【摘要】：傳統(tǒng)的光學(xué)變焦系統(tǒng)需要大量的透鏡做機械運動,工藝復(fù)雜成本高,新型光學(xué)變焦系統(tǒng)不僅不需要做機械運動,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)動等液體變焦透鏡的研究。超聲振動變焦透鏡具有響應(yīng)速度快、變焦范圍廣等優(yōu)點,本文對超聲振動驅(qū)動液體變焦透鏡的機理進行了研究。本文的研究工作主要包括以下三個方面:首先,本文設(shè)計了一種超聲振動驅(qū)動的變焦透鏡,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和縱向振動時液體內(nèi)部產(chǎn)生的壓強。并研究了液體-空氣分界面上的壓強分布對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理。研究表明不同振動方式驅(qū)動下液體表面曲率半徑變化的機理不同,當(dāng)壓電陶瓷徑向振動時在液體表面會產(chǎn)生一個中心小邊緣大的壓強;當(dāng)壓電陶瓷縱向振動會使薄膜彎曲振動在液體表面產(chǎn)生一個中心大邊緣小的壓強。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的振動方式,并進行了實驗驗證。使用壓強傳感器測量液體-空氣分界面上的壓強,與理論分析結(jié)果相比較,從而驗證理論的準(zhǔn)確性揭示了此透鏡的變焦機理。實驗測量了在輸入不同驅(qū)動電壓時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,搭建實驗光路,通過圖像處理的方法計算得到這種透鏡在兩種不同振動方式下不同輸入電壓的焦距變化。同時根據(jù)透鏡成像的結(jié)果對該變焦透鏡的像差進行探究,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改變壓電陶瓷的振動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。研究的機理和結(jié)論對于超聲作用下的透鏡進一步的優(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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軸對稱的不均勻的電場[8]。另一種方法是在合的時候在給液晶施加電壓的時候聚合物仍然會保持物的部分方向仍然改變，所以內(nèi)部會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)動電壓透鏡狀態(tài)；（b）施加驅(qū)動電壓透鏡狀態(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，將圓柱形的圓錐形的內(nèi)腔[17]。當(dāng)液體變焦透鏡工作時，由于導(dǎo)電的無機鹽溶液和不導(dǎo)都在做相互運動，兩種液體的分界面上的位移變化可能會不相等，這時透能會發(fā)生微小的偏轉(zhuǎn)，就會造成像差的影響。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。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2722688