液體變焦透鏡光學(xué)性能測試方法

ICS81.040.01

CCSN05

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX

`

液體變焦透鏡光學(xué)性能測試方法

Testmethodsforopticalpropertiesofvariablefocusliquidlens

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征求意見稿

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

GB/TXXXXX—XXXX

液體變焦透鏡光學(xué)性能測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了液體變焦透鏡變焦范圍、遲滯、響應(yīng)時間、透過率曲線、畸變、色差、波前像差、調(diào)

制傳遞函數(shù)和透鏡中心偏差的測試原理、測試裝置、測試步驟及數(shù)據(jù)處理。

本文件適用于液體變焦透鏡的光學(xué)性能測試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T7242-2010透鏡中心偏差

GB/T41869.2-2022光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第2部分：波前像差的測試方法

JJF580-2005焦度計檢定規(guī)程

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

遲滯hysteresis

液體變焦透鏡在驅(qū)動信號上升和下降過程中，相同驅(qū)動信號所對應(yīng)光焦度差值的最大值

響應(yīng)時間responsetime

液體變焦透鏡的驅(qū)動信號發(fā)生階躍反應(yīng)，使光焦度發(fā)生跳變，光焦度變化值至穩(wěn)定值所需的時間。

透過率曲線transmittancecurve

液體變焦透鏡的透過率與波長的曲線

畸變distrotion

橫向放大率隨視場的增大而變化所引起的一種失去物像相似的一種像差

注：畸變用點陣精度板中點陣偏離的相對距離表示

[來源:GB/T27667-20112.1，有修改，增加了注釋]

色差chromaticaberration

液體變焦透鏡對不同波長的入射光的光焦度的差異

波前像差wavefrontaberration

1

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波前與理想球面波前或偏差

[來源:GB/T41869.2-2022，3.1，有修改]

波前像差均方根root-mean-squarewavefrontaberration

波前與理想球面波前偏差的均方根值

[來源：GB/T41869.2-2022，3.3，有修改]

調(diào)制傳遞函數(shù)modulationtransferfunction

MTF

在指定空間頻率上像調(diào)制到物調(diào)制的比率

[來源：ISO/IEC29794-6:2015,4.8]

4測試要求

測試環(huán)境條件應(yīng)滿足以下要求：

a)溫度范圍：20℃-30℃，溫度波動范圍為±1℃；

b)相對濕度：40%~60%；

c)大氣壓強(qiáng)：86kPa~106kPa。

5測試方法

變焦范圍、遲滯

5.1.1測試原理

變焦范圍和遲滯的測試采用自動焦度計進(jìn)行測試。自動焦度計可直接測量鏡片的頂焦度，鏡片的光

焦度可用頂焦度表示。

自動焦度計工作原理如下，平行光線經(jīng)被測鏡片后發(fā)生偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過帶孔光闌，落在光電位置探測器

上。

標(biāo)引序號說明：

1——被測鏡片；

2

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2——帶孔光闌；

3——光電位置探測器。

圖1自動焦度計光路示意圖

由圖可見

???′?????

′=··········································································(1)

???′???

式中：

?——光線在光闌處距離光軸的垂直距離，單位為m；

′

?——光線在光電探測器位置處距離光軸的垂直距離,單位為m；

??——被測鏡片后頂焦距與光闌的水平距離,單位為m；

?——光闌至光電位置探測器的水平距離,單位為m；

??′——被測鏡片的后頂焦距,單位為m。

由公式（1）可得

??+??(???′)

?=·······································································(2)

?′???′

由鏡片頂焦度的定義可得

???′

?=·······································································(3)

??+??(???′)

式中：

D——光焦度，單位為dpt。

5.1.2測試裝置

所需測量裝置為自動焦度計。自動焦度計的測量范圍應(yīng)滿足光焦度的調(diào)節(jié)范圍。

5.1.3測試步驟

變焦范圍按照以下步驟試驗：

a)將待測液體變焦透鏡的后表面放在焦度計支座上，調(diào)整透鏡位于焦度計光路中心并固定透鏡；

b)將待測液體變焦透鏡與適配的驅(qū)動連接，加載驅(qū)動信號；

c)設(shè)置待測液體變焦透鏡的驅(qū)動電壓/電流，從最低工作電壓/電流開始，以一定ΔV/ΔA的間隔

依次增加驅(qū)動電壓/電流，直至最高工作電壓/電流為止。同時記錄電壓/電流及其對應(yīng)的光焦

度；

d)從最高工作電壓/電流開始，以上一步相同的ΔV/ΔA的間隔依次減小驅(qū)動電壓/電流，直至最

低工作電壓/電流為止。同時記錄電壓/電流及其對應(yīng)的光焦度；

e)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制上升及下降的電壓/電流—光焦度曲線。

5.1.4數(shù)據(jù)處理

根據(jù)繪制的電壓/電流—光焦度曲線，如圖2所示，

?+?

