CN106483734B - 照明组件 - Google Patents

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Abstract

提供一种与光源和照明目标一起使用的照明组件。第一聚光器可被设置成从光源接收并且引导光。第一漫射器可至少部分地被配置于第一聚光器与照明目标之间。该第一漫射器可被配置成漫射由该第一聚光器引导的光的至少一部分以在照明目标上提供第一照明图案。

Description

照明组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年6月26日提交的美国临时专利申请号62/185,539的优先权。
有关联邦赞助的研究或研发的声明
不适用。
技术背景
本技术涉及对照明目标的照明，并且更具体地，涉及用于照明成像系统的照明目标的组件。
在成像以及其他系统中，利用高质量照明图案对目标进行照明可以是有用的。例如，机器视觉系统可以被配置成捕捉物体或工艺的图像、分析图像以识别相关特性、动作等等，并且基于图像分析来指示各种装置(例如，制造或分类装置)。在这个背景下，所使用的照明图案的质量可以直接影响所捕捉的图像的质量并且藉此影响所得的图像分析的实用性和准确度。因此，存在用于机器视觉系统以及其他系统的高质量照明组件的需求。
传统的照明组件可以包括裸照明组件，其中照明从光源被提供至照明目标，而没有介于中间的漫射器或其他二次光学器件。裸照明可以形成具有高斯(或类高斯)强度分布的大体上圆形的照明图案，使得照明图案的中心区比边缘显著更亮。这会导致低的光效率，因为来自光源的光的显著一部分会落在相关区(例如，相关联的成像装置的视场)外。类似地，在给定强度分布的不均匀性的情况下，可能需要相对强的光源或者相对大量的重叠光源来用足够强烈的照明覆盖相关区(例如，成像装置的视场)。
传统的照明组件还可以包括与二次光学器件(诸如非球面透镜或者自由形式透镜)结合的光源。然而，传统的二次光学器件系统实现起来可能是困难的并且昂贵的。进一步，使用传统的二次光学器件还会导致低的光照效率，并且可能不会产生用于某些应用的合适的照明图案。
技术概要
本技术的实施例通过提供改进的照明图案，包括具有相对大面积的相对同质的照明以及相对低入射的光照(lighting)“热点”的照明图案来克服现有技术的缺点。
因此，某些实施例包括一种用于将光从第一光源引导至照明目标上的照明组件。第一聚光器可被设置成从该第一光源接收光。第一光楔可至少部分地被设置于第一聚光器和照明目标之间。第一漫射器可至少部分地被设置在第一光楔和照明目标之间，并且可通过第一空气间隙与第一光楔隔开。第一聚光器可至少部分地准直从第一光源接收的光。第一光楔可朝向第一漫射器弯曲至少部分地准直的光。第一漫射器可以漫射由第一光楔弯曲的光的至少一部分以在照明目标上提供第一照明图案。
某些实施例包括一种与具有透镜组件的机器视觉系统一起使用以将光引导至照明目标上的照明组件。第一聚光器可被设置成从第一扩展光源接收并且引导光。第一漫射器可至少部分地被设置于第一聚光器和照明目标之间。第一漫射器可被配置成漫射由第一聚光器引导的光的至少一部分以在照明目标上提供第一照明图案。
某些实施例包括一种与具有安装框架以及具有透镜轴的透镜组件的成像装置一起使用以将光引导至照明目标上的照明组件。光源布置可以由安装框架支撑并且可以至少部分地围绕透镜轴。聚光器阵列可以被设置在光源布置和照明目标之间，可以由安装框架支撑，可以至少部分地围绕透镜轴，并且可以包括准直器阵列，以及楔阵列。漫射器阵列可以被设置在聚光器阵列和照明目标之间，并且可以通过空气间隙与聚光器阵列隔开。准直器阵列可被布置成接收并且至少部分地准直来自光源布置的光。楔阵列可以被布置成使得来自准直器阵列的光被引导朝向漫射器阵列。漫射器阵列可被配置成漫射来自准直器阵列的光的至少一部分以在照明目标上提供重叠的照明图案。
对于前述和相关的目标的实现，本技术则包括下文中完整描述的特征。以下描述和所附附图详细阐述了本技术的多方面。然而，这些方面只表示能运用本技术原理的多种方式中的一小部分。通过结合附图参考对本技术的以下详细描述，本技术的其它方面、优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示例机器视觉系统的示意图；
图2是具有根据本公开的某些实施例的照明组件的与图1的机器视觉系统一起使用的成像系统的部分界面图；
图3是与图2的照明组件一起使用的集成聚光器主体的前、俯视、左立体图；
图4是使用与图2的照明组件类似的照明组件的目标照明的示意图；
