[發明專利]一種輪胎面的實現方法及以輪胎面為界面的雙液體透鏡

在審

• 申請號: 202010572281.3
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111766701A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 孔梅梅;孫小波;袁東
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B26/00;G02B3/14
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽;杜春秋

本發明提出了一種輪胎面的實現方法,首先基于電濕潤效應設計一個雙液體輪胎面透鏡；然后利用仿真軟件構建基于電濕潤效應的雙液體輪胎面透鏡模型；最后多次調整對模型施加的電壓，使雙液體界面在X、Y兩個方向上都可以實現任意的曲率并且保證它們的彎曲方向相同，獲得所需的輪胎面。本發明的方法解決了傳統柱面透鏡只能在一維方向上聚焦、發散的缺點，且液體透鏡的界面由常規的圓柱面改為設計中使用的輪胎面，輪胎面在x、y兩個方向上都可以實現任意的曲率，即可以同時對兩個方向上的光束進行整形，因此輪胎面能更有效地收集光線、減小光學系統的體積、降低成本、大大提高了系統的成像質量。

技術領域

本發明涉及一種輪胎面的實現方法及以輪胎面為界面的雙液體透鏡，屬于光學技術領域。

背景技術

輪胎面是由一段圓弧繞著與其位于同一個平面，但不通過該圓弧中心的直線旋轉所得到的曲面。輪胎面又稱圓環面、鐲面、雙錐面或環曲面，有雙重對稱性，輪胎面屬于高次非球面，有兩個互相垂直的對稱截面，由于其具有兩個曲率，與一般的液體透鏡相比，它在x、y兩個方向上都可以對光束進行整形，使兩個方向上的屈光度同時發生變化，從而達到雙焦距變化的目的，實現在X、Y兩個方向上的任意的曲率，因此輪胎面能夠更有效地收集光線、減小光學系統的體積、降低成本，大大提高了系統的成像質量。它在光學系統中也有著許多獨特的用途如作為變形系統中的重要變形光學元件、紅外熱像儀中的掃描器元件等，這種液體透鏡的結構由于具有雙焦距可調的特點，可以有效的消除常見的各種誤差。

傳統的輪胎面的實現方法主要有復制成型技術、CNC磨削/拋光技術、飛切加工技術等。復制成型技術是根據所要求的輪胎面的形狀和結構，設計出相應的模具，進而通過復制成型加工所需要的原件。CNC磨削/拋光技術是利用金剛石砂輪作為模具，在加工的過程中對金剛石砂輪進行電解修整，從而加工出所需的輪胎面。飛切加工技術是將金剛石刀具安裝在高速回轉的主軸徑向方向，同時主軸沿著進給方向間歇性的進行掃描運動，工件隨著工作臺運動實現不同方向的進給。飛切加工技術主要是采用軌跡法，即將其刀具刀尖的最終運動軌跡加工成所需輪胎面的形狀。這些傳統的輪胎面的實現方法存在著較多不確定的風險因素、復雜的模具制造、高精度的要求、高成本的代價等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的不足而提供一種輪胎面的實現方法及以輪胎面為界面的雙液體透鏡,該方法通過外加電壓的調節方式來改變液面的傾角以適應光路的傳播方向，從而在分界面形成輪胎面，可有效規避傳統輪胎面加工的風險因素。另外,由于輪胎面具有雙曲率，可在兩個方向上調節光束，比一般的單一曲率的液體透鏡能更好的調節光束，進一步提高系統的成像質量。

本發明提供一種輪胎面的實現方法,包括以下步驟:

步驟一、基于電濕潤效應設計一個雙液體輪胎面透鏡；

步驟二、根據步驟一設計的透鏡結構，利用仿真軟件構建基于電濕潤效應的雙液體輪胎面透鏡模型，并對該模型的面型外加電壓進行仿真分析，以此來分析雙液體界面在不同電壓下的面型；

步驟三、多次調整對步驟二中構建的模型施加的電壓，使雙液體界面在X、Y兩個方向上都可以實現任意的曲率并且保證它們的彎曲方向相同，使得最終成型的輪胎面為所需的輪胎面。

其中，輪胎面面型的表達式為:

其中，、，分別表示在x、y兩個方向上的曲率；R_x、R_y分別為x、y兩個方向上的曲率半徑；、分別為x、y方向上的圓錐參數。

本發明輪胎面的實現方法是在利用仿真軟件建立雙液體透鏡模型的基礎上，通過控制四個面的電壓并且使相對面的傾角保持一致的方法，在雙液體的界面上實現輪胎面的面型，可以有效的避免傳統輪胎面加工的風險因素，具有較高的研究價值。

作為本發明進一步的技術方案如下：