含有圆孔平板电极结构的双凸液体透镜的设计与分析

基于平行平板电极的变焦液体透镜的有关研究,通过应用介电泳效应,提出了一种含有圆孔平板电极结构的双凸液体透镜模型,是一种新型的三层液体透镜结构.利用Comsol,Matlab和Zemax软件仿真分析了该模型在不同电压下的面型变化与成像光路,得出其变焦范围为22.6—15.9 mm,并对制备的器件进行具体的实验分析,获得了不同电压下双凸液体透镜的液滴上下界面面型和该透镜的变焦范围23.8—17.5 mm,与仿真结果基本一致,而且其成像分辨率可达到45.255 lp/mm.结果表明,所提出的这种新型三层液体结构的双凸液体透镜具有结构简单、易于实现的特点,而且具备良好的成像质量.     

基于近焦点非球面透镜的LED均匀照明设计

依据几何光学和非成像光学理论,提出了一种基于大尺寸近焦点非球面透镜的大功率LED均匀光源设计方法。在该方法中,首先根据选定参数的LED通过几何光学理论初步设计非球面透镜参数,然后在ZEMAX软件中对非球面透镜参数进行基于评价函数的优化,得到焦距76.79 mm、直径为200 mm的非球面透镜。将非球面透镜导入TRACEPRO软件建模并进行光线追迹仿真,根据仿真结果获得最优透镜参数进行加工和下一步实验。实验结果表明:均匀照明系统可以在60 cm处实现发散角±8.53°的均匀照明,光斑均匀性达到95.82%。     

介电弹性体驱动液体透镜的设计与分析

介电弹性体具有结构紧凑、形变量大、响应速度快及易集成等特点,为了降低驱动电压,将介电弹性体应用于液体透镜中,采用介电弹性体和透镜薄膜分离结构,建立了介电弹性体主动薄膜变形、透镜薄膜变形以及液体透镜焦距的数学模型。仿真结果表明,当初始液体压力为500 Pa、驱动电压为1000 V时,液体透镜的变焦范围为15.13～22.80 mm,焦距增加了为51%。分析了介电弹性体的杨氏模量、残余应力、初始厚度及半径对液体透镜焦距的影响,结果表明,同等增加倍率下,介电弹性体的初始厚度对液体透镜焦距的影响最大,其次为残余应力,该研究结果可为优化设计介电弹性体驱动的液体透镜提供参考。     

连续变焦的聚合物分散液晶电控透镜

介绍了一种基于聚合物分散液晶材料的连续调焦电控透镜.在聚合物分散液晶盒的上表面电极上刻蚀圆孔,形成一个非对称电极,在液晶盒上下极板之间,诱发一个非均匀电场,从而引起聚合物分散液晶材料的折射率非均匀分布,形成电控变焦透镜.阐述了聚合物分散液晶可调焦透镜的基本原理,分析了透镜孔径对聚合物分散液晶透镜焦距的影响,在直径3mm和6mm的圆孔条件下,分别测量了透镜焦距随电压的变化关系.结果表明:电压从50V加到170V的过程中,透镜焦距逐渐减短,刻蚀3mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.361 63m到0.429 21m,刻蚀6mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.769 92m到0.548 43m.     

Q-type非球面技术在超短焦全景镜头设计中的应用

介绍了Q-type新型非球面多项式算法及其相比于传统非球面多项式在加工、制造方面的优势.引入超短焦全景镜头焦距与分辨率的关系,利用Q-type非球面技术,设计了一款焦距0.657mm,焦距像高比≤0.184的全景镜头.该镜头由7组8片透镜组成,包含4面非球面透镜.设计结果表明:在空间频率为227 lp/mm处,调制传递函数值大于0.3,接近衍射极限;在垂直半视场角45°～90°的环景边缘区域,图像角分辨率达到了1.163 7 mm/(°),使得环景展开后有较高分辨率,表明Q-type非球面技术在超短焦全景镜头设计中有一定优越性.     

大孔径变焦投影镜头设计

为了实现某一大孔径定焦投影镜头作为初始结构, 经过优化设计后成为大孔径变焦投影镜头, 根据设计目标的DMD对角线尺寸, 利用AUTOCAD对选择的定焦距系统的初始结构尺寸进行测绘, 初步选择各镜材料, 规划成5组元变焦系统, 利用各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸进行限制, 并合理利用2个非球面, 在光学设计软件Zemax与CODE V中往返优化, 得到一款在可见光波段内, 短焦距为14.61 mm、视场角为60°、F数为1.5, 长焦距为29.31 mm、视场角为30°、F数为1.6的变焦投影镜头。设计结果表明:各视场的传递函数(MTF)值在截至频率60 lp/mm处不低于0.46, 各焦距处的弥散角不超出1.6', 镜头具有良好的像质。该镜头系统由11块透镜和1块平行平板组成, 其中透镜2使用了非球面镜, 该镜头片数较少, 透镜折射率不高, 材料容易选择。     

