DE102018221825A1

DE102018221825A1 - Beleuchtungseinrichtung für eine Kamera oder einen optischen Sensor

Info

Publication number: DE102018221825A1
Application number: DE102018221825.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Kranz
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-15
Also published as: DE102018221825B4; US20200224827A1; US11255488B2

Abstract

Beleuchtungseinrichtung (8), aufweisend- erste Leuchtdiodenchips (H11, H21, H31, H41, H51 .... H161), die um eine Mittelachse (M) herum entlang einer virtuellen Außenlinie (A1) einer ersten geometrischen Figur angeordnet sind,- zweite Leuchtdiodenchips (H12, H 22, H 32, H42, H52 .... H162), die um die Mittelachse (M) herum entlang einer virtuellen Außenlinie (A2) einer zweiten geometrischen Figur (A2) angeordnet sind,- dritte Leuchtdiodenchips (H13, H23, H33, H43, H53 ... H163), die um die Mittelachse (M) herum entlang einer virtuellen Außenlinie (A3) einer dritten geometrischen Figur angeordnet sind, wobei jeder der Leuchtdiodenchips an einer Anschlusstelle (3) auf dem Leuchtdiodenchip mit einem Bonddraht (4) verbunden ist, wobei sich die Anschlusstelle (3) in einem Randbereich (6) des Leuchtdiodenchips befindet,wobei die Leuchtdiodenchips in mehreren Gruppen (G1, G2, G3, G4 ...G16) derart gruppiert sind, dass eine Gruppe (G1) jeweils einen der ersten Leuchtdiodenchips (H11), einen der zweiten Leuchtdiodenchips (H12) und einen der dritten Leuchtdiodenchips (H13), und optional zumindest einen der weiteren Leuchtdiodenchips, aufweist, wobei in der Gruppe der zweite Leuchtdiodenchip (H12) zu dem ersten Leuchtdiodenchip (H11) benachbart ist und der dritte Leuchtdiodenchip (H13) zu dem zweiten Leuchtdiodenchip (H12) benachbart ist, und der weitere Leuchtdiodenchip wenn vorhanden zu dem dritten Leuchtdiodenchip (H13) benachbart ist, oder bei mehreren weiteren Leuchtdiodenchips einer der weiteren Leuchtdiodenchips zu dem dritten Leuchtdiodenchip (H13) benachbart ist und die anderen weiteren Leuchtdiodenchips zueinander benachbart sind, wobei in der Gruppe der erste Leuchtdiodenchip (H11), der zweite Leuchtdiodenchip (H12) und der dritte Leuchtdiodenchip (H13), und, wenn vorhanden, der oder die weitere(n) Leuchtdiodenchip(s), relativ so zueinander verdreht sind, dass die Anschlussstellen (3) mehrerer oder aller Leuchtdiodenchips der Gruppe in verschiedene Richtungen orientiert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung, die bei einem optischen Sensor eines Koordinatenmessgeräts einsetzbar ist sowie einen optischen Sensor, der diese Beleuchtungseinrichtung aufweist.
Optische Sensoren für ein Koordinatenmessgerät weisen als optische Erfassungseinrichtung beispielsweise eine Kamera auf. Zur Beleuchtung eines zu vermessenden Werkstücks mittels Auflicht ist es bekannt, ein Ringlicht vorzusehen, das um die optische Achse der Kamera herum angeordnet ist. Es ist ferner bekannt, Beleuchtungseinrichtungen herzustellen, die als Lichtquelle eine oder mehrere LED aufweisen.
Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise gezeigt in der zum Zeitpunkt der Hinterlegung diese Anmeldung noch nicht publizierten Anmeldung DE 10 2017 211 680 A . Allgemein und aus dieser Schrift ist es bekannt, ein Ringlicht mit segmentiert ansteuerbaren Lichtquellen vorzusehen. So ist es möglich, verschiedene Lichtquellen in verschiedenen Kreissegmenten einzeln an und abzuschalten, sodass der Beleuchtungswinkel verändert werden kann.
Bei solchen sogenannten segmentierten Lichtquellen ergibt sich häufig das Problem einer nicht gleichmäßigen Ausleuchtung des Betrachtungsfeldes der Kamera. Das Problem besteht darin, dass ein meist rechteckiges Betrachtungsfeld des Kamerasystems (rechteckige Sensorfläche) mittels quadratischer LED Chips, die üblicherweise als Lichtquellen eingesetzt werden, ausgeleuchtet werden muss. Solche LED-Chips weisen ferner als Anschluss einen Bonddraht zur elektrischen Anbindung auf, an dessen Anschlussstelle keine Lichtquelle vorhanden ist und kein Licht emittiert wird. Beobachtet werden Inhomogenitäten in der Ausleuchtung.
Eine Aufgabe der Erfindung war es, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, mit der eine gleichmäßige Ausleuchtung möglich ist, insbesondere wenn nur ein Segment der Beleuchtungseinrichtung verwendet wird.
Angegeben wird von der Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe eine Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Angegeben wird eine Beleuchtungseinrichtung, aufweisend

