一种液态菲涅尔透镜及其波纹调制方法技术

本发明专利技术涉及光学透镜技术领域，尤其涉及一种液态菲涅尔透镜及其波纹调制方法，包括透明底面、光学液体和振荡发生器，所述透明底面上表面具有光学液体，所述振荡发生器呈环形结构设置于所述透明底面的上表面外缘；所述振荡发生器通过与之连接的波纹调制系统将所述光学液体调制为环状曲面；所述波纹调制系统包括上位机、下位机和模拟调制电路，所述上位机用于将菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波并将简谐波的相位、频率和振幅参数以数字形式发往所述下位机。本发明专利技术通过对振荡波形的调制，改变液体波面的光线折射路径，达到光学液体透镜“自由调焦”的效果，实现了一种低成本、大光学口径、可电控调焦的光学透镜。

【技术实现步骤摘要】
一种液态菲涅尔透镜及其波纹调制方法
本专利技术涉及光学透镜
，尤其涉及一种液态菲涅尔透镜及其波纹调制方法。
技术介绍
菲涅尔透镜又称螺纹透镜，镜片表面一侧为光面，另一侧刻录了由小到大的同心圆。它的设计思路是假定一个透镜的折射仅发生在光学表面，在保留透镜表面曲度的前提下尽可能减少光学材料的使用。一块典型的菲涅尔透镜的曲面可视为由一个连续曲面分割而成，保留不同分段的曲率连续但曲面不连续。相比传统透镜，菲涅尔透镜可以制作的很薄，适合满足大孔径透镜和高曲率透镜的需要。传统的光学透镜依靠材料加工中产生的光学曲面对光的传播方向进行改变，改变原有光束的焦点。透镜一旦加工定型，光学曲面和焦点都无法改变，不可对焦点进行运行时调制。液态透镜是一种可解决光学透镜运行时调制问题产生的技术，现有液态透镜主要依靠改变夹在上下覆膜中的液滴曲率实现光学焦点调制（如CN111812801A，CN111812801A），受液体表面张力和重力的影响，很难增大光学口径。正是基于上述原因，本专利技术提出一种液态菲涅尔透镜及其波纹调制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液态菲涅尔透镜及其波纹调制方法，实现了一种低成本、大光学口径、可电控调焦的光学透镜。为了实现本专利技术的目的,本专利技术采用的技术方案为：本专利技术公开了一种液态菲涅尔透镜，包括透明底面、光学液体和振荡发生器，所述透明底面上表面具有光学液体，所述振荡发生器呈环形结构设置于所述透明底面的上表面外缘；所述振荡发生器通过与之连接的波纹调制系统将所述光学液体调制为环状曲面；所述波纹调制系统包括上位机、下位机和模拟调制电路，所述上位机用于将菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波并将简谐波的相位、频率和振幅参数以数字形式发往所述下位机；所述下位机为MCU，所述MCU包括用于相位调制的激励时钟控制、数字脉宽控制和电压放大控制，所述数字脉宽控制通过MCU的引脚发送数字脉宽调制信号进行频率调制，所述电压放大控制通过调幅电路进行幅度调制，所述MCU将合成的波束信号输入到所述振荡发生器。所述调幅电路包括依次连接的DA转换器、第一固定电阻、三极管、可调电阻和第二固定电阻，所述DA转换器与所述述数字脉宽控制相连，所述第二固定电阻与振荡发生器相连。一种液态菲涅尔透镜波纹调制方法，包括如下步骤，步骤S1,在上位机中将设定的二维菲涅尔透镜函数曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波函数；步骤S2，将频率、振幅、相位等参数发送到下位机中；步骤S3，通过激励时钟控制、PWM和电压放大控制分别对应激励波的相位调制、频率调制和幅度调制；步骤S4，分解出的每一个波函数由单独的下位机通道输出，经数模转换和放大后加和输出到振荡发生器；振荡发生器工作激励光学液体表面产生的波纹重构成液态菲涅尔透镜。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术的液态菲涅尔透镜厚度较薄，适于制造大口径透镜的优点，更比传统的菲涅尔透镜增加了实时可调的属性；（2）本专利技术通过对振荡波形的调制，改变液体波面的光线折射路径，达到光学液体“自由调焦”的效果。附图说明图1为本专利技术中液态菲涅尔透镜的结构示意图；图2为本专利技术中二维菲涅尔透镜曲面进行傅里叶变换分解为数个简谐波示意图；图3为本专利技术中波纹调制方法的示意图；图4为本专利技术中各通道模拟信号调制示意图；图5为本专利技术中调幅电路的示意图。图中：1透明底面，2光学液体，3振荡发生器，4波纹调制系统，5上位机，6MCU，61激励时钟控制，62数字脉宽控制，63电压放大控制，7调幅电路，71DA转换器，72第一固定电阻，73三极管，74可调电阻，75第二固定电阻。