CN103135319B - 具有可更换照明组件的相机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有可更换照明组件的视觉系统。该系统允许在不改变光学器件、传感器、视觉处理器或相关联的外壳的情况下增强在系统的照明类型和配置类型上的多功能性。该视觉系统外壳包括前板，其可选地包括用于接受不同类型镜头的多个安装底座，以及允许与示例性的照明组件可拆卸地互连的连接器。该照明设备包括透光的盖子。该盖子封闭可包括围绕光圈的多个发光元件的照明部件，从被拍摄场景接受的光线通过光圈进入镜头。发光元件的排列是不断变化的。用户可以拥有最适合自己需要的照明设备，而不需要改变视觉系统处理程序，传感器或外壳。

Description

具有可更换照明组件的相机系统

技术领域

本发明涉及视觉系统相机，更具体地涉及视觉系统相机的照明系统。

背景技术

用于测量、检测、校正对象和/或符号解码（例如条形码）的视觉系统在应用和工业中被广泛地使用。这种系统基于使用一种图像传感器，该图像传感器获得物体或目标的图像（典型地灰度或彩色图像，及一维、二维或三维图像），使用板载的或互联的视觉系统处理器处理这些获得的图像。处理器通常既包括处理硬件又包括非临时性计算机可读程序指令，它们基于图像处理的信息执行一个或多个视觉系统处理以产生期望输出。该图像信息通常被提供在图像像素的阵列中，每一个图像像素都具有不同颜色和/或强度。在符号（条形码）阅读器的示例中，用户或自动处理过程获得被认为包含一个或多个条形码的目标的图像。该图像被处理以识别条形码的特征，然后通过解码程序和/或处理器来解码该特征以获得代码所代表的内在的文字数据。

越来越需要提供一种可用于多种不同目的的视觉系统和相关的视觉系统组件。例如，在申请号为12/184187、名称为“视觉传感器、系统和方法”、由E.John McGarry等发明的美国专利中示出和描述了一种集成传感器和单指令、多数据(SIMD)处理器，其可被称为片上视觉系统（VSoC），其示教的内容作为有用的背景技术信息通过引用并入本文中。这种架构提供了一种用于不同视觉系统任务的高度通用和广泛使用的视觉系统平台。通用系统能够通过消除设置一系列为特定目的建立的、用于特定应用的视觉系统装置的需要降低了成本。因而需要提供这种视觉系统平台。还可使用其它现有的传感器和处理器装置（例如数字信号处理器（DSPs））以提供一种相对紧凑和耐用的视觉系统。

许多相机系统的一个重要部件是照明部件。为了充分地获得物体表面的图像，需要有适当的照明。依据所拍摄物体的特点和摄影轴与物体的相对角度，使用的照明类型也可以变化。例如，一些物体（例如，平坦（peened）物体）可以通过低角度照明取到最佳成像，然而，其他物体（如印刷的，高对比度的物体）通常通过直接，高角度照明取得最佳成像。同样地，照明的波长根据物体的性质发生变化一也就是说，一些物体适合可见范围内的照明，而其它物体可以通过使用红外线（IR）或紫外线（UV）灯来照亮。而且，在一些应用中，希望使用偏振光和/或利用偏光器或其他合适的滤光器来过滤进入相机的光。许多相机系统包括环形照明组件，该装置由一行或多行围绕相机镜头的照明组件组成。这些照明器经常被固定在一个地方，构建在电路板上，包含预定数量和排列的发光元件，例如LED。照明器根据其预期的应用提供给系统，且在系统交付后其不能容易地被替换。而且，为了提供需要的库存以满足潜在客户的需求，制造商可能为系统提供多种照明器。一些系统可能在它们卖给（如果其确实能卖出）客户/用户之前很长一段时间内保留在库存中。这样会增加制造商的成本并使可利用照明器的选择种类受到限制。为了满足特定用户的需求，制造商需要生产定做的照明器，这使其需承担进一步的费用并拖延向用户交付完成的视觉系统的时间。

此外，当交付系统时，发现其照明部件有不足之处，或者希望将系统重新分配给不同的应用时，用更适合这项任务的照明器来替换原来附带的照明器是具有挑战性且不切实际的。

因此，希望为视觉系统提供高通用性，适合于各种应用的照明组件，而无需保留大量的完成的视觉系统的存货。这样的照明组件应该能够和各种相机镜头系统交互操作，并且可更换以避免需要高成本地改变底层的视觉系统的物理外壳或包装。此外，该照明组件应能够在各种角度和大范围的功率输出级别投射各种类型（波长）的光。另外，该照明组件应允许使用各种滤波器，以调节投射照明和/或光学过滤由相机从被照明场景接收的光。

