【摘要】：液態(tài)變焦透鏡是一種可調(diào)諧光學器件,由于其無需機械移動,響應時間短、結(jié)構(gòu)緊湊,低功耗等特點在機器視覺、醫(yī)學、顯示、軍工等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。本論文對液態(tài)變焦透鏡進行了理論與實驗研究,利用TechWiz LCD 3D軟件對液晶透鏡進行仿真,制備了液晶透鏡、介電泳力透鏡和電潤濕透鏡,并搭建顯微測量系統(tǒng)和光束分析系統(tǒng),對透鏡的變焦范圍、匯聚能力、穩(wěn)定性、響應時間、分辨率等參數(shù)進行測量。本論文的主要工作:1.提出梯形凸起電極液晶變焦透鏡,使用TechWiz LCD 3D軟件對液晶透鏡進行仿真,對比了傳統(tǒng)平面電極液晶變焦透鏡與梯形凸起電極液晶變焦透鏡的性能,詳細分析了液晶盒厚、電極高度、電極梯角、電極寬度與間距比例對液晶透鏡驅(qū)動電壓的影響。制備了菱形交叉電極液晶變焦透鏡,實驗結(jié)果表明當電壓在0 V~40 V變化時,液晶透鏡的焦距變化在+∞~28.73 mm之間,上升時間為126ms,下降時間為95 ms,光斑穩(wěn)定性誤差為3.2%,分辨率為18.76 lp/mm。2.制作了介電泳力液態(tài)變焦透鏡,根據(jù)其變焦原理與結(jié)構(gòu)特性,分析了成像液滴在介電泳力和表面張力的共同作用下接觸角的變化;搭建顯微光路測量系統(tǒng)和光束分析系統(tǒng)對透鏡進行性能測試,實驗結(jié)果表明當電壓在0 V~200 V變化時,介電泳力透鏡的焦距變化范圍為95.92 mm~18.57 mm,上升時間為580 ms,下降時間為380 ms,光斑穩(wěn)定性誤差為3.3%,分辨率為30.64 lp/mm。3.制作了電潤濕液態(tài)變焦透鏡,分析了在靜電力作用下,成像液滴面型對透鏡焦距的影響。在實驗上對電潤濕液態(tài)變焦透鏡進行性能測試,當電壓在0 V~200V變化時,透鏡的焦距變化范圍為79.23 mm~15.35 mm,上升時間為450 ms,下降時間為320 ms,光斑穩(wěn)定性誤差為2.3%,分辨率為25.16 lp/mm。對比分析了制作的變焦透鏡和商用透鏡的光學參數(shù)、結(jié)構(gòu)性能、優(yōu)缺點及應用領(lǐng)域。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH74
【圖文】：

鏡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國科學家 Stephen·Gray 使用水滴建立顯微鏡，由于體積很小，表面曲率受重力影響可忽略不計滑的半球性，所以通過水滴透鏡的成像質(zhì)量很好率是不同的。1936 年，AleksandrFroumkine 利用改變水滴與金屬基底的接觸角。1940 年，俄亥試圖仿照眼睛的構(gòu)造，制作仿生透鏡。他發(fā)現(xiàn)眼以他嘗試通過改變兩個彈性薄膜之間的液體體積繞著成像部位的薄膜扭曲彈性張力太小，以至于哈佛大學的 Gorman[17]，利用電潤濕技術(shù)制作出電板代替金屬板，由于電控變焦的方便性、可動態(tài)改變形狀來補償大氣的影響，可以應用于自透鏡各部分的光軸與通光孔徑的中心無法重合，

法國格勒諾布爾第一大學的 Bruno Berge 和 Jerome Peseux[18]，介質(zhì)上的電潤濕原理，改進了 Gorman 的設(shè)計，在透鏡的內(nèi)表面覆蓋了透明與絕緣薄膜（如圖 1-2 所示）。他們發(fā)現(xiàn)利用液-液界面，可以增加電潤濕變鏡光軸的穩(wěn)定性，他們采用 Na2SO4溶液和硅油雙液體，其中硅油作為液滴溶液作為填充液體。通過調(diào)節(jié)電壓來改變兩液體的接觸角，從而改變焦距。證明當電壓由 0V 變?yōu)?200V 的過程中，兩液體的接觸角從 30°變?yōu)?100°。20T. Krupenkin[19]等，將液態(tài)透鏡的控制電極分為 4 個部分，通過控制 4 個電電位差，不僅可以使透鏡焦距沿軸向調(diào)節(jié)，還可以實現(xiàn)焦點在空間小范圍內(nèi)可調(diào)，但是這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺點是光軸無法實現(xiàn)精確定位。2005 年 B.Berg出將接地電極改為梯度結(jié)構(gòu)，將雙液體更換為水與非極性油，其介電層材料對二甲苯，厚度為 5μm，提高了液滴的可控性，透鏡在 30V 便有屈光度改在 60V 時改變較明顯。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號：2722502