瑞士Optotune可调透镜ELM-F系列技术交流

瑞士Optotune可调透镜ELM-F系列技术交流

一、品牌与产品概述

Optotune成立于2008年，总部位于瑞士迪蒂孔，是一家专注于可调光学元件的公司。公司从苏黎世联邦理工学院的实验室项目起步，逐渐发展成为在全球光学元件领域具备一定规模的企业。Optotune的业务覆盖工业自动化、医疗影像、激光加工和消费电子等领域，其可调焦液体透镜已应用于多种成像和检测场景。

ELM-F系列是Optotune与其光学合作伙伴共同开发的镜头模块产品线。该系列由固定焦距透镜组成，专门设计用于在光路中容纳Optotune的电动可调透镜。通过将液体透镜与定焦镜片集成在一个完整模块中，ELM-F系列简化了视觉系统的设计流程，减少了用户在光学调试方面的工作量。

该系列目前支持S接口和C接口两种规格的相机，适配传感器尺寸最高可达4/3英寸，焦距覆盖范围从5mm至300mm。

主要产品类型：

EL系列（电动可调焦透镜） —— 通过电流驱动改变焦距，无需机械移动部件

ML系列（手动可调焦透镜） —— 零保持功耗设计，适用于需要大通光孔径的场景

ELM-F系列（电动透镜模块——定焦型） —— 集成定焦镜头与液体透镜的一体化模块

ELM-T系列（电动透镜模块——远心型） —— 集成远心镜头与液体透镜，保持远心特性

S接口ELM-F系列 —— 适配S接口相机的小型化紧凑模组

C接口ELM-F系列 —— 适配C接口相机的中大传感器模组

光束控制振镜（2D镜面） —— 基于音圈技术的二维光束偏转器件

光束偏移器件 —— 用于图像稳定和高精度定位的光束控制组件

激光散斑消除器 —— 降低激光成像中的散斑噪声

控制器系列 —— 包括ICC-1C、ICC-4C-500、ECC-1C等多种镜头驱动控制方案

二、主要型号

以下是Optotune C接口ELM-F系列中10个具有代表性的产品型号：

三、产品介绍

3.1 技术架构与组成

ELM-F系列镜头的构成主要包含以下几个部分：

固定焦距光学透镜组：用于提供基础的光学成像能力

电动可调透镜（液体透镜） ：安装在光路中的特定位置，通常靠近光阑

外壳与机械结构：采用C接口或S接口标准，便于与各类工业相机连接

控制器接口：通过Hirose连接器与外置控制器（ICC系列）或内置控制电路（ECC-1C）相连

3.2 主要技术参数

传感器支持：最高1.1英寸，像素尺寸最小支持2.7 μm

焦距范围：5 mm至300 mm（含S接口和C接口全线产品）

F#：常见值为2.8至5.6

透镜控制方式：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：镜片材料在400nm至2500nm范围内具备较高透光率

3.3 工作原理

传统光学系统依赖机械结构移动镜头位置来实现对焦，这种方式存在响应速度受限、结构复杂、机械磨损等局限性。

Optotune的液体透镜技术采用了不同的实现路径。其核心结构由一个容器、光学流体、音圈线轴与弹性聚合物薄膜组成。容器内填充光学流体，并由薄膜密封。音圈线轴通过电流驱动，将光学流体推入或推离薄膜中心，从而改变薄膜的曲度。薄膜曲度的变化直接改变了透镜的屈光度，实现焦距调节。

这一过程没有机械移动部件，屈光度的变化由电流控制。调节速度可达毫秒级，调节范围取决于透镜型号，例如EL-3-10型号的调焦范围为-13 dpt至+13 dpt。

ELM-F系列将这种液体透镜预集成到经过光学优化的定焦镜头模块中，用户无需自行设计镜头与液体透镜的配合方案，可直接选用已测试完成的完整模组。

四、优势特点

4.1 焦距调节速度快

液体透镜通过电流驱动薄膜形变来改变屈光度，调节时间在毫秒级别。相比于传统机械式调焦，这种方式在需要频繁切换工作距离的场景中能够提供更快的响应速度。

4.2 无机械运动部件

液体透镜内部没有滑动或旋转的机械部件，整个调焦过程依靠液体形变完成。这一特性减少了机械损耗带来的故障风险，也降低了对润滑和密封的维护需求。

4.3 使用寿命较长

由于没有机械磨损部件，液体透镜在常规使用条件下的调焦循环寿命可超过10亿次。这一数据基于实验室环境下的耐久性测试，在工业自动化等需要频繁调焦的应用场景中具备实际参考价值。

4.4 结构紧凑

液体透镜本身尺寸较小，通光孔径范围从3mm到42mm不等。集成到ELM-F模块后，整体尺寸仍然保持紧凑，适合空间受限的嵌入式视觉系统。

4.5 重复精度较高

液体透镜的屈光度调节重复精度可控制在±0.1 dpt以内。这一精度水平来自电流控制的可重复性和膜片形变的稳定性，配合控制器的闭环调节，可满足对聚焦稳定性有要求的应用需求。

五、主要应用领域

5.1 条形码读取与物流分拣

在快递物流中心的自动分拣系统中，物品大小和输送距离各不相同，对焦需要持续调整。ELM-F系列配合液体透镜的快速调焦能力，可以在不同物距下保持条形码的清晰成像。达明机器人公司的资料显示，ELM-F系列已应用于包裹分拣、读码器等物流自动化场景。

5.2 工业检测与质量控制

在电子元件的表面检测、PCB板焊点检查、IC芯片外观检测等自动化光学检测场景中，相机系统需要快速适应不同高度和角度的检测对象。ELM-F系列模块提供了低F数设计和经过测试的光学方案，有助于简化检测系统的集成工作。

5.3 医疗影像与生命科学

在显微成像、微孔板读取、体外受精培养监测等生命科学应用中，样本的Z轴位置可能存在微小差异。液体透镜的快速调节能力支持在较短时间内获取多个焦平面的图像数据，提升成像效率。同时，由于没有机械移动产生的振动，适用于对图像稳定性有要求的显微成像场景。

5.4 机器人视觉与嵌入式视觉

协作机器人、服务机器人和无人机等移动平台对视觉系统的尺寸和重量有较高要求。S接口ELM-F系列的小型化设计适配这类平台的安装空间，焦距范围覆盖5mm至25mm，可选控制器集成方案也为系统集成提供了灵活性。