液体透镜成像

液体透镜可快速调整焦点，以适应不同工作距离的物体。液体透镜是包含光学级液体的机械或电气控制的小单元。当电流或电压施加到液体透镜单元时，单元的形状发生变化。这种变化发生在几毫秒内，并导致光焦度、焦距和工作距离发生变化。许多制造商已经设计出通过略微不同的工艺操作的液体透镜：电润湿、电流驱动聚合物或声音压电。液体透镜是需要快速聚焦、高通量、景深和工作距离调节的成像应用的理想解决方案。图1：用于高速机器视觉应用的液体透镜装置。液体透镜功能响应时间液体透镜具有非常快的响应时间，可以通过电压或电流进行电调谐，并且在几毫秒内做出响应。固定焦距和变焦镜头通常依靠机械或手动调整来改变焦点，这可能会减慢成像系统的速度。多变性液体透镜可以在整个成像系统的不同位置实现，同时嵌入成像透镜的前部或后部或螺纹连接到成像透镜的后部或前部。尺寸在液体透镜中消除了机械，从而实现了其紧凑的设计。此外，液体透镜在功能上与组件内的许多单独透镜相当。通过移除这些镜片并用一个小的液体池替换它们，整个镜片的整体尺寸和重量都减少了。传感器覆盖范围液体透镜的孔径很小，最大的孔径约为16毫米。小孔径限制了液体透镜，如果将透镜改装到现有机器视觉透镜的前部，则仅允许与高达1/1.8英寸的传感器一起使用。嵌入系统内的液体透镜不会减少传感器覆盖范围。聚焦液体透镜被设计为在非常宽的光焦度（焦距）范围内高速工作。通过消除固定焦距和变焦镜头中常见的移动部件和机械调整，对焦过程更快。集成复杂性根据可用的设备和应用，液体透镜可能难以集成。液体透镜可以与许多附件结合使用，例如过滤器和光圈，这是许多高速应用所需要的，例如距离传感器或控制器。寿命液体镜片耗电很少。典型的机械镜片能够承受约100000次循环，而液体镜片可以承受约50000000次循环。液体透镜的应用液体透镜的适应性、速度和多功能性使其成为各种机器视觉、生命科学以及测量和检测应用的理想选择。由于其传统的机械布局，标准机器视觉镜头在需要快速重新聚焦的高速或精确应用中难以捕捉清晰准确的图像。机器视觉大批量装配线需要快速、准确和精确的生产能力。当需要多距离聚焦时，将液体透镜集成到检查系统中是一种最佳、紧凑且经济的解决方案。液体透镜是条形码检查、包装分拣、质量控制和快速自动化的理想解决方案（见图2）。图2：此图演示了将液体透镜应用于机器视觉成像系统进行检查的优点。在标准的检查系统中，不同高度的物体在快速移动的传送带上经过时会被成像。标准成像镜头需要对每个物体进行机械重新聚焦，这会导致延迟，从而限制高通量。无机械平移的液体透镜通过在几毫秒内重新聚焦到不同的高度，克服了这些速度和景深的限制。生命科学液体透镜改进并简化了显微镜成像应用中的焦点堆叠（“z堆叠”）过程。当使用高放大率物镜成像时，由于它们的景深有限，通常需要焦点堆叠。液体透镜可以快速精确地聚焦到各种物平面，从而加快焦点堆叠的过程。液体透镜可以很容易地集成到管透镜中，或者在显微镜内的无限空间中。液体镜片通常用于眼科，其中折射控制和景深调整至关重要。标准眼科设备包含多个用于调节人眼的玻璃镜片。这些镜片可以用单个液体镜片代替，从而加快成像或诊断过程，并减小OCT和验光仪等眼科设备的整体尺寸。无人飞行器通过在无人机成像系统中添加液体透镜，可以在不同高度快速保持图像清晰度。液体透镜在农业检查和监测、地理信息系统以及监控应用中尤其有利。测量和尺寸绘制当与距离传感器和相机配对时，液体透镜可以快速成像3D对象的不同平面。然后在软件中将图像拼接在一起，以创建精确的三维渲染。液体透镜技术可变焦距液体透镜图3：变焦距液体透镜技术可变焦距液体透镜使用一种称为电润湿的过程进行聚焦，电润湿是应用电场来操纵液体的润湿特性，从而控制液体的形状和曲率。液体透镜池包含两种不混溶的液体：通过界面分离的非导电油和水溶液。在两种液体之间的界面施加电压会在几十毫秒内改变透镜的曲率，从而改变焦距。施加更多的电压会增加液体透镜的整体曲率和光焦度。可变焦距液体透镜的电容特性允许在达到热平衡后在高温环境中稳定工作。此外，透镜内的两种液体具有相同的密度，使系统对振动和冲击不敏感。可变焦距液体透镜可能很难使用，因为它们的小尺寸使它们难以与现有物镜一起使用。它们更适合完全集成到光学设计中，因为它们的尺寸不是限制因素。聚焦可调透镜图4：光电调谐电聚焦可调谐透镜光调谐电聚焦可调谐透镜由一个用聚合物膜密封的充满光学流体的容器组成。电流驱动的致动器在