?=???1???2····································································(4)

???2

式中：

????——待測液體變焦透鏡的最大光焦度，單位為dpt；

3

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????1——上升曲線中，光焦度的最大值，單位為dpt；

????2——下降曲線中，光焦度的最大值，單位為dpt。

?+?

?=???1???2·····································································(5)

????2

式中：

?????——待測液體變焦透鏡的最小光焦度，單位為dpt；

?????1——上升曲線中，光焦度的最小值，單位為dpt;

?????2——下降曲線中，光焦度的最小值，單位為dpt。

待測液體變焦透鏡的變焦范圍為?????~????。

遲滯的計算方法為：

????=|?1????2??|······································································(6)

式中：

????——曲線中第i個點的光焦度差值，單位為dpt；

?1??——上升曲線中第i個點對應(yīng)的光焦度，單位為dpt；

?2??——下升曲線中第i個點對應(yīng)的光焦度，單位為dpt。

遲滯為????中的最大值。

圖2電壓—光焦度曲線示意圖

響應(yīng)時間

5.2.1概述

響應(yīng)時間的測試推薦兩種方法：光功率探測法和光斑成像法。下面對兩種方法分別進(jìn)行介紹。

5.2.2光功率探測法

5.2.2.1測試原理

光功率探測法通過光束分析儀接收透過透鏡以及分光器的光線可確定液體透鏡原始狀態(tài)下的焦距，

當(dāng)待測液體變焦透鏡驅(qū)動電源發(fā)生階躍變化時，透鏡焦距出現(xiàn)相應(yīng)的變化，通過光電探測器可顯示光功

4

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率的變化情況從而得出透鏡光焦度的變化過程，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果繪制圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可得出液體透

鏡的響應(yīng)時間。

5.2.2.2測試裝置

測試裝置如3所示。系統(tǒng)所需的組成部件及相應(yīng)的要求包括：

a)激光器：波長應(yīng)在被測液體變焦透鏡的工作范圍；

b)擴(kuò)束系統(tǒng)：能夠?qū)す夤馐M(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后的光束直徑不小于待測液體變焦透鏡有效孔徑的

1/2；；

c)光電探測器：測試波長應(yīng)覆蓋激光器波長，上升時間優(yōu)于1μs,帶寬優(yōu)于*MHz；應(yīng)位于激光光

束的束腰處；

d)數(shù)據(jù)采集裝置：應(yīng)能對光電探測器輸出的電壓信號進(jìn)行采集，同時發(fā)送給電腦的分析軟件；采

集頻率不低于1kHz；

e)電腦：能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)傳輸與分析，支持相應(yīng)的分析軟件正常運行；

f)驅(qū)動電源：輸出的供電信號應(yīng)滿足被測液體變焦透鏡的工作要求；

標(biāo)引序號說明：

1——激光器；

2——擴(kuò)束系統(tǒng)；

3——被測液體變焦透鏡；

4——光電探測器；

5——數(shù)據(jù)采集裝置；

6——電腦；

7——驅(qū)動電源。

圖3光功率探測法測試系統(tǒng)圖

5.2.2.3測試步驟

光功率探測法按照以下步驟測試：

a)打開圖1各組成部件的供電電源，使系統(tǒng)正常工作；

5

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b)設(shè)置驅(qū)動電源，使被測液體變焦透鏡的屈光度為零；

c)記錄數(shù)據(jù)采集裝置傳輸?shù)膩碜怨怆娞綔y器的電壓信號；

d)改變驅(qū)動電源，使被測液體變焦透鏡的屈光度絕對值為最大；

e)觀察電壓信號，當(dāng)信號基本穩(wěn)定不變時，再次改變驅(qū)動電源，使被測液體變焦透鏡的屈光度為

零；

f)觀察電壓信號，當(dāng)信號基本穩(wěn)定不變時，單次試驗結(jié)束；

g)重復(fù)步驟a)~f)，重復(fù)次數(shù)不少于10次。

5.2.2.4數(shù)據(jù)處理

根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制光焦度（光強(qiáng)）—時間曲線，如圖4所示。響應(yīng)時間為：

