DE112007003623T5

DE112007003623T5 - Optimierte Beleuchtung für einen Rundstrahlabtaster

Info

Publication number: DE112007003623T5
Application number: DE112007003623T
Authority: DE
Inventors: Ken Warabi Fukuba; Tohru Warabi Takahashi
Original assignee: Optoelectronics Co Ltd; Opticon Inc
Current assignee: Optoelectronics Co Ltd; Opticon Inc
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2010-09-16
Also published as: US20120002100A1; JP5002709B2; JP2010537482A; US8827161B2; WO2009023028A1

Abstract

Abbildungsvorrichtung aufweisend eine erste Beleuchtungsvorrichtung und eine zweite Beleuchtungsvorrichtung, welche erste Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, um ein Sichtfeld in einem ersten Abstand von der Vorrichtung zu beleuchten, welche zweite Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, um ein Sichtfeld in einem zweiten und weiteren Abstand von der Vorrichtung zu beleuchten, wobei zumindest eine der Beleuchtungsvorrichtungen eine Lichtquelle und eine Linse mit einer Mitte enthält und die Lichtquelle gegenüber der Mitte der Linse versetzt ist, welche Vorrichtung weiterhin ein Abbildungsfeld aufweist, um von einem Zielobjekt reflektiertes Licht zu erfassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf Abbildungsvorrichtungen und insbesondere auf ein optimiertes Beleuchtungssystem mit einer bestimmten Anwendung in 2D-Abbildungssystemen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
2D-Abbildungssysteme enthalten typischerweise eine Beleuchtungsvorrichtung und ein Abbildungsfeld wie komplementäres Metall auf Silizium (”CMOS”) oder eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (”CCD”). Derartige Systeme verwenden LEDen oder andere Mittel, um das zu erfassende Objekt zu beleuchten, und das von einem derartigen Objekt reflektierte Licht fällt dann auf die Abbildungsmatrix. Ein mit derartigen Vorrichtungen verbundenes Problem besteht darin, dass die die tiefe des Feldes, über das die Beleuchtung des Objekts konstant gehalten werden kann, relativ eng ist. Beispielsweise zeigt 1, wie die Intensität der Beleuchtung als eine Funktion des Abstands von der Quelle drastisch abfällt.
Im Stand der Technik enthalten Lösungen dieses Problems typischerweise die Installation einer oder mehrerer zusätzlicher LEDen oder anderer Beleuchtungsmittel, die auf den Bereich nahe der Vorrichtung gerichtet sind. Eine derartige Anordnung ist in der veröffentlichten US Nr. 2006-0219792 offenbart. In der '792 -Veröffentlichtung werden zwei Operationsmoden verwendet, von denen jeder seinen eigenen assoziierten Satz von LEDen hat. In Abhängigkeit davon, ob es erwünscht ist, Bilder in dem Nahfeld oder Fernfeld zu erfassen, wird ein unterschiedlicher Operationsmodus ausgewählt, was dazu führt, dass ein verschiedener Satz von LEDen beleuchtet wird. Jedoch hat die Position der verschiedenen LEDen zur folge, dass die Anordnung nicht optimal ist.
Eine andere Anordnung nach dem Stand der Technik mit einem separaten Satz von LEDen zum Beleuchten eines Bereichs nahe des Abbildungsfeldes ist in der veröffentlichten US-Anmeldung Nr. 2006-0118627 offenbart. In der '627-Veröffentlichtung ist ein separater Satz von LEDen vertikal zu der restlichen Schaltungsplatte in der Vorrichtung angeordnet, und Licht wird von diesen LEDen gerichtet, um das nahe Sichtfeld zu beleuchten. Dies ist am besten in 9 der '627-Veröffentlichtung gezeigt.
Diese und andere Anordnungen nach dem Stand der Technik sind sämtlich nicht optimal dadurch, dass sie Anordnungen erfordern, die entweder zu groß, zu kosten aufwendig in der Herstellung oder schwierig zu handhaben sind. Viele enthalten die Positionierung der Quelle der sekundären Beleuchtung in einer Weise, die die Herstellungskosten der Vorrichtung erhöht.
Einige derartiger Anordnung nach dem Stand der Technik sind auch nicht optimal, da die Beleuchtungsvorrichtungen in einer Weise positioniert sind, dass sie in die Augen eines Benutzers scheinen. Somit besteht eine Notwendigkeit im Stand der Technik für eine verbesserte Vorrichtung, die eine gleichförmige Beleuchtung über einen weiten Bereich von Abständen von dem Abbildungsfeld vorsehen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Intensität von Licht über das Sichtfeld, wenn sich der Abstand von dem Abbildungsfeld ändert, bei Verwendung eines Systems nach dem Stand der Technik;
2 zeigt eine beispielhafte Anordnung nach dem Stand der Technik für den Versuch, Objekte bei einem sich schließenden Sichtfeld gleichförmig zu beleuchten;
3 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Das vorstehende und andere Probleme des Standes der Technik werden gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden, die sich auf die Technik des Vorsehens sowohl einer Nahfeld- als auch einer Fernfeldbeleuchtung bezieht, während gleichzeitig viele Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere werden mehrere Beleuchtungsquellen wie LEDen verwendet, die jeweils hinter einer Linse in einer Versatzweise angeordnet sind. Da die LED mit Bezug auf die Linse vor ihr versetzt ist, kann die Beleuchtung zu dem Fern- oder Nahsichtfeld gerichtet werden.
