基于IPMC薄膜驱动的可变焦微透镜的研究

基于电活性聚合物驱动的可变焦微透镜所需电压通常在千伏,严重限制了其在便携式设备中的应用。本文设计了一种低电压驱动的可变焦微透镜,透镜采用离子聚合物金属复合材料(IPMC)薄膜作为驱动结构,以柔性聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为透镜主体,实现了低驱动电压下的大变焦范围。为进一步优化微透镜可变焦范围,利用有限元仿真软件对驱动器结构参数、圆环垫片厚度、临界面曲率等部分进行了仿真研究,确定微透镜各组件的最佳结构尺寸。仿真结果表明：利用IPMC薄膜作为驱动结构,可变焦微透镜在驱动电压为1-3V时,变焦范围为42.77-1518.14cm,驱动电压远低于电活性聚合物驱动的变焦微透镜,这种驱动电压小焦距范围广的特点使其具有很高的应用前景。     

充液型可调双焦微透镜的设计与仿真

可调双焦微透镜由底部的含有内外薄膜的PDMS主体结构和包含出入液口的PDMS盖片组成。微透镜可以通过紫外光刻、软光刻工艺制得。使用ANSYS仿真得到PDMS内外薄膜在不同压强下的变形图,然后利用ZEMAX仿真得到透镜的内外焦距、焦距差和光线追迹图、成像图。上述设计与仿真将为可调双焦微透镜的实际应用提供理论依据。由于微透镜的主光轴平行于基底,便于与其他光学器件集成,可广泛应用于微流检测、光镊等领域。     

液晶偏振变焦透镜组合设计

具有可变焦能力的透镜在成像、传感和检测等领域扮演着重要角色。本文通过研究液晶偏振透镜的光学特性,设计出多点变焦的液晶偏振透镜变焦系统。液晶偏振透镜是一种利用液晶分子指向矢(光学各向异性轴)特定的空间排列,产生特定几何相位差从而达到波前控制效果的光学器件,对于左/右旋圆偏振光分别表现为正/负透镜效果。利用液晶偏振透镜的偏振特性及液晶分子受电场调制的性质,本文设计出由一片普通正透镜、一片可调谐液晶波片和两片液晶偏振透镜组成的液晶偏振变焦透镜组合,在特定的偏振入射光下,可以实现7个焦距的改变。同时,通过优化透镜焦距、间隔等参数,可以使变焦透镜组合实现等间隔变焦等功能。实验结果显示,在633nm圆偏振光下,利用自主制备的液晶偏振透镜组成的液晶偏振变焦透镜组合系统成功实现了7个焦距的变焦功能,同时变焦距离基本符合预期且部分焦距(前6个)实现了等间隔分布,充分验证了利用液晶偏振透镜实现多点变焦的可行性。     

可调液晶微透镜研究进展

可调液晶微透镜是一种基于电光效应来改变其折射率空间分布的新型变焦微透镜,在微光学系统和微光机电系统中具有广阔的应用前景。简要介绍了可调液晶微透镜的基本结构,分析了其焦距调控的工作原理。阐述了可调液晶微透镜的研究现状,并指出了可调液晶微透镜研究的发展趋势。     

变焦距镜头的凸轮优化设计

变焦距镜头由于其固有特点而得到越来越广泛的应用，目前，连续变焦的变焦距镜头普遍采用机械补偿型光学结构，其中的特定光学透镜组通过凸轮的驱动沿光轴连续移动，从而实现连续变焦，其可变组元数大多为二组或更多。变焦凸轮的优化是这现变焦距镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的关键，军用变焦距镜头尤其应考虑其变焦运动的平滑性和变焦过程的快速性。简述某二可变组元机械补偿型变焦距镜头的凸轮优化方法，给出适合不同凸轮数据点数和二可变组无变焦距镜头光学设计使用的Macro-PLUS凸轮优化宏程序主体。     

流式细胞仪系统中液体变焦透镜的设计与制作

以聚二甲基硅烷(PDMS)为基础,设计制作了一种 封闭式液体变焦透镜。通过对PDMS薄膜形变情况 的仿真分析,利用Matlab数学建模与ANSYS结构仿真,得到薄膜形变结果,确定了合理的透 镜腔体结构。 在制备工艺上,首先利用SU-8模型制作了PDMS透镜腔,再使用混合PDMS制作出腔体的盖片 ;然后将两部 分进行表面处理后键合,注射填充液、完成二次封装;最后对透镜的表面形变和焦距变化进 行了测试,根 据测试结果绘制了焦距-磁通量曲线。测试中,在磁通量从200mT到 600mT的过程中,焦距 由22.0mm变为20.2mm。 结果表明,以本文方法制作变焦透镜,可以简化工艺步骤,降低制造成本,减小整体体积, 焦距可控,有着更好的密封性,受外界环境干扰小。     