?t=?2??1···········································································(7)

式中：

?t——響應(yīng)時間，單位為ms;

?2——光焦度穩(wěn)定時對應(yīng)的時間，單位為ms;

?1——驅(qū)動信號發(fā)生階躍響應(yīng)時的時間，單位為ms。

圖4光焦度（光強(qiáng)）-時間曲線示意圖

5.2.3光斑成像法

5.2.3.1測試原理

當(dāng)待測液體變焦透鏡驅(qū)動電源發(fā)生階躍變化時，透鏡焦距出現(xiàn)相應(yīng)的變化，透鏡在不同焦距下對

光的聚焦能力不同，同一光束透過透鏡投影在同一位置的光斑大小也不相同。通過高速相機(jī)采集光束

通過透鏡投影的光斑，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理可得光斑直徑隨時間的變化曲線，從而得出透鏡光焦度的變

化過程，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果繪制圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可得出液體透鏡的響應(yīng)時間。

5.2.3.2測試裝置

測試系統(tǒng)如圖5所示，系統(tǒng)所需的組成部件及相應(yīng)的要求包括：

a)激光器：波長應(yīng)在被測液體變焦透鏡的工作范圍（如633nm紅光激光器）；

b)擴(kuò)束系統(tǒng)：能夠?qū)す夤馐M(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后的光束直徑不小于待測液體變焦透鏡有效孔徑；

c)投影屏：使通過透鏡的光束可垂直完整投影在投影屏上，投影的光斑可被高速相機(jī)有效成像采

集；

6

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d)高速相機(jī)：搭配合適的鏡頭，能對投影屏上的光束清晰成像并覆蓋測試中最大的光斑直徑；采

集視頻可保存在數(shù)據(jù)分析電腦中；采集幀率不低于1000幀/秒（fps），且每幀的時間基本相

同；

e)透鏡驅(qū)動：輸出的供電信號應(yīng)滿足被測液體變焦透鏡的工作要求；能通過連接至上位機(jī)（電腦）

并使用透鏡驅(qū)動軟件控制；

f)電腦：能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)傳輸與分析，支持高速相機(jī)的數(shù)據(jù)記錄完整且達(dá)到設(shè)置幀

