[发明专利]一种电磁驱动双向变焦液体透镜的设计方法

权利要求书

1.一种电磁驱动双向变焦液体透镜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)优化非等厚弹性膜结构的面形：位于液体透镜上方的非等厚弹性膜包括向下突出设置的底面以及平面状的顶面，所述液体透镜的填充液体与非等厚弹性膜的折射率匹配，使其初始焦距为无穷远；该非等厚弹性膜由透明介质材料组成；所述底面为偶次非球面；将底面和顶面翻转形成的平凸结构的焦距定义为PC初始焦距，在所述非等厚弹性膜未产生形变的情况下，根据目标PC初始焦距范围优化该非等厚弹性膜的底面形状，该非等厚弹性膜的底面形状以及平面状的顶面即为优化后的非等厚弹性膜结构的面形；

(2)优化非等厚弹性膜结构的中心膜厚：在目标PC初始焦距范围内，利用所述非等厚弹性膜受力变形产生的不同程度的形变实现液体透镜焦距的改变，仿真得到不同中心膜厚的非等厚弹性膜在目标焦距变化范围内的像差曲线，所述目标焦距变化范围为∞至±15mm；通过预设的评价标准评估像差曲线，确定优化后的非等厚弹性膜结构的中心膜厚；预设的评价标准为：通过绘制各个初级像差以及光斑大小随焦距变化的关系曲线评估各个像差的大小，综合考虑液体透镜的像差性能、驱动性能以及对抗重力稳定性筛选出中心膜厚；

(3)按所述步骤(1)得到的所述优化后的非等厚弹性膜结构的面形、所述步骤(2)得到的优化后的非等厚弹性膜结构的中心膜厚，通过挤压或拉伸电磁驱动圆环从而带动圆环中间通光区域的非等厚弹性膜产生变形构建非等厚弹性膜结构，从而得到电磁驱动双向变焦液体透镜。

2.根据权利要求1所述的液体透镜的设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中的电磁驱动分为动圈式和动铁式，动圈式是将线圈与液体透镜连接在一起在磁场中移动，动铁式是将磁铁与液体透镜连接在一起在磁场中移动，通过控制流过线圈的电流大小，在永磁铁产生的磁场中产生不同大小的洛伦兹力，以驱动液体透镜上方的非等厚弹性膜产生不同程度的变形，实现焦距调节功能；通过控制线圈电流的方向改变液体透镜的受力方向，从而实现双向变焦。

3.根据权利要求2所述的液体透镜的设计方法，其特征在于，在动圈式中，线圈位于液体透镜的电磁驱动圆环上，磁铁位于线圈外部并与其同轴心固定；在动铁式中，磁铁位于液体透镜的电磁驱动圆环上，线圈位于磁铁外部并与其同轴心固定。

4.根据权利要求1所述的液体透镜的设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述根据目标PC初始焦距范围优化该非等厚弹性膜的底面形状是利用ZEMAX软件进行优化的。

5.根据权利要求1所述的液体透镜的设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述仿真是基于COMSOL多物理场仿真软件。

6.根据权利要求1所述的液体透镜的设计方法，其特征在于，所述非等厚弹性膜具体为非等厚的PDMS薄膜。