[发明专利]一种利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法

权利要求书

1.一种利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)通过实验和理论分析，建立液体透镜光学特性与单一/多个参数薄膜特性的对应关系表/图；

(2)基于实际应用领域的要求设计可变焦光学系统，并确定可变焦光学系统中液体透镜的光学特性；

(3)查找步骤(1)中的对应关系表/图，确定所需的薄膜特性，进而制备液体透镜；

(4)根据步骤(2)设计的结构装调包括液体透镜在内的光学零部件，得到所设计的可变焦光学系统，并对该光学系统的光学特性进行实际测试后，转向步骤(2)，对可变焦光学系统和透镜参数进行评估和优化。

2.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，步骤(1)中，薄膜是指用于密封和包裹光学液体的弹性材料，其平均厚度在1um-1mm之间。

3.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述液体透镜光学特性包括曲率、圆锥常数和屈光度；所述薄膜特性包括材料特性和结构特性，所述材料特性包括杨氏模量、密度和非线性形变参数，所述结构特性包括薄膜厚度分布参数和表面微结构分布参数，所述薄膜厚度分布参数包括薄膜平均厚度和厚度变化函数。

4.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，步骤(1)中，建立液体透镜和薄膜特性对应关系的理论分析方法如下：利用光线追击方法，分析液体透镜表面形貌及表面形变对光学特性的影响；利用有限元分析方法，考察液体透镜薄膜特性对透镜表面形貌及表面形变的影响，从而建立液体透镜光学特性与薄膜特性的对应关系表/图；

建立液体透镜和薄膜特性对应关系的实验分析方法如下：通过薄膜材料的形变实验，确定薄膜的杨氏模量和非线性形变参数；通过制作基于不同结构薄膜的液体透镜，逐一测量薄膜特性与透镜表面形貌、透镜光学特性的对应关系，形成完整数据库。

5.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，

步骤(2)中，实际应用领域的要求包括图像质量要求、调焦能力要求、系统尺寸要求和成本要求。

6.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，步骤(2)中，可变焦光学系统的设计具体通过光线追击方法实现，系统方案确定后，液体透镜的光学特性也随之确定。

7.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，步骤(3)中，液体透镜的制备方法如下：

(a)根据设计要求，确定液体透镜和薄膜的结构和材料特性；

(b)制作非均匀薄膜，方法如下：(i)制备薄膜母版，并选取设定的光敏或热敏弹性材料；(ii)利用旋涂或压印的方法获得非均匀薄膜；(iii)固化并剥离非均匀弹性薄膜；

(c)利用非均匀弹性薄膜密封透镜腔体，并灌注光学液体；

(d)装配和连接透镜驱动装置。

8.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，步骤(4)中，对光学系统进行评估时，综合评估各级次像差对光学系统的影响，分析光学系统的调制传递函数MTF和波面形图，定性定量地考查非球面液体透镜对光学系统光学特性的影响；

对光学系统的优化指通过调整液体透镜和传统透镜的表面形貌、空间位置、数量，达到改进光学品质、提高图像锐度和分辨率，减少光学元件、实现镜头小型化设计的目的。

9.根据权利要求1所述的利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法，其特征在于，步骤(4)中，步骤(4)中，透镜参数的评估包括透镜光学质量的评估，透镜薄膜制备可行性、可重复性的评估，透镜系统装调良品率的评估；为优化透镜光学特性，可分别对含有双面和单面薄膜的液体透镜进行评估和测试，选取优化的液体透镜结构；还应评估变焦过程中非均匀薄膜的结构及形变，进而优化薄膜结构参数和薄膜材料参数。