- erste Leuchtdiodenchips, die um eine Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer ersten geometrischen Figur angeordnet sind,
- zweite Leuchtdiodenchips, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer zweiten geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist
- dritte Leuchtdiodenchips, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer dritten geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist,

Die Beleuchtungseinrichtung kann optional aufweisen: weitere Leuchtdiodenchips, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer weiteren geometrischen Figur angeordnet sind, oder entlang virtueller Außenlinien weiterer geometrischer Figuren angeordnet sind, wobei die weitere(n) geometrischer Figure(n) konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist/sind.
Eine genannte Gruppe kann optional zumindest einen der weiteren Leuchtdiodenchips aufweisen.
In der Gruppe kann ein weiterer Leuchtdiodenchip, wenn vorhanden, zu dem dritten Leuchtdiodenchip benachbart sein, oder bei mehreren weiteren Leuchtdiodenchips einer der weiteren Leuchtdiodenchips zu dem dritten Leuchtdiodenchip benachbart sein und die anderen weiteren Leuchtdiodenchips können paarweise zueinander benachbart sein.
In der Gruppe sind der erste Leuchtdiodenchip, der zweite Leuchtdiodenchip und der dritte Leuchtdiodenchip, und, wenn vorhanden, der oder die weitere(n) Leuchtdiodenchip(s), relativ so zueinander verdreht, dass die Anschlussstellen mehrerer oder aller Leuchtdiodenchips der Gruppe in verschiedene Richtungen orientiert sind.
Eine genannte Gruppe stellt insbesondere ein getrennt schaltbares Beleuchtungssegment dar. Somit kann jede Gruppe Leuchtdiodenchips unabhängig von einer anderen Gruppe Leuchtdiodenchips an- und abschaltbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann jede Gruppe Leuchtdiodenchips unabhängig von einer anderen Gruppe Leuchtdiodenchips eine andere Lichtfarbe aufweisen.
Der Begriff „entlang angeordnet“ bedeutet, dass die so angeordneten Elemente, wie z.B. LED-Chips, auf der virtuellen Außenline oder angrenzend zu der virtuellen Außenline angeordnet sind, wobei von Element zu Element jeweils Variationen der Anordnung möglich sind, sodass z.B. ein erster Leuchtdiodenchip auf der virtuellen Außenlinie der ersten geometrischen Figur angeordnet ist, ein weiterer erster Leuchtdiodenchip angrenzend aber nicht auf der Außenlinie angeordnet ist usw. „Angrenzend“ bedeutet insbesondere, dass das Element die Außenlinie noch berührt. Vorzugsweise sind genannte Elemente auf der virtuellen Außenline angeordnet, wobei auch hier Variationen möglich sein können, d.h. die Elemente nicht alle zentriert auf der Außenlinie angeordnet sein müssen.
Mit der Erfindung lässt sich eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung erreichen, wenn nur eine der Gruppen, oder mehrere Gruppen aber nicht alle Leuchtdioden, Leuchtdiodenchips oder Gruppen (nachfolgend auch LED) der gesamten Beleuchtungseinrichtung, zur Beleuchtung verwendet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der erste Leuchtdiodenchip, der zweite Leuchtdiodenchip und der dritte Leuchtdiodenchip, und, wenn vorhanden, der oder die weitere(n) Leuchtdiodenchip(s), relativ so zueinander verdreht sind, dass die Anschlussstellen mehrerer oder aller Leuchtdiodenchips der Gruppe in verschiedene Richtungen orientiert sind. Hierdurch werden Bereiche der LED Chips, von denen kein Licht ausgeht möglichst gleichmäßig räumlich verteilt, wodurch sich der gewünschte Effekt ergibt.
Ein Leuchtdiodenchip weist eine lichtemittierende Oberfläche auf. Diese lichtemittierende Oberfläche macht den Großteil aber nicht die gesamte Oberfläche des Leuchtdiodenchips aus. Beispielsweise ist dort, wo der Bonddraht angebunden ist, die Oberfläche nicht lichtemittierend oder die Oberfläche wird dort von dem Bonddraht verdeckt.
