液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现

郭弘扬; 杜升平; 黄永梅; 付承毓

doi:10.3788/IRLA201948.0722002

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液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现

郭弘扬, 杜升平, 黄永梅, 付承毓

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郭弘扬, 杜升平, 黄永梅, 付承毓. 液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(7): 722002-0722002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

引用本文:

郭弘扬, 杜升平, 黄永梅, 付承毓. 液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(7): 722002-0722002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

Guo Hongyang, Du Shengping, Huang Yongmei, Fu Chengyu. FPGA implementation of the overdriving method of liquid crystal spatial light modulator[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(7): 722002-0722002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

Citation:

Guo Hongyang, Du Shengping, Huang Yongmei, Fu Chengyu. FPGA implementation of the overdriving method of liquid crystal spatial light modulator[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(7): 722002-0722002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现

doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

郭弘扬^1,2,3,
杜升平^1,2, ,,
黄永梅^1,2,
付承毓^1,2

1.
中国科学院光束控制重点实验室,四川成都 610209;
2.
中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;
3.
中国科学院大学,北京 100049

基金项目:

中国科学院先导项目量子通信资助（KX-002）

详细信息

作者简介:
郭弘扬(1993-),女,博士生,主要从事光通信中液晶空间光调制技术方面的研究。Email:guohongy93@163.com

通讯作者: 杜升平(1977-),男,副研究员,博士,主要从事非机械式光束偏转方面的研究。Email:du_shengping@163.com

中图分类号: O439

FPGA implementation of the overdriving method of liquid crystal spatial light modulator

Guo Hongyang^1,2,3,
Du Shengping^{1,2
, ,},
Huang Yongmei^1,2,
Fu Chengyu^1,2

1.
Key Laboratory of Optical Engineering,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China;
2.
The Institute of Optics and Electronics,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China;
3.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 针对空间光调制器系统中，液晶在正常驱动电压下响应时间长，拖慢系统响应速度等问题，对影响液晶响应时间的因素、液晶的弛豫特性以及液晶的过驱动原理进行了分析，提出了一种基于FPGA （Field－Programmable Gate Array）的液晶过驱动方法。其中，相位量化、过驱动表查找、PWM （Pulse Width Modulation）产生均由FPGA完成，该方法不占用CPU （Central Processing Unit）资源，能够更快速响应CPU指令，在硬件方面进一步节省了液晶响应时间。最后搭建实验光路，实验结果表明使用该过驱动方法后，一个调制周期范围内，在5 V过驱动电压下，液晶调制相位上升过程响应时间从500 ms缩短至35 ms；下降过程响应时间从300 ms缩短到36 ms。实现了液晶分子相位的快速偏转，提高系统的响应速度近一个数量级。
- 液晶 /
- 过驱动 /
- FPGA /
- 响应时间 /
- 衍射
Abstract: In the system of the spatial light modulator, the response time of the liquid crystal under normal driving voltage is long, and the response speed of the system is slowed down. Considering these, the factors affecting the response time of the liquid crystal, the relaxation characteristics of the liquid crystal and the overdrive principle of the liquid crystal were analyzed. An overdriving method of liquid crystal based on the FPGA was put forward. Among them, phase quantization, overdriving look-up table, and PWM generation were all performed by the FPGA. This method did not occupy CPU resources and can respond to CPU instructions more quickly, and further saving LCD response time in terms of hardware. Finally, the experimental optical path was built. The experimental results show that after using the overdriving method, in a modulation period and under 5 V driving voltage, the response time of the liquid crystal modulation phase rise process is shortened from 500 ms to 35 ms, and the fall response time is shortened from 300 ms to 36 ms. The rapid deflection of the phase of the liquid crystal molecules is achieved, and the response speed of the system is improved by an order of magnitude.
- liquid crystal /
- overdrive /
- FPGA /
- response time /
- diffraction

