液晶透鏡的瞬態(tài)特性及其在擴展景深成像中的應(yīng)用

　　研究了液晶透鏡的瞬態(tài)特性。結(jié)果表明，LC透鏡在正、負(fù)透鏡狀態(tài)之間切換時，保持了其透鏡特性。其光功率由正變?yōu)樨?fù)，均方根像差也隨時間變化，但始終保持在0.1波長以下。利用LC透鏡的這種瞬態(tài)特性，獲得了擴展景深的圖像。

　　液晶透鏡的焦距是電可調(diào)的〔1〕。自1979年Sato首次提出用液晶材料制作光學(xué)透鏡以來〔2〕，液晶透鏡引起了廣泛的研究興趣〔3–9〕。雙電壓驅(qū)動的液晶透鏡〔10〕已被應(yīng)用于光學(xué)成像系統(tǒng)中功能，如聚焦和變焦〔11–15〕，目前由單個透鏡的機械運動來執(zhí)行。它可以作為正透鏡或負(fù)透鏡工作〔16〕，本文研究了LC透鏡的瞬態(tài)特性〔17〕。實驗表明LC透鏡有一個有趣的特性，即LC透鏡在正、負(fù)透鏡狀態(tài)之間切換時保持其透鏡特性。當(dāng)其光功率由正變?yōu)樨?fù)時，其均方根像差也隨時間變化，但始終保持在0.1波長以下。提出了一種利用該特性獲取擴展景深（EDOF）圖像的方法［18-23］，在LC透鏡從正透鏡狀態(tài)切換到負(fù)透鏡狀態(tài)的過程中，采集一系列不同距離目標(biāo)聚焦的圖像，并對序列圖像進(jìn)行小波融合得到EDOF圖像。眾所周知，成像系統(tǒng)數(shù)值孔徑的減小會導(dǎo)致聚焦深度的增加，但也會導(dǎo)致光通量的損失。提出了在光圈中使用掩模和圖像恢復(fù)技術(shù)來獲得EDOF圖像的方法〔18〕，但這種方法不僅降低了光通量，而且降低了圖像的分辨率。通過沿光軸移動系統(tǒng)或物體，并在不同焦距下捕獲物體的圖像堆棧，可以通過疊加圖像堆?！?1〕來重建EDOF圖像，但是這種方法需要恒定的放大和對準(zhǔn)。遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)［24］可以滿足要求，但遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)體積大、重量重。報道了用不同焦距的LC透鏡在恒定放大倍數(shù)下拍攝圖像的方法〔25〕，但LC透鏡的沉降時間一般較長，多步拍攝圖像的時間要長得多。這項工作的建議使得使用LC透鏡獲取不同深度圖像的耗時聚焦過程變得不必要。