DE10214703A1

DE10214703A1 - Systeme und Verfahren zur Erhöhung der Beleuchtungsdichte innerhalb eines Sehfeldes eines Abbildungssystems

Info

Publication number: DE10214703A1
Application number: DE10214703A
Authority: DE
Inventors: Paul G Gladnick
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-02-13
Also published as: JP2003107390A; CN1327288C; US20030021112A1; US6614596B2; CN1399157A

Abstract

Ein Beleuchtungssystem umfaßt eine Lichtemissionseinrichtung, die einen Lichtstrahl aussendet, eine Linse zum Ablenken zumindest einer Achse des Lichtstrahls, und eine reflektierende Oberfläche, welche den Lichtstrahl entlang einem Einfallswinkel ausrichtet. Die Erfindung umfaßt weiterhin mehrere Lichtemissionseinrichtungen zur Erzeugung eines Lichtstrahls mit höherer Dichte mit einem Prisma zum Ausrichten der Lichtstrahlen entlang einer Achse zu der Linse, wobei die mehreren Lichtemissionseinrichtungen einegrünes Licht aussendende Einrichtung umfassen, eine rotes Licht aussendende Einrichtung und eine blaues Licht aussendende Einrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erhöhung der Beleuchtungsdichtefarbe innerhalb eines Sehfeldes eines Abbildungssystems.

Gleichmäßige, diffuse Beleuchtung eines Werkstücks ist häufig bei kommerziellen Betrachtungssystemen erforderlich, um einen Rand des Werkstücks innerhalb eines festgelegten Sehfeldes hervorzuheben. Da die meisten Werkstücke nicht transparent sind, ist auch eine diffuse Beleuchtung des Werkstücks erforderlich, so dass Licht, das von dem Werkstück reflektiert wird, von einem Abbildungssystem gesammelt werden kann. Weiterhin ermöglicht eine einstellbare, diffuse Beleuchtungsquelle die Betrachtung und Untersuchung von Werkstücken mit vielen verschiedenen Formen.

Die einstellbare Beleuchtung sorgt für die Fähigkeit, Werkstücke mit unterschiedlichen Eigenschaften zu beleuchten, beispielsweise Form, Zusammensetzung, und Oberflächenbearbeitung. Bei einigen Systemen ist die Intensität des von einer Lichtquelle ausgesandten Lichts einstellbar, wenn die Vergrößerung des Abbildungssystems einstellbar ist.

Weiterhin projizieren herkömmliche Beleuchtungssysteme Licht auf das Werkstück in einem einstellbaren Winkel relativ zu einer Achse, die normal zur Abbildungsebene liegt. Dieser Winkel wird als der Einfallswinkel bezeichnet. Bei zahlreichen herkömmlichen Betrachtungssystemen ist die Achse normal zur Abbildungsebene parallel zur optischen Achse des Betrachtungssystems, oder fällt mit dieser zusammen. In einem Einfallswinkel, der zwischen 0° und 90° liegt, projiziertes Licht kann den Oberflächenkontrast des Bildes verbessern, und kann auch deutlicher texturierte Oberflächen beleuchten. Typischerweise weisen derartige Lichtquellen einen vorbestimmten Bereich für den Einfallswinkel auf, der zwischen 10° und 70° liegt. Ein derartiger Bereich ist relativ groß, und sorgt daher für ausreichenden Kontrast bei verschiedenen Werkstückbildern.

Weiterhin können herkömmliche Betrachtungssysteme auch die Umfangsposition der Quelle der diffusen Beleuchtung um eine optische Achse herum einstellen oder auswählen.

Typischerweise ist die Position der diffusen Beleuchtungsquelle zum Beispiel in adressierbaren Sektoren oder Quadranten einstellbar oder auswählbar. Hierbei kann das Sehfeld der Kamera durch jede Kombination von Sektoren und Quadranten eines derartigen kreisförmigen Beleuchtungssystems beleuchtet werden. Zusätzlich kann das Intensitätsniveau mit der Lichtquelle mit der Umfangsposition der Lichtquelle koordiniert werden, um die Beleuchtung eines Werkstückrandes zu optimieren.

Es weisen beispielsweise einige herkömmliche Betrachtungssysteme ein kreisringförmiges Lichtsystem auf, welches rechteckige oder torusförmige Muster aussendet. Das Lichtsystem ist ein Kreisring, der in vier Quadranten unterteilt ist. Andere herkömmliche Betrachtungssysteme umfassen ein Ringlicht, das einen Kreisring aufweist, der in acht oder mehr Sektoren unterteilt ist. Weiterhin weisen einige herkömmliche Betrachtungssysteme halbkugelförmige Lichtsysteme auf, um Licht von mehreren Positionen in Bezug zu einer optischen Achse zu richten. Das Zentrum der Halbkugel dient als Brennpunkt für die Lichtquellen. Weiterhin kann jede Kombination aus Sektoren oder Quadranten gleichzeitig mit verschiedenen Beleuchtungsniveaus beleuchtet werden.

Bei anderen herkömmlichen, programmierbaren Ringbeleuchtungssystemen ist eine sehr große Anzahl an Lichtleiterkabeln so angeordnet, dass erste Enden der Lichtleiterkabel Licht von einer Lichtquelle mit hoher Intensität empfangen, beispielsweise einer Halogenlampe. Die zweiten Enden der Lichtleiterkabel sind in einem Ring um die optische Achse herum angeordnet. Die Lichtleiterkabel, oder Gruppen aus Lichtleiterkabeln, können einzeln gesteuert werden, um das Licht von der Lichtquelle auf das Sehfeld der Kamera zu projizieren, unter Verwendung eines kreisringförmigen Spiegels und eines Parabelkreisringförmigen Spiegels.

Seit kurzem haben Hersteller herkömmlicher Betrachtungssysteme damit begonnen, einen Festkörperersatz für die herkömmlichen Halogenlampen anzubieten, die in herkömmlichen, diffusen Lichtquellen verwendet wurden. Die Hersteller bieten nunmehr lichtemittierende Dioden (LEDs) an, die eine hohe Verläßlichkeit bieten, eine längere Lebensdauer, niedrigere Kosten, Modulationsfähigkeiten mit guter Intensität, sowie viele verschiedene Frequenzbereiche.

Ein Beispiel für ein Festkörper-Beleuchtungssystem ist im US-Patent 5,580,163 von Johnson, II beschrieben. Wie in Fig. 13 gezeigt, offenbart das Patent '163 eine Fokussierungslichtquelle mit einer flexiblen Fassung 502 für mehrere lichtemittierende Elemente 504. Jedes lichtemittierende Element 504 sendet einen Lichtstrahl auf ein Werkstück 506 in einem vorbestimmten Azimuthwinkel α_n aus, um ein vorbestimmtes Lichtmuster auszubilden. Um die mehreren lichtemittierenden Elemente 504 einzustellen oder zu fokussieren, wird die flexible Fassung 502 in einer Richtung zum Zentrum der Fassung 502 hin gedreht, oder in einer zweiten Richtung weg von dem Zentrum der Fassung 502. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen können die lichtemittierenden Elemente 504 getrennt gefärbte lichtemittierende Elemente sein. Um eine Mehrfarbenbeleuchtung zu erzielen, wird die Beleuchtung von mehreren der lichtemittierenden Elemente 504 an dem Werkstück vereinigt.

Der gesamte Azimuthwinkelbereich entsprechend den Quellen, die dazu verwendet werden, eine bestimmte mehrfarbige Beleuchtung zu erzielen, beträgt annähernd xα_n, wobei x die Anzahl eingesetzter, unterschiedlich gefärbter lichtemittierender Elemente 504 ist. Die Mehrfarbenbeleuchtung, die von einem derartigen System zur Verfügung gestellt wird, kann daher nicht in Azimuthwinkelinkrementen gesteuert werden, die so klein sind wie die lichtemittierenden Elemente 504. Weiterhin weisen alle Schatten in dem Sehfeld Zonen verschiedener Farben auf, da jede Farbkomponente in der Beleuchtung aus einer etwas unterschiedlichen Richtung projiziert wird. Weiterhin wird die Beleuchtungsdichte, also die Beleuchtungsintensität, die auf das Sehfeld auf dem Werkstück aus einem vorgegebenen Azimuthwinkelbereich projiziert wird, signifikant durch die Eigenschaften der einzelnen, herkömmlichen lichtemittierenden Elemente 504 beschränkt.

Ein weiteres Beispiel für ein Beleuchtungssystem wird als Stand der Technik in dem Patent '163 selbst erwähnt. Wie in Fig. 14 des Patents '163 gezeigt, wird ein Lichtstrahl von einem lichtemittierenden Element 504 auf ein Werkstück 506 in einem Einfallswinkel β geschickt, der durch den Winkel des Schwenkteils 503 bestimmt wird. Dieses Beispiel für ein Beleuchtungssystem leidet im allgemeinen an den voranstehend diskutierten Einschränkungen des Beleuchtungssystems des Patents '163, wenn Festkörperquellen als lichtemittierende Elemente 504 eingesetzt werden.

Weiterhin erläutert Fig. 14 ein weiteres Merkmal herkömmlicher, einstellbarer Beleuchtungssysteme.

Herkömmliche Beleuchtungssysteme senden einen Strahl mit annähernd kreisförmigem Querschnitt von jedem lichtemittierenden Element aus. Die Strahlen können auch kollimiert oder fokussiert werden. Wenn jedoch ein Lichtstrahl in einem Einfallswinkel β₁ ausgesandt wird, der nicht normal zur beleuchteten Werkstückoberfläche angeordnet ist, wird ein annähernd ovales oder elliptisches Muster auf einem ebenen Werkstück 506 erzeugt, mit einem Beleuchtungsfeld 512, das Ränder in vorgegebenen Entfernungen x₁ und y₁ von dem Zentrum des Beleuchtungsfeldes 512 aufweist, wobei x₁ größer ist als y₁.

