相比于传统的机械变焦镜头, 液体变焦镜头具有体积小、响应快、成本低和集成度高等特点, 被广泛应用于图像采集、目标追踪和特征识别等领域。焦距调节方式决定了液体镜头的性能和应用, 本文概括了基于液晶材料、介电泳、电化学、电润湿原理的物性控制式变焦镜头和基于静电力、电磁力、压力调节和环境响应的机械驱动式变焦镜头的研究现状, 介绍了液体变焦镜头在光流控芯片内的集成应用, 并指出当前面临的主要问题和解决方案。最后, 对液体变焦镜头的发展前景和研究方向进行了展望和总结。

为解决胶囊内窥镜分辨率与景深相互制约的问题, 将一种单液体、电控、可变焦液体透镜应用到内窥镜光学系统中进行光学设计, 在保证分辨率的同时, 扩大了系统景深.采用CODE V软件进行设计, 建立系统初始结构, 构造液体透镜模型, 基于液体透镜中液体的体积不变, 曲率、孔径和厚度可变的结构约束特点, 在MATLAB中计算出不同物距下透镜的曲率、孔径和厚度数据, 将其导入CODE V的系统模型中, 并提出了相应的优化流程.设计并优化带有液体透镜的胶囊内窥镜系统, 实现了系统在3~100 mm景深范围内的清晰成像, 视场角大于110°, 全视场范围内调制传递函数在40 lp/mm频率下均大于0.3.

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。