DE102015213698B3 - Illumination system suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a lighting system - Google Patents

Illumination system suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a lighting system Download PDF

Info

Publication number
DE102015213698B3
DE102015213698B3 DE102015213698.1A DE102015213698A DE102015213698B3 DE 102015213698 B3 DE102015213698 B3 DE 102015213698B3 DE 102015213698 A DE102015213698 A DE 102015213698A DE 102015213698 B3 DE102015213698 B3 DE 102015213698B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
field
light sources
lighting system
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102015213698.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Nils Haverkamp
Frank Schlesener
Artur Degen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority to DE102015213698.1A priority Critical patent/DE102015213698B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102015213698B3 publication Critical patent/DE102015213698B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/06Means for illuminating specimens
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905Dividing and/or superposing multiple light beams
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/0994Fibers, light pipes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/149Beam splitting or combining systems operating by reflection only using crossed beamsplitting surfaces, e.g. cross-dichroic cubes or X-cubes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0037Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90 zur Erzeugung eines Auflicht-Hellfeldes für Messtechnikanwendungen umfassend mehrere Lichtquellen 31, 32, 33 mit zueinander unterschiedlichen Emissionsspektren und mindestens einen dichroitischen Strahlteiler 35 zur Überlagerung bzw. Zusammenführung des Lichts von zumindest zwei der Lichtquellen 31, 32, 33 entlang einer optischen Achse des Beleuchtungssystems 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90, wobei auf dem Lichtweg von den Lichtquellen 31, 32, 33 zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90 zwischen den Lichtquellen 31, 32, 33 und dem mindestens einen Strahlteiler 35 und/oder zwischen dem mindestens einen Strahlteiler 35 und dem zu beleuchtenden Feld mindestens ein erstes Homogenisierungsmittel 37a, 38a, 39a, 40; 41; 51, 52, 53 zur Lichtmischung vorgesehen ist und wobei das mindestens eine Homogenisierungsmittel 37a, 38a, 39a, 40; 41; 51, 52, 53 zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays, und wobei auf oder an dem mindestens einen dichroitischen Stahlteiler (35) mindestens eine erste Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a; 55; 55a) mittels additiver Bearbeitungsverfahren, abtragender Bearbeitungsverfahren und/oder durch das Aufbringen eines getrennt gefertigten optischen Elementes in Form einer Asphäre, einer Fresnel-Linse und/oder eines diffraktiven optischen Elements (DOE) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Koordinatenmessgerät mit einem solchen Beleuchtungssystem 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90.The invention relates to a lighting system 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90 for generating an incident light bright field for metrology applications comprising a plurality of light sources 31, 32, 33 with mutually different emission spectra and at least one dichroic beam splitter 35 for superimposing or merging the light from at least two of the light sources 31, 32, 33 along an optical axis of the illumination system 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90, wherein on the light path from the light sources 31, 32, 33 to the field to be illuminated of the illumination system 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90 between the light sources 31, 32, 33 and the at least one beam splitter 35 and / or between the at least one beam splitter 35 and the field to be illuminated at least a first homogenization means 37a, 38a, 39a, 40; 41; 51, 52, 53 is provided for light mixing and wherein the at least one homogenizing agent 37a, 38a, 39a, 40; 41; 51, 52, 53 is selected or composed of the optical elements of the group: rod integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays, and wherein on or at least one dichroic steel divider (35) comprises at least a first convergent lens (37, 38, 39, 37a, 38a, 39a, 55, 55a) by means of additive machining processes, ablative machining processes and / or by the application of a separately manufactured optical element in the form of an aspheric, a Fresnel lens and / or a diffractive optical element (DOE) is formed. Furthermore, the invention relates to a coordinate measuring machine with such a lighting system 30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90th

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Anwendungen in der Metrologie sowie ein Koordinatenmessgerät umfassend ein solches Beleuchtungssystem.The invention relates to a lighting system for applications in metrology and a coordinate measuring machine comprising such a lighting system.

In abbildenden Systemen im Bereich der Koordinatenmesstechnik werden im Allgemeinen Lichtquellen benötigt, wenn ein Objekt abgebildet werden soll, denn nur in extrem seltenen Fällen handelt es sich um selbstleuchtende Objekte. Ähnlich selten reicht die Umgebungsbeleuchtung aus, um die Objekte in gewünschter Qualität abbilden zu können. „Abbildungsqualität” wird im Allgemeinen ausgehend vom menschlichen Empfinden, d. h. dem Sehsinn, abgeleitet als Dreiklang aus Farbechtheit, Schärfe und Kontrast bewertet. Während im zunehmend an Bedeutung gewinnenden Bereich der Computer- bzw. Machine-Vision gewisse Defizite in der Abbildungsqualität nachträglich korrigiert werden können, existieren auch Fehler, welche nicht rechnerisch korrigiert werden können. Diese rechnerische Korrektur gelingt regelmäßig nicht, wenn keine ein-eindeutige Zuordnung des Fehlers im Bild zu dem ihn verursachenden Abbildungsfehler des abbildenden Systems möglich ist. Mathematisch bedeutet dies, dass keine bijektive Abbildung von Abbildungsfehler des Systems auf den beobachteten Effekt in der Bildebene des abbildenden Systems bzw. keine Entfaltung der Abbildungsfehler möglich ist.In imaging systems in the field of coordinate metrology, light sources are generally needed when an object is to be imaged, because only in extremely rare cases are it self-luminous objects. The ambient lighting is just as rare enough to display the objects in the desired quality. "Image quality" is generally based on human perception, i. H. the sense of sight, derived as a triad of color fastness, sharpness and contrast. While in the increasingly important area of computer vision or machine vision, certain deficits in the image quality can be subsequently corrected, there are also errors which can not be corrected by calculation. This mathematical correction does not succeed regularly if no unambiguous assignment of the error in the image to the imaging error causing it of the imaging system is possible. Mathematically, this means that no bijective imaging of aberrations of the system on the observed effect in the image plane of the imaging system or no development of aberrations is possible.

Die Abbildungsfehler können dabei sowohl vom eigentlichen abbildenden System verursacht werden als auch vom Beleuchtungssystem. Während üblicherweise sehr viel Sorgfalt auf die Konstruktion und Auslegung der eigentliche abbildenden Optik verwendet wird (klassisch: „Objektiv”), wird aus Kostengründen bei der Beleuchtung häufig ein deutlich geringerer Aufwand betrieben. Im oberen Preissegment der Licht-Mikroskopie sowie in der Halbleiter-Lithographie trifft dies nicht zu, d. h. dort werden sowohl für die Beleuchtung als auch für die Projektion technisch optimale Lösungen gesucht. Der damit verbundene fertigungstechnische, apparative und daraus folgende Kosten- und Bauraumaufwand ist zum Teil beträchtlich und schließt aus einem oder mehreren der genannten Aspekte eine Verwendung der für die Mikroskopie und Halbleiter-Lithografie entwickelten Technologien im Low-Cost Bereich der Metrologie-Beleuchtungssysteme aus.The aberrations can be caused both by the actual imaging system and by the lighting system. While usually a great deal of care is taken on the design and interpretation of the actual imaging optics (classic: "lens"), a much lower cost is often operated for cost reasons in the lighting. In the upper price segment of light microscopy and in semiconductor lithography this is not true, d. H. There, technically optimal solutions are sought for both lighting and projection. The associated manufacturing, equipment and consequent cost and space requirements is sometimes considerable and excludes from one or more of the above aspects, a use of developed for microscopy and semiconductor lithography technologies in the low-cost range of metrology lighting systems.

Darüber hinaus ist im Low-Cost Bereich für die Erreichung hoher Beleuchtungsintensitäten die Verwendung vergleichsweise ineffizienter Lichtquellen gängige Praxis, wodurch große Mengen an Abwärme erzeugt wird. Insbesondere im Bereich der optischen Koordinatenmesstechnik ist ein solcher Wärmeeintrag in das Messgerät schädlich, da der Wärmeeintrag sich nur in seltenen Fällen rechnerisch kompensieren lässt. Dieser Wärmeeintrag kann jedoch umgangen werden, indem die Lichtleistung über Lichtleiter eingekoppelt wird. Dies bedeutet jedoch wiederum einen wenigstens erhöhten Konstruktions- und Kostenaufwand. Ferner sind die Lichtleiter nicht verlustfrei, d. h. sie absorbieren und reduzieren so unter Umständen die erreichbaren Beleuchtungsstärken. Darüber hinaus können die Lichtleiterlängen in größeren Maschinen beträchtliche Längen annehmen. Zusätzlich können die notwendigen, nicht zu unterschreitenden Biegeradien der Lichtleiter die Maschinenkonstruktion verkomplizieren bzw. stehen einer kompakten Bauform regelmäßig entgegen.Moreover, in the low-cost area, the use of comparatively inefficient light sources is common practice for achieving high illumination intensities, producing large amounts of waste heat. In particular, in the field of optical coordinate metrology, such a heat input into the meter is harmful because the heat input can be computationally compensated only in rare cases. However, this heat input can be bypassed by the light power is coupled via optical fibers. However, this in turn means at least increased design and cost. Furthermore, the light guides are not lossless, d. H. they absorb and thus reduce the achievable illuminance under certain circumstances. In addition, the optical fiber lengths can take considerable lengths in larger machines. In addition, the necessary, not to be exceeded bending radii of the optical fiber can complicate the machine design or stand against a compact design regularly.

Für Metrologie-Beleuchtungssysteme werden in den meisten Anwendungen variable Beleuchtungseinstellungen benötigt, da unterschiedliche Objekte mit unterschiedlichen Beleuchtungen beleuchtet werden müssen. Variable Beleuchtungen setzen für geringstmögliche Wärmeeintragsänderungen einen höchstmöglichen Grad an Effizienz voraus. Als Effizienz wird im Rahmen dieser Erfindung der Quotient von der Lichteinkopplung in das Beleuchtungssystem zu dem Wärmeeintrag in das Messgerät verstanden, wobei unter Lichteinkopplung in das Beleuchtungssystem hierbei das Energieäquivalent der in das Beleuchtungssystem gelangenden Lichtmenge verstanden wird.For metrology lighting systems, variable illumination settings are needed in most applications because different objects must be illuminated with different illuminations. Variable lighting requires the highest possible degree of efficiency for minimum heat input changes. In the context of this invention, the efficiency is understood to be the quotient of the light coupling into the illumination system for the heat input into the measuring device, wherein the light equivalent in the illumination system is understood here to be the energy equivalent of the light quantity entering the illumination system.

Unter diesem Gesichtspunkt der Effizienz sind Einkopplungen des Lichtes in das Beleuchtungssystem durch Lichtleiter ideal, da hierfür der Wärmeintrag in das Messgerät gegen Null tendiert. Diese Systeme sind allerdings – wie bereits dargelegt – aufwendig und teuer. Ferner sind unter dem Gesichtspunkt der Effizienz LEDs die günstige Lösung für Lichtquellen. Laser als Lichtquellen würden ähnliche oder sogar noch etwas höhere Effizienzen ermöglichen, allerdings ist ihre Eigenschaft der kohärenten Beleuchtung für die Bildgebung häufig schädlich. Zudem sind bei hohen Intensitäten häufig aufwendige Sicherheitsauflagen zu beachten, welche die Verwendung von Lasern nur für isolierte Spezialanwendungen rechtfertigen. Bogen- und Gasentladungslampen erreichen bei entsprechender Ausführung ebenfalls einen hohen Grad an Effizienz, werden aber aufgrund des hohen technischen Aufwandes auch nur für Spezialanwendungen in Betracht kommen.From this viewpoint of efficiency, couplings of the light into the illumination system by optical fibers are ideal since the heat input into the meter tends to zero. However, these systems are - as already stated - consuming and expensive. Further, from the viewpoint of efficiency, LEDs are the favorable solution for light sources. Lasers as light sources would allow similar or even slightly higher efficiencies, but their feature of coherent illumination is often detrimental to imaging. In addition, at high intensities often elaborate safety requirements are to be observed, which justify the use of lasers only for isolated special applications. Arc and gas discharge lamps also achieve a high degree of efficiency with appropriate design, but are due to the high technical complexity and only for special applications into consideration.

Für viele Anwendungen in der optischen Messtechnik werden keine monochromatischen Beleuchtungen gewünscht, sondern Mehrfarben-Beleuchtungen. Die benötigte Mehrfarbigkeit variiert dabei im einfachsten Fall von zwei-Farben-Beleuchtungen bis hin zu aufwendigen Modulen, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängen zum Beispiel für die Anregungs- bzw. Fluoreszenz-Mikroskopie bereit stellen. Für diese Fluoreszenz-Mikroskopie werden im Allgemeinen Strahlüberlagerungen von verschiedenen sich im Emissionsspektrum unterscheidenden Lichtquellen in Kaskaden von dichroitischen Strahlteilern herbeigeführt unter Inkaufnahme der damit verbundenen Produktions-, Montage und Justagekosten. Für Zwei-Farben-Beleuchtungen ist eine Überlagerung auf einem dichroitischen Strahlteiler die einfachste Lösung. Für eine üblicherweise gewünschte RGB-Beleuchtung ist die dichroitische Überlagerung in einem sog. X-Cube die zweckmäßigste Lösung. Eine Überlagerung auf zwei kreuzweise angeordneten dichroitischen Strahlteilern erreicht zwar die kompakte Bauform des X-Cubes, ist aber hinsichtlich der Beleuchtungsqualität unterlegen, da sich im Beleuchtungsstrahl eine Schattenlinie bildet.For many applications in optical metrology, monochromatic illumination is not desired, but multi-color illumination. The required multicolor varies in the simplest case of two-color illuminations to elaborate modules that provide a variety of different wavelengths, for example, for excitation and fluorescence microscopy. For this fluorescence microscopy are generally beam overlays of different light sources differing in the emission spectrum in cascades of dichroic beam splitters at the expense of the associated production, assembly and adjustment costs. For two-color illumination, overlaying a dichroic beam splitter is the simplest solution. For a typically desired RGB illumination, the dichroic overlay in a so-called X-Cube is the most appropriate solution. Although an overlay on two crosswise arranged dichroic beam splitters achieves the compact design of the X-Cube, it is inferior in terms of illumination quality, since a shadowline forms in the illumination beam.

