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液体透镜在变焦系统中的应用

张鹰 张新 史广维 王超 王钰

张鹰, 张新, 史广维, 王超, 王钰. 液体透镜在变焦系统中的应用[J]. 中国光学(中英文), 2013, 6(1): 46-56. doi: 10.3788/CO.20130601.0046
引用本文: 张鹰, 张新, 史广维, 王超, 王钰. 液体透镜在变焦系统中的应用[J]. 中国光学(中英文), 2013, 6(1): 46-56. doi: 10.3788/CO.20130601.0046
ZHANG Ying, ZHANG Xin, SHI Guang-wei, WANG Chao, WANG Yu. Applications of liquid lenses in zoom systems[J]. Chinese Optics, 2013, 6(1): 46-56. doi: 10.3788/CO.20130601.0046
Citation: ZHANG Ying, ZHANG Xin, SHI Guang-wei, WANG Chao, WANG Yu. Applications of liquid lenses in zoom systems[J]. Chinese Optics, 2013, 6(1): 46-56. doi: 10.3788/CO.20130601.0046

液体透镜在变焦系统中的应用

doi: 10.3788/CO.20130601.0046
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目(No.61007009)

详细信息
    作者简介:

    张 鹰(1978—),男,吉林长春人,博士,副研究员,2002年、2005年于吉林大学分别获得学士、硕士学位,2012年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事集成光学、光学设计及光学检测方面的研究。E-mail:eagle1978@sina.com;张 新(1968—),男,吉林省吉林市人,博士,研究员,1991年于清华大学获得学士学位,1994年、2005年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所分别获得硕士、博士学位,主要从事成像、非成像光学系统的总体设计方面的研究。E-mail:optlab@ciomp.ac.cn;史广维(1983—),男,黑龙江肇源人,博士,助理研究员,2006年于哈尔滨师范大学获得学士学位,2011年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事光学系统设计方面的研究工作。E-mail:dqsgw@yahoo.cn

    通讯作者:

    张新

  • 中图分类号: O439;TH703

Applications of liquid lenses in zoom systems

  • 摘要: 利用液体透镜进行变焦系统设计可以大幅降低系统的复杂程度,本文介绍和讨论了该项技术的研究和应用现状。首先,基于液体透镜的分类即渐变折射率透镜和变曲率透镜介绍了几种主要液体透镜的原理和特点,给出了具有代表性的ARCTIC透镜系列和Optotune透镜系列的设计参数和优点。然后,对液体透镜技术在变焦系统中的应用进行了分析,描述了其在变焦眼镜、手机相机、内窥镜和显微镜等诸多领域中应用的现状和优势。最后,利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统,该系统可实现2.5倍的可见光变焦。

     

