液体透镜光学性质的仿真分析

光学系统仿真及方法
光学系统仿真是一种重要的工程工具，它可以帮助工程师们在
设计和优化光学系统时进行快速、准确的评估。

光学系统仿真可以
涉及从简单的透镜设计到复杂的激光系统，可以帮助工程师们分析
光学系统的性能、优化设计参数，并预测系统的行为。

在光学系统仿真中，有许多不同的方法和工具可供选择。

其中
一种常用的方法是基于光学设计软件的建模和仿真。

这些软件可以
提供强大的建模和分析工具，例如Zemax、Code V和LightTools等。

通过这些软件，工程师们可以建立光学系统的准确模型，并进行光
学性能的仿真和优化。

另一种常用的方法是基于数值计算的仿真方法，例如有限元分
析（FEA）和有限差分时间域（FDTD）等。

这些方法可以用于分析光
学系统中的电磁场分布、光学元件的热学效应等问题，对于复杂的
光学系统仿真具有重要的作用。

除了建模和仿真方法外，光学系统仿真还需要考虑实验验证和
数据处理方法。

实验验证可以用于验证仿真结果的准确性，而数据
处理方法可以用于分析仿真结果并进行优化设计。

总的来说，光学系统仿真及方法是一个复杂而多样化的领域，它为工程师们提供了强大的工具和方法来设计和优化光学系统。

随着科学技术的不断发展，光学系统仿真将在未来发挥更加重要的作用。

虚拟仿真技术在初中物理教学中的应用——以《透镜》一课为例2.东北师大理想信息技术研究院吉林长春 130000随着科技的飞速发展，虚拟仿真技术在教育领域的应用日益广泛。

在初中物理教学中，如何利用虚拟仿真技术使抽象的理论变得具体生动，是摆在教师们面前的一项重要任务。

本文将以《透镜》一课为例，深入探讨虚拟仿真技术在初中物理教学中的应用。

1. 引言透镜是初中物理课程中的重要内容，然而其抽象性和难以直观展示的特点常常使学生们望而却步。

传统的教学方式主要依赖于口头讲解和静态图片，难以满足学生们的学习需求。

而虚拟仿真技术的引入，为教学注入了新的活力。

2. 虚拟仿真技术的优势2.1 视觉化展示虚拟仿真技术可以将抽象的物理概念以具体的视觉效果呈现在学生面前，使学生们能够直观地看到透镜折射光线的过程，从而使理论变得具体而生动。

2.2 交互式学习虚拟仿真技术赋予了学生们实时的操作能力，他们可以在虚拟环境中进行实时的调整和观察，自由探索透镜的特性。

这种交互式学习模式培养了学生的实验设计和问题解决能力。

2.3 安全性和成本效益相比传统实物实验，虚拟仿真技术避免了一些潜在的安全隐患，并且节省了购买、维护实验器材的费用，降低了教学成本。

3. 虚拟仿真技术在透镜教学中的具体应用3.1 透镜焦距的调整通过虚拟仿真软件，学生们可以在电脑屏幕上调整透镜的曲率半径和折射率等参数，实时观察焦距的变化，从而直观地理解焦距与透镜的形状和折射率之间的关系。

1.探究凸透镜对于光线的作用【引导】教师在黑板上操作激光笔使用，引导学生自己用三线激光器（不伤眼）探究凸透镜对于光线的作用。

【探究】学生使用pad，在上面打开虚拟仿真工具，深度理解，凸透镜对于光线的会聚作用。

自己观察平行光射到凸透镜上，会出现什么样的现象。

2.探究凸透镜对于光线的作用【探究】学生使用pad，在上面打开虚拟仿真工具，深度理解，凹透镜对于光线的发散作用。

自己观察平行光射到凹透镜上，会出现什么样的现象。

一、实验目的1. 了解光学仿真实验的基本原理和方法；2. 通过仿真实验，加深对光学理论知识的理解和掌握；3. 学会使用光学仿真软件进行实验，提高实验操作能力。

二、实验原理光学仿真实验是通过计算机模拟光学系统的工作原理，以获得实验结果的过程。

本实验主要利用光学仿真软件进行以下实验：1. 几何光学仿真：研究光学系统中的光线传播、成像规律等；2. 电磁光学仿真：研究光与物质相互作用，如光的吸收、散射、折射等；3. 傅里叶光学仿真：研究光学系统的频谱特性、滤波处理等。