图5是如由图4的照明组件提供的图4的目标上的照明图案的示意图；
图6是使用根据本公开的某些实施例的另外的照明组件的目标照明的示意图；
图7是如由图6的照明组件提供的图6的目标上的照明图案的示意图；
图8是使用根据本公开的某些实施例的又一照明组件的目标照明的示意图；
图9是如由图8的照明组件提供的图8的目标上的照明图案的示意图；
图10是根据本公开的某些实施例的又一照明组件的部分示意图；
图11是根据本公开的某些实施例的进一步照明组件的部分示意图；
图12A是与类似于图2的照明组件一起使用的一组透镜阵列的示意图；
图12B是与类似于图2的照明组件一起使用的另一组透镜阵列的示意图；
图12C是与类似于图2的照明组件一起使用的又一组透镜阵列的示意图；
图13是根据本公开的某些实施例的附加照明组件的部分示意图；以及
图14是根据本公开的某些实施例的又一附加照明组件的部分示意图。
虽然本技术容许多种修改和替代形式，但其具体实施例将通过附图中的示例示出且将在本文中予以详细描述。然而应当理解，本文中对具体实施例的描述并不旨在将本技术限于所公开的特定形式，相反，其意图是覆盖落在如所附权利要求所限定的本技术的精神和范围内的所有修改、等效方案以及替换方案。
技术的详细描述
现在参考附图描述本技术的各个方面，其中在若干视图中相似的附图标记对应于类似的元素。然而应该理解，下文所涉及的附图和详细描述并不旨在将所要求保护的主题限制为所公开的特定形式。相反，本发明是要涵盖在所要求保护的主体的精神和范围之内的所有修改、等效方案和替换方案。
如此处所使用的，术语“部件”、“系统”、“装置”等旨在指硬件、硬件和软件的组合、软件或者是执行中的软件。本文中所使用的词语“示例性”意味着用作示例、实例、或说明。在本文中描述为“示例性”的任何方面或设计并不一定被解释为比其他方面或设计优选或有优势。
此外，所公开的主题的诸方面可以通过使用标准编程和/或工程技术和/或编程来产生软件、固件、硬件、或其任何组合以控制基于电子的装置实施在此详述的诸方面而被实现为系统、方法、装置或制造品。
除非另外指定或限制，术语“连接”和“耦合”及其变体被广泛地使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支承和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。如本文中所使用的，除非另有明确表述，“连接”是指一个元件/特征直接或间接地连接到另一元件/特征，并且不一定是电学地或机械地。同样地，除非另有明确表述，“耦合”是指一个元件/特征直接或间接地耦合到另一元件/特征，并且不一定是电学地或机械地。
除非另作指定或者限制，在光传输的上下文中，术语“之间”指的是相对于相关光的路径的位置。在这点上，例如，第一光传输或者光生成物体或装置可被视为在第二和第三光传输或者光生成物体或装置“之间”，如果相关光的行进路径在从第二至第三物体或装置途中传到(或者通过)第—物体或装置。在这点上，将理解的是，这种第一物体或装置有时可以被视为相对于光传输在这种第二和第三物体或装置“之间”，即使该第—物体或装置在物理上并不位于隔开第二和第三物体或装置的空间中。
如此处所使用地，术语“处理器”可包括一个或多个处理器和多个存储器和/或一个或多个可编程硬件部件。如此处所使用地，术语“处理器”意在包括任何类型的处理器、CPU、微控制器、数字信号处理器、或能执行软件指令的其他装置。
如此处所使用的，术语“存储器”包括非易失性介质，例如磁介质或硬盘、光学存储、或闪存；诸如系统存储器之类的易失性介质，例如诸如DRAM、SRAM、EDO RAM、RAMBUSRAM、DR DRAM之类的随机存取存储器(RAM)；或者其上可存储计算机程序和/或可缓存数据通信的安装介质，诸如软件介质，例如CD-ROM或软盘。术语“存储器”还可包括其他类型的存储器或其组合。
下面通过使用示图来说明用于实施本技术的实施例的实施例的结构或处理来描述本技术的实施例。以这种方式使用示图来呈现本技术的实施例不应被解释为对其范围的限制。
在这里联系包括电子成像装置和相关联的处理装置的机器视觉系统来描述所公开的照明组件的各种实施例。这是因为本公开的特征和优点很好地适合于此目的。尽管如此，应该理解的是，本公开的各种方面可以应用在其他类型的系统的情况下，包括不同于这里具体讨论的那些的机器视觉系统(例如，手持式成像系统)以及可受益于高质量照明的任何其他系统。
