CN114325896A - 一种径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种径向伸缩‑拱型放大结构的变焦透镜及其工作方法，该自适应变焦透镜包括框体以及沿着光轴依次堆叠并紧密连接的压电材料、第一玻璃、有机薄膜和第二玻璃，压电材料的极化方向是沿厚度或者径向方向，当压电材料的上下表面施加激励电压后，压电材料和第一玻璃边部固定在框体上，其中心部分会随压电材料产生垂直于表面的上下运动与变形，最终带动自适应变焦透镜产生相应的拱起或者凹陷，进而形成凹透镜或凸透镜，随外加电场增大，自适应变焦透镜的曲率半径随之改变，最终使得自适应变焦透镜的焦距发生改变；所述自适应变焦透镜结构简单紧凑、制作简单、即时对焦、高光轴稳定性、极低功耗、输出位移大、不存在液体且无电磁干扰。

Description

一种径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜及其工作方法

技术领域

本发明属于光学元器件技术领域，具体涉及一种径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜及其工作方法。

背景技术

光学透镜是光学一个成熟的分支，在许多不同的科学领域做出了重要的贡献，包括显微学、光束导向、光通信、天文学和眼科等。随着科技的进步，传统光学镜头因其结构复杂、体积庞大、且存在电磁干扰等缺点无法满足人们的需求，自适应变焦透镜引起了人们的广泛关注和重视。自适应透镜通过各种各样的驱动方式(如力、热、电)改变透镜的折射率分布或曲率半径从而实现焦距的调节。例如，液晶透镜容易制作微透镜阵列，但焦距相对较小；电润湿透镜的波前误差很小，但变焦速度慢；介质弹性体驱动的自适应透镜尺寸大、响应时间慢、工作电压高(>1kV)；以上这些缺陷限制了自适应变焦透镜的实际应用。在各种驱动机构中，压电驱动方式因其低成本、低功耗、响应速度快和执行精度高等优点应用前景广阔。

现在研究者们设计的基于逆压电效应的自适应变焦透镜主要是液体透镜，有效实现在施加电信号的状态下使得压电材料发生伸缩形变改变液体的形貌(公开号CN102879900 A)或者使压电材料内部产生径向的超声场从而改变液体的折射率(CN109031484 A)，进而改变液体透镜的焦距，在光通信、成像、光束成形与控制、光显示等诸多领域有广泛的应用。但是，现在采用的基于逆压电效应的自适应变焦透镜存在以下问题：(1)因为存在中间液体层，为了防止液体蒸发和泄漏等问题，需要透镜的整体结构装配尺寸控制精度要求极高，导致整体结构的制备工艺复杂，不适合大规模生产，增加成本；(2)液体会存在重力影响使得光轴不稳定，以及易受到外界温度与压力的影响，最终造成图像失真等问题，需要强大的算法来改善成像质量，最终造成整体器件制造复杂、体积庞大、机械不稳定等若干难题而不能满足智能化、微型化的应用需求；(3)为了增强输出性能(位移或焦距调节范围)，需要对压电自适应变焦透镜施加较高的电压，从而限制了其的实际应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于逆压电效应的径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜，解决现有基于压电驱动的液体透镜存在的结构复杂、制作精度要求高、以及易受到外界环境条件的干扰、整体尺寸过大、工作电压太高、液体蒸发和泄漏、光轴不稳定和图像失真等问题，具有结构简单紧凑、制作简单、即时对焦、高光轴稳定性、极低功耗、输出位移大、不存在液体、无电磁干扰高等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，包括框体以及沿着光轴依次堆叠并紧密连接的压电材料、第一玻璃、有机薄膜和第二玻璃，压电材料、第一玻璃、有机薄膜以及第二玻璃的中心保持同心，压电材料中心开设一个圆形孔，压电材料和第一玻璃的边缘与框体连接，压电材料的两个面均设置电极，有机薄膜采用柔性透明材料，框体采用刚性材料。

