平面線圈驅(qū)動(dòng)可變焦液體透鏡技術(shù)研究.pdf

1、可變焦液體透鏡作為近年來出現(xiàn)的一種新型光學(xué)元件，在現(xiàn)代微光學(xué)系統(tǒng)、光通信系統(tǒng)和生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)方面扮演著重要角色。不同于傳統(tǒng)透鏡依靠改變透鏡相對(duì)于光學(xué)傳感器的位置實(shí)現(xiàn)變焦功能，可變焦液體透鏡一般是通過改變透鏡的折射率或液體表面曲率來調(diào)整焦距，是一種全新的變焦方式。基于電磁力驅(qū)動(dòng)的可變焦液體透鏡，因其驅(qū)動(dòng)變焦原理簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、變焦范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，近年來被國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)所關(guān)注。但已報(bào)道的此類可變焦液體微透鏡，由于外部輔助線圈的使用，使得透

2、鏡主體與致動(dòng)部件難以實(shí)現(xiàn)一體化，不易于平面集成，限制了其在微光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　本文針對(duì)電磁力驅(qū)動(dòng)可變焦透鏡主體與致動(dòng)部件一體化的問題，設(shè)計(jì)并制作了一種銅質(zhì)平面螺旋線圈，以此與永磁鐵配合作為透鏡的動(dòng)力源，通過改變接入電流的大小，實(shí)現(xiàn)了透鏡變焦的目的。
　　本文首先詳細(xì)介紹了平面線圈驅(qū)動(dòng)可變焦液體透鏡的結(jié)構(gòu)組成和變焦原理，根據(jù)電磁場(chǎng)的基本理論，研究了平面線圈的電磁場(chǎng)分布規(guī)律，分析了平面線圈與永磁鐵間所產(chǎn)生電磁力的大小與接入

3、電流間的關(guān)系，進(jìn)而建立了透鏡焦距與接入電流間的數(shù)學(xué)模型，對(duì)可能影響透鏡實(shí)際變焦性能的各參數(shù)進(jìn)行了仿真優(yōu)化，從而確定了各參數(shù)值。以此為基礎(chǔ)，研究設(shè)計(jì)了透鏡的制作流程和工藝參數(shù)，將透鏡的制作一分為四，即聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜、SU-8透鏡主體結(jié)構(gòu)、聚甲基丙烯酸甲酯保護(hù)結(jié)構(gòu)以及雙層平面螺旋線圈的制作，待所有部件制作完畢再將其集成組合為一體。論文最后，對(duì)制作的平面線圈驅(qū)動(dòng)的可變焦液體透鏡進(jìn)行了測(cè)試，搭建了測(cè)試平臺(tái)，分別從實(shí)際成像性能、變