具体实施方式下面对本专利技术进一步说明：请参阅图1-5，本专利技术公开了一种液态菲涅尔透镜，包括透明底面1、光学液体2和振荡发生器3，所述透明底面1上表面具有光学液体2，所述振荡发生器3呈环形结构设置于所述透明底面2的上表面外缘；所述振荡发生器3通过与之连接的波纹调制系统4将所述光学液体2调制为环状曲面；所述波纹调制系统4包括上位机5、下位机和模拟调制电路，所述上位机5用于将菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波并将简谐波的相位、频率和振幅参数以数字形式发往所述下位机；所述下位机为MCU6，所述MCU包括用于相位调制的激励时钟控制61、数字脉宽控制62和电压放大控制63，所述数字脉宽控制62通过MCU6的引脚发送数字脉宽调制信号进行频率调制，所述电压放大控制63通过调幅电路7进行幅度调制，所述MCU6将合成的波束信号输入到所述振荡发生器3；透镜主要由透明底面1、浅层的光学液体2和振荡发生器3组成，装置内的浅层光学液体2受振荡发生器3激发产生水表面波，通过调制特定的振荡频率和幅度使液体波面合成类似于菲涅尔透镜的环状曲面；通过对振荡波形的调制，改变液体波面的光线折射路径，达到光学液体“自由调焦”的效果；实现了一种低成本、大光学口径、可电控调焦的光学透镜；MCU6为微控制单元，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制；数字脉宽控制62即PWM。所述调幅电路7包括依次连接的DA转换器71、第一固定电阻72、三极管73、可调电阻74和第二固定电阻75，所述DA转换器71与所述数字脉宽控制62相连，所述第二固定电阻75与振荡发生器3相连，将所需的函数波纹信号通过MCU5进行傅里叶变换，经过PWM6后进入调幅电路7，调幅电路7包括DA转换器71用于数字信号转模拟信号，第一固定电阻72、第二固定电阻75、三极管73和可调电阻74，最后分信号汇总输入至振荡发生器3。本专利技术公开了一种液态菲涅尔透镜波纹调制方法，包括如下步骤，步骤S1,在上位机5中将设定的二维菲涅尔透镜函数曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波函数；步骤S2，将频率、振幅、相位等参数发送到下位机中；步骤S3，通过激励时钟控制61、数字脉宽控制62和电压放大控制63分别对应激励波的相位调制、频率调制和幅度调制；步骤S4，分解出的每一个波函数由单独的下位机通道输出，经数模转换和放大后加和输出到振荡发生器；振荡发生器工作激励光学液体表面产生的波纹重构成液态菲涅尔透镜。调制过程：如图3所示，经设计的二维菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波函数（如图2所示），将频率、振幅、相位等参数发送到下位机中。时钟控制，数字脉宽（PWM）控制和电压放大控制分别对应激励波的相位调制、频率调制和幅度调制。分解出的每一个波函数由单独的下位机通道输出，经数模转换和放大后加和输出到振荡发生器3（如图4所示）。振荡发生器3工作激励光学液体表面产生的波纹重构成液态菲涅尔透镜。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态菲涅尔透镜，其特征在于：包括透明底面（1）、光学液体（2）和振荡发生器（3），所述透明底面（1）上表面具有光学液体（2），所述振荡发生器（3）呈环形结构设置于所述透明底面（2）的上表面外缘；/n所述振荡发生器（3）通过与之连接的波纹调制系统（4）将所述光学液体（2）调制为环状曲面；/n所述波纹调制系统（4）包括上位机（5）、下位机和模拟调制电路，所述上位机（5）用于将菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波并将简谐波的相位、频率和振幅参数以数字形式发往所述下位机；所述下位机为MCU（6），所述MCU包括用于相位调制的激励时钟控制（61）、数字脉宽控制（62）和电压放大控制（63），所述数字脉宽控制（62）通过MCU（6）的引脚发送数字脉宽调制信号进行频率调制，所述电压放大控制（63）通过调幅电路（7）进行幅度调制，所述MCU（6）将合成的波束信号输入到所述振荡发生器（3）。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态菲涅尔透镜，其特征在于：包括透明底面（1）、光学液体（2）和振荡发生器（3），所述透明底面（1）上表面具有光学液体（2），所述振荡发生器（3）呈环形结构设置于所述透明底面（2）的上表面外缘；
所述振荡发生器（3）通过与之连接的波纹调制系统（4）将所述光学液体（2）调制为环状曲面；
所述波纹调制系统（4）包括上位机（5）、下位机和模拟调制电路，所述上位机（5）用于将菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波并将简谐波的相位、频率和振幅参数以数字形式发往所述下位机；所述下位机为MCU（6），所述MCU包括用于相位调制的激励时钟控制（61）、数字脉宽控制（62）和电压放大控制（63），所述数字脉宽控制（62）通过MCU（6）的引脚发送数字脉宽调制信号进行频率调制，所述电压放大控制（63）通过调幅电路（7）进行幅度调制，所述MCU（6）将合成的波束信号输入到所述振荡发生器（3）。

【专利技术属性】
技术研发人员：周培聪，文阳平，杨志勇，梅佳磊，黄梦鑫，饶志豪，尚文，邹俊华，
申请(专利权)人：江西农业大学，
类型：发明
国别省市：江西;36