Vorrichtung und Verfahren zur diffusen Ausleuchtung eines linienförmigen Bereichs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur diffusen Ausleuchtung eines linienförmigen Bereichs gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der industriellen Bildverarbeitung werden für viele Anwendungen Flächenkameras verwendet. Bei bewegten Gegenständen, Endlosmaterial sowie rotationssymmetrischen Körpern werden dagegen meist Zeilenkameras eingesetzt. Diese Kameras besitzen lichtempfindliche Elemente (Pixel), die in einer Reihe angeordnet sind; sie werden daher auch als Zeilenkameras bezeichnet. Der Vorteil dieser Kameras liegt darin, dass bewegte Gegenstände ohne nennenswerte Bewegungsunschärfe aufgenommen werden können. Darüber hinaus kann die Mantelfläche rotierender Körper als Abwicklung dargestellt werden. Ebenso können Profilmaterialien beliebiger Länge ohne Unterbrechung aufgenommen werden. Der schwerwiegendste Nachteil ist darin zu sehen, dass diese Kameras mit sehr geringen Belichtungszeiten zu betreiben sind, insbesondere wenn die Bewe- gung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt. Geringe Belichtungszeiten erfordern eine extrem helle Beleuchtung. Oftmals ist die Bewegungsgeschwindigkeit in einer Zeilenkameraanwendung begrenzt durch die Beleuchtungsstärke der Beleuchtung.
Figur 1 zeigt die flächenhafte Anordnung von Pixeln einer bekannten Flächenkamera, während in Figur 2 die zeilenförmige Anordnung der Pixel einer herkömmlichen Zeilenkamera dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 wird im Folgenden eine Flächenkamera mit einer Zeilenkamera verglichen. Beide Kameras
nehmen innerhalb von 20ms eine Fläche auf, die 2000x2000 Pixel entspricht. Im Fall der Flächenkamera steht die zu prüfende Gegenstandsfläche still, im Fall der Zeilenkamera bewegt sie sich innerhalb von 20ms unter der Kamerazeile hindurch. Die Flächenkamera be- sitzt 2000x2000 Pixel, die Belichtungszeit beträgt 20ms. Die Zeilenkamera besitzt 2000x1 Pixel, die Belichtungszeit 20ms/2000 = 10μs. Die Belichtungszeit der Zeilenkamera ist somit um den Faktor 2000 niedriger als die der Flächenkamera. Auch die Flächenkamera kann den Gegenstand in Bewegung aufnehmen, allerdings darf hierzu die Belichtungszeit ebenfalls nicht höher als 10μs sein.
Bei dem oben aufgezeigten Beispiel steht für die Zeilenkamera nur ein Bruchteil von 1/2000 an Licht zur Verfügung. Besonders dramatisch ist dieser Effekt bei einer indirekten, diffusen Beleuchtung der Oberfläche, da hier prinzipbedingt weniger Licht zur Verfügung steht. Genau eine solche diffuse Beleuchtung wird aber benötigt, wenn glänzende Oberflächen beleuchtet und inspiziert werden sollen. Insbesondere metallische Oberflächen erfordern eine indirekte, diffuse Beleuchtung, da sonst Lichtreflexe einer direkten Beleuchtung die Bildaufnahme, beispielsweise im Rahmen einer Oberflächenquali- tätsprüfung des metallischen Gegenstands, extrem stören.
Bekannt sind Beleuchtungen für Zeilenkameras, welche Licht auf einen linienförmigen Bereich konzentrieren, sogenannte Linienbeleuchtungen. Der linienförmige Bereich entspricht dabei im Wesentlichen dem Bereich, der von den zeilenförmig angeordneten Pixeln der Zeilenkamera, also von deren Sensorzeile aufgenommen wird. Als Lichtquelle werden beispielsweise Gasentladungslampen mit Faseroptiken, Halogenbeleuchtungen und vor allem LED- Beleuchtungen verwendet. Zur Abbildung des Lichts auf einen linien-
förmigen Bereich kommen Faseroptiken und/oder spezielle Abbildungsoptiken zum Einsatz, insbesondere astigmatische Abbildungen wie Zylinderlinsen. Allen diesen Beleuchtungen ist gemeinsam, dass sie mit gerichteter Beleuchtung arbeiten. Das Licht wird nur aus einer oder einigen wenigen Raumrichtungen auf das Objekt gelenkt. Insbesondere existieren derzeit keine Linienbeleuchtungen, die das Objekt aus einem breiten Raumwinkelbereich ausleuchten, also diffus ausleuchten, um auch glänzende Gegenstände mit einer Zeilenkamera aufnehmen zu können.