压电材料采用单片压电单晶材料、单片压电陶瓷材料、多片压电单晶材料堆叠或者多片压电陶瓷材料堆叠。

压电材料均沿着厚度极化或者沿径向极化。

压电材料为压电片、压电薄膜、压电块或压电堆。

当压电材料为压电堆结构时，压电材料包含多个压电单晶片，多片压电单晶片沿着厚度方向叠加布置，两个相邻的压电片之间的电极呈叉指电极结构布置；且多个压电片之间为电学并联和串联方式连接。

第一玻璃和第二玻璃采用光学玻璃，有机薄膜采用PDMS凝胶、ClearFlex 50胶水或硅橡胶。

压电材料、第一玻璃、有机薄膜以及第二玻璃依次粘接，压电材料和第一玻璃的边缘与框体粘接。

压电材料的外缘为正多边形，框体采用金属或PMMA。

本发明所述自适应变焦透镜的工作方法，包括长度伸缩模式和厚度剪切模式，具体如下：

(1)压电材料在长度伸缩模式下，压电材料极化方向为厚度方向，压电材料的上下表面施加激励电压后，通过d₃₁压电工作模式激发压电材料长度伸缩模式振动，压电材料沿着径向方向会产生较大的伸缩变形；对于厚度极化压电材料，将压电材料分为上下两部分，上部分工作电压与极化方向相同，工作在伸长状态下，下部分工作电压与极化方向相反，其工作在缩短状态；

(2)压电材料在剪切模式下，压电材料极化方向为径向方向，压电材料的上下表面施加激励电压，通过d₁₅压电模式激发压电材料厚度剪切模式振动，其上下表面产生向上或向下的剪切运动；对于厚度极化压电材料，压电材料均工作在相同的向上或向下剪切运动模式；

压电材料的长度伸缩模式或者厚度剪切模式下，迫使其中心部分产生垂直于压电材料表面的较大位移运动，所述位移运动传递至第一玻璃，第一玻璃中心部分产生垂直于压电材料表面的较大位移运动，实现上下弯曲变形带动有机薄膜产生相应的拱起或者凹陷，形成凹透镜或凸透镜。

通过改变压电材料层数或激励电压的大小改变凹透镜或凸透镜的焦距。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供了一种基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜。所述自适应透镜工作在谐振频率下，与传统自适应变焦透镜(基于介电弹性体驱动的自适应变焦透镜和基于压电材料驱动的自适应变焦透镜)相比，其响应速度快且输出位移大；所述自适应变焦透镜工作电压低，且可调焦距范围大，具有超高可调焦距灵敏度；所述自适应变焦透镜对外界环境条件不敏感，不存在外界温度、压力以及重力的影响，因此，不需要复杂的校准程序；所述自适应变焦透镜工作电压电流均比较小，其具有极低的功耗；所述自适应透镜在其使用寿命期间性能稳定，寿命长等优点。

附图说明

图1为本发明的一种基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜结构示意图；

图2是本发明的基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜的结构爆炸视图；

图3是本发明的基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜未加电压时的结构示意图；

图4是本发明的基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜施加正电压时形成平凸透镜的结构示意图；

图5是本发明的基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜施加负电压时形成平凸透镜的结构示意图；

图6是本发明的一种基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜施加负电压时形成平凸透镜的仿真示意图，其中(a)为轴侧示意图，(b)为侧视图；

图7是本发明的一种基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜施加负电压时形成平凸透镜的仿真示意图，其中(a)为轴侧示意图，(b)为侧视图；