发明内容

本发明通过提供有可更换照明组件的视觉系统，克服了现有技术的不足。可更换照明组件的视觉系统在不改变基本的光学器件，传感器或视觉处理器以及与其相关的外壳的情况下，可增强用于系统的照明在类型和配置方面的通用性。视觉系统外壳包括前板，其可选地包括多个用于接受不同类型镜头的多个安装底座。前板上设有可选的连接器用于为液体镜头部件接收电气连接。前板包括可与说明性的照明组件可拆卸地互连的连接器。照明组件包括至少正面透光的盖子。该盖子封闭可包括多个发光元件（示例性地，若干组分立的LED）的照明组件，发光元件围绕着光圈，从被拍摄场景接收的光线通过该光圈进入镜头。该盖子包含与镜头/光学器件的光轴大致对齐的窗口。窗口可以是透明的或者被构造和设置为选择性地过滤接收到的光。在窗口可提供非透明的光学特性的情况下，其可以阻止或允许离散波长范围的光通过，或阻止/允许离散方向的光通过，如偏光器。窗口还可以提供其它的光调节作用，例如全息漫射器。发光元件/LED还可以包括镜头，盖子或者介于发光元件和透光盖面之间的插片形式的光调节部件。该插片可以漫射或者过滤透射光，相对于整个照明部件上的不同发光元件可包括多个不同效果。照明部件可包括位于由盖子形成的井之内的电路板。电路板的后面与盖的后边缘隔开，与前板可拆卸地和密封地接合在一起。该隔开的空间为向前突出于前板面的镜头部件提供空隙。电路板的后部还包括与前板连接器可拆卸地接合在一起的连接器。在一个实施例中，前板的照明连接器是一个多针插座，且当照明组件与前板接合时，照明组件的连接器是和插座的插孔对齐且大致平行于镜头轴线的多个插针。该照明组件的后边缘设有垫片，且其通过多个穿过盖子上的底座并进入前板的紧固件被固定于前板。在一个实施例中，发光元件（如LED）布置为至少离散的四个灯组（Bank），该至少离散的四个灯组围绕光圈。说明性地，所述灯组的每一个包含一串LED，且可以在其四边上的每一个边上设置一个内侧灯组和一个外侧灯组。也可以将一对瞄准发光元件（例如激光二极管或LED）设置在光圈附近。LED（或其它发光元件）的排列是高度可变的。可以在不同的时间对不同的LED进行操作以获得不同的照明效果。例如，不同的LED灯组可以透射不同的可见或不可见波长的光。板上的LED/发光元件的结构可以改变，可为用户提供最适合其需求的照明组件而无需改变视觉系统处理器、传感器或外壳。当需要不同的照明配置时，可以很容易地移去当前的照明组件，并将不同的照明组件连接到外壳上。同样地，各种照明组件可以设置有不同光学特征的窗口以便镜头接收的光可提供所需的条件（如，滤过光，偏振光等）。照明包括电路，其基于，例如由视觉系统处理器通过互联提供的控制信号（例如，可启用，禁用和激活不同的LED灯组的离散的选通信号）选择性地操控LED/发光元件。

附图说明

下面的发明描述涉及附图，其中：

图1是根据示例性实施例的视觉系统的透视图，该视觉系统包括允许多个不同的镜头和照明组件结构可拆卸地连接的外壳；

图2是沿图1中的线2-2所剖解的外壳的侧面剖面图；

图3是根据示例性实施例的图1中的视觉系统的透视图，其中，外壳包括连接至其上的示例性M12型镜头；

图4是根据示例性实施例的图1中的视觉系统的透视图，其中，外壳包括连接至其上的液体型镜头；

图5是根据示例性实施例的图1中所示的视觉系统的透视图，其中，外壳包括连接至其上的示例性C-底座型镜头，该镜头由可选的保护罩组件覆盖；

图6是图1中示出安装至外壳前板的可更换照明组件的实施例的视觉系统的透视图；

图7是图6中的照明组件的侧视图，其所示为与外壳分离；

图8是图6中的照明组件的侧面剖面图；

图9是图6中的照明组件的侧面剖面图，其省略了半透明盖子；

图10是图6中的照明组件的后透视图，其示出外壳接线盒的相对位置；

图11是图6中的照明组件安装到外壳上的视觉系统的前视图；

图12是根据示例性实施例的图6中的照明组件安装到外壳上并具有不同照明配置的视觉系统的前视图；

图13是根据另一个示例性实施例的图6中的照明设备安装到外壳上并具有另一个不同照明配置的视觉系统的前视图。

具体实施方式

根据图1和2，详细示出了包括外部包装或“外壳”的视觉系统。外壳100可由聚合物、金属、复合物或根据普通技术的不同材料制成。在实施例中，视觉系统包括前板部分110、主体部分112和后端部分114。使用四个位于前板110的井内且与后端部分的螺纹孔接合的螺栓116，将前板部分（或“前板”）110连接至主体112和后端部分114，从而抵着垫圈118将三部分压在一起，垫圈可密封外壳防止湿气或其它外界环境介质的渗入。外壳的结构在改变的实施例中有很大的不同。例如，外壳可被构造为具有成为整体的或一体的后端和主体部分或一体的前板和主体。同样地，可以使用其它的固定技术，例如在两部分之间使用夹钳或夹子。

