一种流体透镜及其制备方法和制备系统

本发明涉及光学器件，具体而言，涉及一种流体透镜及其制备方法和制备系统。

背景技术：

1、在现代光学应用中，透镜是至关重要的组件之一。传统的透镜通常由固态材料制成，其焦距固定，无法进行快速调节，这限制了透镜的灵活性和适应性；此外，固态透镜的生产过程相对复杂且成本较高；为了解决这些问题，近些年来开发了流体透镜，通过改变流体体积来调整透镜的焦距。

2、流体透镜通过充填流体来取代传统的固态材料，使用机械或电子控制手段改变透镜内部的流体形状和体积，从而实现对透镜焦距的动态调整。这种技术的优势包括成本低、重量轻、易于集成以及能够实现快速自动对焦。然而，流体的行为在特定环境下会难以预测和控制，导致流体透镜的自维形能力、自修复能力和可重复性均较差，进而导致流体透镜的形态不稳定，使流体透镜的产品寿命减少。

技术实现思路

1、本发明所要解决的是在特定环境下流体透镜的自维形能力、自修复能力和可重复性差的问题。

2、为此，本发明提供了一种流体透镜的制备系统，包括：

3、微重力室，为流体透镜的制备提供微重力环境；

4、承载框架，设置于微重力室内，上方开口，以用于作为盛装流体透镜的容器；

5、流体容器，设置于微重力室内，通过导管连通至承载框架；以及

6、驱动装置，设置于微重力室内，连接至流体容器，驱动流体容器内的流体流出至承载框架内或者驱动承载框架内的流体流回至流体容器内。

7、可选地，承载框架的侧壁设有通孔，流体容器通过导管连通至通孔。

8、可选地，承载框架采用硅胶、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

9、可选地，流体容器内设有活塞，驱动装置驱动活塞将流体容器内的流体定量输送至承载框架内。

10、可选地，驱动装置内设有控制系统，用于精确控制活塞的运动方向和位移量进而控制流体的流动量和流动速度，实现流体透镜的表面曲率和焦距的动态调整。

11、本发明还提供了一种流体透镜的制备方法，使用上述的微重力环境下的流体透镜的制备系统，包括以下步骤：

12、s1、创建微重力环境：在微重力室内构建微重力环境；

13、s2、选择承载框架：跟据流体透镜的尺寸选择承载框架；

14、s3、连接装置：驱动装置连接至流体容器，流体容器通过导管连通至承载框架；

15、s4、制备流体透镜：启动驱动装置，驱动装置驱动流体容器内的流体流出至承载框架内，形成流体透镜。

16、可选地，步骤s1之前还包括：

17、s0、预设参数：跟据承载框架的容积、流体透镜的表面曲率和焦距得到流体的流动量，驱动装置内预设流体的流动参数。

18、可选地，步骤s4之后还包括：

19、s5、动态调焦：驱动装置驱动流体容器内的流体流出至承载框架内或者驱动承载框架内的流体流回至流体容器内，实现流体透镜的表面曲率和焦距的动态调整。

20、本发明还提供了一种流体透镜，利用上述的流体透镜的制备方法制备，所述流体透镜用于微重力环境下，包括上方开口的承载框架和容置于所述承载框架内的流体，在微重力环境下，所述流体透镜的流体表面受0.1-0.5g微振动时，能够在20-30s自维形至初始状态；所述流体透镜的流体表面受到直径为1-5mm的凹陷损伤时，能够在30-60s自修复至初始状态。

21、可选地，所述流体透镜的流体为水溶液、油类溶液或金属盐溶液中的一种或多种的混合物

22、与现有技术相比，本发明的一种流体透镜及其制备方法和制备系统的有益效果是：流体透镜在微重力环境中具备优异的自维形特性，当流体透镜受到微振动或冲击时，能够通过流体表面张力及与承载框架之间的附着力快速自行恢复到初始稳定形态，保证透镜光学性能的长期稳定；流体透镜在微重力环境中具备优异的自修复能力，当流体透镜发生裂纹或凹陷等损伤时，在流体表面张力的作用下，流体产生重排，从而将损伤修复，恢复透镜的结构完整性和光学性能，从而降低对维护的需求并延长了产品寿命；通过调节承载框架侧面通孔的数量和直径，可以有效提升流体透镜的制备速度，降低生产成本；驱动装置精确控制活塞的运动方向和位移量，实现流体透镜的表面曲率和焦距的动态调整，无需复杂的机械装置；通过改变承载框架内的流体体积，能够按需制备出具有不同曲率的凸透镜、平面透镜或凹透镜，满足不同的光学应用需求。

技术特征：

1.一种流体透镜的制备系统，其特征在于，包括：

2.跟据权利要求1所述的流体透镜的制备系统，其特征在于，所述承载框架的侧壁设有通孔，所述流体容器通过导管连通至所述通孔。

3.跟据权利要求1所述的流体透镜的制备系统，其特征在于，所述承载框架采用硅胶、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

4.跟据权利要求1所述的流体透镜的制备系统，其特征在于，所述流体容器内设有活塞，所述驱动装置驱动所述活塞将所述流体容器内的流体定量输送至所述承载框架内。

5.跟据权利要求4所述的流体透镜的制备系统，其特征在于，所述驱动装置内设有控制系统，用于精确控制所述活塞的运动方向和位移量进而控制流体的流动量和流动速度，实现所述流体透镜的表面曲率和焦距的动态调整。

6.一种流体透镜的制备方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一项所述的流体透镜的制备系统，包括以下步骤：

7.跟据权利要求6所述的流体透镜的制备方法，其特征在于，步骤s1之前还包括：

8.跟据权利要求7所述的流体透镜的制备方法，其特征在于，步骤s4之后还包括：

9.一种流体透镜，其特征在于，利用权利要求6-8任一项所述的流体透镜的制备方法制备，所述流体透镜用于微重力环境下，包括上方开口的承载框架和容置于所述承载框架内的流体，在微重力环境下，所述流体透镜的流体表面受0.1-0.5g微振动时，能够在20-30s自维形至初始状态；所述流体透镜的流体表面受到直径为1-5mm的凹陷损伤时，能够在30-60s自修复至初始状态。

10.跟据权利要求9所述的流体透镜，其特征在于，所述流体透镜的流体为水溶液、油类溶液或金属盐溶液中的一种或多种的混合物。

技术总结本发明提供了一种流体透镜及其制备方法和制备系统，涉及光学器件技术领域。流体透镜的制备方法，包括以下步骤：创建微重力环境；选择承载框架；连接装置；制备流体透镜：启动驱动装置，驱动装置驱动流体容器内的流体流出至承载框架内，形成流体透镜。流体透镜在微重力环境中具备优异的自维形特性，当流体透镜受到微振动或冲击时，能够通过流体表面张力及与承载框架之间的附着力快速自行恢复到初始稳定形态，保证透镜光学性能的长期稳定；流体透镜在微重力环境中具备优异的自修复能力，当流体透镜发生裂纹或凹陷等损伤时，在流体表面张力的作用下，流体产生重排，从而将损伤修复，恢复透镜的结构完整性和光学性能。技术研发人员：曾成均,冷劲松,刘立武,刘彦菊受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16