Wenn der Einfallswinkel zunimmt, wie durch β₂ angedeutet, wenn der Strahl eine Ebene schneidet, die entlang der optischen Achse 508 angeordnet ist, ist darüber hinaus die Entfernung y₁ des Beleuchtungsfeldes 501 annähernd gleich y₁des Beleuchtungsfeldes 512, wogegen die Entfernung x₂ des Beleuchtungsfeldes 514 größer wird als x₁. Da das Sehfeld entlang der optischen Achse 508 des Systems im allgemeinen ein Kreis ist, zentriert um die optische Achse, sind derartige elliptische Beleuchtungsfelder nicht wünschenswert, wenn die maximale Beleuchtungsdichte für eine vorgegebene Art eines lichtemittierenden Elements erzielt werden soll. Wenn beispielsweise die Entfernung y₁ annähernd auf den Rand eines kreisförmigen Sehfelds eingestellt wird, erstreckt sich die Entfernung x₁ über den Rand des Sehfeldes hinaus, und wird ein signifikanter Anteil der verfügbaren Beleuchtungsenergie außerhalb des Sehfeldes verschwendet.

Ein weiteres Beispiel für ein Festkörper-Beleuchtungssystem ist im US-Patent 5,897,195 von Choate beschrieben. Das Patent '195 beschreibt eine schräge LED-Beleuchtungseinrichtung mit einem zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Feld aus LEDs. Das Feld aus LEDs erzeugt kollimierte Lichtstrahlen, die auf axial beabstandete, geneigte Oberflächen gerichtet werden, die auf dem Außenumfang eines hohlen, entsprechend geformten, Fresnel-artigen Diffusors vorgesehen sind. Der zugehörige Fresnel-artige Diffusor bricht Ringe aus Lichtstrahlen und richtet sie auf die Oberfläche des Werkstücks in variablen Einfallswinkeln. Das Feld aus LEDs umgibt koaxial den zugehörigen Fresnel-artigen Diffusor. Der zugehörige Fresnelartige Diffusor weist kreisringförmige, prismenförmige Vorsprünge auf, deren Form sich in Abhängigkeit von dem gewünschten Einfallswinkel unterscheidet. Um einen Lichtstrahl mit einem gewünschten Einfallswinkel zu erzeugen, wird ein Lichtstrahl von einer LED zu dem Vorsprung innerhalb des zugehörigen Fresnel-artigen Diffusors ausgesandt, der den Lichtstrahl auf das Werkstück in dem gewünschten Einfallswinkel umleitet. Das Beleuchtungssystem des Patents '195 leidet im wesentlichen an den voranstehend diskutierten Einschränkungen des Beleuchtungssystems des Patents '163, wenn Festkörperquellen als lichtemittierende Elemente eingesetzt werden.

Ein weiteres Beispiel für ein Festkörper-Beleuchtungssystem ist im US-Patent 4,706,168 von Weisner beschrieben, das insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. In dem Patent '168 wird Licht von einer Ringquelle zu einer gekrümmten, parabelförmigen Oberfläche auf einem Lichtsammlerring geschickt. Die gekrümmte Parabeloberfläche kollimiert im wesentlichen das Licht, und weitet das Licht radial nach außen zu einer torusförmigen Reflektoroberfläche auf einem umgebenden Ring auf. Der relative Winkel des Lichts von der Lichtquelle zu der Parabeloberfläche und die Position der Parabeloberfläche in Bezug auf die torusförmige Reflektoroberfläche bestimmen den Einfallswinkel eines Lichtkegels, der auf den Bereich des Gegenstands einfällt, um bestimmte Eigenschaften zu beleuchten.

Ein Beispiel für ein Verfahren zum Kombinieren von Licht von mehreren Lichtquellen ist im US-Patent 4,911,532 von Hidaka beschrieben, das insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. Das Patent '532 beschreibt ein Laseroptiksystem mit einer einzigen Kollimatorlinse und einer Vereinigungseinrichtung. Eine Kollimatorlinseneinheit und mehrere Halbleiterlaser, die . Laserstrahlen mit voneinander unterschiedlichen Wellenlängen aussenden, sind an der Basis einer Lichtquelleneinheit angebracht. Die Laserstrahlen werden einander über dichroitische Prismen überlagert, bevor sie auf die Kollimatorlinse auffallen. Um die Laserstrahlen zu überlagern, werden die optischen Achsen und die Durchmesser der Strahlen durch getrennte Feineinstelleinheiten eingestellt.

Ein Beispiel für ein einzelnes dichroitisches Prisma ist im US-Patent 5,880,889 von Neumann et al. beschrieben, das insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. Das Patent '889 beschreibt einen dichroitischen Strahlteiler/Vereiniger mit drei Farben, der dazu einsetzbar ist, unpolarisiertes Licht zu trennen oder zu vereinigen. Der Strahlteiler/Vereiniger trennt einen Lichtstrahl in drei Frequenzbänder entsprechend einer ersten Farbe, einer zweiten Farbe, und einer dritten Farbe. Die Konfiguration der Glashalterungsstruktur ist so gewählt, dass die erste Lichtfarbe in eine erste Richtung geschickt wird, die zweite Lichtfarbe in eine zweite Richtung geschickt wird, und die dritte Lichtfarbe in eine dritte Richtung geschickt wird.

Keines der Patente '163, '195 und '168 beschreibt jedoch ein Beleuchtungssystem zum Projizieren einer variablen Farbe entlang eines einzelnen Strahlweges, wenn mehrere Lichtquellen verwendet werden. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Lichtenergie, die man von relativ kostengünstigen und kompakten Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen erhalten kann, relativ begrenzt ist, im Vergleich zu herkömmlichen Halogenlichtquellen und Lichtleiterkabel-Lichtquellen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass keines der Patente '163, '195 und '168 Vorgehensweisen beschreibt, bei denen mehrere Festkörper- Einrichtungslichtstrahlen in einem Verbund- Lichtemissionselement vereinigt werden, welches eine relativ hohe Weißlicht-Beleuchtungsdichte entlang einem relativ engen Azimuthwinkelbereich in einem Beleuchtungssystem zur Verfügung stellt. Darüber hinaus kann das Überlagern mehrerer Laserstrahlen mit getrennten Einstelleinheiten besonders schwierig sein, wenn der Raum für die Montage der Laserquellen und ihrer Einstelleinheiten stark eingeschränkt ist. Das Überlagern der mehreren Laserstrahlen kann auch schwierig sein, wenn zwei dichroitische Prismen verwendet werden, wie dies in dem Patent '532 beschrieben wird.

Die vorliegende Erfindung stellt Steuersysteme und -verfahren zur Verfügung, welche die diffusen Beleuchtungswirkungen vergrößern, die momentan auf dem Markt angeboten werden.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, welche eine herkömmliche und ebenso eine verbesserte und vielseitigere diffuse Beleuchtung unter Verwendung einer einfacheren, robusteren Einrichtung erzeugen.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, die mehrere Lichtstrahlen aus einer Gruppe von zwei oder mehr Festkörperquellen in einem kompakten Raum ausrichten.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, die mehrere Lichtstrahlen innerhalb einer Verbundquelle vereinigen.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, welche die Beleuchtungsdichte erhöhen, die aus einer bestimmten Richtung in einem Beleuchtungsfeld verfügbar ist, wenn eine Kombination aus Festkörper-Lichtquellen verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, die eine oder mehrere Festkörper- Lichtquellen orientieren, so dass ein Strahl mit ungleichförmiger Lichtenergieverteilung so orientiert wird, dass eine gewünschte Beleuchtungsverteilung in einem Beleuchtungsfeld erzielt wird.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, welche die Hauptachse des Querschnitts eines geformten Lichtstrahls in Bezug auf einen optischen Weg einstellen, um eine gewünschte Beleuchtungsverteilung in einem Beleuchtungsfeld zur Verfügung zu stellen.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, bei welchen die Hauptachse eines Beleuchtungslichtstrahls in einer Ebene liegt, die annähernd normal zu einer optischen Achse eines Systems angeordnet ist, welches Bilder von Gegenständen empfängt, die von dem Lichtstrahl beleuchtet werden.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, welche mehrere Lichtstrahlen aus einer Gruppe von zwei oder mehr Festkörpereinrichtungen entlang einem einzelnen Strahlweg ausrichten.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, die eine Beleuchtung erzeugen, die eine gewünschte Wellenlängenkombination auf einem hohen Niveau räumlicher Adressierbarkeit enthält.

Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen umfassen die Steuersysteme und -verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lichtemissionsquelle, die einen Lichtstrahl aussendet, der zumindest eine Lichtfarbe enthält, eine Linse, welche den Querschnitt des Lichtstrahls vorzugsweise entlang zumindest einer Querschnittsachse formt, und eine reflektierende Oberfläche, welche den Strahl des Lichts entlang einem Einfallswinkel reflektiert. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen umfassen die Steuersysteme und -verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Verbundlichtemissionsquelle, die mehrere lichtemittierende Einrichtungen aufweist, mit einem Prisma, das die Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Einrichtungen entlang einem einzelnen Lichtweg zu der Linse ausrichtet, wobei die mehreren lichtemittierenden Einrichtungen eine grünes Licht emittierende Einrichtung umfassen, eine rotes Licht emittierende Einrichtung, und eine blaues Licht emittierende Einrichtung, wodurch ein aus mehreren Wellenlängen bestehender Lichtstrahl erzeugt wird, der relativ hohe Beleuchtungsdichten erzielen kann.

Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen ist die Linse eine Fresnel-Linse, welche den Querschnitt des Lichtstrahls so formt, dass ein ellipsenförmiger Querschnitt mit einer Hauptachse und einer Nebenachse erzeugt wird, wobei die Hauptachse in einer Ebene liegt, die annähernd normal zu einer optischen Achse eines Systems angeordnet ist, welches Bilder von Gegenständen empfängt, die durch den Lichtstrahl beleuchtet werden. Zusätzlich umfaßt bei anderen beispielhaften Ausführungsformen die reflektierende Oberfläche eine erste reflektierende Oberfläche und eine zweite reflektierende Oberfläche. Der Lichtstrahl wird senkrecht durch die erste reflektierende Oberfläche auf einen bestimmten Abschnitt der zweiten reflektierenden Oberfläche reflektiert. Der bestimmte Abschnitt der zweiten reflektierenden Oberfläche richtet den Lichtstrahl entlang dem Einfallswinkel aus. Die erste reflektierende Oberfläche und die zweite reflektierende Oberfläche sind in Bezug aufeinander bewegbar, um den Einfallswinkel zu erzeugen.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt weiterhin die Systeme und Verfahren zum Beleuchten von Gegenständen für Betrachtungssysteme, wie sie in dem Patent '168 beschrieben sind, und einen dichroitischen Strahlvereiniger für drei Farben ähnlich dem dichroitischen Strahlteiler/Vereiniger, der in dem Patent '889 beschrieben wird.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen geschildert, oder werden hieraus deutlich.
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht eines Betrachtungssystems, das ein Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung enthält;
Fig. 2 eine Seitenschnittansicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines Abschnitts des Beleuchtungssystems von Fig. 1;
Fig. 3 bis 5 die Form des Querschnitts des Lichtstrahls an verschiedenen Punkten entlang dem Strahlweg des Abschnitts des Beleuchtungssystems, der in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 6 eine Seitenschnittansicht eines Abschnitts des Betrachtungssystems von Fig. 1, bei welchem die erste beispielhafte Ausführungsform von Fig. 2 vorgesehen ist;
Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung von Änderungen des Einfallswinkels, die durch unterschiedliche Relativpositionen der Reflektoren in dem System der Fig. 1 bis 6 zur Verfügung gestellt werden;
Fig. 8 eine vereinfachte Aufsicht zur Verdeutlichung der Anordnung von Lichtquellen in dem in Fig. 2 gezeigten Abschnitt des Beleuchtungssystems;
Fig. 9 eine Seitenschnittansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Abschnitts des Beleuchtungssystems von Fig. 1;
Fig. 10 eine Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines kubischen, dichroitischen Strahlteiler/Vereinigers;
Fig. 11 eine Darstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines dichroitischen Strahlteiler/Vereinigers gemäß der Erfindung;
Fig. 12 eine Darstellung einer Ecke des Strahlteiler/Vereinigers von Fig. 11;
Fig. 13 eine Aufsicht auf ein Beleuchtungssystem nach dem Stand der Technik; und
Fig. 14 ein Beispiel für typische Beleuchtungsfeldmuster auf einem Werkstück infolge eines Beleuchtungssystems beim Stand der Technik.
Ein Betrachtungssystem 10 gemäß der Erfindung weist, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Basiskonsole 12 mit einem Tisch 14 auf.
Eine Stufe 16 ist beweglich in der Y-Richtung entlang der Stufe 14, gesteuert durch einen Antrieb 18. Der Antrieb 18 weist einen Motor und eine Antriebsspindel auf. Eine vertikal angebrachte Kamera 30 betrachtet das Werkstück 20 über ein optisches System 32. Die Stufe 16 ist so bewegbar, dass ein Werkstück 20, das untersucht werden soll, und nur schematisch angedeutet ist, an einer vorgegebenen Position in einem Sehfeld der Kamera 30 angeordnet wird.
Die Kamera 30 ist auf einer Z-Achsen-Halterung 34 angebracht, die in Vertikalrichtung durch einen Z-Achsenmotor 36 angetrieben wird, so dass die Kamera 30 auf bestimmte Bereiche und Oberflächen des Werkstücks 30 fokussiert werden kann, die innerhalb des Sehfeldes liegen. Die Kamera 30 und die Z-Achsen-Halterung 34 sind stabil auf einem X-Achsenschlitten 40 montiert, der auf einer stabilen, schwingungsfreien Brücke 42 angebracht ist, welche das Sehfeld oberhalb der Stufe 16 überspannt. Der Schlitten 40 kann eine Translationsbewegung in der Horizontalebene mit einem Antrieb 44 durchführen, der einen Motor und eine Antriebsspindel aufweist. Die Antriebe 18 und 44, und ebenso der Z-Achsenantriebsmotor 36, werden durch Signale von einem Prozessor 50 gesteuert, der typischerweise so programmiert ist, dass das Werkstück 20 in vorgegebenen X- und Y-Achsenpositionen relativ zur Kamera 30 angeordnet wird, und die Kamera 30 auf ein bestimmtes Niveau des Werkstücks 20 fokussiert wird. Ein Beleuchtungssystem 100, das Elemente aufweist, die konzentrisch zur optischen Achse des optischen Systems 32 angeordnet sind, ist zusammen mit der Kamera 30 und dem optischen System 32 auf der Z-Achsen-Halterung 34 angebracht.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen umfaßt, wie in Fig. 2 gezeigt, das Beleuchtungssystem 100 eine Lichtquelle 110, eine erste reflektierende Oberfläche 120, und eine zweite reflektierende Oberfläche 130. Jede Lichtquelle 110 enthält zumindest eine Festkörper- Lichtemissionseinrichtung 115 sowie eine Linse 140.
Jede Festkörper-Lichtemissionseinrichtung 115 kann eine LED sein, eine Laserdiode, oder jede andere bekannte oder später entwickelte Festkörper-Lichtemissionsanordnung. Weiterhin kann jede Festkörper-Lichtemissionseinrichtung 115 Strahlung im ultravioletten, im sichtbaren, und/oder im nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums aussenden. Jede Festkörper-Lichtemissionseinrichtung 115 wird deswegen ausgewählt, da sie Strahlung in den Spektralbereichen aussendet, von welchen für die elektronischen Abbildungselemente, beispielsweise eine ladungsgekoppelte Einrichtung, der elektronischen oder digitalen Kamera 30 bekannt ist, dass sie lichtempfindlich sind.
LEDs werden ebenfalls deswegen als die Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen 115 verwendet, da bei LEDs besser dazu geeignet sind, exakt die Lichtleistung zu regeln, als dies bei Halogenlampen der Fall ist. Dies liegt zumindest teilweise an den kleineren Treiberströmen, die zum Betrieb der LEDs benötigt werden. Darüber hinaus gestattet es die diskrete Natur von LEDs, dass die Wellenlänge des ausgesandten Lichts flexibler ausgewählt werden kann. Wenn sie elektronisch innerhalb des Arbeitsparameterbereiches der LEDs betrieben werden, sind darüber hinaus die Wiederholbarkeit und Verläßlichkeit der Lichtintensität, die von den LEDs abgegeben wird, sehr hoch. Darüber hinaus können einige LEDs Licht im Ultraviolettbereich aussenden, einem Frequenzbereich, der die Auflösungsleistung von Abbildungsoptiken verbessert. Auch Laserdioden können als die Festkörper-Lichtemissionseinrichtungen 115 eingesetzt werden.
Jede der Lichtquellen 110 kann eine oder mehrere Überwachungseinrichtungen für die optische Leistung aufweisen, die in dieser Lichtquelle 110 vorgesehen sind. Falls sie eingesetzt wird, ist die Überwachungseinrichtung für die optische Leistung bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen eine Silizium-Photodiode, deren spektrale Empfindlichkeit an die spektrale Emission der Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen 115 innerhalb der Lichtquelle 110 angepaßt ist. Diese Überwachungseinrichtungen für die optische Leistung werden nicht durch Material oder Konstruktion eingeschränkt. Es kann jede bekannte oder später entwickelte Einrichtung verwendet werden, welche die optische Ausgangsleistung der Festkörper-Lichtemissionseinrichtungen 115 innerhalb der Lichtquelle 110 messen kann. Bei einer Anordnung, bei welcher jede Lichtquelle 110 zwischen verschiedenen unter mehreren Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen 115 umschalten kann, welche Licht mit unterschiedlicher Beleuchtungsfarbe aussenden, kann die Lichtquelle 110 eine spezielle Überwachungseinrichtung für die optische Leistung oder Lichtleistung für jede Lichtemissionseinrichtung 115 aufweisen. Einige im Handel erhältliche Festkörper-Lichtemissionseinrichtungen weisen einen eingebauten Detektor auf, der ein Signal ausgibt, das die Lichtleistung angibt, die von der Einrichtung abgegeben wird. Daher kann die Überwachungseinrichtung für die Lichtleistung für jede Lichtemissionseinrichtung 115 in die Einrichtung eingebaut sein, oder kann ein von der Lichtquellenanordnung getrenntes Teil sein.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein Lichtstrahl 117 von der Lichtemissionseinrichtung 115 ausgesandt. Wie schematisch in Fig. 3 angedeutet ist, hat der Erfinder erkannt, dass der Querschnitt des Lichtstrahls 117, der von verschiedenen beispielhaften Festkörper-Lichtemissionseinrichtungen 115 ausgesandt wird, einen oder mehrere Emissionsbereiche 114 enthält, welche den Hauptanteil der Lichtenergie des Strahls zur Verfügung stellen, sowie einen oder mehrere Bereiche 113, die nicht zur Emission beitragen, und keine oder nur eine geringen Lichtenergie enthalten. Die Nicht-Emissionsbereiche 113 können beispielsweise durch Drahtverbindungskontaktflächen auf der Lichtemissionseinrichtung 115 hervorgerufen werden.
Der Erfinder hat festgestellt, dass zur Erzielung der besten Beleuchtungsdichte und Beleuchtungsverteilung in einem Beleuchtungsfeld auf einem Werkstück eine wünschenswerte Orientierung für den einen oder die mehreren Emissionsbereiche 114 innerhalb des Lichtstrahls 117 vorhanden ist. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung wird die gewünschte Orientierung für den einen oder die mehreren Emissionsbereiche 114 dadurch erzielt, dass die Lichtemissionseinrichtung 115 in einer gewünschten Orientierung angeordnet wird, unter Beachtung der Auswirkungen optischer Elemente in dem optischen Weg des Beleuchtungssystems zwischen der Lichtemissionseinrichtung 115 und dem Werkstück 20.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen des Beleuchtungssystems 110 wird die bevorzugte Orientierung der Lichtemissionseinrichtung 115 dadurch bestimmt, dass verschiedene Orientierungen untersucht werden, und die Beleuchtungsdichte und die Beleuchtungsverteilung in einem Beleuchtungsfeld auf einem Werkstück beobachtet werden, unter Verwendung geeigneter Meßinstrumente, oder die Bilddaten untersucht werden, die von dem Betrachtungssystem 10 zur Verfügung gestellt werden. So wird beispielsweise jene Orientierung, welche die höchste mittlere Beleuchtungsdichte oder eine adäquate und gesteuerte Beleuchtungsdichte in dem Sehfeld ergibt, bestimmt und ausgewählt. Es können auch andere Kriterien angewendet werden, beispielsweise jene Orientierung, welche die gleichmäßigste Beleuchtungsdichte in dem Sehfeld oder dem gesamten Beleuchtungsfeld ergibt. Ein vollständiger Bereich von Orientierungen kann dadurch getestet werden, dass die Lichtemissionseinrichtung in verschiedenen Orientierungen angebracht wird, welche einen Bereich von 360 Grad der Drehung in Bezug auf die Lichtquelle 110 abdecken.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen ein Beispiel für die Orientierung des beispielhaften Emissionsbereiches 114 in dem Lichtstrahl 117 für die Konfiguration der optischen Elemente in dem optischen Weg des Beleuchtungssystems für das beispielhafte Beleuchtungssystem 100. Die beispielhafte Orientierung des beispielhaften Emissionsbereiches 114 bestimmt ebenfalls die bevorzugte mechanische Orientierung der beispielhaften Lichtemissionseinrichtung 115.