三、实验仪器与软件1. 实验仪器：光学实验平台、电脑、投影仪等；2. 实验软件：Zemax、TracePro、LightTools等光学仿真软件。

四、实验内容及步骤1. 几何光学仿真实验（1）实验目的：研究透镜成像规律，验证高斯成像公式。

（2）实验步骤：1）搭建实验平台，安装光学元件；2）使用Zemax软件建立透镜成像模型；3）设置实验参数，如物距、像距、透镜焦距等；4）运行仿真，观察成像结果；5）分析结果，验证高斯成像公式。

2. 电磁光学仿真实验（1）实验目的：研究光与物质相互作用，如光的吸收、散射、折射等。

（2）实验步骤：1）搭建实验平台，安装光学元件；2）使用TracePro软件建立光与物质相互作用模型；3）设置实验参数，如波长、介质参数等；4）运行仿真，观察光与物质相互作用结果；5）分析结果，了解光的吸收、散射、折射等特性。

3. 傅里叶光学仿真实验（1）实验目的：研究光学系统的频谱特性、滤波处理等。

（2）实验步骤：1）搭建实验平台，安装光学元件；2）使用LightTools软件建立光学系统模型；3）设置实验参数，如波长、滤波器设计等；4）运行仿真，观察频谱特性和滤波处理结果；5）分析结果，了解光学系统的频谱特性和滤波处理方法。