Ausgehend von diesem genannten Stand der Technik und den dargelegten Problemen ist es somit die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, kompaktes, effizientes und kostengünstiges Mehrfarben-Beleuchtungssystem für metrologische Anwendungen und ein entsprechendes Koordinatenmessgerät bereitzustellen, das eine homogene Überlagerung der Farben sowohl im Feld als auch in der Pupille des Beleuchtungssystems ermöglicht.On the basis of this cited prior art and the problems outlined, it is therefore the object of the invention to provide a simple, compact, efficient and cost-effective multicolour illumination system for metrological applications and a corresponding coordinate measuring machine, which permits homogeneous superimposition of the colors both in the field and in the field in the pupil of the illumination system.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem zur Erzeugung eines Auflicht-Hellfeldes für Messtechnikanwendungen umfassend mehrere Lichtquellen mit zueinander unterschiedlichen Emissionsspektren und mindestens einen dichroitischen Strahlteiler zur Überlagerung bzw. Zusammenführung des Lichts von zumindest zwei der Lichtquellen entlang einer optischen Achse des Beleuchtungssystems, wobei auf dem Lichtweg von den Lichtquellen zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems zwischen den Lichtquellen und dem mindestens einen Strahlteiler und/oder zwischen dem mindestens einen Strahlteiler und dem zu beleuchtenden Feld mindestens ein erstes Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung vorgesehen ist und wobei das mindestens eine Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays, und wobei auf oder an dem mindestens einen dichroitischen Stahlteiler mindestens eine erste Sammellinse mittels additiver Bearbeitungsverfahren, abtragender Bearbeitungsverfahren und/oder durch das Aufbringen eines getrennt gefertigten optischen Elementes in Form einer Asphäre, einer Fresnel-Linse und/oder eines diffraktiven optischen Elements (DOE) ausgebildet ist. Durch letzteres lässt sich das Beleuchtungssystem besonders kompakt ausführen, insbesondere wenn die Sammellinse mittels Grauton-Lithographie, Spritzgießen, Abgießen, Angießen, Stempeln, Aufkitten, Kleben, Laminieren, Drucken, Anspritzen und/oder Ansprengen unmittelbar auf der Ein- oder Austrittsfläche des dichroitischen Strahlteilers angebracht wird.This object is achieved by an illumination system for generating a reflected-light bright field for metrology applications comprising a plurality of light sources with mutually different emission spectra and at least one dichroic beam splitter for superimposing or merging the light from at least two of the light sources along an optical axis of the illumination system, wherein on the light path at least one first homogenizing agent for light mixing is provided from the light sources to the field to be illuminated of the illumination system between the light sources and the at least one beam splitter and / or between the at least one beam splitter and the field to be illuminated, and wherein the at least one homogenizing agent is selected or composed for the light mixture is from the optical elements of the group: rod integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays, and wherein on or on the at least one you at least a first converging lens is formed by means of additive machining methods, ablative machining methods and / or by the application of a separately manufactured optical element in the form of an aspheric, a Fresnel lens and / or a diffractive optical element (DOE). By the latter, the illumination system can be made particularly compact, especially when the convergent lens by means of gray-tone lithography, injection molding, casting, casting, stamping, Aufkitten, gluing, laminating, printing, injection molding and / or wringing directly on the entrance or exit surface of the dichroic beam splitter is attached.

Durch das mindestens eine Homogenisierungsmittel wird eine Lichtmischung im Feld und in der Pupille des Beleuchtungssystems derart durchgeführt, dass das vorhandene Licht gleichmäßig über das Feld und zumindest gleichförmig parzelliert über die Pupille, insbesondere je nach Auslegung des Homogenisierungsmittels und der Lichtquellen auch gleichmäßig über die Pupille verteilt wird. Dabei wird diese Lichtmischung auch für jede Farbe bzw. jedes Emissionsspektrum durch das mindestens eine erste Homogenisierungsmittel ermöglicht. Hierzu kann jede der Lichtquelle ein nachgeschaltetes erstes separates Homogenisierungsmittel auf dem Lichtweg von der Lichtquelle zu dem mindestens einen Strahlteiler aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, auf dem Lichtweg von dem mindestens einen Strahlteiler zu dem zu beleuchtenden Feld ein für alle Farben bzw. Emissionsspektren gemeinsam wirksames erstes Homogenisierungsmittel vorzusehen. Letzteres führt jedoch nicht dazu, dass in Feld und Pupille die gleiche Menge Licht aus den jeweiligen Farben bzw. Emissionsspektren vorhanden ist. Hierzu ist es notwendig, die Lichtleistung der verschiedenen Lichtquellen und die verschiedenen Lichtverluste auf dem Weg zu dem zu beleuchtenden Feld aneinander anzupassen. Das gemeinsam für alle Farben wirksame erste Homogenisierungsmittel führt allerdings nur zu einer Lichtmischung in Feld und Pupille für jede der einzelnen Farben an sich, an dem unterschiedlichen Anteil der Farben im Gesamtlicht des Beleuchtungssystems kann das Homogenisierungsmittel nichts ändern.By means of the at least one homogenizing agent, a light mixture in the field and in the pupil of the illumination system is performed such that the light present uniformly distributed over the field and at least uniformly parcels over the pupil, in particular evenly across the pupil, depending on the design of the homogenizing agent and the light sources becomes. In this case, this light mixture is also made possible for each color or each emission spectrum by the at least one first homogenizing agent. For this purpose, each of the light sources may have a downstream first separate homogenizing agent on the light path from the light source to the at least one beam splitter. Alternatively or additionally, however, it is also possible to provide, on the light path from the at least one beam splitter to the field to be illuminated, a first homogenizing agent which is effective jointly for all colors or emission spectra. However, the latter does not mean that the same amount of light from the respective colors or emission spectra is present in the field and pupil. For this purpose, it is necessary to match the light output of the different light sources and the different light losses on the way to the field to be illuminated. However, the first homogenizing agent, which works together for all colors, only leads to a mixture of light in the field and pupil for each of the individual colors per se; the homogenizing agent can not change the different proportion of colors in the total light of the illumination system.

Die genannten Homogenisierungsmittel sind im Bereich der Halbleiter-Lithographie für die Homogenisierung monochromatischer Strahlung, insbesondere von kohärenter Laserlichtstrahlung bekannt. Somit wird für die Beschreibung der Wirkungsweise dieser Homogenisierungsmittel dementsprechend auf die bekannte Literatur verwiesen, siehe hierzu zum Beispiel für Stabintegratoren bzw. Hohlraumintegratoren US 4 744 615 A , für Linsen-Arrays als sogenannte Wabenkondensoren US 4 498 742 A , für Spiegel-Arrays als sogenannte Wabenkondensoren DE 28 03 277 A1 und für die Kombination von Stabintegratoren mit Wabenkondensoren US 4 918 583 A .The said homogenizing agents are known in the field of semiconductor lithography for the homogenization of monochromatic radiation, in particular of coherent laser light radiation. Thus, reference is made to the known literature for the description of the mode of action of these homogenizing agents, see for example for rod integrators or cavity integrators US 4,744,615 A , for lens arrays as so-called honeycomb condensers US 4 498 742 A , for mirror arrays as so-called honeycomb condensers DE 28 03 277 A1 and for the combination of rod integrators with honeycomb condensers US 4,918,583 A ,

Der Einsatz dieser aus der Halbleiter-Lithographie bekannten Homogenisierungsmittel war bisher für den Low-Cost Bereich nicht denkbar, da die zumeist aus speziellem Quarz oder in besonderen Belastungssituationen aus Kalziumfluorid gefertigten Elemente aufgrund des genannten Materials und aufgrund der hohen Anforderungen an die Formgenauigkeit sehr aufwendig gefertigt werden mussten, was sich letztendlich in den hohen Kosten dieser Elemente wiederspiegelt, die ein Vielfaches der Kosten eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems betragen.The use of these known from semiconductor lithography homogenizing was previously unimaginable for the low-cost range, as the mostly made of special quartz or in special stress situations made of calcium fluoride due to the material and due to the high demands on the accuracy of the mold made very expensive had to be, which is ultimately reflected in the high cost of these elements, which are many times the cost of a lighting system according to the invention.

Inzwischen gibt es jedoch hochgenauen Fertigungsmethoden zum Spritzgießen von Präzisionsoptiken aus Kunststoff, deren Formgenauigkeiten für ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem ausreichend sind. Ferner gibt es inzwischen Fertigungsmethoden zum hochgenauen Foliendruck von Linsen- oder Spiegelarrays in Endlosbahnen aus Kunststoff. Diesen neuen Fertigungsmethoden ist gemein, dass die zu bearbeitenden optischen Elemente nicht durch abtragende Methoden wie Fräsen, Drehen, Bohren und Polieren mit hohem Aufwand in dem gewünschten Endformzustand gebracht werden müssen. Bei den neuen Fertigungsmethoden wird das optische Element bei dessen Erzeugung bereits nahezu in den Endformzustand übergeführt. Hierdurch lassen sich nun entsprechend kostengünstige optische Elemente herstellen, wodurch der Einsatz dieser Elemente im Low-Cost Bereich ermöglicht wird. Anbieter solcher kostengünstiger Fertigungsmethoden für Kleinserienteile sind zum Beispiel: Innolite GmbH, c/o Fraunhofer IPT, Steinbachstraße 17, 52074 Aachen; promod Prototypenzentrum GmbH, Robert-Bosch-Str. 24, 72160 Horb-Bildechingen oder Proto Labs Ltd., Alte-Neckarelzer-Straße 24, 74821 Mosbach. Meanwhile, however, there are highly accurate manufacturing methods for injection molding precision optics made of plastic, whose dimensional accuracy for a lighting system according to the invention are sufficient. Furthermore, there are now manufacturing methods for high-precision foil printing of lens or mirror arrays in continuous plastic webs. Common to these new production methods is that the optical elements to be machined do not have to be brought into the desired final shape state with great effort by means of removing methods such as milling, turning, drilling and polishing. In the new production methods, the optical element is already transferred almost to its final state during its production. As a result, correspondingly inexpensive optical elements can now be produced, which enables the use of these elements in the low-cost range. For example, Innolite GmbH, c / o Fraunhofer IPT, Steinbachstrasse 17, 52074 Aachen, Germany, is the supplier of such low-cost production methods for small series parts. promod Prototyp Center GmbH, Robert-Bosch-Str. 24, 72160 Horb-Bildechingen or Proto Labs Ltd., Alte-Neckarelzer-Straße 24, 74821 Mosbach.

Erfindungsgemäß wurde daher erkannt, dass durch die neuen Fertigungsmethoden eine Übertragung der aus der Halleiter-Lithographie bekannten Homogenisierungsmittel auf den Low-Cost Bereich von Metrologie-Beleuchtungssystemen möglich ist und somit ein Beleuchtungssystem zur Erzeugung eines Auflicht-Hellfeldes für Messtechnikanwendungen realisierbar ist, dessen Licht gleichmäßig über das Feld und zumindest gleichförmig parzelliert über die Pupille verteilt ist. Eine solche gleichmäßige bzw. gleichförmige parzellierte Lichtverteilung ist notwendig, um den Messfehlerbeitrag des Beleuchtungssystems bei der Auswertung von Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks zu reduzieren.According to the invention, it has therefore been recognized that a transfer of the homogenization means known from semiconductor lithography to the low-cost range of metrology illumination systems is possible by the new production methods and thus an illumination system for generating an incident light brightfield for measurement technology applications can be realized whose light is uniform is distributed over the field and at least uniformly parceled over the pupil. Such a uniform parceled light distribution is necessary to reduce the measurement error contribution of the illumination system when evaluating coordinates of a workpiece to be measured.

Dabei wird unter „gleichmäßig” im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Lichtverteilung verstanden, die abgesehen von wenigen Prozent und abgesehen vom Randbereich des Feldes einen konstanten Wert über das Feld des Beleuchtungssystems annimmt. Hingegen wird unter „gleichförmig parzelliert” im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Lichtverteilung verstanden, die zwar eine regelmäßige Struktur bzw. regelmäßige Intensitätsschwankungen über die Pupille des Beleuchtungssystems aufweisen kann, diese regelmäßige Struktur sich aber gleichförmig über die gesamt Pupille abgesehen vom Randbereich der Pupille erstreckt. Mit anderen Worten ist eine gleichförmig parzellierte Lichtverteilung eine parzellierte Lichtverteilung, deren Parzellen gleichförmig über die Pupille verteilt sind, wobei die mittleren Intensitätswerte der Parzellen einer Verlaufskurve über die Pupille folgen. Dabei kann die gleichförmig parzellierte Lichtverteilung in der Pupille auch in eine nahezu gleichmäßige bzw. quasi-gleichmäßige, je nach Auslegung des Homogenisierungsmittels und je nach Pupillenfüllung durch die Lichtquelle, übergehen.In the context of the present invention, "uniform" is understood to mean a light distribution which, apart from a few percent and apart from the edge region of the field, assumes a constant value over the field of the illumination system. By contrast, in the context of the present invention "uniformly parceled" is understood to mean a light distribution which may have a regular structure or regular intensity fluctuations across the pupil of the illumination system, but this regular structure extends uniformly over the entire pupil apart from the edge region of the pupil. In other words, a uniformly parceled light distribution is a parceled light distribution, the parcels of which are distributed uniformly over the pupil, with the mean intensity values of the parcels following a course of trajectory across the pupil. In this case, the uniformly parceled light distribution in the pupil can also be converted into a virtually uniform or quasi-uniform, depending on the design of the homogenizing agent and depending on the pupil filling by the light source.

Am einfachsten kann dies anhand des Kaleidoskop-Effektes eines Stab- bzw. Hohlraumintegrators verdeutlicht werden. Beim Blick in einen Stab- bzw. Hohlraumintegrator wird aufgrund der Vielfachreflexionen innerhalb des Stabes (Kaleidoskop-Effekt) die Pupille in einzelne Parzellen gleicher Größe aufgeteilt. Je länger der Stab- bzw. Hohlraumintegrator nun gewählt wird, desto größer wird die Anzahl identischer Parzellen in die die Pupille aufgeteilt wird. Dabei fällt eine anfänglich ungleichmäßige Lichtverteilung in einer Parzelle immer wenige ins Gewicht, je länger der Stab gewählt wird und je mehr Parzellen die Pupille dadurch aufweist. Bei einem theoretisch unendlich langen Stab und bei einer entsprechenden Pupillen- bzw. Parzellenfüllung durch die Lichtquelle wird dann letztendlich eine vollständig gleichmäßige Lichtverteilung über die Pupille erreicht.This can be illustrated most simply on the basis of the kaleidoscope effect of a rod or cavity integrator. When looking into a rod or cavity integrator, the pupil is divided into individual plots of the same size due to the multiple reflections within the rod (kaleidoscope effect). The longer the rod or cavity integrator is chosen, the greater the number of identical parcels into which the pupil is divided. In this case, an initially uneven distribution of light in a parcel always weighs less, the longer the rod is selected and the more parcels the pupil has thereby. With a theoretically infinitely long rod and with a corresponding pupil or parcel filling by the light source, a completely uniform light distribution over the pupil is finally achieved.

Die vorgeschlagenen Homogenisierungsmittel können folglich nicht den Lichtleitwert des Beleuchtungssystems an sich erhöhen. Dies würde auch dem Liouville'schen Theorem von der Konstanz des Phasenraums wiedersprechen. Allerdings wird durch die Homogenisierungsmittel das Licht in der Pupille dahingehend umverteilt, dass es aufgrund der Parzellierung gleichförmig über die gesamte Pupille verteilt wird und dass es am Rand jeder Parzelle nicht vorhanden ist. Durch dies Umverteilung von Licht wird der Phasenraum einerseits „durchlöchert” und andererseits „durchmischt”, wodurch ein homogener Phasenraum resultiert, der einen auch messbar höheren Lichtleitwert aufweist. Vergleichbar ist diese Situation mit der eines Kuchenteigs vor und nach dem Backen. Der Rauminhalt an sich, den der Kuchenteig vor und nach dem Backen einnimmt, bleibt gleich, aber durch die Erzeugung von Gasen während des Backvorgangs steigt das Gesamtvolumen des Kuchens während des Backens deutlich an.Consequently, the proposed homogenizing agents can not increase the optical conductivity of the illumination system per se. This would also contradict Liouville's theorem of the constancy of phase space. However, the homogenizing means redistributes the light in the pupil to be uniformly distributed throughout the pupil due to the parceling and is absent at the edge of each parcel. As a result of this redistribution of light, the phase space is "perforated" on the one hand and "mixed through" on the other hand, resulting in a homogeneous phase space which also has a measurable higher light conductance. This situation is comparable to that of a cake dough before and after baking. The volume per se, which the cake dough takes before and after baking, remains the same, but the generation of gases during baking significantly increases the total volume of the cake during baking.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems ist auf dem Lichtweg von den Lichtquellen zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems zwischen den Lichtquellen und dem mindestens einen Strahlteiler und/oder zwischen dem mindestens einen Strahlteiler und dem zu beleuchtenden Feld mindestens eine erste Sammellinse angeordnet. Durch eine oder mehrere erste Sammellinsen zwischen den Lichtquellen und dem mindestens einen Strahlteiler kann sichergestellt werden, dass das Licht aus den verschiedenen Lichtquellen beim Eintritt in das nachfolgende Homogenisierungsmittel mit nahezu ähnlicher Winkelverteilung eintritt, so dass auch die daraus resultierenden Pupillen für die verschiedenen Farben bzw. Emissionsspektren sich annähernd überdecken bzw. gleich groß sind. Durch die mindestens eine erste Sammellinse zwischen dem mindestens einen Strahlteiler und dem zu beleuchtenden Feld kann somit eine telezentrische Farb-Beleuchtung des Feldes sichergestellt werden.In one embodiment of the illumination system according to the invention, at least one first converging lens is arranged on the light path from the light sources to the field to be illuminated of the illumination system between the light sources and the at least one beam splitter and / or between the at least one beam splitter and the field to be illuminated. By one or more first converging lenses between the light sources and the at least one beam splitter, it can be ensured that the light from the various light sources enters with almost similar angular distribution upon entry into the subsequent homogenizing means, so that the resulting pupils for the different colors or Emission spectra are approximately overlap or equal. By the at least one first convergent lens between the at least one beam splitter and the field to be illuminated thus a telecentric color illumination of the field can be ensured.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Lichtquellen LED Lichtquellen zur Erzeugung einer RGB-Beleuchtung des zu beleuchtenden Feldes und werden durch einen sogenannten X-Cube als dichroitischem Strahlteiler für die RGB-Beleuchtung des Feldes zusammengeführt. Der sogenannte X-Cube hat bei der Zusammenführung von RGB-Beleuchtungslicht gegenüber der Zusammenführung mittels zweier kreuzweise angeordneten dichroitischen Strahlteilern den Vorteil, dass er keine Schattenlinie bzw. Schattenbalken im Feld ausbildet.In a further embodiment, the light sources LED light sources for generating an RGB illumination of the field to be illuminated and are brought together by a so-called X-Cube as a dichroic beam splitter for the RGB illumination of the field. The so-called X-Cube has the advantage in the combination of RGB illumination light compared to the merger by means of two crosswise arranged dichroic beam splitters, that he does not form a shadow line or shadow bars in the field.

