瑞士Optotune可調(diào)透鏡ELM-F系列技術(shù)交流

瑞士Optotune可調(diào)透鏡ELM-F系列技術(shù)交流

一、品牌與產(chǎn)品概述

Optotune成立于2008年，總部位于瑞士迪蒂孔，是一家專注于可調(diào)光學元件的公司。公司從蘇黎世聯(lián)邦理工學院的實驗室項目起步，逐漸發(fā)展成為在全球光學元件領域具備一定規(guī)模的企業(yè)。Optotune的業(yè)務覆蓋工業(yè)自動化、醫(yī)療影像、激光加工和消費電子等領域，其可調(diào)焦液體透鏡已應用于多種成像和檢測場景。

ELM-F系列是Optotune與其光學合作伙伴共同開發(fā)的鏡頭模塊產(chǎn)品線。該系列由固定焦距透鏡組成，專門設計用于在光路中容納Optotune的電動可調(diào)透鏡。通過將液體透鏡與定焦鏡片集成在一個完整模塊中，ELM-F系列簡化了視覺系統(tǒng)的設計流程，減少了用戶在光學調(diào)試方面的工作量。

該系列目前支持S接口和C接口兩種規(guī)格的相機，適配傳感器尺寸最高可達4/3英寸，焦距覆蓋范圍從5mm至300mm。

主要產(chǎn)品類型：

EL系列（電動可調(diào)焦透鏡） —— 通過電流驅(qū)動改變焦距，無需機械移動部件

ML系列（手動可調(diào)焦透鏡） —— 零保持功耗設計，適用于需要大通光孔徑的場景

ELM-F系列（電動透鏡模塊——定焦型） —— 集成定焦鏡頭與液體透鏡的一體化模塊

ELM-T系列（電動透鏡模塊——遠心型） —— 集成遠心鏡頭與液體透鏡，保持遠心特性

S接口ELM-F系列 —— 適配S接口相機的小型化緊湊模組

C接口ELM-F系列 —— 適配C接口相機的中大傳感器模組

光束控制振鏡（2D鏡面） —— 基于音圈技術(shù)的二維光束偏轉(zhuǎn)器件

光束偏移器件 —— 用于圖像穩(wěn)定和高精度定位的光束控制組件

激光散斑消除器 —— 降低激光成像中的散斑噪聲

控制器系列 —— 包括ICC-1C、ICC-4C-500、ECC-1C等多種鏡頭驅(qū)動控制方案

二、主要型號

以下是Optotune C接口ELM-F系列中10個具有代表性的產(chǎn)品型號：

三、產(chǎn)品介紹

3.1 技術(shù)架構(gòu)與組成

ELM-F系列鏡頭的構(gòu)成主要包含以下幾個部分：

固定焦距光學透鏡組：用于提供基礎的光學成像能力

電動可調(diào)透鏡（液體透鏡） ：安裝在光路中的特定位置，通常靠近光闌

外殼與機械結(jié)構(gòu)：采用C接口或S接口標準，便于與各類工業(yè)相機連接

控制器接口：通過Hirose連接器與外置控制器（ICC系列）或內(nèi)置控制電路（ECC-1C）相連

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

傳感器支持：最高1.1英寸，像素尺寸最小支持2.7 μm

焦距范圍：5 mm至300 mm（含S接口和C接口全線產(chǎn)品）

F#：常見值為2.8至5.6

透鏡控制方式：兼容ICC-1C/ICC-4C-500外部控制器，或采用嵌入式ECC-1C控制器

透光波段：鏡片材料在400nm至2500nm范圍內(nèi)具備較高透光率

3.3 工作原理

傳統(tǒng)光學系統(tǒng)依賴機械結(jié)構(gòu)移動鏡頭位置來實現(xiàn)對焦，這種方式存在響應速度受限、結(jié)構(gòu)復雜、機械磨損等局限性。

Optotune的液體透鏡技術(shù)采用了不同的實現(xiàn)路徑。其核心結(jié)構(gòu)由一個容器、光學流體、音圈線軸與彈性聚合物薄膜組成。容器內(nèi)填充光學流體，并由薄膜密封。音圈線軸通過電流驅(qū)動，將光學流體推入或推離薄膜中心，從而改變薄膜的曲度。薄膜曲度的變化直接改變了透鏡的屈光度，實現(xiàn)焦距調(diào)節(jié)。

