与传统的玻璃透镜相比,液晶透镜有着焦点可变、体积小、厚度薄、重量轻、工作寿命长等优点。液晶透镜能够在几十毫秒的时间内受电场影响从而改变焦点位置。由于液晶透镜改变焦距不依赖机械移动,在监控、光束整形与转向、照明、自适应光学、医疗成像等许多方面都有着巨大的应用潜力。然而,液晶透镜的有效孔径受光焦度等因素制约,通常被设定在2mm左右,这极大的限制了系统的进光量,成为阻碍液晶透镜广泛应用的重要因素之一。本文设计了两套光学成像系统,其一是通过光学设计的方式,增大液晶透镜的入瞳直径,进而增加通光量;其二是在不改变孔径的情况下,仿照人眼设计了一套小凹成像系统,保证大视场下局部区域清晰。具体内容如下:分析了液晶透镜的国内外现状,提出了一种利用光学设计来增加液晶透镜通光孔径的思路。根据拟定目标,利用ZEMAX软件完成了入瞳放大且放大率不变的液晶透镜光学系统的设计、分析完成后的光学系统的像质和公差。从初始结构选取开始并设计了一种高像质镜头,全视场MTF设计值≥0.30(227 lp/mm)。其中液晶透镜孔径2mm作为系统的光阑使用,系统入瞳直径2.8mm,入瞳放大率为1.4倍,进光量增加近两倍。视场角±25°、波段为可见光波段480~643nm、焦距7.5mm、总长18mm、相对照度>90%。该系统在焦点位置改变的过程中,放大率保持不变。对设计方案进行建模和设计实际机械结构,并委托加工生产,在实验室测试了液晶透镜光学系统的成像质量,进行了对焦测试以及放大率变化分析。系统的实际成像MTF50值达到了0.25,相比于后文进行的小凹成像实验,MTF50值提高了60%,系统进光量增加两倍。在实验中,物体放大率变化小于一个像素。受人眼观察事物时具有变分辨率这一特点启发,利用液晶透镜设计了一套小凹成像系统。该系统通过对局部区域的调制,实现了保持大视场,同时保证局部清晰。分析了系统原理,以及液晶透镜的大小和孔径对成像质量的影响。测量了系统的成像质量、孔径大小对像质的影响并提出了透镜的合理摆放位置。最后拍摄实物,实现小凹成像。