數(shù)；同時能夠支持透鏡驅(qū)動的，支持透鏡驅(qū)動軟件正常運行；

標(biāo)引序號說明：

1——激光器；

2——擴(kuò)束系統(tǒng)；

3——被測液體變焦透鏡；

4——投影屏；

5——高速相機(jī)；

6——透鏡驅(qū)動；

7——電腦。

圖5光斑成像法測試系統(tǒng)圖

5.2.3.3測試步驟

按照以下步驟測試：

a)打開圖5各組成部件的供電電源，設(shè)置測試系統(tǒng)，將高速相機(jī)調(diào)試連接至測試電腦；

b)設(shè)置待測液體變焦透鏡的驅(qū)動電壓/電流，使其光焦度在指定值D1或D2（如0dpt、5dpt）；

c)調(diào)整擴(kuò)束系統(tǒng)及投影屏的相對位置，使通過透鏡的光束在D1、D2時均可垂直完整投影在投影屏

上；

d)調(diào)整高速相機(jī)的鏡頭及曝光，使高速相機(jī)采集到的光斑在D1、D2時均完整清晰且曝光合適；

e)設(shè)置待測液體變焦透鏡的驅(qū)動電壓/電流，使其光焦度在指定值D1、D2（如0dpt、5dpt）之間

以一定時間間隔（如1s）跳變；

f)設(shè)置高速相機(jī)采集幀率為1000fps，用高速相機(jī)記錄一段光斑跳變的視頻（視頻時間如3s），

確保覆蓋D1到D2及D2到D1的跳變過程，單次試驗結(jié)束；

g)重復(fù)步驟a)~f)，重復(fù)次數(shù)不少于10次。

7

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5.2.3.4數(shù)據(jù)處理

對高速相機(jī)采集視頻進(jìn)行逐幀的分析，讀取每幀的光斑直徑，繪制光斑直徑-時間的曲線，通過曲

線擬合可得到響應(yīng)時間?t，如圖6所示。

圖6光斑直徑—時間響應(yīng)曲線示意圖

透過率曲線

5.3.1測試原理

液體透鏡對不同波長的入射光有不同的吸收和反射率，因此當(dāng)光源波長發(fā)生變化時，透鏡的透過率

也會發(fā)生相應(yīng)的變化，形成特定的透過光譜，使用合適的光譜儀可以測得液體透鏡的波長--透過率曲線。

測量原理如圖7所示。

標(biāo)引序號說明：

1——寬帶光源；

2——待測液體變焦透鏡；

3——積分球；

4——光譜儀儀。

圖7透過率測試原理圖

8

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5.3.2測試裝置

根據(jù)圖7的測試原理，可用透過率儀進(jìn)行測試。透過率儀的光譜測量范圍應(yīng)滿足待測液體變焦透鏡

的工作范圍。

5.3.3測試步驟

透過率曲線按照以下步驟測試：

a)打開透過率儀，設(shè)置波長掃描范圍、間隔；

b)將待測液體變焦透鏡放置在透過率儀的樣品臺，光路通過將待測液體變焦透鏡中心；

c)通過透過率儀的控制軟件，開始測量，并記錄測試結(jié)果。

5.3.4數(shù)據(jù)處理

通過透過率儀的測量數(shù)據(jù)，得到透過率曲線λ～τ曲線，如圖8所示。

圖8透過率曲線示意圖

畸變

5.4.1測試原理

液體透鏡的成像畸變采用點陣精度板輔助測量。測試系統(tǒng)圖如圖9所示。

標(biāo)引序號說明：

1——單色光光源；

2——點陣精度板；

3——待測液體變焦透鏡；

4——成像透鏡組；

5——相機(jī)。

圖9畸變測試原理圖

9

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5.4.2測試裝置

所需的測試裝置應(yīng)滿足以下要求：

a)單色光光源：光源波長應(yīng)在待測液體變焦透鏡的工作范圍內(nèi)；光束直徑應(yīng)不小于待測透鏡的有

效孔徑；

b)點陣精度板：點陣總尺寸應(yīng)大于待測液體變焦透鏡的有效孔徑；點陣中點直徑與相鄰兩點間距

可以不同，但點直徑與相鄰兩點間距需小于待測液體變焦透鏡的有效孔徑的1/40；

c)成像透鏡組：使點陣精度板能夠在相機(jī)中清晰成像；

d)相機(jī)：相機(jī)響應(yīng)波段與光源波段一致；成像面尺寸應(yīng)確保能夠觀察到每行不少于20個點。

5.4.3測試步驟

畸變應(yīng)在指定的光焦度下測試，若不指定，建議在待測液體變焦透鏡變焦范圍的中點附近測試，測

試步驟如下：

a)打開光源，進(jìn)行預(yù)熱，設(shè)置相機(jī)參數(shù)，使相機(jī)能夠?qū)c陣精度板清晰成像，待設(shè)備穩(wěn)定后，調(diào)

整光路，使各器件同心等高；

b)將待測透鏡放置到光路中，加載驅(qū)動電壓，使待測液體變焦透鏡的光焦度D1,調(diào)整點陣精度板

的位置，確保相機(jī)能夠捕捉清晰的圖像，記錄下點陣精度板的圖像。

5.4.4數(shù)據(jù)處理

打開步驟b)記錄的圖像，圖像示意圖如圖10所示。點陣精度板上第i個點的畸變?yōu)?/p>

?????

???=?100%······································································(8)

??

式中：

???——點陣精度板中第i個點的畸變，用百分?jǐn)?shù)表示；

???——實際點陣精度板中第i個點到中心點的距離；

???———經(jīng)過待測液體變焦透鏡后的點陣圖像中對應(yīng)的第i點距離中心點的距離。

在指定光焦度下待測液體變焦透鏡的畸變用平均畸變表示，如公式（9）：

?

