DE102013108969B4

DE102013108969B4 - Einstellbare Objektivvorrichtung

Info

Publication number: DE102013108969B4
Application number: DE102013108969.0A
Authority: DE
Inventors: Kai Flügge; Laurens Nunnink; Richard Reuter; David R. King
Original assignee: Cognex Corp
Current assignee: Cognex Corp
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: DE102013108969A1; JP2017142535A; JP2020024460A; JP6503331B2; CN103780811A; JP2014085668A; US20140111682A1; US9746636B2; CN107395931B; JP7063868B2; US10754122B2; JP2015146033A; CN103780811B; JP2017054149A; CN107395931A; US20180231736A1

Abstract

Einstellbare Objektiworrichtung, umfassend:ein Objektiv (70), wobei das Objektiv (70) eine Objektivbasis (96) und einen aus der Objektivbasis (96) ragenden Objektivtubus umfasst;einen Halterahmen (54), wobei der Halterahmen (54) eine Öffnung (124) umfasst, wobei die Öffnung (124) einen Rand umfasst, wobei die Öffnung (124) für das Aufnehmen von zumindest der Objektivbasis dimensioniert ist;eine Objektivfokusarretierung (100), wobei die Objektivfokusarretierung (100) eine Basis (134), einen Rastabschnitt (136) und einen Objektivhalteabschnitt (138) umfasst;wobei der Objektivhalteabschnitt (138) einen Eingriffabschnitt (150) umfasst,wobei der Eingriffabschnitt dazu ausgebildet ist, mit dem Objektiv (70) in Eingriff zu gelangen und eine Bewegung des Objektivs (70) zu verhindern; undwobei die Objektivfokusarretierung (100) drehbar ist, um eine Fokusposition des Objektivs (70) einzustellen, derart, dass bei einem Drehen der Objektivfokusarretierung (100) um eine erste Strecke in eine erste Richtung der Objektivhalteabschnitt (138) ein Drehend des Objektivs (70) um eine zweite Strecke in die erste Richtung verursacht,dadurch gekennzeichnet, dassder Rastabschnitt (136) zumindest einen aus der Basis (134) der Objektivfokusarretierung (100) ragenden Rastarm (140) umfasst, wobei der zumindest eine Rastarm (140) ein zu der Basis (100) beabstandetes freies Eingriffende (144) umfasst, wobei das freie Eingriffende (144) für den Eingriff in zumindest eine von vielzähligen um den Rand angeordneten Passeingriffvorrichtungen (146) dimensioniert ist.

Description

QUERBEZUG AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Entfällt.
ANGABEN ZU STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG UND
ENTWICKLUNG
Entfällt.
HINTERGRUND DER TECHNOLOGIE
Die vorliegende Technologie betrifft die Anordnung einer elektronischen Vorrichtung und insbesondere eine elektronische Vorrichtung, die aus einer gedruckten Leiterplatte und einem die gedruckte Leiterplatte halternden Halterahmen zusammengebaut ist.
Die meisten wenn nicht alle elektronischen Vorrichtungen umfassen eine oder mehrere gedruckte Leiterplatten (PCBs). Während des Zusammenbaus wird/werden die Platte(n) mit einem Teil des Gehäuses der elektronischen Vorrichtung oder mit anderen Platten in dem Gehäuse verschraubt oder anderweitig verbunden. Eine Art von elektronischer Vorrichtung ist eine Bildverarbeitungsvorrichtung, allgemeiner Kamera genannt. Eine Bildverarbeitungsvorrichtung wird im Allgemeinen dazu verwendet, ein Objekt zu prüfen, lokalisieren und/oder ein Bild eines Objekts aufzunehmen. Beispielsweise bei Anwendungen im produzierenden Bereich können Bildverarbeitungssysteme dazu verwendet werden, Fehler in einem produzierten Objekt festzustellen, indem Bilder des Objekts aufgenommen und verschiedene Arten von Bildverarbeitungsalgorithmen verwendet werden, um das Bild zu analysieren. Anders als in traditionellen Kameras, die Filmrollen einsetzen, um ein Bild zu erfassen und zu speichern, verwenden einige Bildverarbeitungsvorrichtungen verschiedene elektronische, Festkörper- und andere Vorrichtungen, einschließlich Bildverarbeitungssensoren, Steuerungen, Beleuchtungseinrichtungen, Objektive und dergleichen.
Einige Bildverarbeitungsvorrichtungen können ein Gehäuse umfassen, wobei Festkörpervorrichtungen an mehreren starren PCBs angebracht sind, wobei die starren PCBs von dem Gehäuse in der gewünschten Anordnung gehalten werden. Eine der mehreren starren PCBs muss mit einem Objektiv fluchten und das Objektiv muss mit einer Öffnung im Gehäuse gefluchtet sein. Verbinder werden verwendet um die eine oder die mehreren PCBs miteinander zu verbinden, was Größe, Kosten, Bauzeit und möglicherweise den Raum für Fehler erhöht. Die Größe des Gehäuses ist auf die Größe der verschiedenen Festkörpervorrichtungen und der diese tragenden starren PCBs beschränkt.
Im Bereich gedruckter Leiterplatten für elektronische Vorrichtungen gab es Fortschritte. PCBs sind nun in flexibler Form erhältlich und als Hybrid aus starr und flexibel, genannt starr-flex. Die hybride starr-flexible PCB ist üblicherweise aus starren und flexiblen Substraten gebildet, die zu einer einzelnen Struktur zusammenlaminiert sind. Eine andere Form von PCB ist bekannt als eine erstarrte flexible Konstruktion, die schlicht aus flexiblen Schaltkreisen besteht, an denen Versteifungen befestigt sind, um Halt für die elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte zu bieten. Ein starr-flexibler Schaltkreis weist typischerweise Leiter auf den starren Schichten auf, wodurch er sich von vielschichtigen Schaltkreisen mit Versteifungen unterscheidet.
Die elektronischen Vorrichtungen aus dem Stand der Technik weisen mehrere Nachteile nicht nur im Montageprozess, sonder auch bei der Gesamtgröße und den Beschränkungen der Betriebstauglichkeit von starren Leiterplatten und der Verlässlichkeit von PCB-Verbindern auf. Es werden Systeme und Verfahren benötigt, die einen Halterahmen zum Haltern der PCBs zum einfachen Zusammenbau und zum Haltern anderer Vorrichtungskomponenten umfassen, ohne die mit starren PCBs zusammenhängenden Probleme und Nachteile aufzuweisen.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER TECHNOLOGIE
Die vorliegenden Ausführungsformen überwinden die Nachteile des Stands der Technik durch Einbinden der Verwendung eines Halterahmens zum Haltern von PCBs. Die PCB kann um den Halterahmen herum angeordnet sein und von diesem gehaltert werden und zusätzliche elektronische und Festkörpervorrichtungen können von der PCB und/oder dem Halterahmen gehaltert werden.
Dementsprechend umfasst die einstellbare Objektivvorrichtung nach der Erfindung ein Objektiv, wobei das Objektiv eine Objektivbasis und einen aus der Objektivbasis ragenden Objektivtubus umfasst. Die einstellbare Objektivvorrichtung umfasst zudem einen Halterahm, wobei der Halterahmen eine Öffnung umfasst, wobei die Öffnung einen Rand umfasst. Die Öffnung ist für das Aufnehmen von zumindest der Objektivbasis dimensioniert. Eine Objektivfokusarretierung ist umfasst, wobei die Objektivfokusarretierung einen Rastabschnitt und einen Objektivhalteabschnitt umfasst. Der Rastabschnitt umfasst zumindest einen Rastarm, der aus dem Rastabschnitt ragt, wobei der zumindest eine Rastarm ein Eingriffende umfasst, wobei das Eingriffende für den Eingriff in zumindest eine der vielzähligen um den Rand angeordneten Passeingriffvorrichtungen dimensioniert ist. Der Objektivhalteabschnitt umfasst einen Eingriffabschnitt, wobei der Eingriffabschnitt dazu dient, mit dem Objektiv in Eingriff zu gelangen und eine Bewegung des Objektivs zu verhindern. Die Objektivfokusarretierung ist drehbar, um eine Fokusposition des Objektivs einzustellen, derart, dass bei einem Drehen der Objektivfokusarretierung um eine erste Strecke in eine erste Richtung der Objektivhalteabschnitt ein Drehen des Objektivs um eine zweite Strecke in die erste Richtung verursacht.
