什么是液态透镜技术原理

　 一.什么是液态透镜技术

　　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。

　　 二.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 Lippmann于1876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。

　　三.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。