Brevet FR3123459A1 — publié le 20221202

La présente invention concerne un ensemble optique pour un système d’imagerie (110) de mise au point automatique pour capturer au moins une image d’un objet apparaissant dans un champ de vision d’imagerie (FOV). L’ensemble optique comporte une ouverture avant (228) le long d’un axe optique et un groupe de lentilles avant (222) le long de l’axe optique recevant de la lumière provenant de l’objet d’intérêt. La position du groupe de lentilles avant (222) est réglable pour changer une distance focale de l’ensemble optique. L’ensemble optique comporte en outre un actionneur couplé physiquement au groupe de lentilles avant (222) qui règle la position de la lentille avant. Un groupe de lentilles arrière (262) est disposé le long de l’axe optique pour recevoir la lumière provenant du groupe de lentilles avant (222), et un capteur d’imagerie (210) est disposé à une distance focale arrière du groupe de lentilles arrière (262) pour détecter la lumière. Figure : 10 Groupe de lentilles avant mobile placé mécaniquement sur un groupe de lentilles arrière fixe Arrière-plan Les dispositifs de balayage industriels et/ou les lecteurs de codes à barres peuvent être utilisés dans des environnements d’entrepôt et/ou d’autres milieux similaires. Ces dispositifs de balayage peuvent être utilisés pour balayer des codes à barres et d’autres objets. De tels dispositifs de balayage sont généralement contenus à l’intérieur d’un châssis pour garantir que les composants optiques sont protégés des chocs, chutes et/ou autres événements potentiellement dommageables. Dans certains environnements, il peut être souhaitable d’avoir des dispositifs de balayage à haute puissance en mesure de balayer ou de résoudre des codes à barres (par exemple d’une largeur de 100 ml) sur une large gamme de distances, par exemple de quelques premières unités à des dizaines de deuxièmes unités, voire plus, dans lesquelles : - une première unité égale environ 0,0254 mètre; et - une deuxième unité égale environ 0,3048 mètre. De tels systèmes nécessitent des optiques plus grandes (par exemple des systèmes de lentilles d’imagerie d’un diamètre total supérieur à environ 6 mm) afin de répondre aux exigences de performance, mais il reste un compromis entre le système de lentille ayant une taille spécifique tout en étant contraint par les dimensions totales du boîtier et du châssis. En outre, les systèmes d’imagerie compacts nécessitent un alignement de haute précision des optiques pour éviter toute distorsion optique, ce qui peut entraîner une réduction de l’efficacité des taux de balayage ou un équipement défectueux. En outre, des systèmes plus grands peuvent générer des forces de fixation mécaniques plus importantes ce qui pourrait endommager le châssis ou d’autres composants. En conséquence, il existe un besoin de conceptions améliorées avec des fonctionnalités améliorées. Résumé Conformément à un premier aspect, un ensemble optique pour un système d’imagerie de mise au point automatique est fourni. L’ensemble optique comporte une ouverture avant disposée le long d’un axe optique configuré pour recevoir de la lumière provenant d’un objet d’intérêt à travers celle-ci le long de l’axe optique. Un groupe de lentilles avant est disposé le long de l’axe optique configuré pour recevoir de la lumière provenant de l’objet d’intérêt. La position du groupe de lentilles avant est réglable le long de l’axe optique, et la position du groupe de lentilles avant peut être réglée pour changer une distance focale de l’ensemble optique. Un actionneur est couplé physiquement au groupe de lentilles avant pour régler la position du groupe de lentilles avant en déplaçant par translation le groupe de lentilles avant le long de l’axe optique. Un groupe de lentilles arrière est disposé le long de l’axe optique pour recevoir la lumière provenant du groupe de lentilles avant, et est en outre configuré pour fournir la lumière à un capteur d’imagerie. Le capteur d’imagerie est disposé le long de l’axe optique à une distance focale arrière du groupe de lentilles arrière, et est configuré pour détecter la lumière provenant du groupe de lentilles arrière et pour générer un signal électrique indicatif de la lumière. Dans une variante de ce mode de réalisation, l’actionneur est l’un parmi un moteur à bobine acoustique, un plateau de translation unidimensionnelle, un dispositif piézoélectrique, un moteur linéaire à roulement à billes ou un moteur de microsystèmes