DE19837797A1 - Oberflächenbeleuchter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Oberflächenbeleuchter und spezieller einen verbesserten Beleuchter, der LED-Lichtquellen verwendet, die auf neue Weise angeordnet sind. Spezieller betrifft diese Erfindung einen verbesserten LED-Oberflächenbeleuchter, der neue Diffusorelemente nach Art von Fresnellinsen verwendet, die eine Beleuchtung bei höheren Einfallswinkeln ermöglichen, als es zuvor mit den bekannten Beleuchtungsvorrichtungen des Stan­ des der Technik möglich war.

Bei vielen bekannten Beleuchtern war es üblich, lichtemittie­ rende Dioden (LEDs) zu verwenden, um verschiedene Lichtquellen zum Beleuchten eines Werkstücks zu erzeugen (siehe z. B. US-A-4,893,223 und US-A-5,038,258). Als ein jüngeres Dokument offen­ bart die US-A-5,690,417, die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung gehört, die Verwendung von LEDs in Oberflächenbe­ leuchtern zusammen mit einer zugehörigen Fresnel-Linse, um Licht von den LED-Leuchten in Richtung eines Werkstücks um­ zulenken, das untersucht werden soll. In diesem Patent sind die LEDs in koaxialen und mit radialem Abstand angeordneten Anord­ nungen gruppiert, wobei die lichtemittierenden Enden der LEDs in einer gemeinsamen Ebene liegen und von ihnen emittierte Lichtstrahlen entlang paralleler, beabstandeter Achsen gerich­ tet werden. Eine zugehörige Fresnel-Linse lenkt die Strahlen winklig in Richtung eines Werkstücks um. Eine solche Vorrich­ tung kann eine Beleuchtung mit Einfallswinkeln im Bereich von maximal etwa 45° vorsehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Oberflä­ chenbeleuchter vorzusehen, der für die Beleuchtung LED-Leuchten verwendet und der eine Beleuchtung mit größeren Einfallswinkeln vorsehen kann, als es bisher möglich war.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Oberflächenbe­ leuchter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Mit der Erfindung soll auch ein verbesserter Oberflächenbe­ leuchter vorgesehen werden, der LED-Leuchten und zugehörige, flexible Schaltungsplatten verwendet, die es ermöglichen, die Leuchten wahlweise in zylindrischen oder konischen Anordnungen zu gruppieren.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein LED-Be­ leuchter der beschriebenen Art vorgesehen, der in Kombination mit den LED-Lichtquellen modifizierte oder hybride Fresnel-ar­ tige Diffusoren, oder Streukörper, verwendet, die es er­ möglichen, Lichtstrahlen zu brechen und mit Einfallswinkeln auf ein Werkstück zu lenken, die zwischen 15° und 80° liegen.

Erfindungsgemäß umfaßt ein LED-Beleuchter mit im übrigen übli­ chem Aufbau eine zylindrische oder kegelstumpfförmige Anordnung aus LED-Lichtquellen oder -Leuchten, die kollimierte Licht­ strahlen erzeugen, welche auf Rillen gerichtet werden, die in ähnlich geformten (d. h. zylindrischen oder kegelstumpfförmigen) Fresnel-artigen Diffusoren ausgebildet sind, welche die Licht­ strahlen brechen und mit Einfallswinkeln im Bereich irgendwo zwischen 15° und 80° auf die Oberfläche eines Werkstücks lenken. Die (zylindrische oder kegelstumpfförmige) Anordnung der LEDs umgibt koaxial den zugehörigen Fresnel-Diffusor und ist ihrerseits von einer Schaltungsplatte umgeben, die selektiv Energie zuführt, um LEDs in der Anordnung einzuschalten.

Um Strahlen vorzusehen, die mit verschiedenen Einfallswinkeln auf ein Werkstück gerichtet sind, können an der äußeren Um­ fangsfläche der Fresnel-Diffusoren mehrere axial beabstandete Umfangsrillen ausgebildet sein, die größtenteils ein im wesentlichen dreieckigen Querschnitt haben, wodurch an der Außenfläche des Diffusors kreisförmige, prismenförmige Vor­ sprünge gebildet werden. Wie bei einer üblichen Fresnel-Linse sind die prismenförmigen Vorsprünge nicht identisch, sondern ihre Form differiert abhängig von dem gewünschten Einfalls­ winkel der Lichtstrahlen, die von ihnen auf das zu unter­ suchende Werkstück projiziert werden.

