一种透镜及像差校正方法

技术领域

本申请涉及到光学设备技术领域，尤其涉及到一种透镜及像差校正方法。

背景技术

传统的变焦成像系统由多片固体透镜组成，其可通过机械移动各透镜间的位置来实现光学变焦。这种变焦方式响应时间长、功耗大、体积笨重。液体变焦透镜是一种新型的依据仿生学原理提出的光学元件，其中作为代表的有利用电润湿流体接触角变化的可变焦透镜，它具有变焦能力强、变焦平滑、偏振无关、成本低廉和加工容易等特点，具有很好的应用前景。

由于像差校正是保障透镜成像质量的重要因素，像差越小，系统的成像质量越高。但传统的液体透镜，并不具备校正像差的自由度，其会影响成像分辨率，导致成像质量较差。因此，如何提供一种能够获得较好的像差校正效果的透镜已成为本领域亟待解决的难题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种透镜及透镜的像差校正方法，以使透镜的像差校正的效果较佳，从而提升透镜的成像质量。

本申请第一方面，提供了一种透镜，该透镜包括第一类液体、第二类液体、储液室和至少一个液体进出通道。其中，第一类液体和第二类液体填充于储液室，并且第一类液体和第二类液体互不相溶。这样，第一类液体和第二类液体分层设置，且在第一类液体和第二类液体之间形成液体接触面。透镜设置有至少一个液体进出通道，第一类液体可以通过该至少一个液体进出通道充入储液室，或者第一类液体可以通过该至少一个液体进出通道从储液室中排出。另外，第二类液体也可以通过该至少一个液体进出通道充入储液室，或者第二类液体可以通过该至少一个液体进出通道从储液室中排出。

在本申请中，通过将第一类液体和第二类液体充入储液室或者从储液室排出，可对第一类液体和第二类液体的体积比例进行调整。而随着第一类液体和第二类液体的体积比例的变化，形成于第一类液体和第二类液体之间的液体接触面的位置会随之改变。例如，在第一类液体和第二类液体的总体积不变的情况下，当第一类液体和第二类液体的体积比例减小时，液体接触面的位置沿第一方向移动。当第一类液体和第二类液体的体积比例增大时，液体接触面的位置沿第二方向移动。第一方向与第二方向为第一类液体和第二液体的分层方向，且第一方向与第二方向相反。又因为在液体接触面的位置改变的过程中，改变了物距和像距，从而改变了光线经液体接触面的成像汇聚位置，其可达到像差校正的效果。

为了形成透镜的储液室，透镜还可以包括第一基板、第二基板和挡板。其中，第一基板和第二基板相对设置，挡板设置于第一基板和第二基板之间，且挡板沿第一基板和第二基板的边缘设置一周。另外，挡板与第一基板和第二基板相连接，从而可在第一基板、第二基板和挡板之间围设形成储液室。

可以理解的是，在本申请一个可能的实现方式中，上述的至少一个液体进出通道可以设置于挡板，以便于该至少一个液体进出通道的设置。

在本申请中，由于第一类液体和第二类液体互不相溶，则液体进出通道可以设置为一个，以使第一类液体和第二类液体均可通过该一个液体进出通道充入储液室，或者从储液室排出，从而简化透镜的结构。在另外一些可能的实现方式中，也可以为第一类液体和第二类液体分别设置独立的液体进出通道。此时，液体进出通道为两个，一个用于供第一类液体充入储液室，且供第一类液体从储液室中排出；另一个用于供第二类液体充入储液室，且供第二类液体从储液室中排出，从而实现对第一类液体和第二类液体体积调整的独立控制，以便于实现对两类液体的体积的调整。还有一些实现方式中，也可以为第一类液体充入储液室和从储液室中排出分别设置液体进出通道，即为第一类液体设置两个液体进出通道。相类似的，也可以为第二类液体设置两个液体进出通道。

在本申请一个可能的实现方式中，第一类液体为绝缘液体，第二类液体为导电液体。另外，透镜还包括第一电极和第二电极，其中，第一电极可以设置于第二基板的朝向第一基板的表面，或者第一电极设置于第二类液体中。第二电极可以设置于储液室，该第二电极可为筒状电极，该筒状电极的一端开口朝向第一基板，另一端的开口朝向第二基板。在本申请中，液体接触面也可为第二电极围设的区域内。另外，施加于第一电极和第二电极的电压可作用于第二类液体。由于第二类液体为导电液体，则随着施加于第一电极和第二电极上的电压的变化，可以改变第二类液体的润湿性，从而使液体接触面的曲率发生改变。这样，虽然移动后的液体接触面改变了整个透镜的物距和像距，但是，通过改变施加于第二类液体的电压，来调节液体接触面的曲率，可重新让观测物体聚焦在与液体接触面移动前相同的成像面上，从而实现光学变焦的功能。

在本申请一个可能的实现方式中，可使第二电极的表面设置有介电疏水层。这样，可以避免第二电极具有的吸附性对于液体接触面的曲率的影响。

在本申请中，第一基板和第二基板的设置形式可根据具体的应用场景进行设置。示例性的，在一个可能的实现方式中，第一基板为弹性薄膜基板，第二基板为硬质基板，在本申请中，弹性薄膜基板是指可随施加的压力的改变，发生曲率变形的基板。而硬质基板可随施加的压力的改变发生微小的变形，但与弹性薄膜基板相比，在相等的力的作用下，硬质基板的形变可以忽略。则第一基板可随施加的压力的改变，发生曲率变形。而第二基板可随施加的压力的改变发生微小的变形，但与第一基板相比，在相等的力的作用下，第二基板的形变可以忽略。在此基础上，可以通过改变储液室内的第一类液体和第二液体的体积总量，来使第一基板的曲率发生改变，以对光焦度进行调整，从而达到像差校正的目的，以提升成像质量。

在本申请另一个可能的实现方式中，第一基板和第二基板可以均为弹性基板，这样，随着储液室内的第一类液体和第二液体的体积总量的改变，可以使第一基板和第二基板中的至少一个的曲率发生改变，例如，可使第一基板的曲率改变，或者使第二基板的曲率改变，又或者使第一基板和第二基板的曲率均改变。而第一基板和/或第二基板的曲率发生改变均可实现对光焦度的调整，这样，通过使第一基板和第二基板的曲率均可改变，可以增加透镜的像差校正的自由度，从而可以在其变焦范围内提供更好的像差校正效果。另外，当随着储液室内的第一类液体和第二液体的体积总量的改变，第一基板和第二基板的曲率均改变时，可以形成双凹或双凸透镜效果，相比平凹或平凸透镜，在相同光焦度下，透镜厚度可以设计的更轻薄。

在本申请中，针对第一基板和/或第二基板为弹性薄膜基板的透镜来说，其可以包括多个曲率面，例如第一基板和/或第二基板，以及液体接触面。该多个曲率面的曲率可发生变化，而通过将不同的曲率面进行组合，可以形成不同的焦距的组合。示例性的，在本申请一个可能的实现方式中，可以使挡板沿周向围合形成第一通光孔径，另外，将第二电极通过连接部与挡板的朝向储液室的侧壁连接，此时，挡板与第一基板的连接处位于第一平面，且挡板与第一平面垂直。这样，可使第二电极沿周向围合形成第二通光孔径。可以理解的是，通过对用于将第二电极和挡板进行连接的连接部进行调整，可以实现对第二通光孔径的调整，以使第一通光孔径和第二通光孔径不同。值得一提的是，在本申请中，第二电极可通过至少两个连接部与挡板连接，连接部与第二电极和挡板之间可为点接触，以减小对第一通光孔径处的透光率的影响。另外，连接部也可以为一环形的一体结构，此时，可使连接部由玻璃或树脂等透明材料制成，以减小对第一通光孔径处的透光率的影响。

在本申请中，由挡板围合形成的第一通光孔径，可通过第一基板和/或第二基板的曲率的改变来实现对其光焦度的改变。而第二通光孔径由第一基板、第二基板和液体接触面组合而成，其可通过第一基板、第二基板以及液体接触面中的至少一个的曲率的改变来实现对其光焦度的改变。示例性的，当液体接触面呈平面镜效果(即液体接触面的曲率为0)时，第一通光孔径的光焦度和第二通光孔径的光焦度相同。当液体接触面呈凹凸透镜效果时，第一通光孔径的光焦度和第二通光孔径的光焦度不同，具体的，当任意一个基板或两个基板为凹透镜，且液体接触面也为凹透镜时，此时形成周边离焦效果，离焦度数对应第一通光孔径的光焦度和第二通光孔径的光焦度之差。另外，当任意一个基板或两个基板为凸透镜，可以调节液体接触面为凹透镜，此时形成广角和长焦效果，其中，第一通光孔径为广角效果，第二通光孔径为长焦效果，从而可实现对感兴趣的物体的更清晰的聚焦。

在本申请中，当第一基板和第二基板中的至少一个为弹性薄膜基板时，随着储液室内的第一类液体和第二类液体的总体积的减少，弹性薄膜基板可沿朝向另一基板的方向凹陷。另外，在本申请一个可能的实施例中，从中央区域到周边区域的方向上，使透镜的光焦度逐渐增大，从而在由中央区域到周边区域的方向上，使该透镜形成渐进离焦的效果。具体实施时，有如下几种实现方式：

第一种实现方式，第一基板为弹性薄膜基板，由中央区域到周边区域的方向上，可使第一基板的厚度逐渐增加。这样，在储液室内的第一类液体和第二类液体的总体积减少时，由中央区域到周边区域的方向上，第一基板凹陷的形变量逐渐减小，从而使透镜在该方向上形成的光焦度逐渐增大。另外，第一基板的厚度的逐渐增加可通过使第一基板包括多个套设的环形结构来实现。其中，环形结构的数量可大于或等于3。另外，该环形结构可为连续设置的环带；或者，每个环形结构可由多个凸起结构围设形成。在该实现方式中，由中央区域到周边区域的方向上，可使各个环形结构的厚度呈逐渐增加进行设置。

第二种实现方式，第一基板为弹性薄膜基板，由中央区域到周边区域的方向上，第一基板的刚度可逐渐增加，以使第一基板凹陷的形变量在该方向逐渐减小，从而使透镜在该方向上形成的光焦度逐渐增大。其中，在具体设置第一基板时，其可以包括多个套设的环形结构，环形结构的数量可大于或等于3，且由中央区域到周边区域的方向上，该多个环形结构的刚度逐渐增加。

第三种实现方式，弹性薄膜基板还可以由折射率逐渐变化的材料制成，仍以第一基板为弹性薄膜基板为例，这样，在由中央区域到周边区域的方向上，可使第一基板的折射率逐渐增大。以通过使不同区域具有不同的折射率来实现对透镜的由中央区域到周边区域的方向上的光焦度的调整。