Andere Ausführungsformen umfassen ebenfalls eine elektronische Vorrichtung. Die elektronische Vorrichtung umfasst eine elektronische Leiterplatte mit einem Verarbeitungselement und einem Bildverarbeitungssensor, wobei die elektronische Leiterplatte eine Vielzahl von durch eine flexible Leiterplatte aneinander gekoppelten Leiterplatten umfasst. Ein Halterahmen kann zum Haltern der elektronischen Leiterplatte verwendet werden. Ein Objektiv kann über dem Bildverarbeitungssystem angeordnet und von dem Halterahmen gehaltert sein, wobei das Objektiv zumindest teilweise in einem von der elektronischen Leiterplatte definierten Bereich positioniert ist, wobei die Objektivposition in Relation zu dem Halterahmen und dem Bildverarbeitungssensor einstellbar ist. Eine Objektivfokusarretierung kann an den Halterahmen gekoppelt sein und mit dem Objektiv in Kontakt stehen.
In Übereinstimmung mit dem Obenstehenden umfassen einige Ausführungsformen ein Verfahren zum Zusammenbau einer elektronischen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Halterahmens, wobei der Halterahmen eine Vielzahl von Einspannungen zum Haltern einer elektronischen Leiterplatte umfasst; das Bereitstellen einer elektronischen Leiterplatte, wobei die elektronische Leiterplatte einen Bildverarbeitungssensor und einen Prozessor umfasst; das Biegen der elektronischen Leiterplatte um zumindest einen Teil des Halterahmens; das Ineingriffbringen der elektronischen Leiterplatte mit der Vielzahl von Einspannungen; das Anordnen eines Objektivs über dem Bildverarbeitungssensor, wobei der Halterahmen das Objektiv über dem Bildverarbeitungssensor haltert; und das Einspannen des Objektivs mittels einer Objektivfokusarretierung, wobei die Objektivfokusarretierung mit dem Objektiv und dem Halterahmen in Kontakt steht, so dass ein Drehen der Objektivfokusarretierung um eine erste Strecke in eine erste Richtung ein Drehen des Objektivs um eine zweite Strecke in die erste Richtung verursacht.
Zur Erreichung der vorstehenden und verwandten Ziele umfasst die Technologie dann die hiernach umfänglich beschriebenen Merkmale. Die folgende Beschreibung und die anhängende Zeichnung stellen im Detail bestimmte erklärende Aspekte der Technologie dar. Diese Aspekte weisen jedoch nur auf einige wenige der vielen Arten hin, in denen die Prinzipien der Technologie eingesetzt werden können. Andere Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Technologie ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Technologie, wenn sie im Kontext mit der Zeichnung betrachtet wird.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer elektronischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen und zeigt eine Ausrichtung einer von einem Halterahmen gehalterten starr-flexiblen PCB;
2 zeigt eine Explosionsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen;
3 zeigt eine Planansicht einer wie in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung und zeigt eine Ausführungsform einer Objektivfokusarretierung;
4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht der in 1 gezeigten Objektivfokusarretierung;
5 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen und zeigt eine alternative Ausführungsform einer Objektivfokusarretierung;
6 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Teils einer elektronischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen und zeigt eine alternative Ausführungsform einer Objektivfokusarretierung;
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen und Ansichten;
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der in 7 gezeigten Objektivfokusarretierung;
9 zeigt eine Draufsicht der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung und zeigt eine Ausführungsform einer Objektivfokusarretierung;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen und zeigt den Halterahmen bei entferntem Bildverarbeitungssensorobjektiv;
11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer optionalen Konfiguration einer elektronischen Vorrichtung und bildet einen Teil einer starr-flexiblen PCB ab, die einen wesentlichen Teil der Halterahmenfläche bedeckt und das Bildbearbeitungssensorobjektiv überlappt, gemäß den vorliegenden Ausführungsformen;
12-14 zeigen Ansichten, die alternative Konfigurationen der um den Halterahmen gebogenen und von diesem gehalterten starr-flexiblen PCB abbilden, gemäß den vorliegenden Ausführungsformen;
15 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen und zeigt optionale Komponenten, die an den Halterahmen und/oder die starr-flexible PCB gekoppelt sind;
16 zeigt eine perspektivische Ansicht einer optionalen Konfiguration einer elektronischen Vorrichtung, wobei die elektronische Vorrichtung eine Flüssiglinsenanordnung umfasst;
FIG. zeigt ist eine teilweise explodierte perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung, die in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen thermisch an die elektronische Vorrichtung gekoppelten Kühlkörper zum Abzug von Wärme von der elektronischen Vorrichtung umfasst;
FIG. zeigt ist eine perspektivische Ansicht der in 17 gezeigten im Gehäuse angeordneten elektronischen Vorrichtung;
FIG. zeigt ist eine teilweise explodierte perspektivische Ansicht einer in einem Gehäuse angeordneten elektronischen Vorrichtung und zeigt ein Eingangs-/Ausgangsboard;
20 zeigt eine perspektivische Ansicht der in 19 gezeigten elektronischen Vorrichtung und bildet das Eingangs-/Ausgangsboard einschließlich eines an eine Beleuchtungseinrichtung koppelbaren Verbinders ab;
21 zeigt eine perspektivische Ansicht einer umschlossenen elektronischen Vorrichtung einschließlich einer Beleuchtungseinrichtung, wie in 20 gezeigt; und
22 zeigt eine Draufsicht der in 9 gezeigten elektronischen Vorrichtung und bildet die elektronische Vorrichtung umschlossen und mit einer Frontabdeckung ab, die einen teilweisen Blick auf eine Objektivfokusarretierung ermöglicht;
23 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens in Verbindung mit der elektronischen Vorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER TECHNOLOGIE
Die verschiedenen Aspekte der betreffenden Technologie werden nun mit Bezug auf die anhängende Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Elementen in den verschiedenen Ansichten entsprechen.
Wie hierin verwendet, sollen sich die Begriffe „Komponente“, „System“, „Vorrichtung“ und dergleichen entweder auf Hardware, eine Kombination von Hardware und Software, Software oder Software in Ausführung beziehen. Das Wort „beispielhaft“ wie hier verwendet bedeutet, dass etwas als Beispiel, Fall oder Verdeutlichung dient. Jegliche hier als „beispielhaft“ beschriebenen Aspekte oder Ausführungen sind nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Aspekten oder Ausführungen bevorzugt oder vorteilhaft anzusehen.
Des Weiteren kann der offenbarte Gegenstand als System, Verfahren, Vorrichtung oder Herstellungsgegenstand unter Verwendung von standardmäßigen Programmier- und/oder Entwicklungstechniken und/oder Programmierung eingesetzt werden, um Hardware, Firmware, Software oder jegliche Kombination derselben zur Steuerung eines elektronikbasierten Geräts herzustellen, um die hierin beschriebenen Aspekte zu realisieren.
Sofern nicht anderweitig spezifiziert oder eingegrenzt, sind die Begriffe „angebracht“, „verbunden“, „gehaltert“ und „gekoppelt“ und deren Formen in einem weiten Sinn verwendet und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Befestigungen, Verbindungen, Halterungen und Kopplungen. Weiterhin sind „verbunden“ und „gekoppelt“ nicht auf physische und mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt. So wie hier verwendet und sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, bedeutet „verbunden“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt und nicht notwendigerweise auf elektrische oder mechanische Art mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist. Ebenso bedeutet „gekoppelt“, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt und nicht notwendigerweise auf elektrische oder mechanische Art mit einem anderen Element/Merkmal gekoppelt ist.
So wie hier verwendet, umfasst der Begriff „Prozessor“ einen oder mehrere Prozessoren und Speicher und/oder ein oder mehrere programmierbare Hardwareelemente. So wie hier verwendet, soll der Begriff „Prozessor“ jedwede Art von Prozessoren, CPUs, Microcontrollern, digitalen Signalprozessoren oder anderen Geräten umfassen, die in der Lage sind, Softwareanweisungen auszuführen.
