[發(fā)明專利]一種基于介電彈性體的液體透鏡變焦成像方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010639412.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN111751910B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程陽(yáng);郝群;曹杰;李國(guó)梁;徐辰宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B3/14
• 分類號(hào): G02B3/14;G02B26/00;G02B15/04
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的一種基于介電彈性體的液體變焦成像方法及系統(tǒng)，屬于光學(xué)成像領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)在平面介電彈性體的電極區(qū)域內(nèi)施加電壓，帶動(dòng)柔性空心圓臺(tái)的底部半徑發(fā)生變化，使得包括液體高度，半徑以及弓高等液體形狀參數(shù)發(fā)生變化，從而改變液體透鏡的焦距。通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，使得驅(qū)動(dòng)前后液體透鏡的焦點(diǎn)位置之差在成像系統(tǒng)的半焦深內(nèi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)單個(gè)驅(qū)動(dòng)的單個(gè)液體透鏡的變焦成像，具有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、變焦范圍大、響應(yīng)速度快、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)平面介電彈性體和柔性空心圓臺(tái)組合實(shí)現(xiàn)變焦成像功能，柔性空心圓臺(tái)對(duì)厚度無(wú)特殊要求，無(wú)需使用介電彈性材料，僅平面介電彈性使用介電彈性材料，且平面介電彈性體易加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于介電彈性體的液體變焦成像方法及系統(tǒng)，屬于光學(xué)成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)

變焦成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、軍事、生活等各個(gè)領(lǐng)域，由于液體透鏡具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、偏振無(wú)關(guān)性、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，目前人們已經(jīng)將液體透鏡應(yīng)用于變焦成像系統(tǒng)。現(xiàn)有的液體透鏡變焦成像方法主要包括固體透鏡和液體透鏡結(jié)合、多個(gè)液體透鏡、多驅(qū)動(dòng)單元的單個(gè)液體透鏡等方式。固體透鏡和液體透鏡結(jié)合的方式由于一般需要多個(gè)固體透鏡，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和裝配復(fù)雜。多個(gè)液體透鏡的方式雖然省去了固體透鏡，然而由于需要多個(gè)液體透鏡，成本較高且和控制過(guò)程復(fù)雜。多驅(qū)動(dòng)單元的單個(gè)液體透鏡的方式雖然只需要單個(gè)液體透鏡，然而由于需要多個(gè)包括電潤(rùn)濕、電磁驅(qū)動(dòng)等在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)單元，因此驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)上和控制上較為復(fù)雜。為了減小變焦系統(tǒng)體積、成本本以及控制復(fù)雜性，人們希望在單個(gè)液體透鏡基礎(chǔ)上，通過(guò)單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元即可實(shí)現(xiàn)變焦成像。專利“一種單驅(qū)動(dòng)液體變焦透鏡及其制作方法、變焦成像方法”(申請(qǐng)?zhí)朇N202010090689.7)公開了一種單驅(qū)動(dòng)液體變焦透鏡實(shí)現(xiàn)變焦的成像方法，該方法也采用介電彈性體作為驅(qū)動(dòng)單元，但是該方法是將介電彈性體材料設(shè)計(jì)為圓臺(tái)形薄膜結(jié)構(gòu)，由于圓臺(tái)形介電彈性體薄膜的厚度僅在約幾十微米至百微米量級(jí)，對(duì)目前的加工工藝提出了較高要求，因此為了減小加工難度，亟需提出一種易加工的基于介電彈性體的液體透鏡變焦成像方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開的一種基于介電彈性體的液體變焦成像方法及系統(tǒng)要解決的技術(shù)問(wèn)題是：利用介電彈性體的變形量大、驅(qū)動(dòng)力大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，采用單個(gè)介電彈性體實(shí)現(xiàn)較大范圍、快速的變焦成像，且具有加工難度小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種基于介電彈性體的液體變焦成像方法，平面介電彈性體貼附于柔性空心圓臺(tái)底面。通過(guò)驅(qū)動(dòng)平面介電彈性體變形，帶動(dòng)柔性空心圓臺(tái)的底部半徑發(fā)生變化，在柔性空心圓臺(tái)中注入液體，在平面介電彈性體的上下兩個(gè)表面的外圍區(qū)域涂有柔性電極，當(dāng)兩個(gè)柔性電極具有電壓差時(shí)，平面介電彈性體涂有電極的區(qū)域面積將增加，驅(qū)動(dòng)柔性空心圓臺(tái)的底部收縮，底部半徑減小，進(jìn)而使得柔性空心圓臺(tái)內(nèi)的液體形狀發(fā)生變化，所述形狀包括液體高度，半徑以及弓高，從而改變液體透鏡的焦距。當(dāng)液體透鏡焦距改變且驅(qū)動(dòng)前后液體透鏡的焦點(diǎn)位置之差在成像系統(tǒng)的半焦深內(nèi)時(shí)，成像系統(tǒng)能夠較清晰地改變成像大小，實(shí)現(xiàn)單個(gè)驅(qū)動(dòng)的單個(gè)液體透鏡的變焦成像功能，具有變焦范圍大、響應(yīng)速度快、體積小、成本低、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)平面介電彈性體和柔性空心圓臺(tái)組合實(shí)現(xiàn)變焦成像功能，柔性空心圓臺(tái)對(duì)厚度無(wú)特殊要求，無(wú)需使用介電彈性材料，僅平面介電彈性體使用介電彈性材料，且平面介電彈性體易加工，因此，平面介電彈性體和柔性空心圓臺(tái)組合易于加工。

本發(fā)明公開的一種基于介電彈性體的液體變焦成像系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)所述一種基于介電彈性體的液體變焦成像方法，包括固定透明平板、柔性空心圓臺(tái)、液體、空心圓柱、上固定板、平面介電彈性體、上柔性電極、下柔性電極、下固定板、電源。平面介電彈性體為易于加工的平面介電彈性體，上固定板和下固定板用于固定平面介電彈性體，在平面介電彈性體的外圍區(qū)域的上下表面分布均勻涂有上柔性電極和下柔性電極，中心區(qū)域的半徑為柔性空心圓臺(tái)的底部半徑，上柔性電極電氣連接于電源，下柔性電極電氣連接于地端。柔性空心圓臺(tái)的底部粘貼于平面介電彈性體的中心區(qū)域?？招膱A柱粘于上固定板。在柔性空心圓臺(tái)內(nèi)注入液體，柔性空心圓臺(tái)的頂部粘于固定透明平板。