在本申请另外一个可能的实现方式中，第一基板和第二基板还可以均为硬质基板。在该实现方式中，虽然第一基板和第二基板的曲率不发生改变，但是透镜的液体接触面的曲率以及其位置可以改变。这样，通过改变两类液体的比例，可使两类液体之间的液体接触面的位置发生移动，并在移动后的液体接触面处可形成第一类液体和第二类液体两个透镜的光学组合。虽然，移动后的液体接触面改变了整个透镜的物距和像距，但是，通过改变施加于第二类液体的电压，来调节液体接触面的曲率，可重新让观测物体聚焦在与液体接触面移动前相同的成像面上，从而可实现光学变焦的功能。

第二方面，本申请还提供一种像差校正方法，该像差校正方法应用于透镜。其中，透镜可以包括第一类液体、第二类液体、储液室和至少一个液体进出通道。其中，第一类液体和第二类液体填充于储液室，并且第一类液体和第二类液体互不相溶。这样，第一类液体和第二类液体分层设置，且在第一类液体和第二类液体之间形成液体接触面。则本申请提供的像差校正方法包括：

获取第一类液体和第二类液体的体积比例；

根据体积比例，控制第一类液体和/或第二类液体充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体从储液室排出，以调整液体接触面的位置，第一类液体和/或第二类液体通过液体进出通道充入储液室或从储液室排出。

采用本申请提供的像差校正方法，可以首先获取第一类液体和第二类液体的体积比例。然后，根据上述体积比例，控制第一类液体和第二类液体充入储液室或者从储液室排出，来对第一类液体和第二类液体的体积比例进行调整。而随着第一类液体和第二类液体的体积比例的变化，形成于第一类液体和第二类液体之间的液体接触面的位置会随之改变。例如，在第一类液体和第二类液体的总体积不变的情况下，当第一类液体和第二类液体的体积比例减小时，液体接触面的位置沿第一方向移动。当第一类液体和第二类液体的体积比例增大时，液体接触面的位置沿第二方向移动。又因为在液体接触面的位置改变的过程中，改变了物距和像距，从而使光线经液体接触面的成像汇聚位置改变，以达到像差校正的效果。

在本申请中，像差校正方法还可以包括获取储液室的第一液体总体积，第一液体总体积为控制第一类液体和/或第二类液体充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体从储液室排出前，储液室中的液体总体积；

则上述的根据目标体积比例，控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道从储液室排出，包括：

根据目标体积比例和第一液体总体积，控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道从储液室排出，以使得第一液体总体积与第二液体总体积的差值在设定阈值范围内，第二液体总体积为控制第一类液体和/或第二类液体充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体从储液室排出后，储液室中的液体总体积。

在对第一类液体和第二类液体的目标体积比例进行调整的过程中，可以通过使调整前和调整后的储液室内的液体总体积的差值在一设定的阈值范围内，来避免调整过程中液体总体积过大造成透镜的弹性薄膜基板的损坏。

另外，根据目标体积比例和第一液体总体积，控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道从储液室排出，包括：

根据目标体积比例和第一液体总体积，控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道从储液室排出，以使得第一液体总体积与第二液体总体积相同。

这样，在对第一类液体和第二类液体的目标体积比例进行调整的过程中，可以通过使调整前和调整后的储液室内的液体总体积相等，来使透镜的储液室内的液体压力保持平稳，其有利于提高透镜的结构可靠性。

在本申请一个可能的实现方式中，上述获取第一类液体和第二类液体的体积比例，包括：

获取透镜的目标光焦度；

根据目标光焦度，确定透镜的像差校正参数；

根据像差校正参数，确定第一类液体和第二类液体的体积比例。

由于在透镜中，其直径和透镜的储液室内填充的两类液体的光折射率都是已知量。这样，可以将这些已知量带入光学仿真设计软件。并根据目标光焦度，确定像差校正参数，该像差校正参数例如可为液体接触面的位置。这样，即可根据液体接触面等像差校正参数确定第一类液体和第二类液体的体积比例，以达到对透镜进行像差校正的目的，提高透镜的成像质量。

在本申请一个可能的实现方式中，第一类液体为绝缘液体，第二类液体为导电液体，透镜还包括第一电极和第二电极，施加于第一电极和第二电极的电压作用于第二类液体，方法还包括：

根据像差校正参数，确定施加于第一电极和第二电极的电压，以调整液体接触面的曲率。

在本申请中，透镜的像差校正参数除了上述的液体接触面的位置外，还有液体接触面的曲率。由于第二类液体为导电液体。这样，可根据目标像差校正参数，确定施加于第一电极和第二电极的电压，来对液体接触面的曲率进行调整，以实现像差的校正。

在本申请一个可能的实现方式中，透镜还包括第一基板、第二基板和挡板，第一基板和第二基板相对设置；挡板设置于第一基板和第二基板之间，挡板沿第一基板和第二基板的边缘设置一周；挡板与第一基板和第二基板相连接，第一基板、第二基板和挡板围设形成储液室。另外，第一基板和/或第二基板为弹性薄膜基板，该方法还包括：

根据像差校正参数，确定第一类液体和第二类液体的总体积，并控制第一类液体和/或第二类液体充入储液室，或控制第一类液体和/或第二类液体从储液室排出，以调整弹性薄膜基板的曲率。

由于第一基板和/或第二基板的曲率改变，可实现对透镜的光焦度的调整。则在本申请中，当第一基板和第二基板中的至少一个为弹性薄膜基板时，可通过对储液室内的第一类液体和第二类液体的总体积的调整，来实现对弹性薄膜基板的曲率的调整，从而实现对透镜的光焦度的调整，以达到对透镜的像差的校正，提高成像质量。

第三方面，本申请还提供一种控制装置，该控制装置可以包括处理器和存储器。其中，存储器中存储有程序代码，该程序代码被处理器执行时，可以实现如第二方面所述的方法。这样，可在液体接触面的位置改变的过程中，改变物距和像距，从而使光线经液体接触面的成像汇聚位置改变，以达到像差校正的效果。

第四方面，本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括第一方面的透镜。采用本申请提供的电子设备，可通过对第一类液体和第二类液体的体积比例进行调整，来实现第一类液体和第二类液体之间的液体接触面的位置的改变。而在液体接触面的位置改变的过程中，改变了物距和像距，从而使光线经液体接触面的成像汇聚位置改变，以达到像差校正的效果。

为了能够使第一类液体和第二类液体充入储液室或者从储液室中排出，本申请提供的电子设备还可以包括驱动装置，该驱动装置可用于驱动第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道充入储液室，且用于控制第一类液体和/或第二类液体通过至少一个液体进出通道从储液室中排出，从而实现对透镜的储液室内的两类液体体积的调整，以达到对储液室内的两类液体之间的液体接触面的位置进行调整的目的。

在本申请中，电子设备可以包括第三方面的控制装置，该控制装置可以用于控制驱动装置工作，从而实现对储液室内两类液体的体积的控制，以达到对液体接触面位置进行控制的目的。

为了使驱动装置和控制装置等耗电器件能够正常工作，本申请提供的电子设备还可以包括电池，该电池可为控制装置的控制过程以及驱动装置的驱动过程进行供电。

在本申请一个可能的实现方式中，上述的电子设备可以为眼镜，该眼镜可以包括镜框和镜腿，上述的透镜可与镜框和镜腿相连接。

在本申请另一个可能的实现方式中，上述的电子设备可以为摄像设备。采用本申请提供的摄像设备，可通过对第一类液体和第二类液体的体积比例进行调整，来实现第一类液体和第二类液体之间的液体接触面的位置的改变。而在液体接触面的位置改变的过程中，改变了物距和像距，从而使光线经液体接触面的成像汇聚位置改变，以达到像差校正的效果。

第五方面，本申请还提供一种计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，可使得计算机执行如第二方面所述的方法。这样，可在液体接触面的位置改变的过程中，改变物距和像距，从而使光线经液体接触面的成像汇聚位置改变，以达到像差校正的效果。

第六方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括程序，当该程序在计算机上运行时，可使得计算机执行如第二方面所述的方法。这样，可在液体接触面的位置改变的过程中，改变物距和像距，从而使光线经液体接触面的成像汇聚位置改变，以达到像差校正的效果。

附图说明

图1a为本申请一实施例提供的利用电润湿流体接触角变化的可变焦透镜的结构示意图；

图1b为在图1a所示的可变焦透镜的两个电极上施加电压后液体接触面的形状示意图；

图2为本申请一实施例提供的光学系统的成像原理示意图；

图3a为本申请一实施例提供的透镜的应用场景示意图；

图3b为图3a中所示的眼镜的侧视图；

图4为本申请一实施例提供的透镜的结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的用于实现透镜内液体总量改变的装置的结构示意图；

