¿Qué son los lentes líquidos?

Al momento de configurar aplicaciones de lectura de códigos de barras, elegir el mejor lente para esa aplicación es crucial. Un lente que funciona bien para una aplicación puede alterar considerablemente el rendimiento de otra, según las condiciones de iluminación, distancia, el tamaño de lo que necesita ser fotografiado y una variedad de otros factores.  

El lente toma la luz que se refleja del objeto o el área de interés y la enfoca en el sensor de la cámara. El objeto está en foco cuando el punto de luz del objeto es el área más pequeña posible en el sensor de la cámara, idealmente, un punto.  

Los diferentes lentes tienen fortalezas únicas y curvan la luz de muchas maneras según la forma y el índice refractivo. Esto afecta la distancia focal, la distancia entre los lentes y el sensor de imagen cuando el objeto está en foco. La elección del lente conlleva un equilibrio entre la distancia de trabajo, el campo de visión y el tamaño y la resolución del sensor de la cámara.

Si el campo de visión (FOV) y la distancia de trabajo requeridos en una aplicación son constantes, la mejor opción es una cámara con distancia focal fija. Pero en la mayoría de las aplicaciones, una o ambas pueden variar. Si esto sucede, el enfoque debe cambiar o la imagen se degradará.  

Cambiar el enfoque es un desafío en la visión artificial. En el pasado, las soluciones incluían mover físicamente el lente para cambiar la distancia focal, el FOV y el punto de enfoque. Otra solución es simplemente cambiar un lente por otro con una distancia focal diferente.  

Recientemente, la tecnología de lente líquida de enfoque automático cambia la curvatura. Esto aumenta la funcionalidad de las cámaras y reduce la mecánica compleja.

¿Qué es la tecnología de enfoque automático y por qué es útil?

Las cámaras emplean varios métodos para determinar el punto de enfoque correcto. Los métodos pasivos analizan la imagen objetivo a través de varios tipos de algoritmos, incluidas la detección de etapas y detección de contraste. Los métodos activos usan un sensor externo que mide la distancia al objetivo directamente, mediante un láser o ultrasonido. La elección del método depende de circunstancias específicas. En respuesta a la señal que indica que el objeto está fuera de foco o que la distancia hacia el objeto cambió, el lente de la cámara cambia su distancia focal hasta que el objeto vuelva a estar en foco.

El enfoque automático funciona en las cámaras personales y en teléfonos celulares y hoy se usa ampliamente en la visión artificial. Pero los fabricantes necesitan una forma más simple y flexible de cambiar el enfoque, y ahora existe. Los lentes líquidos pueden cambiar su forma y capacidad para modificar la curvatura de la luz.

¿Qué son los lentes líquidos y cómo funcionan?

Los lentes líquidos son celdas autónomas de aceite de grado óptico que se moldean a sí mismas tomando la forma de lentes a través de un efecto llamado electro humectación, que cambian la curvatura de forma predecible al recibir una corriente eléctrica. Este cambio en la curvatura, que modifica la distancia focal y la distancia de trabajo, sucede en milésimas de segundo, al igual que el regreso a la forma original sin carga. 

Al igual que un lente óptico tradicional, un lente líquido es un único elemento óptico. Un lente óptico es parte de un conjunto multielemento, en lugar de usarse solo. Un solo lente produce una imagen con defectos, llamados aberraciones. Algunos de estos incluyen diferentes enfoques en diferentes puntos del lente, franjas de color y distorsiones. Los diseñadores ópticos usan uno o más lentes adicionales para contrarrestar estos problemas. Según la aplicación, el lente líquido se coloca en diferentes puntos de la pila de lentes.

¿Cuáles son las ventajas de los lentes líquidos?

El enfoque automático es clave para que el lector de códigos de barras basado en imágenes pueda adaptarse a los objetos a distancias variables, diferentes tipos de objetos y requisitos para cambiar el campo de visión (FOV). Los lentes líquidos son rápidos y fáciles de usar.

Los lentes líquidos también son más pequeños y ligeros que los lentes mecánicos con especificaciones equivalentes. La eliminación del requerimiento de enfoque mecánico, al igual que la necesidad de mover físicamente los lentes para cambiar el enfoque, permite reducir el tamaño de la cámara y su peso. Las cámaras con lentes líquidos pueden usarse en líneas de fabricación en espacios reducidos y aplicaciones de procesamiento de paquetes, donde las cámaras convencionales no entrarían.

En los entornos industriales, los golpes y las vibraciones pueden alterar considerablemente la calidad de la imagen y a menudo requerir reposicionamiento o calibración. Un lente líquido no tiene piezas mecánicas móviles. Además de no sufrir desgaste, son mucho más resistentes a los golpes y las vibraciones. Si algún movimiento hace que el lente salga de foco, el lente responderá de forma instantánea.

Estos lentes duran mucho más tiempo que los conjuntos de lentes convencionales. Los sistemas de enfoque mecánico, que incluyen motores y guías mecánicas, se desgastan luego de aproximadamente 100 000 ciclos, pero los lentes líquidos, sin piezas móviles, pueden durar hasta 50 millones de ciclos.

Los lentes líquidos son completamente silenciosos. Una ventaja significativa en los entornos clínicos. 

Usos específicos de los lentes líquidos

Los lentes líquidos con enfoque automático resuelven muchos problemas en las líneas de alta velocidad modernas. En la lectura de códigos 2D, donde los objetos tienen varios tamaños, con códigos en diversas orientaciones, el enfoque puede cambiar rápidamente entre un paquete y el próximo. 

La inspección visual de las tarjetas de circuitos impresos (PCB) puede ser difícil debido a pequeñas deformaciones en las placas de circuito impreso, lo que cambia el punto de enfoque óptimo. Los lentes líquidos pueden volver a enfocarse cada vez que sea necesario para mantener la porción adecuada de la placa de circuito impreso bajo inspección. Los lentes líquidos están encontrando usos en una amplia variedad de aplicaciones, incluidas las cámaras laparoscópicas, los vehículos aéreos no tripulados y los láseres.

Los lentes líquidos son una tecnología transformadora

Los lentes líquidos con enfoque automático hacen que los lectores de códigos de barras sean más versátiles en una mayor variedad de aplicaciones, lo que reduce la necesidad de cámaras múltiples y aumenta su vida útil.  

Para obtener más información sobre la tecnología Cognex, descargue la Guía introductoria de lectura de códigos de barras industrial.