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电润湿透镜重复变焦精度指标及其优化方法

黄鹏 杨晓营 陈彬 宋跃

黄鹏, 杨晓营, 陈彬, 宋跃. 电润湿透镜重复变焦精度指标及其优化方法[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(4): 868-877. doi: 10.37188/CO.2022-0209
引用本文: 黄鹏, 杨晓营, 陈彬, 宋跃. 电润湿透镜重复变焦精度指标及其优化方法[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(4): 868-877. doi: 10.37188/CO.2022-0209
HUANG Peng, YANG Xiao-ying, CHEN Bin, SONG Yue. Repeated zoom accuracy index of an electrowetting lens and its optimization method[J]. Chinese Optics, 2023, 16(4): 868-877. doi: 10.37188/CO.2022-0209
Citation: HUANG Peng, YANG Xiao-ying, CHEN Bin, SONG Yue. Repeated zoom accuracy index of an electrowetting lens and its optimization method[J]. Chinese Optics, 2023, 16(4): 868-877. doi: 10.37188/CO.2022-0209

电润湿透镜重复变焦精度指标及其优化方法

基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 72001054);广西科技计划项目(No. AB22035041)
详细信息
    作者简介:

    黄 鹏(1981—),男,湖南衡阳人,博士,副教授,2016年于浙江大学获得博士学位,主要从事机器视觉及新型光学器件方面的研究。E-mail:hp1981hp@sina.com.cn

    杨晓营(1998—),男,广西南宁人,硕士研究生,2020年于桂林理工大学获得学士学位,主要从事新型光学器件方面的研究。E-mail:2225886523@qq.com

    陈 彬(1997—),男,广西博白人,硕士研究生,2021年于桂林理工大学获得学士学位,主要从事新型光学器件方面的研究。E-mail:2085406797@qq.com

    宋 跃(1999—),男,安徽马鞍山人,硕士研究生,2022年于淮阴工学院获得学士学位,现就读于桂林理工大学,主要从事新型光学器件、机器视觉方面的研究。E-mail:1028296135@qq.com

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Repeated zoom accuracy index of an electrowetting lens and its optimization method

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 72001054); Guangxi Science and Technology Program (No. AB22035041)
More Information
  • 摘要:

    借鉴玻璃透镜的研究方法,提出了一种基于统计数据的液体透镜重复变焦精度指标,用于描述其变焦稳定性,并给出了液体透镜设计参数优化及材料优选的实验方法。首先,通过初步实验研究与分析,得到影响液体透镜重复变焦精度的主要影响因素——极性溶液体积、锥度、非极性溶液粘度;其次,以重复变焦精度和变焦范围作为评价指标,发现重复变焦精度与电压的关系不具有单调性,存在先升后降的现象。在此基础上,运用极差分析与综合平衡法,得到各因素的不同影响程度及最优参数组合,采用正交实验法优化设计参数。最后,实验验证了该方法的有效性。实验结果表明,优化后的液体透镜,在150 V电压处,重复变焦精度为0.2 m−1;在0~230 V电压范围内,变焦范围为−15.2~5.85 m−1。结果表明本文所提出的方法基本满足液体透镜变焦稳定可靠、精度高、变焦范围大等要求。

     

  • 图 1  介质上电润湿示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of electrowetting on the medium

    图 2  介电润湿双液体变焦透镜截面图

    Figure 2.  Cross section of a dielectric wetting double liquid zoom lens

    图 3  从主液滴产生的卫星液滴

    Figure 3.  Satellite droplets generated from the primary droplet

    图 4  双液体透镜的变焦迟滞曲线

    Figure 4.  Zoom hysteresis curve of a double liquid lens

    图 5  双液体变焦实验装置

    Figure 5.  Double liquid zoom experimental setup

    图 6  焦度随电压的变化关系图

    Figure 6.  Diagram of focal power as a function of voltage

    图 7  正交实验组重复变焦精度曲线

    Figure 7.  Repeated zoom accuracy curves of orthogonal experiment

    图 8  重复变焦精度随电压变化曲线

    Figure 8.  Repeated zoom accuracy curves as a function of voltage

    表  1  透镜零件尺寸表

    Table  1.   Part size of the lens

    底径
    a (mm)
    顶径
    b (mm)
    高度
    H(mm)
    锥度
    α(°)
    46414.04
    826.57
    1036.87
    4669.46
    68
    810
    46.14415.00
    7.226
    8.298
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    表  2  三因素三水平取值表

    Table  2.   Table of three factors and three levels

    水平因素
    A(ul)B(°)C(mPa.s)
    14014.04100
    25026.57350
    36037.87500
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    表  3  正交实验结果

    Table  3.   Orthogonal experiment results

    序号实验因素实验结果
    A(ul)B(°)C(mPa·s)X(m−1)Y(m−1)
    14014.0410015.6751.0960
    24026.5735015.7201.0188
    34037.8750016.4050.1252
    45014.0435020.9400.4160
    55026.5750012.9900.9975
    65037.8710015.2350.6485
    76014.0450021.0400.2000
    86026.5710012.2201.2202
    96037.8735011.2500.1814
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    表  4  变焦精度极差分析结果

    Table  4.   Range analysis results of zoom accuracy

    水平因素
    ABC
    k10.7470.5710.988
    k20.6871.0790.539
    k30.5340.3180.441
    R0.2130.7600.547
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    表  5  变焦范围极差分析表

    Table  5.   Range analysis for zoom accuracy

    水平因素
    ABC
    k115.93319.21814.377
    k216.38813.64315.970
    k314.83714.29716.812
    R1.5525.5752.435
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-10
  • 修回日期:  2022-11-11
  • 网络出版日期:  2023-02-08

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