Die Erfindung, ihre weiteren Aufgaben und Vorteile sind im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seiten-Teilansicht eines Oberflächebeleuchters und einer Werkstückhalterung gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung, wobei zu Erläuterungszwecken Teile des Beleuchtergehäuses weggebrochen und geschnitten dargestellt sind;

Fig. 2 eine Unteransicht dieses Beleuchters, wobei ein Teil des Gehäuses weggebrochen ist;

Fig. 3 eine Teil-Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, wobei die Blickrichtung den Pfeilen entspricht, wobei der Fresnel-Diffusor mit weiteren Einzelheiten gezeigt ist, der von der Erfindung ver­ wendet wird, um Lichtstrahlen von den zugehörigen LED-Leuchten auf ein Werkstück zu lenken; und

Fig. 4 eine Teil-Schnittdarstellung, die im wesentlichen ähnlich wie die in Fig. 3 ist, jedoch eine andere Form des Fresnel-Diffusors und der zugehörigen LED-Leuchten zeigt.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bezeichnet 10 allgemein einen Oberflächenbeleuchter mit einem oberen, umgekehrten, im wesentlichen becherförmigen Gehäuse 12, das in seinem oberen, geschlossenen Ende einen mittlere, runde Öffnung 14 aufweist. Die Öffnung 14 fluchtet mit der Eingangs­ linse 15 in der Anordnung eines herkömmlichen optischen Sy­ stems, das in einem Gehäuse 16 untergebracht ist, welches mit einer Klammer 17 und einer Mutter 18 an der Oberseite des Gehäuses 12 befestigt ist. Wie im folgenden noch mit weiteren Einzelheiten beschrieben wird, ist das optische System in dem Gehäuse 16 angeordnet, um das Bild eines Werkstücks W, das auf einer üblichen Halterung S unter dem Beleuchter 10 befestigt ist, zu empfangen und zu beleuchten.

Im unteren Ende des oberen Gehäuses 12 ist mit seinem oberen Ende ein unteres Gehäuse 21 koaxial angebracht. Am Boden des unteren Gehäuses 21 ist koaxial ein übliches optisches Bild­ erzeugungssystem 22 befestigt, das vom Boden des unteren Ge­ häuses vorsteht und eine Abbildungslinse 23 umfaßt, die in der Nähe ihres oberen Endes von einem üblichen Lichtleitfaser-Be­ leuchter 24 umgeben ist. Das von der Linse 23 erzeugte Bild wird von üblichen Mitteln, die keinen Teil dieser Erfindung bilden, zu dem optischen System in dem Gehäuse 16 übertragen. Ein großes, im wesentlichen becherförmiges Metallgehäuse, das auch als Abdeckung bezeichnet 25 ist, ist mit seinem oberen, offenen Ende an der Unterseite des Gehäuses 21 koaxial ange­ bracht und erstreckt sich unter dem Gehäuse 21 nach unten. Die Abdeckung 25 hat an ihrem unteren, geschlossenen Ende 26 eine große runde Öffnung 27, die koaxial zu dem optischen System 22 ist und über und fluchtend zu dem Werkstück W positioniert ist, das auf der Halterung S befestigt ist.