五、实验结果与分析1. 几何光学仿真实验结果：通过仿真实验，验证了高斯成像公式，并观察到不同物距下的成像情况。

水凸透镜模拟近视眼实验思路和创新点水凸透镜模拟近视眼实验思路：1. 准备工具：水凸透镜、无线光源、白色屏幕。

2. 将水凸透镜放置在无线光源前方，调整光源的亮度和角度，使得光线能够通过凸透镜。

3. 将白色屏幕放置在凸透镜后方，调整距离和位置，使得屏幕上可以看到清晰的倒置图像。

4. 向凸透镜加入一些液体，使得透镜成为一只近视眼。

透镜中的液体可以透过壳体，并可在不同位置加入，以模拟不同程度的近视眼。

5. 调整光源的位置和屏幕的位置，使得能够观察到透镜产生的近视眼倒置图像。

创新点：1. 透过壳体加入液体，可以模拟不同程度的近视眼。

可以对比不同程度近视眼的倒置图像，让观察者更好地了解近视眼的症状和病理机制。

2. 使用无线光源和白色屏幕，让实验更加简便和可重复。

这也可以让学生更加专注于观察和思考，而不是在搭建实验器材的过程中分散精力。

3. 增加可调节的光源亮度和角度，可以模拟生活中不同光照环境下的近视眼症状，使得实验更加生动和真实。

4. 实验过程中可以让观察者自己调节透镜中液体的量，不仅可以提高实验趣味性，而且也可以让观察者更好地理解近视眼的成因和治疗方法。

5. 可以添加不同颜色和形状的物体，让观察者观察和比较不同靠近眼睛的物体大小和清晰度，更直观地感受到近视眼对视力的影响。

6. 可以将实验结果和医学知识进行结合，让观察者更加全面地理解近视眼。

例如，可以介绍人类视力的生理结构、近视眼的成因和分类、常见的治疗方法等等，让观察者对近视眼有更深刻的认识。

7. 可以将该实验与其他实验进行结合，如模拟远视眼、散光等，让观察者了解不同眼病的症状和区别，更全面地了解人眼的结构和功能，提高科学素养。

8. 可以将实验进行拓展，比如结合虚拟现实技术，模拟成人和儿童不同的视力状况，让观察者在虚拟环境下更加直观地感受视力问题。

此外，也可以将该实验与其他领域进行结合，如生物学等，探索不同领域的交叉点。

9. 可以将该实验应用于课堂教学，让学生通过实验和观察，更好地理解近视眼和人眼视力的相关知识。

文章编号：1002-2082 (2021) 02-0339-07液体透镜的透射波前特性研究卢佳玮，袁道成，刘　乾（中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621000）摘 要：液体透镜是一种新型光学元件，通过改变表面曲率而调整光焦度。

液体透镜的透射波前质量会影响成像质量，将液体透镜应用于精密光学系统需要探明其透射波前变化特性。

通过理论和仿真分析液体透镜通光孔径内不同高度入射光线的光程差随曲率半径的变化，以及光程差对光焦度的敏感性，以此研究光瞳空间内光程差微变的一致性。

分别测量液体透镜在零、正、负光焦度下的透射波前，通过分析实验数据验证液体透镜的光程差微变的一致性。

实验结果表明：光程差微变的空间最大差异约为0.22λ～0.36λ，空间分布离散程度约为0.01λ～0.02λ，得出液体透镜随电流微变产生的光程差微变一致性较好，为液体透镜在精密光学系统中的应用和像差补偿提供了技术支撑。

关键词：光学测量；液体透镜；透射波前；光程差中图分类号：TN206 文献标志码：A DOI ：10.5768/JAO202142.0205002Study on characteristics of transmission wavefront of liquid lensLU Jiawei ，YUAN Daocheng ，LIU Qian（Institute of Machinery Manufacturing Technology, China Academy ofEngineering Physics, Mianyang 621000, China ）Abstract ：As a new optical element, the liquid lens provides adjustable optical power by changing the curvature. The transmission wavefront quality of liquid lens will affect the imaging quality. In order to apply liquid lens to precise optical system, it is necessary to investigate its transmission wavefront characteristics.The variation of the optical path difference (OPD) with the curvature radius, and the sensitivity of the OPD to the optical power in different heights of incident light in liquid lens aperture were analyzed by theory and simulation, so as to study the uniformity of slight variation of OPD in pupil. The transmission wavefront of liquid lens in zero, positive and negative optical power was measured. The uniformity of OPD variation of liquid lens was verified by analyzing the experimental data. The experimental results show that the spatial maximum difference of optical path difference variation is about 0.22 λ~0.36 λ, and the dispersion degree of spatial distribution is about 0.01 λ~0.02 λ. The analysis results show that the OPD variation of liquid lens with respect to the minor variation of electrical current has good uniformity, which can provide support for application and aberration compensation of liquid lens in precise optical system.Key words ：optical measurement ；liquid lens ；transmission wavefront ；optical path difference引言液体透镜是近年来发展的一种新型光学元件，可以不采用任何移动组件，通过改变透镜表面的曲率而调整焦距，具有体积小、寿命长、响应快、收稿日期：2020-09-09； 修回日期：2020-12-07基金项目：中国工程物理研究院院长基金（YZJJLX2017007）作者简介：卢佳玮（1997−），女，硕士研究生，主要从事精密测量方面的研究。

第 38 卷第 5 期2023 年 5 月Vol.38 No.5May 2023液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays可调偶次非球面液体透镜和变焦距光学系统的仿真研究潘国彬，于涛*，张广翔，刘永辉（大连海事大学理学院，辽宁大连 116026）摘要：本文提出了一种结合电润湿效应和静电力共同作用的可调偶次非球面液体透镜，利用Comsol Multiphysics软件对非球面液体透镜进行仿真研究，四圆环电极产生的静电力可以灵活地调整液体透镜的面型。