作为非限制性例子，机器视觉系统可被用于制造，组装，测试，测量，自动化和控制应用以及其它。图1示出了示例机器视觉系统10，该示例机器视觉系统被适配成获取包含机器可读标志(symbol)16的目标14的一个或多个图像12。机器视觉系统10可使用图像获取软件24，该图像获取软件可操作以执行各种类型的图像获取中的任一个。例如，在所示的实施例中，传送带18沿着传送带路径传送目标14并且藉此引起目标14和成像装置22的视场20之间的相对运动。相应地，当传送带18操作时，机器视觉系统10可捕捉目标14(或者其他主体)的连续图像。在其他实施例中，还可(或替代地)获取其他目标或者其他操作的图像。
成像装置22可包括处理器26，该处理器可被配置为例如用于图像处理和解码。在某些实施例中，处理器26可以与成像传感器28耦合，例如成为成像传感器28的一部分或链接至成像传感器28。在某些实施例中，可以用图像获取软件24(或者其他软件)对处理器26进行编码或者处理器26可以其它方式被配置成执行该软件。在某些实施例中，图像获取软件24(或者其他软件)可在单独的计算装置30或者处理器上运行。通常，计算机30可被用于例如上传和下载图像12(例如，在由成像装置22进行获取之后，或者在各种程度的处理之后)。由此，例如，通信线34可以与成像装置22耦合以提供与计算机30的连接。要理解的是，同样构想无线通信。
通常，图像获取软件24可被配置成，尤其是，控制多个图像的获取(例如，在单个读取操作中)，控制对照明目标的照明，获取图像数据，以及将所获取的图像数据处理/解码成可用的信息。例如，图像获取软件24(或者其他软件或者硬件)可被配置成处理来自传感器28的图像信息以便识别一个或多个图像中的目标的特定特征(例如，目标14上的边缘或者形状)，以识别一个或多个图像中表示的运动(例如，目标14在传送带18上的通过)，或者识别并解码各种标志(例如，一维或者二维条形码，或者文本标签或者标记)。
成像装置22还可包括与成像传感器28和/或处理器26耦合的存储介质32。存储介质32可被用于存储经扫描的或者经处理的图像12，缓冲数据和通信，存储软件，等等。
如图2中所示，用于机器视觉系统10的示例成像装置22a可以包括透镜组件40，以将来自成像装置22a的视场(例如，与图1的视场20类似的视场)的光引导至成像传感器28a。与成像传感器28类似，成像传感器28a可被配置成基于接收自透镜组件40的光产生电子图像信息并且将该信息传输至处理器26a，存储介质32a等等，以用于进一步的操作。透镜组件40限定了用于成像装置22a的主透镜轴48，其中成像装置22a的视场大体上以透镜轴48为中心。成像装置22a还包括安装框架46，该安装框架46大体上可以支撑透镜组件40，传感器28a，以及其他成像装置部件。
为了协助利用透镜组件40和传感器28a捕捉图像，配置用于成像装置22a的照明组件以为透镜组件40的视场内的照明目标提供合适的光照可以是有用的。通常，照明目标可以是出于特定目的(诸如对可解码的标志成像)而要被照明的特征、目标、或者区域。在机器视觉系统10和成像装置22a的背景下，例如，照明目标可以是成像装置22a的视场内的区域，在该区域内目标或标志的图像将被捕捉(例如，如在距离透镜组件40特定距离处以透镜轴48为中心)。
图2示出了示例照明组件56，该示例照明组件56可以以来自各个光源的“热点”的相对低的入射(或显著的漫射)来有用地提供对照明目标的相对均匀的照明。在所示的实施例中，照明组件56被集成至成像装置22a中，其中照明组件56的各个部件由安装框架46进行支撑。在其他实施例中，照明组件56(或者其他照明组件)可与成像装置22a分开安装，可以安装至成像装置22a的除安装框架46之外的部分，或者可以被设置为与另一成像装置(未示出)一起使用。例如，照明组件56(或者其他照明组件)可被形成为用于各种成像装置的模块，其可以根据需要(例如，为了特定安装或者操作)被添加到合适的成像装置。
为了提供照明，照明组件通常包括至少一个光源，该至少一个光源可以各种方式被设置，配置和控制。如图2所示，照明组件56包括扩展光源58，该扩展光源58被配置为由安装框架46进行支撑的发光二极管(“LED”)，其中光源58大体上面朝成像装置22a的视场以及对应的照明目标(即，从图2的视角，大体上面向上)。在其他实施例中，可以使用其他类型的光源(例如，基于灯丝的或者基于气体的光源，激光源，等等)。
LED以及其他扩展光源往往可以在相对宽的角度上产生光。为了帮助朝向成像装置22a的视场内的照明目标引导该光，聚光器，诸如聚光器60可以被设置在光源58和照明目标之间以接收来自光源58的光。在所示实施例中，聚光器60被配置为大体上圆锥形的全内反射(“TIR”)收集器，其被设置在安装框架46上使得聚光器60的收集凹槽66部分地围绕光源58。这种布置可以例如帮助聚光器60捕捉相对大百分比的来自光源60的光以便朝向相关视场重定向。
