本文展示了 Optotune 聚焦可调透镜的卓越性能。详细而言，不朽qing缘mg使用了集成 Optotune EL-16-40-TC-VIS-5D的远心电子透镜模块，以展示在具有极浅景深 (DoF) 的透镜系统中液体透镜的稳固性和可重复性能。

如图 1 所示，对两种差异的使用qing况举行了探讨：第一种qing况包罗恒久保持（一连数天），液体透镜焦距功率保持稳固；第二种qing况包罗多ci、随机和快速（毫秒级）跳离和跳回预定焦距功率值。qing况 A 代表很少需要重新对焦的检测应用，其稳固性主要依赖于液体透镜的质料和驱动特征，以及 Optotune 控制器的热赔偿，而qing况 B 则与液体透镜的动态使用有关，在这种qing况下，校准查找表可用于在预定的事情距离上一连重复对焦，或使用基于秠uan榷鹊淖远越狗ㄊ。在后一种qing况下，需要测试液体透镜的可重复性能。

图 1：两个使用案例的说明。案例 A（左）复制了在特定焦距功率下的恒久保持；案例 B（右）复制了在预定焦距功率值下的快速重新聚焦。

这些测试效果批注，Optotune 液体透镜可以放心、可靠地用于对稳固性和重复性要求极高的苛刻应用中，如电子和半导体检测、芯片粘接检测、计量等。稳固性和可重复性均在 +/- 10 mdpt 的规模内。

实验装置和要领

图 2 显示了成像测试的实验装置。由于 Sill 的远心 2x 镜头 S5VPJ6420 集成了EL-16-40-TC-VIS-5D，具有相对较高的放大倍率和较浅的景深（在数值孔径 NA 为 0.18、f 值为5.5 时≈ ± 50 μm），通常用于半导体或计量等检测应用，因此被选用。为了控制液体镜头，使用了 Optotune 的四通道工业控制器 ICC-4C。相机是 Basler acA2040 - 55um，像素尺寸为 3.45 μm，分辨率为 320 万像素（传感器名堂为 1/1.8"）。使用的是 CCS 蓝色背光。

为了监测液体透镜焦距功率的稳固性和可重复性（划分为qing况 A 和qing况 B），使用了一种基于秠uan榷鹊囊。使用了空间线频率为 100 lp/mm 的朗奇标尺目的（图 3），在图像空间中的频率为 50 lp/mm。秠uan榷戎副晔鞘褂盟鞅炊瞬ㄆ髟 x 和 y 两个偏向上盘算得出的，盘算公式如下：

sx = cv2.Sobel(img, cv2.CV_64F, 1, 0, ksize=5)
 sy = cv2.Sobel(img, cv2.CV_64F, 0, 1, ksize=5)
 magnitude = cv2.magnitude(sx, sy)
contrast_metric = magnitude.mean()

图 2：实验装置显示集成了EL-16-40-TC 的 Sill 2x 远心镜头 S5VPJ6420。

图 3：用于盘算秠uan榷鹊睦势娌镁瞿康耐枷瘢50 lp/mm）。

对于 A 和 B 两种qing况，在实验开shi时（对于特定的事情距离），都要举行焦距功率扫描，这样做有两个目的：一方面，可以准确地找到与最佳聚焦相对应的焦距功率；另一方面，可以将秠uan榷绕朴胧笛槠溆嗖棵诺慕咕喙β势屏灯鹄。

图 4：测试开shi前秠uan榷扔虢咕喙β市Ｗ记呤纠

用例 A 和 B 也被复制到单独测试液体透镜的实验装置中，纵然用 Shack-Hartmann 传感器 (SHS) 来监测 EL-16-40-TC-5D 的折射率和波前误差特征。

图 5：带准直光源的夏克-哈特曼传感器

案例 A：恒久焦距保持（稳固性）

对于案例 A，在焦距为 -2 dpt 和 + 2 dpt 时举行了为期四天的恒久保持，对应的事情距离划分为 ≈ 76 mm和 ≈ 60 mm。如图 6 所示，图像秠uan榷缺３衷谑笛榭猻hi时设定的最佳焦距的 5%以内。如图 6 右侧所示，这与最大焦距漂移 (±) 10 mdpt 相对应。

图 6：-2 和 +2 dpt 时恒久焦点功率保持的效果

同样的实验使用 Shack-Hartmann 传感器举行了 10 个小时。因此，影响远心透镜支架的振动和其他光学元 件的漂移等外部因素可以忽略不计。图 7 所示的效果证实，使用 ICC-4C 控制的 EL-16-40-TC 具有精彩的稳 定性，其焦距功率在大部门实验中都保持在 ≈ 6-7 mdpt（≈ +/- 3.5 mdpt）的规模内，而颠簸主要是由于 Shack-Hartmann 传感器受到噪声的影响。

