一文了解液体变焦透镜

研制液体透镜的一个首要问题就是透镜的光轴稳定性。透镜面的形状在电压作用下会发生变化。所以稳定住透镜的光轴，才不致在变焦过程中影响成像。固体透镜能够通过机械部分很好地调节透镜的光轴，但液体透镜却不能这样对光轴进行调节，如果液体透镜的透镜面发生变化，液体与容器之间的摩擦力就会增大，同时透镜面就很可能变得不对称，所以必须使液体透镜的光轴能够自动调节，以避免其在变焦过程中发生变化。最理想的方法就是合理设计透镜结构。如图2所示，当液体的光轴处于理想位置时，透镜中液体的势能最小，这时若透镜光轴发生变化，液体势能增加，多余的势能会使液体自身运动，直到液体势能最小时为止，即透镜具有光轴自动调节的作用。图3所示的两种情况都是液滴光轴偏离容器轴线的情况，如同屋檐上的水滴在重力作用下下落一样。第一种情况(图3上部)，液滴会下落而不会自动调整至与容器光轴重合这种稳态;第二种情况(图3下部)，液滴则可恢复这种稳态，可见容器的形状对于液滴的自我调整有决定性的影响。

二、液体变焦透镜的变焦原理

由于电解液与油滴之间互不相溶，在不加电压时，液体交界面在表面张力的相互作用下自然形成一层对称的透镜膜，透镜此时的焦距是固定的;当对透镜施加电压时，在电场的作用下，接触面之间的电量发生变化，从而产生一种使原有的表面张力之间不再平衡的外力，在外力作用下达到新的平衡，从而改变透镜面的曲率半径，进而改变透镜的焦距。外加电压不同，两种液体及液体与器壁之间达到稳态所需的表面张力就不同，人们通过调整外加电压来改变液体交界面的曲率，并进而改变液体透镜的焦距。这种电压对焦距的调节正是以电湿润过程为基础实现的。容器内有三个接触面需要考虑，一是金属电极和电解质之间的接触面，二是油状物和电解质之间的接触面(即透镜面)，三是金属电极和油状物之间的接触面，在这三个接触面之间都存在着表面张力，透镜面的形状正是由这三个表面张力的大小决定的，电湿润现象改变了这三个力的大小，使其重新达到平衡，进而控制了透镜面的形状。在没有加电压之前，透镜面和电极之间的接触角H0是很小的，主要由三个接触面的张力决定，即

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