基于壓電驅(qū)動的變焦距液體透鏡的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代光學(xué)與微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的發(fā)展，精密光學(xué)制造與現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備等對變焦距透鏡的精密性和成像質(zhì)量的要求越來越高，這對傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)變焦透鏡提出了非?？量痰囊?，微光學(xué)液體透鏡的提出正是為解決變焦透鏡目前存在的問題，于近年中發(fā)展起來的小型化、微型化變焦距透鏡。它采用液體作為光學(xué)介質(zhì)，利用微流體技術(shù)控制并改變液體幾何形狀或折射率從而實(shí)現(xiàn)變焦的目的。之前學(xué)者研究的液體透鏡大多采用去離子水或無機(jī)鹽的水溶液作為液體材料。但是水易揮發(fā)，自然條件

2、下熱穩(wěn)定性較差，液態(tài)溫度范圍較窄，因此急需尋找能克服上述問題的新型液體透光煤質(zhì)。作為新型的綠色環(huán)保材料,離子液體與其他易揮發(fā)的有機(jī)溶劑相比，具有不可燃、熱容率大、熱穩(wěn)定性好、液態(tài)范圍寬、離子的電導(dǎo)率高、電化學(xué)窗口寬、性質(zhì)穩(wěn)定、蒸汽壓小，無毒環(huán)保等特點(diǎn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴使用離子液體作為液體透鏡媒質(zhì),探討離子液體的接觸角隨液體體積變化的規(guī)律,揭示離子液體的用量、透鏡尺寸、絕緣層厚度等因素對離子液體變焦透鏡的影響。對不同密度

3、及表面張力的離子液體與離子液體和介質(zhì)層接觸過程中接觸角隨時間變化的關(guān)系進(jìn)行探究。探究離子液體表面張力、離子液體的種類及離子液體的用量對液體變焦透鏡的影響。通過與去離子水的表面張力的對比實(shí)驗(yàn)的分析,為離子液體在液體變焦透鏡的應(yīng)用及液體透鏡性能優(yōu)化等方面提供依據(jù)。⑵對比常用液體透鏡驅(qū)動方式及其機(jī)械結(jié)構(gòu)，為使透鏡具有較小體積，較寬工作溫度范圍，較大變焦范圍，提出了一種新型單振子壓電驅(qū)動離子液體變焦透鏡。利用有限元仿真軟件（FEM）對液體透鏡進(jìn)

4、行了靜力學(xué)和模態(tài)分析。對單振子液體透鏡的諧振頻率，振動位移等進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究表明該單振子透鏡工作在諧振狀態(tài)時振動能量最大，有利于較大曲率半徑的形成。根據(jù)壓電振動理論對不同結(jié)構(gòu)透鏡的振動模態(tài)及頻率響應(yīng)進(jìn)行分析。⑶在新型壓電驅(qū)動單振子離子液體變焦透鏡的基礎(chǔ)上，為得到更大振動位移，依據(jù)換能器的原理，將單振子液體透鏡改為復(fù)合換能器系統(tǒng)液體透鏡，運(yùn)用壓電效應(yīng)基本理論及壓電陶瓷的振動理論設(shè)計(jì)三種具有壓電超聲換能器結(jié)構(gòu)的夾心式換能器振子。并利用有

5、限元軟件（FEM）對所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，研究不同尺寸透鏡振子與振動系統(tǒng)諧振頻率的關(guān)系，探討相應(yīng)變化規(guī)律。⑷使用離子液體作為液體透鏡透光介質(zhì)能夠有效的克服液體揮發(fā)的問題,并且能夠適應(yīng)更寬的溫度范圍。通過與傳統(tǒng)的去離子水進(jìn)行比較,說明其在高溫等極端環(huán)境中使用時的優(yōu)勢。由于不同極化方向壓電陶瓷的振動形變的方向和大小不同，探討壓電驅(qū)動式液體變焦透鏡的材料，結(jié)構(gòu)及其尺寸參數(shù)等對變焦距液體透鏡的影響。針對液體變焦透鏡的實(shí)際應(yīng)用,為可用于較低及