électromécaniques (MEMS). Dans certains exemples l’actionneur a une distance de déplacement de moins de 0,5 mm. Dans d’autres exemples la distance focale de l’ensemble optique peut être ajustée entre 2 premières unités et l’infini. Dans d’autres exemples, l’ensemble optique a une distance focale arrière de moins de 3 mm. Dans certains exemples l’ensemble optique comporte un support de lentille avant couplé physiquement au groupe de lentilles avant pour maintenir une position de lentilles du groupe de lentilles avant, et un support de lentille arrière couplé physiquement au groupe de lentilles arrière pour maintenir une position de lentilles du groupe de lentilles arrière. Dans ces exemples, l’actionneur peut être couplé physiquement au support de lentille avant, l’actionneur étant configuré pour régler la position de la lentille avant en déplaçant par translation le support de lentille avant le long de l’axe optique. Dans des variantes du présent exemple, le support de lentille avant a un cône extérieur et le support de lentille arrière a un cône de pilote, dans lequel le cône extérieur est configuré pour venir en butée contre le cône de pilote pour aligner le groupe de lentilles avant sur le groupe de lentilles arrière le long de l’axe optique. Dans la présente variante, le cône extérieur et le cône de pilote peuvent aligner physiquement le groupe de lentilles avant sur le groupe de lentilles arrière avec une erreur de décentrement radial autour de l’axe optique de moins de 0,030 mm. Dans plus de variantes, le capteur d’imagerie est disposé sur une carte de circuit imprimé, et l’ensemble optique comporte en outre une partie de montage de composant qui couple physiquement le support de groupe de lentilles arrière à la carte de circuit imprimé. Dans un mode de réalisation, le capteur d’imagerie comprend un dispositif à couplage de charges. Les figures ci-jointes, dans lesquelles les mêmes numéros de référence se réfèrent à des éléments identiques ou fonctionnellement similaires dans les vues séparées, ainsi que la description détaillée ci-dessous, sont incorporées dans la spécification et en font partie, et servent à illustrer davantage les modes de réalisation de concepts qui comportent l’invention revendiquée, et à expliquer divers principes et avantages de ces modes de réalisation. La illustre une vue d’élévation avant d’un ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple d’un dispositif de balayage donné à titre d’exemple pour capturer des images d’un objet conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une vue en perspective de l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple de la conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une vue en perspective d’un support de lentille donné à titre d’exemple destiné à être utilisé avec l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple des & 2 conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une vue en perspective d’un châssis donné à titre d’exemple destiné à être utilisé avec l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple des & 2 conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une vue d’élévation avant de l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple des à 4 pendant un processus de construction conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une première vue en coupe d’élévation avant de l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple des à 5 conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une deuxième vue en coupe d’élévation avant de l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple des à 6 conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une vue en perspective de l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple des à 7 conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une vue en plan du dessus de l’ensemble d’imagerie donné à titre d’exemple des à 8 conformément à divers modes de réalisation ; La illustre une vue en coupe d’élévation avant du système d’imagerie donné à titre d’exemple des à 10 conformément à divers modes de réalisation. Les artisans qualifiés comprendront que les éléments des figures sont illustrés pour des raisons de simplicité et de clarté et n’ont pas nécessairement été dessinés à l’échelle. Par exemple, les dimensions de certains éléments des figures peuvent être exagérées par rapport à d’autres éléments pour aider à améliorer la compréhension des modes de réalisation de la présente invention. Les