一种紧凑二维变焦扫描成像装置

本发明涉及光学成像的，尤其涉及一种紧凑二维变焦扫描成像装置。

背景技术：

1、二维变焦扫描成像装置能够提供物体的详细信息，并调整感兴趣的区域，使物体处于视野中心，在机器人、航空航天、生物医学等领域发挥着至关重要的作用。到目前为止，研究人员已经提出了各种方法实现二维变焦扫描成像。变焦扫描方法包括微机电、伺服电机、压电元件、手动运动等方式进行驱动。而机械变焦扫描方法的焦距变化是通过轴向移动透镜组间的距离实现的，扫描导致系统尺寸大、扫描范围小、响应速度慢，机械磨损严重，难以实现高精度和快速变焦扫描的需求。同时由于工作距离有限，机械驱动的变焦扫描系统中难以插入其他外部光学元件。因此，亟需提出一种响应速度快、变焦角度和扫描角度大的紧凑型二维变焦扫描成像装置。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种紧凑二维变焦扫描成像装置，其变焦范围大、扫描范围大、加工难度小、结构简单、可同时实现变焦扫描。

2、本发明的技术方案是：这种紧凑二维变焦扫描成像装置，其包括：第一平凸透镜(1)、第二平凸透镜(2)、第一alvarez透镜(3)、第二alvarez透镜(4)、第三alvarez透镜(5)、第四alvarez透镜(6)、第一人工肌肉材料(7)、第二人工肌肉材料(8)、第三人工肌肉材料(9)、第四人工肌肉材料(10)、第五人工肌肉材料(11)、第六人工肌肉材料(12)、第一柔性电极(13)、第二柔性电极(14)、第三柔性电极(15)、第四柔性电极(16)、第五柔性电极(17)、第六柔性电极(18)、第一高压电源(19)、第二高压电源(20)；

3、第一平凸透镜安装在第一人工肌肉材料的中心位置，第一柔性电极涂抹在第一人工肌肉材料的上下两侧，第一柔性电极分为x+，x-，y+和y-四个象限，通过第一高压电源分别对第一柔性电极的四个中一个施加电压，使得第一平凸透镜向相应的方向移动；第二平凸透镜安装在第二人工肌肉材料的中心位置，第二柔性电极涂抹在第二人工肌肉材料的上下两侧，第二柔性电极分为x+，x-，y+和y-四个象限，通过第一高压电源分别对第二柔性电极的四个中一个施加电压，使得第二平凸透镜向相应的方向移动；

4、第三柔性电极涂抹在第三人工肌肉材料的上下两侧，第三柔性电极分为y+和y-两个象限，第四柔性电极涂抹在第四人工肌肉材料的上下两侧，柔性电极分为y+和y-两个象限，第一alvarez透镜沿第三柔性电极的涂抹方向安装在第三人工肌肉的下侧，第二alvarez透镜沿第四柔性电极的涂抹方向安装在第四人工肌肉材料的上侧；

5、第五柔性电极涂抹在第五人工肌肉材料的上下两侧，第五柔性电极分为x+和x-两个象限，第六柔性电极涂抹在第六人工肌肉材料的上下两侧，第六柔性电极分为x+和x-两个个象限，第三alvarez透镜沿第五柔性电极的涂抹方向安装在第五人工肌肉材料的下侧，第四alvarez透镜沿第六柔性电极的涂抹方向安装在第六人工肌肉材料的上侧。

6、本发明采用人工肌肉作为驱动，通过偏心的平凸透镜和alvarez透镜实现变焦扫描，由于人工肌肉材料具有结构简单、响应速度快、变形量大的特点，使得该变焦扫描成像装置具有变焦范围大、扫描范围大、加工难度小、结构简单、可同时实现变焦扫描的优点。