圆锥双液体变焦光学系统的研究

基于圆锥结构的双液体变焦透镜,以无穷远物体成像为例,深入分析了无机械运动的圆锥双液体变焦光学系统在满足焦距改变和像面保持不变两个基本要求时,其相关参数必须满足的条件,并给出了相应的关系表达式。在此基础上,通过数值逼近的办法计算了该光学系统在外加电压作用下满足以上两个基本要求时可以达到的变焦范围。设计的无机械运动变焦透镜系统的变焦范围比较宽,并且系统的焦距值可以根据实际需要通过选择不同焦距的固定透镜满足相应的要求。     

辐射电场型压电薄膜实验研究

介绍一种新型的辐射式场压电薄膜(RFD).该薄膜在柔性薄膜(Kapton)上印制螺旋电极并对称粘结在PZT压电陶瓷薄片两侧,加载电压后,螺旋电极产生辐射式电场,驱动PZT压电陶瓷片产生径向变形.通过对RFD压电薄膜性能实验的研究,结果表明驱动电压和频率是影响膜片变形的主要参数;在 400 V、5 Hz的正弦波驱动下,RFD压电薄膜可获得最大位移.该文制作的压电膜片具有变形稳定,性能稳定可靠和易控制等优点.     

Ni-Mn-Ga铁磁性形状记忆薄膜研究进展

Ni-Mn-Ga合金兼有铁磁性和形状记忆效应,有望成为继压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材料。但是由于合金脆性较大,难以切割,限制了其在微机电系统中的应用。系统阐述了薄膜的化学成分、组织结构、相转变、形状记忆效应及其影响因素,指出目前Ni-Mn-Ga合金薄膜研究中,各个元素对性能影响的探索存在不足,制备出的薄膜主要存在磁性能、磁致应变量偏低以及磁致形状记忆效应不可逆等缺点。可以通过调整薄膜化学成分、热处理工艺、膜厚或者元素替换来提高薄膜的性能。     

基于FPGA的压电陶瓷驱动电源的设计与研究

压电陶瓷(PZT)微位移器是近年发展起来的新型微位移器件,其具有体积小,推力大,精度高等特点,驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件.该文通过研究直接数字频率合成技术(DDS)及任意波形发生器的相关技术,采用现场可编程逻辑器件(FPGA)与单片机相结合的模式成功设计了PZT驱动电源.测量结果表明,所设计的驱动电路输出电阻小,负载能力大,电路结构简单可靠,响应速度快,有良好的动态性能.     

光学胶膜液体可变焦微透镜阵列

微透镜阵列在光束匀化、波前测量、集成成像等领域有广泛应用。设计了一种基于光学胶膜(Optically Clear Adhesive, OCA)的液体可变焦微透镜阵列。采用矩形排列的硅微孔阵列控制单个透镜的孔径和排布,并以OCA光学胶膜和去离子水作为微透镜阵列的塑形材料。通过调整微流体腔内液体注入的体积实现对透镜焦距从1.46~10.44 mm的调整。依据聚焦与成像实验证实了微透镜阵列具有良好的均匀性。最后,将该微透镜阵列应用于激光光束匀化整形,通过一对微透镜阵列实现了光束匀化整形。进一步通过固定一对微透镜阵列的间距实现匀化光斑尺寸在7.2~8.4 mm内可调,为匀化光斑尺寸可调提供了新思路。     

压电驱动电源快速放电回路的研究

为提高压电陶瓷驱动的高压精密微流量阀的频响及微流量输出控制精度,针对压电陶瓷驱动电源不能在断电后将压电陶瓷中的极化电荷迅速释放的缺点,该文在研究压电陶瓷驱动电源的过程中,设计并实现了一种新型快速放电回路,在驱动信号切断后,可快速对压电陶瓷进行放电,使其恢复初始状态,且其放电时间达到毫秒级.在完成快速放电同路特性仿真的基础上,利用所设计的压电陶瓷驱动电源及快速放电同路,对8 mm×8 mm×20 mm、电容为2.3 μF的压电陶瓷进行了驱动与快速放电试验测试,结果表明,该电源的快速放电特性,可有效提高压电驱动微流量阀流量的控制精度及流量阀的频率响应特性.     