Ein ringförmiges Leuchtengehäuse, das allgemein mit dem Be­ zugszeichen 30 bezeichnet ist, ist an der Unterseite des Ge­ häuses 21 koaxial befestigt und springt von diesem radial au­ ßerhalb der Öffnung 27 in die Abdeckung 25 vor. Bei der ge­ zeigten Ausführungsform weist die ringförmige Wand, die das Gehäuse 30 bildet, 384 radiale Öffnungen auf, die in acht, axial mit Zwischenraum angeordneten Ringen angeordnet sind, so daß es 48 Öffnungen mit gleichem Zwischenraum pro Ring gibt, wobei die axialen Mittellinien aller Öffnungen in jedem Ring sich von der axialen Mittellinie des Gehäuses 30 in radialer Richtung erstrecken und in einer gemeinsamen Ebene liegen, die sich senkrecht zur Mittellinie des Gehäuses 30 erstreckt. In jeder der genannten radialen Öffnung des Gehäuses 30 ist eine herkömmliche lichtemittierende Diode (LED) koaxial befestigt, wobei jede dieser Leuchten oder LEDs in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet ist, weil sie identisch sind. Die LEDs 32 bilden Kollimator-Lichtquellen. Um jedoch die acht Ringe aus den LED-Leuchten, die bei dieser Ausführungsform eingesetzt werden, auseinanderhalten zu können, wurde den acht vertikal mit Zwischenraum angeordneten Leuchten, die in Fig. 3 gezeigt sind, die numerischen Suffixe R1 bis R8 angehängt, um anzuzeigen, daß die Leuchten 32 in dem von dem Werkstück W ent­ ferntesten Ring im Ring R1 liegen, während die Leuchten in dem am nächsten beim Werkstück W liegenden Ring im Ring R8 liegen.

Die Enden der Leuchten 32, die von ihren lichtemittierenden Enden abgewandt sind, stehen aus den äußeren Enden ihrer zu­ gehörigen Vertiefungen in dem Gehäuse 30 geringfügig vor und sind in Verbindung mit der Stirnseite einer ringförmigen, ge­ druckten Schaltungsplatte 34, welche den Außenumfang des Ge­ häuses 30 zwischen dem Boden des Gehäuses 21 und dem Boden 26 der Abdeckung 25 umgibt und an diesem befestigt ist. Jede der lichtemittierenden Dioden 32 hat ein lichtemittierendes Ende, das zur axialen Mittellinie des Gehäuses 21 und der Abdeckung 25 weist und über dem eine Sammellinse befestigt ist, die dazu dient, das gebündelte oder kollimierte Licht von der zugehöri­ gen LED 32 radial zur Mittellinie der Abdeckung 25 und parallel zu den Strahlen, die von den anderen LEDs ausgesendet werden, zu lenken.

Ein als ringförmiger Fresnel-artiger Diffusor ausgebildetes Linsenelement, das allgemein mit dem Bezugszeichen 40 bezeich­ net ist, ist zwischen dem Gehäuse 21 und dem geschlossenen Ende der Abdeckung 25 radial innerhalb des Leuchtengehäuses 30 ange­ bracht und erstreckt sich koaxial zwischen diesen. Das Dif­ fusor- oder Linsenelement 40, das aus Glas oder einem Plast­ material bestehen kann, weist eine axiale Bohrung auf, die koaxial zu der Abdeckung 25 und dem optischen System 22 an­ geordnet ist und in dem Element 40 eine glatte innere Um­ fangsfläche 41 bildet. Andererseits sind in der Außenumfangs­ fläche des Elementes 40 acht, axial beabstandete und in Um­ fangsrichtung verlaufende Rillen ausgebildet, wobei jede Rille von zwei sich schneidenden Oberflächen S1 und S2, gebildet wird, wobei erstere sich von einer Ebene, die sich durch den Schnittpunkt der Oberflächen erstreckt und senkrecht zur Achse des Diffusors 40 ist, nach oben neigt, und letztere neigt sich von dieser Ebene nach unten. In Fig. 3 sind nur die beiden sich schneidenden Flächen S1 und S2 der obersten Rille in dem Diffusor 40 (die von dem Werkstück W entfernte Rille, die unmittelbar neben der Unterseite des Gehäuses 21 liegt) als Schnittflächen S1 bzw. S2 identifiziert; man wird jedoch verstehen, daß die beiden sich schneidenden Oberflächen jeder der weiteren sieben Rillen ebenfalls eine Oberfläche (S1) haben, die gegenüber einer Schnittebene, die sich senkrecht zur Achse des Diffusors 40 erstreckt, nach oben geneigt ist, sowie eine weitere Oberfläche (S2), die gegenüber der zugehörigen Schnittebene nach unten geneigt ist. Wie ebenfalls in Fig. 3 gezeigt, fluchten die lichtemittierenden Enden der LEDs 32 in jedem der acht Ringe mit einer der nach unten geneigten Ober­ flächen S2, die an der äußeren Umfangsfläche des Diffusors 40 ausgebildet sind, und richten kollimiertes Licht auf diese. Mit anderen Worten fluchtet jeder der Ringe R1 bis R8 der Leuchten 32 mit einer der acht nach unten geneigten Oberflächen S2, die am Außenumfang des Diffusors 40 ausgebildet sind.

