[发明专利]一种无机械移动部件的变焦系统和方法

说明书

无机械移动部件的变焦系统及方法，结构简单、响应速度快、体积小、成本低，对液体材料选择要求低，可直接观察液体形状，且变焦范围大。系统包括：圆形介电弹性体(3)、上柔性电极(4)、下柔性电极(5)、平顶空心圆台(6)、透明液体(7)、凸缘部(10)、高压电源(13)、开关(14)；在圆形介电弹性体的上、下表面的外周分别涂有环形的上柔性电极、下柔性电极，环形的内圆半径为b，环形的宽度为a，平顶空心圆台的内径为b且轴线经过环形的中心，在平顶空心圆台的顶部设置凸缘部，液体注满平顶空心圆台且与凸缘部相接触；上柔性电极、下柔性电极、开关、高压电源串联起来。

技术领域

本发明涉及光学设计的技术领域，尤其涉及一种无机械移动部件的变焦系统，以及这种无机械移动部件的变焦系统所采用的方法。

背景技术

光学透镜是光学成像系统必不可少的核心元件，由于变焦透镜能够对不同距离的目标清晰成像，在显微成像、医疗器械、军事装备、科学研究、电子消费、工业监测等成像方面具有重大的应用前景和产业价值。传统变焦方法是利用多个焦距固定的透镜，通过采用电机和凸轮等机械移动部件调节固定焦距透镜组之间的相对位置实现。由于存在多个透镜和机械移动部件，而且这些透镜组必须沿着精确的移动轨迹进行运动，存在着体积大、易磨损、造价昂贵、使用寿命短、控制复杂、变焦速度慢等缺点。

随着人类生活的逐步提高，目前变焦光学成像系统正朝着轻量化、小型化、甚至微型化的方向发展。自适应透镜是一个可以变焦的单透镜，具有体积小、变焦原理简单、变焦速度快等优点。根据单透镜的焦距公式，实现具有可变化焦距功能的自适应透镜可分为液晶透镜和液体透镜。液晶透镜通过改变材料的折射率进而实现变焦，然而该变焦方法的焦距变化范围比较小，且该变焦透镜是偏振相关的，通常需要搭配偏振镜使用，大大降低了透过光线的光能。液体透镜通过改变液体表面的曲率半径进而实现变焦功能，具有偏振无关性、响应速度快、低能量损失等优点。

因此，基于液体透镜变焦原理的无机械移动部件的变焦方法，已成为一个重要研究方向。其中，专利名称“一种基于介电弹性体的液体透镜变焦成像方法及系统”(专利号ZL202010639412.5)公开了一种这样的方法：采用通过驱动介电弹性体变形，带动柔性空心圆台的底部半径发生变化，进而使得柔性空心圆台内的液体形状发生变化，从而改变液体透镜的焦距。但是上述专利是将少量液体注入柔性空心圆台内部，需要液体与介电弹性体具有较大的接触角，对液体材料的选择具有严格的要求。另外由于初始液面处于柔性空心圆台内部，难以观察液体形状的初始状态，导致难以得到精确的初始焦距。而且上述专利是利用介电弹性体使得柔性空心圆台的短边发生形变，由于短边处的形变量较小、从而导致透镜的焦距变化范围较小。因此亟需提出一种对液体材料选择要求低、可直接观察液体形状、且变焦范围大的无机械移动部件的新型变焦方法。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种无机械移动部件的变焦系统，其结构简单、响应速度快、体积小、成本低，对液体材料选择要求低，可直接观察液体形状，且变焦范围大。

本发明的技术方案是：这种无机械移动部件的变焦系统，其包括：圆形介电弹性体(3)、上柔性电极(4)、下柔性电极(5)、平顶空心圆台(6)、透明液体(7)、凸缘部(10)、高压电源(13)、开关(14)；

在圆形介电弹性体的上、下表面的外周分别涂有环形的上柔性电极、下柔性电极，环形的内圆半径为b，环形的宽度为a，平顶空心圆台的内径为b且轴线经过环形的中心，在平顶空心圆台的顶部设置凸缘部，液体注满平顶空心圆台且与凸缘部相接触；

上柔性电极、下柔性电极、开关、高压电源串联起来。