基于液体的电控光学成像系统

提出一种基于液体的电控光学成像器件,其结构是一个容纳有三层液体的圆柱容器,上下两层是导电液体,中间一层是油性液体.圆柱容器的内壁依次涂覆了透明导电层和绝缘介质层.在透明导电层与上下导电液体间施加两个不同的外部电压,分别用来控制容器中两个液体界面的形状.两个外加电压的适当匹配使该光学成像器件在焦距变化的同时保证像面位置不动.文章以器件对无穷远处成像为例,基于高斯光学理论对器件做了详细的计算,给出了两个外加电压的匹配关系以及系统的焦距表达式,并对系统做了相关的模拟分析,分析的结果表明本文所设计的光学成像器件的变倍比可达1:1.5,体现该器件是一种可靠的变焦光学成像器件.     

基于液体的电控光学成像系统(英文)

提出一种基于液体的电控光学成像器件,其结构是一个容纳有三层液体的圆柱容器,上下两层是导电液体,中间一层是油性液体.圆柱容器的内壁依次涂覆了透明导电层和绝缘介质层.在透明导电层与上下导电液体间施加两个不同的外部电压,分别用来控制容器中两个液体界面的形状.两个外加电压的适当匹配使该光学成像器件在焦距变化的同时保证像面位置不动.文章以器件对无穷远处成像为例,基于高斯光学理论对器件做了详细的计算,给出了两个外加电压的匹配关系以及系统的焦距表达式,并对系统做了相关的模拟分析,分析的结果表明本文所设计的光学成像器件的变倍比可达1∶1.5,体现该器件是一种可靠的变焦光学成像器件.     

Q-type非球面技术在超短焦全景镜头设计中的应用

介绍了Q-type新型非球面多项式算法及其相比于传统非球面多项式在加工、制造方面的优势.引入超短焦全景镜头焦距与分辨率的关系,利用Q-type非球面技术,设计了一款焦距0.657 mm,焦距像高比≤0.184的全景镜头.该镜头由7组8片透镜组成,包含4面非球面透镜.设计结果表明:在空间频率为227 lp/mm处,调制传递函数值大于0.3,接近衍射极限;在垂直半视场角45°~90°的环景边缘区域,图像角分辨率达到了1.163 7 mm/(°),使得环景展开后有较高分辨率,表明Q-type非球面技术在超短焦全景镜头设计中有一定优越性.     

基于PDMS基片的可变焦柱透镜

设计并制作了一种基于聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）基片的可变焦微型柱透镜。这种柱透镜主要由一根埋入PDMS基片中的玻璃毛细管构成,通过选择毛细管内液体的折射率实现变焦功能。液体折射率为1.451 8～1.550 2时,柱透镜焦距可由21.369 mm减小到3.362 mm,变焦倍数达到6.4倍。用散射光成像方法观察并拍摄了平行光通过这种可变焦柱透镜后的光线轨迹图;用ZEMAX光学设计软件摸拟了成像过程,模拟结果和实验图像相符;用高斯光学的逐次成像方法推导出了这种柱透镜的焦距公式,焦距的计算结果和实验以及模拟结果吻合。PDMS基片中可变焦微型柱透镜的成功制作,为＂芯片上的实验室＂提供了一种重要的光学成像元件。     

一款超薄800万像素手机镜头的设计

为了满足市场对超薄手机镜头的要求,运用光学软件CODEV,结合非球面理论,设计一款新的超薄800万像素手机镜头。该镜头由4片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃组成,其中第1片透镜是正透镜,第2片镜片是负透镜,第3片镜片是正透镜,第4片镜片是负透镜,且光阑位于第1片透镜的前面。镜头光圈值F为2.4,视场角2为65.5,焦距为3.731 5 mm,后焦距0.31 mm,镜头总长度为4.6 mm,在最高频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,畸变小于2% 。     

水平对称视场全景环带成像系统设计

为了进一步扩大视场,实现水平上下对称视场的全景环带成像,使用了一种新的利用非球面PMMA设计的全景环形透镜(PAL)。视场达到(-30°^+30°)×360°,并且缩小了中央处的盲区,提高了CCD的利用率。对全景环形透镜的视场和畸变控制方法进行了理论分析,介绍了非球面全景环带透镜的设计方法。设计了一套全非球面PMMA的全景环带系统。系统总长为53mm,焦距为2.85 mm,PAL最大口径为62.4 mm,光谱范围为0.486~0.656μm(可见光谱)。后继转像镜组由7片透镜构成,系统后焦距(BFL)为5.4mm。分析结果证明系统像差校正良好,扩大了系统的应用范围。     

基于EWOD的微流控透镜变焦特性分析

随着光学技术的蓬勃发展,传统的固体光学器件难以满足日益增加的微型化、集成化、可调化的现代光学技术发展的需要,新兴的微流控光学器件则为这一需要提供了可能。基于介质上电润湿(EWOD)的液体变焦透镜就是一种微流控光学器件。介绍了该种透镜的几个基本结构和变焦原理,着重推导计算了外加电压与液体透镜曲率半径、焦距的变化关系,分析了其变焦特性,提出了相应消像差方案。     