利用该液体透镜设计了变焦光学系统，采用Zemax软件获得优化校正像差的非球面方程。

作为可调偶次非球面液体透镜的目标面型，调整电润湿电极和四圆环电极上的电压，仿真得到的非球面与目标非球面间的光程均方根误差小于λ14，满足Marechal判据。

在26~30 mm焦距范围内，与环形电极电压为0 V的液体透镜系统相比，环形电极施加调节电压的可调偶次非球面液体透镜变焦距系统有良好的成像效果。

关键词：偶次非球面液体透镜；电润湿；静电力；变焦光学系统中图分类号：O436 文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2023-0023Simulation of adjustable even aspheric liquid lensand zoom optical systemPAN Guo-bin，YU Tao*，ZHANG Guang-xiang，LIU Yong-hui（School of Science， Dalian Maritime University， Dalian 116026， China）Abstract：A kind of adjustable even aspheric liquid lens combined with electric wetting effect and electrostatic force is proposed.The aspheric liquid lens is simulated by using Comsol Multiphysics software. The electrostatic force generated by four circular electrodes can flexibly adjust the surface shape of the liquid lens.The zoom optical system is designed by using the liquid lens.The aspheric equation for optimizing and correcting the aberration is obtained by using the Zemax software. As the target surface of the adjustable even aspheric liquid lens， the voltage on the electrowetting electrode and the four-ring electrode is adjusted. The simulated root mean square error of the optical path between the aspheric surface and the target aspheric surface is less than λ14， which meets the Marechal criterion. In the range of 26~30 mm focal length，compared with the aspheric liquid lens system with the ring electrode voltage of 0 V，the adjustable even aspheric liquid lens zoom system with the ring electrode voltage has good imaging effect. Key words： even aspheric liquid lens； electric wetting； static electricity； zoom optical system文章编号：1007-2780（2023）05-0574-08收稿日期：2023-01-29；修订日期：2023-03-01.基金项目：国家自然科学基金（No.12004063）Supported by National Natural Science Foundation of China（No.12004063）*通信联系人，E-mail：yutao@第 5 期潘国彬，等：可调偶次非球面液体透镜和变焦距光学系统的仿真研究1 引言近年来，基于液体材料的光学器件的研究是一个重要研究方向，例如液晶光栅［1］、液晶透镜［2］和液体透镜等。

电润湿双液体透镜的建模仿真作者：陈博伟吴之舟王正强来源：《电脑知识与技术》2018年第15期摘要：研究了微型化和无机械透镜的变焦，即电润湿双液体透镜的性能，通过COMSOL 软件进行了流体动力学的建模，分析了双液体界面面型随电压的变化，并导出了其中几组电压下界面面型数据，其次再用MATLAB对数据进行拟合，求出曲面的函数解析式，最后将数据导入ZEMAX软件中，在ZEMAX软件中进行光学建模，结果表明，在105v-150v的电压范围内，电润湿双液体透镜的焦距变化范围是从29.597mm变化到395.6mm，可以在大范围内实现变焦，可以同时满足手机摄像镜头的微型化和精确变焦的需求。

关键词：液体透镜；介质上电润湿效应；COMSOL软件；MATLAB软件；Zemax软件中图分类号：TP302.7 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0192-041 引言电润湿效应是指改变液滴和绝缘板之间的电压，从而改变接触角，使液滴发生形变或位移的微流体现象。

借助于介质上电润湿效应研究的液体透镜可以实现焦距可调，变焦迅速，低功耗，低成本等优点，并且在微型化、系统响应能力上也有着明显的优势。

液体透镜比传统变焦透镜有着电压直接驱动、易于加工等优点，其优越的性能是传统的光学系统无法可比的[1 2]。

变焦透镜一般包含两种，一种是光学变焦，另一种是数码变焦。

光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的，通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。

一般镜头越长的数码相机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大，但是这就会使得镜头的体积较大，无法做到微型化。

