[发明专利]减少视觉系统变焦透镜漂移的系统及方法

说明书

本发明提供了一种视觉系统，所述视觉系统配置为补偿某些变焦透镜组件中可能出现的光学漂移，所述变焦透镜组件包括但不限于液体透镜装置。所述系统包括：图像传感器，其可操作连接至视觉系统处理器；以及变焦透镜组件，其由(如，视觉处理器或其他测距装置)控制，以改变其焦距。正透镜组件配置为减轻变焦透镜组件相对于物体距正透镜组件的预定工作范围的影响。变焦透镜组件位于正透镜的前焦点或后焦点附近；示例性地，变焦透镜组件包括液体透镜组件，其可在屈光度约为20D时进行固有变焦。在一个实施例中，镜筒具有C型接口的透镜底座。

相关申请的交叉引用

本申请是2014年5月6日提交的名为“SYSTEM AND METHOD FOR REDUCTION OFDRIFTIN AVISION SYSTEM VARIABLE LENS”、申请号为14/271,148的共同未决的美国专利申请的部分延续申请案，其教导内容通过引用明确并入本申请。

技术领域

本申请涉及机器视觉中使用的相机，更具体地涉及自动对焦透镜组件。

背景技术

用于物体测量、检测及对位和/或符号解码(如，条形码或更简单的ID识别码)的视觉系统在工业中应用广泛。视觉系统基于图像传感器运作，由图像传感器获取物体或对象的图像(通常为灰度图像、彩色图像以及一维、二维或三维图像)，并利用机载或联网的视觉系统处理器处理获取到的图像。处理器通常包括处理硬件和非暂态计算机可读程序指令，其用于执行一个或多个视觉系统进程，以基于图像的处理信息生成所需输出。该图像信息通常包含在图像像素阵列中，每个图像像素阵列均具有各种不同的颜色和/强度。在ID读码器的示例中，用户或自动化过程程序获取被认为含有一个或多个ID的物体的图像。处理图像，识别其ID特征，然后通过解码处理和/或处理器解码，获得以ID模式编码的固有信息(如，字母数字数据)。

视觉系统相机通常包括内部处理器以及其他组件，这些组件可让其作为独立单元运行，向下游进程(如，库存跟踪计算机系统或物流应用程序)提供所需输出数据(如，解码的符号信息)。

在某些视觉系统的应用程序中可能需要的示例性透镜需是自动对焦(自动聚焦)组件。例如，可通过一种“变焦透镜”组件(也被称作所谓的液体透镜组件，下面将做进一步定义)来促进自动对焦透镜。其中，一种透镜是法国Varioptic公司的液体透镜，其采用了两种等密度的液体-油作为绝缘体，而使用水作为导体。透镜受周围导通的电路电压变化的影响，使液-液交界面的曲率发生变化，从而改变透镜焦长(focal length)。液体透镜的一些显著优点是坚固耐用(无机械活动件)、响应快速、光学质量相对优良、功耗低且尺寸小。液体透镜无需手动接触，因此，可非常理想地简化视觉系统的安装、设置和维护。相较于其他自动对焦机构而言，液体透镜的响应非常迅速。液体透镜也非常适合用于读取物体之间(面面间)的距离变化或一个物体到另一个物体之间的变化，例如，扫描含不同尺寸/高度物体的移动式输送带(如，运输箱)。通常，在许多视觉系统应用中都需要视觉系统具备快速“即时”的调焦能力。

液体透镜技术的最新发展状况可从瑞士Optotune AG公司获取。这种透镜通过采用移动膜覆盖液体腔来改变焦距(focal distance)。线轴施加压力，改变膜的形状，从而改变透镜焦点。线轴可通过在预设范围内改变输入电流来移动。电流值不同，液体透镜的焦距也将不同。与其竞争性产品的设计(如，法国Varioptic公司)相比，其透镜具有光圈大和运行速度快的优点。然而，由于热漂移及其他因素，这种透镜在运行期间通常会随时间的推移而在校准和焦点设置方面出现变化。虽然可通过配置各种系统来补偿和/或修正焦点变化及其他因素，但是，此类补偿程序需要时间来运行和处理(相机内部处理器中)，从而会拖慢透镜到达新焦点的整体响应时间。同样地，这种补偿程序(如，对热漂移)可标准化，而非针对透镜特性定制，这使得它们在处理透镜随时间推移而出现的具体漂移状况时不太可靠。例如，注意，液体透镜的漂移约可达0.15D/℃(如，目前正在生产的某些Varioptic液体透镜和/或市售的指定产品)。在一些视觉应用中，尤其是在距离较远的情况下检测小特征时，需要成像仪透镜的光焦度稳定在+/-0.1D屈光度。