[發(fā)明專利]基于三層液體結(jié)構(gòu)的非球面透鏡的面型分析方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910317891.6
• 申請(qǐng)日: 2019-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN110068924A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔梅梅;袁東;袁揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B3/12
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽(yáng)

本發(fā)明提出了一種基于三層液體結(jié)構(gòu)的非球面透鏡的面型分析方法，包括步驟一，建立出三層液體結(jié)構(gòu)的非球面透鏡結(jié)構(gòu)模型；步驟二，對(duì)非球面透鏡結(jié)構(gòu)模型在外加電壓時(shí)液體界面面型的變化情況進(jìn)行仿真；步驟三，通過(guò)仿真軟件將模型仿真中得到的面型數(shù)值擬合成非球面的面型函數(shù)，獲得相應(yīng)的非球面系數(shù)；步驟四，改變外加電壓，將不同電壓下的非球面系數(shù)與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系擬合成函數(shù)，并將非球面系數(shù)與外加電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系繪制成曲線圖。本發(fā)明基于三層液體透鏡結(jié)構(gòu)的建立，通過(guò)將面型擬合成非球面函數(shù)，統(tǒng)計(jì)多組不同電壓下的各個(gè)非球面系數(shù)的數(shù)值擬合成函數(shù)，并繪制成曲線圖，通過(guò)曲線圖來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)非球面面型的具體分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于液體透鏡的非球面面型分析方法，具體的說(shuō)是一種基于三層液體結(jié)構(gòu)的非球面透鏡的面型分析方法，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變焦透鏡系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越大，復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合使得傳統(tǒng)的固體透鏡越來(lái)越難以適應(yīng)，液體透鏡由于其可調(diào)焦，不局限于球面鏡，對(duì)制作工藝要求低等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，液體透鏡是將液體作為透鏡通過(guò)改變液體的曲率來(lái)改變焦距。現(xiàn)在較為成熟的液體透鏡是利用介質(zhì)上電潤(rùn)濕（EWOD）原理的可變焦光透鏡，通過(guò)外加電壓改變液滴的形狀，進(jìn)而改變其焦距，該新技術(shù)可以使拍照手機(jī)在不需配備機(jī)械部件的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦和變焦，更多的，該技術(shù)也可以用在相機(jī)，醫(yī)用內(nèi)窺鏡等光學(xué)系統(tǒng)中。

現(xiàn)有的液體透鏡面型多用球面擬合，這種面型不僅會(huì)因?yàn)榍虿疃档统上裥Ч乙笸哥R兩側(cè)液體之間的密度差必須相近，采用非球面面型將避免以上的問題。把非球面透鏡引進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)中，能夠有效地代替復(fù)雜透鏡系統(tǒng)中的若干透鏡組合，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和提高系統(tǒng)成像質(zhì)量的目的。然而在實(shí)際過(guò)程中，由于非球面的面型較為復(fù)雜，很難像固體球面透鏡一樣通過(guò)幾個(gè)少量的參數(shù)就可以直觀的了解透鏡的結(jié)構(gòu)，另外在設(shè)計(jì)非球面透鏡的時(shí)候，外加電壓也沒有調(diào)節(jié)的依據(jù)，也無(wú)法詳細(xì)的了解到外加電壓對(duì)液體透鏡的厚度、通光直徑等參量的變化的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于三層液體結(jié)構(gòu)的非球面透鏡的面型分析方法。統(tǒng)計(jì)非球面系數(shù)與外加電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將其擬合成曲線的面型分析法。這種分析法可以從曲線圖中直觀的反映出當(dāng)電壓變化時(shí)非球面系數(shù)的變化情況。當(dāng)液體透鏡結(jié)構(gòu)確定的情況下，為實(shí)現(xiàn)某種非球面面型需外加多少電壓提供選擇依據(jù)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種基于三層液體透鏡結(jié)構(gòu)的非球面鏡的面型分析法，包括以下步驟：

步驟一，建立出三層液體結(jié)構(gòu)的非球面透鏡結(jié)構(gòu)模型；

步驟二，預(yù)先設(shè)置外加電壓，對(duì)非球面透鏡結(jié)構(gòu)模型在外加電壓時(shí)液體界面面型的變化情況進(jìn)行仿真；

步驟三，通過(guò)Matlab將模型仿真中得到的面型數(shù)值擬合成非球面的面型函數(shù)，獲得相應(yīng)的非球面系數(shù)。

步驟四，改變外加電壓，將不同電壓下的非球面系數(shù)與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系擬合成函數(shù)，并將非球面系數(shù)與外加電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系繪制成曲線圖。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述步驟一中的非球面透鏡結(jié)構(gòu)模型，使用圓柱型玻璃管，并在其內(nèi)分別充裝導(dǎo)電液體及絕緣液體，所述圓柱型玻璃管外側(cè)壁及底面鍍有導(dǎo)電層，所述圓柱型玻璃管內(nèi)壁涂覆有疏水電介質(zhì)層，通過(guò)改變外加電壓來(lái)改變導(dǎo)電液體與絕緣液體之間的界面面型。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電液體與絕緣液體互不相溶且密度各異。

進(jìn)一步地，所述步驟二具體為先對(duì)非球面透鏡結(jié)構(gòu)模型使用拉普拉斯公式運(yùn)算，得到非球面面型與密度差的二階偏微分方程，再對(duì)所得二階偏微分方程進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，得出非球面面型的數(shù)值解。

進(jìn)一步地，所述數(shù)學(xué)計(jì)算為采用Runge-Kutta算法對(duì)非球面面型和密度差的二階偏微分方程進(jìn)行計(jì)算。

進(jìn)一步地，所述步驟四中的曲線圖，是將外加電壓作為自變量，將非球面面型公式的各個(gè)系數(shù)作為因變量，用平滑的曲線繪制而成的。