composants de l’appareil et du procédé ont été représentés, le cas échéant, par des symboles conventionnels dans les dessins, en ne montrant que les détails spécifiques qui sont pertinents pour comprendre les modes de réalisation de la présente invention, afin de ne pas obscurcir la divulgation par des détails qui seront facilement apparents pour ceux qui ont une compétence ordinaire dans l’art qui bénéficient de la présente description. Ensemble optique pour un système d’imagerie (110) de mise au point automatique, l’ensemble optique comprenant : une ouverture avant (228) disposée le long d’un axe optique configuré pour recevoir de la lumière provenant d’un objet d’intérêt à travers celle-ci le long de l’axe optique ; un groupe de lentilles avant (222) disposé le long de l’axe optique, configuré pour recevoir de la lumière provenant de l’objet d’intérêt, dans lequel la position du groupe de lentilles avant (222) est réglable le long de l’axe optique, et la position du groupe de lentilles avant (222) peut être réglée pour changer une distance focale de l’ensemble optique ; un actionneur couplé physiquement au groupe de lentilles avant (222), configuré pour régler la position du groupe de lentilles avant (222) en déplaçant par translation le groupe de lentilles avant (222) le long de l’axe optique ; un groupe de lentilles arrière (262) disposé le long de l’axe optique, configuré pour recevoir la lumière provenant du groupe de lentilles avant (222), et configuré en outre pour fournir la lumière à un capteur d’imagerie (210) ; le capteur d’imagerie (210) étant disposé le long de l’axe optique à une distance focale arrière du groupe de lentilles arrière (262), et configuré pour détecter la lumière provenant du groupe de lentilles arrière (262) et pour générer un signal électrique indicatif de la lumière. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel l’actionneur comprend l’un parmi un moteur à bobine acoustique, un plateau de translation unidimensionnelle, un dispositif piézoélectrique, un moteur linéaire à roulement à billes ou un moteur de microsystèmes électromécaniques (MEMS). Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel le groupe de lentilles avant (222) a une distance de déplacement de moins de 0,5 mm. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel le capteur d’imagerie (210) comprend un dispositif à couplage de charges. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel la distance focale de l’ensemble optique peut être ajustée entre 2 premières unités et l’infini- une première unité étant égale à environ 0,0254 mètre. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel la distance focale arrière est de moins de 3 mm. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel le groupe de lentilles avant (222) comprend une première lentille en verre, une deuxième lentille asphérique en plastique, et une troisième lentille asphérique en plastique, la première lentille en verre étant disposée le long de l’axe optique entre l’ouverture avant (228) et la deuxième lentille asphérique en plastique, la troisième lentille asphérique en plastique étant disposée entre la deuxième lentille asphérique en plastique et le groupe de lentilles arrière (262). Ensemble optique de la revendication 7, dans lequel la première lentille en verre a une première surface sphérique le long de l’axe optique et une deuxième surface sphérique opposée à la première surface sphérique disposée le long de l’axe optique, et dans lequel la première lentille en verre est formée d’un verre de type Crown ayant une puissance optique positive, la deuxième lentille en plastique sensiblement asphérique du groupe de lentilles avant (222) a une première surface asphérique le long de l’axe optique et une deuxième surface asphérique le long de l’axe optique, et dans lequel la deuxième lentille asphérique en plastique est formée d’un matériau de type Flint ayant une puissance optique négative, et la troisième lentille asphérique en plastique a une première surface asphérique le long de l’axe optique et une deuxième surface asphérique disposée le long de l’axe optique, et la troisième lentille asphérique en plastique est formée d’un matériau de type Crown ayant une puissance optique positive. