[发明专利]一种基于介电弹性体的液体透镜变焦成像方法及系统

说明书

本发明公开的一种基于介电弹性体的液体变焦成像方法及系统，属于光学成像领域。本发明通过在平面介电弹性体的电极区域内施加电压，带动柔性空心圆台的底部半径发生变化，使得包括液体高度，半径以及弓高等液体形状参数发生变化，从而改变液体透镜的焦距。通过优化系统参数，使得驱动前后液体透镜的焦点位置之差在成像系统的半焦深内时，实现单个驱动的单个液体透镜的变焦成像，具有驱动结构简单、变焦范围大、响应速度快、体积小、成本低等优点。本发明通过平面介电弹性体和柔性空心圆台组合实现变焦成像功能，柔性空心圆台对厚度无特殊要求，无需使用介电弹性材料，仅平面介电弹性使用介电弹性材料，且平面介电弹性体易加工。

技术领域

本发明涉及一种基于介电弹性体的液体变焦成像方法及系统，属于光学成像领域。

背景技术

变焦成像系统广泛应用于工业、医疗、军事、生活等各个领域，由于液体透镜具有体积小、结构简单、速度快、偏振无关性、寿命长等优点，目前人们已经将液体透镜应用于变焦成像系统。现有的液体透镜变焦成像方法主要包括固体透镜和液体透镜结合、多个液体透镜、多驱动单元的单个液体透镜等方式。固体透镜和液体透镜结合的方式由于一般需要多个固体透镜，因此系统结构和装配复杂。多个液体透镜的方式虽然省去了固体透镜，然而由于需要多个液体透镜，成本较高且和控制过程复杂。多驱动单元的单个液体透镜的方式虽然只需要单个液体透镜，然而由于需要多个包括电润湿、电磁驱动等在内的驱动单元，因此驱动单元结构上和控制上较为复杂。为了减小变焦系统体积、成本本以及控制复杂性，人们希望在单个液体透镜基础上，通过单个驱动单元即可实现变焦成像。专利“一种单驱动液体变焦透镜及其制作方法、变焦成像方法”(申请号CN202010090689.7)公开了一种单驱动液体变焦透镜实现变焦的成像方法，该方法也采用介电弹性体作为驱动单元，但是该方法是将介电弹性体材料设计为圆台形薄膜结构，由于圆台形介电弹性体薄膜的厚度仅在约几十微米至百微米量级，对目前的加工工艺提出了较高要求，因此为了减小加工难度，亟需提出一种易加工的基于介电弹性体的液体透镜变焦成像方法。

发明内容

本发明公开的一种基于介电弹性体的液体变焦成像方法及系统要解决的技术问题是：利用介电弹性体的变形量大、驱动力大、响应速度快等优点，采用单个介电弹性体实现较大范围、快速的变焦成像，且具有加工难度小、结构简单、控制容易等优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于介电弹性体的液体变焦成像方法，平面介电弹性体贴附于柔性空心圆台底面。通过驱动平面介电弹性体变形，带动柔性空心圆台的底部半径发生变化，在柔性空心圆台中注入液体，在平面介电弹性体的上下两个表面的外围区域涂有柔性电极，当两个柔性电极具有电压差时，平面介电弹性体涂有电极的区域面积将增加，驱动柔性空心圆台的底部收缩，底部半径减小，进而使得柔性空心圆台内的液体形状发生变化，所述形状包括液体高度，半径以及弓高，从而改变液体透镜的焦距。当液体透镜焦距改变且驱动前后液体透镜的焦点位置之差在成像系统的半焦深内时，成像系统能够较清晰地改变成像大小，实现单个驱动的单个液体透镜的变焦成像功能，具有变焦范围大、响应速度快、体积小、成本低、驱动简单的优点。本发明通过平面介电弹性体和柔性空心圆台组合实现变焦成像功能，柔性空心圆台对厚度无特殊要求，无需使用介电弹性材料，仅平面介电弹性体使用介电弹性材料，且平面介电弹性体易加工，因此，平面介电弹性体和柔性空心圆台组合易于加工。

本发明公开的一种基于介电弹性体的液体变焦成像系统，用于实现所述一种基于介电弹性体的液体变焦成像方法，包括固定透明平板、柔性空心圆台、液体、空心圆柱、上固定板、平面介电弹性体、上柔性电极、下柔性电极、下固定板、电源。平面介电弹性体为易于加工的平面介电弹性体，上固定板和下固定板用于固定平面介电弹性体，在平面介电弹性体的外围区域的上下表面分布均匀涂有上柔性电极和下柔性电极，中心区域的半径为柔性空心圆台的底部半径，上柔性电极电气连接于电源，下柔性电极电气连接于地端。柔性空心圆台的底部粘贴于平面介电弹性体的中心区域。空心圆柱粘于上固定板。在柔性空心圆台内注入液体，柔性空心圆台的顶部粘于固定透明平板。