图8是单层厚度极化压电单元电学结构示意图；

图9是双层厚度极化压电单元电学并联结构示意图；

图10是多层厚度极化压电单元电学并联结构示意图；

图11是双层厚度极化压电单元电学串联结构示意图；

图12是多层厚度极化压电单元电学串联结构示意图；

图13是单层径向极化压电单元电学结构示意图；

图14是双层径向极化压电单元电学并联结构示意图；

图15是多层径向极化压电单元电学并联结构示意图；

图16是双层径向极化压电单元电学串联结构示意图；

图17是多层径向极化压电单元电学串联结构示意图；

图18是基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的双层自适应变焦透镜结构示意图；

图19是本发明所制备实物结构尺寸；

图20是本发明实物的测试结果，其中(a)所示小信号阻抗谱图；(b)所示不同频率下(5Vpp)中心点位移；(c)所示在谐振频率工作不同电压下中心点位移；(d)所示自适应变焦透镜的焦距随电压的变化情况。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例仅是应用本发明的典型范例，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本发明提供的基于逆压电效应的新型径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜，包括其结构如图1所示，框体1、压电材料2、第一玻璃3、有机薄膜4、第二玻璃5；其中压电材料2中心开设一个圆形孔；第一玻璃3夹于压电材料2和有机薄膜4之间；第二玻璃5与置于有机薄膜4正下方；压电材料2、第一玻璃3、有机薄膜4和第二玻璃5的中心保持同心；将压电材料2和第一玻璃3的边部固定在框体1上。

框体1采用刚度比较大且不易变形固体材料，作为示例，框体1可采用金属或PMMA，可以采用3D打印成型的材料。

压电材料2可以由单片压电单晶材料如铌锌酸铅-钛酸铅单晶(PZN-PT)、铌镁酸铅-钛酸铅单晶(PMN-PT)或铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅单晶(PIN-PMN-PT)也可以采用单片压电陶瓷材料如铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷(PMN-PT)、锆钛酸铅陶瓷(PZT)、铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷(PIN-PMN-PT)或铌锌酸铅-钛酸铅陶瓷(PZN-PT)含铅压电陶瓷或酸钡(BT)基、铌酸钾钠(KNN)基、钛酸铋钠(BNT)基、锆钛酸钡钙(BCZT)基等无铅压电陶瓷构成，还可以多片压电单晶或者压电陶瓷构成。

压电材料2均沿着厚度极化或者沿径向极化，工作时沿厚度方向加电压。

压电材料2工作时沿厚度方向加电压，压电材料2的上表面设置有上电极，下表面设置有下电极。上电极和下电极可以采用高温丝网印刷银电极、磁控溅射Au电极或者常温丝网印刷银电极。

如图1所示，压电材料2为环形体、回字形结构，可为薄圆环、薄方环。

如图1所示，压电材料2为压电片、压电薄膜、压电块或压电堆。

当压电材料为压电堆结构时，压电材料2包含多个压电单晶片(至少两片)，多片压电单晶片沿着厚度方向叠加布置，两个相邻的压电片之间的电极呈叉指电极结构布置(叉指电极结构用于内部电极引出)；且多个压电片之间为电学并联和串联方式连接。其结构如图8到图17所示，从而可以实现输出位移放大以及降低工作电压的效果。其中图8和图13为单层压电材料，其中图9、图11、图14、图16所示为双层压电材料，图10、图12、图15、图17为多层压电材料。其中图8、图9和图10为压电材料沿着厚度极化并联结构示意图；图11和图12为压电材料沿着厚度极化串联结构示意图；图13、图14和图15为压电材料沿着径向极化的并联结构示意图；图16和图17为压电材料沿着径向极化的并联结构示意图。

两个相邻的压电单晶片通过环氧树脂粘接在一起。

第一玻璃3和第二玻璃5可采用透明玻璃。

有机薄膜4是柔性透明材料即可，可采用PDMS(Polydimethylsiloxane聚二甲基硅氧烷)凝胶、ClearFlex 50胶水、硅橡胶等透明有机高分子材料。

所述自适应变焦透镜的各个部件装配均采用环氧树脂等粘结剂粘结而成，在预应力的加载条件下完成各组件的装配和粘结剂的固化步骤。

所述压电材料与第一玻璃之间、所述第一玻璃与有机薄膜之间、所述有机薄膜与第二玻璃之间、以及压电材料和第一玻璃的边部与框体边部均通过粘结剂粘结而成，可采用紫外固化胶水封装。

