DE102017119517A1

DE102017119517A1 - Systeme und Verfahren zur Reduzierung temperaturbedingter Drifteffekte bei einer Flüssiglinse

Info

Publication number: DE102017119517A1
Application number: DE102017119517.3A
Authority: DE
Inventors: Laurens Nunnik; Mario Joussen; Jörg Kesten; Michael Haardt
Original assignee: Cognex Corp
Current assignee: Cognex Corp
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2037-08-26
Also published as: DE102017119517B4; CN107797223A; CN107797223B

Abstract

Systeme und Verfahren verringern temperaturbedingte Drifteffekte bei einer in einem Bildverarbeitungssystem verwendeten Flüssiglinse. Eine Feedbackschleife empfängt einen Temperaturwert von einem Temperatursensor und regelt anhand des empfangenen Temperaturwerts eine dem Heizelement zugeführte Leistung auf Basis einer Differenz zwischen der gemessenen Temperatur der Flüssiglinse und einer vorbestimmten Regeltemperatur, um den Temperaturwert zur Verringerung der Drifteffekte in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu halten. Weiterhin kann ein Prozessor ein an die Linse oder einen Linsenaktor angelegtes Vorspannsignal regeln, um Temperaturschwankungen und die damit verbundenen Drifteffekte zu regeln. Außerdem kann eine Bildschärfe über eine Reihe von Bildern hinweg allein oder in Kombination mit der Temperaturregelung der Flüssiglinse bestimmt werden, um einen Fokusabstand der Linse anzupassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Nicht zutreffend

STAATLICH GEFORDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

Nicht zutreffend

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Linsensystem verwendete anpassbare Linsen und insbesondere Systeme und Verfahren zur Reduzierung temperaturbedingter Drifteffekte bei einer in einem Bildverarbeitungssystem verwendeten Mikrofluidik- oder Flüssiglinse.
Bildverarbeitungssysteme wurden für viele verschiedene Anwendungen entwickelt. Beispielsweise wurden maschinell sehende Systeme zum Lesen von Barcodes und anderen Arten von Symbolen auf Verpackungen oder Produkten entwickelt, um daraus Informationen zu beziehen. Andere maschinell sehende Systeme wurden zur Prüfung gefertigter Teile auf Merkmale/Eigenschaften entwickelt.
Viele Bildverarbeitungssysteme umfassen eine Kamera zum Aufnehmen von Bildern abzubildender Symbole oder Gegenstände. Ein Prozessor empfängt die Bilder und extrahiert Informationen, die anschließend zur Durchführung eines oder mehrerer Bildverarbeitungsprozesse verwendet werden können. Bei vielen Anwendungen kann der Abstand zwischen einem Kamerasensor und einem abzubildenden Symbol oder Gegenstand zwischen den Verwendungen variieren. In diesen Fällen ist oftmals eine anpassbare Linse und/oder Autofokussystem vorgesehen, damit brauchbare Bilder, d. h. Bilder, aus denen die zur Durchführung von maschinellen Sehprozessen benötigten Daten extrahierbar sind, aufgenommen werden können. Bei einer Aktivierung des Systems zur Durchführung eines Bildverarbeitungsprozesses fokussieren die Linse und das Autofokussystem die Linse hierbei automatisch, so dass ein klares Bild des abzubildenden Symbols oder Gegenstands auf dem Kamerasensor erzeugt wird. Im Anschluss an den Fokussierungsprozess wird ein klares Bild des abzubildenden Symbols oder Gegenstands aufgenommen und zur Vervollständigung des Bildverarbeitungsprozesses verarbeitet.
Ein anpassbarer Linsentyp, der in einem maschinell sehenden System einsetzbar ist, ist die Flüssiglinse. Flüssiglinsen sind aus einer oder mehreren Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet und können durch Regelung des Meniskus bzw. der Oberfläche der Flüssigkeit verändert werden. Bei einer Art der Flüssiglinse sind beispielsweise zwei Flüssigkeiten in einem Röhrchen mit durchsichtigen Endabdeckungen enthalten. Die erste Flüssigkeit ist eine elektrisch leitfähige wässrige Lösung, und die zweite Flüssigkeit ist ein nichtleitendes Öl. Das Innere des Röhrchens ist mit einem hydrophoben Material beschichtet, welches dazu führt, dass die wässrige Lösung eine halbkugelförmige Linse ausbildet, die in einem als Elektrobenetzung bezeichneten Vorgang angepasst werden kann, bei dem durch Anlegen einer Gleichstromspannung über die Beschichtung deren Wasserabweisungsvermögen verringert wird. Die Elektrobenetzung verändert die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, so dass sich der Krümmungsradius ändert und die Brennweite der Linse angepasst wird. Es sind verschiedene Ausbildungsformen von Flüssiglinsen bekannt, die ein Elektrobenetzungsverfahren einsetzen.
Ein weiterer anpassbarer Flüssiglinsentyp nutzt ein elektrisches/mechanisches Aktorsystem, um durch Einleitung von Bewegungen den Fokus der Linse anzupassen. Eine anpassbare Tauchspulenlinse weist beispielsweise einen ringförmigen Tauchspulenaktor auf, der Druck auf eine transparente Membran ausübt, die als transparente Seitenwand eines Behälters dient. Der Behälter ist mit einer transparenten Flüssigkeit gefüllt. Ein durch den Aktor geleiteter Strom veranlasst den Aktor, eine Kraft auszuüben, um die Membran in eine konvexe Form zu verformen. Die konvexe Form fungiert als Linse und kann durch Anpassung des Stroms angepasst werden.
Flüssiglinsen sind extrem vielseitig und bieten eine hoch variable Brennweite, wobei einige dazu keine beweglichen Teile benötigen. Flüssiglinsen sind jedoch von Natur aus anfällig für unerwünschte Veränderungen der Brennweite (hier als Drift bezeichnet) aufgrund von Temperaturveränderungen und Alterung der Flüssigkeiten in der Linse. Temperatur und Alterung können beispielsweise den Brechungsindex der Flüssigkeiten oder die dielektrische Konstante verändern, wodurch sich die Brennweite ändert. Zum Beispiel bei der Verarbeitung kleiner Symbole in einem festen großen Abstand verursacht eine Temperaturdrift der Linse ein Verschwimmen des Bilds und verschlechtert die Leseleistung. Diese unerwünschte Drift führt dazu, dass die Flüssiglinse bei einer ersten Temperatur eine erste Brennweite aufweist, und bei einer zweiten Temperatur würde dieselbe Flüssiglinse eine von der ersten Brennweite abweichende zweite Brennweite aufweisen.
Bei anpassbaren Linsen, die einen durch den Aktor geleiteten Strom zur Anpassung des Fokus der Linse nutzen, erwärmt der Strom nicht nur den Aktor, sondern auch die Linse. Dies führt auf unerwünschte Weise dazu, dass die Temperatur der Linse mit dem angelegten Regelstrom schwankt. Bei einer hohen Brechkraft (geringer Abstand zum Objekt) erwärmt sich die Linse aufgrund des höheren Strombedarfs für die höhere Brechkraft stärker als bei der Verwendung einer niedrigen Brechkraft (großer Abstand zum Objekt).
Es gibt Versuche, die Flüssiglinsendrift zu kompensieren. Bei diesen Versuchen wird das thermische Verhalten der Flüssiglinse während eines Kalibrierungsprozesses gemessen, woraufhin die Linse im normalen Betrieb auf Basis des gemessenen thermischen Verhaltens durch Anpassung der Treiberspannung oder des Treiberstroms der Flüssiglinse kompensiert wird. Hierzu ist nicht nur ein zeitaufwendiger Kalibrierungsprozess für jede Linse erforderlich, sondern das gemessene thermische Verhalten beruht auch auf einem typischen Driftverhalten während der Kalibrierung, so dass die Genauigkeit begrenzt ist.
Bei der Verwendung einer variablen Linse in Anwendungen, die Temperaturveränderungen der Linse hervorrufen, führt die Fokussierung der variablen Linse somit bei unterschiedlichen Temperaturen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Für derartige Anwendungen müssen daher in dem Versuch, eine beständigere Brennweite und im Ergebnis ein schärferes Bild zu erhalten, andere Systeme und Verfahren verwendet werden. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Lösungen für diese Probleme.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schlägt Systeme und Verfahren zur Reduzierung temperaturbedingter Drifteffekte bei einer in einem Bildverarbeitungssystem verwendeten Flüssiglinse vor. Ein Prozessor kann einen Temperaturwert von einem Temperatursensor empfangen und auf Basis des empfangenen Temperaturwerts ein Heizelement auf mindestens einer Leiterplatte einschalten oder abschalten, um den Temperaturwert in einem vorbestimmten Regeltemperaturbereich zu halten und so die Drifteffekte zu reduzieren. Der Prozessor kann außerdem ein an die Linse oder einen Linsenaktor angelegtes Vorspannsignal regeln, um Temperaturschwankungen und die damit verbundenen Drifteffekte zu regeln. Weiterhin kann eine Bildschärfe über eine Reihe von Bildern hinweg allein oder in Kombination mit der Regelung der Temperatur der Flüssiglinse bestimmt werden, um einen Fokusabstand der Linse anzupassen.
Bei einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung Bildverarbeitungssysteme und -verfahren zum Halten der Temperatur der Flüssiglinse auf einer Regeltemperatur vor, wodurch Drifteffekte an der Flüssiglinse reduziert werden. Das Bildverarbeitungssystem umfasst eine Flüssiglinse mit anpassbarem Fokus, die ein Sichtfeld aufweist. Mindestens eine Leiterplatte steht mit zumindest einem Abschnitt der Flüssiglinse in thermischem Kontakt. Ein Heizelement ist auf der mindestens einen Leiterplatte angeordnet, wobei das Heizelement zur Erwärmung der mindestens einen Leiterplatte regelbar ist. Ein Temperatursensor ist zum Messen eines Temperaturwerts der Flüssiglinse angeordnet. Eine Feedbackschleife regelt eine dem Heizelement zugeführte Energie auf Basis einer Differenz zwischen der gemessenen Temperatur der Flüssiglinse und einer vorbestimmten Regeltemperatur.
Bei weiteren Aspekten sieht die vorliegende Erfindung Bildverarbeitungssysteme und -verfahren zum Regeln eines an der Flüssiglinse anliegenden Vorspannsignals zur Regelung der Temperatur der Flüssiglinse vor. Das Bildverarbeitungssystem umfasst eine Flüssiglinse mit anpassbarem Fokus, die ein Sichtfeld aufweist, wobei der Fokus der Flüssiglinse zum Aufnehmen eines Bilds mittels eines an die Flüssiglinse angelegten Regelsignals anpassbar ist. Ein Vorspannsignal wird an die Flüssiglinse angelegt, wenn die Flüssiglinse nicht mit dem Regelsignal zum Aufnehmen des Bilds angepasst ist. Das an die Flüssiglinse angelegte Vorspannsignal dient der Regelung einer Temperatur der Flüssiglinse.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Vorspannsignal bezogen auf eine durchschnittliche Wärmeableitung von der Flüssiglinse geregelt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann das Vorspannsignal von einem erfassten Temperaturwert der Flüssiglinse oder der Umgebungstemperatur abhängig sein.
Weitere Ausführungsformen umfassen Systeme und Verfahren, die den Fokusabstand einer anpassbaren Linse in einem Bildverarbeitungssystem optimieren, wobei das Bildverarbeitungssystem ein Sichtfeld aufweist. Das Verfahren umfasst mehrere Schritte, darunter das Anpassen des Fokusabstands der anpassbaren Linse um einen vorbestimmten Anpassungsschritt; das Aufnehmen eines ersten Bilds des Sichtfelds, das eine Region von Interesse umfasst; das Berechnen eines ersten Schärfewerts für die Region von Interesse, die in dem ersten Bild des Sichtfelds liegt; das Anpassen des Fokusabstands der anpassbaren Linse um den vorbestimmten Anpassungsschritt; das Aufnehmen eines weiteren Bilds des Sichtfelds, das die Region von Interesse umfasst; das Berechnen eines weiteren Schärfewerts für die Region von Interesse, die in dem weiteren Bild des Sichtfelds liegt; das Vergleichen des ersten Schärfewerts mit dem weiteren Schärfewert; und das Definieren einer Richtung eines nächsten Anpassungsschritts des Fokusabstands auf Basis des Vergleichs.
