光学系统是图像采集中的重要组成部分,采集图像质量的优劣直接影响了后续图像处理过程中的计算效果。目前在虹膜识别、人脸识别等生物识别中,所采用的成像系统由于设备体积的限制,多采用定焦系统,识别过程中需要人为配合,不够便捷。采用不需要移动部件的电控调焦液晶透镜是解决这一问题的方法之一,液晶透镜是根据液晶分子的双折射效应制备而成,通过外加电场改变液晶分子的偏转角度,实现液晶透镜焦距的电控调节。目前液晶透镜的研究主要集中在单个液晶透镜的性能上,但由于液晶透镜自身焦距范围有限,单片液晶透镜难以独立应用。本文主要将液晶透镜与光学镜头结合,实现在无机械移动部件情况下进行光学调焦,具体研究内容如下:1.给出了液晶透镜焦距、光程差的计算方法。通过液晶透镜的阻容等效模型计算了液晶透镜的折射率分布。根据牛顿光学成像公式,得出液晶透镜与传统玻璃透镜组合系统进行光学调焦的理论依据。2.应用Zemax光学仿真软件对四分离式光学镜头进行建模。根据虹膜识别中虹膜图像像素要大于80个像素的要求,得出物距最长为620mm,以此作为成像系统的最长物距。将液晶透镜的折射率分布用Zemax中的梯度2进行建模,并与四分离式光学镜头组合成可调焦光学系统,对该系统成像性能进行仿真研究。3.制备了模式控制液晶透镜。研究了利用溶胶凝胶法制备高阻层薄膜时,旋涂层数对高阻膜的方块电阻大小的影响。高阻薄膜的方块电阻大小直接决定了外加交流驱动电压的频率大小,通过控制高阻层方块电阻大小,可以控制液晶透镜的功耗,便于制备低功耗的液晶器件。制备完成液晶透镜后,基于液晶材料的双折射效应,测量了液晶透镜的光学干涉特性,在用Labview对测得的干涉环进行降噪处理后,利用液晶透镜光程差计算公式计算出液晶透镜的折射率分布。4.为了验证模式控制液晶透镜的实际调焦效果,搭建了液晶透镜对焦驱动控制系统。基于Labview Vision编写了应用图像边界灰度梯度作为对焦评价函数的自动对焦程序,应用该系统进行对焦性能测试。结果表明加入液晶透镜后,物距大于440 mm时,成像系统的调焦范围增加4.5倍,但仍与理想调焦效果有一定的差距。针对此问题,提出了将液晶透镜高阻层的方块电阻进行分段处理的方法,来修正液晶透镜的折射率分布情况,使其折射率接近理想抛物面分布。最后仿真计算了当液晶透镜折射率分布为抛物面分布时,光学系统的成像效果,为制备高性能的液晶透镜提出了可行性方案。