液体レンズとは何ですか？

バーコード読み取りアプリケーションを設定する際には、そのアプリケーションに最適なレンズを選択することが重要です。ある用途に適したレンズは、照明条件、距離、画像化が必要なサイズ、その他のさまざまな要因によって、別の用途では性能が低下する可能性があります。 

レンズは対象物または対象領域からの反射光を受け取り、カメラセンサに焦点を当てています。対象物の光の点がカメラセンサの最小の領域（理想的には点）である場合、対象物に対する焦点が合います。 

レンズは独自の強度を持ち、形状や屈折率に基づいてさまざまな方法で光を屈折させます。これは、焦点距離、物体が焦点を合わせるときのレンズと撮像センサとの間の距離に影響します。レンズの選択には、動作距離、視野、カメラセンサのサイズと解像度などが関わります。

視野（FOV）と作動距離がアプリケーションで一定の場合は、焦点距離が固定されたカメラが最適な選択です。しかし、ほとんどのアプリケーションでは、どちらか、あるいは両方が変化する可能性があります。そのような場合は、フォーカスを変更する必要があります。変更しなければ、画質が低下します。 

フォーカスの変更はマシンビジョンにおける課題です。これまでのソリューションでは、レンズを物理的に動かして焦点距離を変更し、視野と焦点を変更していました。あるいは、焦点距離が異なる別のレンズに交換していました。 

最近では、オートフォーカスリキッドレンズ技術により屈折率を変更することができます。これにより、カメラの機能が向上し、複雑なメカニズムが軽減されます。

オートフォーカス技術とは何か、なぜそれが役に立つのか？

カメラは正しい焦点を決定するために様々な方法を採用しています。パッシブメソッドは、位相検出やコントラスト検出など、さまざまなアルゴリズムを使用してターゲット画像を分析します。アクティブメソッドは、レーザーまたは超音波を介して、ターゲットへの距離を直接測定する外部センサーを使用します。メソッドの選択は、特定の状況によって異なります。オブジェクトが焦点が外れた、またはオブジェクトまでの距離が変化したという信号に応答して、カメラのレンズは、オブジェクトに焦点が戻るまで焦点距離を調整します。

オートフォーカスはカメラや携帯電話で機能し、現在ではマシンビジョンでも幅広く使用されています。しかし、メーカーはよりシンプルで柔軟性の高いフォーカスの変更方法を必要とし、現在、それが実現しています。リキッドレンズは、その形状や光の屈折能力を変えることができます。

液体レンズとは何か、どのように機能するのか？

リキッドレンズは、光学グレードオイルを使った自己完結型セルであり、電流を流すと予測可能な方法で屈折率を変化させるエレクトロウェッティングと呼ばれる効果で自らをレンズ形状に成形します。この屈折率の変化で焦点距離と作動距離をミリ秒単位で調整し、非荷電の状態で元の形状に戻ります。

従来の光学レンズと同様、リキッドレンズは単一の光学素子です。光学レンズは、単独で使用されるのではなく、複数要素からなるアセンブリの一部です。単レンズでは、収差と呼ばれる欠陥のある像が生成されます。これには、レンズ上の異なるポイントでの焦点の違い、色の縁取り、歪みなどが含まれます。光学設計者は、これらの問題に対抗するレンズを複数使用します。用途に応じて、リキッドレンズはレンズスタック内の異なるポイントに配置されます。

リキッドレンズのメリットは何ですか？

オートフォーカスは、画像ベースのバーコードリーダの鍵であり、さまざまな距離、種類の異なる対象物、および視野の変更要件に即座に適応できます。リキッドレンズはスピーディで使いやすいレンズです。

リキッドレンズは、同じ仕様のメカニカルレンズよりも小型軽量化されています。フォーカスメカニズムへの依存度を減らし、レンズを物理的に動かして焦点を変更する必要がなくなるため、カメラが小型軽量化されます。リキッドレンズ搭載カメラは、従来のカメラが設置できない狭い製造ラインや荷物処理アプリケーションで使用できます。

工業では、衝撃や振動により画品が著しく低下するため、再配置や再校正が頻繁に必要です。リキッドレンズには可動機械部品がありません。摩耗する部品がない他にも、衝撃や振動に対する耐性も大幅に高くなります。レンズの焦点が合わない動きがあると、即座に反応することができます。

また、従来のレンズよりはるかに長持ちします。モーターや機械的構造を持つ焦点システムは、約10万サイクルで摩耗する一方で、可動部品のないリキッドレンズは、最大5,000万サイクルも持続できます。

リキッドレンズは完全に無音です。臨床現場においては大きな利点となります。 

リキッドレンズの特定の用途

リキッドオートフォーカスレンズは、現代の高速ライン上の多くの問題を解決します。二次元コード読み取りでは、対象物の大きさが様々で、コードの向きも異なるため、パッケージごとにフォーカスも素早くシフトします。 

プリント基板(PCB)の目視検査は、PCBの変形が小さく、最適なフォーカスポイントも変わるため、困難になる場合があります。リキッドレンズは、検査対象のPCBで適切な部分に焦点を維持するため、必要に応じていつでもフォーカスを調整できます。リキッドレンズは、腹腔鏡、無人航空機、レーザーシステムなど、幅広い分野での用途に利用されています。

リキッドレンズは変革的な技術

オートフォーカスを備えたリキッドレンズは、バーコードリーダをより幅広い用途で使用できるようにすることで、必要なカメラの数を減らすとともに、その使用可能期間も延長することができます。

コグネックスのテクノロジについては、工業用バーコード読み取り入門ガイドをダウンロードしてください。