Wiederum andere Ausführungsformen umfassen Systeme und Verfahren, die den Fokusabstand einer anpassbaren Linse in einem Bildverarbeitungssystem optimieren, wobei das Bildverarbeitungssystem ein Sichtfeld aufweist. Das Verfahren umfasst mehrere Schritte, darunter das Anpassen des Fokusabstands der anpassbaren Linse um einen vorbestimmten Anpassungsschritt; das Aufnehmen eines ersten Bilds des Sichtfelds; das Messen einer ersten Umgebungstemperatur nahe der anpassbaren Linse; das Anpassen des Fokusabstands der anpassbaren Linse um den vorbestimmten Anpassungsschritt; das Aufnehmen eines weiteren Bilds des Sichtfelds; das Messen einer weiteren Umgebungstemperatur nahe der anpassbaren Linse; das Vergleichen der ersten Umgebungstemperatur mit der weiteren Umgebungstemperatur; und das Definieren einer Richtung eines nächsten Anpassungsschritts des Fokusabstands auf Basis des Vergleichs.
Um die vorstehenden und verwandte Aufgaben zu lösen, umfasst die Erfindung außerdem die im Folgenden vollständig beschriebenen Merkmale. Die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung stellen bestimmte erläuternde Aspekte der Erfindung näher dar. Diese Aspekte sind jedoch lediglich Beispiele für einige wenige der zahlreichen Wege, auf denen die Prinzipien der Erfindung umgesetzt werden können. Weitere Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung, die in Zusammenschau mit der Zeichnung zu betrachten ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer fest installierten Lesevorrichtung, die ein Bild eines Symbols auf einem Gegenstand von Interesse nach Ausführungsformen der Erfindung aufnimmt;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vorderen Endes der fest installierten Lesevorrichtung;
3 zeigt ein schematisches Diagramm von Komponenten, welche die Lesevorrichtung nach 1 und 2 beinhalten kann;
4 zeigt eine Explosionsansicht einer Ausführungsform einer Flüssiglinse und von Komponenten der Lesevorrichtung, die in einem thermischem Verhältnis zu der Flüssiglinse angeordnet sind;
5 zeigt ein schematisches Diagramm von in einem Speicher speicherbaren Werten und Daten;
6 zeigt eine schematische Seitenansicht der Flüssiglinse und von mit der Flüssiglinse in Kontakt stehenden Leiterplatten;
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln der Temperatur der Flüssiglinse;
8 zeigte eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Flüssiglinse mit einem Aktor und mit der Flüssiglinse in Kontakt stehenden Leiterplatten;
9 zeigt ein Diagramm der Relativpositionen, die mit einer Flüssiglinse anfahrbar sind, und die zugeordneten Ausgangspositionen, in welche die Linse zurückgeführt wird;
10 zeigt ein ähnliches Diagramm wie 9 mit den gleichen von der Flüssiglinse anfahrbaren Relativpositionen, jedoch mit berechneten Rückkehrpositionen, in welche die Linse zur Regelung der Temperatur der Flüssiglinse zurückgeführt wird; und
11, 12 und 13 zeigen Flussdiagramme von Verfahren zur Regelung der Temperatur der Flüssiglinse nach Ausführungsformen der Erfindung.
14 und 15 zeigen Flussdiagramme beispielhafter Verfahren zur Variierung der Größen von Anpassungsschritten („Schrittgrößen”) auf Basis von Veränderungen der Linsentemperatur und/oder der verstrichenen Zeit.
Während die Erfindung verschiedensten Modifizierungen und alternativen Ausbildungen zugänglich ist, wurden in der Zeichnung bestimmte Ausführungsformen beispielhaft gezeigt und sind hier näher beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Beschreibung bestimmter Ausführungsformen die Erfindung nicht auf die jeweils offenbarten Ausbildungen beschränken soll, sondern im Gegenteil beabsichtigt, alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abzudecken, die unter die Idee und den Geltungsbereich der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung fallen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden nun die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben; hierbei entsprechen gleiche Bezugszeichen ähnlichen Elementen in den verschiedenen Ansichten. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnung und die nachfolgende ausführliche Beschreibung nicht dazu dienen, den beanspruchten Gegenstand auf die jeweils offenbarten Ausbildungen zu beschränken. Vielmehr ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die unter die Idee und den Geltungsbereich des beanspruchten Gegenstands fallen.
In ihrer hier verwendeten Form beziehen sich die Begriffe „Komponente”, „System”, „Verfahren” und dergleichen auf Hardware, eine Kombination aus Hardware und Software, Software oder ausgeführte Software. Das verwendete Wort „beispielhaft” bedeutet hier, dass etwas als Beispiel oder zur Erläuterung dient. Ein Aspekt oder eine Ausgestaltung, die hier als „beispielhaft” beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Aspekten oder Ausgestaltungen bevorzugt oder vorteilhaft zu interpretieren.
Des Weiteren kann der offenbarte Gegenstand ein(e) unter Einsatz von standardmäßiger Programmierungs- und/oder Verfahrenstechnik und/oder -programmierung zur Herstellung von Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination derselben verwirklichte(s) System, Verfahren, Vorrichtung oder Erzeugnis zur Umsetzung der hier dargelegten Aspekte sein.
Sofern nicht anders spezifiziert oder eingeschränkt, sind die Begriffe „verbunden”, „gekoppelt” und deren Variationen im weiten Sinne verwendet und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Lagerungen, Verbindungen, Halterungen und Kopplungen. Des Weiteren sind „verbunden” und „gekoppelt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt. In seiner hier verwendeten Form bedeutet „verbunden”, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist, und zwar nicht notwendigerweise elektrisch oder mechanisch. Ebenso bedeutet „gekoppelt”, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal gekoppelt ist, und zwar nicht notwendigerweise elektrisch oder mechanisch.
In seiner hier verwendeten Form kann der Begriff „Prozessor” einen oder mehrere Prozessoren und Speicher und/oder ein oder mehrere programmierbare Hardwareelemente umfassen. In seiner hier verwendeten Form soll der Begriff „Prozessor” jede Art von Prozessoren, CPUs, Mikrocontrollern, digitalen Signalprozessoren oder anderen Vorrichtungen umfassen, die in der Lage sind, Softwarebefehle auszuführen.
In seiner hier verwendeten Form umfasst der Begriff „Speicher” ein nichtflüchtiges Medium, wie z. B. ein magnetisches Medium oder eine Hard Disk, einen optischen Speicher oder einen Flash-Speicher; ein flüchtiges Medium, wie Systemspeicher, beispielsweise Direktzugriffsspeicher (RAM) wie DRAM, SRAM, EDO-RAM, RAMBUS RAM, DR DRAM usw.; oder ein Installationsmedium, wie Softwaremedien, beispielsweise eine CD-ROM, auf dem Konfigurationsdaten und Programme gespeichert und/oder Datenübertragungen gepuffert werden können. Der Begriff „Speicher” umfasst auch andere Arten bekannter oder in Zukunft entwickelter Speicher oder Kombinationen derselben.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Diagrammen beschrieben, um die Struktur oder Durchführung von zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung angewandten Ausführungsformen zu erläutern. Die derartige Verwendung der Diagramme zur Darlegung von Ausführungsformen der Erfindung ist nicht als den Geltungsbereich derselben einschränkend zu interpretieren. Die vorliegende Erfindung sieht Systeme und Verfahren zur Reduzierung und/oder Regelung temperaturbedingter Drifteffekte bei einer anpassbaren Linse und zur Verbesserung der Bildqualität vor.
Die verschiedenen Ausführungsformen werden in Verbindung mit einer Flüssiglinse als Teil eines fest installierten Symbollesers beschrieben, der zum Aufnehmen eines Bilds eines Objekts und/oder einer Markierung auf dem Objekt ausgebildet ist. Dies liegt darin begründet, dass die Merkmale und Vorteile der Erfindung für diesen Zweck gut geeignet sind. Dennoch ist zu beachten, dass die verschiedenen Aspekte der Erfindung auch in anderen Formen elektronischer Vorrichtungen anwendbar und nicht auf die Verwendung einer Flüssiglinse als Teil eines Lesers beschränkt sind; ebenso versteht sich, dass eine große Vielzahl elektronischer Vorrichtungen, die eine temperatursensible Linse beinhalten, von einer Reduzierung einer temperaturbedingten Drift nach den hier beschriebenen Merkmalen profitieren können.
Nunmehr Bezug nehmend auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen einander ähnlichen Elementen in den verschiedenen Ansichten entsprechen, und insbesondere Bezug nehmend auf 1, wird die vorliegende Erfindung im Kontext eines beispielhaften fest installierten Symbollesers 20 beschrieben, der zum Aufnehmen von Bildern von auf einer Oberfläche eines Gegenstands 24 angebrachten Symbolen, wie z. B. dem zweidimensionalen Symbol 22 dient und der die Symbole in den aufgenommenen Bildern decodieren kann. Auch wenn die Erfindung hier im Kontext eines fest installierten Symbollesers 20 beschrieben ist, wobei zum Beispiel eine Fördereinrichtung Gegenstände oder Pakete unterschiedlicher Größe durch das Sichtfeld des Lesers 20 bewegt, so dass die Entfernung zwischen der Leserlinse/dem Lesersensor und der Oberfläche eines Pakets oder Gegenstand, auf der das Symbol aufgebracht ist, ggf. von Gegenstand zu Gegenstand variiert, ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung auch – als nicht einschränkende Beispiele – bei tragbaren Symbollesern sowie bei ortsfesten Kameras zum Einsatz kommen kann.
Nunmehr Bezug nehmend auf 1 und 2 kann der Leser 20 ein Gehäuse 26 aus Metall oder Hartplastik aufweisen. Eine Linse 36 mit anpassbarer Brennweite kann hinter einem nahe dem distalen Ende des Lesergehäuses 26 angeordneten Linsengehäuse 40 vorgesehen sein und weist ein Sichtfeld 42 auf. Die Linse 36 kann eine bekannte, im Handel erhältliche Multifokalflüssiglinse sein. Bei dieser Art von Linsen wird die Brennweite durch Variierung eines an die Flüssiglinse angelegten Regelsignals angepasst.
Nunmehr Bezug nehmend auf 3 kann der Leser 20 zusätzlich zu den mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Komponenten einen Prozessor 50, einen Kamerasensor 52, eine Stromquelle 54, einen Speicher 56 und eine oder mehrere Schnittstellenvorrichtungen 58, wie z. B. einen akustischen Signalgeber, eine LED zum Anzeigen einer erfolgreichen Symboldecodierung, drahtlose und/oder drahtgebundene Kommunikationseinrichtungen usw. umfassen. Zur Stromversorgung könnte die Stromquelle 54 auf bekannte Weise durch eine Batterie ersetzt werden. Der Prozessor 50 kann an einen Speicher 56 gekoppelt sein, in dem von dem Prozessor 50 ausgeführte Programme gespeichert sein können. Außerdem kann der Prozessor 50 die Speicherung von über den Kamerasensor 52 aufgenommenen Bildern in dem Speicher 56 steuern. Der Prozessor 50 kann auch an den Kamerasensor 52 gekoppelt sein, um von diesem Bilddaten zu empfangen. Bekannte Auslöse-/Aktorvorrichtungen oder -verfahren 34 können zum Starten eines Symbolleseprozesses an den Prozessor 50 gekoppelt sein bzw. von diesem ausgeführt werden. Der Prozessor 50 kann zur Modifizierung der Fokusstellung oder der Brennweite der Flüssiglinse 36 auch an die Flüssiglinse 36 gekoppelt sein.