So wie hier verwendet, umfasst der Begriff „Speichermedium“ ein nicht flüchtiges Medium, z.B. ein Magnetmedium oder eine Festplatte, optischen Speicher oder Flash-Speicher; ein flüchtiges Medium, wie ein Systemspeicher, z.B. Arbeitsspeicher (RAM) wie DRAM, SRAM, EDO RAM, RAMBUS RAM, DR DRAM etc.; oder ein Installationsmedium, wie ein Softwaremedium, z.B. CD-ROM, oder Floppy Disks, auf denen Programme gespeichert und/oder Datenkommunikationen gepuffert werden können. Der Begriff „Speichermedium“ kann auch andere Arten von Speichern und Kombinationen aus diesen umfassen.
Ausführungsformen der Technologie werden untenstehend mittels Diagrammen beschrieben, um entweder die Struktur oder die Arbeitsweise von Ausführungsformen darzustellen, die zur Realisierung der Ausführungsformen der vorliegenden Technologie verwendet werden. Die derartige Verwendung der Diagramme zur Darstellung von Ausführungsformen der Technologie soll nicht als ihren Bereich beschränkend angesehen werden. Die vorliegende Technologie erwägt sowohl eine elektronische Gerätekonfiguration als auch Systeme und Verfahren zum Bau einer elektronischen Vorrichtung und das Verwenden einer elektronischen Vorrichtung mit einem Halterahmen zum Haltern von PCBs.
Die verschiedenen Ausführungsformen einer elektronischen Vorrichtung werden in Verbindung mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung beschrieben, die unter Verwendung eines Halteramens mit daran, darin und/oder um den Halterahmen positionierten oder gebogenen PCBs montiert ist. Das liegt darin begründet, dass die Merkmale und Vorteile der Technologie für diesen Zweck gut geeignet sind. Es soll dennoch verstanden werden, dass die verschiedenen Aspekte der Technologie auf andere Arten von elektronischen Vorrichtungen und PCBs und in anderen Systemen oder Zusammenbauten angewandt werden kann, die von der Verwendung einer starr-flexibler PCB und eines Halterahmens profitieren können. Die Verwendung einer um einen Halterahmen positionierten starr-flexiblen PCB reduziert Kosten und führt zu einer kompakten kubischen Form für elektronische Vorrichtungen. Eine starr-flexible PCB und ein Halterahmen können dazu verwendet werden, zumindest einen der Faktoren Länge, Dicke und Breite einer elektronischen Vorrichtung zu reduzieren, ohne die anderen Faktoren Länge, Dicke und Breite zu vergrößern.
Eine exemplarische Bildverarbeitungsvorrichtung kann in andere elektronische Vorrichtungen integriert sein, um diesen Maschinensehen- und/oder Codelesefunktionen hinzuzufügen, und kann ebenso eine alleinstehende Bildverarbeitungsvorrichtung sein. Wenn integriert, kann eine derartige elektronische Vorrichtung als nicht einschränkende Beispiele eine industrielle, medizinische, mobile oder kommerzielle Vorrichtung sein und als nicht einschränkende Beispiele unter anderem in den Anwendungsbereichen Montage, Prüfung, Messung, Automation und/oder Steuerung verwendet werden. Wenn alleinstehend, kann die Bildverarbeitungsvorrichtung in ein Gehäuse integriert sein und zum Beispiel Verbinder, E/A, Stromschaltkreise und Nutzerschnittstellenkomponenten umfassen. Die beispielhafte Bildverarbeitungsvorrichtung kann Bildaufnahmesoftware verwenden, die dazu betrieben werden kann, jegliche Arten von Bildaufnahmen durchzuführen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann als nicht einschränkende Beispiele Aufgaben des Maschinensehens durchführen und/oder Bilder dekodieren, die maschinenlesbare Symbole enthalten.
Mit Bezug auf 1 können die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen die Größe und/oder die Kosten einer Bildverarbeitungsvorrichtung 50 reduzieren. In einigen Ausführungsformen können einige oder alle elektronischen Komponenten auf einer oder mehreren starr-flexiblen PCBs 52 angeordnet werden, die auf und/oder in und/oder um einen Halterahmen 54 angeordnet sein kann/können. Der Halterahmen 54 kann die PCB 52 und andere Komponenten, einschließlich Bildverarbeitungsvorrichtungsmechanik, Elektronik und/oder Bildverarbeitungsvorrichtungsoptik, haltern. Auf diese Weise kann die Bildverarbeitungsvorrichtung eine maximale PCB-Fläche bei minimaler kubischer Größe erreichen. Die Gesamtgröße der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 kann durch die Verwendung der um den Halterahmen 54 gebogenen oder gefalteten PCB 52 reduziert werden. Diese Größenreduktion kann durch Einfassen eines Objektivtubusvolumens im Inneren der gefalteten PCB 52 erreicht werden.
Um die Wärmeableitung zu optimieren, können Ausführungsformen einige oder alle auf der PCB 52 angeordneten wärmeerzeugenden Komponenten so umfassen, dass diese zur Außenseite der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 gewandt sind, um die Abstrahlung der Wärme weg von der Bildverarbeitungsvorrichtung zu unterstützen. In einigen Ausführungsformen kann eine Verbindung zwischen verschiedenen Plattenkonfigurationen der PCB 52 durch eine flexible Komponente 82 der starr-flexiblen PCB 52 erreicht werden.
Nun mit Bezug auf 2 umfasst eine exemplarische Bildverarbeitungsvorrichtung 50 im Allgemeinen eine starr-flexible PCB 52 und einen Halterahmen 54. Die starr-flexible PCB 52 kann eine Vielfalt von Boardkonfigurationen umfassen, die Verarbeitungselemente beinhalten. In der in 2 gezeigten Ausführungsform kann die starr-flexible PCB ein Mainboard 56, ein Sensorboard 58, ein Strom- und E/A-Board 60 und ein Beleuchtungsboard 62 umfassen. Es soll verstanden werden, dass jedes dieser Boards entfernt oder durch andere Boards ersetzt werden kann und dass die angesprochenen oder in den Figuren gezeigten Komponenten von einem Board zu einem anderen bewegt werden können. Die spezifischen Boardnamen sind nicht als einschränkend anzusehen und sind hier nur zur Vereinfachung benannt und nicht zur Definition einer speziellen Form oder Funktion.
Das Mainboard 56 kann im Allgemeinen einen Prozessor 64 umfassen, der für Bildverarbeitung und Dekodierung verwendet wird. Der Prozessor 64 kann mit Software programmiert sein, die unter anderem dafür konfiguriert ist, die Beleuchtung zu steuern, Bilddaten aufzunehmen und die aufgenommenen Bilddaten in nutzbare Informationen zu verarbeiten. Bildverarbeitung kann bekannte Operationen einschließlich Überprüfen, Anpassen und Messen als nicht einschränkende Beispiele umfassen. Ein Speichermedium 66 zum Speichern von Bildverarbeitungssoftware, Bildern, Pufferdaten und dergleichen kann ebenfalls auf dem Mainboard 56 umfasst sein,
Das Sensorboard 58 kann im Allgemeinen einen Bildverarbeitungssensor 68 umfassen. Der Bildverarbeitungssensor 68 dient dazu, Licht, das durch ein Objektiv 70 einfällt, in Elektronen umzuwandeln, um ein Bild zu erzeugen. Das Objektiv 70 fokussiert Bilddaten, d.h. von einem Bild reflektiertes Licht, auf den Bildverarbeitungssensor 68. Das Objektiv 70 kann über den Bildverarbeitungssensor 68 auf dem Sensorboard 58 angeordnet sein, um eine Ansicht eines Objekts im Sichtfeld (FOV) für den Bildverarbeitungssensor 68 bereitzustellen. Um den Bildverarbeitungssensor 68 vor Staub und Streulicht zu schützen, kann ein Dichtmittel, wie z.B. ein doppelseitiges Abdichtklebeband 92, verwendet werden und um den Außenrand 94 des Bildverarbeitungssensors 68 angebracht und am Sensorboard befestigt sein. In einigen Ausführungsformen kann ein Gewebe aus thermischem Isoliermaterial 74 zwischen Komponenten und/oder Boards angeordnet sein, um die Reduktion eines Wärmeflusses zu unterstützen. Das Isoliermaterial 74 kann zum Beispiel zwischen dem Bildverarbeitungssensor 68 und dem Prozessor 64 angeordnet sein, um die Reduktion eines Wärmeflusses zu unterstützen.
