要几百毫秒，不能在需要高速响应的变焦***中应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法，采用先过压再降为正常驱动电压的驱动方式，既提高了液体运动速度，又不使双液体的界面发生振荡，从而实现减少电润湿液体透镜响应时间的目的。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法，用于使目标电润湿液体透镜经最短响应时长变化至目标焦距，而获得对应含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并作用于目标电润湿液体透镜；包括如下步骤：
步骤A. 获得目标电润湿液体透镜对应目标焦距的稳定驱动电压信号，并进入步骤B；
步骤B. 按预设规则，将大于稳定驱动电压信号的各信号波幅度与各信号持续时长彼此组合，获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号；并将各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤C；
步骤C. 针对目标电润湿液体透镜变化至目标焦距、分别对应各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号的响应时长，选择最短响应时长，即为目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的最短响应时长，然后进入步骤D；
步骤D. 获得最短响应时长所对应含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，将该高压双极性矩形驱动电压信号作用于目标电润湿液体透镜上，使目标电润湿液体透镜经最短响应时长变化至目标焦距。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤B包括如下步骤：
步骤B1-1. 初始化信号持续时长等于预设持续时长下限值，信号波幅度等于稳定驱动电压信号，然后进入步骤B1-2；
步骤B1-2. 以信号波幅度和信号持续时长，构建含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并进入步骤B1-3；
步骤B1-3. 将含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤B1-4；
步骤B1-4. 判断信号波幅度是否等于预设信号波幅度上限值，是则进入步骤B1-5；否则针对信号波幅度递增预设信号波幅度变化量，更新信号波幅度，并返回步骤B1-2；
步骤B1-5. 判断信号持续时长是否等于预设持续时长上限值，是则进入步骤B1-6；否则针对信号持续时长递增预设信号持续时长变化量，更新信号持续时长，并定义信号波幅度等于稳定驱动电压信号，然后返回步骤B1-2；
步骤B1-6. 即获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤B包括如下步骤：
步骤B2-1. 初始化信号波幅度等于稳定驱动电压信号，信号持续时长等于预设持续时长下限值，然后进入步骤B2-2；
步骤B2-2. 以信号波幅度和信号持续时长，构建含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并进入步骤B2-3；
步骤B2-3. 将含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤B2-4；
步骤B2-4. 判断信号持续时长是否等于预设持续时长上限值，是则进入步骤B2-5；否则针对信号持续时长递增预设信号持续时长变化量，更新信号持续时长，并返回步骤B2-2；
步骤B2-5. 判断信号波幅度是否等于预设信号波幅度上限值，是则进入步骤B2-6；否则针对信号波幅度递增预设信号波幅度变化量，更新信号波幅度，并定义信号持续时长等于预设持续时长下限值，然后返回步骤B2-2；
步骤B2-6. 即获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长。
本发明所述一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法，利用电润湿液体透镜在受到电压作用后液面抖动直至平衡的特性，改进驱动电压波形，在原有驱动电压波形的基础上，加入过驱动电压，并控制过驱动电压的幅度、宽度，使液体透镜先受到较高电压的作用适当加剧液面抖动，使其加速到达稳定状态，再从过驱动电压回到标准电压，提前完成变焦过程；如此，采用先过压，再降为正常驱动电压的驱动方式，既提高了液体运动速度，又不使双液体的界面发生振荡，从而实现减少电润湿液体透镜响应时间的目的，具有实现方便、成本低、适用于大部分电润湿液体透镜。
与上述相对应，本发明所要解决的技术问题是提供一种应用目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，能够便捷实现上述最短响应时长的控制，且具有操作简单，实际应用成本低的优点。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种应用目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，包括激光器、目标电润湿液体透镜、光电探测器、示波器、数据采集与处理模块、函数发生器、高压放大器；其中，所述根据信号波幅度和信号持续时长，绘制各类驱动电压外层包洛波形输送至函数发生器进行处理，并经高压放大器进行放大处理，产生各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上；
激光器上的出射激光经目标电润湿液体透镜射向光电探测器，由光电探测器接收激光，光电探测器输出端与示波器输入端相连接，示波器输出端与数据采集与处理模块输入端相连接；