[1]	Cao Zhaoliang, Mu Quanquan, Xu Huanyu, et al. Open-loop liquid crystal adaptive optics system:research progress and results[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(4):0402002. (in Chinese)
[2]	Wang Yukun, Hu Lifa, Wang Chongchong, et al. Modeling and control of tilting mirror in liquid crystal adaptive optics system[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(4):771-779. (in Chinese)
[3]	Zhang Tianyi, Wang Xiangru, Huang Ziqiang, et al. Application of liquid crystal optical phase control technology in satellite communication multiple access[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(11):1122004. (in Chinese)
[4]	Nakamura H. A model of image display in the optimized overdrive method for motion picture quality improvements in liquid crystal devices[J]. Japanese Journal of Applied Physics, 2001, 40(11):6435-6440.
[5]	Xun X, Cho D J, Cohn R W. Spiking voltages for faster switching of nematic liquid-crystal light modulators[J]. Applied Optics, 2006, 45(13):3136-43.
[6]	Hu H, Hu L, Peng Z, et al. Advanced single-frame overdriving for liquid-crystal spatial light modulators[J]. Optics Letters, 2012, 37(16):3324-3326.
[7]	Love G D, Thalhammer G, Padgett M J, et al. Speeding up liquid crystal SLMs using overdrive with phase change reduction[J]. Optics Express, 2013, 21(2):1779-97.
[8]	Huang Ziqiang. Display Principle of Liquid Crystal[M]. Beijing:National Defence Industry Press, 2008. (in Chinese)
[9]	Xu Zhongbao, Wang Shuangying, Liu Wenchao, et al. Multifocal Fresnel lens based on liquid crystal spatial light modulator[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(10s):156-161. (in Chinese)
[10]	Ji Honglei, Zhou Qingchao, Pan Jun, et al. Quantum dot liquid crystal display backlight technology[J]. Chinese Optics, 2017, 10(5):666-680. (in Chinese)
[11]	Du Shengping, Fu Chengyu, Huang Yongmei, et al.Measurement method of phase modulation of liquid crystal[J]. Acta Photonica Sinica, 2017, 46(1):87-94. (in Chinese)

[1]	韩明, 郭欣, 邱洪金, 张若愚, 贾甜甜, 刘旭川, 胡轶轩. 透射式GaAs光电阴极时间分辨特性研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(8): 20210761-1-20210761-5. doi: 10.3788/IRLA20210761
[2]	赵海博, 刘彦丽, 杨雯铄, 苏云, 高大化, 孙权森, 赵慧洁. 双通道衍射计算成像光谱仪系统 . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20220077-1-20220077-8. doi: 10.3788/IRLA20220077
[3]	杨涛, 李武森, 陈文建. 新型小功率半导体激光器驱动及温控电路设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(2): 20210764-1-20210764-8. doi: 10.3788/IRLA20210764
[4]	黄一彬, 王英, 朱颖峰, 魏超群, 孙鸿生, 董黎. 红外探测器杜瓦封装多余物的衍射分析及控制 . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20200177-1-20200177-6. doi: 10.3788/IRLA20200177
[5]	李娜, 邓家先, 崔亚妮, 陈褒丹. 基于暗通道先验的红外图像清晰化及FPGA实现 . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20200252-1-20200252-10. doi: 10.3788/IRLA20200252
[6]	汪相如, 周庄奇. 液晶光学相控阵在高功率激光应用中的研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 103006-0103006(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0103006
[7]	殷世民, 高丽伟, 梁永波, 朱健铭, 梁晋涛, 陈真诚. 基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 720001-0720001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0720001
[8]	贺晓娴, 汪相如, 李曼, 胡明刚, 柳建龙, 邱琪. 液晶中波红外光学相控阵关键技术研究进展 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 830003-0830003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0830003
[9]	张宁, 刘宇龙, 吴嘉辉, 徐熙平. 微型光谱仪的CCD 数据采集系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 141-147.
[10]	杨磊, 任龙, 刘庆, 王华, 周祚峰, 曹剑中. 基于FPGA 的大视场图像实时拼接技术的研究与实现 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1929-1935.
[11]	郝贤鹏, 张然峰, 陶宏江. 基于FPGA的高速图像传输系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3483-3487.
[12]	王华伟, 曹剑中, 马彩文, 张辉, 武登山. 具有自适应校正功能的红外成像系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 61-66.
[13]	佟庆, 荣幸, 张新宇, 桑红石, 谢长生. 用于测量和调控入射光偏振态的大面积阵列液晶器件 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 474-478.
[14]	孔悦, 徐熙平, 倪小龙. 基于GPU 的液晶大气湍流模拟器的波面生成计算 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 3061-3065.
[15]	邓永停, 李洪文, 王建立, 阴玉梅, 吴庆林. 基于DSP和FPGA的望远镜伺服控制系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 908-914.
[16]	朱瑞飞, 王超, 魏群, 贾宏光, 周文明. 红外探测器非均匀性校正系统研制 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1669-1673.
[17]	王文华, 张宇, 张柯, 任建岳. CCD成像系统的模拟自校图形设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1933-1939.
[18]	付安邦, 张怀东, 张新宇, 桑红石, 季安, 谢长生. 中红外波段可调谐液晶法布里珀罗高光谱成像探测仪 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1853-1857.
[19]	母杰, 郑文佳, 李梅, 饶长辉. 基于FPGA和DSP技术的自适应光学系统在线大气湍流参数测量平台 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 703-708.
[20]	任广辉, 王刚毅, 金炎胜. 利用FPGA的高性能向导滤波器设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 537-542.

