CN110286428A - 一种基于pdms膜的液体透镜 - Google Patents

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宋潮龙
杨宇轩
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Abstract

本发明提供一种基于PDMS膜的液体透镜，包括基座、PDMS膜和活塞组件，所述基座上表面上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽之间设有连通孔，所述第一凹槽和所述第二凹槽内充满透明光学液体，所述基座上表面上设有PDMS膜，所述PDMS膜盖住所述第一凹槽和所述第二凹槽，所述活塞组件设置于所述基座上并包围所述第一凹槽开口，所述活塞组件对所述第一凹槽上的PDMS膜施一竖直方向上的力。本发明的有益效果是：采用活塞装置对第一凹槽孔上的PDMS膜施加压力，使第二凹槽上的PDMS膜凸起形成透镜表面，其焦距可根据对活塞的压力大小调节所述透镜焦距，且该液体透镜结构紧凑，操作简单，焦距变化范围可从负值到正值逐渐变化。

Description

一种基于PDMS膜的液体透镜
技术领域
本发明涉及液体透镜，具体涉及一种基于PDMS膜的液体透镜。
背景技术
目前大量使用的传统的变焦透镜系统，其基本原理是将若干具有固定焦距的镜头组合在一起，利用机械装置来调节透镜相对位置，从而实现系统的焦距可变。这种系统存在的缺点比较多，比如，难以实现小型化、机械磨损严重、调焦精度不断降低、使用寿命不长并且制作成本较高。传统的变焦系统难以应用在对系统的大小与变焦能力有着严格要求的场合，比如医疗、通讯等领域的内窥镜、机器人视觉等。液体镜头变焦的基本原理是从人眼自动调焦功能而得，人类之所以能够很容易看清不同远近的物体，是因为人眼中的睫状肌改变了晶状体的曲率，从而改变人视觉系统的焦距。液体镜头参考人眼改变焦距的原理，利用某种控制方法来改变镜头对光线的折射能力，实现变焦功能。液体镜头可以很好的弥补传统变焦系统的不足，完成其难以实现的功能，推动变焦系统在微型化发展。
现有液体透镜通常通过外加电压改变液滴的形状，进而改变其焦距，然而目前这种液体透镜通常较为庞大且笨重，成本高，且液体曲率控制不够精确，导致焦距变化难以控制。因此急需要一种机构简单，便于操作、变焦精确且易于小型化，通用性良好的液体透镜。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的实施例提供一种基于PDMS膜的液体透镜，包括基座、PDMS膜和活塞组件，所述基座上表面上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽底部为透明材质，所述第一凹槽和第二凹槽均上端均用PDMS膜密封，所述第一凹槽和所述第二凹槽连通，所述第一凹槽和所述第二凹槽内充满透明光学液体，所述活塞组件包括活塞筒和活塞板，所述活塞筒设置于所述基座上，所述活塞筒下端包围所述第一凹槽开口，所述活塞板可滑动设置于所述活塞筒内，所述活塞板与所述活塞筒内壁密封连接，所述活塞板用于向上移动使所述第一凹槽上的PDMS膜凸起，所述第二凹槽上的PDMS膜凹陷形成凹透镜面，所述活塞板用于向下移动使所述第一凹槽上的PDMS膜凹陷，所述第二凹槽上的PDMS膜凹陷形成凸透镜面。
进一步地，所述活塞板、所述活塞筒和所述第一凹槽上的PDMS膜形成密封腔，所述密封腔内充满液体或气体。
进一步地，所述第一凹槽和所述第二凹槽之间设有连通孔，所述连通孔用于连通第一凹槽和所述第二凹槽。
进一步地，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为圆柱盲孔。
进一步地，所述活塞筒为中空圆筒体，所述活塞筒与所述第一凹槽同轴设置。
进一步地，所述基座两侧面设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔连通所述第一凹槽，所述第二通孔连接第二凹槽。
进一步地，所述活塞板上设有压力控制装置，所述压力装置用于对所述活塞板施加一竖直方向的力并控制力的大小。
进一步地，所述透明光学液体为去离子水。
进一步地，所述PDMS膜的厚度为0.1-100mm。
本发明的有益效果是：采用活塞装置对第一凹槽孔上的PDMS膜施加压力，第一凹槽中透明光学液体进入第二凹槽中，使第二凹槽上的PDMS膜凸起形成透镜表面，其焦距可根据对活塞的压力大小调节所述透镜焦距，且该液体透镜结构紧凑，操作简单，焦距变化范围可从负值到正值逐渐变化。
附图说明
图1为本发明一种基于PDMS膜的液体透镜的整体结构示意。
图2为本发明一种基于PDMS膜的液体透镜的剖面结构示意图。
图3为本发明一种基于PDMS膜的液体透镜的工作原理图。
图中：1-基座，11-第一凹槽，12-第二凹槽，13-连通孔，14-第一通孔，15-第二通孔，2-PDMS膜，3-活塞组件，31-活塞筒，32-活塞板，4-透明光学液体，5-密封腔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
如图1所示，一种基于PDMS膜的液体透镜，包括基座1、PDMS膜2和活塞组件3。