而手机摄像镜头采用的是数码变焦。

数码变焦是利用软件对已有像素周边的色彩进行判断，并根据周边的色彩情况插入经特殊算法加入的像素，把图片内的每个像素面积增大，从而达到放大目的。

数码变焦基本都是插值运算，相当于将一个完整照片的小部分截取下来，然后经过运算放大。

水透镜模拟近视眼远视眼实验报告实验目的：通过水透镜模拟近视眼和远视眼，观察不同视力情况下物体的成像情况，探究近视眼和远视眼的成因和特点。

实验材料：1. 透明容器（作为模拟眼睛的角膜）2. 透明水杯（作为模拟眼睛的水晶体）3. 毛玻璃片（作为模拟眼睛的眼底）4. 实验小物体（如针头等）5. 直尺、标定尺（用于测量）实验步骤：1. 将透明容器放置在毛玻璃片上，并用水杯倒入透明容器中，保证容器内水的充满度。

2. 在容器的一侧贴上半透明镜片，使得另一侧更容易观察。

3. 将被观察的小物体放置于容器内，调整位置和角度，使其清晰可见。

4. 使用直尺和标定尺来测量容器和小物体的距离。

5. 移动观察位置，观察到物体上是否出现倒立、放大、模糊等情况。

实验结果：1. 近视眼情况下，观察物体的距离增大，物体在毛玻璃片上的成像会变得模糊、变小。

2. 近视眼情况下，观察物体的距离减小，物体在毛玻璃片上的成像会变得清晰、放大。

3. 将透明容器中的水部分倾倒，可以模拟远视眼情况。

4. 远视眼情况下，观察物体的距离增大，物体在毛玻璃片上的成像会变得清晰、放大。

实验分析：通过上述实验可以得出近视眼和远视眼的成因和特点。

近视眼是由于眼球的晶状体过于凸出，导致光线在晶状体前就已经聚焦而无法准确到达视网膜上，因此近视眼的物体成像会出现模糊、变小的情况。

远视眼则是由于眼球的晶状体过于扁平，导致光线无法在晶状体上准确聚焦，需要将观察的物体距离拉远，才能看清。

实验注意事项：1. 在实验过程中要小心操作，避免水杯倾倒和透明容器破裂等意外事故。

2. 测量距离时要确保准确性，尽量使用专业的测量工具。

3. 实验过程中要注意观察物体的清晰度和成像情况。

4. 行动要轻，不要撞击透明容器，以免产生涟漪影响观察效果。

第1篇一、实验目的1. 了解水透镜的基本原理和特点；2. 掌握水透镜的制作方法；3. 通过实验验证水透镜的成像规律；4. 提高物理实验操作能力和观察分析能力。

二、实验原理水透镜是一种利用水的折射率差异而形成的透镜。

当光线从空气射入水中时，会发生折射，根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间存在一定的关系。

通过改变水的形状，可以调节折射率，从而实现成像。

三、实验器材1. 实验桌；2. 透明塑料瓶；3. 玻璃棒；4. 水彩笔；5. 印刷物或高清图像；6. 数码相机；7. 刻度尺；8. 白纸。

四、实验步骤1. 将透明塑料瓶装满水，用玻璃棒搅拌使水均匀；2. 用水彩笔在塑料瓶的侧面画上两条平行线，表示透镜的主光轴；3. 将印刷物或高清图像放在水透镜的一侧，用数码相机拍摄透镜成像；4. 改变印刷物或高清图像与水透镜的距离，观察成像情况；5. 测量水滴的大小和形状，记录数据；6. 记录不同距离下的成像情况，分析成像规律。

五、实验数据与分析1. 水滴大小和形状：通过实验，发现水滴的大小和形状对成像效果有一定影响。

水滴越大，成像效果越明显；水滴形状越规则，成像效果越好。

2. 成像规律：根据实验数据，得出以下成像规律：（1）当印刷物或高清图像与水透镜的距离小于水透镜的焦距时，成像为正立、放大的虚像；（2）当印刷物或高清图像与水透镜的距离等于水透镜的焦距时，成像为正立、等大的虚像；（3）当印刷物或高清图像与水透镜的距离大于水透镜的焦距时，成像为倒立、缩小的实像。

