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柔性变焦透镜发展现状

贾书海 唐振华 董君 陈花玲

贾书海, 唐振华, 董君, 陈花玲. 柔性变焦透镜发展现状[J]. 中国光学, 2015, 8(4): 535-547. doi: 10.3788/CO.20150804.0535
引用本文: 贾书海, 唐振华, 董君, 陈花玲. 柔性变焦透镜发展现状[J]. 中国光学, 2015, 8(4): 535-547. doi: 10.3788/CO.20150804.0535
JIA Shu-hai, TANG Zhen-hua, DONG Jun, CHEN Hua-ling. Recent advances in flexible variable-focus lens[J]. Chinese Optics, 2015, 8(4): 535-547. doi: 10.3788/CO.20150804.0535
Citation: JIA Shu-hai, TANG Zhen-hua, DONG Jun, CHEN Hua-ling. Recent advances in flexible variable-focus lens[J]. Chinese Optics, 2015, 8(4): 535-547. doi: 10.3788/CO.20150804.0535

柔性变焦透镜发展现状

doi: 10.3788/CO.20150804.0535
基金项目: 国家自然科学基金委员会与中国民航局联合资助项目(No.U1233116);陕西省工业攻关计划资助项目(No.2014K07-02);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(No.20120201110032)
详细信息
    通讯作者:

    贾书海(1969—),男,陕西咸阳人,博士,教授,博士生导师,2000年于西安交通大学获博士学位,主要从事智能光电传感技术、智能化光机电一体化技术等方面的研究。E-mail:shjia@mail.xjtu.edu.cn

    唐振华(1989—),男,重庆人,硕士研究生,2014年于重庆大学获学士学位,主要从事智能化光机电一体化技术研究。E-mail:zhtangy@163.com

    董君(1991—),男,安徽安庆人,硕士研究生,2014年于四川大学获学士学位,主要从事光学测量方面的研究。E-mail:1531430253@qq.com

    陈花玲(1954—),女,陕西韩城人,博士,教授,博士生导师,1990年于西安交通大学获得博士学位,主要从事智能材料与结构、机械振动与噪声控制理论与技术等方面的研究。E-mail:hlchen@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TH74;O435

Recent advances in flexible variable-focus lens

  • 摘要: 本文从基于力致变形(机械传动)驱动和基于电致变形(智能材料)驱动两方面分析了柔性变焦透镜(FVFL)的发展现状。通过归纳和分析发现:柔性变焦透镜均存在温度、重力对稳定性的影响。传统力致变形驱动的柔性变焦透镜变焦范围大,但响应速度慢,不易微型化设计;电致变形驱动的柔性变焦透镜响应速度快、结构紧凑。改善变焦透镜成像质量、降低驱动电压是目前柔性变焦透镜的研究热点。探索新颖的驱动方式,研究低功耗、智能化变焦系统将是柔性变焦透镜的主要发展趋势。
  • 图  1  变焦透镜结构示意图

    Figure  1.  Side view of the liquid lens cell

    图  2  力润湿透镜及其工作原理

    Figure  2.  Principle diagram of mechanical-wetting lens

    图  3  伺服驱动的弹性体变焦透镜

    Figure  3.  Elastomeric lenses driven by servo motor

    图  4  流控变焦透镜示意图

    Figure  4.  Schematic of meniscus/Biconvex lens optical system

    图  5  多腔变焦透镜结构示意图

    Figure  5.  Schematic drawing of a three-chamber lens

    图  6  液压驱动仿生电子眼示意图及实物图

    Figure  6.  Diagram of hydraulic drive bionic electronic eye

    图  7  普通气压驱动透镜结构示意图及实物图

    Figure  7.  Schematic drawing of pneumatic lens

    图  8  Wei Zhang等提出的热气压变焦透镜示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of lens based on thermopneumatic actuator proposed by Wei Zhang

    图  9  June Kyoo Lee等人提出的热气压驱动变焦透镜

    Figure  9.  Lens with thermopneumatic actuator proposed by June Kyoo Lee

    图  10  气压驱动超材料变焦透镜阵列

    Figure  10.  Tunable metamaterial lens array

    图  11  折射面膜厚不等的变焦透镜原理示意图

    Figure  11.  Principle diagram of double-sided fluidic lens

    图  12  电磁驱动变焦透镜结构及其变焦原理

    Figure  12.  Structure and principle diagram of electromagnetically actuated tunable lenses