在此实施例中，螺栓116位于临近近似矩形截面外壳的四个角中的每个角的位置处。每个螺栓116的前端部包含各自的螺纹井，其可允许使用螺纹固定装置连接附件，或者将外壳本身连接至底安装面。外壳100的内部支撑着图像传感器212（图2），图像传感器被设置为，作为每个图像像素的阵列，获得每个图像帧。在一个实施例中，传感器阵列是CMO传感器212（也称为“成像器”），其获得像素数据形式的图像数据。设置玻璃盖210保护传感器阵列212。传感器212安装在印刷电路板250上，如所描绘的，该印刷电路板固定在接近外壳的前端。传感器电路板250还示例性地包括处理电路（如数字信号处理机DSP），其从传感器阵列212接收像素数据并根据非易失性计算机可读程序指令和/或固件指令对数据执行不同的视觉系统处理。传感器电路板250连接各种的电源、控制和位于外壳后端114内的电路板220上的其它相关的电路组件。在此实施例中两个板部件220、250示例性地通过多芯电缆连接。其它电路装置和连接是可明显预期的。例如，在另一个实施例中，VSoC装置（前面已描述）可用于执行图像获取和处理。后端部分114（和/或外壳体的其它部分110、112）由铝制成，从而可作为散热器来帮助外壳内的电路产生的热量的散失（下面进一步描述）。

外部连接器130（或者多个连接器）设置于外壳100的后侧用于提供电源、数据和/或其它接口功能。连接器可操作地连接至电路板220。后端还设有外部状态和控制面板140，用于为用户提供状态显示和视觉系统操作的反馈（例如，指示符号是否被正确地识别和解码）。在外壳100的此位置处或其它合适的位置处还设置有适合的通断开关和其它的接口按钮。

传感器212的平面垂直于外壳100的纵向轴线230（也就是相机轴线）。它位于通向前板110中央区域内的光圈150的空间240内。空间240由封闭壁242（具有能限定矩形截面管筒的相对平坦的侧面）限定，并提供有用于传感器212的间隙。壁242从台阶面244延伸至传感器电路板250的表面。从台阶面244到传感器平面的距离DS大约为6毫米。光圈150由外台阶152和更窄的内台阶154限定。每个台阶如下面所述设置螺纹。特别地，外台阶152限制了大约25.4毫米(1英寸)的直径DOS和大约5毫米的深度LOS(沿着轴向)。同样地，内台阶154限定的直径DIS大约为12mm。外台阶152是每英寸32螺距的内螺纹（TPI），内台阶154的内螺纹螺距是0.5mm。总之，台阶的位置和空间的尺寸被构造和设置为适合于此处使用的每种类型镜头的焦距。

在一个实施例中，前板部件110由金属制成（例如模铸铝合金），其使用合适的机加工工艺完成。铸件包括前述的凹口152、154以及其它的用于镜头和其它内部组件的支撑结构（也就是壁242、251、252）。特别地，支撑壁242（等），其接触和/或围绕传感器电路板250，用于帮助从电路板250和它的相关组件排出热量并进入外壳结构内，从外壳结构内热量散失到周围的空气中。在改型的实施例中，支撑结构的布置和构造可以改变。总之，相对于制造前板110使用的材料，在这种支撑结构中使用的壁的厚度选择为可提供足够的结构强度。沿着其前面164，前板部件110包括多个可被内螺纹至任何适合尺寸的螺纹孔160，从而接收相应螺纹的螺钉（下面描述）。可使用这种螺钉将多个配件和附件连接至前板。

应注意的是，方向性术语例如“前、后、上、下、顶、底、右、左”，以及它们的变化或同义词，仅应当被认为是相对习惯，不作为结构相对于重力方向的绝对的方向指示。

特别地根据图1，前板部件110的面164设有一对连接插座170和172，各自朝向光圈150的右方和左方（从前面观察）。两个插座包括各自的连接器，它们与系统的处理器电路（即250和220）连接。右边的插座170用于操作液体镜头的光学件（以下进一步描述）。左边的插座172用于连接和操作通过螺纹孔160直接连接至前板或可被单独安装的照明组件。在下文中将详细描述该照明组件。

光圈150的周边180设置有环形弹簧部件182，弹簧部件具有一对直径地对立、径向地朝向内的定位肩184。弹簧部件182通过螺接入孔（图5中的502）的相对的螺钉186（在此实施例中为M2螺纹）被可拆卸地固定至正面164。在一个实施例中，螺钉186之间分开的距离（中心距）大约28毫米，通过相机轴线（230）。如下面进一步地描述，可拆卸地弹簧部件被构造和设置为保持液体镜头部件。

可以预期使用者接受具有用于保护光圈和传感器的端盖（未显示）的外壳100，且使用的镜头及照明组件是单独购买的，如下面进一步描述的那样，使用者以简单直接的方式连接镜头。可选地，制造者可将镜头和/或照明组件设置在外壳上。两种情况下，都有很大的镜头选择范围。

已经根据示例性实施例描述了外壳100和前板部件110的基本结构和功能，现在对与外壳连接的不同类型镜头的使用做进一步地描述。参考图3，根据实施例，外壳110设有附加的M12镜头310。作为非限制性的示例，镜头是市场上可买到的具有传统的M12螺纹基座的M12镜头。镜头的外螺纹固定至更窄、更内部的台阶154的内螺纹，并阻止其进一步地向内旋入，通常使用埋头螺母320将其锁定在适当的位置，在连接至前板部件110前埋头螺母首先被螺接到镜头310上。使用的埋头螺母320可由制造者（或其它人员）使用粘结剂或其它固定技术沿着镜头粘贴在适当的位置。这可确保当镜头被紧固至位置（例如由使用者）以与台阶154的正面430形成所示的紧密接合，它还被固定在与传感器的图像平面相距合适、预定的距离处。因而镜头310被锁定在与传感器212的平面相距预定的偏移距离处（以提供合适的焦距）。可选地，使用者设法改变镜头的安装位置时，埋头螺母可不固定至镜头螺纹，并由使用者（或其它人员）反向旋转以固定镜头至期望的位置。

