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彈性膜透鏡(elastic membrance lens)-變焦原理
變焦原理
PDMS彈性膜被用來作為液體透鏡的邊界。根據透鏡結構,PDMS液體透鏡可分為兩類。
第一類如圖1(a)所示,透鏡單元和儲液槽分開,中間有一個或兩個導管相連。這種結構的外圍構架是不可變形的,通常使用的彈性膜平而薄。透鏡的另一個邊界可以是固定平面基底或是固體曲面基底,也可以是膜。
另一類如圖1(b)所示,透鏡腔與儲液槽在集成的一個單元內,所以不需要導管。至少一個透鏡的邊界采用彈性膜。透鏡邊界可以是平面或曲面。中央區域作為透鏡孔徑,周圍區域作為儲液槽,單元周邊的外表面采用彈性橡膠(或膜)。在釋放狀態,彈性膜是平的。液體的體積可在透鏡腔和儲液槽之間重新分配,隨著透鏡腔內液體的增加與減少,改變透鏡的形狀,改變透鏡焦距。
設想彈性膜是平的,其處于釋放狀態,改變透鏡腔內的液體體積將迫使彈性膜形變。如圖2(a)所示,當液體被泵入透鏡腔時,膜將鼓起。相反,如圖2(b)所示,當液體被泵出透鏡腔時,膜將下凹。
根據幾何光學的觀點,當彈性膜以球形重塑的時候,透鏡的焦距f可表示為
f =Rv÷(1-nE )+(nL-nE )Rv/Rf
其中,Rv 為變化的曲率半徑,Rf 為固定的曲率半徑,nE 為彈性體折射率,nL 為填充物折射率。當膜連續形變時,膜的曲率半徑Rv 有減小的趨勢,所以透鏡焦距有減小的趨勢。通常隨著液壓的增加,透鏡分辨率增加,直到達到最大值。繼續增大液壓將引起膜的嚴重形變和大像差,分辨率下降。
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