所述自适应变焦透镜的压电部分工作模式可以分为长度伸缩模式和厚度剪切模式，具体如下：

(1)压电材料在长度伸缩模式下，压电材料极化方向为厚度方向，当压电材料的上下表面施加激励电压后，通过d₃₁压电工作模式成功激发压电材料长度伸缩模式振动，压电材料会沿着径向方向会产生较大的伸缩变形；对于多层厚度极化压电元件(至少两片)，将所有压电元件分为两部分(上下部分)，上部分工作电压与极化方向相同，使其工作在伸长状态下，下部分工作电压与极化方向相反，使其工作在缩短状态。并且，可以进一步放大输出位移并且降低工作电压；

(2)压电材料在剪切模式下，压电材料极化方向为径向方向，当压电材料的上下表面施加激励电压后，通过d₁₅压电模式成功激发压电材料厚度剪切模式振动，其上下表面产生向上或向下的剪切运动；对于多层厚度极化压电元件(至少两片)，所有压电元件均工作在相同的向上或向下剪切运动模式；

在上述两种工作模式下，由于压电材料边部固定在框体上，所以通过压电材料的长度伸缩模式或者厚度剪切模式迫使其中心部分产生垂直于压电材料表面的较大位移运动。

所述自适应变焦透镜的压电部分带动玻璃产生变焦效果，是指由于压电材料和第一玻璃是用胶水粘在一起的，振动就会传递到第一玻璃上，压电材料和第一玻璃边部固定在框体上，最终激发所述自适应变焦透镜的新型径向伸缩-拱型振动模式，其中心部分产生垂直于压电材料表面的较大位移运动，实现了上下弯曲变形，由此带动有机薄膜产生相应的拱起或者凹陷，从而形成凹透镜或凸透镜，自适应变焦透镜拱起或者凹陷随外加电场的增大而增大，其曲率半径随之改变，最终使得自适应变焦透镜的焦距发生改变。图3、图4和图5为自适应变焦透镜的结构与工作原理示意图。其施加正负电压形成凸透镜和凹透镜仿真结果如图6和图7所示。

所述自适应变焦透镜的压电部分工作原理可以分为长度伸缩模式和厚度剪切模式，具体如下：

(1)压电材料2在长度伸缩模式下，压电材料2极化方向为厚度方向，当压电材料2的上下表面施加激励电压后，通过d₃₁压电工作模式成功激发了压电材料2长度伸缩模式振动，其会沿着径向方向会产生较大的伸缩变形；

上述基于沿着厚度极化压电材料电学并联结构工作在长度伸缩模式，其两个相邻的压电片之间的电极呈叉指电极结构布置，具体极化方向和工作电压方式如图8、图9和图10所示，对于多层厚度极化压电元件(至少两片)，将所有压电元件分为两部分(上下部分如图10所示)，上部分1工作电压与极化方向相同，使其工作在伸长状态模式，下部分2工作电压与极化方向相反，使其工作在缩短状态；

上述基于沿着厚度极化压电材料电学串联结构工作在长度伸缩模式，两个相邻的压电片之间的电极呈全电极结构布置，其只需要从最上层以及最下层引出正负电压，具体极化方向和工作电压方式如图11和图12所示，对于多层厚度极化压电元件(至少两片)，将所有压电元件分为两部分(上下部分如图12所示)，上部分1工作电压与极化方向相同，使其工作在伸长状态模式，下部分2工作电压与极化方向相反，使其工作在缩短状态。将所有位移叠加起来实现位移放大作用并且降低工作电压；

(2)压电材料2在剪切模式下，压电材料2极化方向为径向方向，当压电材料2的上下表面施加激励电压后，通过d₁₅压电模式成功激发了压电材料2厚度剪切模式振动，其上下表面产生向上或向下的剪切运动；

