[发明专利]一种动态校正液体透镜球差的非等厚膜结构的设计方法

说明书

本发明属于自适应光学器件领域，具体公开了一种动态校正液体透镜球差的非等厚膜结构的设计方法，包括以下步骤：(1)优化非等厚膜结构的面型；(2)优化非等厚膜结构的中心膜厚：利用液体透镜对该非等厚膜造成的不同程度的形变调整焦距，仿真得到与一个中心膜厚相对应的非等厚膜在目标焦距变化范围内的一系列球差值；基于不同中心膜厚下的一系列球差值，获得优化后的非等厚膜结构的中心膜厚；(3)构建非等厚膜结构，从而得到动态校正液体透镜球差的非等厚膜结构。本发明通过对设计方法的整体流程设置、关键面型及膜厚参数的优化方式等进行改进，可以合理设计非等厚膜的初始面型以及上下两底面的中心膜间距，动态的实现对液体透镜球差的校正功能。

技术领域

本发明属于自适应光学器件领域，更具体地，涉及一种动态校正液体透镜球差的非等厚膜结构的设计方法，该设计方法可得到新型的、适用于动态校正液体透镜球差的非等厚膜结构。

背景技术

液体透镜作为一种自适应光学器件，由于其无需调节机械位移就能实现变焦的功能，得到了研究人员的广泛关注。

液体透镜可以通过两种不相溶的液体之间形成液—液曲面，从而具有折射光的功能；而另外的一种方法是通过使用液体与PDMS膜的组合，根据注入液体量的不同来实现膜的变形，从而实现折射透镜的效果。由于液体透镜具有变焦的功能，无需很多组合透镜，可以应用于医学诊断与科学研究中如：医用的内窥镜，显微镜，相机。

在成像光学中，成像质量显得尤为重要，由于单透镜本身存在一定的像差，尤其是其中球差的部分，传统固体光学透镜往往通过多个透镜的组合来实现整体像差的校正。而液体透镜在变焦的过程中相当于一个单透镜，如何通过对液体透镜的结构设计来实现其像差的校正显得十分关键。

现有的文献中，有许多关于液体透镜像差校正的报道，如文献《Tunable liquid-filled lens integrated with aspherical surface for spherical aberrationcompensation》中，制作一个沟槽，上面覆盖PDMS膜，下底面设计一个固体非球面的轮廓，通过注入液体，使得PDMS膜发生形变，实现焦距的变化，而下底面的非球面固体轮廓可以对特定焦距的球差进行校正，从而实现了对液体透镜的静态校正过程。它相当于使整体的球差曲线进行平移，对于校正点附近的焦距范围有所减小，但是其它部分也会引入较大球差，所以不能实现动态的校正过程。

也有文献想通过研究非等厚膜边缘与中心处厚度之间的关系来找到最佳的非球面面型，如文献《Spherical aberration free liquid-filled tunable lens withvariable thickness membrane》中利用PDMS非等厚膜，通过确定初始的压强与中心膜厚和边缘膜厚，优化其膜厚表达式的其余参数，从而找到一个初始的非球面作为初始面型结构。但是其初始面型是根据形变的理论去选取，而且初始面型的光学性能不一定很好，并且不能明确的知道优化焦距，另外它对于液体与非等厚膜的折射率也需要比较好的匹配，要求更为苛刻，忽略了下底面形变的影响。

再比如文献《Surface profiling of an aspherical liquid lens with avaried thickness membrane》使用的是非等厚膜来对来实现一个对球差进行校正的液体透镜，通过研究上表面为不同曲率半径的球面与下底面组合来寻找相对较好的校正效果。由于其非等厚膜的上表面是球面的结构，所以其校正的效果相对提升不高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种动态校正液体透镜球差的非等厚膜结构的设计方法，其中通过对设计方法的整体流程设置、关键面型及膜厚参数的优化方式等进行改进，将一种新型的非等厚膜设计方案与液体透镜结合，合理设计非等厚膜的初始面型以及上下两底面的中心膜间距，可以通过加压使得膜变形，动态的实现对液体透镜球差的校正功能。