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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

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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]. , 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]. , 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

doi:10.37188/CO.2022-0209
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(°)
    4 6 4 14.04
    8 26.57
    10 36.87
    4 6 6 9.46
    6 8
    8 10
    4 6.14 4 15.00
    7.22 6
    8.29 8
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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)
    1 40 14.04 100
    2 50 26.57 350
    3 60 37.87 500
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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)
    1 40 14.04 100 15.675 1.0960
    2 40 26.57 350 15.720 1.0188
    3 40 37.87 500 16.405 0.1252
    4 50 14.04 350 20.940 0.4160
    5 50 26.57 500 12.990 0.9975
    6 50 37.87 100 15.235 0.6485
    7 60 14.04 500 21.040 0.2000
    8 60 26.57 100 12.220 1.2202
    9 60 37.87 350 11.250 0.1814
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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
    A B C
    k1 0.747 0.571 0.988
    k2 0.687 1.079 0.539
    k3 0.534 0.318 0.441
    R 0.213 0.760 0.547
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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
    A B C
    k1 15.933 19.218 14.377
    k2 16.388 13.643 15.970
    k3 14.837 14.297 16.812
    R 1.552 5.575 2.435
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  • 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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