Im typischen Betrieb wird der Leser 20 so positioniert, dass das Kamera- oder Linsensichtfeld 42 auf eine Fläche des Gegenstands 24 gerichtet ist, auf der das Symbol 22 aufgebracht ist, so dass das Symbol 22 in dem Sichtfeld 42 des Lesers angeordnet ist. Nach der Positionierung kann die Auslösung 34 aktiviert werden, wodurch der Leser 20 veranlasst wird, ein oder mehrere Bilder des Symbols 22 in dem Sichtfeld 42 aufzunehmen. Sobald ein angemessen fokussiertes Bild des Symbols 22 aufgenommen wurde, kann der Prozessor 50 in dem Leser 20 oder ein außerhalb des Lesers 20 angeordneter Prozessor über die Kommunikationsschnittstelle 58 eine Decodierung des Symbols 22 versuchen und die decodierten Informationen anschließend zur weiteren Verwendung an andere Softwareanwendungen weitergeben. Außerdem kann der Leser 20 nach der erfolgreichen Decodierung des Symbols 22 dem Nutzer anzeigen, dass die Decodierung erfolgreich war. Die Anzeige einer erfolgreichen Decodierung kann auf in 1 oder 2 nicht näher dargestellte Weise über einen akustisch wahrnehmbaren Ton oder über das Aufleuchten einer LED oder dergleichen oder auf beide Arten erfolgen.
Flüssiglinsen wie die Flüssiglinse 36 sind üblicherweise aus einer oder mehreren Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet und können durch Regeln des Meniskus bzw. der Oberfläche der Flüssigkeit geregelt werden. Flüssiglinsen können durch Anlegen eines Regelsignals 64 an die Flüssiglinse oder an einen Flüssiglinsenaktor angepasst werden. Das Regelsignal 64 kann zum Beispiel eine Regelspannung oder einen Regelstrom umfassen. Bei einigen Arten bekannter Flüssiglinsen sind beispielsweise zwei Flüssigkeiten in einem Röhrchen mit transparenten Endabdeckungen enthalten. Die erste Flüssigkeit ist eine elektrisch leitfähige wässrige Lösung, und die zweite Flüssigkeit ist ein nichtleitendes Öl. Das Innere des Röhrchens ist mit einem hydrophoben Material beschichtet, was dazu führt, dass die wässrige Lösung eine halbkugelförmige Linse ausbildet, die in einem als Elektrobenetzung bezeichneten Vorgang angepasst werden kann, bei dem durch Anlegen einer Gleichstromspannung über die Beschichtung deren Wasserabweisungsvermögen verringert wird. Die Elektrobenetzung verändert die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, so dass sich der Krümmungsradius ändert und die Brennweite der Linse angepasst wird.
Wie vorstehend erläutert, unterscheiden sich die optischen Eigenschaften von Flüssiglinsen von denen typischer Glas- oder Plastiklinsen. Die Brechkraft einer Flüssiglinse sinkt beispielsweise mit steigender Temperatur der Linse und mit dem Alter der Linse. Bei der Fokussierung der Flüssiglinse besteht außerdem eine Hysterese zwischen dem Regelsignal 64 und der Brechkraft. Mit der Zu- und Abnahme des Regelsignals 64 variiert also auch die inkrementelle Veränderung der Brechkraft, was sich nachteilig auf Feedbackschleifen auswirken kann.
Ausführungsformen der Erfindung regeln die Temperatur der anpassbaren Linse 36, um die von Veränderungen der Linsentemperatur verursachten Drifteffekte zu reduzieren. Zur Minimierung der Drifteffekte kann die Beaufschlagung mit Wärme allein oder in Kombination mit Regelaspekten eines Vorspannsignals 66 an der Linse 36 oder einem Linsenaktor 96 geregelt werden. Wie nachfolgendend beschrieben wird, kann das Regelsignal 64 zwischen der Aufnahme aufeinanderfolgender Bilder weggenommen werden. Anstelle des Regelsignals 64 kann das Vorspannsignal 66 angelegt werden. Das Vorspannsignal 66 kann beispielsweise eine Vorspannung oder einen Vorstrom umfassen. Der Pegel des Vorspannsignals 66 und die Dauer, für die das Vorspannsignal angelegt wird, sind anpassbar. Durch solche Anpassungen kann den Temperaturauswirkungen sowohl der Umgebungstemperatur als auch der Linsentemperatur entgegengewirkt werden.
Im Allgemeinen lassen höhere Temperaturen die Brechkraft der Flüssiglinse 36 sinken. Bei diesem Beispiel wird der Fokusabstand des Lesers 20 mittels gängiger Verfahren gesteigert, um die Verringerung der Brechkraft auszugleichen. Eine Veränderung des Fokusabstands kann dazu dienen, die Auswirkung der Temperatur auf die Flüssiglinse zu kompensieren; allerdings besteht bei jeder Veränderung des Flüssiglinsenfokus aufgrund der Unsicherheit des exakten Fokus, auf den die Flüssiglinse angepasst werden sollte, das Risiko einer Reduzierung der Schärfe der aufgenommenen Bilder.
Nunmehr Bezug nehmen auf 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, die eingesetzt werden kann, um die Fokusdrift der Flüssiglinse 36 durch Stabilisierung der Temperatur der Flüssiglinse 36 signifikant zu reduzieren oder ganz zu beseitigen. Bei dieser Ausführungsform ist ein Teil des Gehäuses 26 zugunsten einer Explosionsansicht der Flüssiglinse 36 und von in Kontakt mit und/oder nahe der Flüssiglinse 36 angeordneten Komponenten entfernt. Die Flüssiglinse 36 kann bei dieser Ausführungsform auf einer vorbestimmten Regeltemperatur 60 gehalten werden, während um den Leser 20 herum Schwankungen der Umgebungstemperatur 62 auftreten können. Daten wie die vorbestimmten Regeltemperaturwerte 61 und Umgebungstemperaturwerte 63 können in einem Speicher 56 gespeichert sein (siehe 5). Die Umgebungstemperatur 62 kann an oder nahe der Flüssiglinse 36 innerhalb des Gehäuses 26 gemessen werden, oder die Umgebungstemperatur 62 kann außerhalb des Lesers 30 gemessen werden, oder beides. Die Regeltemperatur 60 kann auf einer konstanten Temperatur gehalten werden und/oder die Regeltemperatur kann auf einer nahezu konstanten Temperatur, z. B. in einem Bereich einiger Grade gehalten werden. Des Weiteren kann die Regeltemperatur 60 innerhalb eines Betriebsbereichs der Flüssiglinse 36 gehalten werden, z. B. minus 50 Grad Celsius bis 70 Grad Celsius.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Regeltemperatur 60 an oder nahe dem oberen Ende des Betriebsbereichs gehalten werden, z. B. auf 70 Grad Celsius. Manche Flüssiglinsen nehmen bei höheren Temperaturen schneller einen neuen Fokusabstand an. Somit würde ein Halten der Regeltemperatur 60 an oder nahe dem oberen Ende des Betriebsbereichs nicht nur dafür sorgen, dass ein Betriebsbereich des Lesers 20 so breit wie möglich ist, sondern auch zur Reduzierung oder Beseitigung der Drift und aufgrund verbesserter Reaktionszeiten der Flüssigkeiten in der Flüssiglinse 36 zur Verbesserung der Fokussierungsgeschwindigkeit der Flüssiglinse 36 dienen. Es ist denkbar, dass die Regeltemperatur 60 auf einer niedrigen oder mittleren Temperatur oder auf einer beliebigen Temperatur innerhalb des Betriebsbereichs gehalten werden kann, die beispielsweise bei oder über der Umgebungstemperatur liegt.
Nunmehr Bezug nehmend auf 4, 5 und 6 kann die Flüssiglinse 36 als nicht einschränkendes Beispiel in thermischem und/oder physischem Kontakt mit einer ersten Leiterplatte 70 oder z. B. in thermischem und/oder physischem Kontakt zwischen der ersten Leiterplatte 70 und einer zweiten Leiterplatte 72 angeordnet sein. Die erste Leiterplatte 70 und/oder die zweite Leiterplatte 72 können/kann einen Temperatursensor 74 als Teil der Steuerschaltung 76 für die Flüssiglinse 36 und/oder den Leser 20 umfassen. Beispielsweise kann die erste Leiterplatte 70 Kontakte 78 zur elektrischen Kopplung der Steuerschaltung 76 mit der Flüssiglinse 36 umfassen, und die Steuerschaltung 76 auf der zweiten Leiterplatte 72 kann eine Flüssiglinsentreiberschaltung umfassen. Ein Steuerkabel 80 kann von der zweiten Leiterplatte 72 abgehen, um die Steuerschaltung 76 elektrisch mit dem Prozessor 50 zu verbinden. Ein Gummiring 88 kann umfasst sein, um einen konstanten Druck auf die erste Leiterplatte 70 und/oder eine zweite Leiterplatte 72 auszuüben, wobei die Flüssiglinse 36 dazwischen angeordnet ist. Es versteht sich, dass auch andere Ausgestaltungen und Anordnungen von Komponenten denkbar sind.
Bei einigen Ausführungsformen können/kann die erste Leiterplatte 70 und/oder die zweite Leiterplatte 72 aus einem wärmeleitenden Material gebildet sein. Ein Beispiel für wärmeleitendes Material ist das von The Bergquist Company entwickelte isolierte Metallsubstrat (IMS) der Marke Thermal Clad. Des Weiteren können/kann die erste Leiterplatte 70 und/oder die zweite Leiterplatte 72 ein regelbares Heizelement 82 umfassen. Das Heizelement 82 kann so geregelt werden, dass es die Leiterplatte, auf der es angeordnet ist, z. B. die zweite Leiterplatte 72, und die Umgebungsluft an oder nahe der Flüssiglinse 36 erwärmt.
Bei einigen Ausführungsformen kann/können die erste Leiterplatte 70 und/oder die zweite Leiterplatte 72 in elektrischem, thermischem und/oder physischem Kontakt mit der Flüssiglinse 36 stehen. Bei thermischem Kontakt oder bei physischem Kontakt kann das Heizelement 82 so geregelt werden, dass es Wärme erzeugt, die thermisch auf die Flüssiglinse 36 einwirkt. Bezug nehmend auf 7 ist ein Verfahren 83 zum Regeln der Temperatur der Flüssiglinse gezeigt. In Prozessblock 84 kann der Temperatursensor 74 einen der Flüssiglinse 36 zugeordneten Temperaturwert 132 erfassen. In Entscheidungsblock 85 kann eine Feedbackschleife den Temperaturwert 132 mit der Regeltemperatur 60 vergleichen. Liegt der Temperaturwert 132 nicht bei der Regeltemperatur 60 oder innerhalb des Regeltemperaturbereichs, kann in Prozessblock 86 das Heizelement 82 eingeschaltet werden, um die Temperatur der ersten Leiterplatte 70 und/oder der zweiten Leiterplatte 72 und damit die Temperatur der Flüssiglinse 36 zu erhöhen. Wenn der Temperaturwert 132 bei der Regeltemperatur 60 oder innerhalb des Regeltemperaturbereichs liegt, kann das Heizelement 82 in Prozessblock 87 abgeschaltet werden, und die Eigenschaften der Flüssiglinse können beibehalten werden.