镜头的前端设置有径向朝外的环330，其与任选的、截头圆锥体形状的塞子（未显示）的内周接合。塞子保护镜头前端和外台阶152之间的光圈150的区域，并避免无意地松动或重新调整紧固的镜头/锁紧环310/320，并防止污物和湿气渗入。塞子可由弹性材料构造，且可拆卸地压入到C型底座的内螺纹与其配合。在一个可替代的实施例中，塞子相对于外壳前板部件110可使用不同的固定系统，例如夹子或接合螺纹。

显然连接和分离示例性的M12镜头310相对地简单，并且对于内台阶154和（可选地）外台阶152仅需螺纹旋转很少的组件。因而，使用者或制造者可由一些现有的组件按意愿组装M12镜头视觉系统。同样地，如果使用者需要基于C型底座镜头的视觉系统，外壳可如图5所示组装（详情如下）。

根据示例性实施例，前板装置110也被构造和设置为安装液体镜头组件410，如图4以示例的方式所示。示例性液体镜头810可基于市场上能够买到的液体镜头组件420，购于法国Varioptic SA。液体镜头组件420安装在外壳层/外壳430内，通过前面所述的弹簧肩184固定在适当的位置。可以明确可为液体镜头使用不同的压持装置。例如，外壳可设置有接合外台阶152的螺纹的C型底座。弹簧保持镜头部件的优点是允许把连接器电缆450定位在恰当地通向插座170的位置（其中电缆的连接器450在图4中显示是连接的）。应注意的是插座和连接器可以是任何可接受的提供足够连接以控制镜头的多针装置。

在图5所示的另一个示例中，示例性C型底座镜头510的外螺纹底座被螺纹连接至外台阶152的内螺纹上（见图1）。该镜头的底座已被紧固，这样其后肩（未示出）便与光圈150的周边180接合（仍见于图1）。

在图5中展示的C-镜头可选择地被保护罩（或盖子）组件512覆盖，主要地保护其免于遭受灰尘/污染物和湿气的进入，还能防止在镜头设置被无意地改变。保护罩组件包括覆盖正面（图1中的164）的垫片板520和上覆的保护罩底座530。垫片板520和保护罩底座530设有通孔，该通孔露出每一个装配螺栓116的中心螺纹孔（图1中的120）。这就允许系统可按上面所描述的那样安装或者接收保护罩基座530之上的附加附件。因而在这种配置下，垫片板520和保护罩基座530覆盖和密封插座（170，172）。在可替代的实施例中，插座170和172或其中之一能够通过垫片板520和保护罩基座530外露。保护罩基座530和垫片板520被固定在前板组件110上，前板组件110通过四个螺钉（未示出）受压固定，所述螺钉螺纹接入在前板部件110上形成的螺钉孔160内。在这个实施例中，保护罩基座530在每个螺纹孔160附近埋头以接纳相应形状的机器螺钉。固定保护罩基座530和（可选的）垫片板520的不同的螺丝钉或者其它任何固定装置可用于可替代的实施例中。保护罩基座530的前环532接收覆盖在镜头510上的保护罩体540。该保护罩体540能被构造为单独的一段，或者几段（例如示出的主休和凸头）。其可通过螺纹连接或其它的固定装置固定至环532上。

显然地，每一个液体镜头设置的结构和各种直接安装的镜头组件的用途在属于同一受让人的，美国专利申请中有更详细的描述，序列号[代理人案号119/0115-S/N待提供]，名称为具有用于多种镜头类型底座的相机，由Laurens Nunnink发明，并且示教的内容作为有用的背景技术信息通过引用明确地并入本文中。

明显地，在图5的配置中，液体镜头连接插座170和照明组件连接插座172均被保护罩部件512封闭，以及成像场景的照明与外壳分离。在可替代的实施例中，照明插座172可以通过保护罩组件显露出来以与电缆和远端（或附加）的照明器互连。在上面所述的其它示例中，该系统允许沿着根据示例性实施例的外壳100的正面164使用可更换的，直接附加的照明部件。现在将对这些实施例进行更深一层的详细描述。

参考图6，根据示例性实施例，上述外壳100包括连接至前板组件110的正面（164）的可更换照明组件600。该照明组件600包括透明的或半透明的盖子610。该盖子可由任何可接受的材料制成，例如聚碳酸酯，丙烯酸，诸如此类。其可以是透明或者有色的，且至少沿其内表面或外表面的一部分具有光滑或有纹理的（如磨砂的）表面。该盖子610的厚度可以是恒定的或者可以改变，例如，2-7毫米的厚度。盖子610的中心区域是以相机轴（图2的230）为中心的略带锥度的凹槽612，其可允许一种视场，使镜头所拍摄的场景不被遮蔽或遮挡。所下所述，凹槽612向后通向可保护镜头并允许使用各种滤光器的窗口828（见图8）。注意上述M12镜头310在此例子中被使用。然而，各种相似大小的和已经安装好的镜头类型，以及上述液体镜头可与示例性照明组件600一起置于外壳100中。总之，根据实施例，任何满足规格适合安装于示例性照明组件下部的镜头可在视觉系统中使用。