Der Leuchtdiodenchip (auch LED-Chip) ist ein lichterzeugender Chip, zum Beispiel aufweisend Halbleitermaterial und Anschlusselemente. Der Leuchtdiodenchip ist ein Teil einer Leuchtdiode, die außer dem Leuchtdiodenchip noch weitere, an sich bekannte Bauteile, aufweisen kann, wie zum Beispiel den erwähnten Bonddraht, Metallhalter, Anschlüsse, Gehäuse, Linse etc.
Alternativ oder ergänzend zu der Formulierung: „Beleuchtungseinrichtung, aufweisend erste/zweite/dritte/vierte.... Leuchtdiodenchips“ kann die Erfindung auch durch die alternative Formulierung ausgedrückt werden: „Beleuchtungseinrichtung, aufweisend erste/zweite/dritte/vierte.... Leuchtdioden, (jeweils, d.h. die Leuchtdiode) aufweisend einen ersten/zweiten/dritten/vierten.... Leuchtdiodenchip“. Es kann zur Beschreibung der Erfindung der Ausdruck „erste/zweite/dritte/vierte.... Leuchtdiodenchips“ ersetzt werden durch den Ausdruck „erste/zweite/dritte/vierte.... Leuchtdioden, jeweils aufweisend einen ersten/zweiten/dritten/vierten... Leuchtdiodenchip“. Somit weist eine erste Leuchtdiode einen ersten Leuchtdiodenchip auf, eine zweite Leuchtdiode einen zweiten Leuchtdiodenchip usw.
Die genannte Mittelachse ist eine Raumachse, um welche herum die LED-Chips angeordnet sind. Die Abstrahlrichtung des Lichtes kann in Richtung oder parallel zu der Mittelachse sein.
Die genannte geometrischen Figuren stellen keine tatsächlichen Bauteile dar sondern geben ein Anordnungsprinzip der LED-Chips an.
Der Begriff konzentrisch bedeutet, dass die zueinander konzentrischen geometrischen Figuren denselben Schwerpunkt besitzen. Insbesondere liegt der Schwerpunkt auf der Mittelachse. Erfindungsgemäß sind alle geometrischen Figuren zueinander konzentrisch.
Die geometrischen Figuren können ebene geometrische Figuren sein. Insbesondere können erste LED Chips in einer Ebene liegen oder im Wesentlichen in einer Ebene liegen, zweite LED Chips in einer Ebene liegen oder im Wesentlichen in einer Ebene liegen, usw.
Die genannten verschiedenen geometrischen Figuren (erste, zweite usw.) können in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Die geometrische Figur ist jeweils beliebig wählbar, sie kann beispielsweise ein Kreis, eine Ellipse oder ein Rechteck, insbesondere ein Quadrat, sein. Besonders vorteilhaft ist ein Kreis. Diesem Fall sind LED Chips ringförmig angeordnet und die Beleuchtungseinrichtung ist als Ringlicht ausgestaltet.
Vorzugsweise liegen erste Leuchtdiodenchips näher zu Mittelachse als zweite Leuchtdiodenchips. Vorzugsweise liegen zweite Leuchtdiodenchips näher zu Mittelachse als dritte Leuchtdiodenchips. Vorzugsweise liegen dritte Leuchtdiodenchips näher zu Mittelachse als weitere Leuchtdiodenchips, z.B. nachfolgend genannte vierte, fünfte LED-Chips. Entsprechend weist die erste geometrische Figur vorzugsweise einen geringeren Umfang auf als die zweite geometrische Figur, weist die zweite geometrische Figur vorzugsweise einen geringeren Umfang auf als die dritte geometrische Figur, weist die dritte geometrische Figur vorzugsweise einen geringeren Umfang auf als eine weitere geometrische Figur.
Der Begriff „benachbart“ bedeutet, dass zwischen benachbarten LED-Chips kein weiterer LED Chip vorhanden ist, insbesondere nicht auf einer gedachten Linie zwischen Schwerpunkten der LED Chips vorhanden ist. Der Begriff „benachbart“ bedeutet nicht zwingend, dass ein benachbarter LED-Chip ein LED-Chip mit kürzester Entfernung sein muss. Es kann ein weiterer LED Chip vorhanden sein, der ebenfalls benachbart ist und näher gelegen ist, aber nicht der gleichen Gruppe angehört.
Es wurde bereits erwähnt, dass weitere LED Chips vorhanden sein können. Dies bedeutet, dass das Prinzip der vorliegenden Erfindung logisch über die Anordnung der ersten, zweiten und dritten LED-Chips hinaus fortgesetzt werden kann. Dies wird in Spezialfällen nachfolgend erläutert:

In einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung als weitere Leuchtdiodenchips vierte Leuchtdiodenchips auf, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer vierten geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist, wobei jede Gruppe jeweils zumindest einen der vierten Leuchtdiodenchips aufweist, wobei der vierte Leuchtdiodenchip in der Gruppe zu dem dritten Leuchtdiodenchip in der Gruppe benachbart ist.
In einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung als weitere Leuchtdiodenchips weiterhin fünfte Leuchtdiodenchips auf, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer fünften geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist, wobei jede Gruppe jeweils zumindest einen der fünften Leuchtdiodenchips aufweist, wobei der fünfte Leuchtdiodenchip in der Gruppe zu dem vierten Leuchtdiodenchip in der Gruppe benachbart ist.
In einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung als weitere Leuchtdiodenchips weiterhin sechste Leuchtdiodenchips auf, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer sechsten geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist, wobei jede Gruppe jeweils zumindest einen der sechsten Leuchtdiodenchips aufweist, wobei der sechste Leuchtdiodenchip in der Gruppe zu dem fünften Leuchtdiodenchip in der Gruppe benachbart ist.

Dieses Prinzip lässt sich beliebig für siebte, achte, neunte usw. Leuchtdiodenchips fortsetzen, die jeweils auf einer virtuellen Außenlinie einer siebten, achten, neunten usw. geometrischen Figur angeordnet sind.
Es ist jeder der vierten, fünften, sechsten usw. Leuchtdiodenchips an einer Anschlusstelle auf dem Leuchtdiodenchip mit einem Bonddraht verbunden, wobei sich die Anschlusstelle in einem Randbereich des Leuchtdiodenchips befindet.
Es ist in der Gruppe der vierte, fünfte, sechste usw. Leuchtdiodenchip relativ so zu den anderen Leuchtdiodenchips in der Gruppe verdreht, dass die Anschlussstelle des vierten, fünften, sechsten usw. Leuchtdiodenchips in eine andere Richtung orientiert ist als die Anschlussstellen der anderen Leuchtdiodenchips in der Gruppe.
In einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung beträgt in der Gruppe bei einem Paar benachbarter Leuchtdiodenchips ein Winkel der relativen Verdrehung 360°/n, wobei n die Anzahl der Leuchtdiodenchips in der Gruppe ist. Dies bedeutet, dass in der Gruppe bei einem Paar benachbarter Leuchtdiodenchips ein Winkel der Verdrehung identisch ist zu dem Winkel der Verdrehung eines oder jedes anderen Paares benachbarter Leuchtdiodenchips.
Weist die Gruppe drei LED Chips auf (erster, zweiter, dritter, n = 3), so beträgt der relative Verdrehwinkel zwischen dem ersten und dem zweiten LED Chip 120° und zwischen dem zweiten und dem dritten LED Chip ebenfalls 120°. Hierbei wird jeweils eine gleiche Drehrichtung zugrunde gelegt. Zwischen dem dritten und dem ersten LED Chip, welche nicht benachbart sind, beträgt der Winkel, bei angenommener gleicher fortgesetzter Drehrichtung des dritten LED Chips, wiederum 120°. Weist eine Gruppe 4 LED Chips auf (n =4) ergibt sich ein Winkel von 90°.
Einer Ausführungsform der Erfindung sind die Leuchtdiodenchips in einer Gruppe entlang einer virtuellen Geraden angeordnet, die quer zur Mittelachse steht und von der Mittelachse ausgehend nach außen verläuft. Die Leuchtdioden Chips sind dann insbesondere auf Schnittpunkten dieser Geraden und der betreffenden geometrischen Figur angeordnet. Also ist beispielsweise ein erster Leuchtdiodenchip sowohl auf der virtuellen Außenlinie der ersten geometrischen Figur angeordnet als auch auf der genannten Geraden, und zwar auf dem Schnittpunkt der Geraden mit der ersten geometrischen Figur. Ebenso ist dann ein zweiter Leuchtdiodenchip sowohl auf der virtuellen Außenlinie der zweiten geometrischen Figur angeordnet als auch auf dieser Geraden, und zwar auf dem Schnittpunkt der Geraden mit der zweiten geometrischen Figur. Analoges gilt für den dritten Leuchtdiodenchip und weitere Leuchtdiodenchips.
