应用介电泳原理设计了一种基于平板电极的非球面组合液体透镜。该透镜主要由上下平行的4块氧化铟锡（ITO）导电平面玻璃板、腔体、介质层和疏水层组成，具有结构简单、易于实现的优点。利用COMSOL、MATLAB和Zemax软件，建立了基于平板电极的非球面组合液体透镜的光学模型，仿真分析了其在不同电压下的焦距变化，并讨论了平板电极的平行度对组合透镜焦距的影响。对该非球面组合透镜的器件制备与实验分析，结果表明：当工作电压由0增加到280 V时，焦距由28.7135 mm变化为20.1943 mm，与仿真结果基本相符；该器件的成像分辨率最高可达49.8244 lp/mm。

搭建了一种基于液体变焦透镜和振镜的三维光片显微成像系统，设计了振镜、液体变焦透镜、相机的同步控制采集成像系统，通过调谐振镜和液体变焦透镜，使得光片激发样品和成像同步，获得样品不同切面的图像堆栈并实现样品的三维重建。当采用数值孔径为0.3、放大倍率为10的成像物镜时，该系统的轴向扫描范围为507 μm，横向视场达到1970 μm×1300 μm，横向分辨率为1.32 μm，轴向分辨率可达12.75 μm。在轴向扫描过程中，系统的放大倍率保持恒定，可以用于对一定尺寸生物样品的成像实验和相关研究，并通过对斑马鱼胚胎进行成像验证所提系统对厚生物样品成像的可行性。

针对传统仿生视觉系统中目标图像获取单一性问题, 提出一种仿人眼自适应调节的多光谱视觉成像技术。首先, 通过改进的自动调焦算法使成像系统同时采集可见光高分辨率图像及近红外低分辨率图像。然后, 对于多光谱成像系统中由于分光棱镜折射率不同导致的在固定焦距下, 可见光和近红外图像清晰度有所不同的问题, 采用改进的二代小波变换进行近红外图像增强, 提高图像对比度, 改善视觉效果。最后, 搭建基于液体变焦透镜的多光谱实验系统验证自动调焦算法及图像增强算法的实际性能。实验结果表明: 系统完成有效自动调焦的平均用时为756 ms。同时,近红外图像增强后其灰度方差函数值提高了79.4%, 解决了对比度低和细节模糊的问题, 最终实现自适应调节。

为了解决传统单通道仿生视觉成像系统应用场景受限的问题，提出一种基于可见光及近红外的仿生视觉成像技术。首先，对多光谱光学成像系统进行研究，设计了以棱镜为分光元件的同口径双通道成像系统，对目标物体进行初步成像。然后，利用基于Roberts算子的图像清晰度评价函数并结合自适应变步长搜索策略对目标物体进行清晰成像。最后，搭建了以液体变焦透镜为调焦执行机构的实验装置，验证仿生视觉成像系统及自动调焦算法的实际性能，实验结果表明：光学系统的成像质量可满足实际需求，同时，自动调焦算法完成一次调焦过程的时间仅为1050ms。

通过对仅有单层介电薄膜双液体变焦透镜模型的相关理论分析, 得出介电层薄膜的厚度及均匀性对双液体变焦透镜的性能影响很大, 并绘制了双液体变焦透镜焦距与驱动电压、介电层厚度的关系曲线.在此基础上, 以降低双液体变焦透镜的驱动电压为目的, 对介电层的选择进行了分析, 选择既可充当介电层又可充当疏水层的派瑞林材料作为双液体变焦透镜的介电层材料, 通过真空蒸发镀膜工艺得到了合适厚度的介电层派瑞林薄膜, 并对所镀薄膜表面形貌以及厚度进行了测试.选择氯化钾以及溴代十二烷作为导电液体和油性液体, 利用离心方式除去液体中溶有的气体, 进而制作完成双液体变焦透镜样品.电驱变焦实验得到低压双液体变焦透镜样品的变焦范围为±20 mm, 驱动电压约为30 V, 对于实验过程中出现的迟滞效应, 通过对杨氏方程中引入摩擦力项, 合理地解释了其原因.

为了减小人眼离焦像差对液晶自适应光学视网膜成像系统的过大压力, 设计了一种基于液体变焦透镜的离焦补偿机构。该离焦补偿机构能连续调焦, 且无需任何组件平移运动, 有利于小型化。根据该液体透镜的曲率压变的变焦原理, 选择适当传动比的蜗杆传动作为旋转进动“放大”机构, 放大了外压环旋转角度与屈光度的对应关系, 设计出步长为0.2D的离焦补偿机构, 为液晶自适应光学视网膜成像系统的高对比度成像提供了保障。

介绍一种非移动式变焦技术—液体变焦技术。对国内外液体变焦技术的科研成果进行了归纳和总结，介绍了液体变焦透镜的基本原理及实现形式，分析了液体透镜的优异性能及其对光学领域的影响。根据液体变焦技术的发展现状和工程应用情况，指出液体变焦技术目前的研究重点主要应放在如何克服温度场和重力场对液体透镜性能的影响等机理研究，液体透镜的离轴系统和非对称系统的设计以及加速液体透镜的产品化等工作上。

研究了采用“金属导电基底/Parylene 介电层/Teflon疏水层”透镜内芯材料的介电上电润湿（EWOD）特性。实验获得了导电液滴分别在直流电（DC）和50 Hz交流电（AC）控制下的接触角随电压变化的曲线。实验结果表明，为达到DC电源控制下的液滴的EWOD相同效果，使用低频的AC电压应考虑其瞬时最大值而不是有效值（均方根值）。目前已经制作出基于50 Hz交流电控制的可变焦液体透镜并进行加电压变焦实验。给出了该液体透镜的焦距与电压之间的变化曲线，实验结果与上述分析一致。

设计了一种新型的低成本、小体积的基于变焦液体透镜的可调光衰减器。该器件以具有圆柱状通孔的精密套管为透镜腔,腔内放置两种互不相溶的液体(水/油/水),腔内液体构成了薄(油)透镜介质;采用导电材料制作的套管作为一个电极,另两个电极则分别是与导电水溶液相接的左右管脚。通过介质上电润湿效应(EWOD)控制导电液体与绝缘油接触面形状,实现透镜焦距的调谐,进而实现单模光纤间耦合光强的调控,达到光的衰减控制目的。理论分析表明,这种光衰减器的衰减范围为0~60 dB,而且具有很好的波长相关损耗特性。