Zusätzliche Leserkomponenten 20 können im zusammengebauten Zustand die Flüssiglinse 36 sowie die erste Leiterplatte 70 und die zweite Leiterplatte 72 umschließen. Beispielsweise können eine Führungseinrichtung 90 und das Linsengehäuse 40 die Flüssiglinse 36 ganz oder teilweise physisch und thermisch umschließen. Der Objektivtubus 94 und das Linsengehäuse 40 können die Flüssiglinse 36 sowie die erste Leiterplatte 70 und die zweite Leiterplatte 72 ganz oder teilweise physisch und thermisch umschließen. Die Führungseinrichtung 90 kann zur Zentrierung der Flüssiglinse 36 in dem Objektivtubus 94 dienen. Jede der zusätzlichen Komponenten, z. B. der Gummiring 88, die Führungseinrichtung 90, das Linsengehäuse 40 und der Objektivtubus 94, können des Weiteren für die thermische Isolierung z. B. durch Anpassung der Form und der Materialeigenschaften derart optimiert sein, dass nur eine minimale Menge an Energie notwendig ist, um die Flüssiglinse 36 auf der Regeltemperatur 60 zu halten.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Fokusdrift in der Flüssiglinse 36 durch Stabilisierung der Temperatur der Flüssiglinse 36 reduziert oder beseitigt werden. Diese Ausführungsform kann allein oder in Kombination mit den oben beschriebenen und in 4 bis 7 gezeigten Ausführungsformen verwendet werden.
Andere bekannte anpassbare Linsenausführungen nutzen beispielsweise elektrische/mechanische Aktorsysteme, wie z. B. piezoelektrische Aktoren, kleine Motoren und elektromagnetische Aktoren, wie eine Tauchspule, um zur Regelung einer Linse oder von Linsen Bewegungen wie z. B. die des Meniskus einer Flüssiglinse herbeizuführen. Bei einigen Ausführungsformen werden auch andere variable Linsenelemente verwendet, die beispielsweise durch Veränderung des Brechungsindex eines transparenten Materials variabel sind. 8 zeigt eine beispielhafte variable Linse 95. Die variable Linse 95 kann einen ringförmigen Tauchspulenaktor 96 umfassen, der veranlasst wird, Druck auf eine transparente Membran 98 auszuüben, die als transparente Seitenwand eines Behälters 108 dient. Der Behälter ist mit Flüssigkeit 36 gefüllt. Ein durch die Tauchspule 99 angelegtes Regelsignal 64 veranlasst den Aktor 98, eine Kraft auszuüben, um die Membran 98 in eine konvexe Form zu bringen. Die konvexe Form fungiert als Flüssiglinse 36 und kann durch Anpassung des Regelsignals 64 angepasst werden. Bei diesen Flüssiglinsenausführungen können Temperaturveränderungen der Flüssiglinse 36 aufgrund des zur Fokusänderung an den Aktor 96 angelegten Regelsignals 64 durch den Aktor 96 selbst verursacht werden. Die Verlustleistung des Aktors 96 ist im Allgemeinen proportional zum Quadrat der Leistung des Regelsignals 64. Wenn die Flüssiglinse 36 beispielsweise mit einer hohen Brechkraft betrieben wird, um z. B. ein nahes Symbol zu fokussieren, benötigt der Aktor 96 mehr Regelstrom und die Wärmeerzeugung und die entsprechende Ableitung von der Flüssiglinse 36 sind hoch. Wenn die Flüssiglinse 36 im umgekehrten Fall mit einer geringeren Brechkraft betrieben wird, um z. B. ein weiter entferntes Symbol zu fokussieren, benötigt der Aktor weniger Regelstrom, und die Wärmeerzeugung und die entsprechende Ableitung von der Flüssiglinse 36 sind niedriger. Bei einigen Anwendungen kann es eine Herausforderung darstellen, die verursachten Temperaturschwankungen der Flüssiglinse 36 mit dem Temperatursensor 74 präzise zu erfassen, da die thermische Kopplung zwischen dem Aktor 96 und der Flüssiglinse 36 besser, d. h. schneller ist als die thermische Kopplung zwischen der Flüssiglinse 36 und dem Temperatursensor 74. Dies liegt zumindest teilweise an dem physischen Kontakt mit der Flüssiglinse 36 und dem Aktor 96.
Dementsprechend können die von dem Aktor verursachten unerwünschten Temperaturschwankungen der Flüssiglinse 36 durch Regelung eines an den Aktor 96 angelegten Vorspannsignals 66 geregelt werden. Das Vorspannsignal 66 kann angelegt werden, wenn das Regelsignal 64 zur Anpassung des Fokus der Linse für eine Bildaufnahme nicht angelegt ist, wodurch die verursachten Temperaturschwankungen und die damit verbundenen Drifteffekte regelbar sind. Das durch den Aktor verlaufende Vorspannsignal 66 kann so geregelt werden, dass es die von der inneren Erwärmung und/oder der Umgebungstemperatur verursachten Temperaturschwankungen verringert.
Bezug nehmend auf 9 werden Flüssiglinsen üblicherweise dort betrieben, wo die Flüssiglinse nach jeder Fokusänderung 106 in eine Ausgangsposition 100 zurückgeführt werden soll, die üblicherweise in der Mitte 102 des Fokusbereichs 104 liegt. Die Ausgangsposition 100 zieht keinen vorherigen Betrieb der Flüssiglinse in Betracht, also ob die Flüssiglinse 36 z. B. vor kurzem mit hoher Brechkraft oder niedriger Brechkraft betrieben wurde. Wie 9 zeigt, wurde die Flüssiglinse 36 häufiger mit einer höheren Brechkraft als mit einer niedrigeren Brechkraft betrieben. Dieser Betrieb würde die Temperatur der Flüssiglinse üblicherweise erhöhen und dadurch Drifteffekte verursachen und die Schärfe der aufgenommenen Bilder verringern.
Bezugnehmend auf 10 kann das an den Aktor 96 angelegte Vorspannsignal 66 in einigen Ausführungen stattdessen so geregelt werden, dass die durchschnittliche Wärmeableitung der Flüssiglinse 36 und des Aktors 96 grundsätzlich konstant gehalten wird. Eine konstante Wärmeableitung kann mit einer konstanten Temperatur gleichgesetzt werden, und eine konstante Temperatur kann mit einer Reduzierung der Drifteffekte oder keinen Drifteffekten gleichgesetzt werden. Beispielsweise kann ein Verlauf 68 des Flüssiglinsenbetriebs in einem Speicher 56 behalten werden, und der Prozessor 50 kann auf Basis einer Analyse des bisherigen Verlaufs eine Rückkehrposition anweisen. Wurde die Flüssiglinse 36 beispielsweise mit den gleichen Brechkräften wie den in 9 gezeigten betrieben, kann der Prozessor bestimmen, dass die Temperatur der Flüssiglinse 36 steigen würde. Anstatt die Flüssiglinse 36 in die Mitte ihres Fokusbereichs 102 zurückzuführen, könnte die Flüssiglinse 36 mit dem Vorspannsignal 66 in eine gewünschte Brechkraftposition 110 verbracht werden, wobei das Vorspannsignal so weit verringert werden kann, dass es das für die höheren Brechkräfte verwendete höhere Regelsignal 64 ausgleicht. Der Prozessor 50 kann die Anlegung des Vorspannsignals 66 an den Aktor 96 verwalten, um zur Reduzierung der verursachten Temperaturschwankungen und der damit zusammenhängenden Drifteffekte den an den Aktor angelegten Strom zu verringern.
Gleichermaßen kann das an den Aktor 96 angelegte Vorspannsignal 66 derart geregelt werden, dass das Vorspannsignal von der gemessenen Temperatur der Flüssiglinse 36 abhängt, um so die verursachten Temperaturschwankungen und die damit zusammenhängenden Drifteffekte zu reduzieren. Die Flüssiglinse 36 kann beispielsweise mit einem Vorspannsignal 66 betrieben werden, das nach der Anpassung der Flüssiglinse 36 auf eine hohe Brechkraft für eine Bildaufnahme vorübergehend schwächer und nach dem Anpassen der Flüssiglinse auf eine niedrige Brechkraft vorübergehend stärker wird.
Bezugnehmend auf 11 zeigt das Verfahren 114, wo ein Temperaturfaktor 116 beibehalten und zur Abfrage durch den Prozessor 50 nachverfolgt wird. Der Temperaturfaktor 116 kann ein Wert sein, der mit der Dauer zusammenhängt, für die ein bestimmtes Regelsignal 64 an die Flüssiglinse 36 angelegt wird. Bei diesem Beispiel umfasst der Temperaturfaktor 116 keinen gemessenen Temperaturwert 132, obwohl in einigen Ausführungsformen ein gemessener Temperaturwert 132 enthalten sein kann. Wenn die Flüssiglinse 36 nicht aktiv durch das Regelsignal 64 für eine Bildaufnahme betrieben wird, kann der Prozessor 50 das Vorspannsignal 66 anpassen, um das zuvor angelegte Regelsignal zu kompensieren. In Prozessblock 120 treibt der Prozessor 50 die Flüssiglinse 36 für eine bestimmte Dauer mit einem bestimmten Regelsignal 64 an, um ein Bild aufzunehmen. In Prozessblock 122 können ein Zeitwert 112 für die betreffende Dauer, für die das betreffende Regelsignal angelegt wird, und ein Regelwert 118 für einen betreffenden Regelstrom als Elemente des Temperaturfaktors 116 im Speicher 56 hinterlegt werden (siehe 5). Nach der Bildaufnahme und der Hinterlegung des Temperaturfaktors 116 kann der Prozessor 50 in Prozessblock 124 den Temperaturfaktor 116 aus dem Speicher abfragen, um auf Basis des Temperaturfaktors 116 eine Rückkehrposition für die Flüssiglinse zu berechnen.
Wenn als nicht einschränkendes Beispiel für 10 Millisekunden ein 100 mA Regelsignal 64 an den Aktor 96 angelegt wird, kann der Prozessor 50 bestimmen, dass die Flüssiglinse 36 für 100 Millisekunden mit einem Vorspannsignalstrom 66 von 10 mA betrieben werden soll, um die Temperatur der Flüssiglinse 36 auf die Regeltemperatur 60 zu senken. In Prozessblock 126 kann der Prozessor 50 dann auf Basis der Analyse des Temperaturfaktors 116 die Flüssiglinse in die Rückkehrposition zurückführen. Das Verfahren kann in Prozessblock 120 wiederholt werden.
In Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Flüssiglinse 36 während der Verwendung des Lesers 20 auf eine Brechkraft eingestellt wird, kann ein auf dem Speicher 56 ausführbarer und mit dem Prozessor 50 steuerbarer Zähler 128 vorgesehen sein, der aufwärts oder abwärts zählt, um den Temperaturfaktor nachzuverfolgen. Beispielsweise kann die Flüssiglinse 36 vor Beendigung des 100-millisekündigen Anlegens von 10 mA auf eine neue Position gefahren werden. Der Zähler 128 kann festhalten, wie viel von den 10 mA für 100 Millisekunden angelegt wurden und das Anlegen des Vorspannsignals 66 fortsetzen, nachdem die Flüssiglinse 36 die Bildaufnahme beendet hat. Es versteht sich, dass dies lediglich Beispiele sind und dass viele Faktoren konkrete Vorspannsignale und Anwendungszeiten auf dem Fachmann bekannte Weise beeinflussen würden.
