超弹性形变线聚焦菲涅尔透镜的变焦性能研究

该文基于棱镜折射理论分析倾斜入射角对菲涅尔透镜焦距变化的影响规律,指明焦距变化的光学原因,提出采用超弹性变形调整焦距的方法,并基于小变形下的线性假设展开理论分析,通过仿真进行验证。结果表明,变形率达到15%时,焦距的伸长率约46.7%,与理论结果相较小于10%,验证了理论模型的正确性。研究结果为超弹性菲涅尔透镜的变形变焦提供了理论依据。

液体变焦结构光三维测量系统研究

为解决传统结构光法应用于地下空间三维探测的局限性,通过将液体透镜调焦技术与结构光自扫描测量方法相结合,创新地提出一种液体变焦结构光三维测量系统的设计原理与应用方法。首先,提出了液体变焦结构光三维测量系统的结构设计模型,并结合理论推导分析了系统的工作机制。然后,针对系统中变焦成像模块和结构光投射模块,分别给出了相应的参数标定方法。最后,搭建了液体变焦结构光三维测量系统的试验平台,实现了系统参数的精确标定,并设计试验对系统性能进行了测试。测试结果表明:该系统在无移动组件的条件下可灵活切换视场,能够实现在不同尺度成像视野下对目标的三维测量;测量精度受光学像差和成像焦距的综合影响。该研究可为地下作业机器人三维视觉系统的高性能研制提供新思路。

电润湿透镜重复变焦精度指标及其优化方法

借鉴玻璃透镜的研究方法,提出了一种基于统计数据的液体透镜重复变焦精度指标,用于描述其变焦稳定性,并给出了液体透镜设计参数优化及材料优选的实验方法。首先,通过初步实验研究与分析,得到影响液体透镜重复变焦精度的主要影响因素——极性溶液体积、锥度、非极性溶液粘度;其次,以重复变焦精度和变焦范围作为评价指标,发现重复变焦精度与电压的关系不具有单调性,存在先升后降的现象。在此基础上,运用极差分析与综合平衡法,得到各因素的不同影响程度及最优参数组合,采用正交实验法优化设计参数。最后,实验验证了该方法的有效性。实验结果表明,优化后的液体透镜,在150 V电压处,重复变焦精度为0.2 m^(−1);在0~230 V电压范围内,变焦范围为−15.2~5.85 m^(−1)。结果表明本文所提出的方法基本满足液体透镜变焦稳定可靠、精度高、变焦范围大等要求。

液体透镜在变焦系统中的应用

利用液体透镜进行变焦系统设计可以大幅降低系统的复杂程度,本文介绍和讨论了该项技术的研究和应用现状。首先,基于液体透镜的分类即渐变折射率透镜和变曲率透镜介绍了几种主要液体透镜的原理和特点,给出了具有代表性的ARCTIC透镜系列和Optotune透镜系列的设计参数和优点。然后,对液体透镜技术在变焦系统中的应用进行了分析,描述了其在变焦眼镜、手机相机、内窥镜和显微镜等诸多领域中应用的现状和优势。最后,利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统,该系统可实现2.5倍的可见光变焦。

新颖的微流控光学变焦透镜阵列集成器件

提出一种微流控光学变焦透镜阵列芯片,以解决变焦透镜阵列的电控调谐和集成化制造方法问题。该器件的基本形式为"上盖片+内芯+下盖片"的三明治夹心结构,采用导电材料制作内芯,使得器件的制作简化,易于集成。透镜材料由折射率不同的两种不混合液体组成,利用电润湿效应控制两种液体的界面曲率,从而实现微透镜阵列焦距的电控调节。

基于纯位相液晶空间光调制器的可变焦透镜的实现

提出一种基于纯位相液晶空间光调制器(LC-SLM)实现变焦透镜的方法。根据液晶空间光调制器的位相调制原理,以相息图控制LC-SLM来调制入射光波,并衍射产生透镜波面,改变相息图的衍射距离,可实现变焦位相菲涅耳透镜的功能。分析衍射孔径、衍射距离、相息图位相阶数等参数对变焦位相菲涅耳透镜的影响,并以点光源相息图为例对该方法的可行性进行了实验验证。实验结果表明:通过改变计算衍射距离,提出的方法可得到焦距不同的透镜,且易于控制,为三维扫描显示的实现提供了可行性依据。