图6a至图6c为本申请一实施例提供的透镜的光学部分的建模示意图；

图7为本申请一实施例提供的液体接触面移动进行光学变焦的示意图；

图8为本申请另一种实施例提供的透镜的结构示意图；

图9为本申请另一种实施例提供的透镜的结构示意图；

图10为本申请一种实施例对图9的第一基板进行TracePro光学仿真得到的离焦效果图；

图11为本申请一种实施例提供的近视度数和离焦程度变化的示意图；

图12为本申请另一种实施例提供的透镜的结构示意图；

图13为本申请一种实施例对图12的弹性薄膜进行TracePro光学仿真得到的离焦效果图；

图14为本申请一种实施例提供的透镜的像差校正方法流程图；

图15为本申请一实施例提供的透镜的光学焦度计算模型示意图；

图16a为本申请提供的一种传统的液体透镜的像差校正效果示意图；

图16b为本申请一实施例提供的透镜的像差校正效果示意图；

图17a为传统液体透镜在-1D光焦度下的光学仿真图；

图17b为本申请提供的透镜在-1D光焦度下的光学仿真图；

图18a为传统液体透镜在-1D光焦度下不同视场角的点阵图；

图18b为本申请提供的液体透镜在-1D光焦度下不同视场角的点阵图；

图19a为传统液体透镜在+3D光焦度下的光学仿真图；

图19b为本申请提供的透镜在+3D光焦度下的光学仿真图；

图20a为传统液体透镜在+3D光焦度下不同视场角的点阵图；

图20b为本申请提供的液体透镜在+3D光焦度下不同视场角的点阵图；

图21a为传统液体透镜在-6D光焦度下的光学仿真图；

图21b为本申请提供的透镜在-6D光焦度下的光学仿真图；

图22a为传统的液体透镜在-6D光焦度下不同视场角的点阵图；

图22b为本申请提供的液体透镜在-6D光焦度下不同视场角的点阵图；

图23为本申请另一实施例提供的透镜的结构示意图；

图24a为本申请一实施例提供的图23所示的透镜的液体接触面的位置示意图；

图24b为本申请另一实施例提供的图23所示的透镜的液体接触面的位置示意图；

图24c为本申请一实施例提供的图23所示的透镜的液体接触面的曲率示意图；

图25为图23所示的透镜的像差校正效果示意图；

图26a为本申请一实施例提供的平凹透镜的光学结构示意图；

图26b为本申请一实施例提供的双凹透镜的光学结构示意图；

图27为本申请一实施例提供的光焦度与透镜厚度的关系曲线图；

图28a为本申请另一实施例提供的透镜的结构示意图；

图28b为本申请一实施例提供的透镜的广角和长焦结构示意图；

图28c为本申请一实施例提供的透镜的周边离焦结构示意图；

图29为本申请一实施例提供的近视防控眼镜的周边离焦设计示意图；

图30为本申请一种实施例提供的透镜的调整方法流程图；

图31a为本申请一实施例提供的第一通光孔径在不同光焦度下的光学仿真示意图；

图31b为本申请一实施例提供的第二通光孔径在不同光焦度下的光学仿真示意图；

图32为本申请另一实施例提供的透镜的结构示意图；

图33a为本申请一实施例提供的图32所示的透镜的液体接触面的位置示意图；

图33b为本申请另一实施例提供的图32所示的透镜的液体接触面的位置示意图；

图33c为本申请一实施例提供的图32所示的透镜的液体接触面的曲率示意图；

图34a至图34c为本申请一实施例提供的透镜在不同焦距下的光学变焦仿真图；

图35a为本申请一实施例提供的传统的摄像头设备的结构示意图；

图35b为本申请一实施例提供的枪机的结构示意图；

图35c为本申请一实施例提供的球机的结构示意图；

图36为本申请一实施例提供的视场角的示意图；

图37为本申请一实施例提供的应用有图32所示的透镜的摄像设备的成像示意图。

附图标记：

01-第一类液体；02-第二类液体；03-短管；04-液体接触面；05-弹性薄膜；

1-眼镜；2-镜框；201-安装孔；3-透镜；301-第一基板；3011-环形结构；30111-凸起结构；

302-第二基板；303-挡板；3031-第一液体进出通道；3032-第二液体进出通道；

304-第一电极；305-第二电极；3051-介电疏水层；3052-连接部；306-第一类液体；

307-第二类液体；308-液体接触面；309-驱动装置；310-第一通光孔径；

311-第二通光孔径；4-晶状体；5-视网膜；6-枪机；7-球机。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

液体变焦透镜是一种新型的依据仿生学原理提出的光学元件，其中，利用电润湿流体接触角变化的可变焦透镜是一种具有代表性的可变焦液体透镜，它具有变焦能力强、变焦平滑、偏振无关、成本低廉和加工容易等特点，具有很好的应用前景。

电润湿是指通过改变液滴与绝缘基板之间的电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。利用电润湿流体接触角变化的可变透镜历史可追溯至17世纪，当时一位英国科学家用水滴制作了一台显微镜。该英国科学家发现，由于水滴表面非常光滑，所以水滴透镜产生的影像也相当清晰。另外，1875年，一位科学家研究了电毛细现象(electro-capilary)，并解释了通电后电解质溶液中水银液滴表面形状的变化。1995年，一些科学家利用电润湿现象，将液体置于透明电极之上，通过外加电压改变液滴的表面形状，第一次实现了基于电润湿效应的变焦液体透镜。近年来，一些镜片厂商基于电润湿流体接触角变化的可变透镜开发的“新型无机械活动部件的变焦液体透镜”对于变焦液体透镜的发展具有里程碑的意义。参照图1a，图1a提供了一种利用电润湿流体接触角变化的可变焦透镜的结构示意图。该透镜包括两类互不相溶且具有不同折射率的液体，第一类液体01是导电的水溶液，第二类液体02则是不导电的油，把两者装在一个一端有透明盖板的短管03里面，并且两类液体位于两个电极之间。另外，管的内壁和另一端的盖板上都涂有疏水层，水溶液与涂有疏水层的盖板相接触，这使得水溶液由于表面张力的作用在没有疏水层的一端(即两种液体之间的液体接触面04处)弯曲成了一个半球形状。在图1a所示的实施例中，未对两种液体施加电压，此时，液体接触面04处的接触角为θ

但是，通常实际光学系统的成像是不完善的，可参照图2，图2为本申请一种实施例提供的光学系统的成像原理示意图。其中，入射到球面上并与光轴的夹角很小的光线称为近轴光线，符合斯涅耳折射定理(光的折射定理)，通过光学系统之后，近轴光线可认为交于一点，而由非近轴光线追迹所得的结果(如图中汇聚于A

像差校正是保障透镜成像质量的重要因素，像差越小，系统的成像质量越高。但传统的液体透镜，其所需的光焦度一旦确定，透镜的两种互不相溶液体间的液体接触面的曲率就随之确定，因此，传统的液体透镜本身并不具备校正像差的自由度，影响成像分辨率，导致成像质量较差。

为了得到较好的成像质量，本领域的技术人员纷纷提供了一些改进的液体透镜方案。其中一种是基于电润湿流体接触角变化的可变焦透镜进行改进的方案，该方案将基板作为一个光学元件，通过给基板设置固定的像差，来校正整个液体变焦透镜的成像质量。示例性的，某个研究所提出一种电润湿型折衍混合变焦液体透镜，以通过将衍射光学元件直接集成于液体透镜基板，从而为液体透镜提供像差校正的设计自由度，来改善透镜的成像质量。

但是，上述实施例提供的可变焦的液体透镜是通过曲率变形调节这个单一自由度来实现透镜像差的改善，同时焦距也由曲率变形决定。而既要实现不同焦距，又要在不同焦距段实现像差的校正，仅仅依靠曲率变形，其校正效果较为有限。

本申请提供的透镜旨在解决上述问题，以利用曲率变形和间距移动多个自由度动态校正透镜像差，从而在不同焦距下都能取得更好的像差校正效果，提升透镜的光学成像质量。

本申请提供的透镜可以应用于涉及变焦透镜的任意领域，示例性的，可以但不限于应用于变焦摄像头领域、变焦智能眼镜领域等。其中，变焦摄像头可用于监控、摄像和拍照等场景。变焦智能眼镜可以被应用于多种场景，如休息、看书或者工作等室内场景，或者在游览、散步或者骑行等室外场景。另外，该变焦智能眼镜还可以集成一些用于实现人机交互的功能模块，形成例如虚拟现实(virtual reality，VR)智能眼镜或者增强现实(augmented reality，AR)智能眼镜等，从而可满足一些人机交互场景下的变焦要求。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

参照图3a，图3a为本申请一实施例提供的透镜的应用场景示意图。在图3a所示的实施例中展示了一个眼镜1的结构，该眼镜1可以包括镜框2和透镜3。其中，镜框2具有两个安装孔201，该两个安装孔201可对称设置。另外，透镜3为两个，且该两个透镜3一一对应的安装于镜框2的两个安装孔201内。在本申请另外一些可能的实施例中，镜框2可为设置于两个透镜3之间的连接部。透镜3的形状可以但不限于为圆形、方形等规则形状，也可以为一些可能的非规则形状，以增加透镜3形状的多样性，从而增加用户的选择性，提高用户使用体验。

参照图3b，图3b展示了图3a中所示的眼镜的侧视图。在图3b所示的实施例中，眼镜还可以包括镜腿4，透镜3还可以与镜腿4固定连接。其中，透镜3可与镜腿4直接固定，或者透镜3可通过镜框2与镜腿4进行连接。

在本申请中，透镜3为液体变焦透镜，在具体实施例时，可参照图4，图4为本申请一种实施例提供的透镜3的结构示意图。在该实施例中，透镜3可以包括第一基板301、第二基板302和挡板303。其中，第一基板301和第二基板302相对设置，挡板303设置于第一基板301和第二基板302之间。挡板303沿第一基板301和第二基板302的边缘设置一周，且挡板303分别与第一基板301和第二基板302相连接，其连接方式可以但不限于为粘接或者键合等，以在第一基板301、第二基板302和挡板303之间形成密闭的储液室。

可以继续参照图4，在本申请中，储液室内填充有两种互不相溶的液体，为便于描述，可分别记为第一类液体306和第二类液体307。其中，第一类液体306为绝缘液体，第二类液体307为导电液体。在沿第一基板301到第二基板302的方向上，第一类液体306与第二类液体307分层设置，且在二者之间形成液体接触面308。由图4可以看出，第一类液体306可与第一基板301相接触，第二类液体307可与第二基板302相接触。在本申请中，不对第一类液体306和第二类液体307的具体类型进行限定，第一类液体306可为油类，示例性的，可为硅油。另外，第二类液体307可为含有导电粒子的水溶液，示例性的，可为NaCl水溶液。

另外，在挡板303上设置有第一液体进出通道3031和第二液体进出通道3032。其中，第一液体进出通道3031用于供第一类液体306充入储液室，或者供第一类液体306从储液室中排出。第二液体进出通道3032用于供第二类液体307充入储液室，或者供第二类液体307从储液室中排出。为了简化透镜的设计，可以将第一液体进出通道3031靠近第一基板301设置，将第二液体进出通道3032靠近第二基板302设置。另外，在本申请中，可以将第一液体进出通道3031和第二液体进出通道3032设置于挡板303的同一侧，也可以设置于挡板303的不同侧，其具体可根据透镜的结构设计进行布置。可以理解的是，由于第一类液体306和第二类液体307互不相溶，在本申请一个可能的实施例中，挡板303上还可以只设置有一个液体进出通道，第一类液体306和第二类液体307均可通过该一个液体进出通道充入储液室，或者从储液室中排除。

由上述实施例的介绍可以知道，由于第一类液体306和第二类液体307互不相溶，以在二者之间形成液体接触面308。当透镜3的储液室内的第一类液体306和第二类液体307的总体积不变时，通过对第一类液体306和第二类液体307的体积比例的变化，二者之间的液体接触面308的位置可改变。液体接触面308的位置在改变的过程中，可以改变透镜的物距和像距，从而使光线经液体接触面308的成像汇聚位置改变，以达到像差校正的效果。

另外，在本申请图4所示的实施例中，第一基板301可为弹性薄膜基板，其可以但不限于为由聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)等弹性材料制成。第二基板302可为硬质基板，其可以但不限于选用玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等透明材料制成。

这样，在通过第一液体进出通道3031向储液室充入第一类液体306，和/或通过第二液体进出通道3032向储液室充入第二类液体307时，随着储液室内第一类液体306和第二类液体307的总体积的增加，使储液室内的压力增加，从而会使第一基板301产生沿远离第二基板302的方向凸出的形变，以形成正透镜效果。反之，当将储液室内的第一类液体306和/或第二类液体307抽出时，随着储液室内第一类液体306和第二类液体307的总体积的减少，第一基板301会产生沿朝向第二基板302的方向凹陷的形变，以形成负透镜效果。值得一提的是，正透镜为中间厚、周边薄的一种透镜，其具有会聚光的能力，用于远视眼镜。负透镜为中间薄边缘厚的一种透镜，其具有发散光的能力，用于近视眼镜。在本申请中，随着储液室内的第一类液体306和第二类液体307的总体积的变化，第一基板301的曲率会随之改变，在此过程中，由储液室和第一基板301组成的透镜3可产生不同的光焦度，从而实现一定范围的变焦，从而在将该透镜3应用于眼镜时，能够形成清晰的远视力。