In einer dazu alternativen Ausführungsform sind die Leuchtdiodenchips einer Gruppe auf verschiedenen virtuellen Geraden angeordnet, die quer zur Mittelachse stehen und von der Mittelachse ausgehend nach außen verlaufen. In dieser Ausführungsform sind die Leuchtdiodenchips bei Betrachtung entlang der virtuellen Außenlinien der geometrischen Figuren zueinander versetzt. Es ist beispielsweise ein erster Leuchtdiodenchip sowohl auf der virtuellen Außenlinie der ersten geometrischen Figur angeordnet als auch auf einer ersten Geraden, und zwar auf dem Schnittpunkt der ersten Geraden mit der ersten geometrischen Figur. Ebenso ist dann ein zweiter Leuchtdiodenchip sowohl auf der virtuellen Außenlinie der zweiten geometrischen Figur angeordnet als auch auf einer zweiten Geraden, und zwar auf dem Schnittpunkt der zweiten Geraden mit der zweiten geometrischen Figur. Analoges gilt für den dritten Leuchtdiodenchip und weitere Leuchtdiodenchips.
In vorangehend genannte Ausführungsform können die verschiedenen Geraden in einer Ebene liegen.
In einer besonderen Variante der vorangehend genannten Ausführungsform ist ein Winkel zwischen benachbarten Geraden konstant.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind in jeder Gruppe Leuchtdiodenchips zumindest zwei der Leuchtdiodenchips in dieser Gruppe, vorzugsweise alle dieser Gruppe, unabhängig von Leuchtdiodenchips einer anderen Gruppe Leuchtdiodenchips ansteuerbar. Die Leuchtdiodenchips sind insbesondere ansteuerbar, um die jeweilige Leuchtdiode an- oder abzuschalten.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind in einer oder mehreren Gruppen Leuchtdiodenchips zumindest zwei der Leuchtdiodenchips in dieser Gruppe unabhängig von weiteren Leuchtdiodenchips dieser Gruppe ansteuerbar. Die Leuchtdiodenchips sind insbesondere ansteuerbar, um die jeweilige Leuchtdiode an- oder abzuschalten.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weisen bei jeder Gruppe Leuchtdiodenchips die Leuchtdioden dieser Gruppe eine andere Lichtfarbe auf als die Leuchtdiodenchips einer benachbarten Gruppe Leuchtdiodenchips.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch einen optischen Sensor, insbesondere für ein Koordinatenmessgerät, aufweisend einen Flächensensor zur Erfassung von Strahlung oder eine Kamera, sowie eine Beleuchtungseinrichtung wie vorangehend beschriebenen, wobei die Beleuchtungseinrichtung so zu der Kamera oder dem Flächensensor angeordnet ist, dass die Mittelachse der Beleuchtungseinrichtung auf der optischen Achse der Kamera oder des Flächensensors liegt. Die Beleuchtungseinrichtung ist dazu gedacht, ein Blickfeld der Kamera ganz oder teilweise auszuleuchten, insbesondere ein Werkstück dort auszuleuchten, wo sich das Blickfeld der Kamera befindet. Die optische Achse des Flächensensors ist insbesondere eine Normalenachse zur Sensorfläche, die durch das Zentrum der Sensorfläche verläuft.
Die Kamera kann erwähnten Flächensensor aufweisen, beispielsweise einen CCD, CMOS, oder IR-Sensor.
Der optische Sensor kann eine Schnittstelle zur Datenübertragung aufweisen. Der optische Sensor kann ein Objektiv aufweisen, beispielsweise mit Festbrennweite oder variabler Brennweite. Das Objektiv kann Teil einer Kamera sein oder der Kamera zugeordnet sein.
In noch einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Koordinatenmessgerät, das einen erfindungsgemäßen optischen Sensor aufweist. Das Koordinatenmessgerät beispielsweise ein Portal-Koordinatenmessgerät, ein Horizontalarm-Koordinatenmessgerät, oder ein Gantry-Koordinatenmessgerät.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen optischen Sensors oder einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zur Vermessung eines Werkstücks, insbesondere in einem Koordinatenmessgerät.
In noch einem Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Koordinatenmessung, bei dem ein erfindungsgemäßer optischer Sensor oder eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung eingesetzt wird. Das Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung eine oder mehrere Gruppen Leuchtdiodenchips zur Beleuchtung verwendet werden, nicht aber alle Leuchtdiodenchips gleichzeitig. Hierbei handelt es sich um eine segmentweise Beleuchtung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