基于EWOD的锥形管状结构液体变焦透镜

提出了一种基于介质上电润湿（EWOD）的液体变焦透镜的新结构．它由一个依次覆盖有ITO透明导电薄膜及疏水介质膜的下极板、悬在其上的一个内外壁均覆盖有疏水层的玻璃锥管以及处于两者之间的导电液滴组成．通过改变ITO与液滴之间的电压大小，透镜的曲率及位置能同时被调节，从而实现对透镜焦距的调节．实验结果表明，该器件在0～50V电压下可实现对2cm至无穷远处物体的聚焦．

可调微流控光学变焦透镜

设计了一种可调微流控光学变焦透镜,采用液压控制,主要结构包括微流道和微流体腔,由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料结合软光刻工艺制成。利用COMSOL仿真软件展示了不同液压下微流体腔变形形成的双凸透镜和双凹透镜。利用ZEMAX进行光学仿真,得到各种透镜的焦距及光路图。提出了一种校正双凸透镜球差的方法。

大变倍比液体透镜变焦系统设计

分析了电润湿液体变焦透镜的光学特性和变焦系统设计理论,将各组元焦距作为变量,列出了该液体透镜变焦系统的变焦方程.利用粒子群算法优化求解变焦方程,得到符合条件的初始结构;再利用优化设计软件进行像差平衡,设计了一个具有4片液体透镜,焦距为20～120mm的大变倍比液体透镜变焦系统.系统各焦距处光学传递函数在66lp/mm处均大于0.3,畸变小于2%,满足设计要求.

高速变焦液体透镜的发展动态综述

高速变焦液体透镜是光学成像领域内新兴的一个研发热点。首先从微流控方法和机理的角度介绍了近几年国内外学者研究的高速变焦液体透镜技术,阐述了相关技术特点和发展趋势。最后,对高速变焦液体透镜技术在军、民若干领域的具体应用进行了分析,对该技术的前景和面临的挑战进行了展望。

电润湿离子液体变焦透镜

利用电润湿原理设计并实现了基于离子液体的变焦液体透镜。该透镜的聚焦电压与所使用的离子液体折光率直接相关,折光率越高,达到相同焦距所需的电压也越大。在相同情况下,与传统的盐水溶液变焦透镜相比,离子液体变焦透镜实现聚焦所需的电压更低。离子液体变焦透镜可以适应外界温度的剧烈变化,在高温条件下(>80℃)仍可正常运转,且其性能甚至更优。该透镜的变焦范围可从5cm至无穷远,而其能耗只有毫瓦量级。离子液体在红外区透光性良好,使得离子液体变焦透镜在红外成像上有广阔的应用前景。

基于介质上电润湿的钳制式液体变焦透镜

提出了一种基于介质上电润湿（EWOD）的新型液体变焦透镜结构并研制出样机。它由一个依次覆盖有氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜及疏水介质膜的玻璃下极板、悬浮于其上方的一个中空金属环、以及作为透镜的去离子水滴组成。通过改变施加于ITO电极与金属环之间的电压大小,就能调控水滴的曲率,从而实现对透镜焦距的调节。实验结果表明,在0-40V电压范围内,该透镜样机的焦距调节范围为8.51mm至55.9mm,可实现对2.0cm至无穷远处物体的聚焦。

低压双液体变焦透镜的理论及工艺研究

通过对仅有单层介电薄膜双液体变焦透镜模型的相关理论分析,得出介电层薄膜的厚度及均匀性对双液体变焦透镜的性能影响很大,并绘制了双液体变焦透镜焦距与驱动电压、介电层厚度的关系曲线.在此基础上,以降低双液体变焦透镜的驱动电压为目的,对介电层的选择进行了分析,选择既可充当介电层又可充当疏水层的派瑞林材料作为双液体变焦透镜的介电层材料,通过真空蒸发镀膜工艺得到了合适厚度的介电层派瑞林薄膜,并对所镀薄膜表面形貌以及厚度进行了测试.选择氯化钾以及溴代十二烷作为导电液体和油性液体,利用离心方式除去液体中溶有的气体,进而制作完成双液体变焦透镜样品.电驱变焦实验得到低压双液体变焦透镜样品的变焦范围为±20mm,驱动电压约为30V,对于实验过程中出现的迟滞效应,通过对杨氏方程中引入摩擦力项,合理地解释了其原因.