可以理解的是，在本申请中，储液室内的两类液体的量的改变方式有很多。示例性的，可以参照图5，图5为本申请一种实施例提供的用于实现透镜内液体总量改变的装置的结构示意图。在该实施例中，可以为透镜设置有驱动装置309，该驱动装置309可以但不限于设置于如图3b所示的镜腿4上。另外该驱动装置309可用于将第一类液体306和第二类液体307由图4中所示的对应的液体进出通道填充至储液室，和/或将储液室内的第一类液体306和第二类液体307抽出。可以理解的是，驱动装置309可以为一个，以通过该一个驱动装置309实现对两类液体的驱动，从而简化透镜3的结构。在一些可能的实施例中，驱动装置309可以为两个，其中一个驱动装置309用于第一类液体306的驱动，另一个驱动装置309用于第二类液体307的驱动，从而可对储液室内的两类液体的体积分别进行控制，以提高两类液体调节的灵活性。在本申请该实施例中，不对驱动装置309的具体设置形式进行限定，其示例性的可为步进电机或者压电陶瓷等。

另外，为了对用于对储液室进行补充的第一类液体306和/或第二类液体307，或者从储液室中抽出的第一类液体306和/或第二类液体307提供一个容纳空间，可以继续参照图5，还可以在储液室和驱动装置309之间设置液体回收室(图5中未示出)，该液体回收室可通过液体管道(图中未示出)与图5中所示的储液室的第一液体进出通道3031和第二液体进出通道3032相连接，驱动装置309可驱动液体回收室内的第一类液体306和/或第二类液体307进入储液室，或者将储液室内的第一类液体306和/或第二类液体307抽出至液体回收室。

本申请提供的透镜3在应用于眼镜时，还可以在眼镜中设置控制装置，该控制装置可以设置于如图3a所示的镜框2上，或设置于如图3b所示的镜腿4上。另外，该控制装置可用于控制驱动装置309的工作过程，从而实现对第一类液体306和/或第二类液体307通过对应的液体进出通道充入储液室，或者从储液室中排出的过程的控制。在本申请一些实施例中，控制装置可以包括处理器和存储器。其中，处理器可用于获取用户所需的光学焦度，并根据获取的光学焦度控制上述的驱动装置309启动，从而对透镜3的储液室内的第一类液体306和/或第二类液体307的量进行调整。另外，存储器可用于对上述处理器获取的光学焦度进行存储。在本申请中，存储器可以使用任何可能形式的计算机可读存储器，可以但不限于为电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read only memory，EEPROM)和硬盘驱动器等。

除了上述结构外，在本申请一些可能的实施例中，眼镜还可以设置有电池，该电池可以设置于如图3a所示的镜框2上，或设置于如图3b所示的镜腿4。该电池可为控制装置、驱动装置等耗电器件进行供电，从而使其能够正常工作。另外，在本申请中，电池可与眼镜的镜框2或者镜腿4可拆卸连接，以便于能够及时的对电池进行更换，从而避免影响眼镜的正常使用。

在本申请中，光焦度是指光学焦度，或称屈光度，焦距的倒数，用于量度镜片的屈光能力，单位为D，焦距1m时光焦度为1D，即1m

可继续参照图4，在该实施例中，透镜3还可以设置有第一电极304和第二电极305，其中，第一电极304可设置于第二基板302的朝向第一基板301的表面，或第一电极304可设置于第二类液体307中。第二电极305设置于储液室，且第二电极305可位于第一基板301和第二基板302之间。另外，第二电极305可以设置为筒状电极，且第二电极305的朝向第一基板301和第二基板302的端部均可呈开口设置。在本申请中，不对第二电极305的具体形状进行限定，示例性的，可以为圆柱形、立方体形等规则的形状，也可以为一些可能的非规则形状。

另外，在本申请中，液体接触面308可以位于第二电极305围设形成的区域内。由于第二类液体307为导电液体，这样可使施加于第一电极304和第二电极305的电压作用于第二类液体307。而随着施加于第一电极304和第二电极305的电压的改变，第二类液体307的曲率发生变化，从而使液体接触面308的曲率改变。

由于透镜3对于透光性的要求较高，则在本申请中，第一电极304和第二电极305可以为透明导电电极，其材质例如可以为透明导电氧化物(TCO)，例如氧化铟锡(indium tinoxide，ITO)；或者，导电聚合物、金属纳米线、金属网格、石墨烯、碳纳米管、金属或合金或金属氧化物等。

在本申请中，为了对第二电极305进行固定，可以为第二电极305设置一个基板(图4中未示出)，该基板可以为筒状结构，第二电极305可以但不限于通过刻蚀或者涂覆等方式形成于该呈筒状结构设置的基板的表面。另外，可以将第二电极305的基板直接通过焊接或者粘接等方式与挡板303的朝向储液室的侧壁相连接。在另外一些实施例中，还可以在第二电极305和挡板303的朝向储液室的侧壁之间设置连接部3052，该连接部3052可由透明材料制成，以降低对透镜的光透射率的影响。该连接部3052可设置为连续的环形结构，也可以为分段设置的结构，第二电极305的基板可通过该连接部3052与挡板303的侧壁进行连接。另外，连接部3052的材质可以与第二电极305的基板的材质相同，以简化透镜的制备工艺。可继续参照图4，在本申请一个可能的实施例中，还可以将上述的第一液体进出通道3031和第二液体进出通道3032分别设置于第二电极305与挡板303的连接点的两侧。

可继续参照图4，在本申请中，第二电极305的表面还可以设置有介电疏水层3051，以减小第二电极305对第一类液体306和第二类液体307之间形成的液体接触面308的形态造成的影响。从而使第二类液体307能够只在施加于第一电极304和第二电极305上的电压的作用下来改变其润湿性，以改变接触角，从而产生液体接触面308的曲率的改变。

可以理解的是，上述实施例提到的驱动装置309还可以用于提供施加于透镜的第一电极304和第二电极305之间的电压。另外，存储器还可用于对第二类液体307的接触角与电压之间的对应关系进行存储。

采用本申请提供的透镜3，第一基板301的曲率和液体接触面308的曲率均为独立控制，基于此，可以通过优化设计这两个面的曲率的组合来实现像差的校正。另外，可以理解的是，在本申请中，随着储液室内的两种液体的体积比例的变化，液体接触面308的位置会随之移动，而该液体接触面308的位置移动也能够起到校正像差的效果。因此，本申请提供的透镜具有上述可调的曲率面和可调的位置等多个自由度(可以理解为系统中独立变量的个数)，从而可在透镜的变焦范围内得到更好的成像质量。

在对本申请的上述实施例提供的透镜3的结构进行了了解之后，接下来对本申请提供的透镜3的像差校正原理进行详细的说明。

首先，可对本申请上述实施例提供的透镜3的光学部分进行建模。参照图6a，图6a为本申请一个可能的实施例提供的透镜3的光学部分的结构示意图。该透镜3的各部分结构的尺寸可参照图6b。另外，参照图6c，图6c为本申请提供的透镜3的光学部分的建模示意图。在该实施例中，以球面像差为例对于透镜3的像差进行说明，则透镜3的像差可表示为：

δL＝f(r1,r2,n1,n2,l1,l2,d)

其中δL为球面像差，r1为第一基板301的曲率半径，r2为液体接触面308的曲率半径，n1为第一类液体306的光折射率，n2为第二类液体307的光折射率，l1为光轴上第一类液体306的厚度，l2为光轴上第二类液体307的厚度，d为透镜的直径。

对于传统液体透镜只有第一基板301的曲率r1或液体接触面308的曲率r2是可变的参数。而本申请提出的透镜不仅可以同时调节r1和r2，而且中间的液体接触面308的位置可以移动，因此，r1，r2，l1，l2均是可变。另外，l1和l2之间存在如下关系：l1＝f(r1,l2)。因此，也可以认为在此透镜系统中，r1，r2，l2均是独立变量，l1为协同变量。从上述光学建模分析看，本发明提出的透镜相对传统的液体透镜，具有r1，r2，l1，和l2多个像差调节自由度，从而可以在变焦范围内提供更好的像差校正效果。

由上述实施例的介绍可以知道，第一基板301和液体接触面308均是通过改变其曲率来实现光焦度的调整，正光焦度透镜产生负球面像差，负光焦度透镜产生正球面像差，则正光焦度透镜和负光焦度透镜组合可以消除球面像差，从而实现对像差的校正的。而液体接触面308的位置的改变对于像差的校正，主要在于在液体接触面308移动的过程中，改变了物距和像距，从而改变光线经液体接触面308的成像汇聚位置，以实现像差校正的作用。在此过程中，可为透镜3提供一定的变焦倍数，以放大或缩小需要观看的物体。具体实施时，可以参照图7，图7为本申请一实施例提供的液体接触面308移动进行光学变焦的示意图。根据成像公式：

其中，u为物距，v为像距，f为液体接触面308移动前的焦距。继续参照图7，当液体接触面308移动一定距离δ时，则变化后的物距为u-δ，则新像距v′：

由此可以得到，采用本申请提供的透镜，可以通过调整物距，来调整经过液体接触面308后的像距，从而达到校正像差的效果。

虽然通过对透镜3的像差进行校正可为用户提供清晰的远视力，但是具有不同近视度数的用户，对于透镜3的周边离焦度数的需求不同。周边离焦是指透镜3中心部位的物象投影在视网膜上，透镜3周边部位的物像投影在视网膜前方或后方的现象，其中，投影在前方称为近视性周边离焦，投影在后方为远视性周边离焦，而远视性周边离焦会给眼轴拉长的生长刺激，促进近视度数不断增加。基于此，为了实现有效的近视防控，可使透镜3的周边离焦度数可根据用户的生理特性进行灵活调整，以使其可随患者的近视程度的增加来适应性改变离焦度数，并实现由中央区域向周边区域的方向离焦度数逐渐增加的效果，以使中央区域为用户提供清晰的远视力，而周边区域可用于满足用户对于周边离焦度数的要求，以达到近视防控的目的。在本申请中，透镜3的中央区域可理解为用户在看远处时落在透镜3上的注视区域；而周边区域可理解为位于中央区域的周侧的区域。

具体实施时，可以参照图8，图8展示了本申请一个可能的实施例提供的透镜3的结构示意图。由中央区域到周边区域的方向上，第一基板301的厚度可逐渐增加。在具体实施时，参照图9，图9展示了本申请一种实施例提供的透镜3的结构示意图。在该实施例中，第一基板301可以包括多个套设的环形结构3011，该多个套设的环形结构3011可以但不限于为同心设置，且由中央区域到周边区域的方向，该多个环形结构3011的厚度逐渐增加。另外，每个环形结构3011均为连续设置的环带，且各环带采用非等厚设计。这样，第一基板301的中央区域可设计为平镜，其无曲率变化。另外，从中央区域到周边区域的方向上，第一基板301的各环带的曲率可依次增大，曲率半径依次减小。根据高斯光学理论：