由于其形状和界面，当从光源58接收相对漫射的光时(例如，如示例光线62所表示)，聚光器60至少部分地准直所接收的光使得光大体上平行于聚光器60的主(例如，中心)光轴64行进。在所示实施例中，光轴64大体上平行于透镜轴48，并且由聚光器60准直的光相应地沿着大体上平行于透镜轴48的光线被引导。在其他实施例中，其它布置可以是可能的。
在所示实施例中，光源58大体上与聚光器60的主光轴64对准(例如，关于该主光轴居中)。在其他实施例中，也如以下所讨论的，光源可以相对于收集器的光轴偏移。举例来说，在某些实施例中，光源58可相对于图2中所示的位置被移动至右边或者左边(从图2的视角)使得光源58的中心(或者中心区域)从光轴64偏移。
即使诸如聚光器60之类的聚光器没有充分地准直从光源接收的光，或者如果没有提供聚光器或者其他准直器，从光源发出的某些光仍可以与相关成像装置的视场交叉并且藉此为由成像装置捕捉的图像提供某些照明。然而，特别考虑到一般需要将光源(以及任何聚光器)定位在透镜组件与相关视场之间的视线外(例如，在从透镜轴48偏移的位置处)，这种布置通常会造成对视场的相对不良的照明。使用多个光源(以及相应的聚光器)可以有助于解决这一问题，其中各个光源的重叠的照明图案有助于为视场提供更多的照明。然而，这一方法有时会增加成本以及相关系统的空间要求，并且可能不一定产生对视场的足够的照明。
因此，在某些实施例中，依据本公开的照明组件可以包括用于从聚光器朝向照明目标重定向光的特征。在图2所示实施例中，举例来说，聚光器60被配置成通过光楔68引导从光源58接收的光，该光楔被设置在聚光器60的准直部分与成像装置22a的视场之间。光楔68通常展示出射表面(即，上表面，在图2和3所示的取向中)，该出射表面被设置为与光轴64(以及透镜轴48)成一定角度。因此，离开光楔68的光通常朝向主光轴48被弯曲，并且相应地，也朝向成像装置22a的视场的中心区域被弯曲。来自聚光器60的光的该弯曲可例如当光线62离开光楔68时，在示例光线62弯曲成光线62a中看出。
在图2所示实施例中，光楔68相对于垂直于透镜轴48和光轴64延伸的参考线展示大致-9度的角度。在其他实施例中，根据相关照明目标距成像装置22a的距离、光轴64距透镜轴48的距离或者各种其他因数，可以使用其他角度。还如以下所讨论的，本技术的某些实施例可以采用围绕透镜组件布置的多个光楔。将理解的是，与光楔68相对透镜组件40设置的第二光楔(在图2中未示出)可以展示与光楔68大体上相反的斜率(例如，可以展示相等但是相反的角度)，使得第二光楔同样可以朝向透镜轴48引导光。同样地，处于其他位置的其它光楔可以适当地成角度(例如，相对于垂直于透镜轴48的平面)以提供来自各种光源的光的期望的会聚。
还在图2所示实施例中，光楔68被整体地形成为聚光器60的成角度的端壁。在其他实施例中，光楔可与准直器或者其他聚光器分开形成和安装。
在某些实施例中，可为特定光源提供单个聚光器和光楔。举例来说，如图2所示，光楔68和聚光器60(作为整体形成的单个聚光器主体的一部分)被提供用于单个光源58。在某些实施例中，多个聚光器或者光楔可被配置成准直并且引导来自一个或多个光源的光。
在某些实施例中，用于操纵来自光源58的光的附加装置可被设置在光源58与相关照明目标之间。举例来说，诸如微透镜阵列(“MLA”)70之类的漫射器可被设置在光楔68与照明目标之间以便将来自光楔68的光漫射到相关照明目标上的照明图案中。
通常，MLA可以包含以一维或者二维阵列形成在支撑基板(诸如玻璃或者石英)上的多个微透镜。根据特定微透镜以及作为整体的阵列的配置，MLA可因此将入射(例如，准直的)光引导到特定图案中或者朝向照明目标的特定区域引导。举例来说，由于MLA 70的配置，以及通过聚光器60和楔68对来自光源58的光的准直和弯曲，MLA 70通常可以朝向成像装置22a的视场的中心区域以及相应的照明目标引导来自光源58的光。进一步，MLA 70通常可以漫射接收自光源的光，使得光相对均匀地分布在照明目标上(例如，在与MLA 70中的多个微透镜对应的多个图案中)，而不是集中于光源的“热点”中。
MLA 70还可以被配置成将接收自光源的光引导到特定形状中。例如，MLA 70可被配置成将接收自楔68(以及通常地聚光器60)的光引导至基本上矩形，且基本上漫射照明图案中，其中在沿着透镜轴48的相关距离处尺寸与成像装置22a的视场类似，并且在照明图案上具有相对同质的光强度。共同地，MLA 70的这一功能可以为由成像装置22a进行的图像捕捉提供有用的照明图案。
