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什么是液态透镜技术原理

  .什么是液态透镜技术


  传统的光学镜片是由光学材料制成的,无论使用哪种光学材料(光学玻璃、光学晶体或光学塑料),透镜都是固体的,不能改变其尺寸和曲率。在使用这种类型的透镜的光学系统中,整个光学系统的焦点只能通过在光轴上来回移动某个透镜来改变。与传统镜头不同,液态透镜是由一种或多种液体制成的无机械连接的光学元件光学元件的光学参数(焦距、曲率半径等)可以通过外部控制来改变它具有与传统光学透镜无与伦比的性能。简单来说,就是透镜的介质变成了液体。更准确地说,它是一种通过改变其表面曲率来动态调整镜头焦距的新型光学元件。这种内部参数变化是电子控制的,可以实现毫秒级的变化和自动编程。



  .液态镜头技术路线


  1.双液电润湿法透镜


  双液体透镜由两种液体组成。由于两种液体的折射率不同,因此在界面处会发生折射 ,如果我们能够利用外部控制信号来改变界面的曲率,那么这种液体透镜就可以实现光学参数的改变。电润湿效应最早由Gabriel Lippmann1876年发现,电润湿效应应用于两种非混合流体,即导电溶液和非导电油,并且两者具有不同的折射率和相同的密度。由于流体不混合,因此它们形成像透镜一样光滑且弯曲的界面。我们通过向导电溶液施加电压来改变两种液体表面相互作用的方式,从而改变界面的曲率半径。


  2.液体填充式透镜


  液体填充晶状体的结构与人眼晶状体的结构相似。将高折射率的光学液体密封在由柔性聚合物制成的弹性薄膜中,利用电磁驱动来压缩或松弛分布在侧面的环形膜层区域。由于密封液体的体积保持不变,液体从侧面挤入中心光孔时,液体的曲率半径变小,焦距变小。相反,当侧环形区域的膜层松弛时,光孔内的光学液体扩散,液体的曲率半径变大,焦距变大。


  .液体镜头在机器视觉中的应用


  在产品质量检测或条码扫描应用场景中,通常会使用大景深的高f/#镜头,但随着f/#的增加,更大的景深也带来了明显的弊端。由于孔径尺寸减小,通过系统的光线减少,分辨率降低,曝光时间延长,不利于生产线的效率。设计采用液态镜头的镜头可以避免这个缺点。液体镜头的使用使得镜头能够以更紧凑的光学结构进行对焦,并具有毫秒级的调节速度。它比纯机械平移镜头结构的传统聚焦镜头体积更大、更耐用,而且无需考虑景深问题。


  在快速移动的装配线和具有多个前景和背景的条码检测场景中,传统的机械镜头需要移动和调整以适应不同的工作距离,这会延迟生产线速度并降低生产效率,或者需要增加系统成本通过使用多个镜头和相机进行补偿。如果安装了液体镜头,镜头位置可以保持固定。当物距变化时,可利用外部电控瞬间(毫秒级)调整液体镜头的曲率半径,完成对焦。就像人眼一样,远眺和微观可以自由快速切换。


  同样,在机器视觉中,远心镜头通常用于检测固定物距处的尺寸。一旦物距变化超出镜头景深,就需要调整远心镜头的工作距离。配备液态镜头的远心镜头具有瞬时调节功能,不存在物距超过镜头景深范围的问题,可以用单个远心镜头实现多个物距的尺寸检测,而无需调整镜头位置。


  延伸阅读:


  液态镜头技术的主要特点:


  1.可变焦距:液态镜头可以实时调整镜头的焦距,而无需移动或更换物理镜头。这使得设备能够快速适应不同的拍摄条件或观察要求。

  2.轻巧紧凑:液体镜头系统通常比传统镜头系统更轻、更紧凑。这使得它们特别适合需要轻量化和小型设计的应用,例如摄像机、移动设备和医疗设备。

  3.电子控制:液体透镜可以通过电子信号调整其形状,这意味着可以通过电子控制系统实现对透镜的精确控制。这种控制可以通过调节电场、温度或其他物理特性来实现。

  4.无机械运动:由于液体镜头可以通过改变液体的形状来调节焦距,因此不存在机械运动部件。这有助于提高系统的可靠性和耐用性。

  5.应用广泛:液态镜头技术应用于许多领域,包括摄影、医学成像、激光技术等。在这些应用中,灵活的焦距调节和紧凑的设计使液态镜头成为有吸引力的选择。


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