??=∑???·············································································(9)

??=1

式中：

??——平均畸變；

n——點陣精度板中點的個數(shù)。

10

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12

標(biāo)引序號說明：

1——實際點陣精度板的點陣圖像；

2——經(jīng)過待測液體變焦透鏡后的點陣圖像。

圖10畸變測試結(jié)果示意圖

色差

5.5.1測試原理

液體變焦透鏡的色差可以通過采用可調(diào)諧單色光光源作為照明光源，測量液體透鏡的焦點，分析不

同波長下，透鏡的聚焦能力。色差測試系統(tǒng)示意圖見圖11。當(dāng)圖案掩膜版能夠在相機(jī)中清晰成像時，根

據(jù)成像原理可得：

111

=+···········································································(10)

????

式中：

??——待測液體變焦透鏡在波長為λ下的焦距值，單位為mm；

?——圖像掩膜版與待測液體變焦透鏡的距離，單位為mm；

?——相機(jī)與待測液體變焦透鏡的距離,單位為mm。

由公式（10）可得

??

?=············································································(11)

??+?

通過改變可調(diào)諧單色光光源波長得到待測液體變焦透鏡在不同波長下的焦距，色差用焦距的差值表示。

11

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標(biāo)引序號說明：

1——可調(diào)諧單色光光源；

2——圖案掩膜板；

3——待測液體變焦透鏡；

4——相機(jī)。

圖11色差測試系統(tǒng)圖

5.5.2測試裝置

測試系統(tǒng)中的組成部分應(yīng)滿足以下條件：

a)可調(diào)諧單色光光源：覆蓋液體變焦透鏡的工作波段；

b)圖案掩膜板：采用USAF1951分辨率測試靶；

c)相機(jī)：相機(jī)響應(yīng)波段與光源波段一致；成像面尺寸應(yīng)確保能夠觀察到掩膜板上的條紋圖案；

5.5.3測試步驟

色差應(yīng)在指定的光焦度下測試，若不指定，建議在待測液體變焦透鏡變焦范圍的中點附近測試，測

試步驟如下：

a)打開光源，進(jìn)行預(yù)熱，待設(shè)備穩(wěn)定后，調(diào)整光路，使各器件同心等高；

b)將光源的輸出波長調(diào)至液體變焦透鏡工作波段的最小波長λ0；

c)將待測透鏡放置到光路中，加載特定的驅(qū)動電壓，使液體變焦透鏡的光焦度為指定值；

d)改變圖案掩模板的位置，調(diào)整屏幕的位置，確保屏幕上能夠捕捉到清晰的圖像（圖案掩膜板

的條紋圖案與背景的對比度最大），記錄下此時的u0、v0；

e)以Δλ為間隔，應(yīng)確保λ0+Δλ在待測液體變焦透鏡工作波段范圍內(nèi)，增加可調(diào)諧單色光光

源的波長，調(diào)整光源的輸出波長，重復(fù)步驟c）和d），直至得到液體變焦透鏡工作波長

范圍內(nèi)的λ0~λn波長及其對應(yīng)的u1~un,v1~vn。

5.5.4數(shù)據(jù)處理

根據(jù)5.5.3中步驟c)~d)以及公式（11）可計算得到不同波長下對應(yīng)的待測液體變焦透鏡的焦距

??0~???。通過計算任意兩個焦距的差值可得到對應(yīng)的兩個波長的色差。

波前像差

5.6.1測試原理

像差采用夏克-哈特曼光電測量法，測試方法參考GB/T41869.2-2022。測試原理如圖9所示。利用

陣列聚焦器件（一種微光學(xué)陣列透鏡或者微光學(xué)陣列光柵加會聚透鏡）將光束孔徑分割成若干子孔徑，

12

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并在波前傳感器上聚焦形成多個光斑（實際像點）。通過光斑坐標(biāo)計算得到光斑相對于微透鏡焦點（理