陶瓷材料

0019805(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3陶瓷 A 位二价金属离子取代的研究[刊]/马晋毅//压电与声光.-2000,22(4).-253～255(L)0019806低波纹度快速响应压电陶瓷驱动电源的研制[刊]/周亮//压电与声光.-2000,22(4).-237～239(L)压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件。文章提出了一种新的压电陶瓷驱动电源结构,并开发研制了新的压电陶瓷驱动电源,该电源采用     

主光轴平行于基底的微透镜阵列设计与制作

用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光刻工艺实现了一种主光轴平行于基底的微透镜阵列。首先对微透镜形成过程中的PDMS薄膜受力和变形情况进行了分析,并采用有限元分析方法对不同压力、不同厚度的薄膜变形情况进行了模拟,确定了合理的微透镜腔体结构;然后利用SU-8负模制作了PDMS微透镜腔体,将腔体与盖片进行了密闭封装,通过一定的压力向其注入紫外固化光学胶成型了微透镜阵列;最后使用自制装置对微透镜阵列的聚焦效果进行了测试。结果表明,提出的制作方法简单易行、成本低廉和焦距可控,而且易与其它的微系统集成到同一芯片。     

压电陶瓷致动器驱动电源的研究

根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求,利用高压运放设计研制了一种新型的驱动电源,通过对压电驱动器的实验研究表明,其具有精度高、性能稳定、分辨率高、纹波小和电路结构简单等优点,能够满足微定位系统中压电陶瓷驱动器的控制需要。     

智能结构微位移测试及数值分析

对在压电陶瓷驱动下复合材料悬臂梁的静态变形及控制进行了试验研究.首先测试了复合材料基体和压电陶瓷片的材料常数;然后通过实验求得上下表面对称粘贴有分布式压电驱动器的复合材料悬臂梁静态位移与驱动电压间的非线性关系,所得结果与开发的4节点有限元计算结果相吻合.结果表明,利用压电陶瓷驱动器可对结构的微位移进行驱动,从而实现结构的精确定位.     

以PZT薄膜为驱动和传感的微型陀螺研制

利用压电陶瓷PZT的正反压电位效应,将PZT薄膜同时作为驱动及传感材料,设计并制造了两种新颖的以IC兼容技术制作在硅片上的压电薄膜微型陀螺。高质量的PZT薄膜是在Pt/Ti/SiO2/Si基底上以溶胶－凝胶技术铺设的。基于反压电效应,微型陀螺在其谐振频率上被输入的交流信号驱动,由其正压电效应,可检测到与转动角速度成正比的输出信号。文章分别介绍了两种微型陀螺的设计原理,详述了制作方法,并对制出的压电微型陀螺进行了检测,得到了的结果与预测结果相符。     

基于PDMS薄膜的微透镜制作方法

提出了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜的软模压印制作微透镜的方法。首先,采用具有钝化层的普通硅片作为基底加工出PDMS薄膜;然后,将薄膜粘于刻有对应孔径的硅模板上,薄膜在负压作用下产生凹陷,滴入快速固化的光固化树脂,固化后得到反向的模具作为制备微透镜结构的母板;最后,通过两次复制模具的方法,在PDMS上得到和母板一致的微透镜。实验测试了微透镜的厚度、焦距和成像效果,结果表明所得微透镜具有良好的表面形貌和聚光效果。这种制作方法可以极大地缩短微透镜的加工时间,并降低成本,为制作微透镜提供了一种简捷的方法。     

基于液晶微透镜的自适应红外焦平面探测器

液晶微透镜是一种新型光学器件.通过改变驱动电压,可以灵活快捷地改变其通光孔径、焦距和波前等.设计并得到了一种面阵液晶微透镜器件,讨论了通过将此面阵液晶微透镜与红外焦平面探测器的混合集成,得到具有自适应功能的红外焦平面探测结构.分析了该混合探测结构的性能特点及应用方向.     

压电微位移致动器的研制及其应用

文章是以光纤光栅传感系统中匹配FBG光纤解调为背景展开研究的,对压电陶瓷的材料特性、压电陶瓷驱动电源的软硬件设计和压电微位移致动在匹配FBG光纤解调中的应用等问题进行了探讨,开发了实用的压电微位移致动器。针对压电陶瓷的容性负载特性,提出了驱动电源的设计方案,完成了驱动电源软硬件设计,构建了直流稳压电路、PA78组成的混合放大电路。实验表明,所研制的压电微位移致动器具有良好性能,可应用于光纤光栅传感系统的匹配FBG光纤解调中。