各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上，由示波器显示光电探测器所捕捉到的光通量变化，并经数据采集与处理模块获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距所对应的响应波形，进而获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长。
作为本发明的一种优选技术方案：所述根据信号波幅度和信号持续时长，采用ArbExpress软件绘制各类驱动电压外层包洛波形。
本发明所述一种应用目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的应用目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，操作简单，只需要运用ArbExpress软件绘制各类驱动电压外层包洛波形，设置函数发生器产生含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，可根据实际需要修改过驱动电压部分的幅度、宽度，以及形状；并且本发明从电润湿液体透镜施加电压波形方面考虑，无需改变电润湿液体透镜制作材料或工艺，操作简单、成本较低，几乎适用于所有电润湿液体透镜。
附图说明
图1 为本发明的装置结构图；
图2 为本发明的ArbExpress软件绘制驱动电压外层包络波形；
图3 为本发明的含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号；
图4a为实施例不含过驱动电压且稳定驱动电压35V(600ms)的变焦响应曲线示意图；
图4b为过驱动电压39V(50ms)且稳定驱动电压35V(550ms)的变焦响应曲线示意图；
图4c为过驱动电压41V(50ms)且稳定驱动电压35V(550ms)的变焦响应曲线示意图；
图4d过驱动电压43V(50ms)且稳定驱动电压35V(550ms)的变焦响应曲线示意图；
图5a为过驱动电压41V(10ms)且稳定驱动电压35V(550ms)的变焦响应曲线示意图；
图5b为过驱动电压41V(30ms)且稳定驱动电压35V(550ms)的变焦响应曲线示意图；
图5c为过驱动电压41V(50ms)且稳定驱动电压35V(550ms)的变焦响应曲线示意图；
图5d为过驱动电压41V(70ms)且稳定驱动电压35V(550ms)的变焦响应曲线示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
当对电润湿液体透镜施加电压后，由于电场力作用，介电层疏水性发生改变，于是液-液-固表面张力发生改变，又由于液体体积不变，导致液-液界面形状（曲率）发生改变。因此当电润湿液体透镜施加电压的瞬间，液-液界面发生抖动直至平衡。本发明通过改进驱动电压波形，在原有驱动电压波形的基础上，加入过驱动电压，并控制过驱动电压的形状、幅度、宽度等参数，使液体透镜先受到较高电压的作用适当加剧液面抖动，使其加速到达稳定状态，再从过驱动电压回到标准电压，以此提前完成变焦过程。
本发明设计了一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法，用于使目标电润湿液体透镜经最短响应时长变化至目标焦距，而获得对应含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并作用于目标电润湿液体透镜；实际应用当中，具体包括如下步骤：
步骤A. 获得目标电润湿液体透镜对应目标焦距的稳定驱动电压信号，并进入步骤B。
步骤B. 按预设规则，将大于稳定驱动电压信号的各信号波幅度与各信号持续时长彼此组合，获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号；并将各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤C。
基于对上述步骤B种，将大于稳定驱动电压信号的各信号波幅度与各信号持续时长的彼此组合，本发明进一步设计了两套并列的步骤B具体实施过程如下。
其中，第一套设计方案为：
步骤B1-1. 初始化信号持续时长等于预设持续时长下限值，信号波幅度等于稳定驱动电压信号，然后进入步骤B1-2。
步骤B1-2. 以信号波幅度和信号持续时长，构建含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并进入步骤B1-3。
步骤B1-3. 将含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤B1-4。
步骤B1-4. 判断信号波幅度是否等于预设信号波幅度上限值，是则进入步骤B1-5；否则针对信号波幅度递增预设信号波幅度变化量，更新信号波幅度，并返回步骤B1-2。
步骤B1-5. 判断信号持续时长是否等于预设持续时长上限值，是则进入步骤B1-6；否则针对信号持续时长递增预设信号持续时长变化量，更新信号持续时长，并定义信号波幅度等于稳定驱动电压信号，然后返回步骤B1-2。
步骤B1-6. 即获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长。
基于上述步骤B的第一套设计方案，实际应用中，目标电润湿液体透镜varioptic公司生产的Arctic 316型号液体透镜，基于图3所示含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，完成上述第一套设计方案，其中，一部分操作过程如图4a至图4d所示变焦响应曲线示意图，并且由图4a至图4d所示，可见采用本发明的方法可以将电润湿液体透镜的响应时间从320ms减少到70ms。
第二套设计方案为：
步骤B2-1. 初始化信号波幅度等于稳定驱动电压信号，信号持续时长等于预设持续时长下限值，然后进入步骤B2-2。
步骤B2-2. 以信号波幅度和信号持续时长，构建含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并进入步骤B2-3。