論像點）的偏移量。通過計算光斑的相對偏移量獲得入射波前對應(yīng)到每個子孔徑上的斜率。按照每一個

子孔徑內(nèi)波前的斜率信息，進(jìn)行波前重構(gòu)，得到全孔徑上的波前相位分布。

標(biāo)引序號說明：

1——波面；

2——微透鏡陣列；

3——CCD探測器；

4——CCD探測器像面；

5——理論像點；

6——實際像點。

圖12夏克-哈特曼光電測量法原理示意圖

5.6.2測試裝置

波前像差測試系統(tǒng)如圖10所示。測試系統(tǒng)各組成部件應(yīng)滿足以下條件：

a)點光源與待測液體變焦透鏡的距離剛好為待測液體變焦透鏡的焦距，波長滿足待測液體變焦

透鏡的工作波長；

b)波前傳感器的有效直徑大于光束直徑。

123

標(biāo)引序號說明：

1——點光源；

2——待測液體變焦透鏡；

3——波前傳感器。

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圖13波前像差測試系統(tǒng)示意圖

5.6.3測試步驟

波前像差應(yīng)該在指定光焦度下測試，測試步驟如下：

a)按照圖10設(shè)置測試系統(tǒng)，使夏克-哈特曼波前像差測量儀處于穩(wěn)定工作狀態(tài)；

b)設(shè)置待測液體變焦透鏡的驅(qū)動電壓/電流，使其光焦度為指定值；

c)調(diào)節(jié)透鏡位置，使經(jīng)過透鏡后的光束為平行光，且入射到夏克-哈特曼波前像差測量儀傳感器，

即Zernike多項式中的離焦項為0，光斑居中準(zhǔn)直；

d)設(shè)置波前傳感器的采集范圍；

e)用夏克-哈特曼波前像差測量儀測試軟件測量波前像差，每隔一段時間（不小于1s）記錄一組

測量數(shù)據(jù)，重復(fù)n（n大于等于10）次。

5.6.4數(shù)據(jù)處理

待測液體變焦透鏡的波前像差用波前偏差的均方差值表示，根據(jù)5.6.3記錄的波前測量數(shù)據(jù)，按照

公式（12）計算：

?

∑????

RMS=?=1·······································································(12)

?

式中：

???——待測液體變焦透鏡的波前偏差均方差，單位為μm；

?????——第i次試驗的波前偏差均方差，單位為μm；

調(diào)制傳遞函數(shù)

5.7.1測試原理

待測液體變焦透鏡的調(diào)制傳遞函數(shù)通過測試波前偏差數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行Zernike多項式擬合，再計算

點擴(kuò)散函數(shù)，再由點擴(kuò)散函數(shù)計算得到調(diào)制傳遞函數(shù)MTF。

5.7.2測試裝置

所需測試裝置與5.6.2相同。

5.7.3測試步驟

MTF按照以下步驟測試：

a)根據(jù)5.6.3，對波前偏差進(jìn)行一次測量，得到波前偏差測量數(shù)據(jù)；夏克-哈特曼波前像差測量

儀測試軟件對波前偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行Zernike多項式擬合；得到波前偏差的Zernike多項式表達(dá)

式Wi；

b)計算點擴(kuò)散函數(shù)PSF；

c)計算MTF。

5.7.4數(shù)據(jù)處理

點擴(kuò)散函數(shù)的構(gòu)建方法如下：

2

()+∞()()(13)

PSFu,v=|??∞??,?exp[???2???+??????]|····································

14

GB/TXXXXX—XXXX

2?

?(?,?)exp[?????(?,?)，出瞳內(nèi)

P(x,y)={?··········································(14)

0，出瞳

式中：

PSF(u,v)——待測液體變焦透鏡的點擴(kuò)散函數(shù)；

?(?,?)——待測液體變焦透鏡光瞳函數(shù)；

?(?,?)——光瞳函數(shù)的振幅，通常取1；

??(?,?)——波前偏差函數(shù)。

計算MTF，如公式（12）

1

MTF(ε,η)=|????(?,?)exp[??2?(??+ηv]????|···································(15)

??

