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電潤濕透鏡(electrowetting liquid lens)-變焦原理
利用介質上電潤濕,制作由微小液滴組成的變焦透鏡,其基本原理如圖1所示。置于疏水絕緣薄膜上的微液滴,未加電壓時,由于表面張力作用,液滴與疏水絕緣層的初始接觸角較大,液面曲率大,平行光經過液滴時將發生折射而會聚于一點圖1(a),此時,液滴形成的透鏡焦距較短;當在液滴與電極間施加一定電壓時,由于介質上電潤濕(EWOD)效應,液滴的接觸角將減小,液面的曲率也隨之減小,入射光線經液滴后將會聚于較遠的點,即微液滴透鏡的焦距增大了圖1(b)可見,在保證液滴接觸角不出現飽和條件下,根據EWOD效應,通過調節電極上所施加電壓的大小,就可改變液滴液面曲率的大小,從而實現調節透鏡焦距的目的。
利用幾何光學的觀點,透鏡焦距為
f =-r /nL-nV (1.1)
其中,r 為液滴曲面的半徑;nL 為液滴折射率;nV 為外環境折射率。
液滴體積為 Ω =-?πh2(3r-h) (1.2)
其中,h 為液滴頂點距介質表面的距離。利用幾何關系有
h =(1-cosθ )r (1.3)
聯立式(1.1 )~式( 1.3),透鏡焦距為
f 3 =3Ω / π(1-cosθ )(2-cos2θ-cosθ )(nL-nV ) (1.4)
由式(1.4)可知,對固定體積Ω的液滴,在接觸角不出現飽和的情況下,焦距f 隨接觸角θ 的改變而變化,反之亦然。
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