Wie ebenfalls aus Fig. 2 hervorgeht, geht der Lichtstrahl 117 durch die Linse 140 hindurch, so dass ein erster modifizierter Lichtstrahl 142 erzeugt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist der ausgesandte Lichtstrahl 117 bei verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen annähernd dieselben Abmessungen auf wie die Linse 140. Es wird darauf hingewiesen, dass ein ausgesandter Lichtstrahl 142 mit höherer Dichte, jedoch einer kleinere Querschnittsfläche, erzeugt würde, wenn der Lichtstrahl 117 kleiner wäre als die Linse 140. Wenn im Gegensatz hierzu der Lichtstrahl 117 größer wäre als die Linse 140, so würde der ausgesandte Lichtstrahl 117 verschwendet, der nicht in die Linse 140 paßt. Wenn daher der ausgesandte Lichtstrahl 117 annähernd dieselbe Größe aufweist wie die Linse 140, also die Linse 140 annähernd ausfüllt, kann eine Lichtemissionseinrichtung 115 mit niedrigerer Intensität eingesetzt werden, ohne Energie zu verschwenden, die von der Lichtemissionseinrichtung 115 erzeugt wird.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist die Linse 140 eine Fresnel-Linse oder eine Zylinderlinse, die entsprechend den gewünschten Eigenschaften ausgewählt wird, die bei dem ersten modifizierten Lichtstrahl 142 erhalten werden sollen. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, und insbesondere bei der Konfiguration optischer Bauteile in dem optischen Weg des Beleuchtungssystems für das beispielhafte Beleuchtungssystem 100, weist die Fresnel-Linse oder Zylinderlinse 140 eine solche Form oder Orientierung auf, dass der Querschnitt des ausgesandten Lichtstrahls 117 zu einem annähernd elliptischen, ersten, abgeänderten Lichtstrahl 142 geformt wird. Der Querschnitt des Lichtstrahls 117 wird durch die Linse 140 in Bezug auf eine erste Achse 118 im wesentlichen unverändert gehalten, welche die Hauptachse des elliptischen, ersten, abgeänderten Lichtstrahls 142 ist. Der Lichtstrahl 117 wird durch die Linse 140 fokussiert, so dass er entlang der zweiten Achse 119 des ausgesandten Lichtstrahls 117 gesammelt wird, die senkrecht zur ersten Achse 118 verläuft. Diese zweite Achse 119 ist die Nebenachse des elliptischen, ersten, modifizierten Lichtstrahls 142. Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn der Lichtstrahl entlang der Nebenachse 119 des elliptischen, ersten, modifizierten Lichtstrahls 142 gesammelt wird, der Querschnitt des Lichtstrahls 142 sich zur Hauptachse 118 hin zusammenzieht.
Der elliptische, erste, modifizierte Lichtstrahl 142 wird dann durch die erste reflektierende Oberfläche 120 reflektiert, so dass ein zweiter, modifizierter Lichtstrahl 122 erzeugt wird. Da die reflektierende Oberfläche 120 in dem Weg der Lichtquelle 110 liegt, lenkt die reflektierende Oberfläche 120 das Licht radial nach außen in Bezug auf die reflektierende Oberfläche 120 ab, um den zweiten modifizierten Lichtstrahl 122 auszubilden. Daher wird der zweite modifizierte Lichtstrahl 122 hauptsächlich senkrecht zur optischen Achse der Kamera 30 projiziert. Daher wirkt die reflektierende Oberfläche als Lichtwegablenker, der die Richtung des modifizierten Lichtstrahls ändert. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, zieht sich die Abmessung des Querschnitts des zweiten modifizierten Lichtstrahls 122 entlang der Nebenachse 119 weiter zur Hauptachse 118 zusammen, wenn er zu einer zweiten reflektierenden Oberfläche 130 projiziert wird, die radial außerhalb der ersten reflektierenden Oberfläche 120 liegt.
Der nach außen gerichtete, zweite modifizierte Lichtstrahl 122 wird dann von der zweiten reflektierenden Oberfläche 130 reflektiert, so dass ein dritter modifizierter Lichtstrahl 132 ausgebildet wird, wie dies in den Fig. 2 und 6 gezeigt ist. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen sind die erste reflektierende Oberfläche 120 und die zweite reflektierende Oberfläche 130 Oberflächenabschnitte oder Facetten auf jeweiligen Kreisringen, die in einer Horizontalebene in den Fig. 2 und 6 liegen. Die zweite reflektierende Oberfläche 130 ist in Bezug auf die erste reflektierende Oberfläche 120 entlang der Z-Richtung beweglich.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht hat sich, wenn der zweite modifizierte Lichtstrahl 122 auf die zweite reflektierende Oberfläche 130 auftrifft, die Abmessung des Querschnitts des Lichtstrahls 122 entlang der Nebenachse 119 des ellipsenförmigen, zweiten modifizierten Lichtstrahls 122 im wesentlichen auf die Hauptachse 118 zusammengezogen. Gleichzeitig wird die Abmessung des Querschnitts des Lichtstrahls 122 entlang der Hauptachse 118 nicht geändert, wenn die erste reflektierende Oberfläche 120 eine ebene Facette ist. Alternativ ist die Abmessung des Querschnitts des Lichtstrahls 122 entlang der Hauptachse 118 etwas größer, wenn die erste reflektierende Oberfläche 120 ein kreisförmiger Spiegel ist. Bei der Konfiguration optischer Elemente in dem optischen Weg des Beleuchtungssystems bei dem beispielhaften Beleuchtungssystem 100, das in Fig. 2 gezeigt ist, konvergiert infolge der Konvergenz des Lichtstrahls 122 entlang der Nebenachse 119 und des Fokussierungseffekts der zweiten reflektierenden Oberfläche 130 der Lichtstrahl 132 annähernd zu einer Linie, die entlang der Hauptachse 118 verläuft, in der Nähe der zweiten reflektierenden Oberfläche 130, und divergiert dann entlang der Nebenachse 119, um ein Beleuchtungsfeld 150 auszufüllen.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine primäre Überlegung bei der voranstehend beschriebenen, beispielhaften Ausführungsform darin besteht, dass die gesamte Lichtenergie in dem Strahl 117, oder deren Hauptanteil, innerhalb des gewünschten Beleuchtungsfeldes 150 ankommt, und dass wenig oder keine Lichtenergie außerhalb des optischen Weges des Beleuchtungssystems verschwendet wird, oder außerhalb eines erwarteten Sehfelds innerhalb des gewünschten Beleuchtungsfeldes 150. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen können daher die Sammel- und Erweiterungseigenschaften der Lichtstrahlen 142, 122 und 132, entlang der Nebenachse oder der Hauptachse, von der voranstehenden Beschreibung abweichen, während immer noch dafür gesorgt wird, dass die gesamte Lichtenergie im Strahl 117, oder deren Hauptanteil, innerhalb eines gewünschten Beleuchtungsfeldes 150 ankommt, und dass wenig oder keine Lichtenergie außerhalb des optischen Weges des Beleuchtungssystems verschwendet wird, oder außerhalb eines erwarteten Sehfeldes innerhalb des gewünschten Beleuchtungsfeldes 150. Im Gegensatz zu vielen, im Handel erhältlichen Beleuchtungssystemen, welche Lichtenergie in einem Beleuchtungsfeld verschwenden, das erheblich größer als das Sehfeld eines zugehörigen Betrachtungssystems ist, stellt bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen das Beleuchtungssystem mit der Anordnung gemäß Fig. 2 ein Beleuchtungsfeld zur Verfügung, welches kein Beleuchtungsfeld erzeugt, das signifikant größer ist als das Sehfeld. So weist beispielsweise bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen das Beleuchtungsfeld 150 keine Abmessung auf, die größer ist als annähernd das Doppelte der maximalen Abmessung des Sehfeldes eines beispielhaften Betrachtungssystems, das zusammen mit dem Beleuchtungssystem eingesetzt wird.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weist bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen die reflektierende Oberfläche 130 einen parabelförmigen Querschnitt auf. Ein parabelförmiger Querschnitt ist adäquat für viele Beleuchtungssysteme, obwohl darauf hingewiesen wird, dass auch eine Hyperbelkurve eingesetzt werden kann. Die Position, an welcher der zweite modifizierte Lichtstrahl 122 von der ersten reflektierenden Oberfläche 120 auf die gekrümmte, reflektierende Oberfläche 130 auftrifft, bestimmt den Einfallswinkel β des dritten modifizierten Lichtstrahls 132 auf der Stufe 16.
Wie in Fig. 7 gezeigt werden, um den Einfallswinkel zu ändern, die beiden reflektierenden Oberflächen 120 und 130 zusammen entlang der z-Achse in einem solchen Ausmaß bewegt, wie dies für das Beleuchtungssystem erforderlich ist, um das Beleuchtungsfeld 150 zu beleuchten, aber werden relativ zueinander entlang der z-Achse in einem Ausmaß bewegt, das dazu erforderlich ist, den gewünschten Einfallswinkel zu erzielen. Daher trifft der Lichtstrahl 122 von der ersten reflektierenden Oberfläche 120 auf einen unterschiedlichen Bereich der reflektierenden Oberfläche 130 auf, um den Einfallswinkel zu ändern, und den gewünschten Ort des Beleuchtungsfeldes beizubehalten.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind die reflektierenden Oberflächen 120 und 130 relativ zueinander und zu der Stufe 16 entlang der Z-Achse bewegbar. Damit der dritte, abgeänderte Lichtstrahl 132 an demselben Ort bleiben kann, der mit dem Sehfeld des Betrachtungssystems auf der Stufe 16 oder dem Werkstück 20 zusammentrifft, wenn sich der Einfallswinkel β ändert, wird darauf hingewiesen, dass mit wachsender Entfernung d zwischen der reflektierenden Oberfläche 120 und der Stufe 16 auch die Entfernung h zwischen dem Boden der reflektierenden Oberfläche 130 und der Hauptachse 118 des zweiten abgeänderten Lichtstrahls 122 zunimmt. Im Gegensatz hierzu nimmt mit abnehmender Entfernung d zwischen der reflektierenden Oberfläche 120 und der Stufe 16 die Entfernung h zwischen dem Boden der reflektierenden Oberfläche 130 und dem Lichtstrahl 132 ab.
Wie in den Fig. 6 und 8 gezeigt ist, werden mehrere Lichtquellen 110 dazu verwendet, das Werkstück 20 mit einem Beleuchtungsmuster zu umgeben. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen wird ein Halterungssystem 102 des Beleuchtungssystems 100 um die Kamera 30 herum angeordnet, um die mehreren Lichtquellen 110 zu haltern. Die mehreren Lichtquellen 110 umgeben die optische Achse 104 und sind außerhalb des optischen Weges der Kamera 30 angeordnet.