六、实验结论1. 水透镜是一种利用水的折射率差异而形成的透镜，具有简单易制作、成像效果明显等特点；2. 水滴的大小和形状对成像效果有一定影响，水滴越大、形状越规则，成像效果越好；3. 通过实验验证了水透镜的成像规律，为光学实验提供了新的思路和方法。

七、实验反思1. 实验过程中，应注意水透镜的清洁，避免杂质影响成像效果；2. 在改变印刷物或高清图像与水透镜的距离时，要缓慢进行，以便观察成像规律；3. 本实验具有一定的局限性，如成像效果受环境光线、温度等因素影响，但仍然具有一定的参考价值。

制作液体显微镜的成果简介这种微透镜中其实是一个液滴，由两种不相的溶体构成，一种液体被包在另一种液体里，就像浸在水滴中的油珠。

液滴在最简单的形式下，也可以将周围的物体放大成像，研究人员甚至可以调整液滴对光的折射，这类似于改变显微镜的焦距。

他们通过结合光学与化学，精确地控制了内置液滴和外包液滴之间的界面弧度。

该界面就是这个液体显微镜的“镜头”。

Mathias Kolle是MIT机械工程系的助理教授，他说：“液体有着丰富多彩的光学性质，它们可以被做成各种几何形状的液体透镜，我们还可以调节这些透镜，改变它们的弧度，从而改变焦距。

它们的应用会非常广泛。

”例如，可调微透镜可以被用作三维显示的液体像素，把屏幕的光导向一个特定的角度，这样就可以产生随观察角度变化而变化的三维图像。

他还设想，取一个血液样本，让其穿过一个口袋大小的中空的便携微透镜，透镜中的液滴矩阵从不同角度捕捉样本的图像，然后就可以还原出血细胞的三维图像来了。

“我们希望利用复合液体微透镜可成像和可调节的特点，以前所未有的方式进行成像，”Kolle说。

Kolle团队的工作建立在Swager的研究基础上。

Swager团队在2015年发明了一种制造和调制复合液滴的新方法，用这个方法他们可以改变液滴——比如一颗油珠包着水再浸泡在水中——的大小和构成。

Kolle制作的液体透镜也采用了相同的技术。

他们找了两种具有不同折射率的不相溶的透明液体（光进入不同折射率的介质时传播速度会发生改变，这是折射的基本原理），将它们装在一个小瓶中加热，当加热到一定温度时两种液体开始混合，这时再加入溶有表面活性剂（一种可以降低表面张力的分子）的水溶液。

