Cosa sono le lenti liquide?

Quando si imposta un’applicazione per la lettura di codici a barre, è fondamentale scegliere le lenti migliori per tale applicazione. Una lente che funziona per un’applicazione può peggiorare le prestazioni per un’altra, a seconda delle condizioni di illuminazione, della distanza, delle dimensioni dell’oggetto da fotografare e di molti altri fattori.  

Le lenti prendono la luce riflessa dall’oggetto o dall’area di interesse e la focalizzano sul sensore della fotocamera. Un oggetto viene messo a fuoco quando il punto di luce sull’oggetto è l’area più piccola possibile sul sensore della fotocamera, idealmente un punto.  

Le diverse lenti hanno punti di forza unici e piegano la luce in molti modi in base alla forma e all’indice di rifrazione. Ciò influisce sulla lunghezza focale, la distanza tra l’obiettivo e il sensore di immagine quando l’oggetto è a fuoco. La scelta della lente implica compromessi tra distanza operativa, campo visivo, dimensione e risoluzione del sensore della fotocamera.

Se il campo visivo (FOV) e la distanza di lavoro sono costanti in un’applicazione, una telecamera con lunghezza focale fissa è la scelta migliore. Ma nella maggior parte delle applicazioni, uno o entrambi possono variare. Quando lo fanno, la nitidezza di messa a fuoco deve cambiare, altrimenti l’immagine sarà degradata.  

Cambiare la messa a fuoco è una sfida nella visione artificiale. In passato, le soluzioni prevedevano lo spostamento fisico delle lenti per modificare la lunghezza focale, il FOV e il punto di messa a fuoco. Un’altra soluzione consiste nel passare da una lente a un’altra con una lunghezza focale diversa.  

Recentemente, la tecnologia a lenti liquide autofocus cambia la curvatura. Ciò aumenta la funzionalità delle telecamere e riduce la complessità della meccanica.

Cos’è la tecnologia di messa a fuoco automatica e perché è utile?

Le fotocamere impiegano diversi metodi per determinare il punto di messa a fuoco corretto. I metodi passivi analizzano l’immagine target tramite vari tipi di algoritmi, inclusi il rilevamento di fase e il rilevamento del contrasto. I metodi attivi utilizzano un sensore esterno che misura la distanza dall’oggetto di interesse direttamente, tramite un laser o ultrasuoni. La scelta del metodo dipende da circostanze specifiche. Rispondendo a un segnale che indica che l’oggetto è fuori fuoco o che la distanza da esso è cambiata, l’obiettivo della fotocamera cambia la sua lunghezza focale fino a quando l’oggetto torna a essere a fuoco.

L’autofocus funziona nelle fotocamere e nei telefoni cellulari - ora è ampiamente utilizzato nella visione artificiale. Ma i produttori hanno bisogno di un modo più semplice e flessibile per cambiare la messa a fuoco, e ora c’è. Le lenti liquide possono cambiare forma e capacità di piegare la luce.

Cosa sono le lenti liquide e come funzionano?

Le lenti liquide sono cellule indipendenti di olio di qualità ottica che si modellano in lenti attraverso un effetto chiamato elettroerosione, che cambia la curvatura in modi prevedibili se sottoposte a una corrente elettrica. Tale cambiamento di curvatura, che modifica la lunghezza focale e la distanza operativa, avviene in millisecondi, così come il ritorno alla forma originale, non caricata. 

Come una lente ottica tradizionale, una lente liquida è costituita da un singolo elemento ottico. Una lente ottica fa parte di un gruppo multielemento, piuttosto che essere utilizzata da sola. Una singola lente produce un’immagine con dei difetti, chiamati aberrazioni. Alcune di queste includono una diversa messa a fuoco in diversi punti dell’obiettivo, frange di colore e distorsioni. Per ovviare a questi problemi, i progettisti ottici utilizzano una o più lenti aggiuntive. A seconda dell’applicazione, la lente liquida viene posizionata in diversi punti della pila di lenti.

Quali sono i vantaggi delle lenti liquide?

La messa a fuoco automatica è la chiave per un lettore di codici a barre basato su immagini in grado di adattarsi istantaneamente agli oggetti a distanze variabili, diversi tipi di oggetti e requisiti per modificare il campo visivo. Le lenti liquide sono veloci e facili da usare.

Le lenti liquide sono più piccole e leggere delle lenti meccaniche con specifiche equivalenti. Riducendo la dipendenza dalla messa a fuoco meccanica e la necessità di spostare fisicamente le lenti per cambiare la messa a fuoco, la fotocamera si rimpicciolisce e se ne riduce il peso. Le fotocamere con lenti liquide possono essere utilizzate su una linea di fabbricazione con limiti di spazio e applicazioni di elaborazione di pacchi in cui una fotocamera tradizionale potrebbe non essere adatta.

Negli ambienti industriali, urti e vibrazioni possono ridurre in modo significativo la qualità dell’immagine, spesso richiedendo il riposizionamento o la ricalibrazione. Una lente liquida non ha parti meccaniche in movimento. Oltre a non subire usura, sono anche molto più resistenti agli urti e alle vibrazioni. Se un movimento mette fuori fuoco la lente, essa può rispondere immediatamente.

Le lenti durano molto più a lungo rispetto ai gruppi di lenti convenzionali. I sistemi di messa a fuoco meccanica, che includono motori e guide meccaniche, si usurano dopo circa 100.000 cicli, ma le lenti liquide, senza nessuna parte mobile, possono durare fino a 50 milioni di cicli.

Le lenti liquide sono completamente silenziose. Un vantaggio significativo in ambito clinico. 

Usi specifici delle lenti liquide

Le lenti liquide con messa a fuoco automatica risolvono molti problemi sulle moderne linee ad alta velocità. Nella lettura di codici 2D, dove gli oggetti sono di varie dimensioni, con codici in vari orientamenti, la nitidezza di messa a fuoco può spostarsi rapidamente tra un pacchetto e il successivo. 

L’ispezione visiva dei circuiti stampati (PCB) può essere difficile a causa di piccole deformazioni nel PCB, che cambiano il punto di messa a fuoco ottimale. Una lente liquida può rimettersi a fuoco ogni volta che è necessario per tenere sotto ispezione la parte appropriata del PCB. Le lenti liquide stanno trovando un utilizzo in una vasta gamma di campi, tra cui telecamere laparoscopiche, veicoli aerei senza pilota e sistemi laser.

Le lenti liquide sono una tecnologia trasformativa

Le lenti liquide con autofocus rendono i lettori di codici a barre più versatili in una gamma più ampia di applicazioni, riducendo la necessità di più fotocamere e aumentandone la durata.  

Per maggiori informazioni sulla tecnologia Cognex, scarica la Guida di Introduzione alla lettura dei codici a barre industriali.