液體變焦透鏡的變焦原理

液體變焦透鏡的整體形狀像一個圓柱體，它的上下表面由兩片薄玻璃片構成，透鏡的內側壁分為兩層：一層呈圓柱形、另一層呈圓臺形，且上下兩層均由金屬電極組成，在兩個電極之間涂有一層絕緣材料，以使兩電極之間不導電，在變焦透鏡的容器內注有兩種液體，其中一種為電解質，另一種為油性非極性物質。由于互不相溶，兩種液體自然就會在其接觸面處形成一層清晰可見的透鏡層，對光線起到會聚作用。

由于電解液與油滴之間互不相溶，在不加電壓時，液體交界面在表面張力的相互作用下自然形成一層對稱的透鏡膜，透鏡此時的焦距是固定的；當對透鏡施加電壓時，在電場的作用下，接觸面之間的電量發生變化，從而產生一種使原有的表面張力之間不再平衡的外力，在外力作用下達到新的平衡，從而改變透鏡面的曲率半徑，進而改變透鏡的焦距。外加電壓不同，兩種液體及液體與器壁之間達到穩態所需的表面張力就不同，人們通過調整外加電壓來改變液體交界面的曲率，并進而改變液體透鏡的焦距。這種電壓對焦距的調節正是以電濕潤過程為基礎實現的。容器內有三個接觸面需要考慮，一是金屬電極和電解質之間的接觸面，二是油狀物和電解質之間的接觸面(即透鏡面)，三是金屬電極和油狀物之間的接觸面，在這三個接觸面之間都存在著表面張力，透鏡面的形狀正是由這三個表面張力的大小決定的，電濕潤現象改變了這三個力的大小，使其重新達到平衡，進而控制了透鏡面的形狀。在沒有加電壓之前，透鏡面和電極之間的接觸角H0是很小的，主要由三個接觸面的張力決定，即

其中為 Csw、Cso、Cow分別為電解液與電極、油滴與電極及電解液與油滴之間的張力系數。

如果在電極上加上電壓，則會存在靜電力的作用。由于變焦透鏡的一個電極與電解質溶液接觸，而另一個電極被一層薄薄的絕緣體所覆蓋，同時與如果在電極上加上電壓，則會存在靜電力的作用。由于變焦透鏡的一個電極與電解質溶液接觸，而另一個電極被一層薄薄的絕緣體所覆蓋，同時與電解質溶液和非極性油狀物接觸；結果，在絕緣電極與電解質溶液之間的接觸面上，電荷逐漸增多，使油狀物與電極之間的表面張力增加，進而H0變為H，H由下式決定：

其中E為絕緣介質層的介電常數，E0為真空介電常數，d為絕緣層的厚度，V為外加電壓(如圖)。液體透鏡正是通過外加電壓改變透鏡面形狀的。當施加外界電壓時，電解質與電極表面上積累等量異性電荷，使電解質與電極之間產生相互吸引的靜電力，該靜電力將使電解液對油滴產生向內的擠壓作用，改變兩種液體之間接觸面的形狀，從而達到自動調焦的目的。為了使透鏡面達到理想狀態，兩種液體的密度必須嚴格相等。由于液體具有流動性，在重力的作用下，液體會由勢能高的地方流到勢能低的地方，如果兩種液體密度不同，那么當透鏡的取向不同(也就是透鏡光軸的方向在使用時發生改變),透鏡層的對稱結構就會被破壞，光軸也會變得不穩定，為了避免 發生這種情況, 就要求兩種液體的密度相等。