Eine Zieleinrichtung 72, wie zum Beispiel eine bekannte LED und/oder Laserdiode, kann auf dem Sensorboard 58 umfasst sein. Die Zieleinrichtung kann eine Anzeige der Mitte des FOV der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 zur Verfügung stellen, z.B. eine visuelle Anzeige wie einen Punkt oder ein X. Die Zieleinrichtung 72 kann auf dem Sensorboard 58 oder auf einem der anderen Boards angeordnet sein und der Halterahmen 54 kann eine Öffnung 124 umfassen, um den LED-Strahl oder Laserstrahl (nicht dargestellt) hindurch zu lassen. Ein Zielobjektiv 126 kann vor oder auf der Zieleinrichtung 72 angeordnet sein, um zum Beispiel den Zielausgangswinkel und/oder die Zielkonstanz einzustellen. Das Zielobjektiv 126 kann durch andere Objektivarten ersetzt werden, um die Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen. Der Halterahmen 54 kann eine Ausnehmung 128 umfassen, die dazu verwendet werden kann, das Zielobjektiv 126 an dem Halterahmen 54 zu befestigen. Das Zielobjektiv 126 kann einen oder mehrere Reiter oder Niederhalter 130 umfassen, die das Zielobjektiv und gegebenenfalls das Beleuchtungsboard 62 an dem Halterahmen 54 befestigen. In anderen Ausführungsformen kann ein Klebeband oder eine Klebefolie verwendet werden, allein oder in Kombination mit den Niederhaltern 130, um das Zielobjektiv 126 an dem Halterahmen 54 zu befestigen.
Das Strom- und E/A-Board 60 kann grundsätzlich Stromverwaltungsschaltungen 76 und analoge und/oder digitale Eingangs- und Ausgangs-(E/A)-Verbinder 78 für eine Vielzahl von optionalen Vorrichtungen und/oder zum Koppeln an beispielsweise ein Kommunikationsnetzwerk aufweisen. Auch das Beleuchtungsboard 62 kann E/A-Verbinder 78 aufweisen und außerdem unter anderem eine Beleuchtungseinrichtung 80 zur Objektbeleuchtung umfassen, z.B. eine LED oder LEDs. Die Beleuchtungseinrichtung 80 kann zum Beispiel eine bekannte LED sein. Ähnlich dem Zielobjektiv 126 kann in einigen Ausführungsformen ein Beleuchtungsobjektiv 114 vor oder auf der Beleuchtungseinrichtung 80 angeordnet sein, um beispielsweise den Lichtausgangswinkel und/oder die Beleuchtungskonstanz einzustellen. Das Beleuchtungsobjektiv 114 kann durch andere Objektivarten ersetzt werden, um verschiedene Beleuchtungsanforderungen zu erfüllen. Das Beleuchtungsboard 62 kann so dimensioniert und geformt sein, dass eine Ausnehmung 116 oder andere Struktur oder ein anderer Befestigungsmechanismus umfasst ist, der zum Befestigen des Beleuchtungsobjektivs 114 an dem Halterahmen 54 eingesetzt werden kann. Das Beleuchtungsobjektiv 114 kann auch dazu verwendet werden, das Beleuchtungsboard 62 an dem Halterahmen 54 zu haltern. Ähnlich dem Zielobjektiv 126 kann das Beleuchtungsobjektiv 114 in manchen Ausführungsformen eine oder mehrere Laschen oder Niederhalter 120 umfassen, die das Beleuchtungsobjektiv und/oder gegebenenfalls das Beleuchtungsboard 62 an dem Halterahmen 54 befestigen (s. 15). Es soll erkannt werden, dass der Halterahmen 54 auch ein Haltemittel umfassen kann, um es dem Beleuchtungsobjektiv 114 zu ermöglichen, an dem Halterahmen 54 gehalten zu werden. In anderen Ausführungsformen kann ein Klebeband oder eine Klebefolie 122 verwendet werden, allein oder in Kombination mit den Niederhaltern 120, um das Beleuchtungsobjektiv 114 an dem Beleuchtungsboard 62 und/oder dem Halterahmen zu befestigen.
Der Halterahmen 54 kann ein gespritztes, geformtes und/oder herausgearbeitetes Bauteil sein und so dimensioniert und geformt sein, dass es eine Stützstruktur für einige oder alle Boards 56, 58, 60 und 62 bietet und dem Haltern von einer oder mehreren optischen und/oder zusätzlichen, wie unten dargelegten Bildverarbeitungsvorrichtungskomponenten dient. Der Halterahmen 54 kann außerdem eine Vielzahl von PCB-Haltern 90 umfassen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Halterahmen 54 vier PCB-Halter 90 (der linke hintere PCB-Halter ist außer Sicht), wenngleich mehr oder weniger verwendet werden können. Sechs PCB-Halter 90 sind in 11 verwendet. Wie zum Beispiel in 1 und 2 zu sehen ist, können die PCB-Halter 90 angeschrägt sein, um eine Einrastung für jedes der Boards bereitzustellen. Wie zu sehen ist, können das Mainboard 56, das Sensorboard 58, das Strom- und E/A-Board 60 und/oder das Beleuchtungsboard 62 durch die PCB-Halter 90 und/oder den Halterahmen selbst auf, in und/oder um den Halterahmen 54 ortsfest gehalten werden.
Traditionelle Bildverarbeitungssysteme umfassen ein Objektiv, das für eine spezifische Brennweite werkskalibriert ist und keine Möglichkeit zur Einstellung durch den Nutzer bietet. Verschiedene Brennweiten machen unterschiedliche Bildverarbeitungsvorrichtungen nötig. Andere traditionelle Bildverarbeitungsvorrichtungen bieten eine gewisse Objektiveinstellungsfähigkeit, erfordern jedoch Werkzeuge und ein Auseinanderbauen der Bildverarbeitungsvorrichtung selbst für kleine oder geringfügige Feineinstellungen. Um diese Beschränkungen zu überwinden, kann der Halterahmen 54 eine Öffnung 88 umfassen, die so dimensioniert ist, dass sie das Objektiv 70 haltert.Die Öffnung 88 kann ein Gewinde aufweisen, um ein Austauschen und/oder Drehen des Objektivs 70 zum Einstellen des Objektivfokus zu ermöglichen. Dies gestattet die Möglichkeit, die Bildverarbeitungsvorrichtung anstatt durch Bewegen der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 durch Einstellen des Objektivs 70 zu fokussieren. In eineigen Ausführungsformen kann das Objektiv 70 eine mit einem Gewinde versehene Basis 96 umfassen und der Halterahmen 54 kann ein passendes Gewinde 98 in der Öffnung 88 umfassen, um das Objektiv zu haltern und um ein Drehen des Objektivs 70 zum Anpassen einer Entfernung zwischen dem Objektiv 70 und dem Bildverarbeitungssensor 68 zum Fokussieren zu ermöglichen. In einigen Anwendungen kann das Objektiv durch eine Objektivfokusarretierung 100 befestigt werden, um ein eigenständiges Drehen des Objektivs zu unterbinden.
Bei der Verwendung in einer Herstellungsbaugruppen-, Test-, Mess-, Automatisierungs- und/oder Steuerungsanwendung können Bildverarbeitungsvorrichtungen schwierigen Arbeitsbedingungen unterworfen sein, einschließlich Vibrationen und Temperaturschwankungen, die thermisch bedingte Ausdehnung und Schwindung verursachen können. Diese Umweltfaktoren können dazu führen, dass sich das Objektiv eigenständig dreht, was letztendlich dazu führen kann, dass das Objektiv den Fokus verliert, wodurch womöglich unzufriedenstellende Ergebnisse entstehen. Die Objektivfokusarretierung 100 kann nicht nur dazu dienen, ein Drehen des Objektivs 70 unter diesen schwierigen Bedingungen zu verhindern, sondern die Objektivfokusarretierung 100 kann in einigen Ausführungsformen auch eine Einstellung des Objektivs 70 ohne Verwendung von Werkzeugen ermöglichen und das Objektiv gleichzeitig einspannen.