3 zeigt eine begriffliche Seitenansicht einer Abbildungsvorrichtung, die die Beleuchtungstechnik nach der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Anordnung enthält eine Maskiervorrichtung 306, die teilweise die Beleuchtungsvorrichtungen 301 und 304 wie gezeigt abschirmt, wodurch vermieden wird, dass die Beleuchtung in die Augen eines Benutzers projiziert. Ein innerer Bereich der Maske wird als 307 bezeichnet. Die Maske ist vorzugsweise kontinuierlich, wie in 4 gezeigt ist, und enthält eine Öffnung, die die LED umgibt, um einen Ausgangspfad für das Licht vorzusehen.
Wie am besten in 3 gezeigt ist eine Beleuchtungsvorrichtung 304 hinter einer Linse 305 in einer Versatzweise so angeordnet, dass die Linse 305 wirksam ist, um die Beleuchtung zu einem Fernsichtfeld zu richten. Eine ähnliche Anordnung wird verwendet und dargestellt als Beleuchtungsvorrichtung 301 mit der Linse 310. Die Beleuchtungsvorrichtungen 301 und 304 wirken gemeinsam, um eine Beleuchtung für das Fernsichtfeld vorzusehen, wie auch in 3 dargestellt ist. Weiterhin ist die Beleuchtungsvorrichtung 302 wirksam, um eine Beleuchtung für das Nahsichtfeld vorzusehen.
Obgleich die Anordnung eine im Wesentlichen gleichförmige Beleuchtung von einem Nahsichtfeld zu einem Fernsichtfeld vorsieht, wird nichtsdestoweniger in Betracht gezogen, dass ein Benutzer zwischen dem Nah- und dem Fernsichtfeld auswählen und die geeignete Beleuchtungsvorrichtung (z. B. LEDen) aktivieren kann. Oder beide können einfach aktiviert werden, wenn die Vorrichtung zum Erfassen eines Bildes aktiviert wird.
Beispielsweise und mit Bezug auf 4 kann ein Benutzer die LEDen 301 und 304 zur Beleuchtung auswählen, die ein Fernsichtfeld beleuchten, oder ein Benutzer kann die LEDen 302 zum Beleuchten auswählen, wenn ein Objekt innerhalb des Nahsichtfelds ist. Es ist auch möglich, dass eine derartige Auswahl automatisch erfolgen kann, um die geeigneten LEDen zu beleuchten, wie durch eine laserbasierende Abstandsmessvorrichtung nach dem Stand der Technik.
Die LEDen 301 und 304 können auf einer Schaltungsplatte 340 befestigt sein, und andere Elektronik kann ebenfalls auf einer Schaltungsplatte 350 sein.
Es ist zu bemerken, dass die beispielhafte LED 304 mit einer Seite einer Linse 305 ausgerichtet ist, die selbst mit einem äußeren Maskenbereich 306 ausgerichtet ist. Durch Anordnen der LED 304 nahe der Maske der äußeren Seite ist der Strahl korrekt wie gezeigt gerichtet, und die Maske der äußeren Seite schirmt den Benutzer davor ab, das von den Beleuchtungsvorrichtung 301 und 304 emittierte Licht zu sehen.
Aus 4 ist ersichtlich, dass eine Öffnung 408 in der Maskierung 306, 307 vorhanden ist, die dem Licht von den LEDen ermöglicht, das Ziel ordnungsgemäß zu beleuchten. Es ist zu bemerken, dass eine Betrachtung der Öffnungen 407–410 zeigt, dass mehrere Öffnungen vorhanden sind und dass die LED innerhalb der Öffnungen einer verschiedenen Ecke der Öffnung für jeden der vier Sätze von zwei Öffnungen am nächsten ist. Insbesondere ist die LED innerhalb der Öffnung 409 einem Teil der Öffnung, der einen Winkel von 315 mit Bezug auf die Horizontale bildet, am nächsten, wenn die Öffnung eine kartesische Ebene darstellt. In der Öffnung 410 beträgt dieser Winkel 215 Grad. In der Öffnung 407 beträgt dieser Winkel 135 Grad. In der Öffnung 408 beträgt dieser Winkel 45 Grad.
Die vorbeschriebene Positionierung der LEDen innerhalb der Öffnungen führt zu der Beleuchtung des ordnungsgemäßen Sichtfeld für Objekte, die relativ weit von der Vorrichtung angeordnet sind. Für Nahfeldobjekte wird die Beleuchtungsvorrichtung 302 verwendet, wie in den 3 und 4 gezeigt ist. Diese LEDen 302 sind wahlweise nicht von Maskenbereichen 306 und 307 umgeben, aber ihr Licht wird nichtsdestoweniger für die Sicht des Benutzers vorteilhaft durch Maskenbereiche 306 und 307 blockiert. Selbstverständlich kann die gesamte Vorrichtung innerhalb eines geeigneten Gehäuses angeordnet sein, das nur begrifflich für Zwecke der Erläuterung als 380 gezeigt ist.
Während vorstehend die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, sind andere Variationen ebenfalls möglich. Das Abbildungsfeld kann durch jede geeignete Technologie, die eine andere als CMOS oder CCD ist, gebildet sein. Die gezeigten Linsen können LED-Maskenlinsen oder andere Typen von Linsen sein, und die Beleuchtung kann von anderen Quellen als LEDen erhalten werden. Diese und andere Ausführungsbeispiele sollen innerhalb des Be reichs der angefügten Ansprüche enthalten sein.
Zusammenfassung:
Es wird eine Abbildungsvorrichtung vorzugsweise für die Verwendung in einem 2D-CCD- oder -CMOS-Sensor offenbart. Die Abbildungsweisung verwendet mehrere Beleuchtungsquellen, von denen einige mit Linsen in einer Versatzweise gekoppelt sind, um eine Fernfeldbeleuchtung zu fördern, und einige von denen nicht so gekoppelt und angeordnet sind, um eine Nahfeldbeleuchtung vorzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2006-0219792 [0003, 0003]