在某些实施例中，漫射器可被配置成产生非矩形的照明图案。例如，被配置成与MLA 70类似地安装的MLA可被配置成产生六边形、圆形、或者其他照明图案。在某些实施例中，MLA可被配置成产生稍微非同质的照明图案，诸如在边缘或者拐角处比在中心区处具有更大强度的照明图案。例如，为了补偿透镜渐晕或者其他效应，这可以是有用的。在某些实施例中，其他光学装置或者结构可被用作MLA70的替换(或者附加)。例如，在某些实施例中，全息或者菲涅耳漫射器、其他小透镜阵列、膜纸(velum paper)、或者乳白玻璃可被用作代替(或者附加于)MLA 70的漫射器。
MLA70可以各种方式被安装在成像装置22a上(或者其它地方)。在图2所示实施例中，例如，MLA 70被配置为微阵列薄膜，该微阵列膜被附接至成像装置22a的透明前窗口72的内表面。在某些实施例中，MLA 70(或者另一MLA)可被配置为非薄膜主体、可被模制到前窗口72中(或者上)，或者可以其它方式被形成或者安装。
一般地，依据本公开的照明组件的漫射器可以与相关聚光器间隔开，以使得可提供合适的(例如，适当大的)照明图案。如图2所示，例如，MLA70通常通过空气间隙74与光楔68隔开。在其他实施例中，其他配置是可能的。
在某些实施例中，多个聚光器和光楔(或者其他部件)可被形成为集成聚光器主体的一部分。如图3所示，例如，聚光器60和光楔68可被形成为集成聚光器主体76的一部分，以用于与成像装置22a(或者另一成像装置)一起使用。
在图3所示实施例中，聚光器主体76包括聚光器60与集成光楔68，以及七个其他类似配置的准直聚光器60a至60g，每个包括相应的集成光楔68a至68g。因此，当聚光器主体76被安装至成像装置22a(例如，利用安装柱78固定至安装框架46)时，八个聚光器60和60a至60g以及相应的光楔68和68a至68g可以准直并且引导来自八个不同光源(未示出)的光，诸如围绕透镜组件40以光源阵列布置的八个不同的LED光源。进一步，利用适当设置的漫射器，诸如设置在聚光器主体76与照明目标之间的MLA70的扩展配置(见图2)，聚光器主体76可以形成照明组件的一部分，该照明组件提供对照明目标的相关部分的基本上均匀的照明。
可使用各种材料以多种方式形成聚光器主体76。在某些实施例中，例如，聚光器主体76可以由模制塑料形成。在其他实施例中，可以使用其他材料。在图3所示实施例中，聚光器主体76提供相对紧凑的部件，其可在成像装置主体或者机器视觉系统中要求相对小的空间。然而，将理解的是，其他配置也是可能的。例如，在某些实施例中，与集成聚光器主体76类似的聚光器阵列可以由多个，较小的聚光器主体(未示出)形成。
可在聚光器主体76上包括各种附加特征以便辅助制造或者安装，或者解决其他相关问题。在所示实施例中，例如，中间楔部分80被形成在楔68与68a之间，以及楔68d与68e之间，以提供分别包括楔68和68a，以及楔68d和68e的大体上连续的楔表面。该中间楔部分80不必在准直和引导来自各种光源的光方面扮演重要的角色，而是可以提供用于聚光器主体76的总结构强度并且允许提高聚光器主体76的制造或者安装的简易及效率。
还可以包括附加的结构特征。例如，为了容纳成像装置22a的各种内部特征，中间圆形切口82被形成在楔68b和68c之间，以及楔68f和68g之间。在所示实施例中，还包括横挡84以大体上加强聚光器主体76。
还如以上所注意的，在与照明组件56类似的照明组件中采用的，与聚光器主体76类似的聚光器主体，通常可以在照明目标上提供基本上均匀的照明图案，如可对机器视觉(和其他)操作有用的。如图4和5所示，例如，使用与照明组件56(见图2)大体上类似的照明组件92，照明目标90可被基本上均匀地照明。与照明组件56(见图2)类似，照明组件92可以被集成至成像装置(在图4和5中未示出)中，或者可被配置为可根据需要被安装至各种成像装置中的独立模块(或者多个模块)。
在照明组件92中，多个光源94围绕中心轴96(例如，透镜轴)布置，其中光源94大体上朝向照明目标90引导光。进一步，光楔100被设置在光源94与照明目标90之间，以使得来自光源94中的每一个的光在到达照明目标90之前穿过光楔100中的相应的一个。在某些实施例中，来自光源94的光可在到达光楔100之前被准直(例如，使用与聚光器60类似的一个或多个TIR收集器(图4和5中未示出))。
一旦来自光源94的光线到达光楔，光楔100就沿着光路98朝向照明目标90引导该光，所述光路的实质上相应的部分98a彼此重叠。因此，如图5中具体所示，可相对明亮且均匀地照明照明目标90的扩展中心区域90a，该区域与通过光源94的相应照明图案的重叠所形成的集合照明图案104的中心区域104a对应。