其中，

参照图10，图10为本申请一种实施例提供的对上述的采用环带非等厚设计的第一基板301进行TracePro光学仿真得到的离焦效果图。在图10中用不同的线型表示经过不同厚度的环带的光线。由图10中的仿真结果可以看出，光在经过第一基板301的从中央区域到周边区域的不同厚度的环带后，可形成多个光焦度的周边渐进离焦效果。

由上述实施例对透镜3的介绍可以知道，在本申请实施例中，透镜3的储液室内可填充有第一类液体和第二类液体，随着储液室内第一类液体和第二类液体的总体积的改变，储液室的光焦度发生改变。因此，在本申请中，也可将该储液室看作一个透镜3。则本申请该实施例提供的透镜3可看作为第一基板301和储液室这两个透镜的复合结构，该透镜3的光焦度是用于组成该透镜3的各个透镜的光焦度之和，其可以表示为：

其中，

可以理解的是，在本申请中，第一基板301的厚度可通过循环仿真预先设计。具体实施时，可首先通过机械变形仿真提取第一基板301的面形曲线；然后经光学仿真计算面形曲线的中央区域的光焦度和周边区域的光焦度。如果中央区域和周边区域的光焦度的差值(离焦度数)不满足误差要求(眼镜场景常用误差为0.25D)，则调整对应位置的厚度设计值，之后再循环如上步骤，直到得到满足要求的厚度即可。

在将该第一基板301应用于眼镜的透镜3时，第一基板301的厚度可根据不同用户的近视度数和离焦度数在验配时进行设计确定。当用户佩戴一段时间近视度数增高后，可以通过改变储液室内两类液体的总体积，来灵活的调节增大透镜3的近视度数，并实现离焦程度随近视度数增大而相应增加的效果，其更符合人眼近视离焦的生理特点。

参照图12，图12展示了本申请另一种实施例提供的具有周边离焦效果的透镜3的结构示意图。在图12所示的实施例中，第一基板301也包括多个环形结构3011，但与上述如图9所示的实施例不同的是，在该实施例中，该多个环形结构3011采用非等厚的点阵设计。具体实施时，第一基板301的中央区域可设计为平镜，其无曲率变化。另外，从中央到周边的方向上，在第一基板301上设置厚度渐进增加的凸起结构30111。该凸起结构30111由中央区域到周边区域的方向上，可呈环形阵列排布，则每个环形结构3011可由多个凸起结构30111围设形成，另外，用于围设形成同一环形结构3011的多个凸起结构30111的高度相同。可以理解的是，该凸起结构30111可以看作形成于第一基板301上的微凸透镜3。其中，距离第一基板301的中央区域越远的周边区域处的微凸透镜3的曲率半径越小。

由上述实施例对高斯光学理论的介绍可以知道，在该实施例中，第一基板301的中央区域无光焦度。另外，从中央向周边的方向上，第一基板301上的凸起结构30111的曲率半径依次减小，故其光焦度依次增大。其可理解为在第一基板301的由中央向周边的方向上依次叠加正的光焦度，且越接近边缘，叠加的正光焦度的度数越大。

参照图13，图13为本申请一种实施例提供的对上述的采用非等厚的点阵设计的第一基板301进行TracePro光学仿真得到的离焦效果图。在图13中用不同的线型表示经过不同厚度的凸起结构30111的光线。由图13中的仿真结果可以看出，光在经过第一基板301的从中央区域到边缘的不同曲率的凸起结构30111后，可形成多个光焦度的周边渐进离焦效果。

在将图12所示实施例提供的第一基板301应用于透镜3时，第一基板301的整体厚度以及各凸起结构30111的高度可根据不同用户的近视度数和离焦度数在验配时进行设计确定。当透镜3的储液室内的第一类液体和第二类液体的总体积减少时，第一基板301沿朝向第二基板302的方向凹陷，以形成近视凹透镜3，此时，整个透镜3的光焦度是在储液室的光焦度的基础上叠加第一基板301的渐进变焦度数。由于第一基板301的中央区域较薄故其变形大，屈光度变化大；而第一基板301的周边区域较厚故其变形小，屈光度变化小，从而形成中央区域近视度数大，周边区域近视度数小的离焦近视防控效果。另外，当用户佩戴一段时间近视度数增高后，可以通过改变储液室内两类液体的总体积，来灵活的调节增大透镜3的近视度数，并实现离焦程度随近视度数增大而相应增加的效果，其更符合人眼近视离焦的生理特点。

另外，本申请提供的由中央区域到周边区域的方向上厚度逐渐增加的第一基板301除了可以采用上述的设置方式外，还可以通过在第一基板301上形成由中央区域到周边区域的方向上厚度逐渐增加的连续表面，其也可实现上述的周边离焦效果。

除了采用上述使第一基板301的厚度逐渐增加来实现透镜3的渐进离焦的效果外，在本申请一些可能的实施例中，还可以在由中央区域到周边区域的方向上，使第一基板301的刚度逐渐增加，在该实施例中，第一基板301也可以包括多个套设的环形结构3011，且由中央区域到周边区域的方向上，该多个环形结构3011的刚度逐渐增加，以使第一基板301在发生形变时，中央区域和周边区域的形变量不同，从而实现透镜3的渐进离焦效果。在本申请另一些可能的实施例中，还可以使第一基板301采用折射率逐渐变化的材料制成，具体实施时，可在由中央区域到周边区域的方向上，使第一基板301的折射率逐渐增大。从而在由中央区域到周边区域的方向上，使透镜3产生的光焦度逐渐增大。

本申请提供的基于液体透镜3形成的透镜3在用于眼镜时，可以将第一基板301和储液室等效看作两个密接复合的变焦透镜3，则透镜3的光焦度是上述两个变焦透镜3的光焦度之和。当储液室内两类液体的总体积减少时，第一基板301凹陷形成近视凹透镜3，整个透镜3的光焦度是在储液室的光焦度基础上叠加第一基板301的渐进变焦度数。而第一基板301凹陷越大，其中央区域部分的膜层薄变形大，光焦度变化快，周边区域的膜层厚变形小，光焦度变化小，从而形成随近视度数增加，中央区域和距中央区域最远的周边区域的光焦度差(即离焦度数)逐渐增大的预期效果。另外，还可通过将中央区域和周边区域的厚度成设定比例进行设计，以满足用户对于透镜3的离焦度数的渐变规律的要求，从而提高用户佩戴的舒适性。

另外，当用户佩戴一段时间近视度数增高后，可以通过改变储液室内两类液体的总体积，来灵活的调节增大透镜3的近视度数，并实现离焦程度随近视度数增大而相应增加的效果，其更符合人眼近视离焦的生理特点。

由上述实施例的介绍可以知道，本申请提供的透镜3可以用于具有周边离焦功能要求的近视防控眼镜，其既可以通过像差校正获取清晰的远视力，又能够实现渐进离焦的效果以及近视度数和离焦度数灵活可调的功能，以实现有效的近视防控。

在对本申请上述实施例提供的透镜的结构以及像差校正原理进行了了解之后，接下来可参照图14对透镜的像差校正的实现方法进行说明。

步骤一，对透镜3的光焦度进行设定。在本申请中，根据不同的应用场景，可设置不同的光焦度的设定方式。示例性的，在本申请一个可能的实施例中，可通过用户的主动设置，来实现对透镜3的光焦度的设定。具体实施时，可通过手机等外部终端设备上的应用软件与透镜3之间建立无线连接通路，该无线连接通路示例性的可为蓝牙连接通路或者wifi连接通路，这样，用户即可通过应用软件进行光焦度的设定。

在本申请另外一个可能的实施例中，可以通过在眼镜上设置智能感知模块，以通过该智能感知模块获得被观测物体的距离，并换算成光学系统所需的光学焦度，从而实现透镜的自我设置。另外，智能感知模块可以使用任何可能的距离感知传感器，包括但不限于红外测距传感器、超声测距传感器和飞行时间测距(time of flight，TOF)传感器等。

步骤二：获取与光焦度相对应的像差校正参数。由于在透镜3中，其直径和透镜3的储液室内填充的两类液体的光折射率都是已知量。这样，可以将这些已知量代入光学仿真设计软件，并在设定的光焦度下，调整像差校正的其它参数值(例如液体接触面308的位置、液体接触面308的曲率半径和第一基板301的曲率半径等)，以使得参数组合所获得的像差校正效果最优。另外，经上述仿真设计，可获得所有光焦度以及像差校正参数的对应关系的组合，从而可形成数据检索表格或者曲线等的形式保存于上述实施例中提到的存储器中。

以透镜3应用于智能变焦眼镜为例，当透镜3接收到来自手机等外部终端设备通过蓝牙或wifi传递过来的屈光度设置命令时，可由处理器将屈光度转换为光焦度，光焦度＝屈光度/100，比如近视100度，其屈光度为-100，光焦度＝-100/100＝-1D。然后，可从存储器中查阅到对应像差校正参数值。

步骤三：调整液体接触面308的位置、液体接触面308的曲率半径和第一基板301的曲率半径等像差校正参数达到预设参数值，以实现像差校正效果。在该步骤中，处理器可根据获取到的像差校正参数，确定第一类液体和第二类液体的目标体积比例，并将该目标体积比例传递给驱动装置309。驱动装置309可用于根据第一类液体和第二类液体的目标体积比例，驱动第一类液体和第二类液体通过液体进出通道充入储液室，或者驱动第一类液体和第二类液体通过液体进出通道充入储液室，从而对透镜的储液室内的两类液体的体积进行调节，以使液体接触面308的位置达到预设参数值。可以理解的是，在本申请一个可能的实施例中，可以在对储液室内的第一类液体和第二类液体的体积比例进行调整的过程中，使储液室内的第一液体总体积和第二液体总体积的差值落在一个设定的阈值范围内。示例性的，可以使第一液体总体积和第二液体总体积相同。其中，第一液体总体积是指第一类液体和/或第二类液体充入储液室，或从储液室排出前，储液室中的液体总体积。第二液体总体积是指第一类液体和/或第二类液体充入储液室，或从储液室排出后，储液室中的液体总体积。这样，可以避免在对储液室内的两类液体的体积比例进行调整的过程中，造成透镜的储液室内的液体总体积过大，从而避免透镜的第一基板301等结构的损坏。

在本申请中，还可以通过对透镜的储液室内的第一类液体和第二类液体的总体积进行调整，从而使第一基板301的曲率达到预设参数值。

另外，在本申请中，处理器还可以根据获取到的像差校正参数，确定施加到第一电极和第二电极上的电压，并将该电压传递给驱动装置309。驱动装置309还可用于根据获得的电压，改变施加于第一电极和第二电极上的电压，以改变施加于第二类液体307的电压，从而使液体接触面308的曲率达到预设参数值。在本申请中，驱动装置309可以但不限于为电压变换单元、步进电机或压电陶瓷等。