Der Diffusor 40 arbeitet insoweit ähnlich wie eine herkömmliche Fresnel-Linse zum Brechen des Lichtes, als die getrennten Lichtstrahlen in Richtung eines gemeinsamen Brennpunkts abge­ lenkt werden. Wie deutlicher in Fig. 3 gezeigt, nimmt z. B. der Winkel, mit dem die jeweiligen Oberflächen S2 gegenüber ihrer zugehörigen Schnittebene nach unten geneigt sind, von einem minimalen Wert für die Winkelneigung der obersten Oberfläche S2, die mit dem Ring R1 fluchtet, bis zu einem maximalen Neigungswinkel für die unterste Oberfläche S2 zu - d. h. bis zur Oberfläche S2 unmittelbar neben der Bodenwand 26 der Abdeckung 25, die mit dem Ring R8 fluchtet. Das Resultat ist, daß der Einfallswinkel, mit dem der Lichtstrahl von den LEDs 32 in jeweils einem Ring auf die fluchtende Oberfläche S2 des Dif­ fusors 40 auftrifft, für die Ringe R1 bis R8 unterschiedlich ist. Im Gegenzug unterscheiden sich auch die Winkel, mit denen die Lichtstrahlen jedes Ringes gebrochen werden, von Ring zu Ring, und der Brechungswinkel nimmt von einem maximalen Wert für die Strahlen des Rings R1 bis zu einem minimalen Wert für die des Rings R3 ab, wie durch die gestrichelten Strahlen in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Vorteil der Verwendung einer ringförmigen Anordnung aus LEDs in Kombination mit einem ringförmigen Diffusorelement der Bauart, die in den Fig. 1 bis 3 mit 40 bezeichnet ist, besteht darin, daß es dadurch möglich ist, das Licht mit we­ sentlich höheren Einfallswinkeln auf das Werkstück zu richten, als es vorher mit den bekannten Oberflächenbeleuchtern möglich war. Wie z. B. in Fig. 3 gezeigt, ermöglicht die erste Ausfüh­ rungsform der Erfindung, die eine zylindrische Anordnung aus LEDs 32 in Kombination mit dem zylindrischen Diffusor 40 ver­ wendet, die Projektion von Lichtstrahlen auf das Werkstück mit einem Einfallswinkel, der so niedrig wie ungefähr 40° ist, bis zu einem maximalen Einfallswinkel von ungefähr 80°. Jeder die­ ser Strahlen bildet einen kreisförmigen Strahl, der das Werk­ stück W umgibt, so daß die gesamte Oberfläche des Werkstücks in kreisförmige Anordnungen aus Lichtstrahlen eingehüllt ist, welche mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Oberfläche des Werkstücks auftreffen, wie wiederum beispielhaft durch die gestrichelten Linien (und Pfeile) in Fig. 3 gezeigt ist.

Zum Steuern des Betriebs der LEDs 32 ist es möglich, ausge­ wählte Gruppen der Leuchten 32 in einem gegebenen Ring oder verschiedene Sektoren der Ringe R1 bis R8 selektiv anzuregen. Zum Beispiel könnte jeder der Ringe R1 bis R8 in acht Sektoren mit sechs Leuchten 32 in jedem Sektor aufgeteilt werden. Jeder Sektor könnte dann von einer Schaltkreissteuereinrichtung der Bauart, wie sie z. B. in der oben erwähnten US-A-5,690,417 vom 25. November 1997 offenbart ist, selektiv angeregt werden. Dieses Patent offenbart Schaltmittel und eine Schaltereinrich­ tung zum selektiven Anregen von LEDs der hier offenbarten Art, wobei bestimmte LEDs in dem oben erwähnten Patent in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet sind und wobei gebogene Sektoren einer entsprechenden kreisförmigen Anordnung von der in diesem Patent offenbarten Schaltung selektiv anregbar sind. Soweit es notwendig ist, um den Fachmann in die Lage zu brin­ gen, die selektive Anregung der in dieser Anmeldung offenbarten LEDs zu realisieren, wird der Gegenstand der oben genannten US-A-5,690,417 und insbesondere der Gegenstand, auf den sich die Fig. 5 und 6 dieses Patents beziehen, durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen.

