Principes de base des lentilles liquides

Cette note correspond à la Section 7.1 du Guide de Ressources en Imagerie.

Principes de base des lentilles liquides

Les lentilles liquides permettent aux systèmes d'imagerie de surmonter les limites de la profondeur de champ (DOF) en permettant le réglage électronique de la mise au point sans nécessiter de mouvement mécanique. Cela peut être une excellente solution pour les applications où la hauteur des objets et les distances de travail varient. Les solutions traditionnelles pour ce type d'applications comprennent les zooms motorisés ou le repositionnement physique de l'objet pour le mettre au point. Une autre façon d'augmenter la profondeur de champ d'un objectif traditionnel est d'augmenter le f/# en réduisant l'ouverture de l'objectif d'imagerie. Cependant, cela réduit également la résolution et la quantité de lumière qui traverse le système d'imagerie, réduisant ainsi les taux d'acquisition et la qualité des images (voir F/#, ouverture numérique et débit de lumière dans le système pour plus d'informations sur le f/#). En intégrant une lentille liquide, un système d'imagerie peut changer la mise au point électroniquement sans compromettre la vitesse ou la qualité de l'image, quelle que soit la distance entre l'objet et la caméra.

Comme les lentilles optiques traditionnelles en verre, les lentilles liquides sont des éléments optiques uniques mais sont composées d'un matériau optique liquide qui peut changer de forme. La distance focale d'une lentille de verre dépend du matériau dont elle est constituée et de son rayon de courbure. Le même principe de base s'applique aux lentilles liquides, bien que celles-ci soient uniques en ce sens que leur distance focale peut être modifiée en changeant le rayon de courbure. Ce changement de rayon est contrôlé électroniquement et modifié rapidement, de l'ordre de quelques millisecondes. Les fabricants utilisent l'électromouillage, des polymères changeant de forme et des méthodes de réglage acusto-optique pour contrôler le rayon de courbure et l'indice de réfraction de la lentille liquide.

La plupart des objectifs d'imagerie sont des assemblages à plusieurs éléments, car une seule lentille optique n'offre pas de performances d'imagerie suffisantes. Pour cette même raison, il est déconseillé d'utiliser une lentille liquide seule. Cependant, l'intégration d'une lentille liquide dans un objectif d’imagerie dans une conception à éléments multiples permet de tirer parti de la vitesse et de la flexibilité de la lentille liquide. La possibilité de faire une mise au point rapprochée ou à l'infini optique en quelques millisecondes fait de l'intégration de lentilles liquides un choix idéal pour les applications qui nécessitent une mise au point à plusieurs distances, lorsque les objets inspectés sont de tailles différentes ou se trouvent à des distances différentes de l'objectif, comme la lecture de codes à barres, le tri de colis, la sécurité et l'automatisation rapide. Les lentilles liquides peuvent être utilisées pour maximiser la flexibilité des systèmes d'imagerie dans une grande variété d'applications nécessitant une mise au point rapide.

Figure 1 : La distance focale dépend de l'indice de réfraction du verre et de la forme des surfaces des lentilles.

L'équation du fabricant de lentilles

(1)$$ \frac{1}{f} = \left( n-1 \right) \times \left( \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} \right) $$

(1)

$$ \frac{1}{f} = \left( n-1 \right) \times \left( \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} \right) $$

L'équation 1 est l'équation du fabricant de lentilles. Cette équation est utilisée pour calculer la distance focale ($ \small{f} $) d'une lentille. L'équation montre que la distance focale dépend de l'indice de réfraction ($ \small{n} $), du rayon de courbure de la surface gauche du verre ($ \small{R_1} $) et du rayon de courbure de la surface droite du verre ($ \small{R_2} $). La distance focale peut être raccourcie en augmentant l'indice de réfraction du verre - voir image en haut ou la distance focale peut être raccourcie en changeant l'un ou l'autre des rayons de courbure ($ \small{R} $) - voir image en bas. Les lentilles liquides fonctionnent en contrôlant électroniquement ces propriétés de la lentille.

Section précédente Section suivante

Ressources recommandées

Documentation technique