在某些实施例中，可提供漫射器以便将来自光源94的光引导成特定照明图案。如图4所示，例如，设置在光源94与照明目标90之间并且通过空气间隙与楔100隔开的MLA106，被配置成将来自光源94的光漫射成大体上矩形的照明图案，这些照明图案重叠以提供照明图案104的相对均匀的，大体上矩形形式的中心区域104a。在其他实施例中，其他配置是可能的。
在某些实施例中，成像装置(在图4和5中未示出)可被设置成对照明目标90上的成像区102成像。如图5中具体所示，基本上所有的成像区102被照明图案104的部分覆盖，光源94的光路98(以及相应的照明图案)在照明图案104的该部分上重叠。因此，几乎整个成像区102可以用相对亮的且相对同质的光图案来照明，并且成像装置可能够获取几乎整个成像区102的特别高质量的图像。
在图4和5所示实施例中，照明图案104的重叠部分基本上被包含在成像区102内。在某些实施例中，照明组件可被配置成使得照明图案104(或者其他照明图案)的亮的，重叠的部分完全地在成像区102(或者其他成像区)之上延伸或甚至超过成像区102(或者其他成像区)延伸。
在某些实施例中，照明组件可被提供为没有与楔68(参见，例如，图2)或者楔100类似的楔。如图6所示，例如，根据本公开另一实施例的照明组件120包括围绕中心轴124(例如，透镜轴)布置的多个光源122以大体上沿着相应的光路126引导光以在照明目标130上提供集合的，重叠的照明图案128。通常，光路126的实质部分126a重叠，以使得照明目标130的中心区域130a被两个光源122照明。因此，如图7所示，照明目标130的中心区域130a可被相对亮地照明。与照明组件56和92(见图2和4)类似，照明组件100可以被集成至成像装置(在图6和7中未示出)中，或者可被配置为可根据需要被安装至各种成像装置中的独立模块(或者多个模块)。
在某些实施例中，可提供漫射器以便将来自光源122的光引导成特定照明图案。如图6所示，例如，MLA 132(或者另一漫射器)可被配置成将来自光源122的光引导成相应的矩形照明图案，所述矩形照明图案重叠以提供照明图案128的相对均匀的，大体上矩形的形式的中心区域128a。在其他实施例中，可其他配置也是可能的。
在某些实施例中，成像装置(在图6和7中未示出)可被设置成对照明目标130上的成像区134成像。如图7中具体所示，成像区134的实质部分被照明图案128的部分覆盖，光源122的光路112(以及相应的照明图案)在照明图案128的该部分上重叠。因此，成像区134的实质部分可以用相对亮的且相对同质的光图案照明，并且成像装置可能够获取成像区134的特别高质量的图像。
在某些实施例中，楔可被用于通过调整各个光源的物理取向而不是(或者除了)重定向光线来引导光。在图8和9所示照明组件148中，例如，光源150围绕中心轴152布置以朝向照明目标154引导光。光源150被安装在结构楔158的顶部(例如，成角度的支撑表面)上，其中楔158又被安装至，例如成像装置的安装主体或者其他结构(图8和9中未示出)。因此，光源150稍微朝向中心轴152倾斜，以使得来自光源150的光大体上沿着光路156行进，所述光路的实质部分156a彼此重叠。如图9中具体所示，这可导致相应的光源150的照明图案之间的相对大的重叠，其中集合照明图案160的对应大的中心区域160a藉此被投射到照明目标154的中心区域154a上。与照明组件56、92和120(见图2、4和6)类似，照明组件100可以被集成至成像装置(在图8和9中未示出)中，或者可被配置为可根据需要被安装至各种成像装置中的独立模块(或者多个模块)。
在某些实施例中，可提供漫射器以便将来自光源150的光引导成特定照明图案。如图8所示，例如，设置在光源150与照明目标154之间的MLA 162(或其它漫射器)，被配置成将来自光源150的光漫射成大体上矩形的照明图案，这些照明图案重叠以提供照明图案160的相对均匀的，大体上矩形的形式的中心区域160a。在其他实施例中，其他配置是可能的。
在某些实施例中，成像装置(在图8和9中未示出)可被设置成对照明目标154的成像区164成像。如图9中具体所示，基本上所有的成像区164被照明图案160的部分覆盖，光源150的光路156(以及相应的照明图案)在照明图案160的该部分上重叠。因此，几乎整个成像区164可以用相对亮的且相对同质的光图案来照明，并且成像装置可能够获取几乎整个成像区164的特别高质量的图像。
