液體變焦鏡頭的研究發(fā)展

受到昆蟲和人類眼睛等生物結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研究人員通過研究液體的折射率、表面張力和接觸角等物理參量，實(shí)現(xiàn)對(duì)透明介質(zhì)的操縱，有望克服傳統(tǒng)機(jī)械式變焦系統(tǒng)的局限。液體變焦技術(shù)作為一種新型的變焦方式，通過改變液體透鏡的形狀或折射率來實(shí)現(xiàn)焦距的調(diào)節(jié)。目前，商用的液體變焦鏡頭可分為漸變折射率鏡頭和變曲率鏡頭兩種，分別通過控制液晶材料的排列晶向和液體界面曲率調(diào)節(jié)焦距。

液體變焦鏡頭無需復(fù)雜的機(jī)械變焦結(jié)構(gòu)，具有體積小、響應(yīng)快、成本低和集成度高等特點(diǎn)，大幅簡(jiǎn)化了光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有利于集成設(shè)備的小型化和輕量化。

液體變焦鏡頭無需復(fù)雜的機(jī)械部件，大大簡(jiǎn)化了光學(xué)成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，符合智能制造裝備的發(fā)展趨勢(shì)。

物性控制式液體鏡頭，通過電場(chǎng)調(diào)控液晶材料的分子取向，以及基于介電泳、電化學(xué)和電潤(rùn)濕原理的液滴操縱等方式實(shí)現(xiàn)變焦功能。該類變焦系統(tǒng)具有體積小、噪聲小、響應(yīng)快和成本低等特點(diǎn)。而機(jī)械驅(qū)動(dòng)液體鏡頭是利用靜電力、電磁力、腔體壓力調(diào)節(jié)和環(huán)境參數(shù)來控制彈性薄膜曲率或填充介質(zhì)的折射率，變焦系統(tǒng)受介質(zhì)材料的導(dǎo)電率和介電常數(shù)等電特性參數(shù)的影響較小，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)焦范圍大。隨著先進(jìn)醫(yī)療儀器、智慧安防設(shè)備及智能制造裝備的快速發(fā)展，將對(duì)自適應(yīng)液體變焦鏡頭提出更高的要求，促進(jìn)液體變焦鏡頭在結(jié)構(gòu)、制造和應(yīng)用等方面快速優(yōu)化升級(jí)。

(1)3D打印技術(shù)的應(yīng)用。利用3D打印增材制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)腔體和流道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工，進(jìn)一步優(yōu)化鏡頭結(jié)構(gòu)，提高鏡頭的光學(xué)性能。

(2) 電子芯片的集成。將CMOS和微處理器等電子芯片與液體鏡頭相結(jié)合，使光學(xué)變焦系統(tǒng)朝著集成化、緊湊化和小型化方向發(fā)展，有效縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，提高圖像的采集、評(píng)價(jià)和處理能力。

(3) 智能傳感的融合。通過在透鏡腔體、彈性薄膜上布置柔性傳感器對(duì)液體壓力變化進(jìn)行檢測(cè)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)成像像差的實(shí)時(shí)反饋和補(bǔ)償校正。

通過調(diào)研液體變焦技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，綜合考慮與實(shí)際需求結(jié)合的重大問題，未來建議在系統(tǒng)反饋、像差校正、變焦響應(yīng)和透鏡材料等方面加強(qiáng)研究，為液體變焦系統(tǒng)的商業(yè)化發(fā)展奠定理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。同時(shí)，加快對(duì)介電凝膠微透鏡與超薄平面“超透鏡”等方向的研究，著力增強(qiáng)現(xiàn)代智能變焦技術(shù)的多樣性和適用性。

新特光電的可調(diào)焦液態(tài)鏡頭采用液態(tài)聚合物基片,具有連續(xù)變焦功能。原理是基于光反饋通過電流改變聚焦鏡形狀（曲率），從而改變其焦距，支持2.5D和3D激光處理功能，是激光處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速Z軸調(diào)光控制的最佳之選，典型應(yīng)用是3D激光掃描加工/打標(biāo)。