介电弹性体驱动制造技术

介电弹性体驱动

【技术实现步骤摘要】
介电弹性体驱动Alvarez透镜的连续变倍成像系统


[0001]本专利技术涉及光学成像的
，尤其涉及一种介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统
。

技术介绍

[0002]传统的光学变焦系统一般由定焦透镜
、
机械控制模块和图像传感器三部分构成，要改变系统焦距并且保证像面位置固定，需要至少移动两组透镜分别实现变焦和补偿的功能
。
通常变倍成像系统至少需要一个透镜组进行非线性移动
。
因此，传统变倍成像系统的缺陷不仅在于其结构复杂
、
体积庞大
、
操作繁琐
、
功耗较高，并且其变倍数离散，无法连续可调
。
而可调焦透镜的使用为变倍光学成像系统的轻量化
、
低功耗以及图像细节信息的获取提供了新思路
。
[0003]自适应透镜是可变焦的单透镜，在改变透镜光功率的同时保持聚焦功能
。
自适应透镜可在无机械移动的前提下通过改变透镜施加电压
、
应力等条件实现透镜形状的改变或者折射率的改变，进而实现透镜焦距的调节
。
典型的自适应透镜有液晶透镜
、
液体透镜等
。
液晶透镜通过施加不均匀电场调节液晶透镜分子的指向矢分布，从而改变各处光线通过液晶分子的折射率，使液晶透镜拥有电控改变焦距的能力
。
液晶透镜既具有传统定焦透镜的聚焦特性，又具有体积小r/>、
易集成
、
可电控调焦
、
无需机械移动的优点
。
液体透镜需要在腔内填充互不相融的两种液体，在不加电压时，液体交界面在表面张力的相互作用下自然形成交界面；当施加电压时，在电场的作用下，液液交界面接触面的曲率半径发生变化，进而改变透镜的焦距
。
通过调节外加的电压大小，可实现液体交界面的曲率调节，进而调节液体透镜的焦距
。
[0004]然而，由于液体透镜和液晶透镜的变焦能力有限，且液体透镜通常容易受到温度波动
、
外界振动和重力因素的影响，并存在潜在的液体蒸发
、
偏振相关
、
液体泄露等问题，导致以液体透镜和液晶透镜组成的变倍系统不够稳定
。
相比于液晶透镜和液体透镜，
Alvarez
透镜具有更大的变焦范围和更好的稳定性
。Alvarez
透镜变焦原理最早由
L.W.Alvarez
和
Loman
在
60
年代提出，
Alvarez
透镜通过两片互补自由曲面透镜的横向移动，可以在没有轴向运动的情况下实现光功率的改变
。
但是，变焦范围只有几倍，无法实现连续变焦和实时观察
。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统，其变焦范围为
1.58
×
～
15.8
×
，具有连续变焦和实时观察的能力，能够实现大的致动应变
、
响应速度快
、
重量轻
、
成本低
、
无噪声污染，横向位移量限制在
1mm
内，能够更好地实现变倍系统的小型化和轻量化
。
[0006]本专利技术的技术方案是：这种介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统，其包括：一个生物切片
、
一个定焦透镜
、
两组
Alvarez
透镜
、
四个介电弹性体
DE
薄膜，十六个铜
箔柔性电极和一个工业显微镜镜头；
[0007]生物切片位于定焦透镜的焦点上，使得从生物切片发出的光线被转换成平行光穿过定焦透镜，两组
Alvarez
透镜组成开普勒望远镜结构，其中，每组
Alvarez
透镜的两片透镜分别安装在两个
DE
薄膜的底层表面和顶层表面上，对铜箔柔性电极施加驱动电压时，
DE
薄膜的静电吸引产生径向压缩力，指向
Alvarez
透镜的中心，并随后拉动单片透镜进行相对移动，
Alvarez
透镜的相对横向运动使系统的焦距发生变化；经过定焦透镜的平行光线经过第一组
Alvarez
透镜聚焦，并由第二组
Alvarez
透镜重新准直，经过准直的光线被工业显微镜的物镜镜头聚焦到其成像传感器上；通过调整这两组
Alvarez
透镜的焦距
f1和
f2，使其焦距之和等于常数
L
，进而调节系统的光学放大倍率
。
[0008]本专利技术变焦的核心组成部分是由两组
Alvarez
透镜和一个定焦透镜组成，变倍系统的变化焦距可以通过调整在
Alvarez
透镜上的施加电压，该成像系统结构没有任何机械运动部件，具有连续光学缩放和实时观察的能力，光学缩放范围可以从
1.58
×
实现到
15.8
×
，变倍比约为
10
×
，能够实现大的致动应变
、
响应速度快
、
重量轻
、
成本低
、
无噪声污染，横向位移量限制在
1mm
内，能够更好地实现变倍系统的小型化和轻量化
。
附图说明