Mit Bezug auf 3 und 4 kann die Objektivfokusarretierung 100 eine Formpassung sein und von einem Nutzer eingerastet oder eingesteckt werden, um das Objektiv 70 einzuspannen, und kann gedreht werden, um diskrete Stufen für eine Objektiveinstellung zum Einstellen der Fokusposition des Objektivs 70 ohne Verwendung von Werkzeugen zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann die Objektivfokusarretierung 100 eine Basis 134, einen Rastabschnitt 136 und einen Objektivhalteabschnitt 138 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Rastabschnitt 136 zumindest einen aus der Basis 134 ragenden Rastarm 140 umfassen. Der Rastarm 140 kann einen Vorsprung 142 umfassen, der aus einem Eingriffende 144 des Rastarms 140 ragt. Der Vorsprung 142 kann so dimensioniert und ausgebildet sein, dass er in eine Passeingriffvorrichtung 146 eingreift, wie zum Beispiel in eine von vielzähligen, um einen vertieften Rand 148 der Öffnung 88 angeordneten Ausnehmungen 146. Der Rastarm 140 kann eine radial verlaufende Kraft aufwenden, so dass das Eingriffende 144 in Richtung der Passeingriffvorrichtung 146 gespannt ist. Wie dargestellt umfasst die Objektivfokusarretierung 100 sechs Rastarme 140, wobei mehr oder weniger denkbar sind. Jeder Vorsprung 142 und jede Ausnehmung 146 stellt eine separate Fokusposition für das Objektiv dar 70. In einigen Ausführungsformen kann der vertiefte Rand 148 einen Ausschnitt 150 umfassen, in dem ein Rastarm 140 und ein zugehöriger Vorsprung 142 nicht mit einer Ausnehmung 146 in Kontakt sind. Es soll verstanden werden, dass andere Riegelmechanismen verwendet werden können, einschließlich solcher, in denen beispielsweise der Rand 148 Vorsprünge 142 umfassen kann und das Eingriffende 144 eine Ausnehmung 146 umfassen kann.
Der Objektivhalteabschnitt 138 kann mit einem Tubus 106 des Objektivs in Kontakt und in Eingriff kommen, wobei er den Tubus 106 entweder teilweise oder im Wesentlichen umgreift. Wie in 3 gezeigt, kann der Halteabschnitt 138 einen Eingriffabschnitt 150 aufweisen, wie zum Beispiel eine Vielzahl von Rippen 150, die dazu dienen, mit dem Tubus 106 in Kontakt und in Eingriff zu kommen und ein Drehen des Objektivs 70 zu verhindern. Drei Rippen 150 sind dargestellt, wobei mehr oder weniger Rippen denkbar sind.
Bei der Anwendung kann ein Nutzer eine Einstellung für das Objektiv 70 einbauen und durch Drehen des mit einem Gewinde versehenen Objektivs 70 in der mit einem Gewinde versehenen Öffnung 88 vornehmen. Der Nutzer kann dann die Objektivfokusarretierung 100 über dem Objektiv 70 anordnen und die Objektivfokusarretierung 100 in den vertieften Rand 148 und über dem Objektivtubus 106 einsetzen. Das Objektiv 70 ist nun daran gehindert, sich von selbst zu drehen. Um eine feine Fokuseinstellung für separate Fokuspositionen zu ermöglichen, kann der Nutzer den Rastabschnitt 136 umfassen und den Rastabschnitt entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn 152 drehen, um die Fokusposition für das Objektiv 70 separat einzustellen. Die Rastarme 140 und die dazugehörigen Ausnehmungen 146 dienen als diskrete Einstellungspositionen, während der Objektivhalteabschnitt 138 die Position des Objektivs relativ zur Objektivfokusarretierung 100 einspannt. Wenn die Objektivfokusarretierung 100 beispielsweise um eine Strecke in eine erste Richtung gedreht wird, veranlasst der Objektivhalteabschnitt 138 das Objektiv 70 dazu, sich gemeinsam mit der Objektivfokusarretierung 100 ebenfalls in die erste Richtung zu drehen. Die Drehstrecke der Objektivfokusarretierung 100 und des Objektivs 70 kann die gleiche sein oder es könnte zum Beispiel ein Getriebe zum Erhöhen oder Verringern der Drehstrecke des Objektivs 70 umfasst sein.
Mit Bezug auf 5 kann die Objektivfokusarretierung in manchen Ausführungsformen einen Objektivfokusarretierungsring 102 umfassen und über dem Objektiv 70 angeordnet sein, um das Objektiv in einer gewünschten Fokusposition zu sichern und ein Drehen des Objektivs zu verhindern. Ähnlich der Objektivfokusarretierung 100 kann der Objektivfokusarretierungsring 102 über dem Objektiv 70 angeordnet und in den vertieften Rand 148 und über dem Objektivtubus 106 eingesetzt sein. Das Objektiv 70 ist nun daran gehindert, sich von selbst zu drehen. Um eine Feinfokuseinstellung vorzunehmen, kann der Nutzer den Objektivfokusarretierungsring 102 entfernen und das mit einem Gewinde versehene Objektiv 70 in der mit einem Gewinde versehenen Öffnung 88 entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen, um die Fokusposition für das Objektiv 70 einzustellen. Der Nutzer kann dann den Objektivfokusarretierungsring 102 wieder über dem Objektiv 70 anordnen und den Objektivfokusarretierungsring 102 in den vertieften Rand 148 und über dem Objektivtubus 106 einsetzen. Der Objektivfokusarretierungsring 102 kann auch einen Halteabschnitt 138 umfassen, um ein Drehen des Objektivs 70 zu verhindern. Der Halteabschnitt 138 kann mit dem Tubus 106 des Objektivs 70 in Kontakt und in Eingriff kommen, wobei er den Tubus 106 teilweise oder ganz umgreift.
Mit Bezug auf 6 kann die Objektivfokusarretierung in anderen Ausführungsformen einen Objektivfokusarretierungsstecker 108 umfassen und kann auf oder in dem Halterahmen 54 angeordnet sein. Der Objektivfokusarretierungsstecker 108 kann einen Kontaktabschnitt 110 umfassen. Der Kontaktabschnitt 110 kann mit einem Gewinde versehen sein, das dazu dient, in die mit einem Gewinde versehene Basis 96 des Objektivs 70 einzugreifen, und/oder der Kontaktabschnitt 110 kann aus einem weitestgehend weichen Material, z.B. Kunststoff oder Gummi, bestehen, um mit dem Objektiv 70 in Eingriff zu gelangen und das Objektiv am Drehen zu hindern. In einigen Ausführungsformen kann sowohl eine Objektivfokusarretierung 100 oder ein Objektivfokusarretierungsring 102 als auch der Objektivfokussierungsstecker 108 verwendet werden.
Mit Bezug auf 7 und 8 ist eine alternative Ausführungsform einer Objektivfokusarretierung 250 gezeigt. Ähnlich der Objektivfokusarretierung 100 kann die Objektivfokusarretierung 250 eine Formpassung sein und von einem Nutzer eingerastet oder eingedrückt werden, um das Objektiv 70 einzuspannen. Die Objektivfokusarretierung 250 kann gedreht werden, um separate Stufen für eine Objektiveinstellung zum Einstellen der Fokusposition des Objektivs 70 ohne Verwendung von Werkzeugen bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die Objektivfokusarretierung 250 einen Schlitz 274 umfassen, um es einem Werkzeug, z.B. einem Schraubendreher oder einem ähnlichen Gerät, zu ermöglichen, die Objektivfokusarretierung zu drehen. Die Objektivfokusarretierung 250 kann gemeinsam mit einer Einspannung 252 eine vorbestimmte Anzahl von festen Fokuspositionen bereitstellen, die durch ein Drehen der Objektivfokusarretierung 250 erreicht werden können.
In einigen Ausführungsformen kann die Objektivfokusarretierung 250 eine Basis 262, einen Rastabschnitt 258 und einen Objektivhalteabschnitt 268 umfassen. Die Basis 262 kann von einem Nutzer umfasst werden, um die Objektivfokusarretierung 250 zu drehen. Eine Seitenwand 278 des Rastabschnitts 258 kann eine vorbestimmte Anzahl von Eingriffvorrichtungen 256 und zumindest einen Anschlagvorsprung 260 umfassen. Jede Eingriffvorrichtung 256, wie zum Beispiel eine von einer Vielzahl von Ausnehmungen, kann in Zusammenarbeit mit der Einspannung 252 eine separate Fokusposition für das Objektiv 70 darstellen. Der Anschlagvorsprung 260 kann so dimensioniert und ausgebildet sein, dass er ein Drehen der Objektivfokusarretierung 250 um eine vorbestimmte Gradzahl (z.B. 180 oder 270 Grad oder mehr oder weniger) verhindert.