柔性变焦透镜发展现状

本文从基于力致变形(机械传动)驱动和基于电致变形(智能材料)驱动两方面分析了柔性变焦透镜(FVFL)的发展现状。通过归纳和分析发现:柔性变焦透镜均存在温度、重力对稳定性的影响。传统力致变形驱动的柔性变焦透镜变焦范围大,但响应速度慢,不易微型化设计;电致变形驱动的柔性变焦透镜响应速度快、结构紧凑。改善变焦透镜成像质量、降低驱动电压是目前柔性变焦透镜的研究热点。探索新颖的驱动方式,研究低功耗、智能化变焦系统将是柔性变焦透镜的主要发展趋势。

带有悬浮锥形圆环的液体变焦透镜(英文)

基于介质上电润湿效应提出了一种由覆盖有导电氧化铟锡(ITO)薄膜和疏水介质薄膜的玻璃片,悬浮在玻璃片上方的锥形金属圆环以及透镜中的液体组成的液体变焦透镜结构。通过改变施加在接地金属圆环和ITO控制电极之间的电压,实现了透镜液体的弯月面位置和曲率的可逆调整,从而改变透镜焦距。悬浮的金属圆环同时被用来使透镜中的水滴自居中,讨论了具有自居中效应的不同悬浮圆环形状对弯月面光学功率变化范围的影响。实验结果表明,施加40V电压可以使透镜样品在2.5cm和无限远之间聚焦,同时拥有高成像质量,光学功率变化范围达40m-1。本文设计的液体变焦透镜兼具低功耗、小尺寸和高度可逆等特性,在微透镜应用领域具有很大优势。

基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统设计

针对凝视型红外成像告警设备中对场景目标进行大视场广域搜索与小视场精确识别一体化的应用需求,设计了一种基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统.该系统采用由多层共心球透镜和可连续变焦的独立次级小相机阵列级联而成的二次成像结构,能够有效实现大视场高分辨率无畸变成像.此外,采用全动变焦设计的独立次级小相机阵列在对搜索到的目标进行探测、识别和跟踪的一体化检测的同时保持像面稳定,实现对成像场景的分区域管理.设计结果表明,该红外成像系统在全变焦范围内的调制传递函数(MTF)曲线均接近衍射极限,且变焦曲线平滑,避免了变焦过程中卡滞、冲击等不利现象的产生,能有效实现大视场监测及小视场识别的功能.

采用变焦液体透镜的共焦检测系统的设计与仿真

共焦显微技术越来越广泛地应用于微机电系统和半导体器件的三维轮廓测量。设计一种新型采用变焦透镜作为轴向扫描方式的共焦显微系统,利用变焦透镜的焦距变化来代替传统的轴向位移扫描。系统实现了无机械运动的轴向扫描,消除了传统共焦系统中由位移台移动带来的振动,不仅减小了系统的复杂度,而且降低了成本。进一步设计了基于位移台和变焦透镜的两种共焦检测系统,并且对其进行了仿真实验。实验结果表明:基于位移台和基于变焦透镜的共焦系统的聚焦成像和离焦成像结果类似,并且光强的轴向分布曲线也基本相同,表明此方法可行。

基于介质上电润湿的平面可变焦液体微透镜

在现代光学技术中,可变焦微透镜被越来越广泛的使用.在提出的各种新型的可变焦微透镜技术中,基于介质上电润湿的微流体透镜由于其结构简单、功耗低、调节焦距方便等众多突出的优点而被人们所重视.本文中研制出一种基于介质上电润湿的平面微透镜结构,它不仅能控制改变焦距,还能实现透镜在平面上的横向运动.

连续变焦的聚合物分散液晶电控透镜

介绍了一种基于聚合物分散液晶材料的连续调焦电控透镜.在聚合物分散液晶盒的上表面电极上刻蚀圆孔,形成一个非对称电极,在液晶盒上下极板之间,诱发一个非均匀电场,从而引起聚合物分散液晶材料的折射率非均匀分布,形成电控变焦透镜.阐述了聚合物分散液晶可调焦透镜的基本原理,分析了透镜孔径对聚合物分散液晶透镜焦距的影响,在直径3mm和6mm的圆孔条件下,分别测量了透镜焦距随电压的变化关系.结果表明:电压从50V加到170V的过程中,透镜焦距逐渐减短,刻蚀3mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.361 63m到0.429 21m,刻蚀6mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.769 92m到0.548 43m.

基于声波驱动的高速变焦液体透镜振动特性分析

高速变焦液体透镜在快速移动物体的目标捕捉方面具有重要的应用。高频声波激励方法在理论上能够实现毛细腔边沿(靠表面张力)约束液滴的高速往复运动,但是相关工艺试验研究是目前该技术成熟应用的关键。文章在对毛细腔贯通液滴共振理论分析的基础上,基于3D打印技术开发了一种采用双源声波激励毛细腔贯通液滴进行振动的实验装置。在分析能量损失的基础上,采用激光多普勒测振仪分析了相关工艺参数对毛细腔贯通液滴振动频率和振幅的影响,总结了相关规律,为实现高速变焦液体透镜技术的应用奠定了基础。