1 einen Leuchtdiodenchip in Einzelansicht;
2 eine Gruppe Leuchtdiodenchips in einer erfindungsgemäßen verdrehten Anordnung;
3 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung;
4 einen erfindungsgemäßen optischen Sensor.

1 zeigt einen Leuchtdiodenchip H11 mit der lichtemittierenden Oberfläche 21. Der Leuchtdiodenchip H11 weist in dem Randbereich 6 im Bereich einer Ecke die Anschlussstelle 3 für den Bonddraht 4 auf.
Der Leuchtdiodenchip H11 ist Teil einer nicht in weiteren Teilen dargestellten LED, beispielsweise eines LED Package. Der Bonddraht 4 ist am anderen Ende an der Kontaktstelle 5 kontaktiert.
Im Bereich der Anschlussstelle 3 befindet sich eine Ausnehmung in der lichtemittierenden Oberfläche 21, um Platz für die Anschlussstelle 3 zu schaffen. Im Bereich dieser Ausnehmung kann kein Licht abgestrahlt werden. Somit ist nicht die gesamte Oberfläche des Leuchtdiodenchips H11 zur Abstrahlung von Licht ausgebildet.
2 zeigt eine Gruppe Leuchtdiodenchips, bestehend aus dem Leuchtdiodenchip H11 mit der lichtemittierenden Oberfläche 21, den Leuchtdiodenchip H12 mit der lichtemittierenden Oberfläche 22 und den Leuchtdiodenchip H13 mit der lichtemittierenden Oberfläche 23. Weitere Teile außer der lichtemittierenden Oberfläche sind nicht dargestellt.
Die Leuchtdiodenchips H11, H12 und H13 sind gegeneinander verdreht. In der Zeichnung sind die Drehwinkel nicht exakt gleich. Aber in einer bevorzugten Ausführungsform ist ausgehend von der gleichen Drehposition des Leuchtdiodenchips H11 der Leuchtdiodenchip H12 um 120° um die Drehachse D im Uhrzeigersinn gedreht, um in etwa zu der gezeigten Position von Leuchtdiodenchip H12 zu kommen. Ausgehend von der gezeigten Drehposition von Leuchtdiodenchip H12 ist der Leuchtdiodenchip H13 um 120° um die Drehachse D im Uhrzeigersinn gedreht, um zu der gezeigten Drehposition von Leuchtdiodenchip H13 zu kommen. Würde man Leuchtdiodenchip H13 aus der gezeigten Drehposition heraus um die Drehachse D um 120° drehen, käme man wiederum zu der Drehposition des Leuchtdiodenchips H11. Somit ist bei einer Gruppe von n=3 Leuchtdiodenchips der Winkel der relativen Verdrehung 360°/3 = 120°. In analoger Weise lässt sich dieses Prinzip bei einer Gruppe mit einer anderen ganzen Zahl n ≤ 3 verwirklichen.
Durch die Drehung wird die jeweilige Ausnehmung in der lichtemittierenden Oberfläche 21, 22, 23, wo sich die Anschlussstelle 3 befindet ist und aus der kein Licht abgestrahlt wird, in eine andere Raumrichtung gedreht. Im gezeigten Beispiel ergibt sich bei der Überlagerung der der lichtemittierenden Oberflächen 21, 22, 23 die unten in 2 gezeigte Anordnung. Es ist ersichtlich, dass durch die gleichmäßige Verteilung der Ausnehmungen eine möglichst homogene Lichtabstrahlung in verschiedene Richtungen erreicht wird. Ohne Verdrehung würden sich alle Ausnehmungen in den lichtemittierenden Oberflächen 21,22, 23 bei dieser Betrachtung überlagern und die Lichtabstrahlung wäre weniger homogen. Eine ungleichmäßigere Ausleuchtung wäre die Folge.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 8 in Form eines Ringlichts.
Auf der Platine 5 ist eine Vielzahl Leuchtdiodenchips H angeordnet. Die Nomenklatur der Leuchtdiodenchips H ist derart, dass die letzte Ziffer die geometrische Figur angibt, auf deren virtuellen Außenlinie sich der jeweilige Leuchtdiodenchip befindet. Die davon links stehende Ziffer oder die davon links stehenden beiden Ziffern geben die Nummer der Gruppe an, zu welcher der jeweilige Leuchtdiodenchip gehört. Es bedeuten beispielsweise

H11: Leuchtdiodenchip der 1. Gruppe auf der virtuellen Außenlinie der ersten geometrischen Figur
H23: Leuchtdiodenchip der 2. Gruppe auf der virtuellen Außenlinie der dritten geometrischen Figur
H142: Leuchtdiodenchip der 14. Gruppe auf der virtuellen Außenlinie der zweiten geometrischen Figur.

