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液體透鏡

鎖定
液體透鏡是將液體作為透鏡通過改變液體的曲率來改變焦距。較為成熟的液體透鏡是利用介質上電潤濕(EWOD)原理的可變焦光透鏡。它可以通過外加電壓改變液滴的形狀,進而改變其焦距。該新技術可以使拍照手機在不需配備機械部件的情況下實現自動對焦和變焦。
中文名
液體透鏡
外文名
liquid lens
作    用
改變焦距
應    用
手機拍照

目錄

液體透鏡歷史沿革

研究結果表明,相比於直流電場和空氣為第三相的電滴濕行為,離子液體在油相中的交流電潤濕展現出幾乎與鹽水溶液相當的高效率。 [1] 
2004, Philips與Samsung分別展出所謂的液體鏡片(liquid lens):
概念:模仿人眼的水晶體,利用改變形狀來調整焦距,發展出所謂的流體聚焦技術(Fluid Focus);
目標:能應用於照相手機或數位相機等之小型光學產品上;
Philips:直徑和厚度均為5.5mm,可對範圍在5公分至無限遠的物體做快速聚焦,聚焦所需時間不超過10ms。取像模組乃搭配了VGA級別的CMOS影像感測器;
兩個液體鏡片還可以進一步組合成變焦系統。自動對焦系統:不需要機械式的移動鏡片,所以成本比傳統的鏡片低,大幅度提升鏡片壽命;
法國VARIOPTIC公司的液體透鏡如同人的眼睛一樣,能夠自動地適應所瞄準的對象,而不需要機械裝置的輔助,只需改變兩極電壓來修改兩滴液體的外形,就可達到聚焦和變焦的目的。與傳統的鏡頭相比,該公司的“電潤濕法”技術(electrowetting)有很多優點:體積小、價格低、耗電量小、變焦速度快、壽命長、成像的質量好。
VARIOPTIC公司已可將承載這一新技術的液體透鏡應用到其他業務領域,如通信市場:PDA、網絡攝像機、電視會議以及帶內置式照相機的便攜式PC/計算機;工業應用:帶條形碼讀出裝置的工業系統和工業內窺鏡;安全市場:電視內部監視儀和生物統計研究;娛樂市場:尤其是小型高檔數碼相機、攝像機和遊戲應用。

液體透鏡特徵

兩種折射率不同且不相混合的液體,一種是可導電的水性溶液,另一種是不導電的矽酮油溶液,並將兩種液體封裝在兩面均透明的圓筒型容器中。
容器壁做了疏水性處理,因此水溶液會呈圓頂型聚集在容器中心部分,水溶液和矽酮油之間就會形成凸狀曲面。改變曲面的形狀即可進行對焦。

液體透鏡缺點

光軸位置的飄移,曲率是否足夠精密,高低温要求(蒸發/凝結)。

液體透鏡種類

液壓式微透鏡,藉由液壓的方式使得PDMS 薄膜變形股起達到透鏡的作用,以其輪廓推算非球面高次系數以及球面像差系數,亦可藉液壓改變透鏡焦距。但此種方式由於採用液壓的方式需外接幫浦,與一般光電產品相容性不好,且變動範圍為1維的尺度,故邊緣部份依然會有大的像差存在。
液晶變焦透鏡:由於外部變焦的機構通常較為龐大且笨重。運用液晶切換的方式改變微透鏡焦距,運用電力改變液晶的旋轉方向,來達到聚焦點的轉換。
在兩片導電玻璃(ITO)之間灌滿液晶,再利用電場來控制液晶的折射率, 並藉由折射率的分佈(Gradient refractive index)來達到聚焦的功能,同時控制焦距,甚至做出凹透鏡效果。
參考資料