[0009]图1为本专利技术公开的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统中
Alvarez
透镜的单片透镜装置示意图
。
[0010]图2为本专利技术公开的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统的单组
Alvarez
透镜驱动变焦原理图
。
图
2(a)
‑
Alvarez
透镜无焦驱动示意图，图
2(b)
‑
Alvarez
透镜聚焦驱动示意图，图
2(c)
‑
Alvarez
透镜焦距发散驱动示意图
。
[0011]图3为本专利技术公开的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统的原理图
。
[0012]图4为本专利技术公开的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统的变焦系统的制作流程示意图
。
图
4(a)
‑
制作单片透镜的外部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统，其特征在于：其包括：一个生物切片
、
一个定焦透镜
、
两组
Alvarez
透镜
、
四个介电弹性体
DE
薄膜，十六个铜箔柔性电极和一个工业显微镜镜头；生物切片位于定焦透镜的焦点上，使得从生物切片发出的光线被转换成平行光穿过定焦透镜，两组
Alvarez
透镜组成开普勒望远镜结构，其中，每组
Alvarez
透镜的两片透镜分别安装在两个
DE
薄膜的底层表面和顶层表面上，对铜箔柔性电极施加驱动电压时，
DE
薄膜的静电吸引产生径向压缩力，指向
Alvarez
透镜的中心，并随后拉动单片透镜进行相对移动，
Alvarez
透镜的相对横向运动使系统的焦距发生变化；经过定焦透镜的平行光线经过第一组
Alvarez
透镜聚焦，并由第二组
Alvarez
透镜重新准直，经过准直的光线被工业显微镜的物镜镜头聚焦到其成像传感器上；通过调整这两组
Alvarez
透镜的焦距
f1和
f2，使其焦距之和等于常数
L
，进而调节系统的光学放大倍率
。2.
根据权利要求1所述的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统，其特征在于：该系统还包括上
、
下塑料框架
(1、2)
，将
DE
薄膜固定在中间
。3.
根据权利要求2所述的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统，其特征在于：定焦透镜选用大恒光电生产的
GCL
‑
010130A
镜头，
Alvarez
透镜的加工材料是
NOA83H
，塑料框架选用的材料是聚甲基丙烯酸甲酯
PMMA
，介电弹性体薄膜选用的材料是
VHB4905。4.
根据权利要求3所述的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统，其特征在于：
Alvarez
透镜由两片紧密排列的互补透镜组成，每片透镜都有一个平面和一个自由曲面组成，单片透镜沿光轴方向的厚度分别用公式
(1)
和
(2)
描述：
t1＝
A(xy2+x3/3)+Dx+E
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)t2＝
‑
A(xy2+x3/3)
‑
Dx+E
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
其中，
A、D、E
是常数，
x、y
是垂直于光轴的横轴坐标，
t1、t2是单片透镜的厚度，振幅系数
A
控制自由曲面深度调制的幅度，减小
A
值有助于减缓透镜的变焦突变趋势，参数
D
决定了自由曲面的倾斜角，参数
E
是加到单片透镜的中心厚度
。5.
根据权利要求4所述的介电弹性体驱动
Alvarez
透镜的连续变倍成像系统，其特征在于：当没有驱动电压施加到柔性电极上时，两片透镜作为一个恒定厚度的平板，因此具有无限焦距；当对柔性电极施加一个驱动电压时，
DE
膜的静电吸引产生径向压缩力，指向透镜的中心，并随后拉动单片透镜进行相对运动；两片透镜的相对横向运动使系统的焦距发生变化，当第一片透镜向
x
‑
方向移动而相对的另一片透镜向
x+
方向移动时，
Alvarez
透镜充当凸透镜；反之，当第一片透镜向
x+
方向移动而相对的另一片透镜向
x...

【专利技术属性】
技术研发人员：程阳，欧阳琦，郝群，陈传训，柳萌遥，
申请(专利权)人：嵩山实验室，
类型：发明
国别省市：