基于金属侧壁结构的电润湿液体透镜

金属具有良好的可加工性和导电性,利用金属制作液体透镜的壁垒,可有效地提高基于介质上电润湿液体透镜的抗震抗摔、耐电压,以及侧壁电极可加工等性能。针对材料表面平整度对击穿电压的影响进行了相关的研究,在此基础上制备的液体透镜聚焦性能良好,焦距变化的理论值与实验测量值高度吻合,可实现3cm至无穷远范围内的有效变焦。基于金属侧壁结构的电润湿液体透镜将在柔性显示以及液体透镜阵列化、多型化发展中发挥重要的作用。     

一种新的长焦距透镜的制造方法

针对小口径长焦距透镜传统火漆上盘法容易引起零件中心偏的问题，介绍了一种用平行平板上盘来加工长焦距透镜的方法。在加工透镜第二面的时候，取一平行度非常好的平板，将零件反扣在平行平板上，使零件和平行平板保持线接触，然后将透镜灌胶固定。采用这种方法加工（焦距ｆ′＝－６ｍ，口径Ｄ＝７．７５ｍｍ）的透镜，其中心偏角平均为１′，而采用传统火漆上盘法加工同样的透镜，其中心偏角平均为５′     

基于介电润湿三液体透镜的变焦光学系统的设计与分析

提出了一种基于介电润湿效应的三液体透镜与传统固定透镜组合的三组元结构变焦光学系统.在一、三组元固定不变的情况下,通过移动中间三液体透镜组改变系统焦距,并通过三液体透镜的自变焦特性,确保系统在变焦的同时保持像面位置不变.采用光焦度高斯括号法求解系统的初始结构参量,利用Zemax光学软件进行系统设计与优化,最后对系统的成像质量进行分析.结果表明:该系统总长22mm,可实现2.7~20.3mm范围内的连续变焦,系统变倍比接近8,在空间频率180lp/mm处调制传递函数值均大于0.4.     

透镜初级球差的横向剪切干涉条纹研究

利用玻璃平行平板构成简单的横向剪切干涉仪可以观察到单薄透镜形成的准直光束的剪切干涉条纹,由干涉条纹分布求出对应的几何像差和离焦量.用焦距为190 mm的单薄透镜做实验,实验结果与计算机模拟结果符合,说明可以从剪切干涉条纹的分布求出透镜的轴向调整误差和初级球差.     

大变倍比液体透镜变焦系统设计

分析了电润湿液体变焦透镜的光学特性和变焦系统设计理论,将各组元焦距作为变量,列出了该液体透镜变焦系统的变焦方程.利用粒子群算法优化求解变焦方程,得到符合条件的初始结构;再利用优化设计软件进行像差平衡,设计了一个具有4片液体透镜,焦距为20~120mm的大变倍比液体透镜变焦系统.系统各焦距处光学传递函数在66lp/mm处均大于0.3,畸变小于2%,满足设计要求.     

交流作用下电润湿液体透镜动态过程的测试与分析

基于高斯光束传输理论,研制了一种透镜焦距动态变化的测试装置,给出了测试机理.并采用该测试装置测试了自制的基于电润湿技术的液体透镜焦距随交流信号的动态变化过程,结果表明,液体透镜的焦距随着工作电压幅值和极性的变化而发生相应变化.在一个周期内,依次出现了4个频率为50 Hz的峰值信号1,2,3和4,峰值1和2分别是由工作电压极性引起的,峰值3和4是由振荡模态引起的,且峰值的幅度随电压的增大而增大.这是由于在低压时液体透镜液面的形状随时间按球形变化,高压时液面的形状不再按球形变化,而是会产生新的振荡模态.     

连续变焦微型液体柱透镜系统的设计与制备

设计并制备了一种具有较大变倍比及较高成像质量的充液式连续变焦微型柱透镜系统。该系统由埋入聚二甲基硅氧烷基片的两片对称弯月柱透镜及一片双凸柱透镜构成：两弯月柱透镜边缘位置胶合形成空腔,改变注入其中的液体折射率,可实现柱透镜系统的连续变焦;双凸柱透镜的优化设计可控制柱透镜系统整个变焦范围内的像差。当柱透镜系统中注入的液体折射率由1.3330变化到1.5530时,可实现系统后焦距由52.292～4.972 mm的连续平滑变化。整个变焦范围内,柱透镜系统径向弥散斑均方根半径始终小于5μm,接近衍射极限。对柱透镜系统的可能公差进行了详细分析,证实了该设计的可行性,并完成了透镜系统的加工制备及后焦距、调制传递函数曲线的测量。该变焦系统具有变倍比高、体积小、结构简单稳定、成像质量高等优势,可用于集成化的微型设备中。