Gezeigt sind die Außenlinie A1 einer ersten geometrischen Figur, die Außenlinie A2 einer zweiten geometrischen Figur, und die Außenlinie A3 einer dritten geometrischen Figur, welche allesamt Kreisform aufweisen. Alle geometrischen Figuren sind konzentrisch zueinander.
Somit befinden sich die ersten Leuchtdiodenchips H11, H21, H31, H41, H51 .... H161 auf der Außenlinie A1, die zweiten Leuchtdiodenchips H12, H 22, H 32, H42, H52 .... H162 auf der Außenlinie A2, die dritten Leuchtdiodenchips H13, H23, H33, H43, H53 ... H163 auf der Außenlinie A3. Alle Leuchtdiodenchips sind um die Mittelachse M herum angeordnet, welche senkrecht zur Zeichnungsebene steht. Auf der Mittelachse M liegen die Mittelpunkte der kreisförmigen Außenlinien A1, A2 und A3.
Die Leuchtdiodenchips H11, H12, H13 bilden die erste Gruppe G1, die Leuchtdiodenchips H21, H22, H23 bilden die zweite Gruppe G2, wobei sich dieses Prinzip fortsetzt bis zur 16. Gruppe G16, gebildet aus den Leuchtdiodenchips H161, H162, H163. Um die Gruppen besser darzustellen, sind die zu der Gruppe gehörigen Leuchtdiodenchips jeweils mit Zwischenlinien verbunden, die rein virtuelle Linien sind und keine realen Strukturen darstellen.
Das obige Prinzip kann für weitere Leuchtdiodenchips fortgesetzt werden, beispielsweise kann außerhalb der Außenlinie A3 eine vierte kreisförmige Sphäre vorhanden sein, auf der sechzehn vierte Leuchtdiodenchips angeordnet sind, von denen jeweils einer einer der Gruppen G1, G2, G3, G4....G16 zugeordnet ist.
Jede dieser Gruppen G1, G2... G16 ist einzeln ansteuerbar, sodass segmentweise um den Kreisumfang Lichtquellen eingeschaltet werden können.
Es kann vorgesehen sein, dass in einer Gruppe, Beispielsweise G1 eine Untermenge Leuchtdiodenchips getrennt von anderen Gruppenmitgliedern ansteuerbar ist.
Beispielsweise können die Leuchtdiodenchips H11 und H12 unabhängig von H13 ansteuerbar sein
Alternativ können Leuchtdiodenchips der Gruppe G1 eine unterschiedliche Lichtfarbe aussenden als Leuchtdiodenchips der Gruppe G2. Es kann vorgesehen sein, dass Gruppen alternierend wiederum die gleiche Lichtfarbe aufweisen, beispielsweise G1 die gleiche Lichtfarbe wie die Gruppe G3 und die Gruppe G2 die gleiche Lichtfarbe wie die Gruppe G4, wobei die Lichtfarben von G1, G3 von der Lichtfarbe von G2, G4 verschieden sind.
Die Anschlussstelle 3 eines jeden Leuchtdiodenchips ist als schwarze Ecke eines jeden quadratischen Chips gekennzeichnet. Es ist ersichtlich, dass bei jeder Gruppe G1, G2, G3, G4 ... G16 die Anschlussstellen 3 der jeweiligen Leuchtdiodenchips in verschiedene Richtungen orientiert sind, gemäß dem in 2 gezeigten Prinzip.
Anhand der Gruppe G4 sind drei virtuelle Geraden L1, L2, L3 gezeigt. Der Leuchtdiodenchip H 41 befindet sich auf der geraden L1, der Leuchtdiodenchip H42 auf der Geraden L2 und der Leuchtdiodenchip H43 auf der Geraden L3. Der Winkel zwischen der geraden L1 und der Geraden L2 ist der gleiche wie der Winkel zwischen den Geraden L2 und L3. Alternativ können, hier nicht gezeigt auch alle Leuchtdiodenchips H41, H42, H43 der Gruppe G4 auf der gleichen Geraden liegen, beispielsweise auf L1, wobei dann dieses Prinzip für andere Gruppen vorzugsweise ebenfalls angewandt wird.
Die 4 zeigt den optischen Sensor 100 mit der Kamera 20, dem Objektiv 30 und der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 8 in Form eines Ringlichts. Im Vergleich zu 3, welche die Beleuchtungseinrichtung 8 von der Unterseite zeigt, ist die Beleuchtungseinrichtung 8 hier von der Seite gezeigt. Die Mittelachse M und die optische Achse OA der Kamera 20 fallen zusammen. Beleuchtet wird das Werkstück 40 auf seiner Oberfläche 50. Die Beleuchtung ist insbesondere segmentweise, wobei nur eine oder nur eine Auswahl der Gruppen G1, G2....G16 Leuchtdiodenchips zur Beleuchtung aktiviert werden, nicht aber Leuchtdiodenchips aller Gruppen gleichzeitig, was aber ebenfalls möglich ist.
Bezugszeichenliste

3: Anschlussstelle
4: Bonddraht
5: Kontaktierung
6: Randbereich
8: Beleuchtungseinrichtung
20: Kamera
21: lichtemittierende Oberfläche
22: lichtemittierende Oberfläche
23: lichtemittierende Oberfläche
30: Objektiv
40: Werkstück
50: Werkstückoberfläche
100: Optischer Sensor
A1: Außenlinie erste geometrische Figur
A2: Außenlinie zweite geometrische Figur
A3: Außenlinie dritte geometrische Figur
D: Drehachse
G1...G16: Gruppen
H11...H163: Leuchtdiodenchips
L1: virtuelle Gerade
L2: virtuelle Gerade
L3: virtuelle Gerade
M: Mittelachse
OA: optische Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017211680 A [0003]

