基于超声振动驱动的液体变焦透镜机理研究

发布时间：2020-06-20 16:51

【摘要】：传统的光学变焦系统需要大量的透镜做机械运动,工艺复杂成本高,新型光学变焦系统不仅不需要做机械运动,而且可以减小体积,适用于更多的领域,液体透镜就是这种新型的变焦透镜之一。近年来液体透镜发展迅速,目前已有电湿润、液晶、液压和超声驱动等液体变焦透镜的研究。超声振动变焦透镜具有响应速度快、变焦范围广等优点,本文对超声振动驱动液体变焦透镜的机理进行了研究。本文的研究工作主要包括以下三个方面:首先,本文设计了一种超声振动驱动的变焦透镜,这种变焦透镜由压电陶瓷、透光薄膜和液体组成。建立了透镜的理论模型,从声学基础理论上分析了这种透镜在压电陶瓷径向振动和纵向振动时液体内部产生的压强。并研究了液体-空气分界面上的压强分布对液体的表面曲率半径的影响,从理论上分析了这种变焦透镜的机理。研究表明不同振动方式驱动下液体表面曲率半径变化的机理不同,当压电陶瓷径向振动时在液体表面会产生一个中心小边缘大的压强;当压电陶瓷纵向振动会使薄膜弯曲振动在液体表面产生一个中心大边缘小的压强。然后,使用ANSYS有限元仿真分析圆环压电陶瓷不同谐振频率点的振动方式,并进行了实验验证。使用压强传感器测量液体-空气分界面上的压强,与理论分析结果相比较,从而验证理论的准确性揭示了此透镜的变焦机理。实验测量了在输入不同驱动电压时液体表面位移的分布情况,表明输入电压的不同可以改变液体透镜的焦距。最后,搭建实验光路,通过图像处理的方法计算得到这种透镜在两种不同振动方式下不同输入电压的焦距变化。同时根据透镜成像的结果对该变焦透镜的像差进行探究,提出消除像差的方法。综合上述研究结果可知,这种液体透镜可以通过使用不同的谐振频率点改变压电陶瓷的振动方式从而改变透镜的凹凸类型,通过改变输入电压的大小改变透镜的焦距。这种新型变焦透镜有变焦范围广,响应速率快等优点。研究的机理和结论对于超声作用下的透镜进一步的优化具有重要的意义。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74
【图文】：

示意图,液晶透镜,示意图

图 1-1 所示，一般情况下使用切片电极给液晶材料施形成一个轴对称的不均匀的电场[8]。另一种方法是在合的时候在给液晶施加电压的时候聚合物仍然会保持物的部分方向仍然改变，所以内部会有不同分布的折镜已经在许多方面有所应用，主要的应用有微透镜、[9]。液晶透镜的变焦范围比较小，在许多领域不适用晶透镜[10]已经商品化，当光线入射到材料上时折射率透镜是将由两种折射率不同介电属性不同的材料组ITO 电极，材料都是光学透明的材料，隐藏材料的主场，从而精确的控制液晶分子的方向。这种透镜的口但是焦距的范围是从无穷远到 10cm，焦距变化范围比严重的光学像差，能量损失比较严重，在需求高分辨

透镜状,驱动电压,透镜,体变

图 1-2 双液体变焦透镜（a）不加驱动电压透镜状态；（b）施加驱动电压透镜状态如图 1-3 所示为研究人员在双液体的结构上做了其他的设计，将圆柱形的圆锥形的内腔[17]。当液体变焦透镜工作时，由于导电的无机盐溶液和不导都在做相互运动，两种液体的分界面上的位移变化可能会不相等，这时透能会发生微小的偏转，就会造成像差的影响。这种锥形的变焦透镜拥有一准能力，在光轴偏转后可以自动恢复原位，但是这种透镜的响应速度比其构的透镜慢得多，所以这种透镜仍然需要改进。

【参考文献】