一文了解液體變焦透鏡

研制液體透鏡的一個首要問題就是透鏡的光軸穩(wěn)定性。透鏡面的形狀在電壓作用下會發(fā)生變化。所以穩(wěn)定住透鏡的光軸，才不致在變焦過程中影響成像。固體透鏡能夠通過機械部分很好地調(diào)節(jié)透鏡的光軸，但液體透鏡卻不能這樣對光軸進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果液體透鏡的透鏡面發(fā)生變化，液體與容器之間的摩擦力就會增大，同時透鏡面就很可能變得不對稱，所以必須使液體透鏡的光軸能夠自動調(diào)節(jié)，以避免其在變焦過程中發(fā)生變化。最理想的方法就是合理設(shè)計透鏡結(jié)構(gòu)。如圖2所示，當(dāng)液體的光軸處于理想位置時，透鏡中液體的勢能最小，這時若透鏡光軸發(fā)生變化，液體勢能增加，多余的勢能會使液體自身運動，直到液體勢能最小時為止，即透鏡具有光軸自動調(diào)節(jié)的作用。圖3所示的兩種情況都是液滴光軸偏離容器軸線的情況，如同屋檐上的水滴在重力作用下下落一樣。第一種情況(圖3上部)，液滴會下落而不會自動調(diào)整至與容器光軸重合這種穩(wěn)態(tài);第二種情況(圖3下部)，液滴則可恢復(fù)這種穩(wěn)態(tài)，可見容器的形狀對于液滴的自我調(diào)整有決定性的影響。

二、液體變焦透鏡的變焦原理

由于電解液與油滴之間互不相溶，在不加電壓時，液體交界面在表面張力的相互作用下自然形成一層對稱的透鏡膜，透鏡此時的焦距是固定的;當(dāng)對透鏡施加電壓時，在電場的作用下，接觸面之間的電量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生一種使原有的表面張力之間不再平衡的外力，在外力作用下達(dá)到新的平衡，從而改變透鏡面的曲率半徑，進(jìn)而改變透鏡的焦距。外加電壓不同，兩種液體及液體與器壁之間達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的表面張力就不同，人們通過調(diào)整外加電壓來改變液體交界面的曲率，并進(jìn)而改變液體透鏡的焦距。這種電壓對焦距的調(diào)節(jié)正是以電濕潤過程為基礎(chǔ)實現(xiàn)的。容器內(nèi)有三個接觸面需要考慮，一是金屬電極和電解質(zhì)之間的接觸面，二是油狀物和電解質(zhì)之間的接觸面(即透鏡面)，三是金屬電極和油狀物之間的接觸面，在這三個接觸面之間都存在著表面張力，透鏡面的形狀正是由這三個表面張力的大小決定的，電濕潤現(xiàn)象改變了這三個力的大小，使其重新達(dá)到平衡，進(jìn)而控制了透鏡面的形狀。在沒有加電壓之前，透鏡面和電極之間的接觸角H0是很小的，主要由三個接觸面的張力決定，即

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