步骤B2-3. 将含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤B2-4。
步骤B2-4. 判断信号持续时长是否等于预设持续时长上限值，是则进入步骤B2-5；否则针对信号持续时长递增预设信号持续时长变化量，更新信号持续时长，并返回步骤B2-2。
步骤B2-5. 判断信号波幅度是否等于预设信号波幅度上限值，是则进入步骤B2-6；否则针对信号波幅度递增预设信号波幅度变化量，更新信号波幅度，并定义信号持续时长等于预设持续时长下限值，然后返回步骤B2-2。
步骤B2-6. 即获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长。
基于上述步骤B的第一套设计方案，实际应用中，目标电润湿液体透镜varioptic公司生产的Arctic 316型号液体透镜，基于图3所示含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，完成上述第一套设计方案，其中，一部分操作过程如图5a至图5d所示变焦响应曲线示意图。
上述两套针对步骤B的设计方案中，对于信号持续时长来说，对其所设定的预设持续时长下限值、预设持续时长上限值，可以设定为数微秒至几十秒。
步骤C. 针对目标电润湿液体透镜变化至目标焦距、分别对应各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号的响应时长，选择最短响应时长，即为目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的最短响应时长，然后进入步骤D。
步骤D. 获得最短响应时长所对应含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，将该高压双极性矩形驱动电压信号作用于目标电润湿液体透镜上，使目标电润湿液体透镜经最短响应时长变化至目标焦距。
基于上述所设计的目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法，本发明还进一步设计了应用目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，实际应用中，如图1所示，具体包括激光器、目标电润湿液体透镜、光电探测器、示波器、数据采集与处理模块、函数发生器、高压放大器；其中，根据信号波幅度和信号持续时长，采用ArbExpress软件绘制各类驱动电压外层包洛波形，如图2所示，为ArbExpress软件绘制驱动电压外层包络波形，其中高位水平线作为过驱动电压部分的包络，低位水平线作为标准电压部分的包络，此包络由ArbExpress软件绘制，其中高位水平线部分可根据实际需要适当修改形状、高度、宽度。将此包络信号输送至函数发生器进行处理，经过AM调制与参数设置，再经高压放大器进行放大处理，形成含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，即产生各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上。
如图3所示，即为含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号经过高压放大器放大后的驱动波形。该信号具有陡峭的上升沿和下降沿，具有较宽的带宽和响应时间，避免过冲或者震荡，用于驱动电润湿液体透镜，实现电润湿液体透镜正变焦和逆变焦的变焦时间测量。当该含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号用于驱动电润湿液体透镜时，在过驱动电压信号的上升沿，电润湿液体透镜两极会突然加载高压驱动，实现过度的正变焦，随后过驱动电压降至标准电压，提前完成变焦过程。在下降沿，电润湿液体透镜两极高压驱动降低，实现逆变焦。
激光器上的出射激光经目标电润湿液体透镜射向光电探测器，由光电探测器接收激光，光电探测器输出端与示波器输入端相连接，示波器输出端与数据采集与处理模块输入端相连接；
各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上，由示波器显示光电探测器所捕捉到的光通量变化，并经数据采集与处理模块获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距所对应的响应波形，进而获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长。
上述所设计目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法，利用电润湿液体透镜在受到电压作用后液面抖动直至平衡的特性，改进驱动电压波形，在原有驱动电压波形的基础上，加入过驱动电压，并控制过驱动电压的幅度、宽度，使液体透镜先受到较高电压的作用适当加剧液面抖动，使其加速到达稳定状态，再从过驱动电压回到标准电压，提前完成变焦过程；如此，采用先过压，再降为正常驱动电压的驱动方式，既提高了液体运动速度，又不使双液体的界面发生振荡，从而实现减少电润湿液体透镜响应时间的目的，具有实现方便、成本低、适用于大部分电润湿液体透镜，并且所设计应用目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，操作简单，只需要运用ArbExpress软件绘制各类驱动电压外层包洛波形，设置函数发生器产生含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，可根据实际需要修改过驱动电压部分的幅度、宽度，以及形状；并且本发明从电润湿液体透镜施加电压波形方面考虑，无需改变电润湿液体透镜制作材料或工艺，操作简单、成本较低，几乎适用于所有电润湿液体透镜。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (3)