Um ein Beleuchtungsmuster um das Werkstück 20 herum zu erzeugen, ist jede Lichtquelle 110 durch ein vorbestimmtes Azimuthwinkelinkrement α von einer benachbarten Lichtquelle 110 getrennt. Wenn ein Lichtstrahl 117 von einer einzelnen unter den Lichtquellen 110 ausgesandt wird, so wird der sich ergebende, dritte modifizierte Lichtstrahl 132 entlang einem Azimuthwinkel α_n ausgesandt. Das Azimuthwinkelinkrement α wird im allgemeinen, jedoch nicht unbedingt, so bestimmt, dass bei vorgegebenen körperlichen Abmessungen der Lichtquelle 110 die maximale Anzahl an Lichtquellen 110 in einer radialen Entfernung S von der optischen Achse 104 angeordnet werden kann. Darüber hinaus hängt die Anzahl an Lichtquellen 110 auch von der gewünschten Lichtintensität ab, die durch das Ausmaß der Überlappung oder das Ausmaß an Raum zwischen den dritten modifizierten Lichtstrahlen 132 erzeugt wird.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist die Hauptachse 118 des Querschnitts des zweiten abgeänderten Lichtstrahls 122 in einer "horizontalen" Ebene angeordnet, also in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 104. Wenn die Hauptachse 118 des zweiten, modifizierten Lichtstrahls 122 in einer horizontalen Ebene angeordnet ist, also der Ebene der kreisringförmigen, reflektierenden Oberfläche 130, wird der Lichtstrahl stärker in einer bestimmten Entfernung h von dem Boden der reflektierenden Oberfläche 130 konzentriert, und führt daher die Krümmung der reflektierenden Oberfläche 130 zu weniger Verzerrungen in dem dritten modifizierten Lichtstrahl 132, und zu wünschenswerteren Beleuchtungsergebnissen. Weiterhin wird, wenn die Hauptachse des Querschnitts des dritten modifizierten Lichtstrahls 132 in einer Horizontalebene angeordnet ist, eine wünschenswerte, annähernd kreisförmige Form des Beleuchtungsfeldes 150 für die meisten beleuchteten Oberflächen erzielt, wie dies nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 14 erläutert wird.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, senden herkömmliche Beleuchtungssysteme einen Strahl mit annähernd kreisförmigem Querschnitt von jedem Lichtemissionselement aus. Die Strahlen können auch kollimiert oder fokussiert sein. Wenn jedoch ein Lichtstrahl in einem Einfallswinkel β₁ ausgesandt wird, der nicht normal zu der beleuchteten Werkstückoberfläche angeordnet ist, wird ein annähernd ovalförmiges oder elliptisches Muster für ein erstes Beleuchtungsfeld 512 auf einem ebenen Werkstück 506 erzeugt. Das erste Beleuchtungsfeld 512 weist Ränder in einer vorgegebenen Entfernung x₁ und y₁ gegenüber dem Zentrum des Beleuchtungsfeldes 512 auf, wobei x₁ größer ist als y₁. Darüber hinaus ist, wenn der Einfallswinkel zunimmt, wie durch β₂ angedeutet, wenn der Strahl eine Ebene schneidet, die entlang der optischen Achse 508 angeordnet ist, die Entfernung y₁ eines zweiten Beleuchtungsfeldes 514 annähernd gleich dem Wert y₁ des ersten Beleuchtungsfeldes 512. Die Entfernung x₂ des zweiten Beleuchtungsfeldes 514 ist jedoch größer als x₁.
Da das Sehfeld entlang der Achse 508 eines optischen Systems im allgemeinen ein Kreis ist, der um die optische Achse herum zentriert ist, sind derartige elliptische Beleuchtungsfelder nicht wünschenswert, wenn versucht wird, die maximale Beleuchtungsdichte für eine vorgegebene Art eines lichtemittierenden Elements zu erzielen. Wenn beispielsweise die Entfernung y₁ so eingestellt wird, dass sie annähernd am Rand eines kreisförmigen Sehfeldes liegt, erstreckt sich die Entfernung x₁ über den Rand des Sehfeldes hinaus. Dies führt dazu, dass ein signifikantes Ausmaß der verfügbaren Beleuchtungsenergie außerhalb des Sehfeldes verschwendet wird. Im Gegensatz hierzu ist bei dem Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Hauptachse 118 des Querschnitts des dritten abgeänderten Lichtstrahls 132 in einer Horizontalebene orientiert, gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Dies führt dazu, dass die voranstehend geschilderte Verlängerung des Beleuchtungsfeldes in der x-Richtung, infolge des Einfallswinkels auf einen Werkstückoberfläche, die Nebenachse 119 in dem Beleuchtungsfeld verlängert, wenn der Strahl eine annähernd horizontale beleuchtete Oberfläche schneidet. Daher wird eine wünschenswerte, annähernd kreisförmige Form des Beleuchtungsfeldes 150 erzielt.
Es wird darauf hingewiesen, dass es für die Abmessungen des Beleuchtungsfeldes 150 bekannt ist, dass sie die Abmessungen des Sehfeldes des Betrachtungssystems überschreiten. Selbst in einem solchen Fall führt die Formgebung für den Lichtstrahl und die Orientierung der Hauptachse 118 und der Nebenachse 119 des Lichtstrahls, wie dies hier beschrieben wurde, immer noch zu einer gleichförmigeren Beleuchtungsdichte, und zu einer relativ höheren mittleren Beleuchtungsdichte in einer Beleuchtungszone, welche das Sehfeld des Betrachtungssystems ausfüllt oder darüber hinausgeht, verglichen mit Lichtstrahlen, die durch die herkömmlichen Beleuchtungssysteme zur Verfügung gestellt werden.
Bei einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Lichtquelle 110 können, wie in Fig. 9 gezeigt, mehrere Lichtemissionseinrichtungen dazu verwendet werden, einen ausgesandten Verbund-Lichtstrahl 117' von der Lichtquelle 110 zu erzeugen, der durch die Linse 140 hindurchgeht, um einen abgeänderten Lichtstrahl 142 zu erzeugen. Durch Erzeugung eines ausgesandten Verbund-Lichtstrahls 117' kann die Lichtenergie des ausgesandten Lichtstrahls 117' weiter vergrößert werden, entsprechend der Anzahl an eingesetzten lichtemittierenden Einrichtungen 115. Zum Zwecke der Erläuterung wird eine Verbund-Lichtquelle 110 beschrieben, die drei lichtemittierende Einrichtungen 160, 170 und 180 aufweist. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die Verbund-Lichtquelle 110 eine größere Anzahl an lichtemittierenden Einrichtungen aufweisen kann, die geeignet mit den erforderlichen Strahlvereinigern angeordnet sind. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass eine oder sämtliche der Lichtemissionseinrichtungen 160, 170 und/oder 180 ebenso ausgebildet sein kann wie die Lichtemissionseinrichtung 115 bei der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Weiterhin werden zum Zwecke der Erläuterung die drei Lichtemissionseinrichtungen 160, 170 und 180 so beschrieben, dass sie einen roten, grünen bzw. blauen Lichtstrahl 117 aussenden, zur Erzeugung eines weißen Verbund-Lichtstrahls 117'. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die Lichtemissionseinrichtungen 160, 170 und 180 jede Kombination oder Dichte von Farben aussenden können, um einen unterschiedlich gefärbten Lichtstrahl 117' zu erzeugen.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen sind die ausgesandten Lichtstrahlen 117 entlang einem Strahlweg 190 durch ein Prisma 200 ausgerichtet, das stromabwärts der Lichtemissionseinrichtungen 160, 170 und 180 angeordnet ist, jedoch stromaufwärts der Linse 140. Zum Zwecke der Erläuterung kann jedes der Prismen, die in dem Patent '889 beschrieben wurden, als das Prisma 200 eingesetzt werden. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Erfindung jede momentan erhältlich oder später entwickelte Einrichtung eingesetzt werden kann, die dazu verwendet werden kann, die ausgesandten Lichtstrahlen 117 von Lichtemissionseinrichtungen 160, 170 und 180 zu vereinigen, um einen ausgesandten Verbund-Lichtstrahl 117° entlang dem Strahlweg 190 zu erzeugen.
Bei einem Beispiel für eine Einrichtung, die gemäß den hier beschriebenen Systemen und Verfahren ausgebildet ist, hat der Erfinder eine Kombination aus im Handel erhältlichen, in roten, grünen und blauen emittierenden LEDs, die bei dem Beispiel für den Aufbau gemäß Fig. 9 vorgesehen sind, zusammen mit dem beispielhaften Aufbau für das Beleuchtungssystem, der in Fig. 2 gezeigt ist, in eine der Untersuchungsmaschinen der Serie Quick Vision eingebaut, die von Mitutoyo America Corporation (MAC) erhältlich sind, die ihren Sitz in Aurora, IL. hat. Diese beispielhafte Einrichtung erzielte einen vollständig betriebsfähigen Bereich von Beleuchtungsdichten, wenn annähernd weißes Licht im Sehfeld der Maschine erzeugt wurde.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine derartige Anordnung auch so steuerbar ist, dass sie verschiedene Wellenlängenkombinationen über weißes Licht hinaus erzeugt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Abmessungen der Verbund-Lichtquelle 110 in einer Richtung normal zur Ebene der Figur nicht signifikant größer sein müssen als jene der jeweiligen Lichtemissionseinrichtungen 160, 170 und 180 oder des Prismas 200, die bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ähnliche Abmessungen aufweisen. Daher wird darauf hingewiesen, dass bei verschiedenen Ausführungsformen von Verbundquellen gemäß den Systemen und Verfahren der vorliegenden Erfindung Ausgangsstrahleigenschaften erzielt werden können, die man nicht erzielt, wenn ein Strahl verwendet wird, der von irgendeiner einzelnen Lichtemissionseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin können derartige Verbundquellen auch eng beabstandet zusammen in verschiedenen Beleuchtungssystemen vorgesehen sein, und zwar in einem Abstand, der vergleichbar ist mit jenem, der bei einzelnen Lichtemissionseinrichtungen erzielt werden kann.
Die Fig. 10 bis 12 zeigen zwei beispielhafte Ausführungsformen eines Prismas, das in dem Patent '889 beschrieben wird. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist bei einer beispielhaften Ausführungsform das Prisma 200 ein kubischer, dichroitischer Strahlteiler/Vereiniger in einem Glaswürfel 210. Der Strahlteiler/Vereiniger 200 weist eine dichroitische, blau-reflektierende Oberfläche 212 mit Ecken zwischen einem ersten entgegengesetzten Rand 220 und einem zweiten entgegengesetzten Rand 222 des Würfels 210 auf. Eine dichroitische, rot-reflektierende Oberfläche 218 verläuft senkrecht zu der blau-reflektierenden Oberfläche 212 und überspannt den Raum zwischen einem dritten Rand 214 und einem vierten Rand 216. Sowohl die rot-reflektierende Oberfläche 218 als auch die blau-reflektierende Oberfläche 212 lassen grünes Licht durch.
Ein roter Lichtstrahl 162 von der Lichtemissionseinrichtung 160 wird senkrecht zu einem ersten entgegengesetzten Rand 220 des Würfels 210 zugeführt, und trifft auf die blaureflektierende Oberfläche 212 und die rot-reflektierende Oberfläche 218 in einem Einfallswinkel 226 von 45 Grad auf.
Der rote Lichtstrahl 162 wird in senkrechter Richtung entlang dem Strahlweg 190 umgeleitet. Ein blauer Lichtstrahl 182 von der Lichtemissionseinrichtung 180 wird zugeführt, verläuft senkrecht zu einem zweiten entgegengesetzten Rand 222, und trifft auf die blau-reflektierende Oberfläche 212 und die rot-reflektierende Oberfläche 218 in einem Einfallswinkel 226 von 45 Grad auf. Der blaue Lichtstrahl wird in senkrechter Richtung entlang dem Strahlweg 190 umgeleitet. Ein grüner Lichtstrahl 172 von der Lichtemissionseinrichtung 170 wird zugeführt, und durch die blau-reflektierende Oberfläche 212 und die rot-reflektierende Oberfläche 218 durchgelassen. Die Richtung des grünen Lichtstrahls 172 verläuft ebenfalls entlang der Achse 190. Es wird deutlich, dass der rote, der blaue und der grüne Lichtstrahl zusammen einen ausgesandten Verbund-Lichtstrahl 117' mit weißer Farbe ausbilden.