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel le groupe de lentilles arrière (262) comprend une première lentille asphérique en plastique, une deuxième lentille asphérique en plastique, une troisième lentille asphérique en plastique et une quatrième lentille asphérique en plastique, la première lentille asphérique en plastique étant disposée le long de l’axe optique entre la troisième lentille asphérique en plastique du groupe de lentilles avant (222) et la deuxième lentille asphérique en plastique, la troisième lentille asphérique en plastique étant disposée entre la deuxième lentille asphérique en plastique et la quatrième lentille asphérique en plastique, et la quatrième lentille asphérique en plastique étant disposée entre la troisième lentille asphérique en plastique et le capteur d’imagerie (210). Ensemble optique de la revendication 9, dans lequel la première lentille asphérique en plastique du groupe de lentilles arrière (262) a une première surface asphérique le long de l’axe optique et une deuxième surface asphérique opposée à la première surface asphérique disposée le long de l’axe optique, et dans lequel la première lentille asphérique en plastique est formée d’un matériau de type Flint ayant une puissance optique négative, la deuxième lentille en plastique sensiblement asphérique du deuxième groupe de lentilles a une première surface asphérique le long de l’axe optique et une deuxième surface asphérique le long de l’axe optique, et dans lequel la deuxième lentille asphérique en plastique est formée d’un matériau de type Crown ayant une puissance optique négative, la troisième lentille asphérique en plastique a une première surface asphérique le long de l’axe optique et une deuxième surface asphérique disposée le long de l’axe optique, et dans lequel la troisième lentille asphérique en plastique est formée d’un matériau de type Flint ayant une puissance optique positive, et la quatrième lentille asphérique en plastique a une première surface asphérique le long de l’axe optique et une deuxième surface asphérique le long de l’axe optique, et dans lequel la quatrième lentille asphérique est formée d’un matériau de type Flint ayant une puissance optique positive. Ensemble optique de la revendication 1, comprenant en outre : un support de lentille avant couplé physiquement au groupe de lentilles avant (222) pour maintenir une position de lentilles du groupe de lentilles avant (222) ; et un support de lentille arrière couplé physiquement au groupe de lentilles arrière (262) pour maintenir une position de lentilles du groupe de lentilles arrière (262). Ensemble optique de la revendication 11, dans lequel l’actionneur est couplé physiquement au support de lentille avant, l’actionneur étant configuré pour régler la position du groupe de lentilles avant en déplaçant par translation le support de lentille avant le long de l’axe optique. Ensemble optique de la revendication 11, dans lequel le support de lentille avant a un cône extérieur et le support de lentille arrière a un cône de pilote, dans lequel le cône extérieur est configuré pour venir en butée contre le cône de pilote pour aligner le groupe de lentilles avant (222) sur le groupe de lentilles arrière (262) le long de l’axe optique. Ensemble optique de la revendication 13, dans lequel le cône extérieur et le cône de pilote alignent physiquement le groupe de lentilles avant (222) sur le groupe de lentilles arrière (262) avec une erreur de décentrement radial autour de l’axe optique de moins de 0,030 mm. Ensemble optique de la revendication 11, dans lequel le capteur d’imagerie (210) est disposé sur une carte de circuit imprimé, et comprenant en outre une partie de montage de composant qui couple physiquement le support de groupe de lentilles arrière (262) à la carte de circuit imprimé. Ensemble optique de la revendication 15, dans lequel la partie de montage de composant a une épaisseur de moins de 1 mm. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel le groupe de lentilles avant (222) comprend deux lentilles asphériques en plastique. Ensemble optique de la revendication 11, dans lequel la distance radiale entre un diamètre extérieur du support de groupe de lentilles avant (222) et un diamètre intérieur de l’actionneur est de 50 microns ou plus. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel le capteur d'imagerie est disposé sur une carte de circuit imprimé, et dans lequel la distance entre l’ouverture avant (228) et le circuit imprimé est de moins de 12 mm. Ensemble optique de la revendication 1, dans lequel l’objet d’intérêt est l’un parmi des codes à barres 1D, des codes à barres 2D, des codes QR, des codes CUP, ou des indices indicatifs de l’objet d’intérêt.