液體透鏡成像

液體透鏡可快速調(diào)整焦點(diǎn)，以適應(yīng)不同工作距離的物體。液體透鏡是包含光學(xué)級液體的機(jī)械或電氣控制的小單元。當(dāng)電流或電壓施加到液體透鏡單元時，單元的形狀發(fā)生變化。這種變化發(fā)生在幾毫秒內(nèi)，并導(dǎo)致光焦度、焦距和工作距離發(fā)生變化。許多制造商已經(jīng)設(shè)計出通過略微不同的工藝操作的液體透鏡：電潤濕、電流驅(qū)動聚合物或聲音壓電。液體透鏡是需要快速聚焦、高通量、景深和工作距離調(diào)節(jié)的成像應(yīng)用的理想解決方案。圖1：用于高速機(jī)器視覺應(yīng)用的液體透鏡裝置。液體透鏡功能響應(yīng)時間液體透鏡具有非?？斓捻憫?yīng)時間，可以通過電壓或電流進(jìn)行電調(diào)諧，并且在幾毫秒內(nèi)做出響應(yīng)。固定焦距和變焦鏡頭通常依靠機(jī)械或手動調(diào)整來改變焦點(diǎn)，這可能會減慢成像系統(tǒng)的速度。多變性液體透鏡可以在整個成像系統(tǒng)的不同位置實(shí)現(xiàn)，同時嵌入成像透鏡的前部或后部或螺紋連接到成像透鏡的后部或前部。尺寸在液體透鏡中消除了機(jī)械，從而實(shí)現(xiàn)了其緊湊的設(shè)計。此外，液體透鏡在功能上與組件內(nèi)的許多單獨(dú)透鏡相當(dāng)。通過移除這些鏡片并用一個小的液體池替換它們，整個鏡片的整體尺寸和重量都減少了。傳感器覆蓋范圍液體透鏡的孔徑很小，最大的孔徑約為16毫米。小孔徑限制了液體透鏡，如果將透鏡改裝到現(xiàn)有機(jī)器視覺透鏡的前部，則僅允許與高達(dá)1/1.8英寸的傳感器一起使用。嵌入系統(tǒng)內(nèi)的液體透鏡不會減少傳感器覆蓋范圍。聚焦液體透鏡被設(shè)計為在非常寬的光焦度（焦距）范圍內(nèi)高速工作。通過消除固定焦距和變焦鏡頭中常見的移動部件和機(jī)械調(diào)整，對焦過程更快。集成復(fù)雜性根據(jù)可用的設(shè)備和應(yīng)用，液體透鏡可能難以集成。液體透鏡可以與許多附件結(jié)合使用，例如過濾器和光圈，這是許多高速應(yīng)用所需要的，例如距離傳感器或控制器。壽命液體鏡片耗電很少。典型的機(jī)械鏡片能夠承受約100000次循環(huán)，而液體鏡片可以承受約50000000次循環(huán)。液體透鏡的應(yīng)用液體透鏡的適應(yīng)性、速度和多功能性使其成為各種機(jī)器視覺、生命科學(xué)以及測量和檢測應(yīng)用的理想選擇。由于其傳統(tǒng)的機(jī)械布局，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺鏡頭在需要快速重新聚焦的高速或精確應(yīng)用中難以捕捉清晰準(zhǔn)確的圖像。機(jī)器視覺大批量裝配線需要快速、準(zhǔn)確和精確的生產(chǎn)能力。當(dāng)需要多距離聚焦時，將液體透鏡集成到檢查系統(tǒng)中是一種最佳、緊湊且經(jīng)濟(jì)的解決方案。液體透鏡是條形碼檢查、包裝分揀、質(zhì)量控制和快速自動化的理想解決方案（見圖2）。圖2：此圖演示了將液體透鏡應(yīng)用于機(jī)器視覺成像系統(tǒng)進(jìn)行檢查的優(yōu)點(diǎn)。在標(biāo)準(zhǔn)的檢查系統(tǒng)中，不同高度的物體在快速移動的傳送帶上經(jīng)過時會被成像。標(biāo)準(zhǔn)成像鏡頭需要對每個物體進(jìn)行機(jī)械重新聚焦，這會導(dǎo)致延遲，從而限制高通量。無機(jī)械平移的液體透鏡通過在幾毫秒內(nèi)重新聚焦到不同的高度，克服了這些速度和景深的限制。生命科學(xué)液體透鏡改進(jìn)并簡化了顯微鏡成像應(yīng)用中的焦點(diǎn)堆疊（“z堆疊”）過程。當(dāng)使用高放大率物鏡成像時，由于它們的景深有限，通常需要焦點(diǎn)堆疊。液體透鏡可以快速精確地聚焦到各種物平面，從而加快焦點(diǎn)堆疊的過程。液體透鏡可以很容易地集成到管透鏡中，或者在顯微鏡內(nèi)的無限空間中。液體鏡片通常用于眼科，其中折射控制和景深調(diào)整至關(guān)重要。標(biāo)準(zhǔn)眼科設(shè)備包含多個用于調(diào)節(jié)人眼的玻璃鏡片。這些鏡片可以用單個液體鏡片代替，從而加快成像或診斷過程，并減小OCT和驗(yàn)光儀等眼科設(shè)備的整體尺寸。無人飛行器通過在無人機(jī)成像系統(tǒng)中添加液體透鏡，可以在不同高度快速保持圖像清晰度。液體透鏡在農(nóng)業(yè)檢查和監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)以及監(jiān)控應(yīng)用中尤其有利。測量和尺寸繪制當(dāng)與距離傳感器和相機(jī)配對時，液體透鏡可以快速成像3D對象的不同平面。然后在軟件中將圖像拼接在一起，以創(chuàng)建精確的三維渲染。液體透鏡技術(shù)可變焦距液體透鏡圖3：變焦距液體透鏡技術(shù)可變焦距液體透鏡使用一種稱為電潤濕的過程進(jìn)行聚焦，電潤濕是應(yīng)用電場來操縱液體的潤濕特性，從而控制液體的形狀和曲率。液體透鏡池包含兩種不混溶的液體：通過界面分離的非導(dǎo)電油和水溶液。在兩種液體之間的界面施加電壓會在幾十毫秒內(nèi)改變透鏡的曲率，從而改變焦距。施加更多的電壓會增加液體透鏡的整體曲率和光焦度。可變焦距液體透鏡的電容特性允許在達(dá)到熱平衡后在高溫環(huán)境中穩(wěn)定工作。此外，透鏡內(nèi)的兩種液體具有相同的密度，使系統(tǒng)對振動和沖擊不敏感?？勺兘咕嘁后w透鏡可能很難使用，因?yàn)樗鼈兊男〕叽缡顾鼈冸y以與現(xiàn)有物鏡一起使用。它們更適合完全集成到光學(xué)設(shè)計中，因?yàn)樗鼈兊某叽绮皇窍拗埔蛩亍＞劢箍烧{(diào)透鏡圖4：光電調(diào)諧電聚焦可調(diào)諧透鏡光調(diào)諧電聚焦可調(diào)諧透鏡由一個用聚合物膜密封的充滿光學(xué)流體的容器組成。電流驅(qū)動的致動器在