Claims

Beleuchtungseinrichtung (8), aufweisend - erste Leuchtdiodenchips (H11, H21, H31, H41, H51 .... H161), die um eine Mittelachse (M) herum entlang einer virtuellen Außenlinie (A1) einer ersten geometrischen Figur angeordnet sind, - zweite Leuchtdiodenchips (H12, H 22, H 32, H42, H52 .... H162), die um die Mittelachse (M) herum entlang einer virtuellen Außenlinie (A2) einer zweiten geometrischen Figur (A2) angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist, - dritte Leuchtdiodenchips (H13, H23, H33, H43, H53 ... H163), die um die Mittelachse (M) herum entlang einer virtuellen Außenlinie (A3) einer dritten geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist, - optional weitere Leuchtdiodenchips, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer weiteren geometrischen Figur angeordnet sind, oder entlang virtueller Außenlinien weiterer geometrischer Figuren angeordnet sind, wobei die weitere(n) geometrischer Figure(n) konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist/sind, wobei jeder der Leuchtdiodenchips an einer Anschlusstelle (3) auf dem Leuchtdiodenchip mit einem Bonddraht (4) verbunden ist, wobei sich die Anschlusstelle (3) in einem Randbereich (6) des Leuchtdiodenchips befindet, wobei die Leuchtdiodenchips in mehreren Gruppen (G1, G2, G3, G4 ...G16) derart gruppiert sind, dass eine Gruppe (G1) jeweils einen der ersten Leuchtdiodenchips (H11), einen der zweiten Leuchtdiodenchips (H12) und einen der dritten Leuchtdiodenchips (H13), und optional zumindest einen der weiteren Leuchtdiodenchips, aufweist, wobei in der Gruppe der zweite Leuchtdiodenchip (H12) zu dem ersten Leuchtdiodenchip (H11) benachbart ist und der dritte Leuchtdiodenchip (H13) zu dem zweiten Leuchtdiodenchip (H12) benachbart ist, und der weitere Leuchtdiodenchip, wenn vorhanden, zu dem dritten Leuchtdiodenchip (H13) benachbart ist, oder bei mehreren weiteren Leuchtdiodenchips einer der weiteren Leuchtdiodenchips zu dem dritten Leuchtdiodenchip (H13) benachbart ist und die anderen weiteren Leuchtdiodenchips zueinander benachbart sind, wobei in der Gruppe der erste Leuchtdiodenchip (H11), der zweite Leuchtdiodenchip (H12) und der dritte Leuchtdiodenchip (H13), und, wenn vorhanden, der oder die weitere(n) Leuchtdiodenchip(s), relativ so zueinander verdreht sind, dass die Anschlussstellen (3) mehrerer oder aller Leuchtdiodenchips der Gruppe in verschiedene Richtungen orientiert sind.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach Anspruch 1, aufweisend, als weitere Leuchtdiodenchips, vierte Leuchtdiodenchips, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer vierten geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist, wobei jede Gruppe jeweils zumindest einen der vierten Leuchtdiodenchips aufweist, wobei der vierte Leuchtdiodenchip in der Gruppe zu dem dritten Leuchtdiodenchip in der Gruppe benachbart ist.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach Anspruch 2, aufweisend, als weitere Leuchtdiodenchips, fünfte Leuchtdiodenchips, die um die Mittelachse herum entlang einer virtuellen Außenlinie einer fünften geometrischen Figur angeordnet sind, welche konzentrisch zu der ersten geometrischen Figur ist, wobei jede Gruppe jeweils zumindest einen der fünften Leuchtdiodenchips aufweist, wobei der fünfte Leuchtdiodenchip in der Gruppe zu dem vierten Leuchtdiodenchip in der Gruppe benachbart ist.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Gruppe bei einem Paar benachbarter Leuchtdiodenchips (H11/H12, H12/H13) ein Winkel der relativen Verdrehung 360°/n beträgt, wobei n die Anzahl der Leuchtdiodenchips in der Gruppe ist.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leuchtdiodenchips (H41, H42, H43) in der Gruppe (G4) entlang einer virtuellen Geraden (L1) angeordnet, die quer zur Mittelachse (M) steht und von der Mittelachse ausgehend nach außen verläuft.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Leuchtdiodenchips (H41, H42, H43) in der Gruppe (G4) auf verschiedenen virtuellen Geraden (L1, L2, L3) angeordnet sind, die quer zur Mittelachse (M) stehen und von der Mittelachse ausgehend nach außen verlaufen.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach Anspruch 6, wobei ein Winkel zwischen benachbarten Geraden (L1/L2, L2/L3) konstant ist.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in jeder Gruppe (G1) Leuchtdiodenchips zumindest zwei der Leuchtdiodenchips (H11, H12, H13) in dieser Gruppe unabhängig von Leuchtdiodenchips einer anderen Gruppe (G2, G3, G4... G16) Leuchtdiodenchips ansteuerbar sind.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei jeder Gruppe (G1, G2, G3, G4...G16) Leuchtdiodenchips die Leuchtdioden eine andere Lichtfarbe aufweisen als die Leuchtdiodenchips einer benachbarten Gruppe Leuchtdiodenchips.
Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die geometrischen Figuren ein Kreis, eine Ellipse oder ein Rechteck, insbesondere ein Quadrat, sind.
Optischer Sensor (100), insbesondere für ein Koordinatenmessgerät, aufweisend einen Flächensensor oder eine Kamera (20), und eine Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die Beleuchtungseinrichtung (8) so zu der Kamera (20) angeordnet ist, dass die Mittelachse (M) der Beleuchtungseinrichtung auf der optischen Achse (OA) der Kamera oder des Flächensensors liegt.
Verwendung eines optischen Sensors (100) nach Anspruch 11 oder einer Beleuchtungseinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1-10 zur Vermessung eines Werkstücks (40), insbesondere in einem Koordinatenmessgerät.