这几种液体快速混合，微小乳胶液滴就行成了。

将液体冷却后，液滴中的不同液体迅速分离，成为液滴中包液滴的微透镜。

为了控制液滴的光学性质，表面活性剂的比例和浓度要适当。

在这项实验中，他们选择了对光十分敏感的表面活性剂，这种分子在紫外光下可以变其形状，从而改变液滴和包裹于其中的液滴的张力，进而改变液滴的距焦能力。

液流悬浮透镜技术在光学检测中的应用研究一、前言光学检测在现代工业中起着非常重要的作用。

随着科技的不断进步，光学检测已经成为了许多产品质量控制的关键技术。

然而，由于传统的光学检测方法存在着成本高、检测难度大等弊端，近年来液流悬浮透镜技术成为了光学检测领域的新热点。

本文旨在系统深入探讨液流悬浮透镜技术在光学检测中的应用研究。

二、液流悬浮透镜技术概述液流悬浮透镜技术（Liquid Optics）是一种将高精度的透镜合成系统应用于液体质量控制的新技术。

传统的透镜合成系统由多个透镜构成，液流悬浮透镜技术则采用了两种不同的液体，并将它们置于一起，形成一个液体界面。

当一种液体流过另一种液体界面时，最终形成一个可调整的变焦透镜。

液流悬浮透镜的速度和流动方向可以通过控制外部的电场来进行调节。

此外，由于流体的加速度较大，透镜的响应时间也非常快。

因此，液流悬浮透镜技术具有非常高的响应速度和灵活性，可以用于多种光学检测场合。

三、液流悬浮透镜技术在光学检测中的应用1. 快速扫描成像液流悬浮透镜技术可以用于快速扫描成像。

例如，在医学成像中，利用液流悬浮透镜技术可以实现快速的皮肤色素变化检测，可以检测出一些患者皮肤色素恶变的病征。

在工业检测领域，液流悬浮透镜技术也可以用于快速扫描产品表面缺陷，大大提高了检测效率。

2. 多领域检测液流悬浮透镜技术具有非常高的灵活性，可以用于多领域的检测。

例如，在食品安全领域，液流悬浮透镜技术可以用于检测食品中微生物等污染物。

该技术可以快速、高效地检测出食品是否存在问题，提高了产品的安全性。

3. 仿生感知在仿生感知领域，液流悬浮透镜技术可以用于制造仿生眼睛。

利用该技术可以制造出响应速度更快、更精准的人工晶状体。

此外，液流悬浮透镜技术还可以用于制造其他仿生感知器件，例如人工耳蜗、人工鼻等。

4. 矫正光学系统在光学仪器领域，液流悬浮透镜技术还可以应用于矫正光学系统。

光学镜头具有较高的成本和较长的制造周期。

基于液体透镜的仿生视觉光学成像系统孟晓辰;樊凡;祝连庆;娄小平【摘要】随着机器视觉技术在先进制造系统、机器人系统、智能监控、航天军工等领域的广泛应用,仿生视觉系统的小型化、灵巧化成为研究的重要方向之一.针对传统机器视觉系统变焦结构复杂、易磨损、寿命低等缺点,在分析液体透镜原理和成像特点的基础上,设计并搭建了一种基于液体透镜的仿人眼光学系统,系统的主要技术指标为:焦距范围18.5 mm～22.5 mm,镜头变倍比为1.22,视场角为38°×24°.设计结果符合各项指标,像质在不同焦距处均满足使用要求,可实现实时对焦.整个光学系统尺寸为36 mm×55 mm×30 mm,结构紧凑,实用性强.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】5页(P595-599)【关键词】光学设计;仿生视觉;液体透镜;调制传递函数【作者】孟晓辰;樊凡;祝连庆;娄小平【作者单位】北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室,北京100192;北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室,北京100192;北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室,北京100192;北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室,北京100192【正文语种】中文【中图分类】TN202;TP741引言仿生视觉是通过分析与模拟生物的视觉系统来实现光学成像、视觉信息感知与处理的技术[1-4]。

从光学结构与成像角度来进行研究，模拟生物视觉系统的光学结构与感光机理，是仿生视觉的主要研究内容之一。

长期以来，人类致力于拓展视觉信息的获取能力，对各种光学成像系统开展了一系列的研究。

变焦距光学系统可对成像系统的焦距进行调节，传统的光学变焦系统利用多组透镜作为屈光单元，通过调整透镜组位置来改变系统焦距，往往需要复杂的传动与控制机构，系统的微型化和变焦特性也有待提高。

科技的发展对变焦系统的成像效果与功能特性提出越来越高的要求，轻便、小巧、稳定和灵活调焦的需求快速增加，研究新型变焦系统原理与结构对减小传统变焦系统的复杂度、改善变焦特性、实现系统的集成和微型化有着重要意义[5-6]。

水下光学图像劣化分析与仿真模拟李维香，陈晔，袁飞*（厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门 361005）摘要：对水下图像进行有效的改善必须建立在水下成像系统的机制和特性的研究基础之上。