该盖610限定出正面614和向前延伸的侧壁结构616。该侧壁结构616在衬垫接口620处与外壳的前板组件110的正面164接合。由于盖子被完全密封成一个表面没有任何孔的整体结构，因此该衬垫620可维持密封防止系统受到环境污染。该盖子通过在四个（或其它数量）位置穿过从侧壁结构616延伸出来的底座624的多个螺钉（或其它固定件）622被固定于前板组件110的正面164。该底座622和相关的紧固件620与上述的小孔160是对齐的。在这个实施例中，该侧壁限定出在拐角处具有锯齿形缺口630的多个面的多边形形状，为盖子的底座624和前板组件的螺栓116提供空隙。以此方式，该螺栓对安装系统（通过螺纹孔120）是放开的，以允许带有附加照明组件600的外壳被连接。在可替代的实施例中，可设置盖子610以便将螺栓116覆盖，且如果需要的话，可使用夹子或其他合适的连接装置将其连接至安装系统。

进一步参照图7-9，其示出了与外壳100分离的照明组件600。所示电路板650包含于盖子610内，因此多个发光元件（例如本实施例中的高输出LED652）可向前伸出以将可见光（和/或其它波长的光）透过盖子610的正面614传输至所拍摄的场景。图7描绘了照明组件600的侧视图。图8和图9分别描绘了带有盖子610和将其省略的照明组件600的剖面图（为了进一步表达清楚）。该盖子包括由向后延伸的壁710所限定出的容器，其大致为矩形的盒子。该壁可拆卸地固定卡扣保持器，该卡扣保持器具有位于外袋壁710内的内锥形/后锥形壁870（见图8）。该锥形壁870向后延伸以与凹进窗口820的正面接合。该窗口可使从被照明的场景接收到的光进入镜头。明显地，该窗口可由多种材料制成（如玻璃，高分子聚合物，像聚碳酸酯或者丙烯酸，诸如此类）。这些材料可以是透明的和/或能透光的，或者可包括填充物和/或涂料（或遮盖物），比如有滤光或传输光的效果。这样，可利用所期望的方式对通过镜头接收的光进行调整来提高获得的图像的某些特质。在各种实施例中，可将窗口820设置为以偏振滤光器或者全息漫射器的方式允许某些方向的光穿过。其还能有选择地过滤掉或允许离散的波长范围的光通过，比如一些可见颜色光或不可见紫外线或者红外线。期望的是，制造者或用户可随时更换窗口820以获取想得到的过滤效果。嵌入保持器和旧窗口被移走，并由新的窗口取代，以实现变化。该窗口也可以（或可替代地）包括当需要时能提供失真的（或其它）光学效果的镜式（lensmatic）形状/几何图形。如上所述，任何滤光器或图形可与窗口构造为一体，或作为单独部件与窗口配合使用。

窗口820的后侧与O型环接合，该O型环相对于容器的壁710将窗口密封，防止外界环境的污染物和湿气进入。可通过与外壳的正面接合的各种机构，例如紧固件、夹子或垫片，将电路板650相对于盖子610固定于适当的位置，且当将螺钉622拧入外壳面164上的孔160时，迫使板650向前。

如所示，电路板650的后侧包括各种表面安装部件，这些部件驱动设置在前板上的LED并控制整个阵列中的各种LED的操作，以基于外壳中的处理器的控制在预定时间驱动选择的LED元件或元件组。在下文中将进一步描述该控制。

如图9所示，外壳的正面包括环绕着凹槽612的半透明的插片920，其可包括一漫射的表面处理。例如，该插片的一面或两面可包括带有磨砂表面处理的聚乙烯或聚酯薄片。在示例性实施例中，插片（insert sheet）920是可选择的，其有助于在传播和漫射从离散的LED元件发出的光。该薄片可以被任意着色或者提供有各种滤光特征，以防止/允许某些波长的可见光和不可见光通过。可选择地，该插片可以包括能提供偏振光照明的或其它专业的灯光效果的偏光器。该插片可提供各种效果，该效果随着整个照明部件上的发光元件或灯组的不同而可选择地变化。例如，部分插片可以是透明的，而其它部分可包括滤色镜。根据各种实施例，使用可更换照明组件可提供多种选择，选择过滤/漫射的插片是许多选择的其中之一。

参考图10的后透视图，示出了电路板650后侧的各种驱动器，控制电路和处理器1010。这些电子部件的设置，连接性和功能是高度可变的，可以根据普通技能使用传统的部件和/或常规的程序设计技术来实施。如所示，电路板650通过紧固件（自攻丝螺钉1030）被固定在盖子610上，所述紧固件安放在盖子610的内表面上形成的模制井840（在图8中被清晰地示出）内。该井840和关联的紧固件1030被置于与盖子610的斜对角（锯齿形缺口630）相邻的两个位置。在可替代的实施例中，紧固件的数量和位置是高度可变的。一对间隔柱子（也可用于接收紧固件）被置于与盖子610的另外两个斜对角相邻的位置处。该井840和柱子1020提供了一个介于电路板650和关联的LED和盖子正面614的内表面之间的间隔（也就是间距）。该间距是高度可变的。在一个实施例中，该间隔介于大约1到4厘米。其阻止LED直接接触盖子的表面并允许从每一个LED投射的光线在到达漫射器920之前传播。应注意，除了（或作为选择）插片920，一个或多个LED/发光元件可包括提供理想照明效果的上覆镜头或盖子（如极化，波长过滤，漫射等等）。