在某些实施例中，其他配置可被用于提供与图8和9中所示的那些类似的结果。例如，可以相对于准直器或者其他聚光器的轴移位光源(例如，设置成不与光轴(诸如图2中所示的光轴64)对准)，而不是(或者除了)将光源设置在结构楔上。用这种方法，例如，来自聚光器的光可以被引导朝向照明目标的中心(或者其他)区域，而不一定需要使用结构楔或者光楔。
在以上各个示例中讨论了被配置为MLA的漫射器。在某些实施例中，同样如以上所注意的，MLA可被直接模制到成像系统的前窗口上。如图11所示，例如，MLA 170可被直接模制到(或以其它方式附接至)成像组件的前窗口172上。由聚光器176引导至MLA 170的来自光源174的光，可相应地通过MLA 170被漫射成合适的照明图案。类似地，如图12所示，MLA178可被直接模制到(或者以其它方式附接至)成像系统的前窗口180的一侧上，并且MLA182(例如，具有不同地配置的微透镜)可被直接模制到(或者以其它方式附接至)前窗口180的另—侧上。由聚光器186引导至MLA 178和182的来自光源184的光，可以相应地通过MLA 178和182被漫射成合适的照明图案。
同样如以上所注意的，在某些实施例中，可以使用其他类型的漫射器。在某些实施例中，例如，可以使用诸如膜纸或者乳白玻璃之类的漫射器。在某些实施例中，代替(或者除了)MLA，可以使用不同于MLA的透镜阵列(例如，其他小透镜阵列)。例如，两个重叠的透镜阵列的布置可被用作漫射器，其中透镜阵列中的一个的透镜展示与透镜阵列中的另一个的透镜不同的焦距(或多个焦距)。如图12A所示，例如，具有第—特征焦距的第一透镜阵列190可被设置在(例如，粘附至或者与之一体形成)成像装置的前窗口192的—侧上，该前窗口192大体上与图2中所示的前窗口72类似。进一步，具有不同于第一特征焦距的第二特征焦距的第二透镜阵列194可被设置在前窗口192的另—侧上。因此，穿过前窗口192的光(例如，从各个扩展光源(未示出))可被适当地漫射以在照明目标上提供期望的(例如，相对均匀的)照明图案。
在其他实施例中，可以其它方式配置一组重叠透镜阵列。例如，如图12B所示，具有第一特征焦距的第一透镜阵列196以及具有不同于第—特征焦距的第二特征焦距的第二透镜阵列198可被设置在相机窗口200的相同侧上。类似地，如图12C所示，具有第—特征焦距的第一透镜阵列202以及具有不同于第—特征焦距的第二特征焦距的第二透镜阵列204可被布置成用作漫射器而不一定设置在相机窗口上。透镜阵列202以及204在图12C中被示为彼此间隔开(例如，由空气间隙隔开)。在其他实施例中，可以使用不同的(包括零)间隔。
作为另一个示例，漫射器可被配置成包括棱镜漫射器阵列。例如，如图13所示，微棱镜阵列210可被直接模制到(或者以其它方式附接至)成像组件的前窗口212上。由聚光器216引导至微棱镜阵列210的来自光源214的光，可以相应地通过微棱镜阵列210被漫射成合适的照明图案。在某些实施例中，微棱镜阵列(例如，具有与微棱镜阵列210不同的配置)可被模制到(或者以其它方式附接至)前窗口212的与微棱镜阵列210相对的侧上。
作为又一个示例，如图14所示，微棱镜阵列218可被模制到(或者以其它方式附接)成像系统的前窗口220的一侧上，并且微距透镜222(诸如场透镜或者菲涅耳透镜)可被模制到(或者以其它方式附接至)前窗口220的另一侧上。由聚光器226引导至微距透镜222和微棱镜阵列218的来自光源224的光，可以相应地通过微距透镜222和微棱镜阵列218被漫射成合适的照明图案。
在其他实施例中，其他配置是可能的，包括体现以上讨论的特征的不同组合的配置。例如，与图14中所示的漫射器类似的漫射器可以包括在前窗口的与微棱镜阵列218相对的侧上的微棱镜阵列或者MLA，或者在前窗口的与微距透镜222相对的侧上的微距透镜。同样地，与图11中所示的漫射器类似的漫射器可以包括微棱镜(或者其他)阵列，以代替MLA178和182中的一者或两者。
以上公开的特定实施例仅仅是说明性的，因为本技术可按不同但等效的方式来修改和实施，这对于受益于本文教导的本领域技术人员而言是显而易见的。进一步，除非在所附权利要求书中有具体的说明，否则本公开不限于本文所示的具体结构或设计。因此明显的是，以上公开的特定实施例可被更改或修改，并且所有此类变化被认为落入本技术的范围和精神内。因此，在所附权利要求书中陈述本文所寻求的保护。

Claims (16)

1.一种用于将光从第一光源引导至照明目标上的照明组件，该照明组件包括：
第一聚光器，被设置成从该第一光源接收光；
第一光楔，至少部分地设置于第一聚光器与照明目标之间；以及
