平面线圈驱动可变焦液体透镜技术研究

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可变焦液体透镜作为近年来出现的一种新型光学元件,在现代微光学系统、光通信系统和生物医学检测方面扮演着重要角色。不同于传统透镜依靠改变透镜相对于光学传感器的位置实现变焦功能,可变焦液体透镜一般是通过改变透镜的折射率或液体表面曲率来调整焦距,是一种全新的变焦方式。基于电磁力驱动的可变焦液体透镜,因其驱动变焦原理简单、响应速度快、变焦范围广的优点,近年来被国内外众多研究机构所关注。但已报道的此类可变焦液体微透镜,由于外部辅助线圈的使用,使得透镜主体与致动部件难以实现一体化,不易于平面集成,限制了其在微光学系统中的应用。本文针对电磁力驱动可变焦透镜主体与致动部件一体化的问题,设计并制作了一种铜质平面螺旋线圈,以此与永磁铁配合作为透镜的动力源,通过改变接入电流的大小,实现了透镜变焦的目的。本文首先详细介绍了平面线圈驱动可变焦液体透镜的结构组成和变焦原理,根据电磁场的基本理论,研究了平面线圈的电磁场分布规律,分析了平面线圈与永磁铁间所产生电磁力的大小与接入电流间的关系,进而建立了透镜焦距与接入电流间的数学模型,对可能影响透镜实际变焦性能的各参数进行了仿真优化,从而确定了各参数值。以此为基础,研究设计了透镜的制作流程和工艺参数,将透镜的制作一分为四,即聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜、SU-8透镜主体结构、聚甲基丙烯酸甲酯保护结构以及双层平面螺旋线圈的制作,待所有部件制作完毕再将其集成组合为一体。论文最后,对制作的平面线圈驱动的可变焦液体透镜进行了测试,搭建了测试平台,分别从实际成像性能、变焦范围、响应速度方面对其进行了测试。并根据测试结果对该可变焦液体透镜今后改进与发展进行了展望。
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