Bezugnehmend auf das Verfahren 130 in 12 kann der Temperatursensor 74 in einigen Ausführungsformen abgelesen werden, um einen Temperaturwert 132 bereitzustellen, und in Abhängigkeit von dem Temperaturwert 132 kann das Vorspannsignal 66 allein oder in Kombination mit dem Temperaturfaktor 116 geregelt, d. h. verringert oder verstärkt werden, um eine konstante und/oder vorbestimmte Regeltemperatur 60 aufrechtzuerhalten. Die Verwendung des Temperatursensors 74 hat den Vorteil, dass er den Leser 20 und insbesondere die Flüssiglinse 36 beeinflussende Umgebungs- oder Außentemperaturen umfasst. In Prozessblock 134 wird ein Temperaturwert 132 von dem Temperatursensor 74 bezogen. Der Temperaturwert 132 kann in Prozessblock 136 wahlweise in einem Speicher 56 hinterlegt werden (siehe 5). Nach der Aufnahme des Bilds und der Hinterlegung des Temperaturwerts 132 kann der Prozessor 50 in Prozessblock 138 den Temperaturwert 132 aus dem Speicher 56 abfragen, um auf Basis des Temperaturwerts 132 eine Rückkehrposition für die Flüssiglinse 36 zu berechnen. In Prozessblock 140 kann der Prozessor 50 dann die Flüssiglinse 36 mittels eines Vorspannsignals 66 auf Basis des Temperaturwerts 132 und/oder des Temperaturfaktors 116 in die Rückkehrposition zurückführen. Weiterhin kann die Nachverfolgung des Temperaturfaktors 116 bei einigen Ausführungsformen entfallen. Das Verfahren kann bei Prozessblock 134 wiederholt werden.
Bei einigen Anwendungen ist die verursachte Drift ggf. nicht gänzlich zu beseitigen, z. B. wenn die Lesevorrichtung starken Schwankungen der Umgebungstemperatur unterliegt oder die Flüssiglinse 36 derart betrieben wird, dass keine ausreichende Zeit zur Regelung des Vorspannsignals 66 und damit zur Regelung der Temperatur der Flüssiglinse zur Verfügung steht. Bei diesen Anwendungen kann die Bildschärfe über eine Reihe von Bildern hinweg allein oder in Kombination mit der Regelung der Temperatur der Flüssiglinse 36 bestimmt werden, um einen Fokusabstand der Linse anzupassen.
Bei den meisten Leseranwendungen wird üblicherweise eine Reihe von Bildern aufgenommen. Die Reihe von Bildern kann entweder mit einer Auslösung, wie z. B. in einem bekannten kontinuierlichen oder manuellen Modus, oder über mehrere Auslösungen, wie z. B. in einem bekannten Einzelauslösemodus aufgenommen werden. Ein Bildaufnahmeparameter, z. B. ein Fokusabstand, kann durch einen vorbestimmten kleinen Anpassungsschritt 142 jeweils zwischen den Aufnahmen der Reihe von Bildern verändert werden. Für ein oder mehrere Bilder in der Reihe von Bildern kann der Leser 20 eine in dem Speicher 56 ausführbare Schärfeberechnung 146 einsetzen, um für jedes Bild einen Schärfewert 148 zu bestimmen. Der Schärfewert 148 aus einem Bild kann mit einem Schärfewert aus einem anderen Bild verglichen werden, um die Auswirkung des vorbestimmten kleinen Anpassungsschrittes 142 zwischen den jeweiligen Bildern zu bestimmen. Der vorbestimmte kleine Anpassungsschritt 142 kann den Schärfewert verbessern, oder er kann den Schärfewert verringern, oder der Schärfewert kann unverändert bleiben. Auf Basis des Vergleichs der Schärfewerte kann der Prozessor 50 eine Richtung, z. B. einen größeren oder kleineren Fokusabstand für einen nächsten vorbestimmten kleinen Anpassungsschritt bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 50 auch die Veränderung der Umgebungstemperatur, also ein Steigen oder Sinken der Umgebungstemperatur, allein oder in Kombination mit dem Schärfewert 148 zur Bestimmung einer Richtung des vorbestimmten kleinen Anpassungsschritts 142 nutzen.
Bezugnehmend auf 13 kann bei einigen Ausführungsformen die Schärfeberechnung 146 eine kleine Region von Interesse (ROI) 152 in dem Sichtfeld eines oder mehrerer Bilder analysieren. In Prozessblock 154 des Verfahrens 156 kann die ROI 152 entweder automatisch durch ein Symbol definiert sein, z. B. den in 1 gezeigten Barcode 22, oder die ROI kann durch den Nutzer definiert werden, z. B. durch das in 1 gezeigte Rautensymbol 160. Der Schärfeberechnungsprozess 146 kann aktiviert werden, indem beispielsweise eine bekannte ROI 152, z. B. der Barcode 22 oder das Symbol 160, für jedes Bild, in dem ein Schärfewert 148 berechnet werden wird, in dem Sichtfeld 42 angeordnet wird. Der Fokusabstand der anpassbaren Linse 36 kann in Prozessblock 158 durch den vorbestimmten kleinen Anpassungsschritt 142 angepasst werden. In Prozessblock 162 kann ein Bild aufgenommen werden, das die ROI 152 enthält. In Prozessblock 163 kann der Prozessor 50 wahlweise bestätigen, dass sich die ROI 152 in dem aufgenommenen Bild befindet. In Prozessblock 164 kann der Prozessor 50 dann die Schärfeberechnung 146 an der in den Bildern identifizierten bekannten ROI 152 ausführen, um einen Schärfewert 148 für die ROI 152 in dem aufgenommenen Bild zu erzeugen. Als Nächstes kann in Prozessblock 166 der Fokusabstand der anpassbaren Linse 36 erneut durch den vorbestimmten kleinen Anpassungsschritt 142 angepasst werden. In Prozessblock 168 kann ein weiteres Bild des Sichtfelds aufgenommen werden, das die ROI 152 enthält. Wieder kann der Prozessor 50 wahlweise bestätigen, dass sich die ROI 152 in dem aufgenommenen Bild befindet. In Prozessblock 170 kann der Prozessor 50 dann die Schärfeberechnung 146 an der in dem weiteren Bild identifizierten bekannten ROI 152 durchführen, um einen nachfolgenden Schärfewert 148 zu erzeugen. Der erste Schärfewert 148 kann in Prozessblock 172 mit dem nachfolgenden Schärfewert 148 verglichen werden. Auf Basis des Vergleichs der Schärfewerte kann der Prozessor 50 in Prozessblock 174 eine Richtung für den nächsten vorbestimmten Anpassungsschritt bestimmen, und der Fokusabstand der anpassbaren Linse 36 kann in der von dem vorbestimmten kleinen Anpassungsschritt 142 vorgegebenen Richtung angepasst werden. Das Verfahren kann dann bei Prozessblock 168 durch Aufnahme eines weiteren, die ROI 152 enthaltenden Bilds und Vergleich des Schärfewerts mit dem zuvor berechneten Schärfewert wiederholt werden.
Um sicherzustellen, dass sich der Fokus des Lesers 20 aufgrund einer Drift nicht langsam von der ggf. kleinen ROI 152 weg- und auf den Hintergrund verstellt, kann der vorbestimmte kleine Anpassungsschritt in Richtung des Fokusabstands begrenzt sein. Dies kann eine Begrenzung von Anpassungen auf jeweils nur einen Bildaufnahmeparameter und/oder eine Begrenzung eines Umfangs einer Anpassung des einen oder mehrerer der Bildaufnahmeparameter umfassen.
Das System kann somit die Drift der Linse im Zeitverlauf und über Temperaturbereiche hinweg durch Aufnahme eines Satzes von Bildern im Bereich eines Zielfokusabstands, durch Berechnen der Schärfe eines jeden dieser Bilder und durch anschließende Bestimmung der Richtung der Drift auf Basis des Schärfewerts und entsprechendes Anpassen der Linse kompensieren. Der Prozess des Vornehmens von Anpassungen an der Linse kann mit einer Auslösung von außen oder von innen beginnen. Die Frequenz von Auslösungen variiert je nach Anwendung. Es kann Cluster von relativ häufigen Auslösungen geben (z. B. alle zwei oder drei Sekunden), unterbrochen von längeren Pausen von einigen Minuten bis zu Stunden, wie sie zum Beispiel für Schichtwechsel, Mittagspausen, Wochenenden usw. notwendig sind. Nach Bedarf kann bei jeder Auslösung eine Driftkompensation erfolgen. Es können ein oder mehrere Bilder aufgenommen, die Bilder analysiert und das Bild mit dem besten Fokus dazu verwendet werden, zur Kompensation einer Drift Fokusanpassungen vorzunehmen. Sobald das schärfste Bild identifiziert ist, wird das System bei vielen Anwendungen versuchen, ein Symbol oder einen Code von Interesse zu lesen, wobei der identifizierte optimale Fokusabstand bei der nächsten Auslösung als Standard- oder Ausgangsabstand verwendet werden kann. Infolge einer Auslösung können mehrere Anpassungen vorgenommen werden, was für Systeme wünschenswert sein kann, bei denen mehrere Kompensationen notwendig sind oder bei denen feinere Anpassungen erwünscht sind.
Da der Umfang der Drift und folglich der Grad, zu dem die Brennweite angepasst werden muss, stark variieren können, kann es von Vorteil sein, die Größe des Anpassungsschritts (oder die „Schrittgröße”) unter verschiedenen Umständen zu variieren. Dies liegt daran, dass die Anpassung der Brennweite in relativ kleinen Inkrementen bei einer letztendlich großen notwendigen Gesamtveränderung der Brennweite bedeutet, dass ggf. eine relativ (und übermäßig) große Anzahl von Inkrementen („Schritten”) erforderlich ist, um die gewünschte Veränderung herbeizuführen. Ist umgekehrt eine relativ geringe Gesamtveränderung der Brennweite notwendig, um die Drift zu kompensieren, bedeutet eine Anpassung der Brennweite in relativ großen Inkrementen, dass die gewünschte Brennweite möglicherweise überschritten wird, was zusätzliche nachfolgende Schritte zur Korrektur der überschrittenen Brennweite erforderlich macht und möglicherweise dazu führt, dass man sich zwischen entgegengesetzten Enden einer Zielbrennweite hin- und herbewegt, ohne sie zu erreichen. Keines dieser Szenarien ist optimal. Zur Verbesserung der Performance kann dieser Prozess mit weiteren Eingangsdaten, wie z. B. Temperatur- und Zeitinformationen und früheren Beobachtungen, Veränderungen, Anforderungen und Wirkungsgraden kombiniert werden, so dass Parameter wie eine Schrittgröße (z. B. in Dioptrien) beispielsweise auf Basis einer Veränderung der Linsentemperatur seit der letzten Linsenanpassung, auf Basis der verstrichenen Zeit (z. B. der Zeit seit der letzten Linsenanpassung, der Zeit seit der letzten Auslösung, der Laufzeit des Linsensystems, der Laufzeit des Lesersystems usw.), eines Temperaturgradienten im Zeitverlauf (z. B. des Verhältnisses zwischen der Temperaturveränderung und der zwischen einer ersten und einer zweiten Auslösung verstrichenen Zeit), einer Anzahl zuvor vorgenommener Anpassungsschritte, des gesamten Suchbereichs (d. h. des Unterschieds zwischen der bei der Suche nach einem optimalen Abstand überprüften minimalen und maximalen Brennweite), aller während einer oder mehrerer vorheriger Auslösungen vorgenommenen Anpassungen und/oder der für ein bestimmtes Linsensystem oder eine bestimmte Anwendung beobachten oder erwarteten Variabilität/Fluktuation modifiziert werden. Eine solche Variabilität/Fluktuation könnte beispielsweise als ein Fluktuationswert quantifiziert werden, der sich direkt proportional zu Veränderungen der Brennweite (d. h. aufgrund einer Drift notwendigen Anpassungen) in Relation zu einer Zeitdauer verhält, während derer die Anpassungen notwendig waren. Bestimmte Anpassungen hängen von dem System und der Konfiguration ab und können je nach Anwendung, Aufstellungsort usw. sogar zwischen (und innerhalb von) bestimmten Linsensysteme variieren.