Mit Bezug auf 9 kann die Einspannung 252 durch verschiedenste Mittel, zum Beispiel durch einen Bolzen oder eine Schraube 272, an dem Halterahmen 54 befestigt sein. Die Einspannung 252 kann einen Rastarm 264 und einen Spannarm 265, der aus einer Basis 274 ragt, umfassen. Der Rastarm 264 kann einen Vorsprung 266 umfassen, der aus einem Eingriffende 276 des Rastarms 264 ragt. Der Vorsprung 266 kann so dimensioniert und ausgebildet sein, dass er in eine der vielzähligen um den Rastabschnitt 258 angeordneten Ausnehmungen 256 eingreift. Der Rastarm 264 kann eine Kraft aufwenden, zum Beispiel eine radial verlaufende Druckkraft, so dass das Eingriffende 276 in Richtung einer passenden Ausnehmung 256 gespannt ist. Wie dargestellt umfasst die Objektivfokusarretierung 250 drei Ausnehmungen 256, wobei mehr oder weniger denkbar sind. Jede Ausnehmung 256 stellt eine separate Fokusposition für das Objektiv 70 dar, derart, dass der Vorsprung 266 in eine der Ausnehmungen 256 einrastet. Durch Drehen der Objektivfokusarretierung 250 kann der Vorsprung 266 aus der Ausnehmung 256 gelöst werden und die nächste Ausnehmung 256 finden und erneut einrasten. In einigen Ausführungsformen kann jede Ausnehmung 256 einen zugehörigen optischen Anzeiger 270 aufweisen, der die Fokusposition anzeigt. Es soll verstanden werden, dass andere Riegelmechanismen verwendet werden können, einschließlich solcher, in denen beispielsweise der Rastabschnitt 258 Vorsprünge 266 umfassen kann und das Eingriffende 276 eine Ausnehmung 256 umfassen kann.
Der Objektivhalteabschnitt 268 kann mit dem Tubus 106 des Objektivs 70 in Kontakt und in Eingriff kommen, wobei er den Tubus 106 teilweise oder ganz umgreift.Wie am besten in 8 und 9 zu sehen ist, kann der Halteabschnitt 138 einen Eingriffabschnitt 254, wie zum Beispiel eine Vielzahl von Rippen, umfassen, um mit dem Tubus 106 in Kontakt und in Eingriff zu kommen und ein Drehen des Objektivs 70 zu verhindern. Drei Rippen 254 sind gezeigt, wobei mehr oder weniger Rippen denkbar sind.
Um eine Feinfokuseinstellung für separate Fokuspositionen durchzuführen, kann der Nutzer die Basis 262 umfassen und entweder mit dem Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn 152 drehen, um die Fokusposition für das Objektiv 70 separat einzustellen. Der Vorsprung 266 und die zugehörigen Ausnehmungen 256 dienen dazu, die diskreten Einstellungspositionen zur Verfügung zu stellen, während der Objektivhalteabschnitt 268 die Position des Objektivs 70 relativ zur Objektivfokusarretierung 250 feststellt. Wenn die Objektivfokusarretierung 250 beispielsweise um eine Strecke in eine erste Richtung gedreht wird, veranlasst der Linsenhalteabschnitt 268 das Objektiv 70 dazu, sich gemeinsam mit der Objektivfokusarretierung 250 ebenfalls um eine Strecke in die erste Richtung zu drehen. Die Drehstrecke der Objektivfokusarretierung 250 und des Objektivs 70 kann die gleiche sein, oder es kann beispielsweise ein Getriebe zum Erhöhen oder Verringern der Drehstrecke des Objektivs 70 umfasst sein. In 9 wäre die Objektivfokusarretierung 250 nur in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn drehbar, da der Anschlagvorsprung 260 eine Drehung der Objektivfokusarretierung 250 im Uhrzeigersinn beschränkt.
Mit Bezug auf 10 kann in einigen Ausführungsformen jedes Board 56, 58, 60 und 62 aus einer grundsätzlich starren PCB-Struktur mit flexiblen PCB 82, die eines oder mehrere der starren Boards aneinanderkoppeln, bestehen; diese sind hierin als starr-flexible PCB beschrieben. Es soll verstanden werden, dass flexible PCB auch komplett oder teilweise verwendet werden können. In einer Ausführungsform kann das Sensorboard 58 über dem Mainboard 56 angeordnet und durch flexible PCB 82 an selbigem befestigt sein. Diese Ausrichtung ermöglicht es, den Bildverarbeitungssensor 68 so anzuordnen, dass das Objektiv 70 über dem Bildverarbeitungssensor angeordnet sein kann. Das Strom- und E/A-Board 60 kann durch flexible PCB 82 an das Mainboard 56 gekoppelt sein und nach oben in Richtung der Fläche 84 der Bildverarbeitungsvorrichtung ragen (siehe 11). Das Strom- und E/A-Board 60 kann anstatt mit dem Mainboard 56 zum Beispiel auch mit dem Sensorboard 58 gekoppelt sein. Das Beleuchtungsboard 62 kann dann durch flexible PCB 82 mit dem Strom- und E/A-Board gekoppelt sein. Ebenso kann das Beleuchtungsboard 62 zum Beispiel mit dem Sensorboard 58 gekoppelt sein.
Mit Bezug auf 11 kann sich das Beleuchtungsboard 62 in einigen Ausführungsformen verlängern und einen gewissen oder einen wesentlichen Abschnitt der Fläche 84 der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 bedecken. In dieser Ausführungsform kann das sich verlängernde Beleuchtungsboard 62 einen Abschnitt des Objektivs 70 bedecken, wobei nur eine Öffnung 86 im Beleuchtungsboard 62 bestehen bleibt, die so dimensioniert ist, dass bedarfsgerecht ausreichend Licht in das Objektiv 70 gelangt.
12 bis 14 zeigen alternative Ausführungsformen, in denen starr-flexible PCB 52 auf verschiedene Weise um den Halterahmen 54 angeordnet werden können. In 12 ist der Halterahmen entfernt, um mögliche starr-flexible PCB-Ausrichtungen besser darzustellen. In 12 ist beispielsweise das Mainboard 56 auf der dem Stromund E/A-Board 60 gegenüberliegenden Seite der Bildverarbeitungsvorrichtung angeordnet. In 13 und 14 sind alternative Boardanordnungen gezeigt, bei denen Zieleinrichtungen 72 und/oder Beleuchtungseinrichtungen 80 auf einem oder mehreren Boards angeordnet sein können, z.B. auf einem Board, welches das Objektiv 70 umgibt oder neben oder nahe dem Objektiv 70 angeordnet sein kann. Außerdem kann die flexible PCB sich an jeder Seite der verschiedenen PCBs verlängern, um jegliche Größen- oder Formvorgaben und/oder verschiedenen Konfigurationen des Halterahmens 54 zu erfüllen.
Mit Bezug auf 15 kann eine Objektivverlängerung 112 an den Halterahmen 54 gekoppelt oder an diesem angebracht oder ein Teil des Halterahmens sein, um verschiedene Objektive 154 zu haltern. Die Objektivverlängerung 112 kann innen und/oder außen mit einem Gewinde versehen sein, so dass es an den Halterahmen 54 geschraubt werden kann und die Verwendung von verschiedenen Objektiven möglich macht, zum Beispiel eines Objektivs 154, das an die Objektivverlängerung 112 geschraubt wird. Auf diese Weise können verschiedene Objektive mit beispielsweise verschiedenen Brennpunkten und/oder Abbildungscharakteristika an der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 angebracht werden, wodurch die Zahl der Anwendungsbereiche erweitert wird.
