基于超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的液體變焦透鏡機(jī)理研究.pdf

1、傳統(tǒng)的光學(xué)變焦系統(tǒng)需要大量的透鏡做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，工藝復(fù)雜成本高，新型光學(xué)變焦系統(tǒng)不僅不需要做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而且可以減小體積，適用于更多的領(lǐng)域，液體透鏡就是這種新型的變焦透鏡之一。近年來液體透鏡發(fā)展迅速，目前已有電濕潤(rùn)、液晶、液壓和超聲驅(qū)動(dòng)等液體變焦透鏡的研究。超聲振動(dòng)變焦透鏡具有響應(yīng)速度快、變焦范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，本文對(duì)超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)液體變焦透鏡的機(jī)理進(jìn)行了研究。本文的研究工作主要包括以下三個(gè)方面:
　　首先，本文設(shè)計(jì)了一種超聲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的變焦透鏡

2、，這種變焦透鏡由壓電陶瓷、透光薄膜和液體組成。建立了透鏡的理論模型，從聲學(xué)基礎(chǔ)理論上分析了這種透鏡在壓電陶瓷徑向振動(dòng)和縱向振動(dòng)時(shí)液體內(nèi)部產(chǎn)生的壓強(qiáng)。并研究了液體-空氣分界面上的壓強(qiáng)分布對(duì)液體的表面曲率半徑的影響，從理論上分析了這種變焦透鏡的機(jī)理。研究表明不同振動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)下液體表面曲率半徑變化的機(jī)理不同，當(dāng)壓電陶瓷徑向振動(dòng)時(shí)在液體表面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中心小邊緣大的壓強(qiáng);當(dāng)壓電陶瓷縱向振動(dòng)會(huì)使薄膜彎曲振動(dòng)在液體表面產(chǎn)生一個(gè)中心大邊緣小的壓強(qiáng)。

3、r>　　然后，使用ANSYS有限元仿真分析圓環(huán)壓電陶瓷不同諧振頻率點(diǎn)的振動(dòng)方式，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。使用壓強(qiáng)傳感器測(cè)量液體．空氣分界面上的壓強(qiáng)，與理論分析結(jié)果相比較，從而驗(yàn)證理論的準(zhǔn)確性揭示了此透鏡的變焦機(jī)理。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了在輸入不同驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)液體表面位移的分布情況，表明輸入電壓的不同可以改變液體透鏡的焦距。
　　最后，搭建實(shí)驗(yàn)光路，通過圖像處理的方法計(jì)算得到這種透鏡在兩種不同振動(dòng)方式下不同輸入電壓的焦距變化。同時(shí)根據(jù)透鏡成像的結(jié)果對(duì)該