【摘 要】
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液体透镜通过单个镜片就能实现焦距的调节,不仅减小了光学系统的体积,还具有变焦响应速度快,变焦范围相对较大,制造成本低,结构简单,更易小型化等特点。在侦察、夜视观测、瞄准等诸多领域都有广泛的应用前景。论文首先对国内外液体透镜的研究现状进行了介绍。基于研究现状和课题的设计需求,选择了机械液压式液体透镜的技术路线进一步研究。在确定了面形是影响液体透镜成像的一个重要因素后,本文引入了超弹性理论来计算液体透
【基金项目】
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军队科技委重大专项“XXX系统项目论证与关键技术研究”；
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液体透镜通过单个镜片就能实现焦距的调节,不仅减小了光学系统的体积,还具有变焦响应速度快,变焦范围相对较大,制造成本低,结构简单,更易小型化等特点。在侦察、夜视观测、瞄准等诸多领域都有广泛的应用前景。论文首先对国内外液体透镜的研究现状进行了介绍。基于研究现状和课题的设计需求,选择了机械液压式液体透镜的技术路线进一步研究。在确定了面形是影响液体透镜成像的一个重要因素后,本文引入了超弹性理论来计算液体透镜的精确面形,为了解决几个现有的应变能函数过于复杂的问题,简化了应变能函数的形式,精确预测了液体透镜变形后的面形。针对200Pa及300Pa的压强变化,拟合精度分别为0.015mm和0.0258mm。为了精确地控制透镜的焦距,本文在设计了电磁驱动结构的基础上,基于Bio-Savart定律分析了驱动结构的电磁力,建立了系统的静磁学模型,并利用Maxwell有限元软件对模型进行了验证,结果表明模型精度满足了应用需求。同时利用超弹性理论建立了与驱动结构相互作用的储液腔静力学模型。最终联立二者,形成了液体透镜焦距控制模型,用于指导样机焦距的控制。最后搭建了实验平台,对透镜的成像效果进行了测试,测量了透镜输入电流与输出焦距之间的关系,并和理论计算值进行了比较。实验值与理论值的平均误差为43.075%,趋势与理论值一致,精度满足了样机试验阶段的需求。针对实验中存在液体透镜成像性能不佳的问题,分析对比了液体透镜与球面镜在光线像差、MTF,弥散斑以及波前像差上的区别,说明了当前的成像是合理的,并初步分析了像质改善的方法。
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