降低液体透镜上温度引起的漂移效应的系统以及方法
【专利说明】降低液体透镜上温度引起的漂移效应的系统以及方法
相关申请的交叉引用
[0001]不适用
关于联邦资助的研宄或研发的声明
[0002]不适用
【背景技术】
[0003]本技术涉及用于透镜系统中的可调透镜，更具体地涉及用于降低视觉系统中所用的微流控或液体透镜上的温度引起的漂移效应的系统以及方法。
[0004]已经开发了用于多种不同应用的视觉系统。例如，已开发了用于读取置于包装或产品上的条形码和其它类型的符号以从中获得信息的机器视觉系统。已开发了用于检验制造的部件的特征/特性的其它机器视觉系统。
[0005]很多视觉系统包括用于获取待成像的符号或物品的图像的相机。处理器接收图像并且提取接着可被用于执行一个或多个视觉过程的信息。在很多应用中，相机传感器和待成像的符号或物品之间的距离可在不同用途之间变化。在这些情况下，为了获取有用的图像即可从中提取完成机器视觉过程所需的数据的图像，常常提供可调透镜和/或自动聚焦系统。在这些情况下，当激活系统以执行视觉过程时，透镜和自动聚焦系统自动地聚焦该透镜以使待成像的符号或物品的清晰图像被产生在相机传感器上。聚焦过程完成之后，待成像的符号或物品的清晰图像被获取并且经处理以完成视觉过程。
[0006]一类可用于机器视觉过程的可调透镜是液体透镜。液体透镜由一种或多种不同折射率的流体构成，并且通过控制液体的弯液面或表面可改变液体透镜。例如，在一种类型的液体透镜中，两种流体被包含在具有透明端盖的管中。第一种为导电的水溶液且第二种为不导电的油。管的内部涂覆有疏水材料，这导致水溶液形成半球形透镜，可通过在称为电润湿的过程中施加直流电压在涂覆层的两端以降低其拒水性来调节该半球形透镜。电润湿调节液体的表面张力，这改变了曲率半径并且调节了透镜的焦距。已知几种利用电润湿过程的液体透镜配置。
[0007]另一种类型的可调液体透镜利用电/机械致动器系统来诱导运动以调节透镜的焦点。例如，音圈类型可调透镜具有按压到用作容器的透明侧壁的透明膜上的环形音圈致动器。容器填充有透明液体。通过致动器施加的电流诱导该致动器施加力以将膜变形至凸形。此凸形用作透镜，并且可通过调节电流来调节该凸形。
[0008]液体透镜是极其通用的，其提供高度可变的焦距，并且有的无需活动的部件。然而，液体透镜本来就受到透镜中的液体的温度变化和老化所引起的焦距的不期望的变化(这里称为漂移)影响。例如，温度和老化可改变液体的折射率或介电常数，从而改变焦距。例如，当在固定的大距离处对小符号进行成像时，透镜的温度漂移将导致图像中的模糊并且降低读取性能。此不期望的漂移导致在第一温度处的液体透镜具有第一焦距，并且在第二温度处的同一液体透镜将具有不同于第一焦距的第二焦距。
[0009]对于使用通过致动器施加的电流来调节透镜的焦点的可调透镜，通过致动器施加的电流不仅加热了该致动器，而且透镜同样变热了。不期望地，这导致透镜的温度随着所施加的控制电流而变化。由于较大的光焦度需要较高的电流，所以透镜在使用时在大光焦度(近的物距)处将比在小光焦度(大的物距)处变得更热。
[0010]已经进行过各种尝试来补偿液体透镜漂移。这些尝试测量了在校准过程期间液体透镜的热性能，并且随后基于所测得的热性能通过调节液体透镜驱动器电压或电流在正常操作中补偿该透镜。这不仅需要对每个透镜进行耗时的校准过程，而且所测得的热性能是基于在校准期间的典型的漂移行为而进行的，其准确度有限。
[0011]因此，当在引起透镜温度变化的应用中使用可变透镜时，可变透镜的聚焦在不同的温度下将产生不同的结果。对于这些应用，在尝试维持更一致的焦距以及更清晰的结果图像时必须使用其它的系统和方法。本技术提出了解决这些问题的方案。
【发明内容】
[0012]本技术提供用于降低视觉系统中所用的液体透镜上的温度引起的漂移效应的系统和方法。处理器可接收来自温度传感器的温度值，并且基于所接收的温度值，给至少一个电路板上的加热元件供能或断能以将温度值维持在预定的控制温度范围内以降低漂移效应。处理器还可控制施加至透镜或透镜致动器的偏置信号以控制温度变化以及相关联的所引起的漂移效应。图像清晰度还可通过单独的一系列图像或与控制液体透镜的温度以调节透镜的焦距结合来确定。