上述基于沿着径向极化压电材料电学并联结构工作在厚度剪切模式，两个相邻的压电片之间的电极呈叉指电极结构布置，具体极化方向和工作电压方式如图13、图14和图15所示，对于多层厚度极化压电元件(至少两片)，将所有压电元件均工作在向上或向下剪切运动状态。将所有位移叠加起来实现位移放大作用；

上述基于沿着径向极化压电材料电学串联结构工作在厚度剪切模式，两个相邻的压电片之间的电极呈满电极结构布置，其只需要从最上层以及最下层引出正负电压，具体极化方向和工作电压方式如图16和图17所示，对于多层厚度极化压电元件(至少两片)，将所有压电元件均工作在同时向上或向下运动。将所有位移叠加起来实现位移放大作用并且降低工作电压。

在上述两种工作模式下，由于压电材料2边部固定在框体1上，所以通过压电材料2的长度伸缩模式或者厚度剪切模式迫使其中心部分产生垂直于压电材料2表面的较大位移运动。

所述自适应变焦透镜的压电部分2带动玻璃3产生变焦效果，是指由于压电材料2和第一玻璃3是用胶水粘在一起的，振动就会传递到第一玻璃3上，压电材料2和第一玻璃3边部固定在框体1上，最终激发所述自适应变焦透镜的新型径向伸缩-拱型振动模式，其中心部分产生垂直于压电材料2表面的较大位移运动，实现了上下弯曲变形，由此带动有机薄膜4产生相应的拱起或者凹陷，从而形成凹透镜或凸透镜。自适应变焦透镜拱起或者凹陷随外加电场的增大而增大，其曲率半径随之改变，最终使得自适应变焦透镜的焦距发生改变。图3、图4和5为自适应变焦透镜的结构与工作原理示意图。其施加正负电压形成凸透镜和凹透镜仿真结果如图6和图7所示。

实施例1

如图19所示，为实际基于逆压电效应的径向伸缩-拱型放大结构的自适应变焦透镜的结构与尺寸，该结构采用PMMA作为框体，[001]方向极化的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅铅基弛豫铁电单晶单片作为压电单元，两层玻璃作为第一玻璃3和第二玻璃5，中间PDMS薄膜层作为有机薄膜4。测试自适应变焦透镜的小信号阻抗谱，以及谐振频率下施加交流电压下，不同频率下位移、不同电压下位移和不同电压下焦距输出情况如图20所示。其在1kHz到30kHz频率小信号下存在两个谐振峰，分别为4.095kHz和11.765kHz；在0.5kHz到26kHz频率下，5V_pp电压下，可以观察到在谐振响应下，铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅铅基弛豫铁电单晶在该径向伸缩-拱型放大模式的自适应变焦透镜的输出位移最大值为4.22μm(4.3kHz)。在不同电压谐振响应下(4.3kHz)，铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅铅基弛豫铁电单晶在该径向伸缩-拱型放大模式的自适应变焦透镜的输出位移最大值为53.6μm(电压为80V_pp)；其在0-80V_pp电压下，该径向伸缩-拱型放大振动模式的自适应变焦透镜的变焦范围为∞-57.44cm。

曲率半径计算公式：

其中t_g表示玻璃的厚度；t_p表示压电材料的厚度；Y_g表示玻璃的杨氏模量；Y_p表示压电材料的杨氏模量；t₀表示边界面与无应变中性面之间的距离

E为电场。

中心点位移计算公式：

焦距计算公式：

f＝r/(n_g-1) (3)

其中f表示焦距，r表示透镜的曲率半径，n_g表示玻璃薄膜和PDMS薄膜的等效折射率；L_out为压电材料边长，D_in为压电材料通光孔径，α为曲率半径，L₀为径向伸缩-拱型放大结构方法因子(L₀＝L_out--D_in)，其中曲率半径有下面公式计算可得：

r＝(d²/4+D₀ ²)/2D₀ (4)