Bei einigen Anwendungen kann sich die Entfernung zwischen dem Bildverarbeitungssensor 68 und einem abzubildenden Objekt zwischen den Verwendungen verändern. In diesen Fällen kann ein einstellbares Objektiv- und Autofokussystem vorgesehen werden, um verwendbare Bilder (z.B. Bilder, aus denen die für eine Durchführung des Bildverarbeitungsvorgangs notwendigen Daten extrahiert werden können) zu erhalten. In diesen Fällen kann das Objektiv- und Autofokussystem das Objektiv automatisch fokussieren, wenn die Bildverarbeitungsvorrichtung zur Durchführung eines Bildverarbeitungsprozesses aktiviert wird, so dass ein klares Bild des abzubildenden Objekts auf dem Bildverarbeitungssensor erzeugt und zur Durchführung des Bildverarbeitungsprozesses verarbeitet werden kann.
Mit Bezug auf 16 ist eine Flüssiglinse 132 eine Art von Objektiv, das für die Bildverarbeitungsvorrichtung verwendet werden kann. Flüssiglinsen können aus einer oder mehreren Flüssigkeiten mit verschiedenen Brechungsindizes zusammengesetzt sein und durch Steuerung des Meniskus oder der Oberfläche der Flüssigkeit verändert werden. Bei einer Art von Flüssiglinsen sind zum Beispiel zwei Flüssigkeiten in einem Rohr mit transparenten Verschlusskappen enthalten. Die erste Flüssigkeit ist eine elektrisch leitfähige wässrige Lösung und die zweite ist ein nicht leitendes Öl. Das Innere des Rohrs ist mit einem hydrophoben Material beschichtet, so dass die wässrige Lösung eine hemisphärische Linse bildet, die eingestellt werden kann, indem über die Beschichtung ein Gleichstrom angelegt wird, um so ihren wasserabweisenden Effekt durch ein Verfahren namens Elektrowetting zu verringern. Elektrowetting passt die Oberflächenspannung der Flüssigkeit an, wodurch der Radius der Krümmung verändert und die Brennweite des Objektivs angepasst wird.
Flüssiglinsen sind äußerst vielseitig und bieten eine sehr variable Brennweite, ohne dass ein Bewegen von Teilen nötig ist. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 50 kann eine Flüssiglinse 132 verwenden und zum Beispiel über einen mit dem Verbinder 78 auf dem Beleuchtungsboard 62 gekoppelten Flexverbinder 156 mit der Bildverarbeitungsvorrichtung verbunden sein, oder der Verbinder 156 kann zum Beispiel mit einem flexiblen Teil 82 der starr-flexiblen PCB 52 verbunden sein.
Herkömmliche Bildverarbeitungsvorrichtungen sind unter Verwendung eines Kommunikationskabels physisch mit einem Computer oder einem ähnlichen Gerät verbunden, das über ausreichende Prozessorsleistung verfügt. Die herkömmliche Bildverarbeitungsvorrichtung wird dazu verwendet, ein Bild aufzunehmen, und dieses Bild wird dann für das Dekodieren des Bilds auf den Computer geladen. Auf diese Weise weist die traditionelle Bildverarbeitungsvorrichtung nur so viel Prozessorleistung auf wie für ein Aufnehmen und Übertragen des Bildes notwendig ist, wobei die prozessorintensiven Vorgänge auf dem Computer stattfinden, wo Platz und Wärmeentwicklung leichter gehandhabt werden können. Wie bekannt ist, können Prozessoren, auf denen prozessorintensive Vorgänge wie die Bilddekodierung laufen, von großer Dimension sein und eine beträchtliche Wärmemenge als Nebenprodukt der Prozessorvorgänge erzeugen.
In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 64 für das Verarbeiten eines Bildes dimensioniert und ausgebildet sein, im Vergleich zum Transferieren eines Bildes zur Verarbeitung auf einen Computer. Das Verarbeiten des Bildes auf der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 kann beträchtliche Wärme erzeugen und außerdem zusätzlichen PCB-Platz für einen physisch größeren Prozessor erfordern. Darüber hinaus können bei auf der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 stattfindender Verarbeitung mehr Signale erzeugt werden, die zwischen den Komponenten übertragen werden müssen. Die Verwendung von starr-flexiblen PCBs 52 kann zusätzliche Verbinder zwischen herkömmlichen starren Leiterplatten, die Verbinder zum Koppeln zweier oder mehrerer starrer Leiterplatten benötigen, reduzieren und/oder unnötig machen.
Wie bereits dargelegt können Ausführungsformen zur Optimierung der Wärmeableitung einige oder alle auf den starr-flexiblen PCBs 52 angeordneten wärmeerzeugenden Komponenten so umfassen, dass diese zum Äußeren der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 gerichtet sind, um so die Abstrahlung von Wärme weg von der Bildverarbeitungsvorrichtung zu unterstützen. In einigen Ausführungsformen können sich der Prozessor 64 und der Bildverarbeitungssensor 68 auf unterschiedlichen die starr-flexible PCB 52 umfassenden Boards befinden, um so den wärmeerzeugenden Prozessor 64 von dem wärmeempfindlichen Bildverarbeitungssensor 68 zu trennen.
In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere Kühlkörper 180 thermisch an die Bildverarbeitungsvorrichtung 50 gekoppelt sein, um Wärme in die Umgebung abzuleiten. 17 zeigt eine Unteransicht der Bildverarbeitungsvorrichtung 50, wobei ein Gehäuse 184 oder Teile des Gehäuses 184 als Kühlkörper 180 dienen können, während in anderen Ausführungsformen ein oder mehrere Kühlkörper 184 thermisch an Komponenten der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 gekoppelt und dann zum Beispiel in einem separaten Gehäuse angeordnet sein können. Ein thermischer Lückenfüller 182 kann bekanntermaßen dazu verwendet werden, zum Beispiel den Prozessor 64 oder andere Geräte auf der starr-flexiblen PCB 52 an den Kühlkörper 180 zu koppeln. Der Kühlkörper 180 kann aus bekannten Kühlkörpermaterialien bestehen, wie zum Beispiel Kupfer und/oder Aluminium. Das Gehäuse 184 kann zum Beispiel aus Kunststoffen bestehen.
In der Ausführungsform aus 17 sind drei Seiten der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 als thermisch an dem Kühlkörper 180 gekoppelt dargestellt. Es soll verstanden werden, dass der Kühlkörper 180 dazu ausgebildet sein kann, thermisch an mehr oder weniger als die drei Seiten zu koppeln und dass der Kühlkörper 180 in einigen Ausführungsformen thermisch von einer oder mehreren Seiten der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 isoliert sein kann. Das Gehäuse 184 ist so dargestellt, dass es ein Oberteil 186, ein Unterteil 188, eine Frontabdeckung 190 und den Kühlkörper 180 umfasst, die als Seitenwände des Gehäuses 184 dienen. Ein einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere E/A- und/oder Kommunikationskabel 192 durch eine Rückwand 194 verlaufen und an ein Eingangs-/Ausgangsboard 198 koppeln, das an die Bildverarbeitungsvorrichtung 50 gekoppelt ist. Das Oberteil 186, das Unterteil 188, der Kühlkörper 180 und die Frontabdeckung 190 können zusammengebaut und beispielsweise mittels Schrauben 196 aneinander befestigt sein. Die Frontabdeckung 190 kann ein Rastverschluss sein, um so eine werkzeugfreie Entfernung zum Zugriff auf die Objektivfokusarretierung 100 und den Objektivfokusarretierungsring 102 für ein Einstellen des Objektivs 70 zu ermöglichen. 18 stellt die Bildverarbeitungsvorrichtung 50 in dem Gehäuse 184 dar.
Mit Bezug auf 19 bis 21 ist eine Draufsicht der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 und des dazugehörigen Gehäuses 184 dargestellt. In 19 und 20 ist das Eingangs-/Ausgangsboard 198 besser zu sehen und es ist als mittels flexibler PCB 82 an die Bildverarbeitungsvorrichtung gekoppelt dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann die flexible PCB 82 durch einen Schlitz 200 im Eingangs-/Ausgangsboard 198 ragen. Das Eingangs-/Ausgangsboard 198 kann an den Kühlkörper 180 und/oder das Gehäuse 184 gekoppelt sein und eine oder mehrere Anzeigen, wie zum Beispiel LEDs 202, als eine Nutzerschnittstelle umfassen.
