[发明专利]基于PDMS基片的消球差连续变焦微型液芯柱透镜系统

说明书

本发明公开了一种基于PDMS基片的消球差连续变焦微型液芯柱透镜系统，包括埋入PDMS基片的双胶合柱透镜及双凸柱透镜，所述双胶合柱透镜中注入液芯，所述双胶合柱透镜右侧的PDMS基片内埋有双凸柱透镜，所述PDMS基片左侧面粘贴宽度为2.80mm的光阑。该基于PDMS基片的消球差连续变焦微型液芯柱透镜系统当柱透镜系统液芯中注入不同折射率液体时，液体折射率n液由1.3330变化到1.5530，本发明所设计的透镜系统可以实现后焦距由50.882mm到5.857mm的连续变化，变倍比大于8；在整个液体变焦范围内，透镜系统在焦平面上的弥散斑Y方向均方根半径始终小于11.237μm。

技术领域

本发明涉及变焦光学系统技术领域，尤指一种基于PDMS基片的消球差连续变焦微型液芯柱透镜系统。

背景技术

可调焦透镜作为一种重要的光学元件，在光通信、光学成像及Lab-On-a-Chip等光学领域都有广泛的应用。随着光学技术的蓬勃发展，传统的固体变焦器件逐渐难以满足日益增加的微型化、集成化的现代光学技术发展的需求，因此液体变焦透镜成为近年来的研究热点。目前，国内外研制的液体变焦透镜主要包含3种类型：基于电润湿效应的可变焦透镜、基于聚合物分散液晶的可变焦透镜和充液型可变焦透镜。前两种方法都需要电压控制，且电润湿效应需要较高的驱动电压，工艺复杂，而液晶的通光率较差、光学失真较大。而充液型可变焦透镜具有调节方式多样、焦距变化大等优点。本发明通过在双胶合透镜中填充不同折射率的溶液，实现透镜系统焦距的连续平滑变化，属于第三种类型的液体变焦透镜。

球差的存在是影响单色光照射下液体变焦透镜成像质量的最重要的因素。Mishra等人通过施加静电力将准球形光学界面重塑为非球面界面，达到消球差的目的，但其结构复杂、操作困难。Fuh等人采用两层不同厚度的聚氯乙烯薄膜来补偿球差，虽然该方法调校范围较大，但球差校正效果有限。提出本发明之前，我们尝试通过配曲的方法校正液芯变焦透镜的球差(孙丽存,普小云,孟伟东等,中国发明专利ZL 201310412166.X[P]；Licun Sun,Chao Du,Qiang Li et al.,Asymmetric liquid-core cylindrical lens used tomeasure liquid diffusion coefficient[J],“Applied Optics”，2016,55(8)，2011-2017)，但只能对某一特定焦距值起到好的消球差效果，一旦偏离该焦距，球差迅速增大。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种基于PDMS基片的消球差连续变焦微型液芯柱透镜系统来解决上述背景技术中提出的问题。该系统在整个变焦范围内都具有良好消球差效果且具有体积微小，操作方便，稳定性好等优点。具体如下：

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于PDMS基片的消球差连续变焦微型液芯柱透镜系统，包括埋入PDMS基片的双胶合柱透镜及双凸柱透镜，所述双胶合柱透镜中注入液芯，所述双胶合柱透镜右侧的PDMS基片内埋有双凸柱透镜，所述PDMS基片左侧面粘贴宽度为2.80mm的光阑。

进一步的，所述PDMS基片为一长方体，尺寸为13.2mm×6.0mm×2.0mm。

进一步的，所述的双胶合柱透镜管壁外半径R为3.00mm，内半径r为2.00mm，高度h为2.00mm，由H-LAK3玻璃制成，所述双胶合柱透镜前壁与PDMS基片前壁的间距为0mm。

进一步的，所述双凸柱透镜前后表面的曲率半径分别为R凸1＝15.70mm，R凸2＝-6.00mm，厚度为3.00mm，高度h为2.00mm，所述双凸柱透镜前表面与双胶合柱透镜后壁密接，所述双凸柱透镜后表面与PDMS基片后壁的间距为0mm。

进一步的，所述双胶合柱透镜中注入不同浓度的溶液，形成液芯，耗液量约为25μL。

本发明具有以下有益效果：