式中：

S——出瞳面積；

G——光瞳位移前后的重疊區(qū)域；

ε、——光瞳函數(shù)自相關(guān)積分時的位移量。

透鏡中心偏差

按照GB/T7242-2010的方法測試。

15

GB/TXXXXX—XXXX

A

A

附錄A

（資料性）

液體變焦透鏡原理及應(yīng)用場景

液態(tài)變焦透鏡是含有光學(xué)液體的可調(diào)焦透鏡，通常由電信號驅(qū)動，當(dāng)不同的電流或電壓驅(qū)動信號加

載于液態(tài)透鏡時，光學(xué)液體的形狀也隨之發(fā)生變化，從而改變透鏡的焦距。與傳統(tǒng)自動對焦鏡頭相比，

液體透鏡具有光焦度范圍大、體積小、反應(yīng)速度快、能耗低、精確度高等優(yōu)點。

目前較為成熟的液態(tài)變焦透鏡技術(shù)主要有兩種，第一種為電潤濕液態(tài)透鏡，如圖A.1所示，由密封

在腔體中的極性液體及非極性液體組成，基于電潤濕原理，通過施加電壓改變極性液體與腔體內(nèi)壁介電

層的潤濕角來改變兩種液體界面的曲率，從而實現(xiàn)屈光度的變化。第二種為薄膜型液態(tài)透鏡，如圖A.2

所示，使用彈性薄膜封裝光學(xué)液體，借助外部機(jī)械力等驅(qū)動方式或通過改變液體對薄膜的壓力，改變通

光孔徑處薄膜的曲率以實現(xiàn)焦距的變化。其他類似的變焦透鏡技術(shù)也包括液晶透鏡，彈性體變焦透鏡等。

液態(tài)透鏡有大屈光度工作范圍，可快速響應(yīng)，快速聚焦，適應(yīng)不斷變化的工作距離，目前已逐步廣

泛應(yīng)用于機(jī)器視覺（如二維碼識別，質(zhì)量檢測），顯微成像，內(nèi)窺鏡，安防等領(lǐng)域，近年也開始進(jìn)入消

費類領(lǐng)域，如智能終端相機(jī)模組及車載影像等。

以機(jī)器視覺應(yīng)用為例，液態(tài)透鏡的主要應(yīng)用場景為對檢測目標(biāo)的快速對焦或?qū)Σ煌嚯x的各種目

標(biāo)快速掃描，再結(jié)合圖像合成及算法識別等技術(shù)，實現(xiàn)高效的視覺檢測。針對快速對焦的應(yīng)用如二維碼

識別，搭載液態(tài)透鏡的讀碼器利用液態(tài)透鏡的快速變焦，可以在流水線上高度不一的目標(biāo)之間快速對焦，

切換工作距離，準(zhǔn)確讀取所有二維碼，相較使用常規(guī)自動對焦相機(jī)可實現(xiàn)更快的讀碼速度及更大的工作

距離范圍，且無需機(jī)械對焦結(jié)構(gòu)，有更高的可靠性及集成度。針對快速掃描的應(yīng)用，利用搭載液態(tài)透鏡

的遠(yuǎn)心鏡頭等工業(yè)檢測設(shè)備，可實現(xiàn)在大景深范圍內(nèi)擁有較高的成像質(zhì)量，僅需改變液態(tài)透鏡的工作電

壓/電流，即可改變液體透鏡的光焦度，從而改變遠(yuǎn)心鏡頭的工作距離；帶液態(tài)透鏡的遠(yuǎn)心鏡頭的工作

距離范圍通常在十幾到數(shù)十毫米，且液體透鏡的響應(yīng)時間最快可達(dá)幾毫秒到幾十毫秒，可在一秒內(nèi)采集

十幾到幾十張不同距離下的圖像，能夠滿足各類缺陷檢測的工作深度及采集速度的需求，由于無需機(jī)械

變焦部件，在工作中也避免了機(jī)械運動會帶來的震動和可靠性等問題。

圖A.1電潤濕液體變焦透鏡工作原理示意圖

16

GB/TXXXXX—XXXX

圖A.2薄膜型液體變焦透鏡工作原理示意圖

圖A.3液晶液體變焦透鏡工作原理示意圖

圖A.4彈性體液體變焦透鏡工作原理示意圖

17

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B

B

附錄B

（資料性）

測試報告模板

測試報告模板件B.1。

表B.1測試報告模板

時間地點

生產(chǎn)廠家型號

環(huán)境溫度環(huán)境濕度

參數(shù)測試結(jié)果

變焦范圍(dpt)

遲滯(dpt)

開始的光焦度

響應(yīng)時間值（dpt）

(ms)結(jié)束的光角度

值(dpt)

透過率曲線

光焦度值

畸變

（dpt）

光焦度值

色差

（dpt）

波前像差光焦度值

（μm）（dpt）

調(diào)制傳遞函數(shù)

透鏡中心偏差（μm）

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參考文獻(xiàn)

[1]GB/T27667-2011：光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評價畸變的測定

[2]ISO9342-1Opticsandopticalinstruments.Testlensesforcalibrationoffocimeters.