如图2所示，所述基座1为长方体，所述基座1上表面上设有第一凹槽11和第二凹槽12，本实施例中，所述第一凹槽11和第二凹槽12均为圆柱盲孔，所述第二凹槽12底部为透明材质，所述第一凹槽11和第二凹槽12均上端开口，所述第一凹槽11和所述第二凹槽12相邻设置且具有间隔，所述第一凹槽11和所述第二凹槽12之间设有连通孔13，所述连通孔13使所述第一凹槽11和所述第二凹槽12内的空腔处于连通状态。
所述第一凹槽11和所述第二凹槽12内充满透明光学液体4，本实施例中，所述透明液体4为去离子水，所述基座1两侧面上分别设有第一通孔14和第二通孔15，所述第一通孔连通所述第一凹槽11，所述第二通孔15连通第二凹槽12，填充所述透明液体至所述第一凹槽11和所述第二凹槽12时，所述第一通孔14和第二通孔15中其中一通孔用于填充所述透明光学液体4，另一通孔用于排气，所述透明光学液体4填充完成后，所述第一通孔14和第二通孔15封闭。
所述基座1上表面上设有PDMS膜2，本实施例中，所述PDMS膜2厚度为0.1-100mm，最佳为0.5mm，所述PDMS膜2固定于基座1上，所述PDMS膜2盖住所述第一凹槽11和所述第二凹槽12，并将所述透明光学液体4密封于所述第一凹槽11和所述第二凹槽12内，所述活塞组件3包括活塞筒31和活塞板32，所述活塞筒31固定设置于所述基座1上，所述活塞筒31为中空圆筒体，所述活塞筒31下端包围所述第一凹槽11的开口，所述活塞筒31与所述第一凹槽11同轴设置，所述活塞板32可滑动设置于所述活塞筒31内，所述活塞板32与所述活塞筒31内壁密封连接，所述活塞板32、所述活塞筒31和所述第一凹槽11上的PDMS膜2形成密封腔5，所述密封腔5内充满气体或液体，本实施例中，所述密封腔5内充满气体，所述活塞板32上设有一压力控制装置(图中未画出)，所述压力控制装置用于对所述活塞板32施加一竖直方向上的力，并控制力的大小。
如图3所示，本发明一种基于PDMS膜的液体光学透镜的工作原理具体如下：压力控制装置对所述活塞板32施加向下的压力，所述活塞板32在所述活塞筒31内向下移动，压缩所述密封腔5内的气体，所述气体下压所述第一凹槽11上的PDMS膜2，使其向下凹陷，所述第一凹槽11的部分透明光学液体4通过连通孔13进入所述第二凹槽12内，使所述第二凹槽12上的PDMS膜2向上突起，形成凸透镜面，整个装置形成液体平凸透镜，调节所述压力控制装置对所述活塞板32的压力的大小，使所述第二凹槽12上的PDMS膜2向上突起的程度变化，从而调节所述液体平凸透镜焦距；同样地，所述压力控制装置对所述活塞板32施加向上的拉力，此时所述第一凹槽11上的PDMS膜2向上凸起，使所述第二凹槽11上的PDMS膜2下凹，此时整个装置形成液体平凹透镜，调节所述压力控制装置对所述活塞板32，使所述第二凹槽12上的PDMS膜2向下凹陷的程度变化，从而调节所述液体平凹透镜焦距。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：包括基座、PDMS膜和活塞组件，所述基座上表面上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽底部为透明材质，所述第一凹槽和第二凹槽均上端均用PDMS膜密封，所述第一凹槽和所述第二凹槽连通，所述第一凹槽和所述第二凹槽内充满透明光学液体，所述活塞组件包括活塞筒和活塞板，所述活塞筒设置于所述基座上，所述活塞筒下端包围所述第一凹槽开口，所述活塞板可滑动设置于所述活塞筒内，所述活塞板与所述活塞筒内壁密封连接，所述活塞板用于向上移动使所述第一凹槽上的PDMS膜凸起，所述第二凹槽上的PDMS膜凹陷形成凹透镜面，所述活塞板用于向下移动使所述第一凹槽上的PDMS膜凹陷，所述第二凹槽上的PDMS膜凹陷形成凸透镜面。
2.根据权利要求1所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述活塞板、所述活塞筒和所述第一凹槽上的PDMS膜形成密封腔，所述密封腔内充满液体或气体。
3.根据权利要求1所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述第一凹槽和所述第二凹槽之间设有连通孔，所述连通孔用于连通第一凹槽和所述第二凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述第一凹槽和所述第二凹槽均为圆柱盲孔。
5.根据权利要求4所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述活塞筒为中空圆筒体，所述活塞筒与所述第一凹槽同轴设置。
6.根据权利要求1所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述基座两侧面设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔连通所述第一凹槽，所述第二通孔连接第二凹槽。
7.根据权利要求1所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述活塞板上设有压力控制装置，所述压力装置用于对所述活塞板施加一竖直方向的力并控制力的大小。
8.根据权利要求1所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述透明光学液体为去离子水。
9.根据权利要求1所述的一种基于PDMS膜的液体透镜，其特征在于：所述PDMS膜的厚度为0.1-100mm。
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