液体变焦透镜的光学特性研究

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1、摘要液体变焦透镜是通过改变液体的曲率来达到改变焦距的目的。现在较为成熟的液体透镜是利用介质上电润湿（EWOD）原理研制的可变焦液体透镜。它通过外加电压改变液滴的形状，进而改变其焦距，该设备可以在一个很小的固定距离范围内实现变焦系统。近年来很多公司和单位已经发展了多种不同类型的液体透镜技术，液体变焦透镜渐渐成为了新的潮流。本文以基于介质上电润湿效应而设计的液体变焦透镜为研究对象，概述了介电润湿效应的研究现状，介绍了基于EWOD的液体变焦透镜的相关理论，分析了介质电润湿液体变焦透镜的优点。根据基于电润湿效应的液体

2、变焦透镜的工作原理，采用COMSOL软件对液体透镜进行建模，模拟分析了液体透镜在不同的电压下的流体速度以及液体界面面形的变化。关键词：电润湿效应；变焦透镜；COMSOL；仿真；ABSTRACTLiquidzoomlensisbychangingthecurvatureoftheliquidtoachievethepurposeofchangingthefocallength.Nowthemorematureliquidlensisbasedontheelectrowettingondielectric(EWO

3、D).Itchangestheshapeofthedropletbyapplyingavoltagetochangeitsfocallength,andthedevicecanimplementthezoomsystemwithinasmallfixedrange.Inrecentyears,manycompaniesandunitshavedevelopedavarietyofdifferenttypesofliquidlenstechnology,liquidzoomlenshasgraduallybec

4、omeanewtrend.Inthispaper,theliquidzoomlensdesignedbasedontheelectrowettingeffectofthemediumistakenastheresearchobject.Theresearchstatusofthedielectricwettingeffectissummarized.ThetheoryoftheliquidzoomlensbasedonEWODisintroduced,andthedielectricwettingliquid

5、Theadvantagesofzoomlenses.Accordingtotheworkingprincipleoftheliquidzoomlensbasedontheelectrowettingeffect,theliquidlenswasmodeledbyCOMSOLsoftware,andthefluidvelocityandliquidsurfaceshapeoftheliquidlensunderdifferentvoltageweresimulatedandanalyzed.Keywords：E

6、lectrowettingondielectric；zoomlens；COMSOL；simulation；目录第一章绪论11.1研究背景11.2液体变焦透镜国内外研究现状21.3液体变焦透镜的局限41.4研究内容5第二章电润湿技术的相关理论72.1界面理论72.1.1液体表面张力72.1.2表面能92.1.3润湿现象92.1.4拉普拉斯公式102.2电润湿基础理论122.3介电润湿效应存在的问题132.4电润湿技术的运用142.5本章小结15第三章基于介电润湿的双液体变焦透镜173.1基于EWOD的双液体变焦

7、透镜的结构与工作原理173.2双液体变焦透镜的焦距公式173.3双液体透镜的建模与仿真183.3.1COMSOL软件介绍193.3.2结果分析与讨论193.4双相液体变焦透镜焦距随电压的变化规律263.5本章小结27第四章总结与展望28致谢30参考文献31第一章绪论1.1研究背景现代光学系统的结构变得越来越复杂，对光学部件的要求也就越来越高。不仅如此，现代精密光机电设备对变焦透镜的精密性和成像质量的要求越来越高，要实现这样的要求，传统光学变焦透镜的结构必将变得越来越复杂，有的时候甚至无法满足设计要求。传统的固

8、体镜头存在着体积不够小、变焦速率不够快、能耗较高等缺点，同时光学变焦透镜结构复杂，易损坏，使用寿命低，而且如果应用到像手机摄像头，内窥镜等小尺寸的系统上，传统光学透镜要实现机械式变焦是非常困难的。光学系统发展到现在，传统意义上的固体镜头已经难以适应目前的仪器需要。因此研究结构简单、体积小巧且响应速度快的变焦透镜存在着重要的意义。近年来，人们发明了一种微小型的快速可变焦透境——基于电润湿的液体变焦透镜