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,實現(xiàn)對透明介質(zhì)的操縱,有望克服傳統(tǒng)機械式變焦系統(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雜的機械變焦結(jié)構(gòu),具有體積小、響應快、成本低和集成度高等特點,大幅簡化了光學成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),有利于集成設備的小型化和輕量化。
液體變焦鏡頭無需復雜的機械部件,大大簡化了光學成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu),符合智能制造裝備的發(fā)展趨勢。
物性控制式液體鏡頭,通過電場調(diào)控液晶材料的分子取向,以及基于介電泳、電化學和電潤濕原理的液滴操縱等方式實現(xiàn)變焦功能。該類變焦系統(tǒng)具有體積小、噪聲小、響應快和成本低等特點。而機械驅(qū)動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)簡單,調(diào)焦范圍大。隨著先進醫(yī)療儀器、智慧安防設備及智能制造裝備的快速發(fā)展,將對自適應液體變焦鏡頭提出更高的要求,促進液體變焦鏡頭在結(jié)構(gòu)、制造和應用等方面快速優(yōu)化升級。
(1)3D打印技術(shù)的應用。利用3D打印增材制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對腔體和流道等復雜結(jié)構(gòu)的加工,進一步優(yōu)化鏡頭結(jié)構(gòu),提高鏡頭的光學性能。
(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)的響應時間,提高圖像的采集、評價和處理能力。
(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液體壓力變化進行檢測,有望實現(xiàn)對系統(tǒng)成像像差的實時反饋和補償校正。
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、變焦響應和透鏡材料等方面加強研究,為液體變焦系統(tǒng)的商業(yè)化發(fā)展奠定理論和應用基礎。同時,加快對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)實現(xiàn)快速Z軸調(diào)光控制的最佳之選,典型應用是3D激光掃描加工/打標。