[0013]一方面，本技术提供用于将液体透镜的温度维持在控制温度从而降低液体透镜上的漂移效应的视觉系统和方法。视觉系统包括具有视场的可调焦液体透镜。至少一个电路板与液体透镜的至少一部分热接触。加热元件置于此至少一个电路板上，加热元件可控以加热此至少一个电路板。温度传感器设置成测量液体透镜的温度值。反馈环基于液体透镜的所测得的温度与预定的控制温度之间的差值来控制至加热元件的电能。
[0014]在其它方面，本技术提供用于控制至液体透镜的偏置信号以控制液体透镜的温度的视觉系统和方法。视觉系统包括具有视场的可调焦液体透镜，利用施加到液体透镜的控制信号可调节液体透镜的焦点以用于捕获图像。在未利用控制信号调节液体透镜以用于捕获图像时，向液体透镜施加一偏置信号。偏置信号被施加至液体透镜以控制液体透镜的温度。
[0015]在一些实施例中，可与从液体透镜的平均散热相关地控制该偏置信号。在其它实施例中，偏置信号可依赖于液体透镜的感测温度值或环境温度。
[0016]其它实施例包括优化视觉系统中的可调透镜的焦距的系统和方法，该视觉系统具有视场。此方法包括几个步骤，包含:通过预定调节步骤调节可调透镜的焦距；获取包含感兴趣区域的视场的第一图像；计算在视场的第一图像内的感兴趣区域的第一清晰度分数；通过预定调节步骤调节可调透镜的焦距；获取包含感兴趣区域的视场的另一图像；计算在视场的另一图像内的感兴趣区域的另一清晰度分数；将第一清晰度分数与另一清晰度分数进行比较；以及基于比较限定下一调节步骤在焦距中的方向。
[0017]又一些实施例包括优化视觉系统中的可调透镜的焦距的系统和方法，视觉系统具有视场。此方法包括几个步骤，包含:通过预定调节步骤调节可调透镜的焦距；获取视场的第一图像；测量在可调透镜附近的第一环境温度；通过预定调节步骤调节可调透镜的焦距；获取视场的另一图像；测量在可调透镜附近的另一环境温度；将第一环境温度与另一环境温度进行比较；以及基于比较限定下一调节步骤在焦距中的方向。
[0018]对于前述和相关的目标的实现，本技术则包括下文中完整描述的特征。以下描述和所附附图详细阐述了本技术的多方面。然而，这些方面只表示能运用本技术原理的多种方式中的一小部分。通过结合附图参考对本技术的以下详细描述，本技术的其它方面、优点和新颖特征将变得显而易见。
【附图说明】
[0019]图1是根据本技术的实施例获取感兴趣物品上的符号的图像的固定安装读取器设备的透视图；
[0020]图2是示出读取器设备的前端的固定安装读取器设备的透视图；
[0021]图3是示出可包括图1和2的读取器设备的部件的示意图；
[0022]图4是示出液体透镜和设置成与液体透镜有热联系的读取器设备的部件的实施例的分解图；
[0023]图5是示出可储存在存储器中的值和数据的示意图；
[0024]图6是示出液体透镜以及与液体透镜接触的电路板的侧面示意图；
[0025]图7是与控制液体透镜的温度相关联的方法的流程图；
[0026]图8是示出包括致动器的液体透镜以及与液体透镜接触的电路板的附加实施例的侧面示意图；
[0027]图9是示出液体透镜被驱动到的相对位置以及相关联的透镜被返回至的默认位置的图。
[0028]图10是类似于图9的图并且示出了液体透镜被驱动到的相同的相对位置，并且替代示出了透镜被返回至的计算的返回位置以用于控制液体透镜的温度；以及
[0029]图11、12和13是根据本技术的实施例与控制液体透镜的温度相关联的方法的流程图；
[0030]虽然本技术容许多种修改和替代形式，但其具体实施例将通过附图中的示例示出且将在本文中予以详细描述。然而应当理解，这里对具体实施例的描述并不旨在将本技术限于所公开的特定形式，相反，其意图是覆盖落在如所附权利要求所限定的本技术的精神和范围内的所有修改、等效方案以及替换方案。
【具体实施方式】
[0031]现在参考附图描述本技术的各个方面，其中在若干视图中相似的附图符号对应于类似的元素。然而应该理解，下文所涉及的附图和详细描述并不旨在将所要求保护的主题限制为所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖落入所要求保护的主题的精神和范围内的所有修改、等效方案和替换方案。
[0032]如此处所使用的，术语“组件”、“系统”、“方法”等旨在指硬件、硬件和软件的组合、软件或者是执行中的软件。本文中所使用的词语“示例性”意味着用作示例、实例、或说明。在本文中描述为“示例性”的任何方面或设计并不一定被解释为比其他方面或设计优选或有优势。
[0033]此外，所公开的主题可以通过使用标准编程和/或工程技术和/或编程来产生软件、固件、硬件、或其