In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere erste Sammellinsen auf oder an dem mindestens einen dichroitischen Strahlteiler auf dessen Lichteintrittsseite bezogen auf den Lichtweg von den Lichtquellen zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems ausgebildet, wobei die Formen dieser ersten Sammellinse so ausgelegt sind, dass die Dispersionswirkung des Strahlteilers auf das durch ihn hindurchtretende Licht reduziert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass durch die unterschiedliche Brechkraft der einzelnen Sammellinsen die unterschiedliche Brechkraft des dichroitischen Strahlteilers für die unterschiedlichen Farben bzw. Emissionsspektren derart kompensiert wird, dass die Lichtverteilungen der unterschiedlichen Farben bezogen auf die Winkelverteilung mit Bezug zur optischen Achse auf der Lichtaustrittseite des Strahlteilers sich einander annähernd gleichen.In a further embodiment, a plurality of first converging lenses are formed on or at the at least one dichroic beam splitter on its light entrance side relative to the light path from the light sources to the field of the illumination system to be illuminated, the shapes of this first condenser lens being designed such that the dispersing effect of the beam splitter is reduced to the light passing through it. This ensures that the different power of the dichroic beam splitter for the different colors or emission spectra is compensated by the different refractive power of the individual converging lenses, that the light distributions of the different colors with respect to the angular distribution with respect to the optical axis on the light exit side of the beam splitter itself approximately equal to each other.

In einer Ausführungsform ist die mindestens eine erste Sammellinse auf dem Lichtweg von den Lichtquellen zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems nach dem mindestens einen ersten Homogenisierungsmittel angeordnet. Durch die mindestens eine erste Sammellinse zwischen dem mindestens einen Strahlteiler und dem zu beleuchtenden Feld kann eine telezentrische Beleuchtung des Feldes sichergestellt werden, wobei durch das Homogenisierungsmittel gleichzeitig eine gleichmäßige Intensitätsverteilung im Feld und eine gleichförmige Intensitätsverteilung in der Pupille sichergestellt werden kann.In one embodiment, the at least one first converging lens is arranged on the light path from the light sources to the field to be illuminated of the illumination system after the at least one first homogenization means. By means of the at least one first converging lens between the at least one beam splitter and the field to be illuminated, a telecentric illumination of the field can be ensured, whereby a uniform intensity distribution in the field and a uniform intensity distribution in the pupil can be ensured at the same time by the homogenizing agent.

In einer weiteren Ausführungsform ist auf dem Lichtweg von den Lichtquellen zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems nach der mindestens einen ersten Sammellinse mindestens ein weiteres zweites Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung angeordnet, wobei das zweite Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays. Durch die Nutzung von zwei Homogenisierungsmitteln kann die notwendige Anforderung zur Lichtmischung auf zwei unterschiedliche Homogenisierungsmittel verteilt werden. Hierdurch können zum Beispiel bei Stab- bzw. Hohlraumintegratoren ansonsten unerwünschte Längen des Einzelintegrators vermieden werden.In a further embodiment, at least one further second homogenizing agent for the light mixture is arranged on the light path from the light sources to the field to be illuminated of the illumination system after the at least one first converging lens, wherein the second homogenizing agent for light mixing is selected or composed of the optical elements of the group: Bar integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays. By using two homogenizing agents, the necessary light mixing requirement can be distributed among two different homogenizing agents. As a result, otherwise undesirable lengths of the single integrator can be avoided, for example, in rod or cavity integrators.

In einer Ausführungsform ist zwischen den Lichtquellen und dem mindestens einen Strahlteiler jeweils ein erstes Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung des Lichts der Lichtquelle vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, für jede der Farben bzw. der Emissionsspektren getrennt eine Vormischung des Lichts durchzuführen, bevor die unterschiedlichen Farben in dem mindestens einen dichroitischen Strahlteiler zusammengeführt werden. Dies führt insgesamt zu einer kompakteren Bauform, da einerseits zwei hintereinander geschaltete Stufen an Homogenisierungsmitteln genutzt werden, wodurch sich die Homogenisierungsleistung auf zwei Homogenisierungsmittel aufteilt, die durchaus unterschiedlicher Bauart sein können und da andererseits die erste Stufe der Homogenisierungsmittel unmittelbar nach den Lichtquellen und damit vor dem mindestens einen dichroitischen Strahlteiler vorgesehen ist, wodurch sich zumindest bei Stab- bzw. Hohlraumintegratoren als zweitem Homogenisierungsmittel nach dem mindestens einen dichroitischen Strahlteiler deren Länge verkürzt.In one embodiment, in each case a first homogenizing means for mixing the light of the light source is provided between the light sources and the at least one beam splitter. This makes it possible to pre-mix the light separately for each of the colors or the emission spectra before the different colors are combined in the at least one dichroic beam splitter. This leads overall to a more compact design, since on the one hand two successive stages are used in homogenizing, whereby the homogenization is divided into two homogenizing, which may well be of different design and on the other hand, the first stage of the homogenizing immediately after the light sources and thus before at least one dichroic beam splitter is provided, as a result of which, at least in the case of rod or cavity integrators, the length of the second homogenizing agent after the at least one dichroic beam splitter is shortened.

In einer weiteren Ausführungsform sind zwischen den Lichtquelle und den ersten Homogenisierungsmitteln jeweils Fresnel-Linsen als erste Sammellinsen angeordnet. Hierdurch lässt sich die Divergenz des Lichts der Lichtquellen anpassen, wodurch die Lichtstrahlen unter möglichst optimalen Winkel für eine Lichtmischung in das nachfolgende Homogenisierungsmittel eintreten. Hierbei können die Fresnel-Linsen auch auf den Homogenisierungsmitteln ausgebildet sein, wodurch eine kompaktere Bauform ermöglicht wird.In a further embodiment, Fresnel lenses are respectively arranged as first collecting lenses between the light source and the first homogenizing means. As a result, the divergence of the light of the light sources can be adjusted, whereby the light rays enter the subsequent homogenizing agent at as optimal an angle as possible for a light mixture. In this case, the Fresnel lenses can also be formed on the homogenization means, whereby a more compact design is made possible.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems sind die Lichtquellen LED Lichtquellen zur Erzeugung einer RGB-Beleuchtung des zu beleuchtenden Feldes und mindestens eine erste Sammellinse ist auf oder an dem mindestens einen dichroitischen Stahlteiler ausgebildet, wobei auf dem Lichtweg von den Lichtquellen zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems nach der mindestens einen ersten Sammellinse mindestens ein weiteres zweites Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung angeordnet ist, wobei das mindestens eine weitere zweite Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays. Ein zweites Homogenisierungsmittel erlaubt es, die Mischung des Lichtes optimal zwischen den beiden Stufen an Homogenisierungsmitteln aufzuteilen. Durch die Aufteilung der Lichthomogenisierung auf zwei Stufen, ist es möglich, die Homogenisierung des Feldes nahezu entkoppelt von der Homogenisierung der Pupille durch die entsprechende Positionierung der beiden Homogenisierungsmittel im Strahlengang vorzunehmen.In one embodiment of the illumination system according to the invention, the light sources LED light sources for generating an RGB illumination of the field to be illuminated and at least a first converging lens is formed on or at the at least one dichroic steel divider, wherein on the light path from the light sources to the field to be illuminated At least one further second homogenizing agent for light mixing is arranged, wherein the at least one further second homogenizing agent for light mixing is selected or composed of the optical elements of the group: bar integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays. A second homogenizer allows the mixture of the light optimally divided between the two stages of homogenizing agents. By dividing the light homogenization in two stages, it is possible to make the homogenization of the field almost decoupled from the homogenization of the pupil by the corresponding positioning of the two homogenizing agents in the beam path.

In einer weiteren Ausführungsform ist auf dem Lichtweg von den Lichtquellen zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems nach dem mindestens einen ersten Homogenisierungsmittel mindestens ein weiteres zweites Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung vorgesehen, wobei das zweite Homogenisierungsmittel zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays. Neben dem Vorteil, die Homogenisierung im Feld und in der Pupille hierdurch zu entkoppeln, hat die zweistufige Lichthomogenisierung auch einen Vorteil hinsichtlich der chromatischen Bildfehler des Beleuchtungssystems. Durch die erste Stufe der Homogenisierungsmittel wird eine Grundhomogenisierung der einzelnen Farben bzw. Emissionsspektren erreicht bevor die einzelnen Farben mit einem jeweils ähnlichen Homogenisierungsgrad durch den dichroitischen Strahlteiler zusammengeführt werden. Die durch den dichroitischen Strahlteiler entstehenden chromatischen Restfehler lassen sich dann erfolgreich durch die zweite Stufe der Homogenisierungsmittel ausmitteln. Insgesamt resultiert hierdurch ein Beleuchtungssystem, welches in seinen einzelnen Baugruppen nicht auf den Einsatz von Achromaten oder Apochromaten angewiesen ist, wodurch sich wiederum die Kosten senken lassen.In a further embodiment, at least one further second homogenizing agent for light mixing is provided on the light path from the light sources to the field to be illuminated of the illumination system after the at least one first homogenizing agent, wherein the second homogenizing agent for light mixing is selected or composed of the optical elements of the group: Bar integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays. In addition to the advantage of decoupling the homogenization in the field and in the pupil, the two-stage light homogenization also has an advantage with regard to the chromatic aberrations of the illumination system. The first stage of the homogenizing agent achieves a basic homogenization of the individual colors or emission spectra before the individual colors are combined with a respectively similar degree of homogeneity by the dichroic beam splitter. The residual chromatic aberrations produced by the dichroic beamsplitter can then be successfully extracted by the second stage of the homogenizers. Overall, this results in a lighting system, which is not dependent on the use of achromats or apochromats in its individual modules, which in turn can reduce costs.

In einer Ausführungsform weist wenigstens eines der Homogenisierungsmittel in Form der Stabintegratoren oder der Hohlraumintegratoren entlang seiner Längsausdehnung einen verjüngenden Querschnitt auf, dessen Aspektverhältnis sich auch entlang der Längsausdehnung ändern kann und/oder das wenigstens eine Homogenisierungsmittel in Form der Stabintegratoren oder der Hohlraumintegratoren weist an mehreren Flächenabschnitten seiner Oberfläche unterschiedliche lokale Krümmungen der Oberfläche auf. Hierdurch ist es möglich, die Lichtmischung innerhalb des Beleuchtungsfeldes gezielt zu steuern und zu optimieren. Insbesondere lässt sich der Lichtleitwert zwischen der X-Richtung und der Y-Richtung des Feldes umverteilen.In one embodiment, at least one of the homogenizing means in the form of rod integrators or cavity integrators has a tapering cross section along its longitudinal extent, the aspect ratio of which may also change along the longitudinal extent, and / or the at least one homogenizing agent in the form of rod integrators or cavity integrators has at several surface portions its surface has different local curvatures of the surface. This makes it possible to specifically control and optimize the light mixture within the illumination field. In particular, the light conductance can be redistributed between the X direction and the Y direction of the field.

In einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Homogenisierungsmittel aus zwei Spiegel-Arrays zusammengesetzt, die für eine Umverteilung der Lichtleitwerte in den beiden orthogonalen Richtungen des Feldes sorgen. Hierdurch ist eine Anpassung der Lichtquellengröße bzw. der Abstrahlwinkelverteilung an die Feldgröße bzw. das Aspektverhältnis des gewünschten Beleuchtungsfeldes möglich.In a further embodiment, the second homogenization means is composed of two mirror arrays which provide for a redistribution of the light conductance values in the two orthogonal directions of the field. This makes it possible to adapt the light source size or the emission angle distribution to the field size or the aspect ratio of the desired illumination field.

In einer Ausführungsform ist das zweite Homogenisierungsmittel aus Linsenarrays zusammengesetzt und bildet einen sogenannten Wabenkondensor, wobei der Wabenkondensor mittels mindestens einem flächenförmigen Abstandshalter in Sandwich-Bauweise ausgeführt ist. Eine solche Sandwich-Bauweise ermöglicht eine separate Fertigung und Qualitätsprüfung des Wabenkondensors, wodurch mit dem fertigen Wabenkondensor ein montage- und justage-freundliches optisches Element entsteht, welches ohne großen Aufwand in einem Fertigungsprozess in das Beleuchtungssystem integriert werden kann. Insbesondere ein Wabenkondensor, dessen Linsenarrays hierbei aus Endlosfolien gedruckter, gepresster und/oder gespritzter Kunststoffe bestehen, ist darüber hinaus auch noch sehr kostengünstig herzustellen.In one embodiment, the second homogenizing agent is composed of lens arrays and forms a so-called honeycomb condenser, wherein the honeycomb condenser is embodied by means of at least one sandwich-type spacer. Such a sandwich construction allows for separate production and quality testing of the honeycomb condenser, whereby an assembly-and adjustment-friendly optical element is produced with the finished honeycomb condenser, which optical element can be integrated into the lighting system in a manufacturing process without much effort. In particular, a honeycomb condenser, the lens arrays of which consist of continuous films printed, pressed and / or molded plastics, is also still very inexpensive to produce.