Im folgenden wird Bezug genommen auf die Ausführungsform der Fig. 4, in der dieselben Bezugszeichen sich auf ähnliche Ele­ mente wie die der ersten Ausführungsform beziehen; Bezugszei­ chen 50 bezeichnet allgemein ein modifiziertes ringförmiges Leuchtengehäuse, das anders als das Gehäuse 40 eine Kegel­ stumpfform hat, anstatt zylindrisch zu sein. Wie das Gehäuse 40 ist das Gehäuse 50 an der Unterseite des Gehäuses 21 befestigt und erstreckt sich koaxial von dieser in den Deckel 26, wobei dessen oberes Ende mit radialem Abstand zu dem optischen System 22 angeordnet ist, und sein unteres Ende ist mit radialem Ab­ stand zur Öffnung 27 in der Bodenwand 26 des Gehäuses 25 an­ geordnet. Bei dieser Ausführungsform hat das kegelstumpfförmige Gehäuse 50 jedoch 320 gleiche radiale Öffnungen, die in acht axial beabstandeten Ringen in dem Gehäuse angeordnet sind, wodurch sich 40 äquidistante radiale Öffnungen pro Ring er­ geben. Während die axialen Mittellinien aller Öffnungen in jedem Ring sich radial zu der axialen Mittellinie des Gehäuses 50 erstrecken, liegen die Mittellinien aller radialen Öffnungen in einem zugehörigen Ring, jedoch nicht in einer gemeinsamen Ebene, die sich senkrecht zur Gehäusemittellinie erstreckt, wie bei der ersten Ausführungsform, sondern sie liegen in einer konischen Ebene, die koaxial zur Mittellinie des Gehäuses 50 angeordnet ist und deren Scheitel auf dieser Mittellinie liegt.

Wie bei der ersten Ausführungsform ist eine konventionelle lichtemittierende Diode (LED) 32 koaxial in jeder der radialen Öffnungen in dem Gehäuse 50 befestigt, wobei sich ihr von dem lichtemittierenden Ende entferntes Ende durch das Außenende einer entsprechenden Öffnungen erstreckt und in Verbindung mit einer kegelstumpfförmigen gedruckten Schaltungsplatte 54 ist, die an der Außenfläche des Gehäuses 50 befestigt ist und dieses umgibt, um die Energie zum selektiven Anregen der Leuchten 32 in dem Gehäuse 50 zu liefern. Wie in Fig. 3 für die erste Ausführungsform zeigt Fig. 4 nur acht Leuchten 32, die axial mit Abstand zueinander zwischen den Enden des Gehäuses 50 angeordnet sind, wobei jede der gezeigten Leuchten in einem der acht verschiedenen Ringe angeordnet ist, die mit Suffixen zu den Bezugszeichen 32 als Ringe R1 bis R8 identifiziert sind, wobei der Ring R1 der Leuchtenring ist, der neben dem Boden des Gehäuses 21 liegt, und der Ring R8 ist der Leuchtenring, der unmittelbar neben dem geschlossenen Ende 26 der Abdeckung 25 liegt. Die lichtemittierenden Enden deren Leuchten 32 sind in Richtung der Achse des Gehäuses 50 gerichtet, wobei die Achse jedes kollimierten Strahls sich senkrecht zur Oberfläche der Schaltungsplatte 54 erstreckt und mit einem Winkel zur Ebene der Bodenwand 26 der Abdeckung 25 geneigt ist.