仍以智能变焦眼镜为例，上述实施例提供的透镜3可用于该智能变焦眼镜的变焦镜片。驱动装置309可以包括步进电机和驱动推杆，该驱动装置309可以但不限于设置于智能变焦眼镜的镜框或者镜腿中。另外，步进电机和驱动推杆可以组成机械动力系统，步进电机正转或反转可以改变驱动推杆的运动方向，以达到向储液室内填充液体，或者将储液室内的液体抽出的目的。

可以理解的是，当第一类液体306和/或第二类液体307填充入变焦镜片时，透镜3的储液室内的液体的总体积增多，第一基板301沿远离第二基板302的方向凸起，此时透镜3呈正透镜效果。并且储液室内填充的液体越多，第一基板301凸起的形变越大，曲率半径越小，正透镜的光焦度越大；反之，当将液体从储液室抽出时，透镜3的储液室内的液体的总体积减少，第一基板301朝第二基板302的方向凹陷，呈负透镜效果，并且从储液室内抽出的液体越多，第一基板301的凹陷形变越大，曲率半径越小，负透镜的光焦度越大。

参照图15，图15展示了本申请一种实施例提供的透镜的光学焦度计算模型示意图。当仅考虑第一基板301的曲率变化时，根据高斯光学的理论，光焦度可以简化为如下公式：

其中，

另外，由于透镜3中包含两类互不相溶的液体，由于液体的表面张力的存在，液体接触面308形成具有一定曲率的透镜形状。这时，可通过改变电压来调节液体的表面张力，从而调节液体接触面308的曲率。该液体接触面308的曲率调节可以起到校正像差或微调透镜的光焦度的作用。另外，由上述实施例的介绍可以知道，可通过为每类液体设置独立的驱动装置309(步进电机和电压调节单元)和液体进出通道，以单独调节每类液体的量，从而改变两类液体比例，以实现液体接触面308的位置移动，从而可用于像差校正，以获取更好的成像质量。

因此，在本申请中，还可以预先设计和标定步进电机步数、液体接触面308的调节电压和光焦度的关系表，并将该关系表保存于存储器中。如表1所示，表1展示了本申请一种实施例提供的步进电机步数、液体接触面308的调节电压和光焦度关系表。在该表中，具体展示了光焦度、第一基板301曲率半径、液体接触面308曲率半径、液体接触面308位置、第一步进电机转动步数、第二步进电机转动步数和液体接触面308调节电压之间的对应关系。其中，第一步进电机用于对第一类液体306进出透镜的储液室进行控制，第二步进电机用于对第二类液体307进出透镜的储液室进行控制。

处理器可根据获取到的光焦度，从存储器中查阅关系表对应的驱动参数值，并向该驱动装置309(步进电机和电压调节单元)施加控制信号，调节液体接触面308的位置、曲率以及第一基板301的曲率达到预设值。

表1

参照图16a，图16a为本申请提供的一种传统的液体透镜的像差校正效果示意图。该液体透镜只能通过多个曲面进行像差校正，其中间的液体接触面308的位置无法移动。另外，参照表2，表2展示了图16a中的液体透镜在进行像差校正时，与不同光焦度相对应的各像差校正参数。

表2

参照图16b，图16b为本申请上述实施例提供的透镜的像差校正效果示意图。该透镜具有第一基板301的曲率半径、液体接触面308的曲率半径和液体接触面308的位置等多个自由度。参照表3，表3展示了图16b中的透镜在进行像差校正时，与不同光焦度相对应的各像差校正参数。

表3

为了对上述图16a展示的传统的液体透镜和图16b展示的本申请提供的透镜在一些光焦度下进行像差校正后的成像质量进行对比，本申请还针对传统液体透镜和本申请提供的透镜在不同光焦度下，采用Zemax工具进行了光学仿真，以对其成像质量进行了对比。

在对该两个透镜进行光学仿真时，该两个透镜中的液体均相同，其中，第一类液体306为硅油，折射率为1.50，阿贝数为38；第二类液体307为NaCl溶液，其折射率为1.38，阿贝数为60。另外，透镜的口径尺寸为18mm，整体透镜的变焦范围为-6D～+3D。

首先，针对-1D光焦度，视场为15°，对传统液体透镜和本申请提供的透镜进行了成像像质对比。参照图17a，图17a为图16a所示的传统液体透镜在-1D光焦度下的光学仿真图。另外，参照图17b，图17b为图16b所示的本申请提供的透镜在-1D光焦度下的光学仿真图。

一并参照图17a和图17b，在-1D光焦度下，调整本申请提供的透镜的液体接触面308的位置和传动液体透镜的液体接触面308的位置一致，曲率也一致。这样，两个透镜在光学透镜的物理结构形态上完全一致，则二者的像差校正效果相同。

通常我们使用点列图仿真成像效果，点列图是在现代光学设计中最常用的评价方法之一。由一点发出的许多光线经光学系统后因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。弥散图形越小，系统成像质量越好。参照图18a，图18a为传统的液体透镜在-1D光焦度下不同视场角的点阵图。另外，参照图18b，图18b为本申请提供的液体透镜在-1D光焦度下不同视场角下的点阵图。图18a和图18b分别展示了5个视场角，其中，1对应0.0000deg，半视场角为0度，视场为0度；2对应2.0000deg，半视场角为2度，视场为4度；3对应3.0000deg，半视场角为3度，视场为6度；4对应5.0000deg，半视场角为5度，视场为10度；5对应7.5000deg，半视场角为7.5度，视场为15度。

通过对图18a和图18b进行对比可以知道，两个透镜在相同视场角下的弥散图形大小一致，即均方根半径(root mean square radius，RMS RADIUS)值一致。其中，均方根半径用于定量的反应一个光学系统的弥散图形的大小。

接下来，针对+3D光焦度，视场为15°，对传统液体透镜和本申请提供的透镜进行了成像像质对比。参照图19a，图19a为传统液体透镜在+3D光焦度下的光学仿真图。另外，图19b，图19b为本申请提供的透镜在+3D光焦度下的光学仿真图。在该实施例中，本申请提供的透镜中，为了实现对像差的校正，其液体接触面308的位置发生了改变。

另外，参照图20a，图20a为传统的液体透镜在+3D光焦度下不同视场角的点阵图。另外，参照图20b，图20b为本申请提供的液体透镜在+3D光焦度下不同视场角的点阵图。通过对图20a和图20b进行对比可以知道，在相同视场角下，本申请提供的透镜的弥散图形的均方根半径值均小于传统的液体透镜的弥散图形的均方根半径值。由此可知，传统的液体透镜，由于其液体接触面308不能移动，因此其不能获得最优的像差校正效果。而本申请提供的透镜通过液体接触面308的移动以实现更优的像差校正效果，从而改善了成像质量。

本申请还针对-6D光焦度，视场为15°，对传统液体透镜和本申请提供的透镜进行了成像像质对比。参照图21a，图21a为传统液体透镜在-6D光焦度下的光学仿真图。另外，图21b，图21b为本申请提供的透镜在-6D光焦度下的光学仿真图。在该实施例中，本申请提供的透镜中，为了实现对像差的校正，其液体接触面308的位置发生了改变。

另外，参照图22a，图22a为传统的液体透镜在-6D光焦度下不同视场角的点阵图。另外，参照图22b，图22b为本申请提供的液体透镜在-6D光焦度下不同视场角的点阵图。通过对图22a和图22b进行对比可以知道，在相同视场角下，本申请提供的透镜的弥散图形的均方根半径值均小于传统的液体透镜的弥散图形的均方根半径值。由此可知，传统的液体透镜，由于其液体接触面308不能移动，因此其不能获得最优的像差校正效果。而本申请提供的透镜通过液体接触面308的移动以实现更优的像差校正效果，从而改善了成像质量。

除此之外，本申请还对-6D～+3D整个变焦范围进行了点列图弥散图形大小的比较，并将15度视场角的弥散图性大小列于表4。

表4

由表4中的对比结果，我们可以得到以下结论：在-1D光焦度下，传统的液体透镜和本申请的透镜在成像质量上一致，而在其它光焦度下，本申请的透镜的弥散图形的均方根半径值均小于传统的液体透镜。这是因为传统的液体透镜只能利用多曲面进行像差校正，其液体接触面308的位置不可调，故其虽然可以在某一焦点(-1D)处取得很好的像差校正效果，但在其它焦点处的像差校正效果较弱。而本申请提供的透镜具有可调曲率的曲率面和可调位置的曲率面等多个像差校正参数，从而可在透镜的变焦范围内得到更好的成像质量。

仍以智能变焦眼镜为例，对本申请提供的透镜的应用优势进行说明。以智能变焦眼镜具有0～600度的近视度数调节范围，和0～300度的老化度数调节范围为例，其折算为光焦度后其范围为-6D～+3D。若该智能变焦眼镜采用上述传统的液体透镜，由于其只能利用多曲面进行像差校正，而液体接触面308的位置固定，故其只能在某一个光焦度(例如-1D)下获得最优像差校正效果，其它光焦度下的像差校正效果略差。而若该智能眼镜采用本申请提供的透镜3，可使透镜3在其变焦范围内均获得较优的像差校正效果，从而得到更好的成像质量。因此，采用本申请提供的透镜3的智能眼镜用户体验更好。

在本申请上述实施例介绍的透镜3中，其只有一侧的基板可随着储液室内液体的总量的变化产生曲率的变化。在本申请一些实施例中，还可以使透镜3的两侧的基板均可随储液室内液体的总量的变化产生曲率的变化，以形成双凹或双凸透镜效果，相比平凹或平凸透镜，在相同光焦度下，透镜厚度可以设计的更轻薄。

具体实施时，可以参照图23，图23为本申请另一种实施例提供的透镜的结构示意图。该实施例提供的透镜与上述图5所示的实施例中的透镜的不同之处主要在于：图23所示的透镜的第一基板301和第二基板302均为弹性薄膜基板，其可以但不限于为聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)等弹性材料制成。另外，第一基板301和第二基板302的材料可以相同，也可以不同，在本申请中不对其进行限定。

由于本申请该实施例提供的透镜的第一基板301和第二基板302均为弹性薄膜基板，因此在透镜3内的两类液体的总量发生变化时，该第一基板301和第二基板302均可发生对应的形变。示例性的，当储液室内液体的总体积的增加，使储液室内的压力增加时，第一基板301产生沿远离第二基板302的方向凸出的形变，第二基板302可产生沿远离第一基板301的方向凸出的形变，从而形成正透镜效果。反之，当将储液室内的液体总体积减少时，第一基板301会产生沿朝向第二基板302的方向凹陷的形变，第二基板302会产生沿朝向第一基板301的方向凹陷的形变，以形成负透镜效果。

另外，由于储液室内的第一类液体306和第二类液体307互不相溶，通过改变两类液体的体积比例，形成于该两类液体之间的液体接触面308的位置会发生移动。示例性的，可参照图24a，图24a展示了两类液体的体积比例未发生变化前，液体接触面308的位置。当通过第一液体进出通道3031向储液室内充入第一类液体306，且通过第二液体进出通道3032将第二类液体307排出时，可参照图24b，两类液体之间的液体接触面308由虚线所示的原位置(图24a所示的位置)向第二基板302的方向发生了移动。