还是参考图10的后透视图，如图所示电路板650包括一个放大的中心圆形光圈1040，该圆形光圈1040可使来自凹进的窗口820的光畅通无阻地进入外壳上的镜头部件。板650上的电路走线（未图示）被构造和设置为与板650反面上的各种电路部件和LED互连。明显地，两个外壳连接器170和172都包括在图10内。如上所述，在连接时，液体镜头控制连接器170被绑定到液体镜头元件。在电路板650的后面，介于后边缘（垫圈620）和电路部件1010之间的空间1050有足够的深度、高度和宽度以容纳液体镜头组件和/或M12镜头组件或任何其它所期望的镜头组件（其整体突出于外壳面164）。在示例性实施例中，相对的照明组件连接器172限定了一个十针插座。该插座包括相关联的母插口450（图4示）。五个这样的插口被构造和设置为可拆卸地接收五个细长的公钉1060的其中之一（在图8和图9以虚线示出），所述五个细长的公钉从电路板650后面上的接线底座1062向后伸出。该插针1060多方面地给电路板650的电子部件提供电源和控制信号（如数字控制数据）。在示例性实施例中，至少有两个插针提供电源，剩下的插针提供数据/控制。插针1060（和相关的母插座插口）的数量和安装是不断变化的。在可替代的实施例中，可使用少于五个插针，且所使用的插针与插座的相关插口对齐。换句话说，四个插针可连接到五个接头插座中的四个。同样地，在需要附加连接的情况下，可使用五个以上的插针与插座172的相关插口互连。在进一步可替换的实施例中，不同的连接器装置，例如DIN连接器，可以用于使照明组件与外壳可拆卸地互连。

插针1060向后伸出盖子610的后边缘（垫片620）的长度LP（见图8）是高度可变的。通常，可改变长度LP以使得当照明组件通过螺钉622被固定到外壳面164时插针完全地进入各自的插孔中。在可替代的实施例中，插座172可以从外壳面164向外（向前）伸出，插针（或其它连接器）可以被凹进盖子后端封闭区域的空间1050内。并且，尽管照明组件包含公连接器元件，外壳100包含母连接器元件，但明显地可设想公元件可以包含在外壳中，而母元件可以包含在照明组件中，或者每一个部件可包含公元件和母元件的组合。同样地，在可替代的实施例中，一些或全部的连接可用无性接头实现。

现在参考图11，其示出照明组件600和关联的盖子610相互连接的外壳的前视图。在这个实施例中，组件600包含四个外线或“灯组”1120、1122、1124和1126（每个中有六个LED652），其分别设置在组件前视图的上，右，下和左（也就是北，东，南和西）象限的。每一个灯组中的LED数量是可变化的，较多的或较少的LED可以提供给一些或全部的灯组。同样地，灯组在电路板上的数量和位置是可变化的。虽然每一个灯组1120、1122、1124、1126的LED可排列为近似一条直线，然而在可替代的实施例中，LED的灯组可以非线性地排列（如弧形）。

第二组LED652即内侧灯组1140、1142、1144和1146分别接近于并在外侧灯组1120、1122、1124和1126的内侧。在内侧灯组中的LED是作为一行三个相互间隔的元件提供的。在可替代的实施例中，排列可以成非线性，每一个灯组可以被提供更多或更少的LED。同样地，内侧灯组在板650上的数量和其布置是高度可变的，例如，在顶部和底部或左边和右边的内侧灯组可以被省略。外侧灯组可以包含具有一定的离散颜色或波长（例如不同于内侧灯组的可见的、红外线或紫外线）的LED。可替代地，外侧和内侧灯组可分别包含相似的LED类别，当需要或多或少的光强度时，二者可交替使用或共同使用。换句话说，当需要更加强烈的照明时，两组灯组同时使用。另外，当获得图像时，可递增使用灯组。也就是说，外侧灯组首先被照明，接着是内侧灯组以便使用两种不同形式的照明获得场景的图像。说明性地，照明组件600内的处理部件通过与外壳（插针1061和插座722）的连接接收数据和控制信号，所述数据和控制信号是由视觉系统中的（外壳中的）板上处理器和/或与其连接的远程处理器提供。该系统处理器包括生成用于组件600的照明命令的程序指令。基于视觉系统程序和/或来自已获得的图像的反馈，该系统处理器可指挥LED（或其他发光元件）的不同灯组的照明。这样就可以给成像物体表面提供不同角度的照明（如高或低角度照明），或者提供不同的波长或强度。该照明组件的控制电路示例性地接收离散选通信号，其可使选择的灯组和/或灯组内的离散LED发光或不发光。以这种方式，系统只操控可用的灯组。这还可允许与在不同照明效果下获得的一个或多个图像相一致的不同照明模式的顺序被定时。例如，系统可命令只有左边和右边的外侧灯组照明T1毫秒。然后所有的内侧灯组照明T2毫秒。在照明期间（T1，T2）内，系统可因此获得一个或多个场景的图像。

