【摘要】：傳統(tǒng)的光學(xué)變焦系統(tǒng)需要大量的透鏡做機(jī)械運(yùn)動(dòng),工藝復(fù)雜成本高,新型光學(xué)變焦系統(tǒng)不僅不需要做機(jī)械運(yùn)動(dòng),而且可以減小體積,適用于更多的領(lǐng)域,液體透鏡就是這種新型的變焦透鏡之一。近年來液體透鏡發(fā)展迅速,目前已有電濕潤、液晶、液壓和超聲驅(qū)動(dòng)等液體變焦透鏡的研究。超聲振動(dòng)變焦透鏡具有響應(yīng)速度快、變焦范圍廣等優(yōu)點(diǎn),本文對(duì)超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)液體變焦透鏡的機(jī)理進(jìn)行了研究。本文的研究工作主要包括以下三個(gè)方面:首先,本文設(shè)計(jì)了一種超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的變焦透鏡,這種變焦透鏡由壓電陶瓷、透光薄膜和液體組成。建立了透鏡的理論模型,從聲學(xué)基礎(chǔ)理論上分析了這種透鏡在壓電陶瓷徑向振動(dòng)和縱向振動(dòng)時(shí)液體內(nèi)部產(chǎn)生的壓強(qiáng)。并研究了液體-空氣分界面上的壓強(qiáng)分布對(duì)液體的表面曲率半徑的影響,從理論上分析了這種變焦透鏡的機(jī)理。研究表明不同振動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)下液體表面曲率半徑變化的機(jī)理不同,當(dāng)壓電陶瓷徑向振動(dòng)時(shí)在液體表面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中心小邊緣大的壓強(qiáng);當(dāng)壓電陶瓷縱向振動(dòng)會(huì)使薄膜彎曲振動(dòng)在液體表面產(chǎn)生一個(gè)中心大邊緣小的壓強(qiáng)。然后,使用ANSYS有限元仿真分析圓環(huán)壓電陶瓷不同諧振頻率點(diǎn)的振動(dòng)方式,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。使用壓強(qiáng)傳感器測量液體-空氣分界面上的壓強(qiáng),與理論分析結(jié)果相比較,從而驗(yàn)證理論的準(zhǔn)確性揭示了此透鏡的變焦機(jī)理。實(shí)驗(yàn)測量了在輸入不同驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)液體表面位移的分布情況,表明輸入電壓的不同可以改變液體透鏡的焦距。最后,搭建實(shí)驗(yàn)光路,通過圖像處理的方法計(jì)算得到這種透鏡在兩種不同振動(dòng)方式下不同輸入電壓的焦距變化。同時(shí)根據(jù)透鏡成像的結(jié)果對(duì)該變焦透鏡的像差進(jìn)行探究,提出消除像差的方法。綜合上述研究結(jié)果可知,這種液體透鏡可以通過使用不同的諧振頻率點(diǎn)改變壓電陶瓷的振動(dòng)方式從而改變透鏡的凹凸類型,通過改變輸入電壓的大小改變透鏡的焦距。這種新型變焦透鏡有變焦范圍廣,響應(yīng)速率快等優(yōu)點(diǎn)。研究的機(jī)理和結(jié)論對(duì)于超聲作用下的透鏡進(jìn)一步的優(yōu)化具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74
【圖文】：

圖 1-1 所示，一般情況下使用切片電極給液晶材料施形成一個(gè)軸對(duì)稱的不均勻的電場[8]。另一種方法是在合的時(shí)候在給液晶施加電壓的時(shí)候聚合物仍然會(huì)保持物的部分方向仍然改變，所以內(nèi)部會(huì)有不同分布的折鏡已經(jīng)在許多方面有所應(yīng)用，主要的應(yīng)用有微透鏡、[9]。液晶透鏡的變焦范圍比較小，在許多領(lǐng)域不適用晶透鏡[10]已經(jīng)商品化，當(dāng)光線入射到材料上時(shí)折射率 透鏡是將由兩種折射率不同介電屬性不同的材料組ITO 電極，材料都是光學(xué)透明的材料，隱藏材料的主場，從而精確的控制液晶分子的方向。這種透鏡的口但是焦距的范圍是從無窮遠(yuǎn)到 10cm，焦距變化范圍比嚴(yán)重的光學(xué)像差，能量損失比較嚴(yán)重，在需求高分辨

圖 1-2 雙液體變焦透鏡（a）不加驅(qū)動(dòng)電壓透鏡狀態(tài)；（b）施加驅(qū)動(dòng)電壓透鏡狀態(tài)如圖 1-3 所示為研究人員在雙液體的結(jié)構(gòu)上做了其他的設(shè)計(jì)，將圓柱形的圓錐形的內(nèi)腔[17]。當(dāng)液體變焦透鏡工作時(shí)，由于導(dǎo)電的無機(jī)鹽溶液和不導(dǎo)都在做相互運(yùn)動(dòng)，兩種液體的分界面上的位移變化可能會(huì)不相等，這時(shí)透能會(huì)發(fā)生微小的偏轉(zhuǎn)，就會(huì)造成像差的影響。這種錐形的變焦透鏡擁有一準(zhǔn)能力，在光軸偏轉(zhuǎn)后可以自動(dòng)恢復(fù)原位，但是這種透鏡的響應(yīng)速度比其構(gòu)的透鏡慢得多，所以這種透鏡仍然需要改進(jìn)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2722688