  • [1] 贾庆莲,王春霞. 连续变焦镜头焦距输出结构的设计[J]. 中国光学,2010,3(6):649-652. JIA Q L,WANG CH X. Mechanism design of focal output for zoom lens[J]. Chinese Optics,2010,3(6):649-652.(in Chinese) [2] 杨为锦,孙强. 中波红外连续变焦系统设计[J]. 中国光学,2010,1(2):164-169. YANG W J,SUN Q. Design of middle infrared continuous zoom system[J]. Chinese Optics,2010,1(2):164-169.(in Chinese) [3] MARKS R,MATHINE D L,PEYMAN G,et al.. Adjustable fluidic lenses for ophthalmic corrections[J]. Opt. Lett.,2009,34(4):515-517. [4] WIPPERMANN F C,SCHREIBER P,BR UER A,et al.. Bifocal liquid lens zoom objective for mobile phone applications[J]. SPIE,2007,6501:650109-1-650109-9. [5] TSAI F S,CHO S H,LO Y H,et al.. Miniaturized universal imaging device using fluidic lens[J]. Opt. Lett.,2008,33(3):291-293. [6] HENDRIKS B H W,KUIPER S,VANAS M A J,et al.. Variable liquid lenses for electronic products[J]. SPIE,2006,6034:603402-1-603402-9. [7] YE M,WANG B,SATO S. Liquid-crystal lens with a focal length that is variable in a wide ange[J]. Appl. Optics,2004,43(35):6407-6412. [8] YE M,WANG B,SATO S. Liquid crystal lens with focus movable in focal plane[J]. Optics Commun.,2006,259(2):710-722. [9] WANG B,YE M,SATO S. Liquid crystal lens with focal length variable from negative to positive values[J]. Photonics Technology Letters,IEEE,2006,18(1):79-81. [10] PARK J,LIU C X,CHOI JW. A planar liquid lens design based on electrowetting[C]//Sensors,2007 IEEE,Atlanta,GA,Oct.28-31,2007:439-442. [11] KROGMANN F,SHAIK R,MONCH W,et al.. Repositionable liquid micro-lenses with variable focal length[C]//Micro Electro Mechanical Systems,2007.MEMS. IEEE 20th International Conference on,Kobe,Japan,Jan.21-25,2007:707-710. [12] LEE J H,LEE K H,WON J M,et al.. Mobile oscillating bubble actuated by AC-electrowetting-on-dielectric(EWOD) for microfluidic mixing enhancement[J]. Sensors and Actuators A:Physical,2012,182:153-162. [13] SIMON E,BERGE B,FILLIT F,et al.. Optical design rules of a camera module with a liquid lens and principle of command for AF and OIS functions[J]. SPIE,2010,7849:784903-1-784903-14. [14] MAILLARD M,LEGRAND J,BERGE B. Two liquids wetting and low hysteresis electrowetting on dielectric applications[J]. Langmuir,2009,25(11):6162-6167. [15] SHAMAI R,DAVID E,BERGE B,et al.. Water,electricity,and between on electrowetting and its applications[J]. The Royal Society of Chemistry,Soft Matter,2008,4:38-45. [16] BLUM M,B ELER M,GR TZEL C,et al.. Compact optical design solutions using focus tunable lenses[J]. SPIE,2011,8167:81670W-1-81670W-9. [17] 变焦眼镜让视力清晰更简单[EB/OL].(2010-08-25)[2012-04-11].http://baike.keede.com/html/2010-08/486.html. [18] Eyeglasses that mimic the human eye[EB/OL].[2012-04-11].http://www.scariameledam.com/consumerview/eyeglasses%20that%20minics.html. [19] KUIPER S,HENDRIKS B H W. Variable-focus liquid lens for miniature cameras[J]. Appl. Phys. Lett.,2004,85(7):1128-1130. [20] 液体镜头[EB/OL].[2012-04-11].http://baike.baidu.com/view/761463.htm. [21] FRANK S T,CHO S H,LO Y H,et al.. Miniaturized universal imaging device using fluidic lens[J]. Opt. Lett.,2008,33(3):291-293. [22] FRANK S T,JOHNSON D,FRANCIS C S,et al.. Fluidic lens laparoscopic zoom camera for minimally invasive surgery[J]. J. Biomedical Optics,2010,15(3):030504-1-030504-3. [23] GREWE B F,VOIGT F F,HOFF M V,et al.. Fast two-layer two-photon imaging of neuronal cell populations using an electrically tunable lens[J]. Biomedical Optics Express,2011,2(7):2035-2046. [24] NOVAK P,NOVAK J,MIKS A. Analysis and application of refractive variable-focus lenses in optical microscopy[J]. SPIE,2011,8083:808316-1-808316-9. [25] LIU S,HUA H. Extended depth-of-field microscopic imaging with a variable focus microscope objective[J]. Opt. Express,2011,19(1):353-361. [26] 卢威,傅丹鹰,孙燕萍,等. 液体镜头技术应用于空间探测的初步探讨[J]. 航天返回与遥感,2007,3(28):25-29. LU W,FU D Y,SUN Y P,et al.. Initial approach about application of liquid lens in space exploration[J]. Spacecraft Recovery Remote Sensing,2007,3(28):25-29.(in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-10-12
  • 修回日期:  2012-12-13
  • 刊出日期:  2013-02-10

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