人眼是通过睫状肌的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，进而改变晶状体的焦距；而液态镜头是以弹性聚合物薄膜密封光学流体，通过电流驱动施压，改变曲率，实现快速对焦，响应速度达毫秒级。传统的镜头是使用一组镜片，通过调节镜片的间距来调节整个光学系统的焦点，因为每个镜片的曲率半径是没有办法变化的，所以单一的镜片就不能实现对焦。液态镜头则恰恰相反，它通过改变“镜片”的曲率半径来实现对焦，这非常类似于人眼的晶状体。液态镜头在两块玻璃板之间夹着水和弹性聚合物薄膜密封光学流体（油），在没有电场的时候，水滴和油滴都处于松弛状态，此时充当“镜片”的油滴是一个凹透镜。而当施加了一定的电压之后，右侧电极的金属表面变得更加亲水，于是就把更多的水吸引到镜头的边缘，也就是镜头中间的水会变少，此时油滴自然而然地就会变成一个边缘薄、中间厚的凸透镜，其曲率半径以及焦点的位置都会随之发生变化。
双液体透镜：由两种液体组成，由于两种液体存在折射率差，因此交界面就可以发生折射，如果我们可以用外部控制信号改变分界面的曲率，那么这个液态透镜就实现了光学参数的改变。目前商业化量产的液态镜头，主要有两种技术路线来实现。一种是以Varioptic为代表的电润湿法透镜，另外一种是以Optotune为代表的液体填充式透镜。电润湿原理：电润湿效应最早在1876年由加布里尔·李普曼（Gabriel Lippmann）发现，电润湿效应施加于两种非混合流体，一种导电的溶液和一种不导电的油，且两者具有不同的折射率，以及相同的密度。由于流体不混合，它们形成像透镜一样光滑且弯曲的分界面。我们通过向导电溶液施加电压而改变两种液体表面相互作用的方式，从而改变分界面的曲率半径。
分界面形状随着电压变化
液体填充式透镜结构类似于人眼的晶状体结构。具有高折射率的光学液体被密封在由柔性聚合物制成的弹性薄膜中，利用电磁驱动压紧或松弛分布于侧边的环形膜层区，由于密封液体积不变，压紧时液体从侧边挤压到中心通光孔中，液体的曲率半径变小，焦距变小；反之松弛侧边环形区域膜层时，通光孔中的光学液体扩散开，液体的曲率半径变大，焦距变大。
1、快速变焦：液态镜头可以在毫秒级的时间内改变焦距，这对于需要快速自动对焦的应用非常有用。2、无机械移动部件：由于液态镜头的工作原理不依赖于机械移动，因此它们更耐用，不易受到机械磨损。3、小型化和集成化：液态镜头可以做得非常小，并且容易与其他光学或电子设备集成。4、可靠性和耐用性高：液体变焦镜头无需复杂的机械部件，大大简化了光学成像系统结构，这不仅降低了系统的复杂性和制造成本，还提高了系统的可靠性和耐用性。当我们需要一会看远一会看近，镜头就必须得像眼睛一样，能快速自动变焦来确保视觉的清晰。使用液态对焦技术视觉产品、视觉传感器，可实现了单次毫秒级变焦速度。相比传统机械镜头采样速度得到近百倍的提升，具有对焦快速、准确、清晰的优势。经典的场景在于：
当读取不同尺寸箱子上的条码或读取因随传送带移动而导致焦距变化的工件。特别是碰到快速且多次变焦的情况，液态镜头的自动变焦能力优势就非常突出了。目前，液态透镜已经广泛应用于智能手机摄像头、内窥镜、显微镜、安防监控以及工业自动化中的机器视觉。特别是在工业自动化领域，液态透镜的快速变焦能力使其非常适合用于处理流水线上快速移动的物体进行质量检测、识别或进行其他视觉检测任务。在未来，随着智能制造技术的不断发展，液体变焦镜头有望在更多领域得到应用。它不仅将推动光学成像技术的革新，还将为智能制造装备的发展注入新的活力，共同推动工业领域的进步与创新。
川公网安备 51010402000667号