In einer weiteren Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem mindestens einen Diffusor auf, wobei der Diffusor ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus diffraktiven und/oder refraktiven und/oder holographischen und/oder streuenden Elementen mit regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Strukturen. Hierdurch lassen sich nach der Homogenisierung des Lichts vorhandene Variationen im Feld und in der Pupille nachträglich glätten.In a further embodiment, the illumination system according to the invention has at least one diffuser, wherein the diffuser is selected or composed of diffractive and / or refractive and / or holographic and / or scattering elements with regular and / or irregular structures. As a result, existing variations in the field and in the pupil can be subsequently smoothed after the homogenization of the light.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird neben einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem auch durch ein Koordinatenmessgerät zur Erfassung der Koordinaten eines Werkstücks gelöst, welches wenigstens einen optischen Sensor und ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem zur Beleuchtung des Werkstücks während einer Messung der Koordinaten des Werkstücks mit dem optischen Sensor umfasst.The object of the present invention is in addition to an illumination system according to the invention also solved by a coordinate measuring machine for detecting the coordinates of a workpiece, which comprises at least one optical sensor and an inventive illumination system for illuminating the workpiece during a measurement of the coordinates of the workpiece with the optical sensor.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figures, the essential details of the invention show, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigtEmbodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. In these shows

1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise; 1 a coordinate measuring machine in gantry design;

2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 2 a schematic representation of a first embodiment of a lighting system;

3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 3 a schematic representation of a second embodiment of a lighting system;

4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 4 a schematic representation of a third embodiment of a lighting system;

5a eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für einen Stab- bzw. Hohlraumintegrator; 5a a schematic representation of a first embodiment of a rod or cavity integrator;

5b eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für einen Stab- bzw. Hohlraumintegrator; 5b a schematic representation of a second embodiment of a rod or cavity integrator;

5c eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für einen Stab- bzw. Hohlraumintegrator; 5c a schematic representation of a third embodiment of a rod or cavity integrator;

6 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 6 a schematic representation of a fourth embodiment of a lighting system;

7 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 7 a schematic representation of a fifth embodiment of a lighting system;

8 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 8th a schematic representation of a sixth embodiment of a lighting system;

9 eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 9 a schematic representation of a seventh embodiment of a lighting system;

10 eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 10 a schematic representation of an eighth embodiment of a lighting system;

11a eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für einen Wabenkondensor mit einem ersten Abstandshalter; 11a a schematic representation of a first embodiment of a honeycomb condenser with a first spacer;

11b eine schematische Darstellung eines zweiten Abstandshalters für einen Wabenkondensor; 11b a schematic representation of a second spacer for a honeycomb condenser;

11c eine schematische Darstellung eines dritten Abstandshalters für einen Wabenkondensor; 11c a schematic representation of a third spacer for a honeycomb condenser;

12 eine schematische Explosion-Darstellung eines Wabenkondensors in Sandwich-Bauweise; 12 a schematic exploded view of a honeycomb condenser in sandwich construction;

13 eine schematische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 13 a schematic representation of a ninth embodiment of a lighting system;

14 eine schematische Darstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels für ein Beleuchtungssystem; 14 a schematic representation of a tenth embodiment of a lighting system;

15a eine schematische Darstellung einer Lichtquelle mit einem ersten Homogenisierungsmittel in Form eines ersten Stabintegrators; und 15a a schematic representation of a light source with a first homogenizing agent in the form of a first rod integrator; and

15b eine schematische Darstellung einer Lichtquelle mit einem ersten Homogenisierungsmittel in Form eines zweiten Stabintegrators. 15b a schematic representation of a light source with a first homogenizing agent in the form of a second rod integrator.

1 zeigt rein beispielhaft ein Koordinatenmessgerät 24 in sogenannter Portalbauweise. Ebenso gebräuchlich sind in der Koordinatenmesstechnik Koordinatenmessgeräte in Brücken- oder Ständerbauweise, sowie Mehrstellenmessgeräte oder Gelenkarm-Koordinatenmessgeräte. 1 shows purely by way of example a coordinate measuring machine 24 in so-called gantry construction. Coordinate measuring machines in bridge or column construction, as well as multi-point measuring instruments or articulated-arm coordinate measuring machines, are also commonly used in coordinate metrology.

Das Koordinatenmessgerät 24 weist einen Taststift 6 auf, der auswechselbar an einem Tastkopf 5 befestigt ist und der gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z ausgelenkt werden kann. Die Auslenkung des Taststiftes 6 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z wird über drei im Tastkopf 5 befindliche Messgeber erfasst. Der Tastkopf 5 seinerseits kann in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z bewegt werden. Dazu weist die Portalmechanik eine Messeinheit 2 auf, die in der mit dem Pfeil y bezeichneten Koordinatenrichtung gegenüber dem Messtisch 1 verfahren werden kann. Entlang der den Messtisch 1 überspannenden Traverse des Messeinheit 2 wiederum ist der sogenannte Messschlitten 3 in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung beweglich geführt. Am Messschlitten 3 wiederum ist die Pinole 4 in der vertikalen mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung beweglich geführt, so dass der Tastkopf 5 über die Portalmechanik in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann. Die Vermessung eines Werkstückes erfolgt nunmehr derart, dass der Taststift 6 das zu vermessende Werkstück 7 an vorgesehenen Messpunkten antastet, wobei im Tastkopf 5 die Auslenkung des Taststiftes 6 gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen wird. Zusätzlich werden an den drei Inkrementalmaßstäben 8a8c, die von optischen Ableseköpfen abgetastet werden, die aktuelle Position des Tastkopfes 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen. Zur Ermittlung eines Messpunktes werden nunmehr die Maßstabsmesswerte 8a8c mit den durch die Messgeber im Tastkopf 5 ermittelten Taststiftauslenkungen komponentenrichtig verrechnet und hieraus ein Messpunkt generiert.The coordinate measuring machine 24 has a stylus 6 on, the interchangeable on a probe 5 is attached and the opposite the probe 5 in the three coordinate directions x, y and z can be deflected. The deflection of the stylus 6 in the three coordinate directions x, y and z is about three in the probe 5 detected encoder detected. The probe 5 in turn, it can be moved in the three coordinate directions x, y and z. For this purpose, the portal mechanism has a measuring unit 2 on, in the coordinate direction indicated by the arrow y opposite the measuring table 1 can be moved. Along the measuring table 1 spanning traverse of the measuring unit 2 in turn, the so-called measuring slide 3 movably guided in the direction indicated by the arrow x. On the measuring slide 3 again, the quill is 4 guided movably in the vertical direction indicated by the arrow z, so that the probe 5 can be moved via the portal mechanism in the three coordinate directions x, y and z. The measurement of a workpiece is now carried out such that the stylus 6 the workpiece to be measured 7 probed at intended measuring points, wherein in the probe 5 the deflection of the stylus 6 opposite the probe 5 is measured in the three coordinate directions x, y and z. Additionally, at the three incremental scales 8a - 8c , which are scanned by optical read heads, the current position of the probe 5 measured in the three coordinate directions x, y and z. To determine a measuring point, the scale measurement values now become 8a - 8c with the through the encoder in the probe 5 determined stylus deflections computed correctly and generated from this a measurement point.

Um nunmehr komplexe Werkstücke mit einer komplexen Geometrie vermessen zu können, werden üblicherweise unterschiedliche Taststifte benötigt, die in einem nicht dargestellten Magazin vorgehalten werden und automatisiert über eine Wechseleinrichtung am Tastkopf 5 eingewechselt werden können. Die unterschiedlichen Taststifte weisen üblicherweise einen oder mehrere Tasterschäfte auf, an deren Enden Antastkörper, wie beispielsweise eine Tastkugel oder ein Zylinder befestigt sein können. Eine horizontale Bohrung beispielsweise wird man nur mit einem horizontal ausgerichteten Tasterschaft, d. h. mit einem sogenannten seitlich angeordneten Taststift 6, vermessen können, während eine vertikale Bohrung nur mit einem vertikal ausgerichteten Tasterschaft vermessen werden kann.To be able to measure now complex workpieces with a complex geometry, usually different styli are needed, which are kept in a magazine, not shown, and automated via a Changing device on the probe 5 can be changed. The different styli usually have one or more probe shafts, at the ends of probes, such as a probe ball or a cylinder can be attached. For example, a horizontal hole will only be made with a horizontally aligned stylus shaft, ie with a so-called laterally arranged stylus 6 , while a vertical hole can only be measured with a vertically aligned probe shaft.

Die Steuerung des Messablaufes und der Antriebsmittel des Koordinatenmessgerätes, sowie die Aufnahme und Auswertung der hierbei ermittelten Messwerte erfolgt durch eine Steuer und Auswerteeinheit 9, die hier in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft durch einen einzigen Rechner realisiert ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit 9 kann zusätzlich mit einem nicht dargestellten Bedienpult verbunden werden, mit dem über Bedienhebel das Koordinatenmessgerät auch manuell in den Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann, sowie auch andere Funktionen, wie beispielsweise ein Taststiftwechsel oder eine Bedienung des Messprogramms vorgenommen werden können.The control of the measurement process and the drive means of the coordinate measuring machine, as well as the recording and evaluation of the measured values determined in this case by a control and evaluation 9 , which is realized here by way of example in this embodiment by a single computer. The control and evaluation unit 9 can also be connected to a control panel, not shown, with the control lever via the coordinate measuring machine can also be moved manually in the coordinate directions x, y and z, as well as other functions, such as a stylus change or operation of the measurement program can be made.

Alternativ zu einem Tastkopf 5 kann das Koordinatenmessgerät 24 der 1 auch mit einem optischen Messsystem ausgerüstet sein. Dieses optische Messsystem umfasst einen CCD- oder CMOS-Sensor oder ein sonstiges lichtempfindliches Array zur ortsaufgelösten Wandlung von Licht in auf Computer speicher- und nutzbare Signale, ein Objektiv und ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten des zu vermessenden Werkstücks. Das optische Messsystem kann zum Beispiel mit Hilfe des Koordinatenmessgeräts an die zu vermessende Stelle des Werkstücks gezielt verfahren werden. Dort werden anschließend mit Hilfe des CCD- oder CMOS-Sensors, des Objektivs und des Beleuchtungssystems Aufnahmen des Werkstücks getätigt. Durch die Anwendung von Bildverarbeitungssoftware auf die getätigten Aufnahmen und unter Berücksichtigung der Maßstabsmesswerte 8a8c des Koordinatenmessgeräts werden dann die Koordinaten der betrachteten relevanten Strukturen ausgegeben.Alternatively to a probe 5 can the coordinate measuring machine 24 of the 1 also be equipped with an optical measuring system. This optical measuring system comprises a CCD or CMOS sensor or other photosensitive array for the spatially resolved conversion of light into computer-stored and usable signals, a lens and an illumination system for illuminating the workpiece to be measured. The optical measuring system can be moved selectively, for example with the help of the coordinate measuring machine to the point to be measured of the workpiece. There are then taken with the help of the CCD or CMOS sensor, the lens and the illumination system recordings of the workpiece. By applying image processing software to the images taken and taking into account the scale readings 8a - 8c of the coordinate measuring machine are then output the coordinates of the relevant structures considered.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch an anderen Typen von Koordinatenmessgeräten als dem in 1 gezeigten Koordinatenmessgerät 24 in Portalbauweise eingesetzt werden kann, insbesondere bei Koordinatenmessgeräten in Brücken- oder Ständerbauweise.It is understood that the present invention also applies to other types of coordinate measuring machines than those in 1 shown coordinate measuring machine 24 can be used in gantry design, especially in coordinate measuring machines in bridge or stand construction.

Die 2 zeigt exemplarisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 30 für metrologische Anwendungen bei einem der vorgenannten Koordinatenmessgeräte. Dabei zeigt die 2 die Anordnung von drei Lichtquellen 31, 32, 33 mit unterschiedlichen Emissionsspektren bzw. Farben um die Eingangsflächen eines sogenannten X-Cubes 35 mit seinen kreuzweise angeordneten dielektrischen Spiegelflächen für die Farben Rot und Blau. Im Strahlengang zwischen den Lichtquellen 31, 32, 33 und den X-Cube-Eintrittsseiten muss eine Sammlung und Kollimation der Lichtquellenemission erfolgen, um Lichtverluste und damit einen Energieeintrag in die Umgebung des Koordinatenmessgeräts zu verhindern. Zur Minimierung des Montage- und des Justage-Aufwandes können die hierzu notwendigen Sammellinsen 37, 38, 39 vorteilhaft direkt auf den jeweiligen Eintrittsflächen des sogenannten X-Cubes 35 aufgebracht werden. Gezeigt ist hierbei in 2 eine Ausführung mit Fresnell-Sammellinsen. Hierdurch lassen sich kurze Brennweiten realisieren, wodurch eine kompakte Bauform resultiert. Grundsätzlich können aber auch andere Linsen oder diffraktive Strukturen aufgebracht werden. Für alle Fälle von refraktiven Linsen als Sammellinsen sollten bevorzugt Asphären verbaut werden, da mit ihnen einerseits Abbildungsfehler reduziert werden können und da mit ihnen andererseits eine höhere numerische Apertur (NA) lichtquellenseitig realisiert werden kann. Außerdem sollte die Form der Linsen auf der Eintrittsfläche so ausgelegt werden, dass sie die Dispersion des Materials berücksichtigt, damit am Ausgang des X-Cubes möglichst kollimiertes RGB-Licht vorliegt.The 2 shows by way of example a first embodiment of a lighting system according to the invention 30 for metrological applications in one of the aforementioned coordinate measuring machines. It shows the 2 the arrangement of three light sources 31 . 32 . 33 with different emission spectra or colors around the input surfaces of a so-called X-Cube 35 with its crosswise arranged dielectric mirror surfaces for the colors red and blue. In the beam path between the light sources 31 . 32 . 33 and the x-cube entrance pages must be a collection and collimation of the light source emission to prevent light loss and thus an energy input into the environment of the coordinate measuring machine. To minimize the assembly and the adjustment effort, the necessary collecting lenses 37 . 38 . 39 advantageous directly on the respective entry surfaces of the so-called X-cube 35 be applied. Shown here is in 2 a version with Fresnel collimating lenses. As a result, short focal lengths can be realized, resulting in a compact design. In principle, however, it is also possible to apply other lenses or diffractive structures. For all cases of refractive lenses as converging lenses aspheres should preferably be installed, since with them on the one hand aberrations can be reduced and because on the other hand, a higher numerical aperture (NA) light source side can be realized. In addition, the shape of the lenses on the entrance surface should be designed to account for the dispersion of the material so that as much collimated RGB light as possible is present at the output of the X-Cube.

