液態透鏡簡介

日期:2022/11/17

液態透鏡可以透過電子方式調節焦距而不需要任何機械操作,從而使成像系統克服景深 (DOF) 的限制。這非常適合不同物體高度和工作距離的應用。對於這類應用,傳統解決方案是採用電動變焦鏡頭,或重新將物體置於焦距內。另外一種增大傳統鏡頭景深的方法是,透過減小成像鏡頭光圈尺寸來增大 f/#。但是,這也會導致分辨率下降和成像系統進光量減少,從而降低採集速度和圖像品質。成像系統安裝液態透鏡之後,無論物體和相機的距離有多遠,都可以進行電子變焦,而不影響速度和成像品質。

就如利用玻璃製成的傳統光學鏡頭一樣,液態透鏡也屬於單體光學元件,但其材質是可以改變形狀的光學液體材料。玻璃鏡頭的焦距取決於其材質和曲率半徑。液體透鏡也遵循相同的基本原理,但其獨特之處在於可以透過改變曲率半徑來改變焦距。這種半徑變化採用電控方式,能夠實現毫秒級的變化。製造商利用從電潤濕到形變聚合物再到聲光調節等各種技術,控制液體透鏡曲率半徑和折射率。

大多數成像鏡頭皆為多鏡片鏡頭,因為單光學鏡片的成像效能不足。因此,只使用液態透鏡就不適合。但是,在多鏡片設計中結合使用液態透鏡和成像鏡頭,就可以發揮液態透鏡的速度和彈性優勢。液態透鏡能夠以毫秒級的反應時間在近距離或光學無窮遠處對焦,這對於條碼讀取、包裝分類、安保以及快速自動化等需要在多個位置進行對焦的應用來說是一種理想選擇,它們的檢測物體或者擁有不同的尺寸,或者與鏡頭保持不同的距離。在需要快速對焦的各種應用中,可以使用液態透鏡大幅度的提高成像系統的彈性。

圖1:可以利用造鏡者公式計算鏡頭焦距。從該公式中可以發現,焦距受折射率(n) 和曲率半徑 (R) 影響。可以透過使用較高折射率的玻璃來縮短焦距 (f) - 見上圖。也可以透過改變曲率半徑 (R) 來縮短焦距 (f) – 見下圖。液態鏡頭的工作原理是以電子驅動控制鏡頭的特性。

結合使用可調焦液態透鏡和定焦成像鏡頭

TECHSPEC®Cx鏡頭為調焦液態透鏡成像鏡頭,採用獨特的模組化三件式設計。前後鏡頭元件分開安裝,如此便可方便接觸鏡頭中心光圈位置。使用者因此可以輕鬆在 Cx 鏡頭中心裝入可調焦液態透鏡。TECHSPEC® Cx 鏡頭可以實現不同焦距,並擁有液態透鏡的電子自動對焦工作距離調整功能,以及多元件成像組件中的圖像品質效能。以下的演示圖逐步介紹了如何在 Cx 鏡頭中安裝可調焦液態透鏡。

 

可變焦液體鏡頭
Model: Arctic 25H0 Arctic 39N0
Clear Aperture (mm): 2.5 3.9
Focus Range (diopters): -5 to +13 -5 to +15
Diameter (mm): 9.4 15.2
Thickness (mm): 3.5 5.2
Liquid Lens Stock No. #34-282 #34-283
Development Kit* Stock No. #34-284 #34-285

 

*發包內含1個液態透鏡、控制器、傳輸線以及軟體

步驟1:選擇 Cx 鏡頭的焦距,以及相容的可調焦液態透鏡及液體透鏡支架。或是單純選擇適當的 Cx 鏡頭套組,其中包括 Cx 鏡頭及其相容的可調焦液態透鏡及液態透鏡固定器。

液態透鏡簡介

液態透鏡簡介

步驟2:將可調焦液態透鏡安裝至液態透鏡固定器。接下來將兩者安裝至Cx鏡頭中央。完整說明請參閱可於線上下載的 PDF 手冊。

步驟3 選項1:將液態透鏡連接至 Pixe-LinkUSB 3.0 自動對焦相機。這款相機提供緊密整合,隨附驅動程式及自動對焦軟體。

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步驟3 選項2:使用標準的 C 接環相機。其中並未隨附驅動程式,必須另行購買液態透鏡驅動程式(隨附於液態透鏡開發套件之中)。

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結合使用 Optotune 可調焦液態透鏡和定焦鏡頭

Optotune 可調焦距液體透鏡隨附 C 接環外觀。透過使用合適的螺紋轉接環,可以將 Optotune 可調焦液態透鏡輕易安裝到 TECHSPEC® C 系列或 Ci 系列定焦成像鏡頭的前方。在既有定焦鏡頭上安裝液態透鏡,對於需要大景深的應用非常有用。液態透鏡能夠在成像鏡頭的整個對焦範圍內進行電子對焦。以下圖表逐步說明了不同傳感器尺寸所需的相關鏡頭、轉接環和液態透鏡組合。由於液體透鏡放在定焦鏡頭的前方,所以它可能會變成限制光圈,此時應考慮周邊失光現象。欲詳細了解周邊失光現象,請參閱傳感器相對照度、衰减以及暗角

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文章來源 : https://www.edmundoptics.com.tw/knowledge-center/application-notes/imaging/introduction-to-liquid-lenses/