其中d表示透镜的直径，D₀表示透镜中心的位移。

实施例2

如图18所示，为基于逆压电效应的径向伸缩-拱型放大结构的双层自适应变焦透镜的结构示意图，该结构采用PMMA作为框体，[001]方向极化的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅铅基弛豫铁电单晶单片作为压电单元，两层玻璃分别作为第一玻璃3和第二玻璃5，中间PDMS薄膜层有机薄膜4。将两个完全一致的自适应变焦透镜组装在一起，即可在工作时形成一个双凸透镜，其在0-80V_pp电压下，该径向伸缩-拱型放大振动模式的双层自适应变焦透镜的变焦范围为∞-28.72cm。相比单层自适应变焦透镜，双层自适应变焦透镜可以实现更广泛的变焦范围。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权力要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，包括框体(1)以及沿着光轴依次堆叠并紧密连接的压电材料(2)、第一玻璃(3)、有机薄膜(4)和第二玻璃(5)，压电材料(2)、第一玻璃(3)、有机薄膜(4)以及第二玻璃(5)的中心保持同心，压电材料(2)中心开设一个圆形孔，压电材料(2)和第一玻璃(3)的边缘与框体(1)连接，压电材料(2)的两个面均设置电极，有机薄膜(4)采用柔性透明材料，框体(1)采用刚性材料。

2.根据权利要求1所述的径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，压电材料(2)采用单片压电单晶材料、单片压电陶瓷材料、多片压电单晶材料堆叠或者多片压电陶瓷材料堆叠。

3.根据权利要求1所述的径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，压电材料(2)均沿着厚度极化或者沿径向极化。

4.根据权利要求1所述的径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，压电材料(2)为压电片、压电薄膜、压电块或压电堆。

5.根据权利要求4所述的径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，当压电材料为压电堆结构时，压电材料(2)包含多个压电单晶片，多片压电单晶片沿着厚度方向叠加布置，两个相邻的压电片之间的电极呈叉指电极结构布置；且多个压电片之间为电学并联和串联方式连接。

6.根据权利要求1所述的径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，第一玻璃(3)和第二玻璃(5)采用光学玻璃，有机薄膜(4)采用PDMS凝胶、ClearFlex 50胶水或硅橡胶。

7.根据权利要求1所述的径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，压电材料(2)、第一玻璃(3)、有机薄膜(4)以及第二玻璃(5)依次粘接，压电材料(2)和第一玻璃(3)的边缘与框体(1)粘接。

8.根据权利要求1所述的径向伸缩-拱型放大结构的变焦透镜，其特征在于，压电材料(2)的外缘为正多边形，框体(1)采用金属或PMMA。

9.权利要求1-8任一项所述自适应变焦透镜的工作方法，其特征在于，包括长度伸缩模式和厚度剪切模式，具体如下：

(1)压电材料在长度伸缩模式下，压电材料极化方向为厚度方向，压电材料的上下表面施加激励电压后，通过d₃₁压电工作模式激发压电材料长度伸缩模式振动，压电材料沿着径向方向会产生较大的伸缩变形；对于厚度极化压电材料，将压电材料分为上下两部分，上部分工作电压与极化方向相同，工作在伸长状态下，下部分工作电压与极化方向相反，其工作在缩短状态；

(2)压电材料在剪切模式下，压电材料极化方向为径向方向，压电材料的上下表面施加激励电压，通过d₁₅压电模式激发压电材料厚度剪切模式振动，其上下表面产生向上或向下的剪切运动；对于厚度极化压电材料，压电材料均工作在相同的向上或向下剪切运动模式；

压电材料的长度伸缩模式或者厚度剪切模式下，迫使其中心部分产生垂直于压电材料表面的较大位移运动，所述位移运动传递至第一玻璃，第一玻璃中心部分产生垂直于压电材料表面的较大位移运动，实现上下弯曲变形带动有机薄膜产生相应的拱起或者凹陷，形成凹透镜或凸透镜。

10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，通过改变压电材料层数或激励电压的大小改变凹透镜或凸透镜的焦距。

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