作者单位
摘要
南京邮电大学电子与光学工程学院,江苏 南京 210023
基于介电润湿液体透镜的原理,利用COMSOL仿真软件设计了方腔结构的非球面双液体透镜模型,分析了MATLAB工具对模型中界面面型的拟合精度。设计加工了具体的器件结构,研究了非球面双液体透镜的面型变化情况。通过图像处理和面型拟合分析,获得非球面面型的实验结果,验证了方腔结构的非球面液体透镜结构的可行性。
光学设计 液体透镜 介电润湿效应 非球面 optical design liquid lens dielectric wetting effect aspheric surface 
激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122005
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
针对传统变焦腹腔镜调焦结构所需空间大、调焦精度难以保证等问题,提出了一种以液体透镜为核心元件参与变焦的腹腔镜光学系统,利用液体透镜代替机械变焦结构,实现了变焦功能。推导了液体透镜电压与焦距的关系方程,结合COMSOL软件设计并仿真了满足所需焦距范围的双液体透镜。用ZEMAX软件设计优化了腹腔镜液体透镜变焦光学系统,通过控制电压即可实现焦距5~15 mm范围内同一像面高清晰成像。在焦距15 mm时,全视场点列图均方根(RMS)半径为6.694 μm,在焦距5 mm时,全视场点列图RMS半径为4.596 μm,均小于7.4 μm的像元尺寸。系统调制传递函数(MTF)在68 lp/mm处均大于0.5,4个组态(焦距分别为5、7.2、10.4、15 mm)畸变分别为7.047%、1.961%、0.732%、0.295%,满足腹腔镜对光学系统畸变的要求。
光学设计 变焦系统 液体透镜 腹腔镜 COMSOL ZEMAX optical design zoom system liquid lens laparoscope COMSOL ZEMAX 
中国激光
2023, 50(21): 2107204
作者单位
摘要
桂林理工大学 机械与控制工程学院, 广西 桂林 541004
借鉴玻璃透镜的研究方法,提出了一种基于统计数据的液体透镜重复变焦精度指标,用于描述其变焦稳定性,并给出了液体透镜设计参数优化及材料优选的实验方法。首先,通过初步实验研究与分析,得到影响液体透镜重复变焦精度的主要影响因素——极性溶液体积、锥度、非极性溶液粘度;其次,以重复变焦精度和变焦范围作为评价指标,发现重复变焦精度与电压的关系不具有单调性,存在先升后降的现象。在此基础上,运用极差分析与综合平衡法,得到各因素的不同影响程度及最优参数组合,采用正交实验法优化设计参数。最后,实验验证了该方法的有效性。实验结果表明,优化后的液体透镜,在150 V电压处,重复变焦精度为0.2 m−1;在0~230 V电压范围内,变焦范围为−15.2~5.85 m−1。结果表明本文所提出的方法基本满足液体透镜变焦稳定可靠、精度高、变焦范围大等要求。
介电润湿 液体透镜 连续变焦 重复精度 正交实验 参数优化 dielectric wetting liquid lens continuous zooming repeated accuracy orthogonal experiment parameter optimization 
中国光学
2023, 16(4): 868
作者单位
摘要
大连海事大学 理学院,辽宁 大连 116026
本文提出了一种结合电润湿效应和静电力共同作用的可调偶次非球面液体透镜,利用Comsol Multiphysics软件对非球面液体透镜进行仿真研究,四圆环电极产生的静电力可以灵活地调整液体透镜的面型。利用该液体透镜设计了变焦光学系统,采用Zemax软件获得优化校正像差的非球面方程。作为可调偶次非球面液体透镜的目标面型,调整电润湿电极和四圆环电极上的电压,仿真得到的非球面与目标非球面间的光程均方根误差小于λ/14,满足Marechal判据。在26~30 mm焦距范围内,与环形电极电压为0 V的液体透镜系统相比,环形电极施加调节电压的可调偶次非球面液体透镜变焦距系统有良好的成像效果。
偶次非球面液体透镜 电润湿 静电力 变焦光学系统 even aspheric liquid lens electric wetting static electricity zoom optical system 
液晶与显示
2023, 38(5): 574
作者单位
摘要
1 南京邮电大学电子与光学工程学院,江苏 南京 210023
2 南京理工大学理学院,江苏 南京 210094
提出在电压驱动下液体透镜的响应包括固有响应和强制响应,固有响应信号的函数形式由液体透镜的各种参数决定,与驱动电压无关,但其系数与驱动电压有关,强制响应与驱动电压具有相同的函数形式,液体透镜暂态过程的变化规律取决于固有响应,同样与驱动电压无关。因此,对同一液体透镜改变驱动电压仅改变暂态过程的响应幅度,不改变暂态过程的变化规律,从而也不改变液体透镜的响应时间。实验验证了液体透镜的响应可分解为固有响应和强制响应,测量了不同电压驱动下液体透镜的响应过程及响应时间,并对测试结果进行了理论分析。另外,观察到电润湿液体透镜的反冲现象,该现象出现在加载电压和撤去电压的初始阶段。
光学器件 主动或自适应光学 液体透镜 暂态过程 反冲现象 optical devices active or adaptive optics liquid lens transient process recoil phenomenon 
光学学报
2023, 43(10): 1023001
李洋 1,2王国名 1,2王颖 1,2程智 1,2[ ... ]董登峰 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所,北京 100094
2 中国科学院大学,北京 100049