Veränderungen der Linsentemperatur korrelieren meist stark mit der Notwendigkeit einer Driftkompensation; insbesondere verhalten sich Temperaturveränderungen direkt proportional zu Veränderungen der zum Driftausgleich benötigten Brennweite, so dass mit einer steigenden Temperaturveränderung auch die notwendige Veränderung der Brennweite steigt. Folglich hilft die Anpassung der Schrittgröße zumindest teilweise auf Basis der Veränderung der Linsentemperatur dabei, die Schrittgröße besser auf bestimmte Bedingungen abzustimmen. Bei einem Linsensystem kann bestimmt werden, dass sich die Linsentemperatur seit der letzten Linsenanpassung um eine bestimmte Anzahl von Graden verändert hat. Auf Basis der Größe der Veränderung kann die Schrittgröße zur Einstellung des Fokus für die Testbilder auf eine schnellere Annäherung an das schärfste Bild vorhergesagt werden. Stärkere Temperaturveränderungen lassen darauf schließen, dass eine stärkere Kompensation notwendig ist; folglich kann die Schrittgröße vergrößert werden, so dass die Gesamtzahl der beteiligten Schritte verringert wird.
Gleichermaßen kann mehr verstrichene Zeit (z. B: Zeit seit der letzten Driftausgleichung, Zeit seit der letzten Auslösung oder Laufzeiten) bedeuten, dass eine stärkere Kompensation erforderlich ist und dass die Schrittgröße größer sein sollte. Die Zeit verhält sich in der Regel direkt proportional zu der zur Driftausgleichung benötigten Veränderung der Brennweite (und der Veränderung der Linsentemperatur), so dass ggf. eine desto größere Veränderung der Brennweite notwendig ist, je mehr Zeit vergeht. Dies liegt zum großen Teil an der (beispielsweise) durch bewegliche Teile, die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie usw. bedingten Wärmeerzeugung in dem Linsensystem. Je länger das System läuft, desto mehr Wärme wird erzeugt und mit einem desto größeren Anstieg der Linsentemperatur ist zu rechnen. Folglich hilft eine Anpassung der Schrittgröße zumindest teilweise auf Basis der Länge der verstrichenen Zeit dabei, die Schrittgröße besser auf bestimmte Bedingungen abzustimmen. Bei einem Linsensystem kann ggf. festgestellt werden, dass eine bestimmte Zeitdauer vergangen ist, und auf Basis dieser Zeitdauer kann die Schrittgröße zur Einstellung des Fokus für die Testbilder auf eine schnellere Annäherung an das schärfste Bild besser vorhergesagt werden. Eine zu erwartende längere Zeit kann dabei heißen, dass eine stärkere Kompensation benötigt wird und dass folglich die Schrittgröße größer sein muss, um die Gesamtzahl an Schritten zu verringern.
Des Weiteren können die Anzahl und die Größe zuvor vorgenommener Anpassungsschritte einen Hinweis auf die Anzahl und Größe von nachfolgend zur Erzielung einer gewünschten Brennweite notwendigen Anpassungsschritten geben. Wenn beispielsweise nach der vorherigen einen oder den vorherigen mehreren Auslösungen eine große Anzahl von Schritten erforderlich war, kann dies darauf hinweisen, dass infolge einer aktuellen Auslösung ebenfalls eine große Anzahl von Schritten erforderlich ist, wenn dies (z. B. auf Basis von bei einem System beobachteten Schwankungen) beispielsweise die Norm für ein bestimmtes System ist, wenn seit einer vorherigen Auslösung oder seit dem Start des Systems/der Linse eine lange Zeit vergangen ist, wenn eine starke Temperaturveränderung beobachtet wird und/oder wenn der Gesamtsuchbereich groß ist. Es kann folglich festgestellt werden, dass eine größere Schrittgröße gerechtfertigt ist, um schneller eine weiter entfernte Brennweite zu erreichen. Eine große Anzahl erforderlicher Schritten nach der vorhergehenden einen oder den vorhergehenden mehreren Auslösungen könnte aber auch darauf hinweisen, dass eine kleine Anzahl von Schritten erforderlich sein wird, wenn beispielsweise kleine Schwankungen die Norm für das System sind (was darauf hindeutet, dass die vorherige große Anzahl von Schritten ein Ausreißer war), wenn seit der vorherigen Auslösung oder seit dem Start des Systems/der Linse nicht viel Zeit vergangen ist, wenn eine geringe Temperaturveränderung beobachtet wird und/oder wenn der Gesamtsuchbereich klein ist. Es kann folglich festgestellt werden, dass eine kleinere Schrittgröße gerechtfertigt ist, um die Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung der gewünschten Brennweite zu verringern.
Falls nach einer oder mehreren vorherigen Auslösungen die verwendeten Schrittgrößen groß waren, ist es gleichermaßen möglich, dass infolge einer aktuellen Auslösung noch größere Schrittgrößen gerechtfertigt sind, wenn beispielsweise die Anzahl von Anpassungen ebenfalls groß war (d. h., dass mehr Schritte zur Erzielung einer gewünschten Brennweite nötig waren, also mehr Zeit zur Driftkompensierung erforderlich war), es sei denn, es wird eine geringere Temperaturveränderung als zuvor beobachtet oder es ist nur wenig Zeit seit der vorherigen Auslösung oder seit dem Start des Systems/der Linse vergangen oder der Gesamtsuchbereich ist klein; in diesem Fall ist ggf. die gleiche oder eine kleinere Schrittgröße wünschenswert. Wenn im umgekehrten Fall die verwendeten Schrittgrößen nach einer oder mehreren vorhergehenden Auslösungen klein waren, kann es sein, dass infolge der aktuellen Auslösung noch kleinere Schrittgrößen gerechtfertigt sind, wenn beispielsweise die Anzahl von Anpassungen ebenfalls klein war (d. h., dass die gewünschte Brennweite zu schnell erreicht wurde, also die Schrittgrößen eher zu einer Überschreitung der gewünschten Brennweite führten), es sei denn, es wird eine stärkere Temperaturveränderung als zuvor beobachtet oder es ist seit der vorherigen Auslösung oder seit dem Start des Systems/der Linse mehr Zeit vergangen oder der Gesamtsuchbereich ist groß; in diesem Fall ist ggf. die gleiche oder eine größere Schrittgröße wünschenswert.
Hierbei ist anzumerken, dass zur Optimierung künftiger Anpassungen herangezogene Daten aus der Vergangenheit ggf. auf Maßnahmen basieren, die infolge der letzten vorherigen Auslösung oder infolge von mehr als einer Auslösung, wie z. B. den vorhergehenden mehreren Auslösungen oder den während bestimmter Zeiträume, Systemeinrichtungen, Konfigurationen, Bedingungen (z. B. Umgebungstemperaturen), Anwendungen, Lasten usw. aufgetretenen Auslösungen getroffen wurden. Alternativ oder zusätzlich können Daten aus der Vergangenheit nicht nur darauf basiert sein, was infolge von Auslösungen geschehen ist, sondern auch darauf, was während bestimmter Zeiträume geschehen ist, z. B. bei Tag oder Nacht, während bestimmter Stunden oder Minuten, während bestimmter Einstellungen, Bedingungen, Anwendungen, Lasten usw. Es ist außerdem anzumerken, dass die Anzahl von Schritten über oder unter einer anfänglichen Fokusstellung bei einer nächsten Auslösung in Abhängigkeit von der (beispielsweise) angepassten Schrittgröße, der Richtung der Temperaturveränderung (steigend oder fallend) usw. seit der vorherigen Auslösung variieren kann.
Es versteht sich, dass abgelesene Werte, die steigende Linsentemperaturen zeigen, nicht grundsätzlich eine starke (oder überhaupt eine) Veränderung der Schrittgröße rechtfertigen, wenn der Anpassungsprozess optimiert werden soll. Dies könnte an der Art liegen, auf die eine entsprechende Flüssiglinse auf verschiedene Größenordnungen der Temperaturveränderung innerhalb unterschiedlicher Bereiche reagiert. Beispielsweise kann die Empfindlichkeit einer Flüssiglinse gegenüber Temperaturveränderungen je nach Temperatur variieren. Bei einer entsprechenden Linsensystemkonfiguration könnte eine Temperaturveränderung von ein oder zwei Grad Celsius bei geringen Temperaturen bei einer Flüssiglinse, die eine Temperatur unterhalb einer bestimmten Schwelle aufweist (also relativ kühl ist), einen dramatischeren/weniger dramatischen Drifteffekt auslösen als bei einer Flüssiglinse, die eine Temperatur über einer bestimmten Schwelle aufweist (also relativ heiß ist). Folglich können Temperaturveränderungen bei einem Temperaturabfall innerhalb bestimmter Bereiche (wenn eine stärkere Drift zu kompensieren ist) eine größere oder (wenn eine geringere Drift zu kompensieren ist) eine geringere Modifizierung der Schrittgröße zur optimaleren Erreichung des Zielfokusabstands rechtfertigen.
Ebenso ist es möglich, dass die abgelesenen Temperaturwerte nicht immer eine tatsächliche Veränderung der Temperatur einer Linse wiederspiegeln, so dass ggf. eine Überprüfung einer Schrittgrößenanpassung gerechtfertigt ist. Der die Linsentemperatur ablesende Temperatursensor ist zum Beispiel normalerweise nicht in der Flüssiglinse selbst, sondern der Linse benachbart angeordnet. Folglich kann ein abgelesener Temperaturwert mehr durch Temperaturveränderungen in der Umgebung einer Linse als von denen der Linse selbst bedingt sein. Des Weiteren kann zwischen dem Zeitpunkt der Veränderung der Temperatur einer Linse und der Erfassung der Temperaturveränderung durch den Sensor eine Verzögerung auftreten. Darüber hinaus kann sich eine Linse in Abhängigkeit von der Aktivität oder Laufzeit des Linsensystems erwärmen/abkühlen, obwohl sich das System während einer Systemlaufzeit weiter abkühlt/erwärmt.
Es kann daher vorteilhaft sein, eine Temperaturveränderung anhand einer oder mehrerer mit der Temperaturveränderung oder mit einer Drift korrelierender Variablen, wie z. B. der verstrichenen Zeit, zu verifizieren. Da bei einer normal arbeitenden Flüssiglinse keine Temperaturveränderungen mit Geschwindigkeiten („Steigungen”) ober- oder unterhalb vorbestimmter Bereiche (d. h. zu schnelle oder zu langsame Temperaturveränderungen) zu erwarten sind, rechtfertigt ein berechneter Temperaturanstieg (eine „Spitze”), der für einen gegebenen verstrichenen Zeitraum größer ist als erwartet (d. h. ein abnorm steiler Temperaturanstieg), ggf. keine so große Anpassung der Schrittgröße nach oben, wie sie ansonsten für einen solchen Temperaturanstieg vorgenommen werden würde. Gleichermaßen rechtfertigt eine Temperaturabsenkung, die für einen gegebenen verstrichenen Zeitraum größer ist als erwartet (d. h. eine abnorm steile Temperaturabsenkung), ggf. keine so große Anpassung der Schrittgröße nach unten, wie sie ansonsten für eine solche Temperaturabsenkung vorgenommen werden würde.