Fig. 11 ist eine zweite beispielhafte Ausführungsform des Prismas 200, wie es in dem Patent '889 beschrieben wird. Das Prisma 200 ist ein dichroitischer Strahlteiler/Vereiniger 200. Der Strahlteiler/Vereiniger 200 weist eine Glashalterungsstruktur 250 auf, welche vier senkrechte Wände 252 mit gleichen Abmessungen aufweist, die an den Rändern verbunden sind, so dass die Wände 252 ein kubisches Volumen 254 einschließen. Die Glashalterung 250 kann aus Glas, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material von optischer Qualität hergestellt sein.
Der Strahlteiler/Vereiniger 200 weist eine erste, rotreflektierende Oberfläche 256 und eine zweite, rotreflektierende Oberfläche 258 entgegengesetzt und parallel zur ersten rot-reflektierenden Oberfläche 256 auf. Eine erste blau-reflektierende Oberfläche 260 befindet sich neben und senkrecht zur ersten rot-reflektierenden Oberfläche 256. Eine zweite blau-reflektierende Oberfläche 262 ist entgegengesetzt und parallel zur ersten blau-reflektierenden Oberfläche 200 angeordnet. Die Oberflächen 256, 258, 260, 262 sind nach außen weisende Oberflächen, und sind der Luft an einer Seite und der Glashalterungsstruktur 250 an der anderen Seite ausgesetzt.
Die rot-reflektierenden Oberflächen 256 und 258 weisen eine herkömmliche, rot-reflektierende, dichroitische Beschichtung auf. Entsprechend weisen die blau-reflektierenden Oberflächen 260 und 262 eine herkömmliche, blau-reflektierende, dichroitische Beschichtung auf. Die Beschichtungen sind optische Dünnfilmbeschichtungen aus dielektrischen Materialien, die entsprechend jenen Lehren aufgebracht sind, die Fachleuten auf diesem Gebiet wohlbekannt sind.
Zum Zwecke der Erläuterung wird jede Hälfte 194 und 196 des Lichtstrahls 117' beschrieben. Der rote Lichtstrahl 162 wird in eine senkrechte, erste Hälfte 192 entlang dem Strahlweg 190 durch die erste, rot-reflektierende Oberfläche 256 geschickt. Der rote Lichtstrahl 262 wird ebenfalls in eine senkrechte, zweite Hälfte 196 entlang dem Strahlweg 190 durch die zweite reflektierende Oberfläche 258 geschickt. Der blaue Lichtstrahl 182 wird in eine senkrechte, zweite Hälfte 196 entlang dem Strahlweg 190 durch die erste, blaureflektierende Oberfläche 260 geschickt. Der blaue Lichtstrahl 182 wird in die senkrechte, erste Hälfte 194 entlang dem Strahlweg 190 durch die zweite, blaureflektierende Oberfläche 262 geschickt.
Der grüne Lichtstrahl 172 wird zugeführt und durch die dichroitischen Oberflächen 262, 258, 256 und 260 und durch die Halterungsstruktur 250 durchgelassen, was dazu führt, dass sich der grüne Lichtstrahl 172 in derselben Richtung entlang dem Strahlweg 190 ausbreitet. Dies führt dazu, dass der rote, grüne und blaue Lichtstrahl 162, 172 bzw. 182 sich vereinigen, um den ausgesandten Lichtstrahl 117' in weißer Farbe auszubilden.
Fig. 12 ist eine Darstellung einer Ecke eines Strahlteiler/Vereinigers 200 von Fig. 11. Der rote Lichtstrahl 162 wird durch die rot-reflektierende Oberfläche 256 in die senkrechte erste Hälfte 192 reflektiert. Der blaue Lichtstrahl 182 wird durch die blau-reflektierende Oberfläche 262 in die senkrechte erste Hälfte 192 reflektiert. Der rote Lichtstrahl 162, der von der zweiten, rot-reflektierenden Oberfläche (vgl. 258 in Fig. 11) reflektiert wird, geht durch die Oberfläche 262 hindurch.
Strahlteiler/Vereiniger, beispielsweise die Prismen "ColorBiner" die von der China Daheng Corporation, PO Box 9671, Beijing, 100086 PR CHINA erhältlich sind, stellen ebenfalls geeignete, im Handel erhältliche Bauteile gemäß den Systemen und Verfahren der vorliegenden Erfindung dar. Prismen können mit den speziellen körperlichen Abmessungen hergestellt werden, die für eine bestimmte Anwendung benötigt werden.
Der ausgesandte Verbund-Lichtstrahl 117' in weißer Farbe geht dann durch die Linse 140 und den Rest des Beleuchtungssystems 100 hindurch, entsprechend dem ausgesandten Lichtstrahl 117. Die Beschreibung der Lichtstrahlen stromabwärts des Prismas 200 wird daher hier nicht wiederholt.
Wie voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert wurde, projiziert die zweite reflektierende Oberfläche 130 den dritten abgeänderten Lichtstrahl 132 zur Stufe 16. Weiterhin können, wie anhand der Mehrfachemissions-Verbund- Lichtquellen 110 der zweiten beispielhaften Ausführungsform erläutert wurde, mehrere Farben erzeugt werden, wenn mehrere Lichtemissionseinrichtungen verwendet werden. Daher können die Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene, auswählbare und unterschiedliche Lichtfarben entlang jedem einzelnen Azimuthwinkel α_n projizieren, und aus einem engen Azimuthwinkelinkrement α, was die Einschränkungen des herkömmlichen Systems überwindet, wie in Fig. 13 gezeigt, welches mehrere Lichtquellen 504 einsetzen muß, die sich über mehrere Azimuthwinkel α_1-3 erstrecken, um dieselben verschiedenen Lichtfarben zu erzeugen.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Zusammensetzung mit den voranstehend geschilderten, speziellen Ausführungsformen beschrieben, jedoch wird deutlich, dass Fachleuten auf diesem Gebiet zahlreiche Alternativen, Abänderungen und Variationen auffallen werden. So sind beispielsweise die Grundlagen der Strahlformung, die hier beschrieben wurden, die Grundlagen der Orientierung der Nicht-Emissionsbereiche einer Lichtemissionseinrichtung und/oder eines Lichtstrahls, und die Grundlagen für den Aufbau und den Einsatz einer Verbundquelle in einem kompakten Raum, um eine hohe Lichtintensität unter Verwendung von Festkörper- Beleuchtungseinrichtungen zu erzielen, sämtlich entweder getrennt oder in Kombination einsetzbar, um eine verbesserte Beleuchtungsdichte und Gleichförmigkeit der Beleuchtung in einem Beleuchtungsfeld zu erzielen, wobei gleichzeitig ein hohes Ausmaß an räumlicher Adressierbarkeit sowohl für die Beleuchtungsintensität und die Farbe zur Verfügung gestellt wird. Die Grundlagen der Beleuchtung der vorliegenden Erfindung sind im Zusammensetzung mit programmierbaren Beleuchtungssteuersystemen einsetzbar, mit programmierbaren, automatischen Betrachtungssystemen, und automatischen oder von Hand betriebenen Mikroskop-Abbildungs- und Untersuchungssystemen und dergleichen. Weiterhin können die voranstehenden Grundlagen bei irgendeiner der kreisförmigen Beleuchtungssystemkonfigurationen eingesetzt werden, die hier geschildert wurden, oder bei analogen Konfigurationen, die nur teilweise eine optische Achse umgeben, wobei ihre Nützlichkeit nicht auf derartige Konfigurationen beschränkt ist. Daher sind die voranstehend geschilderten Ausführungsformen der Erfindung als erläuternd und nicht als einschränkend zu verstehen. Es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung, welche aufweist:
ein erstes Teil, welches zumindest eine Verbund- Lichtquelle trägt, und
wobei jede Verbund-Lichtquelle mehrere steuerbare Festkörper-Lichtemissionseinrichtungen und ein Strahlvereinigerelement aufweist, und jede der mehreren Lichtemissionseinrichtungen so ausgebildet ist, dass sie einen jeweiligen Eingangslichtstrahl in das Strahlvereinigerelement eingibt, wobei:
jede Verbund-Lichtquelle einen einzelnen Ausgangsstrahl auf der Grundlage der Eingangslichtstrahlen und der Eigenschaften des Strahlvereinigerelements ausgibt;
die Verbund-Lichtquelle dazu einsetzbar ist, zumindest eine Eigenschaft des Ausgangsstrahls zur Verfügung zu stellen, die man nicht unter Verwendung eines Strahls erzielen kann, der von jeder einzelnen unter den mehreren, steuerbaren Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen zur Verfügung gestellt wird;
und
der Ausgangsstrahl einem optischen Weg folgt, so dass die Einrichtung dazu verwendbar ist, das Sehfeld eines Abbildungssystems zu beleuchten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Eigenschaft des einzelnen Ausgangsstrahls zumindest entweder die Maximalintensität oder eine Wellenlängenkombination umfaßt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängenkombination weißes Licht approximiert.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren steuerbaren Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen eine grünes Licht aussendende Einrichtung umfassen, eine rotes Licht aussendende Einrichtung, und eine blaues Licht aussendende Einrichtung.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren, steuerbaren Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen entweder eine lichtemittierende Diode oder einen Diodenlaser umfaßt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlvereinigerelement zumindest ein Prisma aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Prisma einen dichroitischen Strahlteiler/Vereiniger aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil so positionierbar ist, dass es zumindest teilweise eine optische Achse des Abbildungssystems umgibt, und die mehreren Verbund-Lichtquellen auf dem ersten Teil angeordnet sind, so dass die mehreren Verbund- Lichtquellen so positionierbar sind, dass sie zumindest teilweise die optische Achse des Abbildungssystems umgeben.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der mehreren Verbund-Lichtquellen in einem gemeinsamen Radius gegenüber einer Achse angeordnet sind, die so positionierbar ist, dass sie mit der optischen Achse des Abbildungssystems übereinstimmt, und dass zumindest einige der Verbund-Lichtquellen, die auf dem gemeinsamen Radius angeordnet sind, in Umfangsrichtung voneinander in einem Abstand von Zentrum zu Zentrum beabstandet angeordnet sind, der weniger als das Dreifache der Abmessung jeder einzelnen Festkörper- Lichtemissionseinrichtung in Umfangsrichtung beträgt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Verbund-Lichtquellen, die auf einem gemeinsamen Radius angeordnet sind, in Umfangsrichtung voneinander in einem Abstand von Zentrum zu Zentrum angeordnet sind, der weniger als das Zweifache der Abmessungen jeder einzelnen Festkörper- Lichtemissionseinrichtung in Umfangsrichtung beträgt.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin zumindest ein Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems vorgesehen ist, welches zumindest entweder den Querschnitt oder die Richtung des Ausgangsstrahls abändert, um einen abgeänderten Ausgangsstrahl entlang dem optischen Weg zu erzeugen.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems aufweist:
eine erste reflektierende Oberfläche; und
eine zweite reflektierende Oberfläche, wobei der Ausgangsstrahl von der ersten reflektierenden Oberfläche auf die zweite reflektierende Oberfläche reflektiert wird, und die zweite reflektierende Oberfläche einen abgeänderten Ausgangsstrahl aus Licht entlang einem Einfallswinkel reflektiert, der dazu nutzbar ist, das Sehfeld eines Abbildungssystems zu beleuchten.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste reflektierende Oberfläche und die zweite reflektierende Oberfläche Abschnitte jeweiliger erster und zweiter kreisringförmiger Oberflächen umfassen, und die ersten und zweiten, kreisringförmigen Oberflächen relativ zueinander entlang einer gemeinsamen zentralen Achse bewegbar sind, die normal zur Ebene jedes Kreisrings verläuft, um den Einfallswinkel zu steuern.