高性能光学成像器件是机器视觉测量的重要基础,液体透镜作为一种结构紧凑的快速电控调焦器件,在机器视觉测量领域中具有明确的应用前景。针对液体透镜调焦器件在视觉测量中性能易受环境干扰、系统内参难以准确标定的问题开展研究。首先,构建了基于Optotune液体透镜器件的机器视觉测量系统,分析了液体透镜器件电控调焦工作机理,提出了调焦系统的电流-焦距数学模型,研究了影响液体透镜调焦系统参数的温度、重力因素作用机理,分别提出了温度-焦距、重力-主点位置影响量传递与补偿数学模型;然后,将上述各系统模型与针孔相机成像模型相结合,提出了液体透镜调焦系统的函数化内参表达式,设计了求取表达式全部系数的标定装置与标定流程,并进行了系统内参标定实验,验证了文中内参标定方法的可行性;最后,利用标定所得的内参对边长30 mm的棋盘格靶标进行了测量实验,通过尺寸测量精度反映内参标定精度。实验结果表明,文中方法能够得到比现有插值法更准确的内参标定结果,其中图像角点空间映射位置误差均值为0.10 mm,棋盘格边长测量结果最大相对误差为0.68%,两项误差比插值法所得内参的测量结果分别减小了27.2%和54.4%。
机器视觉 液体透镜 相机标定 电控调焦 环境补偿 machine vision liquid lens camera calibration electronically controlled focusing environmental compensation 
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210472
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)液体透镜具有大口径、高光焦度的优点,然而存在比较严重的像差。本文提出了一种可补偿像差的PDMS液体透镜,由PDMS膜、液体材料和补偿基底组成。根据建立的抛物面面形的PDMS液体透镜的光学模型,采用具有高折射率的液体材料(1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸)和特殊设计的基底进行整体像差校正和提高光焦度的设计。我们对提出的透镜进行了加工制作和实验验证,其有效光学口径为25 mm,光焦度范围为−5 D ~ +6 D,在可见光波段透过率超过90%。对比传统的PDMS液体透镜,本文提出的液体透镜可以改善成像质量,在+5 D光焦度时分辨率可达到15 lp/mm,在大口径的光学成像系统,比如望远镜、AR、VR等,具有潜在的应用前景。

液体透镜 聚二甲基硅氧烷 大口径 透镜 liquid lens polydimethylsiloxane large aperture lens 
光电工程
2022, 49(5): 210404
作者单位
摘要
大连海事大学 理学院, 辽宁 大连116026
为解决电润湿液体透镜调焦系统的单色像差随调焦过程中发生较大改变的问题, 提出利用梯度折射率分布可调的液晶透镜对系统单色像差进行校正的设计方案。在850 nm波长下, 采用液晶透镜对系统在无限远到200 mm间6种典型物距下的单色像进行校正。在系统像差最大的无限远物距下, 边缘视场的点列图几何半径从44.696 μm减小到7.423 μm, 其余视场下的弥散斑均减小到艾里斑以内, 系统单色像差得到了较好的校正。为减少液晶透镜响应时间, 将液晶透镜改为5个1/5盒厚的液晶透镜的叠层组合, 大幅提高了响应速度。研究发现, 此结构同样对系统在不同物距下的单色像差具有良好的校正作用。
电润湿液体透镜 液晶透镜 梯度折射率 单色像差校正 调焦系统 electrowetting liquid lens liquid crystal lens gradient index monochromatic aberration correction focusing system 
液晶与显示
2021, 36(7): 954
作者单位
摘要
南京邮电大学微流控光学技术研究中心,江苏 南京 210023
设计了一种基于介电润湿效应的叠加式液体透镜,分析其对含有曲率误差、倾斜误差和活塞误差的畸变波前的校正能力。采用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型,仿真模拟了不同电压组合下液体界面面型的变化情况,获得该叠加式液体透镜内双液体界面的变化范围;采用ZEMAX软件,借助点扩散函数变化,分析该透镜对波前任意点处曲率误差、倾斜误差和活塞误差的校正能力。结果表明:该叠加式液体透镜可以实现同时对不同类型畸变波前的校正,相应的峰谷值(PV)由校正前19.7853?下降到校正后0.18?,均方根值(RMS)由校正前5.6638?减小到校正后0.0355?,斯特列尔比(SR)由校正前的接近0值提高到0.962的较理想状态。
液体透镜 介电润湿 波前校正 斯特列尔比值 liquid lens electrowetting-on-dielectric wavefront correction Strehl ratio 
光电工程
2021, 48(5): 200345
作者单位
摘要
南京邮电大学电子与光学工程学院微流控光学技术研究中心,江苏 南京 210023
为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列,均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸,也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时,通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。
光学设计 介电润湿 复眼 液体透镜阵列 可变焦 optical design electrowetting-on-dielectric compound eye liquid lens array variable-focus 
光电工程
2021, 48(2): 200120

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