Bezug nehmend auf 14 kann ein beispielhafter Prozess 400 zur Optimierung des Driftausgleichs damit beginnen, dass ein aktueller abgelesener Temperaturwert von einem an oder nahe der Flüssiglinse 405 angeordneten Temperatursensor empfangen wird. Die (abgelesene) Ist-Temperatur der linse wird dann mit einer vorhergehenden (abgelesenen) Temperatur verglichen, um eine Temperaturveränderung der Linse 410 zu bestimmen (oder zu approximieren). Der Linsentemperatursensor ist vorzugsweise derart angeordnet und/oder begrenzt, dass von dem Linsentemperatursensor abgelesene Werte Veränderungen der Linsentemperatur im Allgemeinen besser wiederspiegeln bzw. auf diese reagieren als auf Veränderungen der System- oder Umgebungstemperaturen. Da voraussichtlich nicht alle Veränderungen signifikant sind, können Veränderungen unter einer Mindestschwellenveränderung 415 (z. B. 0,2 Grad) als zu gering angesehen werden, um Anpassungen an der Schrittgröße 420 zu rechtfertigen. Wenn die Temperaturveränderung über der Mindestschwellenveränderung liegt, kann eine Veränderung an der Schrittgröße vorgenommen werden. Wenn die Temperaturveränderung in einem auf der verstrichenen Zeitdauer basierenden vorhersagbaren Bereich liegt, kann die Schrittgröße um „X” 435 angepasst werden. Steigt/fällt die Temperatur beispielsweise innerhalb von fünf Minuten um ein Grad und liegt dieser Anstieg/Abfall in einem vorhergesagten Bereich für die erwartete Veränderung der Temperatur der Linse nach (z. B.) weiteren fünf Minuten Laufzeit, dann kann die Schrittgröße bei steigender Temperatur um eine entsprechende Größe (z. B. 0,3 Dioptrien) nach oben oder bei fallender Temperatur nach unten korrigiert werden.
Wenn der Umfang der Temperaturveränderung auf Basis der verstrichenen Zeit nicht in einem vorhersagbaren Bereich liegt, kann die Schrittgrößenanpassung um „Y” 440 oder „Z” 445 nach oben oder unten korrigiert werden. Wenn die verstrichene Zeit beispielsweise über dem für eine beobachtete Temperaturveränderung vorhergesagten Bereich liegt (d. h., wenn die Temperaturveränderung basierend auf der unter einem Satz von Betriebsbedingungen, wie z. B. der Laufzeit eines Linsensystems bei Aktivitäten mit hohen oder niedrigen Anforderungen verstrichenen Zeit größer hätte sein müssen), dann kann die Schrittgröße beispielsweise um eine Korrektur von „Y” Dioptrien nach oben angepasst werden. Wenn die verstrichene Zeit hingegen unterhalb des für eine beobachtete Temperaturveränderung vorhergesagten Bereichs liegt (d. h, wenn die Temperaturveränderung basierend auf der unter einem Satz von Betriebsbedingungen verstrichenen Zeit kleiner hätte sein müssen), kann die Schrittgröße beispielsweise um eine Korrektur von „Z” Dioptrien nach unten angepasst werden. Dies ermöglicht es dem System, auch solche Situationen zu berücksichtigen, in denen die Temperatur beispielsweise stark (z. B. um 5 Grad) steigt/fällt, aber nur wenig Zeit (z. B. fünf Minuten) verstrichen ist und der Temperaturanstieg/-abfall weitgehend auf eine Veränderung der Temperatur in der Umgebung der Linse und nicht der Linse selbst zurückzuführen ist, weil die Temperatur der Linse (beispielsweise) erfahrungsgemäß grundsätzlich nicht so schnell steigt/fällt. Wenn die Korrekturen X, Y und Z zu der Schrittgröße addiert werden, können die Werte der Korrekturen X, Y und Z zur Vergrößerung der Schrittgröße positiv, zur Verkleinerung der Schrittgröße negativ oder null sein, so dass die Schrittgröße unverändert bleibt, wenn bestimmt wird, dass in einer bestimmten Situation keine Veränderung an der Schrittgröße (wie zum Beispiel der in Anpassungsschritt 142 verwendeten) vorgenommen werden soll. Wenn Korrekturen durch Ermitteln eines Produkts der Schrittgröße und eines Multiplikators (wie z. B. a, b oder c) vorgenommen werden, können die Werte von a, b und c zur Vergrößerung der Schrittgröße positiv, zur Verkleinerung der Schrittgröße negativ oder eins sein, so dass die Schrittgröße unverändert bleibt, wenn bestimmt wird, dass keine Veränderung an der Schrittgröße vorgenommen werden soll.
15 zeigt, dass Anpassungen der Schrittgröße ebenso auf dem Verstreichen der Zeit basieren können, wobei anhand von abgelesenen Temperaturwerten Korrekturen vorgenommen werden. Ein solcher Prozess 500 kann damit beginnen, dass eine Ist-Zeit 505 empfangen wird und bestimmt wird, wie viel Zeit beispielsweise seit einer Laufzeit (z. B. der Laufzeit des Linsensystems oder der Laufzeit des Gesamtsystems) oder seit der letzten (oder einer anderen) Auslösung 510 verstrichen ist. Wenn nur wenig Zeit verstrichen ist, z. B. 30 Sekunden, dann kann festgestellt werden, dass keine Mindestzeit verstrichen ist 515, und es wird keine Veränderung an der Schrittgröße 520 vorgenommen. Wenn mehr als die Mindestzeit verstrichen ist, kann bestimmt werden, ob sich die Temperatur in diesem Zeitraum (beispielsweise auf Basis von Erfahrungswerten, Betriebsparametern der Linse oder des gesamten Systems usw.) so verändert hat, wie vorherzusagen wäre 525. Wenn sich die Temperatur so verändert hat, wie unter den gegebenen Betriebsbedingungen vorherzusagen wäre, wird verifiziert, dass die Korrektur der Schrittgröße um X wahrscheinlich eine optimierende Veränderung darstellt 535. Wenn sich die Temperatur stärker verändert hat, als dies für die gegebene Zeit vorherzusagen wäre 530, kann die Schrittgröße um Y korrigiert werden (was erwartungsgemäß zu einer stärkeren Veränderung als X führen würde). Wenn sich die Temperatur hingegen weniger stark verändert hat, als dies für die gegebene Zeit vorherzusagen wäre, kann die Schrittgröße um Z korrigiert werden (was erwartungsgemäß zu einer geringeren Wirkung als X führen würde).
Hierbei ist anzumerken, dass sowohl in 14 als auch in 15 die veränderte Schrittgröße (Felder 435, 440, 445, 535, 540, 545) für die „anfängliche(n)” eine oder mehr Anpassungen am Fokusabstand gilt. Dies liegt daran, dass eine veränderte Schrittgröße die Effizienz ggf. nicht verbessert, wenn jede Anpassung an der veränderten Schrittgröße vorgenommen wird. Wenn die Temperatur einer Linse beispielsweise einen starken Anstieg erfahren hat und die Schrittgröße entsprechend ebenfalls um einen großen Wert erhöht wurde, so dass die Zielbrennweite in weniger Schritten erreicht werden kann, dann kann die größere Schrittgröße bei der Annäherung an die Zielbrennweite auch zu einer Überschreitung führen (wie bei Situationen, in denen die Schrittgröße zu groß ist und zur Optimierung von Driftkorrekturen nach unten anzupassen ist). Bei einem solchen Beispiel wäre es vorteilhaft, zu Beginn eine festgelegte Anzahl von anfänglich größeren „Sprüngen” (z. B. drei Sprünge von je 0,5 Dioptrien) in Richtung des Ziels zu haben, gefolgt von kleineren „Hüpfern” (z. B. der jeweiligen Anzahl, die bei 0,2 Dioptrien noch notwendig ist), sobald sich der Fokusabstand dem Zielfokusabstand nähert. Die Schrittgröße könnte auch schrittweise verringert werden, z. B. über konstante oder variable „Abwärtsschritte” (wie z. B. einen anfänglichen Sprung von 0,5 Dioptrien, gefolgt von 0,3, 0,1, 0,5 usw.), logarithmischen Zerfall usw.
Es wird weiterhin angemerkt, dass die Schrittgröße auf Basis einer oder mehrerer Variablen angepasst werden kann oder auf allen verfügbaren Variablen basieren kann, aber nicht alle verfügbaren Variablen berücksichtigen muss, um die Effizienz zu steigern. In 14 kann die Schrittgröße beispielsweise allein auf Basis der Temperaturveränderung korrigiert werden, derart, dass bei einer Temperaturveränderung über einer Schwellenveränderung 450 (d. h. bei einer ausreichend großen Temperaturveränderung) die Schrittgröße beispielsweise um einen Faktor-„a”-Multiplikator angepasst werden kann 455 (der bei einer nach oben zu korrigierenden Schrittgröße positiv, bei einer nach unten zu korrigierenden Schrittgröße negativ oder aber null sein kann, wenn die Schrittgröße in einer bestimmten Situation unverändert bleiben soll). Ansonsten kann die Schrittgröße unverändert bleiben 460. In 15, kann die Schrittgröße ebenso allein auf Basis der Zeit geändert werden, derart, dass bei einer verstrichenen Zeit über einer Schwellenzeit 550 (d. h. bei genug verstrichener Zeit) die Schrittgröße beispielsweise um einen Faktor-„b”-Multiplikator geändert werden kann 555 (der bei einer nach oben zu korrigierenden Schrittgröße positiv, bei einer nach unten zu korrigierenden Schrittgröße negativ oder aber eins sein kann, wenn die Schrittgröße in einer bestimmten Situation unverändert bleiben soll). Die Schrittgröße kann auch gemäß einer geeigneten Gleichung korrigiert werden und ist nicht an vorbestimmte absolute Veränderungen X, Y oder Z oder ein Produkt mit einem Multiplikator a, b oder c gebunden. Die jeweiligen Werte für solche Korrekturgrößen können für verschiedene Linsensysteme auf Basis eines Satzes von Beobachten darüber, wie sich die Linse/das Linsensystem hinsichtlich Temperatur, Fokusabstand, Unschärfe usw. im Verlauf der Zeit und unter verschiedenen Bedingungen verändern, bestimmt und feinjustiert werden.
Ein weiterer auf Basis von Temperatur und/oder Zeit anpassbarer Parameter kann der absolute Fokusbereich sein, der die maximale Anpassbarkeit des Fokusabstands begrenzt. Es kann vorteilhaft sein, die minimal und maximal zulässige Brennweite zu beschränken, um die zulässigen Anpassungen auf Basis des konfigurierten Fokusabstands einzugrenzen. Denn das System kann ausgelöst werden, ohne dass es ein geeignetes Leseziel vor sich hat. In diesem Fall würde der beste Schärfewert erreicht, wenn ein beliebiges irrelevantes Bilddetail oder ein Hintergrund fokussiert wird. Die Fokussierung eines Hintergrunds kann zu unerwünscht großen Veränderungen am Fokusabstand führen, und es ist ggf. schwierig, schnell in den korrekten Bereich zurückzukehren, sobald das Ziel wieder vor den Lesern platziert ist. Dies kann unter Umständen zu einer Störung oder einer Verringerung der Qualität der Abbildung führen. In einigen Fällen kann es jedoch auch dazu kommen, dass eine Linse letztendlich einen Hintergrund fokussiert, wenn sich die Linsentemperatur stark genug verändert oder ausreichend viel Zeit verstrichen ist, und Anpassungen über die unter normalen Umständen zulässigen Anpassungen hinaus nicht mehr ausreichen. Folglich müssen voreingestellte Grenzen für zulässige Anpassungen ggf. verändert (oder Beschränkungen gänzlich aufgehoben) werden, um größere Korrekturen zur schnelleren Kompensierung einer stärkeren Drift zu ermöglichen. Das heißt, dass in Abhängigkeit von Veränderungen der Linsentemperatur und/oder der Zeit Parameter, die ansonsten eine Anpassung von voreingestellten Brennweitenbereichen für normale Betriebsbedingungen begrenzen oder beschränken, angepasst werden können, um unter abnormalen Betriebsbedingungen größere Anpassungen zu ermöglichen.