14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems eine Linse umfaßt, welche einen abgeänderten Ausgangsstrahl mit annähernd ellipsenförmiger Form erzeugt, die eine Hauptachse und eine Nebenachse aufweist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse entweder eine Fresnel-Linse oder eine Zylinderlinse ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse so orientiert ist, dass in jenem Bereich, in welchem der abgeänderte Ausgangsstrahl das Sehfeld des Abbildungssystems beleuchtet, die Hauptachse zumindest annähernd mit einer Ebene ausgerichtet ist, die normal zu einer optischen Achse des Abbildungssystems verläuft.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems weiterhin umfaßt:
eine erste reflektierende Oberfläche; und
eine zweite reflektierende Oberfläche, die einen Abschnitt eines Kreisrings umfaßt; wobei der abgeänderte Ausgangsstrahl von der ersten reflektierenden Oberfläche empfangen wird, und als ein zweiter abgeänderte Ausgangsstrahl auf die zweite reflektierende Oberfläche reflektiert wird, so dass die Hauptachse des zweiten abgeänderten Ausgangsstrahls zumindest annähernd mit einer Ebene ausgerichtet ist, die parallel zur Ebene des Kreisrings verläuft, und die zweite reflektierende Oberfläche einen dritten abgeänderten Ausgangsstrahl entlang einem Einfallswinkel reflektiert, der zur Beleuchtung des Sehfelds eines Abbildungssystems einsetzbar ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die im Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld eines Abbildungssystems beleuchtet, unter Verwendung der zumindest einen Verbund-Lichtquelle, größer ist als die Mitte des Bereichs der mittleren Intensitäten, die entsprechend einem vollständigen Bereich von Orientierungen des Emissionsbereichs beobachtet werden.

19. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die im Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld eines Abbildungssystems beleuchtet, unter Verwendung der zumindest einen Verbund-Lichtquelle, größer ist als die Mitte des Bereichs der mittleren Intensitäten, die entsprechend einem vollständigen Bereich von Orientierungen des Emissionsbereichs beobachtet werden.

20. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die in dem Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld eines Abbildungssystems unter Verwendung der zumindest einen Verbund-Lichtquelle beleuchtet, zumindest 75% der maximalen mittleren Intensität beträgt, die für jede Orientierung des Emissionsbereichs beobachtet wird.

21. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die zumindest eine Verbund-Lichtquelle zur Beleuchtung des Sehfeldes eines Abbildungssystems verwendet wird, ein annähernd kreisförmiges Beleuchtungsfeld das Sehfeld umgibt, wenn eine Ebene beleuchtet wird, die normal zu einer optischen Achse des Abbildungssystems verläuft.

22. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die zumindest eine Verbund-Lichtquelle zur Beleuchtung des Sehfelds eines Abbildungssystems verwendet wird, ein Beleuchtungsfeld, das das Sehfeld umgibt, eine maximale Abmessung aufweist, die nicht größer ist als das Doppelte der maximalen Abmessungen des Sehfeldes, wenn eine Ebene beleuchtet wird, die normal zu einer optischen Achse des Abbildungssystems verläuft.

23. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem ein vergrößerndes Abbildungssystem ist.

24. Beleuchtungseinrichtung, welche aufweist:
ein erstes Teil, das zumindest eine Lichtquelle trägt; und
wobei jede Lichtquelle zumindest eine steuerbare Festkörper-Lichtemissionseinrichtung aufweist, die dazu einsetzbar ist, einen Ausgangsstrahl zur Verfügung zu stellen, der einem optischen Weg folgt, so dass die Einrichtung zur Beleuchtung des Sehfeldes eines Abbildungssystems einsetzbar ist;
wobei ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die in dem Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld des Abbildungssystems unter Verwendung der zumindest einen Lichtquelle beleuchtet, größer ist als die Mitte des Bereichs der mittleren Intensitäten, die entsprechend einem vollständigen Bereich von Orientierungen des Emissionsbereich beobachtet werden.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die in dem Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld des Abbildungssystems unter Verwendung der zumindest einen Lichtquelle beleuchtet, zumindest 75% der maximalen mittleren Intensität beträgt, die für jede Orientierung des Emissionsbereichs beobachtet wird.

26. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems vorgesehen ist, welches zumindest entweder einen Querschnitt oder eine Richtung des Ausgangsstrahls modifiziert, um einen abgeänderten Ausgangsstrahl entlang dem optischen Weg zu erzeugen.

27. Verfahren zur Beleuchtung eines Sehfeldes eines Abbildungssystems, das ein erstes Teil aufweist, das zumindest eine Verbund-Lichtquelle trägt, wobei jede Verbund-Lichtquelle mehrere steuerbare Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen und ein Strahlvereinigerelement aufweist, und jede der mehreren Lichtemissionseinrichtungen so ausgebildet ist, dass sie einen jeweiligen Eingangslichtstrahl in das Strahlvereinigerelement eingibt, wobei das Verfahren umfaßt:
Ausgabe eines einzelnen Ausgangsstrahls von jeder Verbund-Lichtquelle auf der Grundlage der Eingangslichtstrahlen und der Eigenschaften des Strahlvereinigerelements;
Erhalten zumindest einer Eigenschaft in dem einzelnen Ausgangsstrahl, die nicht unter Verwendung eines Strahls erzielbar ist, der von jeder einzelnen unter den mehreren steuerbaren Festkörper- Lichtemissionseinrichtungen zur Verfügung gestellt wird; und
Richten des einzelnen Ausgangsstrahls entlang einem optischen Weg, um das Sehfeld des Abbildungssystems zu beleuchten.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Eigenschaft des einzelnen Ausgangsstrahls zumindest entweder die maximale Intensität oder eine Wellenlängenkombination umfaßt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängenkombination weißes Licht approximiert.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlvereinigerelement zumindest ein Prisma mit einem dichroitischen Strahlteiler/Vereiniger umfaßt.

31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil so positionierbar ist, dass es zumindest teilweise eine optische Achse des Abbildungssystems umgibt, und die mehreren Verbund-Lichtquellen auf dem ersten Teil so angeordnet sind, dass die mehreren Verbund-Lichtquellen so positionierbar sind, dass sie zumindest teilweise die optische Achse des Abbildungssystems umgeben.

32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mit zumindest einem Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems zumindest entweder ein Querschnitt oder eine Richtung des Ausgangsstrahls abgeändert wird, um einen abgeänderten Ausgangsstrahl entlang dem optischen Weg zu erzeugen.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zumindest einen Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems, welches eine erste reflektierende Oberfläche und eine zweite reflektierende Oberfläche aufweist:
der einzelne Ausgangsstrahl durch die erste reflektierende Oberfläche auf die zweite reflektierende Oberfläche reflektiert wird; und
der einzelne Ausgangsstrahl durch die zweite reflektierende Oberfläche reflektiert wird, um einen abgeänderten Ausgangslichtstrahl entlang einem Einfallswinkel zu erzeugen, der zur Beleuchtung des Sehfeldes des Abbildungssystems einsetzbar ist, wobei das zumindest eine Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems eine erste reflektierende Oberfläche und eine zweite reflektierende Oberfläche aufweist, der Ausgangsstrahl durch die erste reflektierende Oberfläche auf die zweite reflektierende Oberfläche reflektiert wird, und die zweite reflektierende Oberfläche einen abgeänderten Ausgangslichtstrahl entlang einem Einfallswinkel reflektiert, der zur Beleuchtung des Sehfeldes eines Abbildungssystems einsetzbar ist.

34. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die in dem Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld eines Abbildungssystems unter Verwendung der zumindest einen Verbund-Lichtquelle beleuchtet, größer ist als die Mitte des Bereichs mittlerer Intensitäten, die entsprechend einem vollständigen Bereich von Orientierungen des Emissionsbereichs beobachtet werden.

35. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung der zumindest einen Verbund-Lichtquelle zur Beleuchtung des Sehfeldes eines Abbildungssystems ein Beleuchtungsfeld, welches das Sehfeld umgibt, eine maximale Abmessung aufweist, die nicht größer ist als das Doppelte der maximalen Abmessung des Sehfeldes, wenn eine Ebene beleuchtet wird, die normal zu einer optischen Achse des Abbildungssystems verläuft.

36. Verfahren zur Beleuchtung eines Sehfelds eines Abbildungssystems, das ein erstes Teil aufweist, das zumindest eine Lichtquelle trägt, wobei jede Lichtquelle zumindest eine steuerbare Festkörper- Lichtemissionseinrichtung aufweist, die dazu einsetzbar ist, einen Ausgangsstrahl zu erzeugen, der einem optischen Weg folgt, so dass die Einrichtung zur Beleuchtung des Sehfeldes eines Abbildungssystems einsetzbar ist, wobei das Verfahren umfaßt:
Ausgabe eines Lichtstrahls, wobei ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die in dem Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld des Abbildungssystems unter Verwendung der zumindest einen Lichtquelle beleuchtet, größer ist als die Mitte des Bereichs mittlerer Intensitäten, die entsprechend einem vollständigen Bereich von Orientierungen des Emissionsbereichs beobachtet werden.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionsbereich des Querschnitts des Ausgangsstrahls so orientiert ist, dass die mittlere Intensität, die in dem Sehfeld beobachtet wird, wenn die Einrichtung das Sehfeld des Abbildungssystems unter Verwendung der zumindest einen Lichtquelle beleuchtet, zumindest 75% der maximalen mittleren Intensität beträgt, die für jede Orientierung des Emissionsbereichs beobachtet wird.

38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mit zumindest einem Element des optischen Weges des Beleuchtungssystems zumindest entweder ein Querschnitt oder eine Richtung des Ausgangsstrahls abgeändert wird, um einen abgeänderten Ausgangsstrahl entlang dem optischen Weg zu erzeugen.