第一漫射器，至少部分地设置在第一光楔与照明目标之间，并且通过第一空气间隙与该第一光楔隔开；
该第一聚光器至少部分地准直从第一光源接收的光；
该第一光楔朝向该第一漫射器弯曲至少部分地准直的光；并且
该第一漫射器漫射由该第一光楔弯曲的光的至少一部分以在照明目标上提供第一照明图案。
2.如权利要求1所述的照明组件，用于进一步将光从第二光源引导至照明目标上，该照明组件进一步包括：
第二聚光器，被设置成从该第二光源接收光；
第二光楔，至少部分地设置于第二聚光器与照明目标之间；以及
第二漫射器，至少部分地设置在第二光楔与照明目标之间，并且通过第二空气间隙与第二光楔隔开；
其中该第二聚光器至少部分地准直从第二光源接收的光；
其中该第二光楔朝向第二漫射器弯曲至少部分地准直的光；并且
其中该第二漫射器漫射由第二光楔弯曲的光的至少一部分以在照明目标上提供第二照明图案，该第二照明图案在照明目标的中心部分之上与该第一照明图案重叠。
3.如权利要求2所述的照明组件，其中该第一聚光器和该第二聚光器被包括在集成聚光器主体中。
4.如权利要求3所述的照明组件，其中该第一光楔和该第二光楔也被包括在该集成聚光器主体中。
5.如权利要求4所述的照明组件，进一步包括：
成像传感器；
透镜组件；以及
安装框架，所述安装框架支撑所述成像传感器、透镜组件、第一光源、第二光源，以及集成聚光器主体。
6.如权利要求5所述的照明组件，其中所述集成聚光器主体基本上围绕所述透镜组件。
7.如权利要求5所述的照明组件，其中所述成像传感器以及所述透镜组件是机器视觉成像系统的一部分。
8.如权利要求1所述的照明组件，其中所述第一漫射器包括透镜阵列。
9.如权利要求8所述的照明组件，其中所述透镜阵列包括微透镜阵列。
10.如权利要求8所述的照明组件，进一步包括透明盖；
其中所述透镜阵列包括在所述透明盖的第一侧上的第一透镜阵列，所述第一透镜中的每一个具有相应的第一透镜焦距；
其中所述透镜阵列进一步包括在所述透明盖的第二侧上，且至少部分地在第一透镜阵列与第一光楔之间的第二透镜阵列，所述第二透镜中的每一个具有相应的第二透镜焦距；并且
其中所述第一透镜焦距中的至少一个不同于所述第二透镜焦距中的至少一个。
11.一种与具有透镜组件的机器视觉系统一起使用以将光引导至照明目标上的照明组件，该照明组件包括：
第一扩展光源和第二扩展光源，被设置在围绕所述透镜组件的光源阵列中；
第一聚光器，包括第一准直器和第一光楔，所述第一聚光器被设置成从所述第一扩展光源接收并且引导光；
第二聚光器，包括第二准直器和第二光楔，所述第二聚光器被设置成从所述第二扩展光源接收并且引导光；
所述第一聚光器和所述第二聚光器被包括在布置成围绕所述透镜组件的集成聚光器主体中；以及
第一漫射器和第二漫射器，所述第一漫射器至少部分地设置于所述第一聚光器与所述照明目标之间并且所述第二漫射器至少部分地设置于所述第二聚光器与所述照明目标之间；
所述第一漫射器被配置成漫射由所述第一聚光器引导的光的至少一部分以在所述照明目标上提供第一照明图案；并且
所述第二漫射器被配置成漫射由所述第二聚光器引导的光的至少一部分以在所述照明目标上提供与所述第一照明图案重叠的第二照明图案。
12.如权利要求11所述的照明组件，其中所述第一聚光器包括限定准直器轴的准直器；并且
其中所述第一扩展光源的中心区域被设置成至少部分地与所述准直器轴不对准。
13.如权利要求11所述的照明组件，其中所述第一漫射器包括透镜阵列。
14.如权利要求11所述的照明组件，其中所述第一照明图案基本上是矩形的。
15.一种与具有安装框架和具有透镜轴的透镜组件的成像装置一起使用以将光引导至照明目标上的照明组件，该照明组件包括：
光源布置，由所述安装框架支撑并且基本上围绕所述透镜轴；
聚光器阵列，设置在所述光源布置与所述照明目标之间，所述聚光器阵列由所述安装框架支撑并且基本上围绕所述透镜轴，所述聚光器阵列包括准直器阵列和楔阵列；以及
漫射器阵列，设置在所述聚光器阵列与所述照明目标之间，并且通过空气间隙与所述聚光器阵列隔开；
所述准直器阵列被布置成接收并且至少部分地准直来自所述光源布置的光；
所述楔阵列被布置成使得来自所述准直器阵列的光被引导朝向所述漫射器阵列；
所述漫射器阵列被配置成漫射来自所述准直器阵列的光的至少一部分以在所述照明目标上提供重叠的照明图案。
16.如权利要求15所述的照明组件，其中所述聚光器阵列被配置为基本上围绕所述透镜轴的集成聚光器主体；并且
其中所述漫射器阵列包括配置成提供基本上矩形的照明图案的微透镜阵列。
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