Doch selbst bei einer bestmöglichen Kollimierung bzw. Ausrichtung des RGB-Lichtes entlang einer Achse wird dieses Licht nicht homogen über die Austrittsfläche des sogenannten X-Cubes verteilt sein. Eine Homogenisierung des RGB-Lichtes im Orts- und Winkelraum kann allerdings durch Einsatz eines sogenannten Wabenkondensors (WaKo) 41, bestehend aus zwei Mikrolinsenarrays MLA1, MLA2, und eine Fourierlinse FL erfolgen. Ein solcher Wabenkondensor 41 bewirkt bei entsprechender Auslegung eine vollständige Durchmischung aller Lichtstrahlen im Feld und in der Pupille. Somit wird jede vorhandene Richtung der Lichtstrahlen auf jeden Ort in der Feldebene gelenkt. Damit entsteht eine homogene und gleichmäßige Ausleuchtung in der Feldebene mit nahezu konstanter Intensität über das gesamte Beleuchtungsfeld, siehe die nach Farben bzw. Emissionsspektren unterschiedenen Kurven I(x) in 2. Dabei bedeutet I die lokale Intensität an einem Feldpunkt aufgetragen entlang der X-Achse des Beleuchtungssystems. Die Kurven NA(x) in 2 geben für jeden Feldpunkt entlang der X-Achse den Anteil an numerischer Apertur wieder, aus dem der betreffende Feldpunkt Licht entsprechender Farbe erhält. Dabei ist die numerische Apertur NA ein anderes Maß für die Größe der Pupille und ist gegeben durch den Sinus des Öffnungswinkels der Randlichtstrahlen, die gerade noch den Feldpunkt erreichen. Durch die weitgehende Konstanz der verschiedenen Kurven NA(x) ist zu erkennen, dass nahezu alle Feldpunkte des Beleuchtungsfeldes eine gleich große und konstante Pupille für alle Farben aufweisen. Die Kurven I(NA) beschreiben hingegen die Intensitätsverteilung des RGB-Lichts über die NA bzw. Pupille. Dabei ist zu bemerken, dass bei einer vergrößerten Betrachtung der Kurven I(NA) auffallen würde, dass diese aufgrund der Parzellen des Wabenkondensors parzelliert sind, wobei der Wert I(NA) am Rand jeder Parzelle auf 0 abfällt. Die Parzellierung aufgrund der verwendeten Mikrolinsenarrays ist jedoch so fein, dass die Nullstellen in dem dargestellten Maßstab der Kurven I(NA) der 2 nicht dargestellt werden können. Aufgrund dieser Tatsache liegt über weite Teile der Pupille somit keine gleichmäßige sondern eine gleichförmig parzellierte Intensitätsverteilung vor.But even with the best possible collimation or alignment of the RGB light along an axis, this light will not be distributed homogeneously over the exit surface of the so-called X-Cube. However, a homogenization of the RGB light in the spatial and angular space can be achieved by using a so-called honeycomb condenser (WaKo). 41 consisting of two microlens arrays MLA1, MLA2, and a Fourier lens FL. Such a honeycomb condenser 41 with appropriate design, a complete mixing of all light rays in the field and in the pupil. Thus, any existing direction of the light rays is directed to any location in the field plane. This results in a homogeneous and uniform illumination in the field level with almost constant intensity over the entire illumination field, see the curves I (x) in accordance with colors or emission spectra 2 , Here, I means the local intensity at a field point plotted along the X-axis of the illumination system. The curves NA (x) in 2 For each field point along the X-axis, the proportion of numerical aperture from which the respective field point receives light of corresponding color. In this case, the numerical aperture NA is another measure of the size of the pupil and is given by the sine of the opening angle of the edge light rays, which just reach the field point. Due to the extensive constancy of the different curves NA (x) it can be seen that almost all field points of the Illumination field have an equal and constant pupil for all colors. In contrast, the curves I (NA) describe the intensity distribution of the RGB light via the NA or pupil. It should be noted that in an enlarged view of the curves I (NA) would be noted that they are parceled out due to the plots of the honeycomb condenser, the value I (NA) at the edge of each parcel drops to 0. However, the parceling due to the microlens arrays used is so fine that the zeros in the illustrated scale of curves I (NA) of the 2 can not be displayed. Due to this fact, over large parts of the pupil there is thus no uniform but a uniformly parceled intensity distribution.

Zur Verstärkung der Lichtmischungseigenschaft des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 30 können analog zu den nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Beleuchtungssystemen 50, 50a, 50b, 50c, 60, 70, 80, 90 jeweils Stabintegratoren 51, 52, 53 als erste Homogenisierungsmittel unmittelbar nach den Lichtquellen 31, 32, 33 eingesetzt werden. Hierdurch wird der zuvor beschriebene Wabenkondensor 41 somit zu einem weiteren zweiten Homogenisierungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung.To enhance the light mixing property of the illumination system according to the invention 30 can analogously to the illumination systems according to the invention described below 50 . 50a . 50b . 50c . 60 . 70 . 80 . 90 each rod integrators 51 . 52 . 53 as the first homogenizing agent immediately after the light sources 31 . 32 . 33 be used. As a result, the previously described honeycomb condenser 41 thus to another second homogenizing agent according to the present invention.

Die 3 zeigt eine vorteilhafte Möglichkeit 30a zur mechanischen Vereinfachung des erfindungsgemäßen Aufbaus der 2. Hierbei wird das benötigte Mikrolinsenarray MLA1 des Wabenkondensors 41 in die Eintrittssammellinsen 37, 38, 39 der 2 vorverlagert. Damit werden die Linse 37a, 38a, 39a der 3 keine rotationssymmetrische Linsen 37, 38, 39 mehr sein, sondern kurzwellige 2D-Formabweichungen von der idealerweise asphärischen Grundform aufweisen. Ein weiterer Vorteil der Vorverlagerung des Mikrolinsenarrays MLA1 ist, dass die Dispersion berücksichtigt werden kann, indem die drei Eintrittsseiten jeweils leicht unterschiedliche MLAs in der Oberfläche der Sammellinsen 37a, 38a, 39a aufweisen. Vorteilhafterweise sollte das Mikrolinsenarray MLA2 auf die Austrittsfläche des X-Cubes verlagert werden. Diese, durch das MLA2 modellierte Austrittsfläche des X-Cubes besitzt das Bezugszeichen 40 in der 3. Durch diese Kombination von Sammellinsen 37, 38, 39 und dem ersten Mikrolinsenarray MLA1 des Wabenkondensors zu neuen Sammellinsen 37a, 38a, 39a auf den Eintrittsseiten des X-Cubes sowie der Ausgestaltung 40 des zweiten Mikrolinsenarrays MLA2 auf der Austrittsseite des X-Cube wird eine besonders kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 30a erreicht.The 3 shows an advantageous possibility 30a for mechanical simplification of the structure according to the invention 2 , Here, the required microlens array MLA1 of the honeycomb condenser 41 into the entry collection lenses 37 . 38 . 39 of the 2 displaced forward. This will be the lens 37a . 38a . 39a of the 3 no rotationally symmetric lenses 37 . 38 . 39 be more, but have short-wave 2D shape deviations from the ideal aspherical basic form. A further advantage of the advancement of the microlens array MLA1 is that the dispersion can be taken into account by the three entrance sides each having slightly different MLAs in the surface of the converging lenses 37a . 38a . 39a exhibit. Advantageously, the microlens array MLA2 should be transferred to the exit surface of the X-cube. This, modeled by the MLA2 exit surface of the X-Cube has the reference numeral 40 in the 3 , Through this combination of collecting lenses 37 . 38 . 39 and the first microlens array MLA1 of the honeycomb condenser to new converging lenses 37a . 38a . 39a on the entry sides of the X-Cube and the design 40 of the second microlens array MLA2 on the exit side of the X-cube becomes a particularly compact design of the illumination system according to the invention 30a reached.

Auch bei dem in 3 dargestellten Beleuchtungssystem 30a können Stabintegratoren 51, 52, 53 gemäß der nachfolgenden 4 bis 15b als erste Homogenisierungsmittel eingesetzt werden, wodurch die Homogenisierungsmittel 37a, 38a, 39a, 40 dabei dann als weitere zweite Homogenisierungsmitteln im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen sind. Selbstverständlich können auch alternativ oder zusätzlich nachfolgend den Homogenisierungsmitteln 37a, 38a, 39a, 40 weitere Homogenisierungsmittel 41; SA; 65; 65a; 85 entsprechend den 7 bis 14 zur Verstärkung der Lichtmischungseigenschaften des Beleuchtungssystems 30a vorgesehen werden. Im erstgenannten Fall sind dann die Homogenisierungsmittel 37a, 38a, 39, 40 erste Homogenisierungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung. Dabei ist zu beachten, dass aufgrund des Doppelcharakters der Elemente 37a, 38a, 39a diese sowohl Sammellinsen als auch Homogenisierungsmittel in Verbindung mit Element 40 sind. Darüber hinaus ist zu beachten, dass bei einer Ausgestaltung einer ersten Lichtmischung durch Stabintegratoren 51, 52, 53 bei den Lichtquellen 31, 32, 33 gemäß den 15a und 15b diese Stabintegratoren erste Sammellinsen F aufweisen können, so dass in diesem Fall die Sammellinsen 37a, 38a, 39a des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 30a nicht mehr erste Sammellinsen sind.Also at the in 3 illustrated lighting system 30a can bar integrators 51 . 52 . 53 according to the following 4 to 15b as first homogenizing agents are used, whereby the homogenizing agents 37a . 38a . 39a . 40 In this case, they are to be regarded as further second homogenizing agents in the sense of the present invention. Of course, alternatively or additionally below the homogenizing agents 37a . 38a . 39a . 40 further homogenizing agents 41 ; SA; 65 ; 65a ; 85 according to the 7 to 14 for enhancing the light mixing properties of the lighting system 30a be provided. In the former case then the homogenizing agents 37a . 38a . 39 . 40 first homogenizing agent in the context of the present invention. It should be noted that due to the double character of the elements 37a . 38a . 39a these combine lenses as well as homogenizers in conjunction with element 40 are. In addition, it should be noted that in one embodiment of a first light mixture by rod integrators 51 . 52 . 53 at the light sources 31 . 32 . 33 according to the 15a and 15b these bar integrators may have first converging lenses F, so that in this case the converging lenses 37a . 38a . 39a of the lighting system according to the invention 30a are no longer first collecting lenses.

Die Linsen bzw. MLAs 37 bis 39, 37a bis 39a sowie 40 auf der Ein- und Austrittsfläche der Beleuchtungssysteme 30 und 30a können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden: Grauton-Lithografie, Spritzgießen, Abgießen, Stempeln... usw.The lenses or MLAs 37 to 39 . 37a to 39a such as 40 on the entrance and exit surfaces of the lighting systems 30 and 30a can be produced in different ways: gray-tone lithography, injection molding, casting, stamping ... etc.

Das Aufbringen auf die Ein- und Austrittsfläche kann durch Aufkitten, Kleben, Laminieren, Drucken, Angießen, Anspritzen oder Ansprengen erfolgen. Gegebenenfalls kann aber auch eine direkte Bearbeitung der Ein- und Austrittsfläche in Betracht gezogen werden. Somit können im Allgemeinen folgende Verfahren zur Herstellung dieser Elemente angewendet werden: Additive Bearbeitungsverfahren, abtragende Bearbeitungsverfahren und/oder das Aufbringen eines getrennt gefertigten optischen Elementes.The application to the entry and exit surface can be done by applying, gluing, laminating, printing, casting, spraying or wringing. Optionally, however, a direct processing of the inlet and outlet surface can be considered. Thus, in general, the following methods can be used to produce these elements: additive machining processes, abrasive machining processes and / or the application of a separately fabricated optical element.

Die 4 zeigt eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 50, welches besonders wenig Justage-Aufwand erfordert. Bei dem Beleuchtungssystem 50 sind auf den Eintrittsflächen des X-Cubes keine Sammellinsen mehr angebracht. Stattdessen sind sogenannte Stabintegratoren 51, 52, 53 auf den Eintrittsflächen positioniert, deren Abstrahlungen im X-Cube wie zuvor überlagert werden. Statt der Stabintegratoren können auch sogenannte Hohlraumintegratoren vor die Eintrittsflächen des X-Cubes positioniert werden. Ferner können auch Faserausgänge verwendet werden. Die beiden letztgenannten Lösungen sind jedoch aufwendiger hinsichtlich der Herstellkosten, der Montage und der Justage, um eine gute Strahlüberlagerung zu erreichen. Durch diesen Aufbau ergibt sich zunächst kein kollimiertes Strahlbündel am X-Cube-Ausgang. Abhängig vom Abstrahlwinkel der Stabintegratoren wird die Dispersion zudem am Ausgang des X-Cubes auch schon zu unterschiedlichen Bündelöffnungen für die unterschiedlichen Farben führen.The 4 shows an embodiment of a lighting system according to the invention 50 , which requires very little adjustment effort. In the lighting system 50 are no longer on the entry surfaces of the X-Cube collecting lenses. Instead, so-called rod integrators 51 . 52 . 53 positioned on the entrance surfaces whose emissions are superimposed in the X-Cube as before. Instead of rod integrators, so-called cavity integrators can also be positioned in front of the entry surfaces of the X-Cube. Furthermore, fiber outputs can also be used. However, the latter two solutions are more expensive in terms of manufacturing costs, assembly and adjustment to achieve a good beam overlay. Due to this structure, initially no collimated beam is produced at the X-Cube. Output. Depending on the beam angle of the rod integrators, the dispersion will also lead to different bundle openings for the different colors at the exit of the X-Cube.

Die 5a bis 5c zeigen drei spezielle Ausführungen für Stabintegratoren. In der 5a sind die Mantelflächen des über seine Länge konstanten Querschnitt aufweisenden Stabes deterministisch oberflächenmoduliert (in der Skizze sinusartig), so dass die Oberfläche unterschiedliche lokale Krümmungen aufweist. Diese Modulation erlaubt eine Winkelhomogenisierung, welche der Stab allein nicht ermöglichen würde. Allgemein kommen aber sämtliche deterministischen und statistischen Oberflächenmodifikationen in Frage, je nachdem, wie das Winkelspektrum des in den Stab eingekoppelten Lichtbündels aussieht. Die 5b zeigt eine trichterförmige Ausfertigung des Stabes, welche eine Anpassung des Aspektverhältnisses zwischen Ein- und Auskoppelseite erlaubt. Die 5c zeigt Oberflächen-modulierte Ausformungen von trichterförmigen Stabintegratoren. Diese erlauben zusätzlich zur Aspektverhältisänderung und Winkelhomogenisierung auch ein Umverteilen von Lichtleitwerten aus einer Richtung in jede weitere, insbesondere auch orthogonale Richtung. Damit lassen sich Aspektverhältnisse (Feldgröße) und Winkelspektrum (NA) für wählbare Richtungen unabhängig voneinander einstellen. Konstant bleibt allerdings der Lichtleitwert integriert über alle Richtungen und Orte.The 5a to 5c show three special designs for bar integrators. In the 5a the lateral surfaces of the rod having a constant cross-section over its length are deterministically surface-modulated (in the sketch sinusoidal), so that the surface has different local curvatures. This modulation allows for angular homogenization, which the bar alone would not allow. In general, however, all deterministic and statistical surface modifications come into question, depending on what the angular spectrum of the light bundle coupled into the rod looks like. The 5b shows a funnel-shaped copy of the rod, which allows an adjustment of the aspect ratio between the input and output side. The 5c shows surface-modulated formations of funnel-shaped rod integrators. These allow in addition to the aspect ratio change and angle homogenization also a redistribution of light conductance from one direction in any other, especially also orthogonal direction. Thus, aspect ratios (field size) and angle spectrum (NA) for selectable directions can be adjusted independently of each other. However, the light conductance remains constant over all directions and locations.

Die Oberflächenmodulation quer zur Ausrichtung des Homogenisierungsmittels und der über die Länge variable Querschnitt des Homogenisierungsmittels sind grundsätzlich auch bei Hohlraumintegratoren realisierbar.The surface modulation transversely to the orientation of the homogenizing agent and the variable over the length of the cross-section of the homogenizing agent are basically feasible even with cavity integrators.

Die 6 zeigt eine Variation 50a des in 3 dargestellten Beleuchtungssystems 50 mit einer Kollimationssphäre oder -asphäre 55 auf der Ausgangsseite des X-Cubes 35. Dabei kann die Linse 55 allgemein als chromatisch korrigierte Linse ausgeführt werden. Ferner kann die Linse zudem wie dargestellt als Fresnell-Linse 55 ausgeführt werden. Durch eine solche Linse 55 ist es dann möglich, einerseits die Lichtstrahlen zu kollimieren bzw. parallel zur optischen Achse auszurichten und andererseits den Farblängsfehler des Beleuchtungssystems zu korrigieren.The 6 shows a variation 50a of in 3 illustrated illumination system 50 with a collimation sphere or sphere 55 on the output side of the X-Cube 35 , This can be the lens 55 generally be performed as a chromatically corrected lens. Furthermore, the lens may also be shown as a Fresnel lens as shown 55 be executed. Through such a lens 55 It is then possible on the one hand to collimate the light beams or to align them parallel to the optical axis and, on the other hand, to correct the longitudinal chromatic aberration of the illumination system.