照明组件还包括示例性地由两个由激光二极管组成的对准发光元件。可替代地，有能力在合适的扫描距离发射瞄准点的聚焦LED1150或其它光源可用作对准发光元件。这些瞄准点提供其有离散色彩（如红色）的投影点，该投影点可帮助用户在实际获取图像之前将镜头轴指向将要被拍摄的物体。

明显地，可由视觉系统对灯组和/或灯组内的离散LED独立进行寻址的程度以及照明组件的处理电路是高度可变的。如下面进一步描述的那样，本实施例中的可更换照明组件600有利地允许不同类型的LED、灯组的布置、灯组中的离散LED的寻址模式。用户获得最能满足需要的照明组件。更普遍地，图像采集过程中变化的照明模式的使用通过实例的方式在属于同一受让人的，由Sateesha Nadabar发明的，名称为“用于运用多重图像帧的阅读模式的系统和方法”的美国公开专利申请号US2009-0121027A1中被描述，并且示教的内容作为有用的背景技术信息通过引用并入本文中。

如上所述，该照明设备有利地允许用户选择最适合其需要的照明配置，而无需改变整个视觉系统。这还可有利地使制造者保留库存的可与单一的外壳单元相互操作的各种照明组件（具有不同的配置）。由于外壳在不考虑照明配置（或缺少）的情况下可以出售，因此这样可以降低库存成本。在照明永久性的安装到外壳的情况下，制造者一般保留一批几种不同型号的单元。如果其中一些单元不是受欢迎的配置，则其好多年部无法被售出，但是如果用户需要这种特定配置则仍需将其保留。通过提供独立的，可更换的照明组件，可无需考虑照明便可出售昂贵的视觉系统外壳，（相对）较低成本的照明组件可留在库存中。此外，根据示例性实施例，使用可更换的照明组件可允许较容易地定制照明配置，而无需定制整个视觉系统。这种定制可使用特别适合用户需要的LED（或其它照明部件）装置。可替代地，制造商可囤积多个不同的组件，每种组件都有不同的，常用的照明配置。

例如，参考图12，照明组件1200是以电路板650，盖子610（为了清楚起见，本图中将其省略），垫片620以及其它上述照明组件中的通用部件（也就是，该图中相同的标号表示相同的部件，如图6所示）为基础的。由于用户不需要用这些灯组来实现成像目标，因此已对组件1200进行了修改以省略内侧灯组（1140、1142、1144、1146）。相对于上述功能齐全的组件600，示例性组件1200对用户来说可能是最便宜且较简单的。可对视觉系统处理器和/或组件1200的处理电路进行配置以便识别内侧灯组的省略，并取消这些灯组的所有功能。这些配置和识别可利用常规的硬件和软件技术来完成。

图13示出了用于示例性实施例的视觉系统的照明组件1300的进一步的示例。在这个示例中，内侧灯组1140、1142、1144、1146和瞄准LED1150被省略。相对上述示例而言，已对外侧灯组1320、1322、1324和1326进行了修改以省略相对端的LED，如此便可创建每一个都具有四个LED652的四个灯组。相对于上述组件600、1200，该配置可为某些应用降低照明强度。在可替代的示例中，每一个灯组m1336中的LED可被宽阔地隔开。

上面提供的例子例证了此处所期望的可更换照明组件的广泛的照明配置。有利地，示例性实施例的视觉系统可用一个外壳容纳多种照明组件配置。这些配置包括多种不同的LED放置方式和灯组的布置。同样地，基于电路板的结构（如驱动器和电路走线）和系统处理器的程序设计以及组件的处理电路，离散LED（或其它发光元件）的可寻址能力可有很大变化。同样地，该示例性外壳可让如此广泛变化的照明组件可拆卸地与外壳匹配，外壳可安装多个不同的镜头类型和/或光学性质。合成的视觉系统是高度通用的，所以能降低制造者和用户的成本，并支持镜头和照明的售后升级和修改（如重新给系统分配不同的作用），而无需获得整个新的视觉系统。

前面已经详细描述了本发明的示例性实施例。在没有脱离本发明精神和范围内可以进行不同的改变和添加。上面描述的每个实施例都可以与其他的实施例结合以提供更多的特征。而且，虽然在前面描述了本发明的装置和方法的多个独立实施例，但此处描述的内容仅作为本发明原理的示例性运用。例如，当在照明设备和外壳之间提供一个固定的连接器时，可以很清楚地预期，连接线可以互连照明设备和外壳。该连接线可以可拆卸地连接至外壳和照明组件或其中之一。另外，当在这里所描述的发光元件是普通的LED时，很清楚地可以想到，除了描述的LED，其它类型的发光元件可以用来替代或使用。例如，也可使用气体放电元件、白炽灯泡、日光灯泡等。同样，尽管用术语电路板来一般地描述整个照明组件中的照明部件，但很清楚地可以想到，另一种构造可用来安装LED或其它发光元件（如插座构造），且一些或全部的驱动和/或其它处理电路可以位于此结构或者设备内的其他位置上。此外，可以设想，在这里提供的任何电子控制、数据和其他功能可利用电子硬件、包含非临时性计算机可读介质的程序指令的软件，或者硬件和软件的结合来实现。一些或全部的图像处理部件可以安装到远离外壳附件的位置，外壳包含上述照明组件，光学器件和传感器，通过适当的物理（如有线的）或无线连接和处理部件互连。因此，这些描述仅被作为示例，而不限制本发明的范围。