技术特征：

1.一种紧凑二维变焦扫描成像装置，其特征在于：其包括：第一平凸透镜(1)、第二平凸透镜(2)、第一alvarez透镜(3)、第二alvarez透镜(4)、第三alvarez透镜(5)、第四alvarez透镜(6)、第一人工肌肉材料(7)、第二人工肌肉材料(8)、第三人工肌肉材料(9)、第四人工肌肉材料(10)、第五人工肌肉材料(11)、第六人工肌肉材料(12)、第一柔性电极(13)、第二柔性电极(14)、第三柔性电极(15)、第四柔性电极(16)、第五柔性电极(17)、第六柔性电极(18)、第一高压电源(19)、第二高压电源(20)；第一平凸透镜安装在第一人工肌肉材料的中心位置，第一柔性电极涂抹在第一人工肌肉材料的上下两侧，第一柔性电极分为x+，x-，y+和y-四个象限，通过第一高压电源分别对第一柔性电极的四个中一个施加电压，使得第一平凸透镜向相应的方向移动；第二平凸透镜安装在第二人工肌肉材料的中心位置，第二柔性电极涂抹在第二人工肌肉材料的上下两侧，第二柔性电极分为x+，x-，y+和y-四个象限，通过第一高压电源分别对第二柔性电极的四个中一个施加电压，使得第二平凸透镜向相应的方向移动；

2.根据权利要求1所述的紧凑二维变焦扫描成像装置，其特征在于：该装置还包括：第一框架(21)、第二框架(22)、第三框架(23)、第四框架(24)、第五框架(25)、第六框架(26)、第七框架(27)、第八框架(28)、第九框架(29)、第十框架(30)、第十一框架(31)、第十二框架(32)；

3.根据权利要求2所述的紧凑二维变焦扫描成像装置，其特征在于：在安装到人工肌肉之后，第一平凸透镜(1)、第二平凸透镜(2)、第一alvarez透镜(3)、第二alvarez透镜(4)、第三alvarez透镜(5)、第四alvarez透镜(6)沿光轴成中心对齐分布。

4.根据权利要求3所述的紧凑二维变焦扫描成像装置，其特征在于：第二平凸透镜的位置使其前焦平面与第一平凸透镜1的后焦平面重合，这样组成无焦系统，经过第一平凸透镜入射的平行光束会从第二平凸透镜中平行射出；若第二平凸透镜偏离光轴的距离为d，那么进入第一平凸透镜的平行光束仍然会从第二平凸透镜平行射出，但会偏离视轴一个角度θ；如果平凸透镜的焦距f和从光轴的平移距离d已知，则确定平行光束偏离的角度θ:

5.根据权利要求4所述的紧凑二维变焦扫描成像装置，其特征在于：第一alvarez透镜和第二alvarez透镜的厚度分别表示为：

6.根据权利要求4所述的紧凑二维变焦扫描成像装置，其特征在于：所述人工肌肉材料为介电弹性体。

7.根据权利要求5所述的紧凑二维变焦扫描成像装置，其特征在于：所述柔性电极为碳黑、碳膏、银纳米线、单壁碳纳米管、或导电凝胶。

技术总结
一种紧凑二维变焦扫描成像装置，变焦范围大、扫描范围大、加工难度小、结构简单、可同时实现变焦扫描。其包括：第一平凸透镜(1)、第二平凸透镜(2)、第一Alvarez透镜(3)、第二Alvarez透镜(4)、第三Alvarez透镜(5)、第四Alvarez透镜(6)、第一人工肌肉材料(7)、第二人工肌肉材料(8)、第三人工肌肉材料(9)、第四人工肌肉材料(10)、第五人工肌肉材料(11)、第六人工肌肉材料(12)、第一柔性电极(13)、第二柔性电极(14)、第三柔性电极(15)、第四柔性电极(16)、第五柔性电极(17)、第六柔性电极(18)、第一高压电源(19)、第二高压电源(20)。

技术研发人员：郝群,陈传训,程阳,刘林,曹杰
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15