Ein als kegelstumpfförmiger Fresnel-artiger Diffusor ausgebil­ detes Linsenelement, das allgemein mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet ist, ist zwischen dem Gehäuses 21 und dem geschlos­ senen Ende der Abdeckung 25 radial innerhalb des Gehäuses 50 angebracht und erstreckt sich koaxial zwischen diesen. Wie Element 40 besteht auch das Element 60 aus Glas oder einem Plastwerkstoff und hat eine glatte Bohrungsinnenwand 61, die kegelstumpfförmig ist und sich parallel zu einer konischen Ebene erstreckt, die das konische Leuchtengehäuse 50 enthält. In der äußeren Umfangsfläche des Diffusorelements 60 sind mehrere ringförmige Vertiefungen eingeformt (bei der gezeigten Ausführungsform fünf), von denen jede mit einem der Ringe R1 bis R5 aus Leuchten 32 in dem Gehäuse 50 fluchtet. Wie bei der ersten Ausführungsform wird jede der fünf Vertiefungen von zwei sich schneidenden Flächen S1 und S2 gebildet. In Fig. 4 sind zwei solche Oberflächen der Rille, die mit dem Ring R2 fluch­ tet, als S1 bzw. S2 bezeichnet; man wird jedoch verstehen, daß jeder der verbleibenden Ringe R1, R3, R4 und R5 ebenfalls schneidende Oberflächen S1 und S2 hat.

Wie bei der ersten Ausführungsform richten die Strahlen von jeder der Leuchten 32 in den Ringen R1 bis R5 die Beleuchtung auf eine fluchtende Oberfläche S2 des Elementes 60. Ebenfalls wie bei der ersten Ausführungsform nimmt der nach unten ge­ richtete Neigungswinkel der Oberflächen S2 von einem Minimum bei der Oberfläche S1, die mit dem Ring R1 fluchtet, bis zu einem Maximum bei der Oberfläche S2 zu, die Teil der Rille bildet, die mit dem Ring R5 fluchtet. Was den Rest des ersten Elementes betrifft, d. h. den Teil seiner äußeren Umfangsfläche, der mit den Ringen R6, R7 und R8 fluchtet, so sind hier keine Rillen ausgebildet, sondern die Außenfläche des Elementes 60 weist drei annähernd ringförmige Oberflächen S6, S7 und S8 auf, die jeweils mit den Ringen R6, R7 und R8 fluchten. In Bezug auf eine imaginäre Ebene, die sich senkrecht zur Achse des Elemen­ tes 60 erstreckt, hat jede der Oberflächen S6, S7 und S8 einen nach unten gerichteten Neigungswinkel in dieser Ebene, dessen Größe bis zur Oberfläche S8, die sich fast senkrecht zur Oberfläche der Bodenwand 26 der Abdeckung erstreckt, zunimmt.

Als eine Folge dieser Bauweise, und wie man deutlicher in Fig. 4 sieht, werden die von den Leuchten 32 im Ring R8 erzeugten Lichtstrahlen kaum gebrochen und der dadurch erzeugte Lichtring trifft auf die Oberfläche des Werkstücks W mit einem Einfalls­ winkel von ungefähr 80° auf. Die Lichtstrahlen von den Leuchten 32 in dem Ring R1, die auf die oberste Oberfläche S2 in Fig. 4 auftreffen, werden andererseits mit einem Einfallswinkel von ungefähr 15° zur Oberfläche des Werkstücks W nach unten gebrochen; und dieser Winkel nimmt für jeden darauffolgenden Lichtring zu, der von den Leuchten in den Ringen R2 bis R8 erzeugt wird.

