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电润湿透镜(electrowetting liquid lens)-变焦原理

作者: 发布时间:2022-08-30 10:11:36点击:975

       利用介质上电润湿,制作由微小液滴组成的变焦透镜,其基本原理如图1所示。置于疏水绝缘薄膜上的微液滴,未加电压时,由于表面张力作用,液滴与疏水绝缘层的初始接触角较大,液面曲率大,平行光经过液滴时将发生折射而会聚于一点图1(a),此时,液滴形成的透镜焦距较短;当在液滴与电极间施加一定电压时,由于介质上电润湿(EWOD)效应,液滴的接触角将减小,液面的曲率也随之减小,入射光线经液滴后将会聚于较远的点,即微液滴透镜的焦距增大了图1(b)可见,在保证液滴接触角不出现饱和条件下,根据EWOD效应,通过调节电极上所施加电压的大小,就可改变液滴液面曲率的大小,从而实现调节透镜焦距的目的。

   电润湿透镜变焦原理4.jpg

       利用几何光学的观点,透镜焦距为

f =-r /nL-nV                 (1.1)

其中,r 为液滴曲面的半径;n为液滴折射率;n为外环境折射率。

液滴体积为                               Ω =-⅓πh²(3r-h)           (1.2)                                                      

其中,为液滴顶点距介质表面的距离。利用几何关系有

=(1-cosθ )r              (1.3)

       联立式(1.1 )~式( 1.3),透镜焦距为

 f ³ =3Ω / π(1-cosθ )(2-cos²θ-cosθ )(nL-n)                  (1.4)                                                                  

由式(1.4)可知,对固定体积Ω的液滴,在接触角不出现饱和的情况下,焦距f 随接触角θ 的改变而变化,反之亦然。

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