Obwohl dies in den Figuren nicht ausdrücklich gezeigt ist, kann das System zusätzliche Variablen berücksichtigen, wie z. B. die Anzahl von Anpassungsschritten, die während einer oder mehrerer vorheriger Auslösungen vorgenommen wurden, den Gesamtschwankungswert usw. In 14 kann zum Beispiel vor oder nach dem Empfang von Temperaturen und der Bestimmung, ob eine Temperaturveränderung größer als in Minimum ist, oder vor oder nach der Bestimmung, ob die verstrichene Zeit in einem vorhergesagten Bereich liegt, bestimmt werden, ob die Anzahl von Schritten, die nach der vorhergehenden Auslösung vorgenommen wurden, in einem akzeptablen Bereich liegt. Wenn die Anzahl vorhergehender Schritte zu hoch ist (woraufhin mehr Schritte und mehr Zeit als optimal notwendig waren, um eine gewünschte Anpassung an der Linse vorzunehmen), dann kann die Schrittgröße erhöht werden. Eine solche Erhöhung kann wahlweise von einer bestimmten Temperaturveränderung oder einer bestimmten verstreichenden Zeitdauer abhängig gemacht werden, so dass bei geringer Temperaturveränderung oder wenig Zeit seit der vorherigen Auslösung (d. h., wenn zu erwarten ist, dass dieses Mal keine große Drift auftritt) die Schrittgröße unverändert bleiben oder verringert werden kann. Alternativ kann bei einer zu geringen Anzahl vorhergehender Schritte (was darauf hinweist, dass der gewünschte Fokusabstand mit größerer Wahrscheinlichkeit hätte überschritten werden können) die Schrittgröße verringert werden. Eine solche Verringerung kann wahlweise von einer bestimmten Temperaturveränderung oder einer bestimmten verstreichenden Zeit abhängig gemacht werden, derart, dass bei starker Temperaturveränderung oder langer Zeit seit der vorherigen Auslösung (d. h., wenn zu erwarten ist, dass dieses Mal eine größere Drift auftritt) die Schrittgröße unverändert bleiben oder erhöht werden kann.
Gleichermaßen kann in 15 vor oder nach dem Empfang einer Ist-Zeit und der Bestimmung der verstrichenen Zeit oder vor oder nach der Bestimmung, ob eine Temperaturveränderung in einem vorhergesagten Bereich liegt, bestimmt werden, ob die Anzahl von Schritten, die nach der vorhergehenden Auslösung vorgenommen wurden, in einem akzeptablen Bereich liegt. Wenn die Anzahl von vorherigen Schritten zu hoch oder zu niedrig ist, kann die Schrittgröße, wie in Verbindung mit 14 erörtert, in Abhängigkeit von weiteren Eingangsdaten/Variablen nach oben oder nach unten angepasst werden oder unverändert bleiben. Sowohl in 14 als auch in 15 können Veränderungen der Schrittgröße alternativ oder zusätzlich auf weitere Variablen gestützt werden, wie z. B. einen Gesamtsuchbereich und während einer oder mehrerer vorheriger Auslösungen vorgenommene Anpassungen, wobei ein Anstieg einer oder beider dieser Variablen ggf. eine Erhöhung der Schrittgröße rechtfertigt und umgekehrt eine Verringerung einer oder beider dieser Variablen eine Verringerung der Schrittgröße rechtfertigt.
Eine solche Herangehensweise verbessert die Effizienz, da geeignete Driftkompensierungen leichter zu bestimmten sind (z. B. in weniger Zeit und/oder bei weniger Verarbeitungsleistung). Die jeweiligen Verhältnisse (z. B. Linsentemperatur zu Schrittgröße, Zeit seit letzter Auslösung zu Schrittgröße, laufende Zeit zu Schrittgröße usw.) können sich für verschiedene Linsentypen unterscheiden, und der Prozess zur Vornahme von Anpassungen auf Basis von Temperatur und Zeit kann für verschiedene Anwendungen modifiziert werden. Beispielsweise können die Verhältnisse (d. h. Richtung und Größe der Anpassungen) für verschiedene Linsen, Einstellungen, Anwendungen usw. auf Basis von Erfahrungswerten und/oder durch Ausprobieren individuell angepasst und feinjustiert werden. Es ist anzumerken, dass es grundsätzlich wünschenswert ist, derart zu einer Schrittgröße zu gelangen, dass die Anzahl von dazu notwendigen Schritten (zumindest im Durchschnitt) gleich oder nahe eins ist. Allerdings müssen ggf. die Ersparnisse hinsichtlich Zeit und Ressourcen (wie z. B. aufgewendete Verarbeitungsleistung und Speicher), die durch die Verringerung der Anzahl von zur Driftkompensierung erforderlichen Schritten erzielt werden, mit der Zeit und den Ressourcen, die zur Vornahme von Bestimmungen in Verbindung mit der Art und Weise der Änderung der Schrittgröße eines jeden Anpassungsschritts aufgewendet werden, abgewogen werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass an Form und Details Änderungen möglich sind, ohne von der Idee und dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Reduzierung temperaturbedingter Drifteffekte an einer in einem System des maschinellen Sehens verwendeten Flüssiglinse beschränkt, sondern kann auch mit anderen Flüssiglinsen umfassenden Systemen verwendet werden. Obwohl vorstehend zum Beispiel ein fest installiertes System gezeigt und beschrieben wurde, kann das System des maschinellen Sehens ein tragbares System sein. Bei einem tragbaren System kann der Abstand zwischen dem Bildverarbeitungssystem und einem zu lesenden Symbol oder Zeichen bekannt sein oder bestimmt werden, und unter diesen Umständen kann eine Anpassung des Fokus bei einigen Anwendungen vereinfacht sein.
Die jeweiligen vorstehend offenbarten Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung, da die Technologie auf verschiedene, aber gleichwertige Arten modifiziert und umgesetzt werden kann, die dem von den vorliegenden Lehren profitierenden Fachmann offensichtlich sind. Weiterhin sind für die hier gezeigten strukturellen oder gestalterischen Details keine Einschränkungen vorgesehen, die über die in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen hinausgehen. Es ist somit klar, dass die jeweiligen vorstehend offenbarten Ausführungsformen verändert oder modifiziert werden können und dass alle derartigen Variationen als Teil des Geltungsbereichs und der Idee der Erfindung gelten. Dementsprechend wird das vorliegende Schutzbegehren in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Verfahren zur Optimierung eines Fokusabstands einer anpassbaren Linse in einem Bildverarbeitungssystem, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a. Empfangen eines ersten Auslösesignals; b. Anpassen des Fokusabstands der variablen Linse um eine erste Anzahl von Schritten im Bereich eines ersten Zielabstands und Aufnehmen eines Bildes bei jedem Schritt; c. Berechnen eines Schärfewerts für eine Region von Interesse (ROI) in jedem der Bilder; d. Bestimmen, welches der aufgenommenen Bilder den höchsten Schärfewert aufweist, wobei das Bild mit dem höchsten Schärfewert in einem ersten Fokusabstand durch die anpassbare Linse aufgenommen ist; und e. Verwenden des ersten Fokusabstands als einen zweiten Zielabstand für eine nachfolgende Auslösung.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt des Versuchens, das Bild mit dem höchsten Schärfewert durch Decodieren eines Symbols oder Codes in dem Bild zu lesen, wobei der erste Fokusabstand nur dann als zweiter Zielabstand für eine nachfolgende Auslösung verwendet wird, wenn das Symbol oder der Code in dem Bild mit dem höchsten Schärfewert erfolgreich decodiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Schritte der ersten Anzahl von Schritten eine erste Schrittgröße aufweist, wobei das Verfahren des Weiteren folgende Schritte umfasst: a. Empfangen eines zweiten Auslösesignals; und b. Anpassen des Fokusabstands der variablen Linse um eine zweite Anzahl von Schritten im Bereich des zweiten Zielabstands, wobei mindestens einer der Schritte der zweiten Anzahl von Schritten eine zweite Schrittgröße aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zweite Schrittgröße auf Basis einer Temperaturänderung zwischen der ersten und der zweiten Auslösung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Temperaturveränderung eine Temperaturveränderung von zumindest einem der Folgenden ist: a. der anpassbaren Linse; b. dem Bildverarbeitungssystem; und c. der Umgebungstemperatur.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei nur dann, wenn die Temperaturveränderung größer als eine Schwellentemperaturveränderung ist, die zweite Schrittgröße gegenüber der ersten Schrittgröße erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite Schrittgröße gegenüber der ersten Schrittgröße erhöht wird, wenn die Temperaturveränderung größer als eine Schwellentemperaturveränderung ist, es sei denn, eine zwischen dem ersten und dem zweiten Auslösesignal verstrichene Zeit liegt unter einer Mindestzeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die zweite Schrittgröße unverändert bleibt oder gegenüber der ersten Schrittgröße verringert wird, wenn die Temperaturveränderung unter einer Mindestveränderung liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die zweite Schrittgröße auf Basis einer verstrichenen Zeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die verstrichene Zeit zumindest eine der Folgenden ist: a. eine zwischen der ersten und der zweiten Auslösung verstrichene Zeit; b. eine Laufzeit der anpassbaren Linse; und c. eine Laufzeit des Bildverarbeitungssystems.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zweite Schrittgröße gegenüber der ersten Schrittgröße erhöht wird, wenn die verstrichene Zeit größer als eine Schwellenzeit ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zweite Schrittgröße gegenüber der ersten Schrittgröße verändert wird, wenn die verstrichene Zeit größer als eine Schwellenzeit ist, es sei denn, eine Temperaturveränderung liegt unter einer Mindesttemperaturveränderung, wobei die Temperaturveränderung eine Temperaturveränderung zwischen der ersten und der zweiten Auslösung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die zweite Schrittgröße bestimmt wird auf Basis: a. der ersten Anzahl von Schritten; und b. zumindest einer der Folgenden oder des Verhältniswerts von: 1) einer Temperaturveränderung; und 2) einer zwischen der ersten und der zweiten Auslösung verstrichenen Zeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei die zweite Schrittgröße gegenüber der ersten Schrittgröße erhöht wird, wenn die erste Anzahl von Schritten größer als eine Schwellenanzahl von Schritten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei die zweite Schrittgröße auf Basis einer Differenz zwischen dem ersten Zielabstand und dem zweiten Zielabstand bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die zweite Schrittgröße gegenüber der ersten Schrittgröße erhöht wird, wenn die Differenz größer als eine Schwellendifferenz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die erste Anzahl von Schritten einen Ausgangsschritt mit einer Ausgangsschrittgröße und einen nachfolgenden Schritt mit einer nachfolgenden Schrittgröße umfasst, wobei die nachfolgende Schrittgröße kleiner als die Ausgangsschrittgröße ist.
Verfahren zur Optimierung eines Fokusabstands einer anpassbaren Linse in einem Bildverarbeitungssystem, wobei das Bildverarbeitungssystem ein Sichtfeld aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a. Aufnehmen eines ersten Bilds des Sichtfelds, welches eine Region von Interesse umfasst; b. Berechnen eines ersten Schärfewerts für die Region von Interesse, die in dem ersten Bild des Sichtfelds liegt; c. Anpassen des Fokusabstands der anpassbaren Linse um einen vorbestimmten Anpassungsschritt; d. Aufnehmen eines weiteren Bilds des Sichtfelds, welches die Region von Interesse umfasst; e. Berechnen eines weiteren Schärfewerts für die Region von Interesse, die in dem weiteren Bild des Sichtfelds liegt; f. Vergleichen des ersten Schärfewerts mit dem weiteren Schärfewert; und g. Bestimmen einer Richtung eines nächsten Anpassungsschritts des Fokusabstands auf Basis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 18, des Weiteren umfassend den Schritt des Bestimmens einer nächsten Schrittgröße auf Basis einer Temperaturveränderung der Linse zwischen der ersten und der zweiten Auslösung.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, des Weiteren umfassend den Schritt des Bestimmens einer nächsten Schrittgröße auf Basis einer während mindestens einer der Folgenden verstrichenen Zeit: a. einer zwischen der ersten und der zweiten Auslösung verstrichenen Zeit; b. einer Laufzeit der anpassbaren Linse; und c. einer Laufzeit des Bildverarbeitungssystems.