Aus der obigen Beschreibung wird klar, daß die vorliegenden Er­ findung ein sehr einfaches und kostengünstiges Mittel schafft, um mit einem Beleuchter der beschriebenen Art eine Vielzahl Lichtstrahlen mit einem sehr breiten Bereich der Einfallswinkel der jeweiligen Lichtstrahlen zu erzeugen. Während die meisten heutigen Beleuchtungseinrichtungen der beschriebenen Art Licht­ strahlen auf ein Werkstück mit einem Einfallswinkel oberhalb von 45° richten können, erhöht die vorliegende Erfindung diesen Bereich auf eine Spanne von 80° bis hinunter zu 15° erheblich. Mit einem so breiten Bereich ist es möglich, die komplizierte­ sten Arbeitsoberflächen zufriedenstellend zu beleuchten, ent­ weder indem alle LEDs eines entsprechenden Leuchtenhalters 30 oder 50 aktiviert werden oder indem manche LEDs selektiv ange­ regt werden, um ausgewählte Teile eines Werkstücks zu beleuch­ ten. In diesem Zusammenhang wird der Fachmann leicht verstehen, daß die Anzahl der Ringe und/oder die Anzahl der Leuchten jeweils in einem Ring oder Halter geändert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, obwohl bei den Ausfüh­ rungsformen die Anzahl der LED-Ringe in einem entsprechenden Leuchtenhalter und die Anzahl der LEDs in jeweils einem Ring auf bestimmte Werte begrenzt wurden. Der Durchschnittsfachmann wird auch verstehen, daß diese Erfindung weitere Modifikationen erfahren kann und diese Anmeldung alle Modifikationen umfassen soll, die in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen.

Claims (13)

1. Oberflächenbeleuchter mit einem ersten Gehäuse (25), in dem sich eine axiale Bohrung befindet, in welcher ein optisches System (22) angrenzend an ein Ende des Gehäuses vorgesehen ist, um ein Bild der beleuchteten Oberfläche eines Werkstücks (W) zu erzeugen, das in einer vorgegebe­ nen Position außerhalb und fluchtend mit einer Öffnung (27) angeordnet ist, die an dem gegenüberliegenden Ende des ersten Gehäuses ausgebildet ist, mit folgenden weite­ ren Merkmalen zur Beleuchtung der Oberfläche des Werkstücks:
einem zweiten Gehäuse (30, 50), das in dem ersten Gehäuse (25) angebracht ist und eine axiale Bohrung aufweist, die koaxial zur axialen Mittelebene der Bohrung in dem ersten Gehäuse angeordnet ist;
mehreren Kollimator-Lichtquellen (32), von denen jede ein lichtemittierendes Ende hat;
wobei die Lichtquellen (32) in dem zweiten Gehäuse (30, 50) mit Abstand zueinander angebracht sind und wobei ihre lichtemittierenden Enden zu der Bohrung in dem zweiten Gehäuse weisen und in axialer Richtung mit Abstand sowie kreisförmig, koaxial zur axialen Mittellinie angeordnet sind, wobei jede der Lichtquellen selektiv einschaltbar ist, um einen kollimierten Lichtstrahl zu erzeugen, dessen Achse die axiale Mittellinie mit einem vorgegebenen Winkel schneidet,
wobei ein im wesentlichen ringförmiges Linsenelement (40, 60), das in der Bohrung in dem zweiten Gehäuse (30, 50) koaxial zu dieser angebracht ist und eine äußere Umfangs­ fläche (S) aufweist, die den lichtemittierenden Enden der Lichtquelle (32) gegenüberliegt, sowie eine innere Um­ fangsfläche, die koaxial zu der Öffnung (27) in dem ersten Gehäuse angeordnet ist,
wobei auf der äußeren Umfangsfläche (S) des Elementes mehrere axial mit Zwischenraum am Umfang angeordnete Lichtbrechungsflächen (S1, S2) koaxial zur Mittellinie ausgebildet sind, von denen jede mit einer anderen kreis­ förmigen Anordnung der lichtemittierenden Enden der Lichtquellen (32) fluchtet, um Lichtstrahlen von der fluchtenden Anordnung in Richtung der Öffnung (27) in dem ersten Gehäuse und auf die Oberfläche des fluchtenden Werkstücks (W) umzulenken, und
wobei jede der Lichtbrechungsflächen Oberflächen jeweils mit einem anderen Winkel in bezug auf die Mittellinie geneigt ist, wobei die Lichtbrechungsflächen Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Oberfläche des Werkstücks (W) lenken.

2. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 1, bei dem die Lichtbrechungsflächen (S1, S2, S6-S8) Lichtstrahlen auf die Werkstücksoberfläche mit Einfallswinkeln im Bereich von ungefähr 15° bis 80° lenken.

3. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Achse des kollimierten Lichtstrahls von den jeweiligen Lichtquellen (32) die Mittellinie mit 90° schneidet.

