基于压电驱动的全固态可变焦微透镜结构设计与仿真研究

传统的光学透镜通过音圈马达(VCM)驱动,焦距不可调且结构复杂、存在电磁干扰;当前研究的热点是液体微透镜,可通过改变微透镜表面的曲率半径实现变焦,但存在漏液、重力效应等问题。本文设计了一种基于压电驱动的固体可变焦微透镜,通过采用压电陶瓷-玻璃薄膜-压电陶瓷三层式结构的压电驱动器间接驱动柔性微透镜介质PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜,使其产生相应的弯曲来达到调焦的目的,具有体积小、可变焦范围广、无漏液和重力效应、无电磁干扰等优势引起了人们的广泛关注。利用COMSOL仿真软件研究了不同压电驱动结构对微透镜性能的影响,确定了微透镜各组件的最佳结构参数,探讨了不同驱动电压下微透镜的形变量和焦距,为高可靠微透镜的设计提供了新颖的解决方案。

混合式光场相机在聚焦与非聚焦模式下的超分辨重聚焦仿真（英文）

光场描述了光在自由空间传播的全四维信息,光场相机可用来获得光场图像。在传统的光场相机中,最终获得图像的空间分辨率受限于微透镜阵列中透镜的个数。聚焦型光场相机相较于传统光场相机能够获得更高的空间分辨率,但是以牺牲其角度分辨率作为代价。在Zemax中建立了传统光场相机与将聚焦光场相机的成像模型,仿真获得了两种光场相机的光场图像,分析了两种不同类型光场相机采样模式的区别。提出将可变焦液体透镜阵列放置在光场相机中,可以同时获得聚焦和非聚焦两种模式下的光场图像。根据记录的光场信息,讨论了相应的重聚焦方法,计算仿真了在不同景深下的重聚焦图像,并提出了一种基于图像融合和超分辨率重构的方法来提高重聚焦图像的分辨率,最终在相同的景深范围内获得了3倍于传统光场相机分辨率的重聚焦图像。

液晶变焦透镜在XR近眼显示系统中的应用(特邀)

探讨液晶(LC)技术在XR近眼显示系统中的应用。详述了如何通过控制光的偏振和波前来开发可变焦液晶透镜,这些透镜对改善XR应用中的用户体验具有潜在价值。还讨论了生产液晶透镜的挑战,特别是在优化透镜厚度和性能方面。

基于Arduino的眼睛调节演示器的设计与实现

该文以Arduino单片机为核心主控板,设计并制造了1种能自动模拟眼睛调节功能的演示器。首先,该演示器运用Arduino控制的可变焦透镜来模拟晶状体,固定透镜与视网膜(光屏模拟)的距离;其次,用超声波测出所视物与透镜之间的距离,由程序计算出所需要的透镜的焦距;再次,用超声波测定现有透镜前后表面的曲率半径,就可以算出现有的焦距,从而计算出透镜内的抽注水量;最后,用步进电机进行抽注水,改变透镜的焦距,从而保证在视网膜上可以得到清晰的像。该系统操作简单、性能可靠且仿真度高,整个过程实现了全自动,可以在学校、医院以及各单位的教学演示中应用。

基于光路自动准直的甲烷遥测技术

针对目前甲烷遥测装置因光学准直固定,在不同检测环境使用时不能进行动态调整的问题,在光路准直设计中引入了电控可变焦透镜,实现了光路自动准直。测试结果表明,针对不同的检测距离和辅助目标,通过改变电控可变焦透镜的驱动电流可实现快速变焦,在动态调节激光光束发散效果的同时可使遥测装置的接收光功率最大化,其接收光功率相比无变焦透镜接收光功率可提高1.7倍以上,同时可提高检测系统的信噪比。针对变焦透镜在遥测应用中出现的新问题,如重力效应引起的光束偏转效应,提出了形变模型,并进行了理论计算和仿真分析。使用甲烷气袋进行泄漏模拟测试,通过Allan方差分析得到:当积分时间为18 s时,极限标准差达到1.51×10^-6。对装置进行实地测量,测试距离为52.2 m,检测到楼道空气中存在4.95×10^-6浓度(体积分数)的甲烷气体。该研究展示了使用电控可变焦透镜实现光路自动准直和优化在气体泄漏遥测装置中的可行性与应用价值。