Was sind Flüssiglinse?

Bei der Einrichtung einer Barcode-Leseanwendung ist die Auswahl des besten Objektivs für diese Anwendung wesentlich. Ein Objektiv, das bei einer Anwendung funktioniert, kann die Leistung einer anderen verschlechtern, je nach Beleuchtungsbedingungen, Abstand, Größe des abzubildenden Objekts und vielen anderen Faktoren.  

Die Linse nimmt reflektiertes Licht vom Objekt oder dem Zielbereich auf und fokussiert es auf den Kamerasensor. Ein Objekt ist scharfgestellt, wenn ein Lichtpunkt auf dem Objekt die kleinstmögliche Fläche auf dem Kamerasensor ist, idealerweise ein Punkt.  

​Verschiedene Objektive haben einzigartige Stärken und brechen das Licht je nach Form und Brechungsindex auf unterschiedliche Weise. Das beeinflusst die Brennweite sowie den Abstand zwischen Objektiv und Bildsensor, wenn das Objekt scharfgestellt ist. Die Objektivauswahl erfordert Kompromisse zwischen Arbeitsabstand, Sichtfeld und Größe sowie Auflösung des Kamerasensors.

Wenn das Sichtfeld (FOV) und der Arbeitsabstand einer Anwendung konstant sind, eignet sich eine Kamera mit fester Brennweite am besten. In den meisten Anwendungen können jedoch beide oder eines der beiden variieren. Wenn das der Fall ist, muss sich die Scharfstellung ändern, da andernfalls das Bild in nicht annehmbarer Weise beeinträchtigt wird.  

​Die Änderung des Fokus ist eine Herausforderung in der Bildverarbeitung. In der Vergangenheit bestanden die Lösungen darin, die Objektive physisch zu verschieben, um die Brennweite, das Sichtfeld und den Brennpunkt zu ändern. Eine weitere Lösung ist das Umschalten von einem Objektiv auf ein weiteres mit einer anderen Brennweite.  

Seit kurzem ändert die Autofokus-Flüssiglinsentechnologie die Krümmung. Dies erhöht die Funktionalität der Kameras und reduziert komplexe Mechaniken.

Was ist die Autofokus-Technologie und warum ist sie nützlich?

Kameras verwenden verschiedene Methoden, um den richtigen Brennpunkt zu bestimmen. Passive Methoden analysieren das Zielbild mit verschiedenen Algorithmusarten, einschließlich Phasen- und Kontrasterkennung. Aktive Methoden verwenden einen externen Sensor, der den Abstand zum Ziel direkt mittels Laser oder Ultraschall misst. Die Wahl der Methode hängt von den jeweiligen Umständen ab. Als Reaktion auf ein Signal, das angibt, dass das Objekt nicht scharfgestellt ist oder sich der Abstand verändert hat, ändert das Kameraobjektiv seine Brennweite, bis das Objekt wieder scharfgestellt ist.

Der Autofokus funktioniert in Kameras und Mobiltelefonen und wird in der industriellen Bildverarbeitung häufig verwendet. Allerdings benötigen Hersteller eine einfachere und flexiblere Möglichkeit zur Änderung der Scharfstellung, und diese gibt es nun. Flüssiglinsen können ihre Form und ihre Lichtbrechungsfähigkeit verändern.

Was sind Flüssiglinsen und wie funktionieren sie?

Flüssiglinsen sind eigenständige Zellen aus optischem Öl, die sich durch einen als Elektrobenetzung bezeichneten Effekt zu Linsen formen und ihre Krümmung auf vorhersehbare Weise ändern, wenn sie elektrischem Strom ausgesetzt sind. Diese Änderung der Krümmung, welche die Brennweite und den Arbeitsabstand verändert, geschieht innerhalb von Millisekunden und kehrt zur ursprünglichen, ungeladenen Form zurück.  

Eine Flüssiglinse ist, wie eine herkömmliche optische Linse auch, ein einzelnes optisches Element. Eine optische Linse ist Teil einer Baugruppe mit mehreren Elementen und wird nicht allein verwendet. Eine einzelne Linse erzeugt ein Bild mit Defekten, sogenannten Abbildungsfehlern. Dazu zählen unterschiedliche Bildschärfen an verschiedenen Stellen der Linse, Farbsäume und verschiedene Verzerrungen. Optikdesigner verwenden ein oder mehrere zusätzliche Linsen, um diesen Problemen entgegenzuwirken. In Abhängigkeit von der Anwendung wird die Flüssiglinse an verschiedenen Stellen im Linsenstapel platziert.

Welche Vorteile haben Flüssiglinsen?

Der Autofokus ist für ein bildbasiertes Barcode-Lesegerät von großer Bedeutung, da er sich sofort an Objekte mit unterschiedlichen Abständen, verschiedene Objekttypen und Anforderungen zur Änderung des Sichtfelds anpassen kann. Flüssiglinsen sind schnell und benutzerfreundlich.

Flüssiglinsen sind kleiner und leichter als mechanische Objektive mit vergleichbaren Eigenschaften. Durch die Reduzierung der Abhängigkeit von Mechanismen für die Scharfstellung sowie der Notwendigkeit zur Positionsveränderung der Linsen für eine Änderung der Scharfstellung wird die Kamera kleiner und verliert an Gewicht. Kameras mit Flüssiglinsen können an platzbeschränkten Fertigungslinien und bei Paketverarbeitungsanwendungen eingesetzt werden, wo eine herkömmliche Kamera nicht passen würde.

In industriellen Umgebungen können Stöße und Vibrationen die Bildqualität erheblich beeinträchtigen und eine Neupositionierung oder Neukalibrierung erforderlich machen. Eine Flüssiglinse hat keine beweglichen mechanischen Teile. Abgesehen davon, dass sie nicht unter Verschleiß leiden, sind sie wesentlich stoß- und vibrationsfester. Verliert eine Linse den Brennpunkt, kann es sofort reagieren.

Sie sind viel langlebiger als konventionelle Linsen. Mechanische Systeme zur Bildscharfstellung, die Motoren und mechanische Führungen beinhalten, verschleißen nach ca. 100.000 Zyklen. Flüssiglinsen hingegen, die keine beweglichen Teile haben, können bis zu 50 Millionen Zyklen aushalten.

Flüssiglinsen sind absolut leise. Ein bedeutender Vorteil in klinischen Bereichen. 

Spezifische Verwendungszwecke von Flüssiglinsen

Flüssige Autofokus-Linsen lösen viele Probleme auf modernen Hochgeschwindigkeits-Linien. Beim Lesen von 2D-Codes, wo Objekte unterschiedlich groß sind und Codes in verschiedenen Ausrichtungen haben, kann die Scharfstellung schnell von einem Paket zum nächsten abweichen. 

Visuelles Prüfen von Leiterplatten (PCBs) können aufgrund kleiner Verformungen der Leiterplatte schwierig sein, da sich dadurch der optimale Brennpunkt ändert. Eine Flüssiglinse kann die Brennweite jederzeit bei Bedarf neu einstellen, um den entsprechenden Teil der Leiterplatte weiter zu prüfen. Flüssiglinsen kommen in vielen Anwendungen zum Einsatz, wie zum Beispiel in Laparoskopen, unbemannten Luftfahrzeugen und Lasersystemen.

Flüssiglinsen sind eine transformative Technologie

Flüssiglinsen mit Autofokus machen Barcode-Lesegeräte in einem breiteren Anwendungsbereich nutzbar, reduzieren die Notwendigkeit für mehrere Kameras und erhöhen die Lebensdauer.  

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