Liquid Fresnel lens based on electrowetting effect drive

Xin WANG; You-ran ZHAO; Jin-bo XU; Rong-ying YUAN; Qiong-hua WANG; Chao LIU

doi:10.37188/CJLCD.2022-0154

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Liquid Fresnel lens based on electrowetting effect drive

Electronic Paper Display Technology | 更新时间：2022-08-10

- Liquid Fresnel lens based on electrowetting effect drive
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 37, Issue 8, Pages: 942-947(2022)
- 作者机构：
  
  北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(61927809;62175006)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0154
  CLC： O435.1
- Received：03 May 2022，
  
  Revised：12 May 2022，
  
  Published：05 August 2022
- 稿件说明：
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Xin WANG, You-ran ZHAO, Jin-bo XU, et al. Liquid Fresnel lens based on electrowetting effect drive[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(8): 942-947.
DOI：

Xin WANG, You-ran ZHAO, Jin-bo XU, et al. Liquid Fresnel lens based on electrowetting effect drive[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(8): 942-947. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0154.

摘要

传统的菲涅尔透镜在没有机械移动的情况下，不能进行主动轴向调焦。为了可以更好地将菲涅尔透镜应用于成像、显示、目标跟踪、光伏系统等领域，本文根据菲涅尔透镜的典型结构、基于电润湿效应提出了一种环形腔室的液体菲涅尔透镜。可以通过电压来控制环形腔室内液面的倾斜角度，从而控制光束的偏折方向，实现菲涅尔透镜轴向焦距调节的功能。实验结果表明，本文提出的液体菲涅耳透镜具备轴向调焦的功能，驱动电压约为20 V，饱和电压约为220 V，焦距变化范围为-52~-73 mm。

Abstract

Traditional Fresnel lenses cannot be used for active axial focusing without mechanical movement. In order to better apply the Fresnel lens to imaging， display， target tracking， photovoltaic system， and other fields， we proposed a ring chamber liquid Fresnel lens based on the typical structure of Fresnel lens and electrowetting effect. The proposed lens can be controlled by voltage to change the angle of inclination of the liquid surface within the ring chamber. So the axial focal length can be adjusted by controlling the deflection direction of the beam. The experimental results show that the proposed liquid Fresnel lens has the function of axial focusing. Its driving voltage is about 20 V， saturation voltage is about 220 V， and focal length varies from -52 mm to -73 mm.

关键词

Keywords

references

DAVIS A ， KÜHNLENZ F . Optical design using Fresnel lenses： Basic principles and some practical examples ［J］. Optik & Photonik ， 2007 ， 2 （ 4 ）： 52 - 55 . doi: 10.1002/opph.201190287 http://dx.doi.org/10.1002/opph.201190287

XIE W T ， DAI Y J ， WANG R Z ， et al . Concentrated solar energy applications using Fresnel lenses： A review ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2011 ， 15 （ 6 ）： 2588 - 2606 . doi: 10.1016/j.rser.2011.03.031 http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2011.03.031

LEUTZ R ， SUZUKI A ， AKISAWA A ， et al . Design of a nonimaging Fresnel lens for solar concentrators ［J］. Solar Energy ， 1999 ， 65 （ 6 ）： 379 - 387 . doi: 10.1016/s0038-092x(98)00143-1 http://dx.doi.org/10.1016/s0038-092x(98)00143-1

MA X L ， LIANG S ， JIN R H ， et al . Characteristics of a zoomable Fresnel lens （ZFL） used for solar concentration ［J］. Energy ， 2020 ， 194 ： 116698 . doi: 10.1016/j.energy.2019.116698 http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2019.116698

HE J W ， ZHAO C M ， YANG S H ， et al . Design of a solar pumped solid-state laser ［J］. Transactions of Beijing Institute of Technology ， 2007 ， 27 （ 12 ）： 1115 - 1123 .

HAIN M ， SPIEGEL WVON ， SCHMIEDCHEN M ， et al . 3D integral imaging using diffractive Fresnel lens arrays ［J］. Optics Express ， 2005 ， 13 （ 1 ）： 315 - 326 . doi: 10.1364/opex.13.000315 http://dx.doi.org/10.1364/opex.13.000315

汪洋，王元庆 . 多用户自由立体显示技术［J］. 液晶与显示， 2009 ， 24 （ 3 ）： 434 - 437 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2780.2009.03.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2780.2009.03.022

WANG Y ， WANG Y Q . Auto-stereoscopic display for multi-users ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2009 ， 24 （ 3 ）： 434 - 437 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2780.2009.03.022 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2780.2009.03.022

