借鉴玻璃透镜的研究方法，提出了一种基于统计数据的液体透镜重复变焦精度指标，用于描述其变焦稳定性，并给出了液体透镜设计参数优化及材料优选的实验方法。首先，通过初步实验研究与分析，得到影响液体透镜重复变焦精度的主要影响因素——极性溶液体积、锥度、非极性溶液粘度；其次，以重复变焦精度和变焦范围作为评价指标，发现重复变焦精度与电压的关系不具有单调性，存在先升后降的现象。在此基础上，运用极差分析与综合平衡法，得到各因素的不同影响程度及最优参数组合，采用正交实验法优化设计参数。最后，实验验证了该方法的有效性。实验结果表明，优化后的液体透镜，在150 V电压处，重复变焦精度为0.2 m⁻¹；在0~230 V电压范围内，变焦范围为−15.2~5.85 m⁻¹。结果表明本文所提出的方法基本满足液体透镜变焦稳定可靠、精度高、变焦范围大等要求。

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λ/14，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。

高性能光学成像器件是机器视觉测量的重要基础，液体透镜作为一种结构紧凑的快速电控调焦器件，在机器视觉测量领域中具有明确的应用前景。针对液体透镜调焦器件在视觉测量中性能易受环境干扰、系统内参难以准确标定的问题开展研究。首先，构建了基于Optotune液体透镜器件的机器视觉测量系统，分析了液体透镜器件电控调焦工作机理，提出了调焦系统的电流-焦距数学模型，研究了影响液体透镜调焦系统参数的温度、重力因素作用机理，分别提出了温度-焦距、重力-主点位置影响量传递与补偿数学模型；然后，将上述各系统模型与针孔相机成像模型相结合，提出了液体透镜调焦系统的函数化内参表达式，设计了求取表达式全部系数的标定装置与标定流程，并进行了系统内参标定实验，验证了文中内参标定方法的可行性；最后，利用标定所得的内参对边长30 mm的棋盘格靶标进行了测量实验，通过尺寸测量精度反映内参标定精度。实验结果表明，文中方法能够得到比现有插值法更准确的内参标定结果，其中图像角点空间映射位置误差均值为0.10 mm，棋盘格边长测量结果最大相对误差为0.68%，两项误差比插值法所得内参的测量结果分别减小了27.2%和54.4%。

聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)液体透镜具有大口径、高光焦度的优点，然而存在比较严重的像差。本文提出了一种可补偿像差的PDMS液体透镜，由PDMS膜、液体材料和补偿基底组成。根据建立的抛物面面形的PDMS液体透镜的光学模型，采用具有高折射率的液体材料(1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸)和特殊设计的基底进行整体像差校正和提高光焦度的设计。我们对提出的透镜进行了加工制作和实验验证，其有效光学口径为25 mm，光焦度范围为−5 D ~ +6 D，在可见光波段透过率超过90%。对比传统的PDMS液体透镜，本文提出的液体透镜可以改善成像质量，在+5 D光焦度时分辨率可达到15 lp/mm，在大口径的光学成像系统，比如望远镜、AR、VR等，具有潜在的应用前景。