图 7：使用 Shack-Hartmann 传感器举行恒久焦距功率保持的效果

qing况 B：快速焦距跳变（可重复性）

在案例 B 中，在特定事情距离下，将镜头调离并调回对应最佳秠uan榷鹊慕咕。使用的焦距为 -2、0 和 + 2dpt。在 0 dpt 的实验中，焦距跳变的规模是 +/- 2 dpt，在-2 和 + 2 dpt 的实中，焦距跳变的规模是 +/- 1dpt。图 8 显示了 0 dpt 实验中随机一连的焦点功率跃变。在抓取图像之前，每ci焦距功率跃变都有 30 毫秒的沉淀时间。

图 8：随机焦点功率跳变到 0 dpt 的列表。每ci跳跃都是 0.25 dpt 的倍数，重复 10 ci。

图 9：在焦距功率划分为 -2、0 和 +2 dpt 时举行的短期重复性测试效果。通过将在差异焦点功率跃迁时获得的秠uan榷戎档钠骄岛统叨任蟛睿ㄓ也啵┯胄蚊捕yuan榷群徒沟愎β手涔叵档那撸ㄗ蟛啵┚傩泄亓梢缘贸鼋崧：可重复性可在 +/- 10 mdpt 的规模内实现。

图 9 显示了这些实验的效果，即形貌秠uan榷群徒咕嘀涔叵档那撸ㄗ螅，以及与每ci焦距跃变相关的秠uan榷认陆档钠骄岛 STD（右）。从图 9 左侧可以看出，景深随着焦距的减小而略有zeng加（曲线变宽）。这是由于在差异的实验中使用的是恒定的光圈，而差异的焦距会导致放大率的细小转变，从而导致数值孔径的转变。另一方面，从图 9 右侧可以看出，秠uan榷却游吹陀 95%，因此在所有事情距离/焦距下，重复性都在 +/- 10 mdpt 规模内。

图 10 所示的类似实验也是使用 SHS 举行的。如左上图所示，使用液体透镜的所有调谐规模（≈-3 至 4dpt）对其举行随机调谐，在两ci跳变之间以 0 mA “竎i弧 。三阶多项式拟适用于模拟随机电流跃变与各自焦距功率值之间的关系（右上图）。然后使用这条 “ 校准曲线 ” 来推断焦点功率误差，盘算要领是 SHS纪录的现实值减去拟合获得的预期值。

图 10 左下图显示，纵然在 EL-16-40-TC-5D 调谐规模内最极端的负焦距和正焦距下，焦距功率误差也保持在 +/- 10 mdpt 的规模内，而右下图显示了焦距功率误差的漫衍qing况。

图 10：使用 SHS 举行的重复性测试。在液体透镜上施加了 250 ci随机电流跳变，两ci跳变之间重置为 0mA（左上图），从而获得了一条校准曲线（右上图），gai曲线以电流和焦距功率之间的三阶多项式拟合为模子。左下图显示了校准曲线的焦距功率和焦距功率误差之间的关系，批注误差保持在 +/- 10 mdpt 的规模内。右下图显示了焦距功率误差的漫衍qing况。

结论

Optotune 液态透镜已成为在工业和医疗应用等多个领域实现快速聚焦的精彩解决方案。与依赖物理移动光学元件来调整焦距的传统透镜系统差异，Optotune 手艺通过电气改变夹在薄膜和玻璃之间的液体焦点元件的曲率来实现快速驱动。这一创新手艺可在 3 至 20 毫秒的惊人时间规模内调整焦距，详细取决于液体透镜的清晰孔径，同时保持紧凑的形状。

在使用液体透镜检测或丈量历程、距离、物体平面度等的特定应用中，频仍快速调整焦距时的可重复性和恒久对焦稳固性等关jian特衴uan涞弥凉刂饕。最主要的是，必须保证液体透镜的焦距功率保持在整个透镜系统的景深 (DOF) 规模内，尤其是细密检测和计量中常用的高倍远心透镜，景深可浅至几十微米。本白皮书中先容的测蕐uan砻，Optotune EL-16-40-TC-5D 可以提供这种级此外性能，在 +/- 10 mdpt 规模内具有恒久稳固性和短期可重复性。纵然是在要求最苛刻的应用中，如电子和半导体检测、芯片粘接检测、计量等，这种性能水平也能令人知足。

请注重，Optotune 并不保证在所有条件和操作模式下都能实现 +/- 10 mdpt 的重复性。 有关官方重复性规格，请参阅透镜数据表。

有关性能实验的更多信息和配景，请随时与不朽qing缘mg的罗司理联系，电话：18162698939，lql@newhots.com。