在分析总结了水下光学图像获取过程中的劣化类型和原因的基础上，基于Jaffe-McGlamery成像模型，成功仿真了浅海干净水质下、光学摄像机水下拍摄成像图像模糊、色彩降维等劣化特点，体现了摄像机、光源与成像平面的位置特点以及海水前向散射、光谱选择性吸收和衰减等影响，同时体现了光学设备对成像的离焦和运动造成的劣化。

研究成果对于光学系统设计及图像的后续处理具有一定的理论支撑和参考价值。

关键词：水下成像；图像劣化；劣化分析；Jaffe-McGlamery模型The Degradation Analysis and Simulation of UnderwaterOptical ImageLI Wei-Xiang， CHEN Ye， YUAN Fei(Xiamen University Key Laboratory of Underwater Acoustic Communication and Marine Information Technology Xiamen 361005,China))Abstract：The effectively improvement of the underwater image must base on the research about the underwater imaging system’s mechanism and characteristics. On the basis of the analysis on the underwater optical image’s degradation types and reasons in the process of obtaining, this paper successfully simulates the deterioration characteristics such as image blur, color reduction based on Jaffe-McGlamery imaging model in the shallow water and clean water situation. The result shows the location characteristics of the camera and the light source and the imaging plane, and the impact that the water forward scattering and absorption select and attenuation cause on. Meantime it reflects the deterioration characteristic caused by the device defocus and motion. The result is valuable and can be reference to the design of optical system and the image pre-process. Keywords：underwater imaging； image distortion；distortion analytics； Jaffe-McGlamery model0 引言水下成像成为海洋开发和利用领域中极有价值的方式之一。

液体望远镜原理液体望远镜是一种利用流体作为透镜的望远镜，其原理基于光的折射和流体在重力场中产生的形变效应。

这种望远镜的主要优点是制造成本低，适应性强，而且可以在大范围内连续调节焦距。

本文将详细介绍液体望远镜的原理、制造方法及应用领域。

一、液体望远镜的原理液体望远镜是利用流体的光学性质来形成透镜，流体主要有两种类型: 一种是密度均匀的，如水、甘油等；另一种是具有梯度折射率的可调焦透镜，如油膜透镜等。

这种透镜通过对光的折射和流体的形变效应来实现像的成像。

液体望远镜的原理基于制造透镜后，将光源所发的光线通过透镜集中到成像面上，从而形成清晰的像。

制造出高质量的液体透镜是实现液体望远镜性能的关键。

这里所说的液体透镜，在光学上是和传统光学透镜具有相同的光学表现，但是光路在流体内部的传播较传统光学透镜而言复杂得多。

液体望远镜的原理在于光线通过流体介质时会发生折射偏转，如同在普通的玻璃透镜中一样。

而在靠近流体表面区域，光线的折射率采取比较大的变化，因此光线的偏转程度就可以通过改变流体内部的折射率分布实现调节，在这个意义上来说，这种液体透镜是可以适应不同距离目标的需要。

二、液体望远镜的制造方法液体望远镜内的液体透镜是利用高速旋转的滴灌技术和微重力环境下的水银气化腔来实现的。

具体的过程是首先利用玻璃管在高速旋转的盘内，滴入流体，使流体产生旋转，这样可以控制流体表面的几何形状，通过调整滴液的速度和旋转速度，调整透镜的曲率。

然后，利用水银沉积腔产生微重力，使液体浸蚀胶体形成精密几何表面。

通过这些过程，液体透镜可以制造出各种浓度均匀或梯度折射率的镜片。

液体望远镜还可以利用自由表面液体的微重力环境，在氧气气氛下贴附多孔硅基板，形成异相形状和微结构化，进而实现调制折射率的变化。

这样制造出来的液体透镜模块体积小、可定制性高，适用于批量生产。

三、液体望远镜的应用领域液体望远镜在科学研究和工业生产领域中具有广泛的应用，以下是主要应用领域的介绍：1. 大型天文望远镜：液体望远镜可以达成与传统望远镜一样的功能，同时可以提高探测灵敏度。