Das Eingangs-/Ausgangsboard 198 kann einen Verbinder 206 umfassen, zum Beispiel einen bekannten Board-zu-Board-Verbinder, um es der Bildverarbeitungsvorrichtung 50 zu ermöglichen, eine zusätzliche Beleuchtungseinrichtung zu steuern. Wie in 20 am besten zu sehen ist, kann zum Beispiel eine Beleuchtungseinrichtung 210 mit zumindest einer Beleuchtungseinrichtung 81 und einem passenden Verbinder 212 an den Verbinder 206 koppeln. In einigen Ausführungsformen kann die Beleuchtungseinrichtung 210 Teil eines gebündelten Produkts oder einer gebündelten Einheit 216 sein, wie in 21 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann die Beleuchtungseinrichtung 210 eine Fernbeleuchtungseinrichtung, z.B. nicht Teil eines gebündelten Produkts oder einer gebündelten Einheit, aber dennoch an die Bildverarbeitungsvorrichtung 50 gekoppelt sein und von dieser gesteuert werden.
Mit Bezug auf 22 ist eine Bildverarbeitungsvorrichtung 50, die eine Objektivfokusarretierung 250 umfasst, in einem Gehäuse 184 dargestellt. Das Gehäuse 184 kann eine Frontabdeckung 190 umfassen. In dieser Ausführungsform kann die Frontabdeckung 190 einen maskierten Abschnitt 280 und einen freien Abschnitt 270 in der Frontabdeckung 190 umfassen. Der freie Abschnitt kann so dimensioniert sein, dass ein visueller Zugang zu der gewählten optischen Anzeige 270 möglich ist, welche die gewählte Objektivfokusposition angibt. Die übrigen optischen Anzeigen 270 für die übrigen Fokuspositionen können von dem maskierten Abschnitt 280 verdeckt sein.
23 stellt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Zusammenbau einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung eines Halterahmens 54 und starr-flexibler PCBs 52 dar. Das in 23 gezeigte Verfahren kann unter anderem in Verbindung mit jedem der in den obigen Figuren gezeigten Systeme und Vorrichtungen angewandt werden. In verschiedenen Ausführungsformen werden einige der gezeigten Verfahrenselemente gegebenenfalls übereinstimmend oder in anderer Reihenfolge als der gezeigten durchgeführt oder weggelassen. Ebenso können gegebenenfalls zusätzliche Verfahrenselemente durchgeführt werden.
Mit Bezug auf 23 ist ein Verfahren 160 zum Zusammenbau einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung eines Halterahmens 54 und starr-flexibler PCBs 52 dargestellt. Ein erster Schritt ist es, einen Halterahmen 54 bereitzustellen, der dazu eingerichtet ist, wie in Prozessblock 162 angezeigt eine oder mehrere elektronische Leiterplatten, in diesem Fall starr-flexible PCBs 52, zu haltern. Wie zuvor beschrieben kann der Halterahmen 54 eine Vielzahl von Haltern 90 umfassen, um die starr-flexiblen PCBs 52 zu haltern. In Prozessblock 164 werden die starr-flexiblen PCBs 52 bereitgestellt und in Prozessblock 166 und 168 können die starr-flexiblen PCBs 52 gebogen oder gefaltet und mit dem Halterahmen 54 in Eingriff gebracht werden. In einigen Ausführungsformen können die starr-flexiblen PCBs 52 einen Bildverarbeitungssensor 68 umfassen. Mit den auf, in und/oder um den Halterahmen 54 angeordneten starr-flexiblen PCBs 52 kann das Objektiv 70 über dem Bildverarbeitungssensor 68 angeordnet werden und der Halterahmen 54 das Objektiv über dem Bildverarbeitungssensor haltern, wie in Prozessblock 170 gezeigt ist. Sobald das Objektiv 70 positioniert ist, kann das Objektiv in Prozessblock 172 durch eine Objektivfokusarretierung 100 eingespannt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Objektivfokusarretierung 100 sowohl mit dem Objektiv 70 als auch dem Halterahmen 54 in Kontakt sein, um das Objektiv 70 am eigenständigen Drehen zu hindern und eine Einstellung der Positionierung des Objektivs 70 zu ermöglichen.

Claims

Einstellbare Objektiworrichtung, umfassend: ein Objektiv (70), wobei das Objektiv (70) eine Objektivbasis (96) und einen aus der Objektivbasis (96) ragenden Objektivtubus umfasst; einen Halterahmen (54), wobei der Halterahmen (54) eine Öffnung (124) umfasst, wobei die Öffnung (124) einen Rand umfasst, wobei die Öffnung (124) für das Aufnehmen von zumindest der Objektivbasis dimensioniert ist; eine Objektivfokusarretierung (100), wobei die Objektivfokusarretierung (100) eine Basis (134), einen Rastabschnitt (136) und einen Objektivhalteabschnitt (138) umfasst; wobei der Objektivhalteabschnitt (138) einen Eingriffabschnitt (150) umfasst, wobei der Eingriffabschnitt dazu ausgebildet ist, mit dem Objektiv (70) in Eingriff zu gelangen und eine Bewegung des Objektivs (70) zu verhindern; und wobei die Objektivfokusarretierung (100) drehbar ist, um eine Fokusposition des Objektivs (70) einzustellen, derart, dass bei einem Drehen der Objektivfokusarretierung (100) um eine erste Strecke in eine erste Richtung der Objektivhalteabschnitt (138) ein Drehend des Objektivs (70) um eine zweite Strecke in die erste Richtung verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastabschnitt (136) zumindest einen aus der Basis (134) der Objektivfokusarretierung (100) ragenden Rastarm (140) umfasst, wobei der zumindest eine Rastarm (140) ein zu der Basis (100) beabstandetes freies Eingriffende (144) umfasst, wobei das freie Eingriffende (144) für den Eingriff in zumindest eine von vielzähligen um den Rand angeordneten Passeingriffvorrichtungen (146) dimensioniert ist.
Einstellbare Objektivvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn die Objektivfokusarretierung (100) in die erste Richtung gedreht wird, das freie Eingriffende (144) des zumindest einen Rastarms (140) sich von einer der vielzähligen passenden Eingriffvorrichtungen (146) zu einer anderen der vielzähligen passenden Eingriffvorrichtungen (146) bewegt, was eine diskrete Bewegung der Objektivfokusarretierung (100) und eine diskrete Bewegung des Objektivs (70) in die erste Richtung verursacht.
Einstellbare Objektivvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Objektivbasis (96) ein Gewinde aufweist und die Öffnung (124) ein Gewinde aufweist, so dass die Öffnung (124) in der Art eines Gewindes das Objektiv (70) aufnimmt, und der Objektivhalteabschnitt (138) das Objektiv (70) dazu bringt, sich in der Art eines Gewindes mit der Objektivfokusarretierung (100) in die erste Richtung zu drehen, wenn die Objektivfokusarretierung (100) in die erste Richtung gedreht wird.
Einstellbare Objektivvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Halterahmen (54) eine Vielzahl von Haltern (90) zum Haltern einer elektronischen Leiterplatte umfasst.
Einstellbare Objektivvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rand der Öffnung (124) ein vertiefter Rand (148) ist, wobei die Objektivfokusarretierung (100) so dimensioniert ist, dass sie zumindest teilweise in einen von dem vertieften Rand (148) definierten Raum passt und die Objektivfokusarretierung (100) in dem von dem vertieften Rand (148) definierten Raum drehbar ist.
Einstellbare Objektivvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die einstellbare Objektivvorrichtung eine Bildverarbeitungsvorrichtung ist, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung des Weiteren einen Bildverarbeitungssensor (68) und einen Prozessor (64) zum Verarbeiten eines von der Bildverarbeitungsvorrichtung aufgenommenen Bildes umfasst.
Einstellbare Objektivvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Objektivfokusarretierung (100) drehbar ist, um eine Distanz zwischen dem Objektiv (70) und dem Bildverarbeitungssensor (68) einzustellen.
Einstellbare Objektivvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl an passenden Eingriffvorrichtungen (146) innerhalb des vertieften Randes (148) angeordnet sind..
Einstellbare Objektivvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der vertiefte Rand (148) einen Freiabschnitt umfasst, innerhalb dessen der zumindest eine Rastarm (140) nicht in Kontakt mit der Vielzahl an passenden Eingriffvorrichtungen (146) steht.