Claims

Abbildungsvorrichtung aufweisend eine erste Beleuchtungsvorrichtung und eine zweite Beleuchtungsvorrichtung, welche erste Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, um ein Sichtfeld in einem ersten Abstand von der Vorrichtung zu beleuchten, welche zweite Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, um ein Sichtfeld in einem zweiten und weiteren Abstand von der Vorrichtung zu beleuchten, wobei zumindest eine der Beleuchtungsvorrichtungen eine Lichtquelle und eine Linse mit einer Mitte enthält und die Lichtquelle gegenüber der Mitte der Linse versetzt ist, welche Vorrichtung weiterhin ein Abbildungsfeld aufweist, um von einem Zielobjekt reflektiertes Licht zu erfassen.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der zumindest eine der Beleuchtungsvorrichtungen mehrere lichtemittierende Dioden (LEDen) aufweist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Beleuchtungsvorrichtung eine LED mit einem Maskenbereich auf einer ihrer Seiten aufweist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die zweite Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine LED mit einem Maskenbereich auf ihren beiden Seiten enthält.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, weiterhin aufweisend einen benutzerbetätigbaren Schalter, der eine oder die andere der Beleuchtungsvorrichtungen aktiviert.
Abbildungsvorrichtung aufweisend ein innerhalb eines Gehäuses angeordnetes Abbildungsfeld, mehrere erste Beleuchtungsquellen zum Beleuchten eines abzubildenden Ziels, wobei die ersten Beleuchtungsquellen durch einen Maskierbereich mit einer Öffnung darin, um die Emission von Licht zu ermöglichen, umgeben sind, und mehrere zweite Beleuchtungsquellen, die nicht durch den Maskierbereich umgeben sind, welche ersten und zweiten Beleuchtungsquellen angeordnet sind zum Beleuchten eines Objekts in unterschiedlichen Abständen von der Abbildungsvorrichtung.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten Beleuchtungsquellen LEDen enthalten.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten Beleuchtungsquellen mehrere LEDen enthalten und bei der die LEDen innerhalb von Öffnungen einer Maske angeordnet sind, und bei der die LED innerhalb zumindest einer der Öffnungen mit Bezug auf die Öffnung von den LEDen in den anderen Öffnungen der Maske unterschiedlich positioniert ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der mehrere Paare von Beleuchtungsquellen vorhanden sind, und bei der innerhalb jedes Paares von Beleuchtungsquellen die Quellen ähnlich mit Bezug auf die Öffnungen in der Maske positioniert sind, aber bei der die Positionierung der LEDen innerhalb der Öffnungen zwischen den verschiede nen Paaren von Beleuchtungsquellen unterschiedlich ist.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 9 mit einer Linse, und bei der die ersten Beleuchtungsquellen symmetrisch mit Bezug auf die Linse angeordnet sind und bei der die zweiten Beleuchtungsquellen asymmetrisch mit Bezug auf die Linse angeordnet sind.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 10, weiterhin aufweisend eine Abstandsmessvorrichtung zum automatischen Beleuchten entweder der ersten oder zweiten Beleuchtungsquellen in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen der Vorrichtung und einem abzubildenden Ziel.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der sämtliche Beleuchtungsquellen in einer gemeinsamen Ebene installiert sind.
Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Abbildungsquellen auf mehreren Schaltungsplatten installiert sind.