由上述实施例的介绍我们知道，在对第二类液体307施加的电压发生改变时，第二类液体307的电润湿会改变，从而会使液体接触面308的曲率发生变化。参照图24c，图24c展示的为在图24b的基础上改变了施加于第二类液体307的电压，以使液体接触面308的曲率发生了对应的改变。

本申请图23所示的透镜3除了上述的第一基板301和第二基板302均为弹性薄膜基板外，其它结构均可参照图5中所示的透镜进行设置，在此不进行赘述。

另外，在将图23所示的透镜3用于智能变焦眼镜时，其对透镜3的像差校正的实现方法也与上述实施例中所介绍的透镜3的像差校正的实现方法相类似。简单地说，可以包括如下的三个步骤：

步骤一，通过手机等外部终端设备上的应用软件建立无线连接通路，并对智能变焦眼镜设定用户的屈光度数。

步骤二：当接收到来自手机等外部终端设备传递过来的屈光度设置命令时，由处理器将屈光度转换为光焦度，光焦度＝屈光度/100。另外，处理器从存储器中查阅到与光焦度对应的像差校正参数值。这些参数值是经过预先设计并存于存储器的，这样可以在该光焦度下获得最优的像差校正效果。

步骤三：向驱动装置309(步进电机和电压调节单元)施加控制信号，调节液体接触面308的位置、液体接触面308的曲率以及第一基板301和第二基板302的曲率达到预设值。

由于本申请该实施例提供的透镜3具有第一基板301的曲率、第二基板302的曲率、液体接触面308的曲率和液体接触面308的位置等多个自由度，其可获得更大的变焦范围，并可在透镜3的变焦范围内得到更好的成像质量。

参照图25，图25为上述图23所示的透镜3的像差校正效果示意图。在该实施例中，第一基板301和第二基板302可以等效为两个密接的透镜复合成的变焦透镜，则整个透镜系统的光焦度可以看作是组成它的两个透镜的光焦度之和，可以表示为：

其中，

对于平凹透镜，平凹透镜是指一侧基板呈平面设置，另一侧基板的表面呈凹面设置的透镜。参照图26a，图26a展示了一种平凹透镜的光学结构示意图。该平凹透镜的光焦度

对于双凹透镜，可以参照图26b，图26b展示了一种双凹透镜的光学结构示意图。该双凹透镜的光焦度

按对称双凹透镜简化计算，使r1＝r2，则有：

在相同光焦度下，可获得平凹透镜的曲率半径r和对称双凹透镜的曲率半径r1的关系：

则有：

r′＝r/2

而实现该光焦度，平凹透镜厚度d′、平凹透镜曲率半径r′和透镜直径h′的关系为：

折算成和光焦度

而实现该光焦度，仍以对称双凹透镜简化计算，则双凹透镜厚度d、双凹透镜曲率半径r1和透镜直径h的关系为：

以透镜3的直径为30mm，且透镜3中只填充有NaCl溶液为例，其中NaCl溶液折射率为1.38，经matlab逐点计算并绘制出光焦度与透镜3厚度的关系曲线如图27所示。由图27所示的关系曲线可知，在相同光焦度下，双凹透镜的厚度可以设计的更轻薄。

因此，采用本申请提供的透镜3，其多了一个曲率调节参数(第二基板302的曲率)用于改善像差，以使透镜3能够获得较好的成像效果。另外，该透镜3的厚度得以减小，其更顺应当前近视眼镜固体镜片的双凹透镜设计的发展趋势。

另外，可以理解的是，当本申请提供的透镜的第一基板301和第二基板302均为弹性薄膜基板时，则在由中央区域到周边区域的方向上，第一基板301和第二基板302均可以通过厚度、刚度或者折射率的设置，来实现周边离焦的效果，其具体设置方式可参照上述实施例，在此不进行赘述。这样可使本申请该实施例提供的透镜3可以通过调节第一基板301的曲率、第二基板302的曲率和液体接触面308的曲率的组合形式，来实现近视度数和离焦度数的灵活调整。另外，还能在实现周边渐进离焦效果的同时，通过调节第一基板301的曲率、第二基板302的曲率、液体接触面308的曲率和液体接触面308的位置来对透镜3的像差进行校正，以便形成清晰的远视力。

由上述对本申请各实施例的透镜3的具体介绍可以知道，针对第一基板301为弹性薄膜基板、第二基板302为硬质基板，以及第一基板301和第二基板302均为弹性薄膜基板的透镜来说，其具有多个曲率面。在本申请一个可能的实施例中，可以通过使不同的曲率面具有不同的有效口径(有效口径是指曲率面的可供光线通过的范围)，以形成不同焦距的组合。另外，又由于具有不同口径的曲率面具有不同的光焦度。因此，该透镜兼有广角和长焦两种特性。接下来以第一基板301为弹性薄膜基板，第二基板302为硬质基板的透镜为例，对其广角和长焦两种特性的实现原理进行说明。

参照图28a，图28a展示了本申请一种实施例的透镜的结构示意图。其中，在该实施例中，第一基板301为弹性薄膜基板，第二基板302为硬质基板，且第一基板301在储液室内的液体的挤压作用下具有沿背离第二基板302的方向凸出的形变，以呈正透镜效果。另外，在该实施例中，挡板303与第一基板301的连接处位于第一平面，挡板303与第一平面垂直，第二电极305通过连接部3052与挡板303的朝向储液室的侧壁连接，这样，可以通过调整连接部3052的长度，来实现对第二电极305的口径的大小的调节。又由于作用于第二电极305上的电压可施加于第二类液体307，则第二类液体307和第一类液体306之间的液体接触面308可位于第二电极305围成的区域内，则通过第二电极305的口径的调节，可实现对液体接触面308的口径的调节。

可继续参照图28a，第一基板301可直接固定于挡板303，则通过调整第二电极305的口径，可以使挡板303周向围合形成的通光孔径与第二电极305周向围合形成的通光孔径不同。可以理解的是，第一基板301的口径大于液体接触面308的口径。这样，该透镜的挡板303周向围合可形成第一通光孔径310，其光焦度为

由此可知，通过调节第一基板301和第二基板302的曲率以及液体接触面308的曲率的组合形式，就可以形成不同的第一通光孔径310的光焦度和第二通光孔径311的光焦度的组合形式。比如，当液体接触面308呈平面镜效果时，第一通光孔径310的光焦度和第二通光孔径311的光焦度相同。而当液体接触面308呈凹凸透镜效果时，第一通光孔径310的光焦度和第二通光孔径311的光焦度不同，可参照图28b，图28b展示的为透镜的广角和长焦结构示意图。另外，参照图28c，图28c展示的为透镜的周边离焦结构示意图。其中，参照图28b，当任一基板或两个基板为凸透镜，可以调节液体接触面308为凹透镜时，此时形成广角和长焦效果，第一通光孔径310为广角效果，第二通光孔径311为长焦效果，通过该透镜3可以对感兴趣物体进行更清晰的聚焦。参照图28c，当任一基板或两个基板为凹透镜，液体接触面308也为凹透镜时，此时形成周边离焦效果，离焦度数对应第一通光孔径310的光焦度和第二通光孔径311的光焦度之差。

在上述实施例的介绍中我们知道，当透镜3呈负透镜效果时，其可用于近视眼镜。而在近视防控眼镜中，基于周边离焦的近视防控眼镜目前得到了医学界广泛的临床认可。目前也有一些眼镜厂商推出了离焦近视防控眼镜。这些眼镜在设计时，可以参照图29，图29展示了一种近视防控眼镜的周边离焦设计示意图。眼镜的镜片分为中央光学区和周边离焦区域，中央光学区具有用户屈光检查的近视度数，用于近视度数矫正，保障用户清晰的远视力，周边离焦区域设置一定加光量(降低屈光度数)，从而使经周边离焦区域的光线提前汇聚，形成近视性离焦，从而防控近视的发展。但是，不同人群对离焦耐受不同，需要灵活的离焦度数设计。而传统的镜片为固体镜片打磨而成，中央光学区和周边离焦区域的光焦度差设计为固定值，无法灵活调整。

由上述对具有第一通光孔径310和第二通光孔径311的透镜的介绍可以知道，本申请提供的透镜具备近视屈光度数和离焦程度可调的灵活性，因此其可用于离焦近视防控眼镜中。具体实施时，可一并参照图28c和图29，透镜3的第二通光孔径311(对应图29中的镜片中用虚线表示的圆形区域)可用于近视度数矫正，由第一基板301和液体接触面308形成近视屈光度数，通过调整液体接触面308的曲率和位移来提高成像质量，以保障用户清晰的远视力。另外，第一基板301处形成的第一通光孔径310，可形成周边离焦区域，这部分的光焦度在近视屈光度数基础上叠加了正透镜，形成近视性离焦，用于近视防控。采用本申请提供的透镜3，通过调整第一通光孔径310和第二通光孔径311的光焦度的不同曲率搭配组合，使周边区域的光焦度和中央光学区的光焦度差值按需灵活调整，形成不同离焦程度的透镜效果。

另外，通过合理设计，在将该透镜3用于智能变焦眼镜时，可以根据不同视力人群设置不同的屈光度数和离焦度数，从而使该眼镜能够满足不同视力的用户的使用要求。其具体步骤例如可以参照图30，图30为本申请一实施例提供的透镜3的调整方法流程图。

步骤一：对透镜3的近视度数和离焦度数进行设定。在本申请中，根据不同的应用场景，可设置不同的近视度数和离焦度数的设定方式。示例性的，在本申请一个可能的实施例中，可通过用户的主动设置，来实现对透镜3的近视度数和离焦度数的设定。具体实施时，可通过手机等外部终端设备上的应用软件与眼镜之间建立蓝牙连接通路，这样，用户即可通过应用软件进行近视度数和离焦度数的设定。

在本申请另外一个可能的实施例中，可以通过在眼镜上设置智能感知模块，以通过该智能感知模块获得视网膜51每点成像与理想成像的位移，并换算成近视度数和离焦度数，从而实现眼镜的自我设置。另外，智能感知模块可以使用任何可能的光线追踪传感器，包括但不限于Shack-Hartmann波前传感器和Tscherning传感器等。

步骤二：当眼镜的处理器接收到近视度数(屈光度数)和离焦度数的设置命令时，可将屈光度数和离焦度数转换为对应的光焦度。其中，光学焦度和普通验光的屈光度或离焦度数的关系为：光焦度＝(屈光度数或离焦度数)/100。另外，处理器根据近视度数和离焦度数从存储器中查阅到对应参数值，包括液体接触面308的光焦度、第一基板301的光焦度、液体接触面308的位置以及液体接触面308的曲率等。参照表5，表5用于展示上述这些参数之间的对应关系。其中，这些参数值是经过预先设计的，以在该光焦度下能够获得最优的像差校正效果。