這一過程沒有機械移動部件，屈光度的變化由電流控制。調(diào)節(jié)速度可達毫秒級，調(diào)節(jié)范圍取決于透鏡型號，例如EL-3-10型號的調(diào)焦范圍為-13 dpt至+13 dpt。

ELM-F系列將這種液體透鏡預集成到經(jīng)過光學優(yōu)化的定焦鏡頭模塊中，用戶無需自行設計鏡頭與液體透鏡的配合方案，可直接選用已測試完成的完整模組。

四、優(yōu)勢特點

4.1 焦距調(diào)節(jié)速度快

液體透鏡通過電流驅(qū)動薄膜形變來改變屈光度，調(diào)節(jié)時間在毫秒級別。相比于傳統(tǒng)機械式調(diào)焦，這種方式在需要頻繁切換工作距離的場景中能夠提供更快的響應速度。

4.2 無機械運動部件

液體透鏡內(nèi)部沒有滑動或旋轉(zhuǎn)的機械部件，整個調(diào)焦過程依靠液體形變完成。這一特性減少了機械損耗帶來的故障風險，也降低了對潤滑和密封的維護需求。

4.3 使用壽命較長

由于沒有機械磨損部件，液體透鏡在常規(guī)使用條件下的調(diào)焦循環(huán)壽命可超過10億次。這一數(shù)據(jù)基于實驗室環(huán)境下的耐久性測試，在工業(yè)自動化等需要頻繁調(diào)焦的應用場景中具備實際參考價值。

4.4 結(jié)構(gòu)緊湊

液體透鏡本身尺寸較小，通光孔徑范圍從3mm到42mm不等。集成到ELM-F模塊后，整體尺寸仍然保持緊湊，適合空間受限的嵌入式視覺系統(tǒng)。

4.5 重復精度較高

液體透鏡的屈光度調(diào)節(jié)重復精度可控制在±0.1 dpt以內(nèi)。這一精度水平來自電流控制的可重復性和膜片形變的穩(wěn)定性，配合控制器的閉環(huán)調(diào)節(jié)，可滿足對聚焦穩(wěn)定性有要求的應用需求。

五、主要應用領域

5.1 條形碼讀取與物流分揀

在快遞物流中心的自動分揀系統(tǒng)中，物品大小和輸送距離各不相同，對焦需要持續(xù)調(diào)整。ELM-F系列配合液體透鏡的快速調(diào)焦能力，可以在不同物距下保持條形碼的清晰成像。達明機器人公司的資料顯示，ELM-F系列已應用于包裹分揀、讀碼器等物流自動化場景。

5.2 工業(yè)檢測與質(zhì)量控制

在電子元件的表面檢測、PCB板焊點檢查、IC芯片外觀檢測等自動化光學檢測場景中，相機系統(tǒng)需要快速適應不同高度和角度的檢測對象。ELM-F系列模塊提供了低F數(shù)設計和經(jīng)過測試的光學方案，有助于簡化檢測系統(tǒng)的集成工作。

5.3 醫(yī)療影像與生命科學

在顯微成像、微孔板讀取、體外受精培養(yǎng)監(jiān)測等生命科學應用中，樣本的Z軸位置可能存在微小差異。液體透鏡的快速調(diào)節(jié)能力支持在較短時間內(nèi)獲取多個焦平面的圖像數(shù)據(jù)，提升成像效率。同時，由于沒有機械移動產(chǎn)生的振動，適用于對圖像穩(wěn)定性有要求的顯微成像場景。

5.4 機器人視覺與嵌入式視覺

協(xié)作機器人、服務機器人和無人機等移動平臺對視覺系統(tǒng)的尺寸和重量有較高要求。S接口ELM-F系列的小型化設計適配這類平臺的安裝空間，焦距范圍覆蓋5mm至25mm，可選控制器集成方案也為系統(tǒng)集成提供了靈活性。