Claims (18)

1.一种用于视觉系统的可更换照明组件，所述视觉系统具有一外壳，其封闭光学器件和一感应器，所述感应器接受来自所述光学器件的光，所述可更换照明组件包括：

具有透光面的盖子，所述透光面限定了盖子的前向外表面，所述盖子至少部分封闭具有多个发光元件的照明部件，所述盖子包括窗口，光通过所述窗口进入所述光学器件，所述发光元件设置为在围绕窗口的位置指引光穿过透光面，其中所述照明部件通过至少一个紧固件固定至所述盖子，其中所述盖子包括多个侧壁，所述多个侧壁限定多个面的多边形形状；

紧固组件，其可拆卸地将所述盖子的至少两个拐角固定于外壳上；和

连接器组件，其可拆卸地将控制所述发光元件的处理电路互连至所述外壳，以至于来自所述外壳的控制信号和电源被传送至所述照明组件。

2.如权利要求1所述的可更换照明组件，其中，所述连接器包括多个从照明部件向后延伸的插针，其被构造和设置为可拆卸地插入置于所述外壳上的插座的插口。

3.如权利要求1所述的可更换照明组件，其中，所述发光元件包括设置于所述窗口周围位置上的灯组中的LED。

4.如权利要求3所述的可更换照明组件，其中，所述照明部件包括处理电路，其被构造和设置为在选定的时间对LED的至少一部分进行操作以产生所期望的照明效果。

5.如权利要求4所述的可更换照明组件，其中，所述灯组被设置为包括相对于窗口更远的外侧灯组和相对于窗口更近的内侧灯组。

6.如权利要求5所述的可更换照明组件，其中，所述LED的至少其中之一能够投射与其它LED投射的光的波长不同的光。

7.如权利要求5所述的可更换照明组件，其中，所述照明部件包括接近所述窗口的对准发光元件。

8.如权利要求1所述的可更换照明组件，其中，所述紧固组件包括多个与所述外壳正面的螺纹孔接合的螺纹紧固件。

9.如权利要求1所述的可更换照明组件，其中，所述外壳被构造和设置为可拆卸地安装具有多个不同安装底座类型的镜头，且当被安装时，所述照明部件被定位，以为每一个镜头提供空隙。

10.如权利要求9所述的可更换照明组件，其中，所述照明部件包括电路板，其与所述外壳的正面隔开。

11.如权利要求10所述的可更换照明组件，其中，所述镜头包括液体镜头，所述液体镜头具有位于正面上且与相对于所述外壳定位的连接器电互连的液体镜头部件。

12.如权利要求1所述的可更换照明组件，其进一步包括位于所述盖子的透光面和所述发光元件之间的插片，所述插片能够调节从其穿过的光。

13.如权利要求1所述的可更换照明组件，其中，所述窗口被构造和设置为以下其中之一：(a)选择性地过滤预定波长的光或允许其通过；和(b)选择性地阻挡预定方向的光或允许其通过。

14.如权利要求13所述的可更换照明组件，其中，所述窗口包括偏振镜和全息漫射器之一。

15.如权利要求1所述的可更换照明组件，其中，所述照明部件的发光元件被设置在第一照明机构中，其进一步包括：

具有透光面并且能够与所述盖子更换的第二盖子，所述第二盖子封闭在第二照明机构中具有多个发光元件的另一个照明部件，所述第二盖子包括另一个连接器部件，其将控制第二照明机构中的所述发光元件的所述处理电路可拆卸地互连到所述外壳，其中所述另一连接器部件固定至第二盖子。

16.如权利要求1所述的可更换照明组件，所述连接器组件进一步包括将来自所述外壳的电能提供给照明组件的第一连接器元件，以及将来自所述外壳的控制信号提供给照明组件的第二连接器组件。

17.如权利要求1所述的可更换照明组件，其中所述多个侧壁限定了面向视觉组件的后向凹槽，以至于所述连接器组件能够连接至对应的外壳连接器。

18.一种用于视觉系统的可更换照明组件，所述视觉系统具有一外壳，其封闭光学器件和一感应器，所述感应器接受来自所述光学器件的光，所述可更换照明组件包括：

具有透光面的盖子，所述透光面限定了盖子的前向外表面，所述盖子至少部分封闭具有多个发光元件的照明部件，所述盖子包括窗口，光通过所述窗口进入所述光学器件，所述发光元件设置为在围绕窗口的位置指引光穿过透光面，其中所述照明部件通过至少一个紧固件固定至所述盖子，其中所述盖子包括多个侧壁，所述侧壁限定多个面的多边形形状；

紧固组件，其可拆卸地将所述盖子的两个拐角固定于外壳上；和

连接器组件，其可拆卸地将控制所述发光元件的处理电路互连至所述外壳，所述连接器组件包括将来自所述外壳的电能提供给照明组件的第一连接器元件，以及将来自所述外壳的控制信号提供给照明组件的第二连接器组件。