1.一种目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法，其特征在于，用于使目标电润湿液体透镜经最短响应时长变化至目标焦距，进而获得对应含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并 作用于目标电润湿液体透镜；包括如下步骤：
步骤A.获得目标电润湿液体透镜对应目标焦距的稳定驱动电压信号，并进入步骤B；
步骤B.按预设规则，将大于稳定驱动电压信号的各信号波幅度与各信号持续时长彼此组合，获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号；并将各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤C；所述步骤B包括如下步骤：
步骤B1-1.初始化信号持续时长等于预设持续时长下限值，信号波幅度等于稳定驱动电压信号，然后进入步骤B1 -2；
步骤B1-2.以信号波幅度和信号持续时长，构建含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并进入步骤B1 -3；
步骤B1-3.将含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤B1-4；
步骤B1 -4.判断信号波幅度是否等于预设信号波幅度上限值，是则进入步骤B1-5；否则针对信号波幅度递增预设信号波幅度变化量，更新信号波幅度，并 返回步骤B1-2；
步骤B1 -5.判断信号持续时长是否等于预设持续时长上限值，是则进入步骤B1-6；否则针对信号持续时长递增预设信号持续时长变化量，更新信号持续时长，并定义信号波幅度等于稳定驱动电压信号，然后返回步骤B1 -2；
步骤B1-6.即获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长；
或者，所述步骤B包括如下步骤：
步骤B2-1.初始化信号波幅度等于稳定驱动电压信号，信号持续时长等于预设持续时长下限值，然后进入步骤B2-2；
步骤B2-2.以信号波幅度和信号持续时长，构建含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，并进入步骤B2-3；
步骤B2-3.将含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，作用于目标电润湿液体透镜上，获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长，然后进入步骤B2 -4；
步骤B2-4.判断信号持续时长是否等于预设持续时长上限值，是则进入步骤B2-5；否则针对信号持续时长递增预设信号持续时长变化量，更新信号持续时长，并返回步骤B2-2；
步骤B2-5.判断信号波幅度是否等于预设信号波幅度上限值，是则进入步骤B2-6；否则针对信号波幅度递增预设信号波幅度变化量，更新信号波幅度，并定义信号持续时长等于预设持续时长下限值，然后返回步骤B2-2；
步骤B2-6.即获得各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长；
步骤C.针对目标电润湿液体透镜变化至目标焦距、分别对应各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号的响应时长，选择最短响应时长，即为目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的最短响应时长，然后进入步骤D；
步骤D.获得最短响应时长所对应含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，将该高压双极性矩形驱动电压信号作用于目标电润湿液体透镜上，使目标电润湿液体透镜经最短响应时长变化至目标焦距。
2.一种应用权利要求1所述目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，其特征在于：包括激光器、目标电润湿液体透镜、光电探测器、示波器、数据采集与处理模块、函数发生器、高压放大器；其中，根据信号波幅度和信号持续时长，绘制各类驱动电压外层包洛波形输送至函数发生器进行处理，并经高压放大器进行放大处理，产生各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上；
激光器上的出射激光经目标电润湿液体透镜射向光电探测器，由光电探测器接收激光，光电探测器输出端与示波器输入端相连接，示波器输出端与数据采集与处理模块输入端相连接；
各类含过驱动电压的高压双极性矩形驱动电压信号，分别作用于目标电润湿液体透镜上，由示波器显示光电探测器所捕捉到的光通量变化，并经数据采集与处理模块获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距所对应的响应波形，进而获得目标电润湿液体透镜变化至目标焦距的响应时长。
3.根据权利要求2所述一种应用目标电润湿液体透镜最短响应时长控制方法的***，其特征在于：所述根据信号波幅度和信号持续时长，采用ArbExpress软件绘制各类驱动电压外层包洛波形。
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- 2018-01-29 CN CN201810082901.8A patent/CN108415153B/zh active Active
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| CN108415153A (zh) | 2018-08-17 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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