【摘要】：液態(tài)變焦透鏡是一種可調(diào)諧光學(xué)器件,由于其無需機(jī)械移動(dòng),響應(yīng)時(shí)間短、結(jié)構(gòu)緊湊,低功耗等特點(diǎn)在機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)、顯示、軍工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本論文對液態(tài)變焦透鏡進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究,利用TechWiz LCD 3D軟件對液晶透鏡進(jìn)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(yīng)時(shí)間、分辨率等參數(shù)進(jìn)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(jìn)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(xì)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(dòng)電壓的影響。制備了菱形交叉電極液晶變焦透鏡,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)電壓在0 V~40 V變化時(shí),液晶透鏡的焦距變化在+∞~28.73 mm之間,上升時(shí)間為126ms,下降時(shí)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(jìn)行性能測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)電壓在0 V~200 V變化時(shí),介電泳力透鏡的焦距變化范圍為95.92 mm~18.57 mm,上升時(shí)間為580 ms,下降時(shí)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(shí)驗(yàn)上對電潤濕液態(tài)變焦透鏡進(jìn)行性能測試,當(dāng)電壓在0 V~200V變化時(shí),透鏡的焦距變化范圍為79.23 mm~15.35 mm,上升時(shí)間為450 ms,下降時(shí)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(xué)參數(shù)、結(jié)構(gòu)性能、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74
【圖文】：

鏡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國科學(xué)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(jì)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(gè)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(xué)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(dòng)態(tài)改變形狀來補(bǔ)償大氣的影響，可以應(yīng)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(xué)的 Bruno Berge 和 Jerome Peseux[18]，介質(zhì)上的電潤濕原理，改進(jìn)了 Gorman 的設(shè)計(jì)，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(dāng)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(gè)部分，通過控制 4 個(gè)電電位差，不僅可以使透鏡焦距沿軸向調(diào)節(jié)，還可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)在空間小范圍內(nèi)可調(diào)，但是這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是光軸無法實(shí)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(shí)改變較明顯。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號(hào)：2722502