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弹性膜透镜(elastic membrance lens)-变焦原理
变焦原理
PDMS弹性膜被用来作为液体透镜的边界。根据透镜结构,PDMS液体透镜可分为两类。
第一类如图1(a)所示,透镜单元和储液槽分开,中间有一个或两个导管相连。这种结构的外围构架是不可变形的,通常使用的弹性膜平而薄。透镜的另一个边界可以是固定平面基底或是固体曲面基底,也可以是膜。
另一类如图1(b)所示,透镜腔与储液槽在集成的一个单元内,所以不需要导管。至少一个透镜的边界采用弹性膜。透镜边界可以是平面或曲面。中央区域作为透镜孔径,周围区域作为储液槽,单元周边的外表面采用弹性橡胶(或膜)。在释放状态,弹性膜是平的。液体的体积可在透镜腔和储液槽之间重新分配,随着透镜腔内液体的增加与减少,改变透镜的形状,改变透镜焦距。
设想弹性膜是平的,其处于释放状态,改变透镜腔内的液体体积将迫使弹性膜形变。如图2(a)所示,当液体被泵入透镜腔时,膜将鼓起。相反,如图2(b)所示,当液体被泵出透镜腔时,膜将下凹。
根据几何光学的观点,当弹性膜以球形重塑的时候,透镜的焦距f可表示为
f =Rv÷(1-nE )+(nL-nE )Rv/Rf
其中,Rv 为变化的曲率半径,Rf 为固定的曲率半径,nE 为弹性体折射率,nL 为填充物折射率。当膜连续形变时,膜的曲率半径Rv 有减小的趋势,所以透镜焦距有减小的趋势。通常随着液压的增加,透镜分辨率增加,直到达到最大值。继续增大液压将引起膜的严重形变和大像差,分辨率下降。
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