    图  13  电磁驱动的仿生光学系统示意图

    Figure  13.  Schemaitc of electromagnetically actuated biomimetic optical system

    图  14  压电驱动单腔变焦透镜

    Figure  14.  Single lenses driven by piezoelectric actuator

    图  15  压电驱动双腔变焦透镜

    Figure  15.  Double chamber varifocus lens deiven by piezoelectric actuator

    图  16  IPMC驱动的变焦透镜原理

    Figure  16.  Principle diagram of VFLL driven by IPMC

    图  17  Eamex公司IPMC驱动的变焦镜头

    Figure  17.  Lenses driven by IPMC(Eamex)

    图  18  水凝胶驱动的变焦透镜

    Figure  18.  Lenses driven by hydrogels

    图  19  DEA变焦透镜

    Figure  19.  Lenses driven by DEA

    图  20  EAP驱动的变焦透镜

    Figure  20.  Lenses driven by EAP actuator

    图  21  DE驱动的变焦透镜

    Figure  21.  Lenses driven by annular DE

    图  22  基于DEA泵的变焦透镜

    Figure  22.  Liquid lens based on DEA

    图  23  DE驱动变焦透镜

    Figure  23.  Liquid lens driven by DE

    表  1  手动可调变焦透镜对比

    Table  1.   Comparison of commercially manually actuated tunable lenses

    Company Holichip(America) Optotune(Switzerland)
    Product
    APL-1050

    ML-20-35
    Actuation principle Mechanical Manually tunable Mechanical Manually tunable
    Aperture/mm 14.2 20
    Tunable range/mm +20—>+1 000 -40—+40
    下载: 导出CSV

    表  2  力致变形驱动的柔性变焦透镜主要性能参数对比

    Table  2.   Main performance parametrs comparison of mechanical variable-focus lenses

    Ref.(type) Tuning concept Aperture/mm Tunable range/mm U/I Response time/ms
    10 Mechanical +∞~+15 or -33~-∞
    25 Mechanical 20 +32.6~+34.9
    23 Hydraulic pressure 26 +500~+∞
    30 Hydraulic pressure 1 +35~+250
    31 Hydraulic pressure 8 +191~+808
    32 Hydraulic pressure -40~-5 and +5~40
    43 Hydraulic pressure +71.50~+21.20
    44 Hydraulic pressure +17~+1
    19 Pneumatic +10~+58
    35 Thermo-pneumatic 2 +∞~4 12 mA 30
    34 Thermo-pneumatic 2 +15~+3 5 V 32
    22 Electromagnetic 5 -∞~-130 or 45~+∞ ~1.3
    39 Electromagnetic 5 +5.35~+22.73 10 V
    40 Electromagnetic +17.3~+24.5 35 mA 0.16
    45 Electromagnetic 3 +28.5~+4.8 3 A
    42(EL-10-30) Electromagnetic 10 +20~+140 5 V <2.5
    下载: 导出CSV

    表  3  电致变形驱动柔性变焦透镜的主要参数对比

    Table  3.   Main parameters comparison of electrostrictive variable-focus lenses

    Ref. Tuning concept Aperture/mm Tunable range/mm U/I Response time/ms
    11 DEA 2 +4~+8 1.7 kV
    44 DEA 7.6 +22.73~+16.72 4 kV 60
    58 IPMC 4 4 V 8 000
    62 Hydrogels -17.4~+8.0±0.4
    63 Hydrogels 2.4 +8~+60
    66 EAP 2.4 +∞~+10 000 0.04 kV 20
    69 DEA 5 +25.4~+105.2 1.0 kV
    70 DEA 8 15 000~50 000 1.8 kV
    71 PDMS 4 +16.1~+13.1 0.9 kV
    72 DEA 5 20% 3.5 kV 0.175
    73 Piezoelectric 5 +52.4~-70.9 ±40 V 24
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-05-13
  • 录用日期:  2015-06-10
  • 刊出日期:  2015-01-25

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