Die 7 zeigt eine Weiterbildung 50b des in 6 dargestellten Beleuchtungssystems 50a, bei dem nachfolgend dem X-Cube 35 ein Wabenkondensor (WaKo) 41 bestehend aus zwei Mikrolinsenarrays MLA1, MLA2 in Kombination mit einer Fourierlinse FL für eine weitere Lichtmischung bzw. Abbildung des den Ausgang des X-Cubes verlassenden Lichts auf das Beleuchtungsfeld sorgt. Die Anzahl der Linsen der Mikrolinsenarrays MLA1, MLA2 bestimmt die Anzahl der Parzellen, in die der einfallende Lichtstrahl zerlegt wird, um dann in der Bildebene durch simultane Überlagerung aller Parzellen Inhomogenitäten auszumitteln. Durch einen solchen WaKo 41 lassen sich sowohl im Ortsraum des Feldes als auch im Winkelraum der Pupille homogene Ausleuchtungen erreichen. Darüber hinaus kann der WaKo 41 als Teleskop ausgelegt werden, so dass in X- und Y-Richtung des Feldes unterschiedliche Feldbreiten erreicht werden können. Dies ist in 7 durch die in X- und Y-Richtung unterschiedlich breiten Kurven I(x), I(y), I(NAx), I(NAy) dargestellt.The 7 shows a training 50b of in 6 illustrated illumination system 50a in which below the X-Cube 35 a honeycomb condenser (WaKo) 41 consisting of two microlens arrays MLA1, MLA2 in combination with a Fourier lens FL for further light mixing or image of the output of the X-cube light leaving the illumination field. The number of lenses of the microlens arrays MLA1, MLA2 determines the number of parcels into which the incident light beam is split, in order then to average out inhomogeneities in the image plane by simultaneously superimposing all the parcels. Through such a WaKo 41 homogeneous illumination can be achieved both in the space of the field and in the angular space of the pupil. In addition, the WaKo 41 be designed as a telescope, so that in the X and Y direction of the field different field widths can be achieved. This is in 7 represented by the different widths in the X and Y directions I (x), I (y), I (NAx), I (NAy).

Diese Funktion ähnelt der oben beschriebenen Variation des Aspektverhältnisses zwischen Ein- und Ausgang am Stabintegrator. Sie unterscheidet sich aber dahingehend, dass mit dem Mikrolinsenarray alleine keine Umverteilung von Lichtleitwert zwischen den Achsen des Systems möglich ist. Deswegen sind Feldbreitenverhältnis und Ausleuchtungsverhältnis „reziprok”. Somit wird die Einschränkung des Feldes in Y-Richtung durch eine Vergrößerung der Intensitätsverteilung in der Pupille in Y-Richtung erkauft, siehe I(y) und I(NAy) im Vergleich zu I(x) und I(NAx) in 7.This function is similar to the above-described variation of the aspect ratio between input and output at the rod integrator. However, it differs in that with the microlens array alone, no redistribution of light conductance between the axes of the system is possible. Therefore, field width ratio and illumination ratio are "reciprocal". Thus, the restriction of the field in the Y direction is paid for by increasing the intensity distribution in the pupil in the Y direction, see I (y) and I (NAy) in comparison to I (x) and I (NAx) in FIG 7 ,

Die Hinzunahme von Mikrolinsenarrays kann auch bei den Ausführungen der Stabintegratoren gemäß 5b) oder c) sinnvoll sein, da Wabenkondensatoren in der gezeigten Konfiguration für die Unterdrückung von Strahlrichtungsrauschen eingesetzt werden können. Damit würde beispielsweise die homogene und zeitinvariante Ausleuchtung im Feld auch für zeitlich sich verändernde Lichtquellen möglich. Die Schnittstelle im X-Cube 35, an der die Prismen aufeinander stoßen, wird durch den Wabenkondensor 41 ebenfalls ausgemittelt, bzw. die von ihr verursachte Inhomogenität im primären Ortsraum wird dadurch verwaschen. Der Wabenkondensor 41 erlaubt auch eine nachträgliche Homogenisierung der chromatischer Fehler an den Grenzflächen im X-Cube 35.The addition of microlens arrays can also in the embodiments of the rod integrators according to 5b) or c), since honeycomb condensers in the configuration shown can be used for suppression of beam direction noise. Thus, for example, the homogeneous and time-invariant illumination in the field would also be possible for temporally changing light sources. The interface in the X-Cube 35 where the prisms collide, is through the honeycomb condenser 41 also averaged out, or caused by her inhomogeneity in the primary physical space is washed out by it. The honeycomb condenser 41 also allows subsequent homogenization of the chromatic defects at the interfaces in the X-Cube 35 ,

Die Stabintegratoren 51, 52, 53 des Ausführungsbeispiels 50b gemäß der 7 stellen erste Homogenisierungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Dementsprechend ist der Wabenkondensor 41 ein weiteres zweites Homogenisierungsmittel, welches im Strahlengang von den Lichtquellen 31, 32, 33 zu dem zu beleuchtenden Feld nachfolgend den ersten Homogenisierungsmitteln, dem X-Cube und der Sammellinse 55 angeordnet ist.The rod integrators 51 . 52 . 53 of the embodiment 50b according to the 7 represent first homogenizing agent in the sense of the present invention. Accordingly, the honeycomb condenser 41 a further second homogenizing agent, which in the beam path of the light sources 31 . 32 . 33 to the field to be illuminated subsequently the first homogenizing means, the X-cube and the condenser lens 55 is arranged.

Analog zu der in 3 gezeigten Verlagerung des MLA1 auf den X-Cube kann das MLA1 entsprechend 8 für das Ausführungsbeispiel 50c in die Austrittsfläche des X-Cubes 35 gelegt werden. Dadurch erhält die Sammellinse 55 zusätzlich die Mikrolinsenfunktion des MLA1 und wird zu einer Mehrfachfunktionslinse 55a, welche analog zu den Linsen 37a, 38a, 39a durch die Mikrolinsen die ursprüngliche Rotationssymmetrie verliert.Analogous to the in 3 shown displacement of the MLA1 on the X-Cube can be the MLA1 accordingly 8th for the embodiment 50c in the exit surface of the X-Cube 35 be placed. This preserves the condenser lens 55 additionally the microlens function of the MLA1 and becomes a multi-function lens 55a , which are analogous to the lenses 37a . 38a . 39a through the microlenses loses the original rotational symmetry.

Wie bereits im Zusammenhang mit 7 in Bezug auf die Wirkung des Wabenkondensors 41 beschrieben, können Feldbreiten ggf. auch in zwei Richtungen voneinander unabhängig verändert werden. Allerdings ist hierbei keine verlustfreie Veränderung des Lichtleitwertes möglich. Mit anderen Worten: Lichtleitwertveränderungen sind nur durch Abblenden möglich. Eine „Umverteilung” von Lichtleitwerten aus der X- in die X-Richtung ist mit einem Wabenkondensor 41 nicht möglich.As already related to 7 in terms of the effect of the honeycomb condenser 41 If necessary, field widths can also be changed independently of one another in two directions. However, no loss-free change of the optical conductivity is possible here. In other words, changes in the light conductance are only possible by dimming. A "redistribution" of optical moduli from the X to the X direction is with a honeycomb condenser 41 not possible.

Jedoch ist eine solche verlustfreie Lichtleitwertänderung in einer Richtung zu Lasten der anderen Richtung mit einer Spiegelanordnung SA bestehend aus zwei Spiegelarrays 57, 58 möglich, siehe hierzu das Ausführungsbeispiel 60 in 9. Bei den Spiegelarrays handelt es sich um zwei periodisch angeordnete Spiegelarrays 57, 58, welche neben einer Homogenisierung analog zum Wabenkondensor 41 auch ein Umverteilung von Lichtleitwerten aus einer Richtung in die andere Richtung ermöglichen. Diese Umverteilung erfolgt dabei analog zu der Umverteilung durch die Manteloberflächenmodulation des Stabintegrators gemäß der 5a bzw. 5c.However, such a lossless change in the light conductance in one direction is at the expense of the other direction with a mirror arrangement SA consisting of two mirror arrays 57 . 58 possible, see the exemplary embodiment 60 in 9 , The mirror arrays are two periodically arranged mirror arrays 57 . 58 , which in addition to a homogenization analogous to the honeycomb condenser 41 Also allow redistribution of Lichtleitwerten from one direction in the other direction. This redistribution is carried out analogously to the redistribution by the mantle surface modulation of the rod integrator according to the 5a respectively. 5c ,

In der 9 ist diese verlustfreie Lichtleitwertänderung in einer Richtung zu Lasten der anderen Richtung durch die beiden Intensitätsverteilungen I(x) und I(y) über die Feldrichtungen X und Y dargestellt. Bei einer Änderung der Spiegelarrays 57, 58 bzw. deren Zuordnung an Spiegeln kann zum Beispiel die Intensitätsverteilung I(x) in der Feldrichtung X verbreitert werden. Im Gegenzug dazu wird dann die Intensitätsverteilung I(y) in der Feldrichtung Y verkleinert. Hierzu sind in der 9 die Zustände vor und nach der Lichtleitwertanpassung dargestellt sowie die Verknüpfung von I(x) mit I(y) bei der Lichtleitwertänderung durch Pfeile angedeutet.In the 9 is this lossless Lichtleitwertänderung in one direction at the expense of the other direction through the two intensity distributions I (x) and I (y) over the field directions X and Y shown. When changing the mirror arrays 57 . 58 or their assignment to mirrors, for example, the intensity distribution I (x) in the field direction X can be widened. In return, the intensity distribution I (y) in the field direction Y is then reduced. These are in the 9 the states before and after the Lichtleitwertanpassung shown and the linkage of I (x) with I (y) in the Lichtleitwertänderung indicated by arrows.

Häufig werden zweckmäßigerweise scheinbare Lichtleitwerterhöhungen mit Mikrolinsenanordnungen erreicht. Diese scheinbaren Lichtleitwerterhöhungen werden bei genauer Betrachtung jedoch nur durch einen Trick erreicht. Der Wabenkondensor wird so ausgelegt, dass sich im Phasenraum eine löchrige Verteilung ergibt. D. h., es werden nicht mehr alle Orte im Feld belichtet, oder es kommen nicht mehr alle Einfallswinkel vor, oder beides. Der damit häufig verbundene negative Einfluss auf die Beleuchtungs- und damit Abbildungsqualität wird dann dadurch umgangen, dass die löchrige Verteilung wieder verwaschen wird. Dies geschieht durch sogenannte Diffusoren. Ein Ausführungsbeispiel 70 mit solchen Diffusoren ist in der 10 gezeigt, wobei die Diffusoren D in der zweckmäßigsten Form sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Wabenkondensors 41 angeordnet sind. Bei den Diffusoren D kann es sich z. B. um Mattscheiben, holografische aber auch unregelmäßig strukturierte Flächen handeln. Zwingend zur Phasenraumfüllung ist lediglich ein Diffusor D, dieser sollte vorzugsweise hinter dem Wabenkondensor 41 verbaut werden.Frequently, apparent increases in light conductance are advantageously achieved with microlens arrays. However, on closer examination, these apparent increases in light conductance are only achieved by a trick. The honeycomb condenser is designed so that a holey distribution results in the phase space. That is, not all places in the field are exposed, or there are no longer all angles of incidence, or both. The often associated negative influence on the illumination and thus image quality is then circumvented by the holey distribution is washed out again. This is done by so-called diffusers. An embodiment 70 with such diffusers is in the 10 shown, the diffusers D in the most appropriate form both at the entrance and at the exit of the honeycomb condenser 41 are arranged. In the diffusers D, it may be z. B. to ground glass, holographic but also irregularly structured surfaces. Mandatory to phase space filling is only a diffuser D, this should preferably behind the honeycomb condenser 41 be installed.

Typischerweise ist die Lage der Mikrolinsenarrays MLA1, MLA2 im Wabenkondensor 41 relativ zueinander für die ordnungsgemäße Funktion von Bedeutung. Fehljustagen äußern sich im Allgemeinen in Abweichungen von der angestrebten bzw. bestmöglichen Homogenisierung. Die aufwendigen Montage- und Justage-Vorrichtungen, wie sie z. B. in Halbleiter-Lithografie-Systemen zur Einstellung sämtlicher 6 Freiheitsgrade durchaus üblich sind, können im Low-Cost-Bereich eines Beleuchtungssystems für Metrologie-Anwendungen nicht eingesetzt werden. Um trotzdem eine gute und stabile Ausrichtung der Linsenarrays zueinander zu erreichen, bietet es sich an, den Wabenkondensor 41 als Sandwich auszuführen. Dabei stellen die beiden Mikrolinsenarrays MLA1, MLA2 die Sandwichebenen dar, zwischen denen geeignete Abstandhalter 71, 72, oder 73 eingefügt sind, siehe 11a) bis c). Bei den 11b) und 11c) ist lediglich der Abstandshalter dargestellt.Typically, the location of the microlens arrays MLA1, MLA2 in the honeycomb condenser 41 relative to each other for proper function of importance. Misalignments generally indicate deviations from the desired or best possible homogenization. The complex assembly and adjustment devices, such as. B. in semiconductor lithography systems for setting all 6 degrees of freedom are quite common, can not be used in the low-cost area of a lighting system for metrology applications. Nevertheless, in order to achieve a good and stable alignment of the lens arrays to each other, it is advisable to use the honeycomb condenser 41 to do as a sandwich. The two microlens arrays MLA1, MLA2 represent the sandwich levels, between which suitable spacers 71 . 72 , or 73 are inserted, see 11a) to c). Both 11b) and 11c) only the spacer is shown.

Grundsätzlich wäre ein Wabenkondensor 41 mit unregelmäßigen Strukturen bzw. einem unregelmäßigen Muster quer zur optischen Achse besonders zweckmäßig. Dazu müssten allerdings auch die Mikrolinsenarrays MLA1 und MLA2 mit unregelmäßig großen Zellen ausgelegt sein. Unregelmäßige Linsenverteilungen werden allerdings bei den Mikrolinsenarrays bisher nicht gezielt verfolgt, da sie fertigungstechnisch nicht leicht umzusetzen sind. Bei den Diffusoren D hingegen gibt es diese unregelmäßige Bearbeitung bereits. Diese unregelmäßige Bearbeitung bei den Diffusoren D stellt somit einen zusätzlichen Freiheitsgrad dar, mit welchem unter Umständen Feldverläufe bzw. deren Verteilungen eingestellt werden können.Basically, a honeycomb condenser would be 41 with irregular structures or an irregular pattern across the optical axis particularly useful. However, the microlens arrays MLA1 and MLA2 would also have to be designed with irregularly sized cells. However, irregular lens distributions have so far not been specifically pursued in the microlens arrays since they are not easy to implement in terms of production technology. With the diffusers D, however, this irregular processing already exists. This irregular processing in the diffusers D thus represents an additional degree of freedom, with which under certain circumstances field profiles or their distributions can be adjusted.

Die Abstandhalter 71, 72, 73 können hexagonale, quadratische, runde, n-eckige oder auch völlig unregelmäßige Strukturen haben. Denkbar sind entsprechend perforierte Kunststofffolien oder -platten. Aber auch gestanzte Bleche oder geklebte, geschweißte, gelötete Wabenstrukturen in Kunststoffen oder Blech sowie Keramikstrukturen können zum Einsatz kommen. Die Werkstoffwahl wird neben den damit verbundenen Kosten auch maßgeblich davon bestimmt, ob der Abstandhalter lediglich den Abstand sicherstellen muss, oder ob er zusätzlich auch versteifende Funktion haben soll, zum Beispiel wenn der WaKo sehr groß im Vergleich zu seiner Dicke werden soll. Letzteres wäre bei einem Wabenkondensor 41 mit einer kurzen Brennweite und einer großen Fläche der Fall.The spacers 71 . 72 . 73 can have hexagonal, square, round, n-square or even completely irregular structures. Conceivable according perforated plastic films or plates. But also punched sheets or glued, welded, soldered honeycomb structures in plastics or sheet metal as well as ceramic structures can be used. In addition to the associated costs, the choice of material is also decisively determined by whether the spacer only has to ensure the distance, or whether it should additionally have a stiffening function, for example if the WaKo is to become very large in comparison to its thickness. The latter would be in a honeycomb condenser 41 with a short focal length and a large area of the case.