闵森林，王元庆 . 基于菲涅尔透镜的新型立体显示系统［J］. 液晶与显示， 2007 ， 22 （ 3 ）： 306 - 309 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2780.2007.03.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2780.2007.03.014

MIN S L ， WANG Y Q . New stereoscopic display system based on Fresnel lens ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2007 ， 22 （ 3 ）： 306 - 309 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2780.2007.03.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2780.2007.03.014

ZHENG Y ， WANG D ， JIANG Z ， et al . Continuous zoom compound eye imaging system based on liquid lenses ［J］. Optics Express ， 2021 ， 29 （ 23 ）： 37565 - 37579 . doi: 10.1364/oe.444188 http://dx.doi.org/10.1364/oe.444188

JIANG Z ， WANG D ， ZHENG Y ， et al . Continuous optical zoom microscopy imaging system based on liquid lenses ［J］. Optics Express ， 2021 ， 29 （ 13 ）： 20322 - 20335 . doi: 10.1364/oe.432290 http://dx.doi.org/10.1364/oe.432290

QU Y F ， YANG H J . Optical microscopy with flexible axial capabilities using a vari-focus liquid lens ［J］. Journal of Microscopy ， 2015 ， 258 （ 3 ）： 212 - 222 . doi: 10.1111/jmi.12235 http://dx.doi.org/10.1111/jmi.12235

LI L ， WANG D ， LIU C ， et al . Zoom microscope objective using electrowetting lenses ［J］. Optics Express ， 2016 ， 24 （ 3 ）： 2931 - 2940 . doi: 10.1364/oe.24.002931 http://dx.doi.org/10.1364/oe.24.002931

张薇，田维坚 . 大焦深内窥镜光学系统设计［J］. 光学技术， 2009 ， 35 （ 4 ）： 558 - 560，565 . doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2009.04.010 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1002-1582.2009.04.010

ZHANG W ， TIAN W J . Design of a kind of large depth of focus endoscope system ［J］. Optical Technique ， 2009 ， 35 （ 4 ）： 558 - 560， 565 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2009.04.010 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1002-1582.2009.04.010

LI L ， WANG D ， LIU C ， et al . Ultrathin zoom telescopic objective ［J］. Optics Express ， 2016 ， 24 （ 16 ）： 18674 - 18684 . doi: 10.1364/oe.24.018674 http://dx.doi.org/10.1364/oe.24.018674

KIM C J ， CHANG M ， LEE M ， et al . Depth plane adaptive integral imaging using a varifocal liquid lens array ［J］. Applied Optics ， 2015 ， 54 （ 10 ）： 2565 - 2571 . doi: 10.1364/ao.54.002565 http://dx.doi.org/10.1364/ao.54.002565

TAKEUCHI Y ， MAEDA S ， KAWAI T ， et al . Manufacture of multiple-focus micro Fresnel lenses by means of nonrotational diamond grooving ［J］. CIRP Annals ， 2002 ， 51 （ 1 ）： 343 - 346 . doi: 10.1016/s0007-8506(07)61532-7 http://dx.doi.org/10.1016/s0007-8506(07)61532-7

LI X M ， WEI L ， POELMA R H ， et al . Stretchable binary Fresnel lens for focus tuning ［J］. Scientific Reports ， 2016 ， 6 （ 1 ）： 25348 . doi: 10.1038/srep25348 http://dx.doi.org/10.1038/srep25348

PARK S ， PARK B ， NAM S ， et al . Electrically tunable binary phase Fresnel lens based on a dielectric elastomer actuator ［J］. Optics Express ， 2017 ， 25 （ 20 ）： 23801 - 23808 . doi: 10.1364/oe.25.023801 http://dx.doi.org/10.1364/oe.25.023801

CLEMENT C E ， THIO S K ， PARK S Y . An optofluidic tunable Fresnel lens for spatial focal control based on electrowetting-on-dielectric （EWOD）［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2017 ， 240 ： 909 - 915 . doi: 10.1016/j.snb.2016.08.125 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2016.08.125

TAKAI Y ， KOSHIISHI R ， KIRITA S ， et al . Electrowetting Fresnel lenticular ［C］// Proceedings of the 2012 IEEE 25th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems （MEMS） . Paris， France ： IEEE ， 2012 ： 632 - 635 . doi: 10.1109/memsys.2012.6170267 http://dx.doi.org/10.1109/memsys.2012.6170267

赵悠然，徐近博，刘超，等 . 大口径电润湿液体透镜［J］. 真空科学与技术学报， 2021 ， 41 （ 9 ）： 877 - 882 .

ZHAO Y R ， XU J B ， LIU C ， et al . Large aperture electrowetting-based liquid lens ［J］. Chinese Journal of Vacuum Science and Technology ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 877 - 882 . （in Chinese）

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