4. Oberflächenbeleuchter nach einem der vorangehenden An­ sprüche, bei dem die axiale Bohrung in dem zweiten Gehäuse (30) zylindrisch ist und von einer ringförmigen Wand des zweiten Gehäuses eingegrenzt wird und die Lichtquellen (32) in radialen Öffnungen in der ringförmigen Wand ange­ bracht sind.

5. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 4, mit einer Schaltungsplatte (34), die das zweite Gehäuse (30) umgibt,
wobei jede der Lichtquellen (32) eine lichtemittierende Diode aufweist, die in einer der radialen Öffnungen in der ringförmigen Wand angebracht ist und deren von dem lich­ temittierenden Ende abgewandtes Ende elektrisch mit der Schaltungsplatte verbunden und selektiv ansteuerbar ist.

6. Oberflächenbeleuchter nach einem der vorangehenden An­ sprüche, bei dem
das Linsenelement (40) im wesentlichen ringförmig ist und eine glatte innere Umfangsfläche hat, die koaxial zu der Öffnung (27) im Boden des ersten Gehäuses angeordnet ist, wobei in der äußeren Umfangsfläche des Linsenelementes (40) koaxial mehrere axial mit Zwischenraum angeordnete, ringförmige Rillen ausgebildet sind, von denen jede zwei sich schneidende Umfangsflächen (S1, S2) am Außenumfang des Linsenelementes definiert, wobei eine der Um­ fangsflächen jedes schneidenden Flächenpaares eine der Lichtbrechungsflächen definiert.

7. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 6, bei dem die Ein­ fallswinkel der von den Lichtbrechungsflächen auf die Oberfläche des Werkstücks gerichteten Lichtstrahlen im Be­ reich von ungefähr 40° bis 80° liegen.

8. Oberflächenbeleuchter nach einem der vorangehenden An­ sprüche, bei dem das zweite Gehäuse (30) im wesentlichen ringförmig ist und koaxial in einer axialen Bohrung in der Schaltungsplatte (34) angeordnet ist.

9. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 1, bei dem die Achse der kollimierten Lichtstrahlen, die von jeder der Licht­ quellen (32) erzeugt werden, die Mittellinie mit einem Winkel schneidet, der zu einer sich senkrecht zu dieser Mittellinie erstreckenden Ebene geneigt ist.

10. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 9, bei dem die axiale Bohrung in dem zweiten Gehäuse (50) im wesentlichen kegelstumpfförmig und von einer entsprechend geformten Bohrungswand des zweiten Gehäuses eingegrenzt ist, wobei das größere Ende dieser Wand der Öffnung (27) in dem gegenüberliegenden Ende des ersten Gehäuses gegenüber­ liegt.

11. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 10, mit einer Schaltungsplatte (54), die das zweite Gehäuse (50) umgibt, wobei jede der Lichtquellen (32) eine lichtemit­ tierende Diode aufweist, die in einer von mehreren mit Abstand angeordneten Öffnungen angeordnet ist, die in der konisch geformten Bohrungswand des zweiten Gehäuses (50) ausgebildet ist, wobei das dem lichtemittierenden Ende gegenüberliegende Ende mit der Schaltungsplatte (54) elektrisch verbunden und selektiv aktivierbar ist.

12. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Linsenelement (60) im wesentlichen kegelstumpfförmig ist und eine innere und eine äußere konische Umfangsfläche aufweist, die koaxial zu der Öffnung (27) im Boden des er­ sten Gehäuses angeordnet sind.

13. Oberflächenbeleuchter nach Anspruch 12, bei dem in der äußeren konischen Oberfläche des Linsenelementes angren­ zend an ein Ende desselben mehrere axial mit Abstand ange­ ordnete, kreisförmige Rillen ausgebildet sind, die koaxial zu dem Linsenelement angeordnet sind, wobei jede der Rillen eine von mehreren bestimmten Lichtbrechungsflächen (S1, S2) an dem Element bildet und an jeder der Rillen in der Nähe ihres gegenüberliegenden Endes mehrere axial mit Zwischenraum angeordnete Umfangsflächen ausgebildet sind, die zueinander und zur Mittellinie geneigt sind und den Rest der Lichtbrechungsflächen (S6-S8) definieren.