Die 12 zeigt die zweckmäßigste Ausführungsform eines Low-Cost-Homogenisierungsmittels 65a mit hoher Stabilität. Auf einen ersten Diffusor D folgt ein erster Abstandshalter bzw. Spacer S gefolgt von den beiden Mikrolinsenanordnungen MLA1 und MLA2 mit ebenfalls einem dazwischen liegendem Abstandshalter bzw. Spacer S. Den Abschluss bildet wiederum ein Abstandshalter bzw. Spacer S, der einen zweiten Diffusor D stützt. The 12 shows the most expedient embodiment of a low-cost homogenizer 65a with high stability. A first diffuser D is followed by a first spacer or spacer S followed by the two microlens arrays MLA1 and MLA2, likewise with a spacer or spacer S therebetween. The conclusion is again formed by a spacer or spacer S, which supports a second diffuser D.

Die 13 zeigt ein kompaktes, effizientes, stabiles Beleuchtungssystem 80 in quasimonolithischer Bauform, welches eine homogene Mehrfarbenbeleuchtung eine Feldes ermöglicht. Bei diesem Beleuchtungssystem 80 wird mittels eines weiteren Abstandshalters bzw. Spacers S der Sandwich-Wabenkondensor 65a der 12 auf die geeignet fresnellierte Austrittsflächenoptik 55 des X-Cubes 35 aufgebracht. Nach dem Austritt aus dem Beleuchtungssystem 80 kann eine Strukturierung der Pupille des Beleuchtungssystems 80 durch Einsetzen einer Blende Σ erfolgen. Diese Blende Σ blendet das im Ortsraum homogene Strahlbündel teilweise ab. Anschließend übersetzt de Fourier-Linse FL den teilweise abgeblendeten Ort in eine teilweise abgeblendete Richtung im Beleuchtungsfeld. Man erhält so eine ortsunabhängige strukturierte Beleuchtung, siehe die dargestellten Kurven I(x) für die Intensitätsverteilung über das Feld und I(NA) für die Intensitätsverteilung über die Pupille des Beleuchtungssystems 80 mit einer sogenannten annularen Blende Σ. Die Blende Σ kann allerdings grundsätzlich beliebig gestaltet werden, um eine beliebige, strukturierte Beleuchtungen zu ermöglichen. Grundsätzlich könnte die Blende auch zwischen MLA1 und MLA2 eingebaut werden (direkte Abblendung im Winkelspektrum). Allerdings müssten sie dann entsprechend der Zellenzahl häufig geschrieben werden und deutlich verkleinert werden, was den Aufwand und den Einfluss von Fertigungstoleranzen stark ansteigen lassen würde. Eine Zusammenfassung von Blende Σ und Fourier-Linse FL in eine weitere Sandwich-Ebene mit einen Spacer S des Sandwich-Wabenkondensors 65a ist ebenfalls möglich. Ein solcher Aufbau ist links in der 13 dargestellt.The 13 shows a compact, efficient, stable lighting system 80 in quasi-monolithic design, which allows a homogeneous multi-color lighting a field. In this lighting system 80 is by means of a further spacer or spacer S of the sandwich honeycomb condenser 65a of the 12 on the suitably fresnellierte exit surface optics 55 of the X-Cube 35 applied. After exiting the lighting system 80 can be a structuring of the pupil of the lighting system 80 by inserting a diaphragm Σ. This diaphragm Σ partially fades the beam bundles which are homogeneous in the spatial space. Subsequently, the Fourier lens FL translates the partially dimmed location in a partially dimmed direction in the illumination field. One obtains a location-independent structured illumination, see the illustrated curves I (x) for the intensity distribution over the field and I (NA) for the intensity distribution over the pupil of the illumination system 80 with a so-called annular aperture Σ. However, the diaphragm Σ can basically be designed arbitrarily, in order to allow any structured illumination. Basically, the aperture could also be installed between MLA1 and MLA2 (direct dimming in the angle spectrum). However, they would then have to be written frequently according to the number of cells and be significantly reduced, which would greatly increase the effort and the influence of manufacturing tolerances. A summary of aperture Σ and Fourier lens FL in another sandwich plane with a spacer S of the sandwich honeycomb condenser 65a is also possible. Such a structure is left in the 13 shown.

Die 14 zeigt eine fertigungstechnisch einfachere Ausfertigung eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 90. Hierbei ist der Sandwich-Wabenkondensor 65a der 13 durch einen Stabintegrator 85 ersetzt worden. Dieses Ausführungsbeispiel 90 weist gegenüber dem Ausführungsbeispiel 80 den Vorteil geringerer Komplexität und unter Umständen besserer Stabilität auf. Allerdings benötigt dieses Ausführungsbeispiel 90 für eine entsprechenden Homogensierung mehr Bauraum, da die Homogenisierung über Vielfach-Totalreflektionen an der Stabmantelfläche erfolgt, was hinreichende Stablänge für hinreichende Anzahl an Reflektionen voraussetzt. Die 14 ist hierbei hinsichtlich des Verhältnisses von Stabquerschnitt zu Stablänge nicht maßstabsgetreu.The 14 shows a manufacturing technology simpler version of a lighting system according to the invention 90 , Here is the sandwich honeycomb condenser 65a of the 13 through a rod integrator 85 been replaced. This embodiment 90 points to the embodiment 80 the advantage of less complexity and possibly better stability. However, this embodiment requires 90 for a corresponding homogenization more space, since the homogenization via multiple total reflections takes place on the Stabmantelfläche, which requires sufficient rod length for a sufficient number of reflections. The 14 is not to scale with respect to the ratio of rod cross section to rod length.

Die Kurven I(x) in 14 zeigen die Intensitätsverteilungen für die verschiedenen Farben in der Feldrichtung X des Beleuchtungssystems 90. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Intensität für jede der Farben bzw. der Emissionsspektren über weiter Teile des Feldes in X-Richtung nahezu konstant und daher gleichmäßig ist. Die unterschiedlichen Farben der Lichtquellen 31, 32, 33 sind mittels unterschiedlicher Linien dargestellt. Die Kurven I(NA) beschreiben die Intensitätsverteilungen des RGB-Lichts über die NA bzw. Pupille. Dabei ist zu bemerken, dass bei einer vergrößerten Betrachtung der Kurven I(NA) auffallen würde, dass diese aufgrund des Kaleidoskop-Effekts des Stabintegrators parzelliert sind, wobei der Wert I(NA) am Rand jeder Parzelle auf 0 abfällt. Die Parzellierung aufgrund des verwendeten Stabintegrators ist jedoch so fein, dass die Nullstellen in dem dargestellten Maßstab der Kurven I(NA) der 2 nicht dargestellt werden können. Aufgrund dieser Tatsache liegt über weite Teile der Pupille somit keine gleichmäßige sondern eine gleichförmig parzellierte Intensitätsverteilung vor.The curves I (x) in 14 show the intensity distributions for the different colors in the field direction X of the illumination system 90 , It can be clearly seen that the intensity for each of the colors or the emission spectra over large parts of the field in the X direction is almost constant and therefore uniform. The different colors of the light sources 31 . 32 . 33 are represented by different lines. The curves I (NA) describe the intensity distributions of the RGB light via the NA or pupil. It should be noted that if we look closely at the curves I (NA) we would see that they are parceled out due to the kaleidoscope effect of the rod integrator, with the value I (NA) falling to 0 at the edge of each plot. However, the parceling due to the bar integrator used is so fine that the zeros in the illustrated scale of curves I (NA) of the 2 can not be displayed. Due to this fact, over large parts of the pupil there is thus no uniform but a uniformly parceled intensity distribution.

Die 15a zeigt beispielhaft die Einkopplung des LED-Lichtbündels in einen Stabintegrator, zum Beispiel den Stabintegrator 51 vor dem X-Cube 35. Die LED-Lichtquelle L, zum Beispiel die Lichtquelle 31 der Ausführungsbeispiele 50, 50a, 50b, 50c, 60, 70, 80, 90, steht hierbei vor einen sammelnden Einkoppellinse F, welche vorteilhafterweise als eine Fresnell-Linse F auf der Eintrittsseite des Stabintegrators 51 ausgeführt ist. In den Hohlraum zwischen LED-Lichtquelle L und Fresnell-Linse F kann vorteilhafterweise zur Erhöhung der numerischen Apertur (NA) ein Immersionsmedium I eingefüllt sein. Der Stabintegrator 51 kann dabei auf die LED-Lichtquelle L aufgeklebt sein. Für den Fall, dass die ganze Anordnung kostengünstig in Kunststoffoptik ausgeführt wird, kann die LED-Lichtquelle L aber auch eingepresst werden. Für Hochleistungsausführungen wird vorteilhafterweise ein Kühlkörper K aus thermisch gut leitendem Material zur LED-Lichtquelle L bzw. dem LED-Gehäuse in Kontakt stehen. Die Ausführungsbeispiele in der 15a und in der 15b verdeutlichen Unterschiede, wie sie sich aus den unterschiedlichen Lichtleitwerten von LED-Lichtquellen L und Stabintegratoren 51 bzw. 52 ergeben können. Im Allgemeinen wird die Leuchtfläche der LED-Lichtquelle klein sein gegen das LED-Gehäuse. Abhängig von der benötigten Homogenisierung und der benötigten Leuchtfläche am Stabausgang kann es dann notwendig sein, einen Stab mit großem Querschnitt wie in der Ausführung der 15a oder einen Stab mit kleinem Querschnitt entsprechend der 15b zu verwenden. Für den Fall, dass der Stabquerschnitt dem LED-Gehäusequerschnitt entspricht oder kleiner sein muss, ist das Stabende mit entsprechender Auskragung auszuführen, um die LED umklammern zu können, siehe 15b. Die Auskragung sollte vorteilhafterweise zur Effizienzsteigerung an die Sammelkraft der Linse F angepasst werden, damit die Randstrahlen der LED-Lichtquelle L nach Sammlung durch die Sammellinse F bereits wieder eine Totalreflektion an der Stabmantelfläche vollführen und nicht in die Auskragung eintreten.The 15a shows by way of example the coupling of the LED light beam into a rod integrator, for example the rod integrator 51 in front of the X-Cube 35 , The LED light source L, for example, the light source 31 the embodiments 50 . 50a . 50b . 50c . 60 . 70 . 80 . 90 , stands before a collecting Einkoppellinse F, which advantageously as a Fresnel lens F on the inlet side of the rod integrator 51 is executed. In the cavity between LED light source L and Fresnel lens F can advantageously be filled to increase the numerical aperture (NA) an immersion medium I. The rod integrator 51 can be glued to the LED light source L. In the event that the whole arrangement is carried out inexpensively in plastic optics, but the LED light source L can also be pressed. For high-performance designs, a heat sink K made of thermally highly conductive material will advantageously be in contact with the LED light source L or the LED housing. The embodiments in the 15a and in the 15b clarify differences, as they result from the different light conductance of LED light sources L and rod integrators 51 respectively. 52 can result. In general, the luminous area of the LED light source will be small against the LED housing. Depending on the required homogenization and the required luminous area at the bar outlet, it may then be necessary to use a bar with a large cross - section as in the design of the 15a or a rod with a small cross section corresponding to 15b to use. In the event that the rod cross-section is equal to or smaller than the LED housing cross-section, the rod end shall be designed with a corresponding projection to clasp the LED, see 15b , The projection should be advantageously adapted to increase the efficiency of the collecting force of the lens F, so that the marginal rays of the LED light source L after collection by the converging lens F already perform a total reflection on the rod shell surface and do not enter the projection.

Claims (16)

Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) zur Erzeugung eines Auflicht-Hellfeldes für Messtechnikanwendungen umfassend mehrere Lichtquellen (31, 32, 33) mit zueinander unterschiedlichen Emissionsspektren und mindestens einen dichroitischen Strahlteiler (35) zur Überlagerung bzw. Zusammenführung des Lichts von zumindest zwei der Lichtquellen (31, 32, 33) entlang einer optischen Achse des Beleuchtungssystems (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90), dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Lichtweg von den Lichtquellen (31, 32, 33) zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) zwischen den Lichtquellen (31, 32, 33) und dem mindestens einen Strahlteiler (35) und/oder zwischen dem mindestens einen Strahlteiler (35) und dem zu beleuchtenden Feld mindestens ein erstes Homogenisierungsmittel (37a, 38a, 39a, 40; 41; 51, 52, 53) zur Lichtmischung vorgesehen ist, wobei das mindestens eine Homogenisierungsmittel (37a, 38a, 39a, 40; 41; 51, 52, 53) zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays, undwobei auf oder an dem mindestens einen dichroitischen Stahlteiler (35) mindestens eine erste Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a; 55; 55a) mittels additiver Bearbeitungsverfahren, abtragender Bearbeitungsverfahren und/oder durch das Aufbringen eines getrennt gefertigten optischen Elementes in Form einer Asphäre, einer Fresnel-Linse und/oder eines diffraktiven optischen Elements (DOE) ausgebildet ist.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) for generating an incident bright field for metrology applications comprising a plurality of light sources ( 31 . 32 . 33 ) with mutually different emission spectra and at least one dichroic beam splitter ( 35 ) for superimposing the light from at least two of the light sources ( 31 . 32 . 33 ) along an optical axis of the illumination system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ), characterized in that on the light path of the light sources ( 31 . 32 . 33 ) to the field of the illumination system to be illuminated ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) between the light sources ( 31 . 32 . 33 ) and the at least one beam splitter ( 35 ) and / or between the at least one beam splitter ( 35 ) and the field to be illuminated at least a first homogenizing agent ( 37a . 38a . 39a . 40 ; 41 ; 51 . 52 . 53 ) is provided for light mixing, wherein the at least one homogenizing agent ( 37a . 38a . 39a . 40 ; 41 ; 51 . 52 . 53 ) is selected or composed of the optical elements of the group: rod integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays, andwherein or on the at least one dichroic steel divider ( 35 ) at least one first converging lens ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ; 55 ; 55a ) is formed by means of additive processing methods, ablative processing methods and / or by the application of a separately manufactured optical element in the form of an asphere, a Fresnel lens and / or a diffractive optical element (DOE). Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 1, wobei auf dem Lichtweg von den Lichtquellen (31, 32, 33) zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) zwischen den Lichtquellen (31, 32, 33) und dem mindestens einen Strahlteiler (35) und/oder zwischen dem mindestens einen Strahlteiler (35) und dem zu beleuchtenden Feld mindestens eine erste Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a; 55; 55a; F) angeordnet ist.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to claim 1, wherein on the light path from the light sources ( 31 . 32 . 33 ) to the field of the illumination system to be illuminated ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) between the light sources ( 31 . 32 . 33 ) and the at least one beam splitter ( 35 ) and / or between the at least one beam splitter ( 35 ) and the field to be illuminated at least one first converging lens ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ; 55 ; 55a ; F) is arranged. Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquellen (31, 32, 33) LED Lichtquellen (L) zur Erzeugung einer RGB-Beleuchtung des zu beleuchtenden Feldes sind und durch einen sogenannten X-Cube als dichroitischem Strahlteiler (35) für die RGB-Beleuchtung des Feldes zusammengeführt werden.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to claim 1 or 2, wherein the light sources ( 31 . 32 . 33 ) LED light sources (L) for generating an RGB illumination of the field to be illuminated and by a so-called X-cube as a dichroic beam splitter ( 35 ) for the RGB illumination of the field. Beleuchtungssystem (30; 30a) nach Anspruch 1, wobei mehrere erste Sammellinsen (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a) auf oder an dem mindestens einen dichroitischen Strahlteiler (35) auf dessen Lichteintrittsseite bezogen auf den Lichtweg von den Lichtquellen (31, 32, 33) zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems ausgebildet sind und wobei die Formen dieser ersten Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a) so ausgelegt sind, dass die Dispersionswirkung des Strahlteilers (35) auf das durch ihn hindurchtretende Licht reduziert wird.Lighting system ( 30 ; 30a ) according to claim 1, wherein a plurality of first converging lenses ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ) on or at the at least one dichroic beam splitter ( 35 ) on the light entrance side with respect to the light path from the light sources ( 31 . 32 . 33 ) are formed to the field to be illuminated of the illumination system and wherein the shapes of this first converging lens ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ) are designed so that the dispersion effect of the beam splitter ( 35 ) is reduced to the light passing through it. Beleuchtungssystem (30; 30a) nach Anspruch 1 oder 4, wobei die mindestens eine erste Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a) auf dem Lichtweg von den Lichtquellen (31, 32, 33) zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems (30; 30a) nach dem mindestens einen ersten Homogenisierungsmittel (51, 52, 53) angeordnet ist.Lighting system ( 30 ; 30a ) according to claim 1 or 4, wherein the at least one first converging lens ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ) on the light path from the light sources ( 31 . 32 . 33 ) to the field of the illumination system to be illuminated ( 30 ; 30a ) after the at least one first homogenizing agent ( 51 . 52 . 53 ) is arranged. Beleuchtungssystem (30; 30a) nach Anspruch 5, wobei auf dem Lichtweg von den Lichtquellen (31, 32, 33) zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems (30) nach der mindestens einen ersten Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a) mindestens ein weiteres zweites Homogenisierungsmittel (41; SA; 65; 65a; 85) zur Lichtmischung angeordnet ist, wobei das zweite Homogenisierungsmittel (41; SA; 65; 65a; 85) zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays.Lighting system ( 30 ; 30a ) according to claim 5, wherein on the light path from the light sources ( 31 . 32 . 33 ) to the field of the illumination system to be illuminated ( 30 ) after the at least one first convergent lens ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ) at least one further second homogenizing agent ( 41 ; SA; 65 ; 65a ; 85 ) is arranged for light mixing, wherein the second homogenizing agent ( 41 ; SA; 65 ; 65a ; 85 ) is selected or composed of the optical elements of the group: rod integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays. Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen den Lichtquellen (31, 32, 33) und dem mindestens einen Strahlteiler (35) jeweils ein erstes Homogenisierungsmittel (51, 52, 53) zur Lichtmischung des Lichts der Lichtquelle (31, 32, 33) vorgesehen ist.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to one of claims 1 to 3, wherein between the light sources ( 31 . 32 . 33 ) and the at least one beam splitter ( 35 ) in each case a first homogenizing agent ( 51 . 52 . 53 ) for mixing the light of the light source ( 31 . 32 . 33 ) is provided. Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 7, wobei zwischen den Lichtquelle (31, 32, 33) und den ersten Homogenisierungsmitteln (51, 52, 53) jeweils Fresnel-Linsen (F) als erste Sammellinsen angeordnet sind.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to claim 7, wherein between the light source ( 31 . 32 . 33 ) and the first homogenizing agents ( 51 . 52 . 53 ) Fresnel lenses (F) are arranged as first collecting lenses. Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 8, wobei die Fresnel-Linsen (F) auf den Homogenisierungsmitteln (51, 52, 53) ausgebildet sind.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to claim 8, wherein the Fresnel lenses (F) on the homogenizing means ( 51 . 52 . 53 ) are formed. Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Lichtquellen (31, 32, 33) LED Lichtquellen (L) zur Erzeugung einer RGB-Beleuchtung des zu beleuchtenden Feldes sind und wobei mindestens eine erste Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a; 55; 55a) auf oder an dem mindestens einen dichroitischen Stahlteiler (35) ausgebildet ist und wobei auf dem Lichtweg von den Lichtquellen (31, 32, 33) zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach der mindestens einen ersten Sammellinse (37, 38, 39; 37a, 38a, 39a; 55; 55a) mindestens ein weiteres zweites Homogenisierungsmittel (41; SA; 65; 65a; 85) zur Lichtmischung angeordnet ist, wobei das mindestens eine weitere zweite Homogenisierungsmittel (41; SA; 65; 65a; 85) zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to one of claims 7 to 9, wherein the light sources ( 31 . 32 . 33 ) LED Light sources (L) for generating an RGB illumination of the field to be illuminated and wherein at least a first convergent lens ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ; 55 ; 55a ) on or at least one dichroic steel divider ( 35 ) is formed and wherein on the light path of the light sources ( 31 . 32 . 33 ) to the field of the illumination system to be illuminated ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) after the at least one first convergent lens ( 37 . 38 . 39 ; 37a . 38a . 39a ; 55 ; 55a ) at least one further second homogenizing agent ( 41 ; SA; 65 ; 65a ; 85 ) is arranged for light mixing, wherein the at least one further second homogenizing agent ( 41 ; SA; 65 ; 65a ; 85 ) is selected or composed of the optical elements of the group: rod integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays. Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Lichtweg von den Lichtquellen (31, 32, 33) zu dem zu beleuchtenden Feld des Beleuchtungssystems (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach dem mindestens einen ersten Homogenisierungsmittel (37a, 38a, 39a, 40; 51, 52, 53) mindestens ein weiteres zweites Homogenisierungsmittel (37a, 38a, 39a, 40; 41; SA; 65; 65a; 85) zur Lichtmischung vorgesehen ist, wobei das zweite Homogenisierungsmittel (37a, 38a, 39a, 40; 41; SA; 65; 65a; 85) zur Lichtmischung ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus den optischen Elementen der Gruppe: Stabintegratoren, Hohlraumintegratoren, Faserbündel, Linsen- und/oder Spiegel-Arrays.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to one of the preceding claims, wherein on the light path from the light sources ( 31 . 32 . 33 ) to the field of the illumination system to be illuminated ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) after the at least one first homogenizing agent ( 37a . 38a . 39a . 40 ; 51 . 52 . 53 ) at least one further second homogenizing agent ( 37a . 38a . 39a . 40 ; 41 ; SA; 65 ; 65a ; 85 ) is provided for light mixing, wherein the second homogenizing agent ( 37a . 38a . 39a . 40 ; 41 ; SA; 65 ; 65a ; 85 ) is selected or composed of the optical elements of the group: rod integrators, cavity integrators, fiber bundles, lens and / or mirror arrays. Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 1, 6, 10 oder 11, wobei wenigstens eines der Homogenisierungsmittel (51, 52, 53; 85) in Form der Stabintegratoren oder der Hohlraumintegratoren entlang seiner Längsausdehnung einen verjüngenden Querschnitt aufweist, dessen Aspektverhältnis sich auch entlang der Längsausdehnung ändern kann und/oder das wenigstens eine Homogenisierungsmittel (51, 52, 53; 85) in Form der Stabintegratoren oder der Hohlraumintegratoren weist an mehreren Flächenabschnitten seiner Oberfläche unterschiedliche lokale Krümmungen der Oberfläche auf.Lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to claim 1, 6, 10 or 11, wherein at least one of the homogenizing agents ( 51 . 52 . 53 ; 85 ) in the form of the rod integrators or the cavity integrators along its longitudinal extent has a tapered cross-section, the aspect ratio of which may also change along the longitudinal extent and / or the at least one homogenizing agent ( 51 . 52 . 53 ; 85 ) in the form of the rod integrators or the cavity integrators has at different surface portions of its surface on different local curvatures of the surface. Beleuchtungssystem (70) nach Anspruch 6, 10 oder 11, wobei das zweite Homogenisierungsmittel (SA) aus zwei Spiegel-Arrays (57, 58) zusammengesetzt ist, die für eine Umverteilung der Lichtleitwerte in den beiden orthogonalen Richtungen des Feldes sorgen.Lighting system ( 70 ) according to claim 6, 10 or 11, wherein the second homogenizing agent (SA) consists of two mirror arrays ( 57 . 58 ), which provide for a redistribution of the light-conducting values in the two orthogonal directions of the field. Beleuchtungssystem (30; 50b; 50c; 70; 80) nach Anspruch 6, 10 oder 11, wobei das zweite Homogenisierungsmittel (41; 65; 65a) aus Linsenarrays zusammengesetzt ist und einen sogenannten Wabenkondensor (41; 65; 65a) bildet und wobei der Wabenkondensor (41; 65; 65a) mittels mindestens einem flächenförmigen Abstandshalter (s) in Sandwich-Bauweise ausgeführt ist.Lighting system ( 30 ; 50b ; 50c ; 70 ; 80 ) according to claim 6, 10 or 11, wherein the second homogenizing agent ( 41 ; 65 ; 65a ) is composed of lens arrays and a so-called honeycomb condenser ( 41 ; 65 ; 65a ) and wherein the honeycomb condenser ( 41 ; 65 ; 65a ) is carried out by means of at least one sheet-like spacer (s) in sandwich construction. Beleuchtungssystem (30; 50b; 50c; 70; 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beleuchtungssystem (30; 50b; 50c; 70; 80) mindestens einen Diffusor (D) aufweist, wobei der Diffusor (D) ausgewählt oder zusammengesetzt ist aus diffraktiven und/oder refraktiven und/oder holographischen und/oder streuenden Elementen mit regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Strukturen.Lighting system ( 30 ; 50b ; 50c ; 70 ; 80 ) according to one of the preceding claims, wherein the lighting system ( 30 ; 50b ; 50c ; 70 ; 80 ) comprises at least one diffuser (D), wherein the diffuser (D) is selected or composed of diffractive and / or refractive and / or holographic and / or scattering elements with regular and / or irregular structures. Koordinatenmessgerät (24) zur Erfassung der Koordinaten eines Werkstücks (7) umfassend wenigstens einen optischen Sensor und ein Beleuchtungssystem (30; 30a; 50; 50a; 50b; 50c; 60; 70; 80; 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Beleuchtung des Werkstücks (7) während einer Messung der Koordinaten des Werkstücks (7) mit dem optischen Sensor.Coordinate measuring machine ( 24 ) for detecting the coordinates of a workpiece ( 7 ) comprising at least one optical sensor and a lighting system ( 30 ; 30a ; 50 ; 50a ; 50b ; 50c ; 60 ; 70 ; 80 ; 90 ) according to one of the preceding claims for illuminating the workpiece ( 7 ) during a measurement of the coordinates of the workpiece ( 7 ) with the optical sensor.
DE102015213698.1A 2015-07-21 2015-07-21 Illumination system suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a lighting system Active DE102015213698B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015213698.1A DE102015213698B3 (en) 2015-07-21 2015-07-21 Illumination system suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a lighting system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015213698.1A DE102015213698B3 (en) 2015-07-21 2015-07-21 Illumination system suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a lighting system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015213698B3 true DE102015213698B3 (en) 2016-09-08

Family

ID=56739046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015213698.1A Active DE102015213698B3 (en) 2015-07-21 2015-07-21 Illumination system suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a lighting system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015213698B3 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2803277A1 (en) * 1978-01-26 1979-08-02 Bosch Gmbh Robert Illuminating device for photo-lacquer layer on substrate - provides collimating arrangement for light source projecting congruent partial beams onto layer via photomask
US4498742A (en) * 1981-09-10 1985-02-12 Nippon Kogaku K.K. Illumination optical arrangement
US4744615A (en) * 1986-01-29 1988-05-17 International Business Machines Corporation Laser beam homogenizer
US4918583A (en) * 1988-04-25 1990-04-17 Nikon Corporation Illuminating optical device
DE10330003A1 (en) * 2003-07-03 2005-02-03 Leica Microsystems Semiconductor Gmbh Apparatus, method and computer program for wafer inspection
DE202005006418U1 (en) * 2004-04-23 2005-09-08 Infocus Corp., Wilsonville Arrangement of light-emitting devices in projection systems
DE102006035601A1 (en) * 2006-07-27 2008-01-31 Fachhochschule Jena Image projection device
DE102008019118A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Infrared illumination system for use in headlamp of motor vehicle, has collimator unit homogeneously illuminating microlenses array by emitted light, where microlenses array determines radiation characteristic of system
US20130020582A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Zimmerman Scott M Rapid fabrication methods for forming nitride based semiconductors based on freestanding nitride growth substrates
DE102013219815A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Carl Zeiss Meditec Ag Illumination device for a surgical microscope

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2803277A1 (en) * 1978-01-26 1979-08-02 Bosch Gmbh Robert Illuminating device for photo-lacquer layer on substrate - provides collimating arrangement for light source projecting congruent partial beams onto layer via photomask
US4498742A (en) * 1981-09-10 1985-02-12 Nippon Kogaku K.K. Illumination optical arrangement
US4744615A (en) * 1986-01-29 1988-05-17 International Business Machines Corporation Laser beam homogenizer
US4918583A (en) * 1988-04-25 1990-04-17 Nikon Corporation Illuminating optical device
DE10330003A1 (en) * 2003-07-03 2005-02-03 Leica Microsystems Semiconductor Gmbh Apparatus, method and computer program for wafer inspection
DE202005006418U1 (en) * 2004-04-23 2005-09-08 Infocus Corp., Wilsonville Arrangement of light-emitting devices in projection systems
DE102006035601A1 (en) * 2006-07-27 2008-01-31 Fachhochschule Jena Image projection device
DE102008019118A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Infrared illumination system for use in headlamp of motor vehicle, has collimator unit homogeneously illuminating microlenses array by emitted light, where microlenses array determines radiation characteristic of system
US20130020582A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Zimmerman Scott M Rapid fabrication methods for forming nitride based semiconductors based on freestanding nitride growth substrates
DE102013219815A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Carl Zeiss Meditec Ag Illumination device for a surgical microscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013212613B4 (en) Illumination optics for a metrology system and metrology system with such an illumination optics
EP3084399B1 (en) Device and method for the examination of a sample using optical projection tomography
DE102016120308A1 (en) Optical arrangement, multi-spot scanning microscope and method for operating a microscope
DE102014205705B4 (en) Light table suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a light table
WO2014023344A1 (en) Improved chromatic sensor and method
WO2014023780A1 (en) Coordinate measuring device for determining spatial coordinates of a measurement object
DE102021118327B4 (en) Measuring camera for the two-dimensional measurement of objects
EP2847542B1 (en) Device with internal optical reference
EP2847541B1 (en) Coordinate measuring device with a white light sensor
DE102015213698B3 (en) Illumination system suitable for applications in metrology and coordinate measuring machine with such a lighting system
DE102007055443A1 (en) Reticle illumination system for microlithography, has light mixing rod provided for homogenization of light, and feedback lens leading back portion of light from light mixing rod at outlet end for guiding into light mixing rod at entry end
DE102022202778B4 (en) System and method for confocal chromatic line spacing measurement
DE102011082481A1 (en) Illumination system for micro-lithographic projection exposure apparatus, has several light deflection elements which generate two respective light spots whose intensity differs from each other by the polarization state of light spots
DE102014215100A1 (en) Zoom microscope
DE102013224583A1 (en) Measuring arrangement for use in the trajectory determination of flying objects
DE10322393A1 (en) Illumination system for a microlithography projection exposure system
DE102008008580B4 (en) Apparatus and method for beam shaping a homogenized light beam
DE102006031006B4 (en) Measuring arrangement and method for determining the polarization properties of a refractive optical component
DE102010000550A1 (en) Method for focusing an object plane and optical arrangement
DE102009019254A1 (en) Optical component e.g. projection lens, manufacturing method for microlithography to produce fine structures, involves determining distance to mirror arrangement by distance measuring system according to principle of laser triangulation
DE102017118355A1 (en) Device and method for the planar 3D optical metrology
EP1403676B1 (en) Apparatus for measuring structure widths
DE102012203683B4 (en) projection device
DE102012207865B3 (en) Optical assembly for use in illumination optics of optical system of projection exposure system for extreme ultraviolet-lithography, has output mirror for outputting extreme ultraviolet light from illumination beam path
DE102017113613B4 (en) Optical system and optical device with such an optical system

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final