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液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现

doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

1. 中国科学院光束控制重点实验室,四川成都 610209;

2. 中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;

3. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介:
郭弘扬(1993-),女,博士生,主要从事光通信中液晶空间光调制技术方面的研究。Email:guohongy93@163.com

通讯作者: 杜升平(1977-),男,副研究员,博士,主要从事非机械式光束偏转方面的研究。Email:du_shengping@163.com

收稿日期: 2019-02-05
修回日期: 2019-03-03
刊出日期: 2019-07-25

基金项目:

中国科学院先导项目量子通信资助（KX-002）

中图分类号: O439

关键词:

液晶 /
过驱动 /
FPGA /
响应时间 /
衍射

摘要: 针对空间光调制器系统中，液晶在正常驱动电压下响应时间长，拖慢系统响应速度等问题，对影响液晶响应时间的因素、液晶的弛豫特性以及液晶的过驱动原理进行了分析，提出了一种基于FPGA （Field－Programmable Gate Array）的液晶过驱动方法。其中，相位量化、过驱动表查找、PWM （Pulse Width Modulation）产生均由FPGA完成，该方法不占用CPU （Central Processing Unit）资源，能够更快速响应CPU指令，在硬件方面进一步节省了液晶响应时间。最后搭建实验光路，实验结果表明使用该过驱动方法后，一个调制周期范围内，在5 V过驱动电压下，液晶调制相位上升过程响应时间从500 ms缩短至35 ms；下降过程响应时间从300 ms缩短到36 ms。实现了液晶分子相位的快速偏转，提高系统的响应速度近一个数量级。

English Abstract

FPGA implementation of the overdriving method of liquid crystal spatial light modulator

1. Key Laboratory of Optical Engineering,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China;

2. The Institute of Optics and Electronics,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China;

3. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

Received Date: 2019-02-05
Rev Recd Date: 2019-03-03
Publish Date: 2019-07-25

Keywords:

Abstract: In the system of the spatial light modulator, the response time of the liquid crystal under normal driving voltage is long, and the response speed of the system is slowed down. Considering these, the factors affecting the response time of the liquid crystal, the relaxation characteristics of the liquid crystal and the overdrive principle of the liquid crystal were analyzed. An overdriving method of liquid crystal based on the FPGA was put forward. Among them, phase quantization, overdriving look-up table, and PWM generation were all performed by the FPGA. This method did not occupy CPU resources and can respond to CPU instructions more quickly, and further saving LCD response time in terms of hardware. Finally, the experimental optical path was built. The experimental results show that after using the overdriving method, in a modulation period and under 5 V driving voltage, the response time of the liquid crystal modulation phase rise process is shortened from 500 ms to 35 ms, and the fall response time is shortened from 300 ms to 36 ms. The rapid deflection of the phase of the liquid crystal molecules is achieved, and the response speed of the system is improved by an order of magnitude.

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液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现

doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

作者简介: 郭弘扬(1993-),女,博士生,主要从事光通信中液晶空间光调制技术方面的研究。Email:guohongy93@163.com

通讯作者: 杜升平(1977-),男,副研究员,博士,主要从事非机械式光束偏转方面的研究。Email:du_shengping@163.com

FPGA implementation of the overdriving method of liquid crystal spatial light modulator

计量

出版历程

液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现

doi: 10.3788/IRLA201948.0722002

1. 中国科学院光束控制重点实验室,四川 成都 610209; 2. 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209; 3. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介: 郭弘扬(1993-),女,博士生,主要从事光通信中液晶空间光调制技术方面的研究。Email:guohongy93@163.com

通讯作者: 杜升平(1977-),男,副研究员,博士,主要从事非机械式光束偏转方面的研究。Email:du_shengping@163.com

English Abstract

FPGA implementation of the overdriving method of liquid crystal spatial light modulator

1. Key Laboratory of Optical Engineering,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China; 2. The Institute of Optics and Electronics,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China; 3. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

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作者简介:
郭弘扬(1993-),女,博士生,主要从事光通信中液晶空间光调制技术方面的研究。Email:guohongy93@163.com

1. 中国科学院光束控制重点实验室,四川成都 610209;

2. 中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;

3. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介:
郭弘扬(1993-),女,博士生,主要从事光通信中液晶空间光调制技术方面的研究。Email:guohongy93@163.com

1. Key Laboratory of Optical Engineering,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China;

2. The Institute of Optics and Electronics,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610209,China;

3. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China