Qu'est-ce que les lentilles liquides ?

Lors de la configuration d’applications de lecture de codes-barres, il est essentiel de choisir la lentille la mieux adaptée à cette application. En effet, une lentille qui se prête à une application peut s’avérer bien moins performante pour une autre, en fonction des conditions d’éclairage, de la distance, de la taille de l’élément à capturer et de nombreux autres facteurs.  

La lentille capte la lumière réfléchie par l’objet ou la zone d’intérêt et la redirige vers le capteur de la caméra. Un objet est net lorsqu’un point de lumière sur ce dernier est la plus petite zone possible sur le capteur de la caméra, idéalement un point.  

Chaque lentille possède des atouts uniques et dévie la lumière de multiples façons en fonction de sa forme et de son indice de réfraction. Cet aspect influence la distance focale, la distance entre la lentille et le capteur d’images lorsque l’objet est net. Le choix de la lentille implique de faire des compromis entre la distance de travail, le champ de vision, ainsi que la taille et la résolution du capteur de la caméra.

Si le champ de vision (FOV) et la distance de travail exigés par une application sont constants, une caméra avec une distance focale fixe convient parfaitement. Pour autant, dans la plupart des applications, l’un ou les deux peuvent varier. Dans ce cas, il faut changer la mise au point, sans quoi l’image sera dégradée.  

Changer de mise au point constitue un défi en vision industrielle. Auparavant, les solutions consistaient notamment à déplacer physiquement les lentilles pour modifier la distance focale, le champ de vision (FOV) et le point de mise au point. Une autre solution est d’utiliser une autre lentille avec une distance focale différente.  

Récemment, la technologie à lentille liquide avec mise au point automatique a modifié la courbure. Cela augmente la fonctionnalité des caméras et réduit les mécanismes complexes.

Qu’est-ce que la technologie de mise au point automatique et quelle est son utilité ?

Les caméras utilisent diverses méthodes pour déterminer le point de mise au point approprié. Les méthodes passives consistent à analyser l’image cible à l’aide de différents types d’algorithmes, notamment la détection de la phase et du contraste. Les méthodes actives s’appuient sur un capteur externe qui mesure la distance par rapport à la cible directement à l’aide d’un laser ou des ultrasons. Le choix de la méthode dépend donc des circonstances spécifiques. En réponse au signal indiquant que l’objet est flou, ou que la distance par rapport à ce dernier a changé, la lentille de la caméra modifie sa distance focale jusqu’à ce que l’objet soit à nouveau net.

La mise au point automatique fonctionne dans les caméras et les téléphones portables, elle est désormais largement utilisée en vision industrielle. Pour autant, les fabricants ont besoin d’un moyen plus simple et plus flexible de changer de mise au point, et il en existe maintenant. Les lentilles liquides peuvent modifier leur forme et leur capacité à réfracter la lumière.

Qu'est-ce que les lentilles liquides et comment fonctionnent-elles ?

Les lentilles liquides sont des cellules autonomes d’huile optique qui se transforment en lentilles précises grâce à un effet appelé électromouillage, qui leur permet de modifier leur courbure de façon prévisible lorsqu’elles sont exposées à un courant électrique. Ce changement de courbure, qui modifie la distance focale et la distance de travail, se produit en quelques millisecondes, tout comme le retour à la forme d’origine non altérée. 

Comme une lentille optique traditionnelle, une lentille liquide est un élément optique unique. Une lentille optique fait partie d’un ensemble multi-éléments, plutôt que d’être utilisée seule. Une lentille unique produit une image présentant des défauts, appelés aberrations. Parmi ces défauts, on peut citer une mise au point différente selon les points de la lentille, des franges colorées et des distorsions. Les concepteurs d’optiques utilisent une ou plusieurs lentilles supplémentaires pour pallier ces problèmes. Selon l’application, la lentille liquide est placée à différents endroits dans la pile d’optiques.

Quels sont les avantages des lentilles liquides ?

La mise au point automatique est essentielle pour un lecteur de codes-barres basé sur l’image afin qu’il puisse s’adapter instantanément à des objets se trouvant à des distances variables, à des types d’objets différents et à la nécessité de modifier le champ de vision (FOV). Les lentilles liquides sont rapides et faciles à utiliser.

Les lentilles liquides sont plus petites et plus légères que les lentilles mécaniques avec des spécifications équivalentes. En réduisant la dépendance aux mécanismes de mise au point, et en supprimant la nécessité de déplacer physiquement les objectifs pour modifier la mise au point, on miniaturise la caméra et réduit son poids. Les caméras dotées de lentilles liquides peuvent être utilisées sur les lignes de fabrication avec espace restreint et dans les applications de traitement des colis auxquelles une caméra classique ne se prête pas.

Dans un environnement industriel, les chocs et les vibrations peuvent dégrader considérablement la qualité de l’image, ce qui nécessite souvent un repositionnement et un réétalonnage. Les lentilles liquides ne contiennent aucune pièce mécanique mobile. En plus de ne pas être sujettes à l’usure, elles sont beaucoup plus résistantes aux chocs et aux vibrations. Si un quelconque mouvement provoque une perte de netteté pour l’optique, celle-ci réagit instantanément.

Elles sont plus durables que les ensembles de lentilles conventionnels. Les systèmes de mise au point mécaniques, qui comprennent des moteurs et des guides mécaniques, perdent leur efficacité après environ 100 000 cycles, tandis que les lentilles liquides, qui ne contiennent aucune pièce mobile, peuvent supporter plus de 50 millions de cycles.

Les lentilles liquides sont totalement silencieuses. Un avantage significatif en milieu clinique. 

Utilisations spécifiques des lentilles liquides

Les lentilles liquides avec mise au point automatique résolvent de nombreux problèmes rencontrés sur les lignes à grande vitesse modernes. Dans la lecture de codes 2D, où les objets sont de différentes tailles et les codes dans plusieurs sens, la mise au point peut être changée rapidement entre deux paquets. 

L’inspection visuelle des cartes de circuit imprimé peut être complexe en raison de petites déformations sur ces dernières, ce qui modifie le point de mise au point optimale. Une lentille liquide peut se mettre au point à tout moment pour maintenir la partie appropriée du circuit imprimé sous inspection. Les lentilles liquides trouvent des applications dans de nombreux domaines, notamment les caméras laparoscopiques, les drones et les systèmes laser.

Les lentilles liquides sont une technologie transformatrice

Les lentilles liquides à mise au point automatique rendent les lecteurs de codes-barres plus polyvalents et adaptés à un plus large éventail d’applications, réduisant ainsi le besoin de caméras multiples et augmentant leur durée de vie.  

Pour en savoir plus sur la technologie Cognex, téléchargez le guide Introduction à la lecture de codes-barres industriels..