表5

以近视度数为-100度为例，其离焦度数可灵活设置为不同数值。当设置离焦度数为300度时，则液体接触面308的曲率形成的透镜的光焦度为-300度，第一基板301的曲率形成的透镜的光焦度为200度。则第二通光孔径311处的光焦度可以看做是组成它的透镜光焦度之和，即-300+200＝-100度，和人眼近视度数一致，保障用户清晰的远视力。除去第二通光孔径311的部分，即第一基板301的曲率组成第一通光孔径310处的光焦度为200，这部分的光焦度是在近视屈光度数基础上叠加了正透镜，形成近视性离焦，用于近视防控。

步骤三：向驱动装置309(步进电机和电压调节单元)施加控制信号，以调节液体接触面308的位置、曲率以及第一基板301的曲率达到预设值。

为了对本申请提供的透镜在应用于近视防控场景下，其可实现的离焦近视防控功能进行进一步的了解，接下来对本申请一种实施例提供的透镜采用Zemax工具进行仿真，以获得不同焦距下的成像效果。在该实施例中，仍以第一基板301为弹性薄膜基板，第二基板302为硬质基板为例进行说明。

参照图31a，图31a展示了第二通光孔径311的光学仿真示意图。另外，参照图31b，图24b展示了第一通光孔径310的光学仿真示意图。在该实施例中，透镜的储液室中的第一类液体306为硅油，折射率为1.50，阿贝数为38；第二类液体307为NaCl溶液，其折射率为1.38，阿贝数为60。另外，第一通光孔径310为9.0mm，第二通光孔径311为7.5mm。

在该实施例中，第一基板301和液体接触面308组合而成的第二通光孔径311处的焦距为113mm，光焦度为8.8D。另外，透镜的周边区域光焦度由第一基板301单独形成的第一通光孔径310处的焦距为297mm，光焦度为3.4D，而离焦度数为上述两个光焦度之差，即为5.4D。

由此可见，在本申请中，通过调节第一通光孔径310和第二通光孔径311处的曲率的组合，即可实现离焦度数的按需灵活调整，从而达到离焦程度可调的效果，以满足不同人群对离焦耐受不同的离焦调整诉求。

可以理解的是，当本申请提供的透镜的第一基板301和第二基板302均为弹性薄膜基板时，第一通光孔径310为挡板303周向围合形成的通光孔径，其光焦度可通过调节两个基板的曲率而改变，第二通光孔径311为第二电极305周向围合形成的通光孔径，由于第二通光孔径311由第一基板301、第二基板302和液体接触面308组合而成，其可简化为由第一通光孔径透镜和液体接触面308两个密接的透镜复合形成，该密接透镜光焦度为第一通光孔径310光焦度和液体接触面308光焦度之和。通过调节第一基板301的曲率、第二基板302的曲率和液体接触面308的曲率的组合形式，来实现近视度数和离焦度数的灵活调整，其具体实现过程可参照上述只有第一基板301为弹性薄膜基板的透镜，在此不进行赘述。

在本申请上述实施例中，可通过液体接触面308的曲率和液体接触面308的位置来对透镜3的第一通光孔径310的像差进行校正，以便形成清晰的远视力。又由于第一基板3301和第二基板302中的至少一个可以为弹性薄膜基板，这样，可通过调节弹性薄膜基板的曲率、液体接触面308的曲率来实现周边离焦的效果。另外，采用本申请提供的透镜3，还可以在由中央区域到周边区域的方向上，使弹性薄膜基板通过厚度、刚度或者折射率的设置，来实现其周边离焦的效果，其具体设置方式可参照上述实施例，在此不进行赘述。这样可使本申请实施例提供的透镜3可以用于具有周边离焦功能的近视防控眼镜，其既可以通过像差校正获取了清晰的远视力，又实现了渐进离焦的效果以及近视度数和离焦度数灵活可调的功能。

在上述实施例对透镜的介绍中我们知道，透镜中两类液体的比例发生变化就会导致两类液体之间的液体接触面308的位置的移动。另外，通过改变施加于第二类液体307上的电压，可以改变第二类液体307的润湿性，即改变两类液体的接触角，从而实现液体接触面308的曲率。液体接触面308的移动可以改变透镜成像的物距和像距，而在液体接触面308移动的过程中，通过液体接触面308的曲率的改变可以对像差进行校正，以能够在同一成像面上进行成像，以满足透镜的成像效果。

基于此，参照图32，本申请还提供了一种透镜3，该透镜3与上述实施例中的透镜3的不同之处在于，该透镜3的第一基板301和第二基板302均为硬质基板，且第一基板301和第二基板302可以但不限于选用玻璃或树脂等透明材料制成。另外，第一基板301和第二基板302的材质可以相同，也可以不同，在本申请中不对其进行具体限定。

参照图33a，图33a展示了图32中所示的透镜3在第二类液体307上施加有初始电压时液体接触面308的位置。另外，由于储液室内的第一类液体306和第二类液体307互不相溶，通过改变两类液体的比例，形成于该两类液体之间的液体接触面308的位置会发生移动。示例性的，可参照图33b，图33b展示了两类液体的体积比例发生改变后，液体接触面308的位置。具体实施时，可通过第一液体进出通道3031向储液室内充入第一类液体306，且通过第二液体进出通道3032将第二类液体307排出，此时两类液体之间的液体接触面308由虚线所示的原位置(图33a所示的位置)向第二基板302的方向发生了移动。

由上述实施例的介绍我们知道，在对第二类液体307施加的电压发生改变时，第二类液体307的润湿性会改变，从而会使液体接触面308的曲率发生变化。参照图33c，图33c展示的为在图33b的基础上改变了施加于第二类液体307的电压，以使液体接触面308的曲率发生了对应的改变。

本申请图32所示的透镜除了上述的第一基板301和第二基板302均为硬质基板外，其它结构均可参照图5中所示的透镜进行设置，在此不进行赘述。

采用本申请该实施例提供的透镜3，通过改变两类液体的比例，以使两类液体之间的液体接触面308的位置发生移动，在移动后的液体接触面308处可形成第一类液体306和第二类液体307两个透镜的光学组合。虽然，移动后的液体接触面308改变了整个透镜3的物距和像距，但是，通过改变施加于第二类液体307的电压，来调节液体接触面308的曲率，可重新让观测物体聚焦在与液体接触面308移动前相同的成像面上，从而实现了光学变焦的功能。

由上述图7所示的实施例可以知道，成像公式可为：

其中，u为物距，v为像距，f为液体接触面308移动前的焦距。继续参照图7，当液体接触面308移动一定距离δ时，则变化后的物距为u-δ，为能够继续成像在原有的人眼视网膜5或图像传感器上，则像距需要对应增加一定距离δ，则变化后的像距为v+δ。

则新焦距f′计算为：

整理后有：

又因为物距u通常远远大于像距v和液体接触面308的移动距离δ，则u-v-δ>0，因此有

为了对上述光学变焦效果进行理解，接下来对采用Zemax工具对该透镜的变焦效果进行仿真。具体实施时，透镜的储液室中的第一类液体306为硅油，折射率为1.50，阿贝数为38；第二类液体307为NaCl溶液，其折射率为1.38，阿贝数为60。值得一提的是，阿贝数也称色散系数，其可用来衡量透明介质的光线色散程度，阿贝数越小，色散越严重，供人佩戴的透镜的阿贝数不应该低于30。

另外，透镜的口径尺寸为18mm，整体透镜的变焦范围为-6D～+3D，该透镜与人眼的晶状体4组成光学变焦系统。以对50米外的一个物体进行成像为例，经过光学仿真得到的变焦效果可以参照图34a至图34c，图34a至图34c为本申请一实施例提供的透镜在不同焦距下的光学变焦仿真图。其中，35a中是对焦距为12.6mm进行的光学变焦仿真。图34b中是对焦距为16.6mm进行的光学变焦仿真。图34c中是对焦距为18.0mm进行的光学变焦仿真。

在上述仿真过程中，通过第一基板301的形变使透镜分别处于-6D～+3D的不同光焦度下。另外，通过移动液体接触面308的位置，并和人眼晶状体4组成光学系统，会聚到人眼视网膜5上。整个光学系统焦距变焦范围为12.6mm～18.0mm，变倍比可达1.43倍。可继续参照图34a至图34c，各图中的实线、虚线和点状线分别为6度、4度和0度视场角下光线仿真追踪情况。通过对各图进行对比可以看出，随着焦距增加，成像在人眼视网膜5的图像也随之变大。

目前，在监控场景下，可参照图35a，图35a展示了一种传统的摄像头设备的结构示意图。该摄像头通常采用枪球联动设备，即同时需要枪机6和球机7两套摄像设备。其中，参照图35b，图35b为枪机6的结构示意图。枪机6看广角大视场，但其每个点的分辨率低。因此，参照图35c，图35c为球机7的结构示意图。针对感兴趣的物体，可以通过驱动球机7变焦进行放大，以能够看清楚该物体。但是，采用枪球联动设备的摄像头所占用的空间较大，另外，由于枪球联动设备由枪机6和球机7两个独立的设备组成，其维护难度较大，维护成本较高。

在本申请中，视场在光学工程中又称为视场角。可参照图36，图36展示了视场角的示意图。其中，可以光学仪器的镜头为顶点，将被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角ω称为视场角，视场角的大小决定了光学系统的视野范围。

由于本申请上述图32所示的透镜可改变物距和像距，以对观测物体进行放大，并且其还可以将观测物体始终在同一成像面进行成像，从而实现光学变焦的功能。基于此，可将图32所示的透镜应用于监控场景。

具体实施时，可以首先通过设置于监控场景中的包括图32中所示的透镜的摄像设备接收云端视频人工智能(artificial intelligence，AI)分析的可疑目标信息(目标坐标和大小等)。摄像设备中的处理器可根据目标信息和可拍摄范围计算出可放大倍数，经此倍数放大的可疑目标不超出成像拍摄范围。

参照图37，图37展示了该摄像设备的透镜的成像示意图。根据成像原理，物体的高度l、焦距f、光焦度

由此可见，光焦度

其次，当摄像设备接收到来自云端视频AI分析软件的光学放大倍数设置命令时，云端视频AI分析软件根据所需放大倍数，转化为所需的光焦度，并从存储器中查阅到对应的驱动参数值。这些参数值是经过预先设计以保障光焦度

这样，通过使液体接触面308的位置发生移动，改变了物距和像距，从而改变了整个透镜的光学系统的焦距长短，以实现光学变焦的作用，从而提供一定的变焦倍数，放大或缩小需要观测的物体。

最后，可通过驱动装置309(步进电机和电压调节单元)对第一类液体306和第二类液体307分别施加对应的控制信号，从而调节液体接触面308的位置和曲率达到预设值。

通过将本申请上述图31所示的透镜应用于监控场景，可以仅使用一个摄像设备，在获取大视场的监控画面的同时，当发现可疑事物时，通过改变液体接触面308的位置以及液体接触面308的曲率，来实现对该可疑事物局部的对焦和放大。当查看结束后，可将透镜的液体接触面308恢复至原来的位置，并将其曲率恢复至原来的数值，以获得大视场监控画面。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。