[实用新型]一种液态菲涅尔透镜

说明书

本实用新型涉及光学透镜技术领域，尤其涉及一种液态菲涅尔透镜，包括透明底面、光学液体和振荡发生器，所述透明底面上表面具有光学液体，所述振荡发生器呈环形结构设置于所述透明底面的上表面外缘；所述振荡发生器通过与之连接的波纹调制系统将所述光学液体调制为环状曲面；所述波纹调制系统包括上位机、下位机和模拟调制电路，所述上位机用于将菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波并将简谐波的相位、频率和振幅参数以数字形式发往所述下位机。本实用新型通过对振荡波形的调制，改变液体波面的光线折射路径，达到光学液体透镜“自由调焦”的效果，实现了一种低成本、大光学口径、可电控调焦的光学透镜。

技术领域

本实用新型涉及光学透镜技术领域，尤其涉及一种液态菲涅尔透镜。

背景技术

菲涅尔透镜又称螺纹透镜，镜片表面一侧为光面，另一侧刻录了由小到大的同心圆。它的设计思路是假定一个透镜的折射仅发生在光学表面，在保留透镜表面曲度的前提下尽可能减少光学材料的使用。一块典型的菲涅尔透镜的曲面可视为由一个连续曲面分割而成，保留不同分段的曲率连续但曲面不连续。相比传统透镜，菲涅尔透镜可以制作的很薄，适合满足大孔径透镜和高曲率透镜的需要。

传统的光学透镜依靠材料加工中产生的光学曲面对光的传播方向进行改变，改变原有光束的焦点。透镜一旦加工定型，光学曲面和焦点都无法改变，不可对焦点进行运行时调制。液态透镜是一种可解决光学透镜运行时调制问题产生的技术，现有液态透镜主要依靠改变夹在上下覆膜中的液滴曲率实现光学焦点调制（如CN111812801A，CN111812801A），受液体表面张力和重力的影响，很难增大光学口径。

正是基于上述原因，本实用新型提出一种液态菲涅尔透镜。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液态菲涅尔透镜，实现了一种低成本、大光学口径、可电控调焦的光学透镜。

为了实现本实用新型的目的,本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型公开了一种液态菲涅尔透镜，包括透明底面、光学液体和振荡发生器，所述透明底面上表面具有光学液体，所述振荡发生器呈环形结构设置于所述透明底面的上表面外缘；所述振荡发生器通过与之连接的波纹调制系统将所述光学液体调制为环状曲面；

所述波纹调制系统包括上位机、下位机和模拟调制电路，所述上位机用于将菲涅尔透镜曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波并将简谐波的相位、频率和振幅参数以数字形式发往所述下位机；所述下位机为MCU，所述MCU包括用于相位调制的激励时钟控制、数字脉宽控制和电压放大控制，所述数字脉宽控制通过MCU的引脚发送数字脉宽调制信号进行频率调制，所述电压放大控制通过调幅电路进行幅度调制，所述MCU将合成的波束信号输入到所述振荡发生器。

所述调幅电路包括依次连接的DA转换器、第一固定电阻、三极管、可调电阻和第二固定电阻，所述DA转换器与所述述数字脉宽控制相连，所述第二固定电阻与振荡发生器相连。

一种液态菲涅尔透镜波纹调制方法，包括如下步骤，

步骤S1,在上位机中将设定的二维菲涅尔透镜函数曲面经傅里叶变换分解为一组简谐波函数；

步骤S2，将频率、振幅、相位等参数发送到下位机中；

步骤S3，通过激励时钟控制、PWM和电压放大控制分别对应激励波的相位调制、频率调制和幅度调制；

步骤S4，分解出的每一个波函数由单独的下位机通道输出，经数模转换和放大后加和输出到振荡发生器；振荡发生器工作激励光学液体表面产生的波纹重构成液态菲涅尔透镜。

本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型的液态菲涅尔透镜厚度较薄，适于制造大口径透镜的优点，更比传统的菲涅尔透镜增加了实时可调的属性；