Part1:Testlensesforfocimetersusedformeasuringspectaclelenses

[3]ISO/IEC29794-6:2015(en)Informationtechnology—Biometricsamplequality—

Part6:Irisimagedata

19

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。

本文件由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會提出。

本文件由全國光學(xué)和光子學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會光學(xué)材料和元件分技術(shù)委員會歸口。

本文件起草單位：

本文件主要起草人：

I

GB/TXXXXX—XXXX

液體變焦透鏡光學(xué)性能測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了液體變焦透鏡變焦范圍、遲滯、響應(yīng)時間、透過率曲線、畸變、色差、波前像差、調(diào)

制傳遞函數(shù)和透鏡中心偏差的測試原理、測試裝置、測試步驟及數(shù)據(jù)處理。

本文件適用于液體變焦透鏡的光學(xué)性能測試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T7242-2010透鏡中心偏差

GB/T41869.2-2022光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第2部分：波前像差的測試方法

JJF580-2005焦度計檢定規(guī)程

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

遲滯hysteresis

液體變焦透鏡在驅(qū)動信號上升和下降過程中，相同驅(qū)動信號所對應(yīng)光焦度差值的最大值

響應(yīng)時間responsetime

液體變焦透鏡的驅(qū)動信號發(fā)生階躍反應(yīng)，使光焦度發(fā)生跳變，光焦度變化值至穩(wěn)定值所需的時間。

透過率曲線transmittancecurve

液體變焦透鏡的透過率與波長的曲線

畸變distrotion

橫向放大率隨視場的增大而變化所引起的一種失去物像相似的一種像差

注：畸變用點陣精度板中點陣偏離的相對距離表示

[來源:GB/T27667-20112.1，有修改，增加了注釋]

色差chromaticaberration

液體變焦透鏡對不同波長的入射光的光焦度的差異

波前像差wavefrontaberration

1

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波前與理想球面波前或偏差

[來源:GB/T41869.2-2022，3.1，有修改]

波前像差均方根root-mean-squarewavefrontaberration

波前與理想球面波前偏差的均方根值

[來源：GB/T41869.2-2022，3.3，有修改]

調(diào)制傳遞函數(shù)modulationtransferfunction

MTF

在指定空間頻率上像調(diào)制到物調(diào)制的比率

[來源：ISO/IEC29794-6:2015,4.8]

4測試要求

測試環(huán)境條件應(yīng)滿足以下要求：

a)溫度范圍：20℃-30℃，溫度波動范圍為±1℃；

b)相對濕度：40%~60%；

c)大氣壓強(qiáng)：86kPa~106kPa。

5測試方法

變焦范圍、遲滯

5.1.1測試原理

變焦范圍和遲滯的測試采用自動焦度計進(jìn)行測試。自動焦度計可直接測量鏡片的頂焦度，鏡片的光

焦度可用頂焦度表示。

自動焦度計工作原理如下，平行光線經(jīng)被測鏡片后發(fā)生偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過帶孔光闌，落在光電位置探測器

上。

標(biāo)引序號說明：

1——被測鏡片；

2

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2——帶孔光闌；

3——光電位置探測器。

圖1自動焦度計光路示意圖

由圖可見

???′?????

′=··········································································(1)

???′???

式中：

?——光線在光闌處距離光軸的垂直距離，單位為m；

′

?——光線在光電探測器位置處距離光軸的垂直距離,單位為m；

??——被測鏡片后頂焦距與光闌的水平距離,單位為m；

?——光闌至光電位置探測器的水平距離,單位為m；

??′——被測鏡片的后頂焦距,單位為m。

由公式（1）可得

??+??(???′)

?=·······································································(2)

?′???′

由鏡片頂焦度的定義可得

???′

?=·······································································(3)

??+??(???′)

式中：

D——光焦度，單位為dpt。

5.1.2測試裝置

所需測量裝置為自動焦度計。自動焦度計的測量范圍應(yīng)滿足光焦度的調(diào)節(jié)范圍。

5.1.3測試步驟

變焦范圍按照以下步驟試驗：

a)將待測液體變焦透鏡的后表面放在焦度計支座上，調(diào)整透鏡位于焦度計光路中心并固定透鏡；

b)將待測液體變焦透鏡與適配的驅(qū)動連接，加載驅(qū)動信