神奇的液态镜片

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神奇的液态镜片

2021-05-10

0、引言

小米首款折叠屏旗舰智能手机MIX FOLD于2021年3月正式发布，搭载全球首发的液态镜头。小米雷布斯官宣“一颗镜头，既是长焦镜头，也是微距镜头。这是一个神奇的创新，仿生学原理，就像手机镜头里装入人眼晶状体。可流动的液体通过薄膜包裹，替代传统光学镜片，实现了焦距和焦点的变化吗。MIX，正在用创新看见未来。”

1、人眼仿生学

人眼没有光学镜头那么复杂，但却是世界上最精密的光学成像系统。光线进入到我们的眼球之后，会经过晶状体；晶状体不停调整形状改变屈光度，让我们看到的东西永远保持清晰。人眼通过睫状肌压迫晶状体实现对焦，构造简单却又反应迅速，非光学镜头所能比拟。

2、 液态镜片

顾名思义，液态镜片同传统光学镜片的最大不同在材质上，液态镜片不是由形状固定的玻璃或树脂材料组成，而是由特殊的液体组成，是柔性的的，是可以形变的。液态镜片宛若人眼晶状体被睫状肌牵引，通过改变镜片的弯曲程度来实现快速变焦和对焦。

液态镜片主要有两大类：反射式液态镜片和折射式液态镜片。

1. 反射式液态镜片是一个可变焦距的反射镜，当装有液体的容器旋转时，离心力将使液体表面形成一个理想的凹面。通过简单的旋转速度改变，就能改变镜面的曲率，可用于替代加工周期长、加工成本高的传统玻璃反射镜。

2. 折射式液态镜片，又可以分成三类：渐变折射率透镜(液晶)、液体填充式透镜、电润湿效应透镜。

①　渐变折射率透镜，通过改变施加在液晶上的电压来调节液晶折射率，从而实现变焦。该技术控制电压低，容易阵列化；但可调焦距范围小、光能损失大、畸变大。

②　液体填充式透镜，是通过填充和排出液体使表面的曲率发生变化而变焦的透镜，使用机械装置对腔内液体施加压力，从而使液体在体腔内重新分配，改变曲率半径。该技术驱动功耗小，镜头光圈大小灵活、变焦范围大；但其结构较为复杂、对震动和重力的影响较为敏感。

③　电润湿效应透镜，是通过改变施加的电压来控制液体在固体表面上的润湿特性的液体透镜。那么电润湿效应又是什么呢？简单来说就是通过电压来控制液滴的表面形状。更准确来说，电润湿效应是一种物理化学现象，通过改变液体-固体界面的外加电压来控制液体在固体面上的润湿特性，从而改变液滴的接触角，使其能像人眼的晶状体一样改变曲率实现变焦。同时，对施加电压的不同，其表面曲率会发生变化，从而实现光学变焦。

3、 液态镜片的应用

传统光学镜头每次变焦和对焦操作都需要大量机械部件（包括齿轮、电机、轴承等）参与，复杂的机械结构运动带来的机械磨损必然会导致镜头寿命缩短和成像质量下降。而由液态镜片组成的镜头内部没有（或有很少）机械部件，采用全电控的方式工作；在工作中，只需要改变电流或电压即可实现焦距的快速变化，部件之间几乎不存在磨损的问题，镜头不但更加轻巧，也更加结实耐用。再有就是液体镜片的所有动作都是通过电流控制的，但功耗相比需要通过电机驱动多枚镜片的传统镜头而言却小很多，是一种高效节能的技术。

液态镜片能大幅度改变镜片曲面形状，使液体镜头可以轻松拥有超小对焦距离的微距功能，而无须向传统镜头那样需要使用特殊的多镜片组设计。仅通过改变液态镜片的形状，可连续改变光焦度，从而实现远景到近景的连续对焦。极大的提高了放大倍率以及画质效果。还能减小液态镜头从远景到近景的FOV变化，远景到一般近景的变焦过程中几乎没有呼吸效应，更适合视频拍摄。