Die Anforderungen an die Beleuchtung scheinen nicht erfüllbar zu sein. Eine hohe Beleuchtungsstärke erfordert eine Bündelung des Lichts. Je stärker allerdings gebündelt wird, umso mehr ist das Licht gerichtet, was wie oben bereits erläutert wurde, besonders nachteilig für die Aufnahme von glänzenden, beispielsweise metallischen Ge- genständen ist. Andererseits erzeugt eine diffuse Beleuchtung aus vielen Raumrichtungen eine breite Streuung des Lichts, sodass geringe Beleuchtungsstärken erreicht werden, was wiederum nachteilig für die Bildaufnahme mit einer Zeilenkamera ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine diffuse Beleuchtung mit gleichzeitig sehr hoher Beleuchtungsstärke eines linienförmigen Bereichs zu schaffen, welche den Anforderungen für Zeilenkameras genügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur diffusen Ausleuchtung eines linienförmigen Bereichs vorgeschlagen, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Lichtquelle nahe des zu beleuchtenden linienförmigen Bereichs positioniert wird, und dass ein Streukörper mit
retroreflektierenden Eigenschaften und/oder einer retroreflektieren- den Beschichtung verwendet wird. Die Position der Lichtquelle gegenüber dem zu beleuchtenden linienförmigen Bereich wird dabei so gewählt, dass das an dem Streukörper retroreflektierte Licht der Lichtquelle auf den zu beleuchtenden linienförmigen Bereich fällt.
Es kommt somit ein Streukörper zum Einsatz, mittels dessen das Objekt aus verschiedenen Raumrichtungen beleuchtet werden kann. Hierdurch wird eine diffuse Ausleuchtung des linienförmigen Bereichs eines zu inspizierenden, bewegten Objekts erzielt. Insbeson- dere kann der Streukörper als Halbkugel, Kugel, Ellipsoid, Zylinder, Ebene, Freiformfläche oder Teilen hiervon ausgeführt sein. Er ist vorzugsweise mit einer an sich bekannten retroreflektierenden Schicht versehen, insbesondere mit einem Lack, einer Folie oder dergleichen. Alternativ kann der Streukörper selbst retroreflektieren- de Eigenschaften aufweisen. Aus dem Stand der Technik bekannte retroreflektierende Materialien weisen die Eigenschaft auf, dass Licht, welches auf das retroreflektierende Material trifft, genau in die Richtung zurückreflektiert wird, aus der es auf das Material trifft und zwar weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des Materials, beziehungsweise von der Richtung, aus der der Lichtstrahl kommt. Diese Eigenschaft eines Materials ist auch als sogenannter Katzenaugeneffekt bekannt. Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die retroreflektierende Schicht großflächig auf dem Streukörper vorgesehen ist, welcher die Lichtquellen vorzugs- weise in einem großen Raumwinkelbereich umschließt und Licht in Richtung des Streukörperinneren, beziehungsweise in Richtung der Lichtquelle zurückreflektiert. Die retroreflektierende Schicht bildet also vorzugsweise eine Hülle um die Lichtquellen, insbesondere dann, wenn der Streukörper als (Halb-)Kugel ausgebildet ist und wirft
das Licht an den Ort seiner Entstehung zurück. Die Form des Streukörpers ermöglicht es, dass Licht aus möglichst vielen Raumrichtungen, bis hin zum gesamten Halbraum oder sogar dem gesamten Raum auf das Objekt trifft. Insbesondere geschieht dies bei einem halbkugelförmigen Streukörper oder einem wesentlichen Teil hiervon. Bei der Halbkugel beträgt der Raumwinkel vom Zentrum aus gesehen 2ττ, also die Hälfte des gesamten möglichen Raumwinkels von 4τr. Die Anwendung von retroreflektierenden Schichten für diffuse Beleuchtungen aus großen Raumwinkeln, beispielsweise einem Raumwinkel in der Größenordnung von π oder sogar bis zu 2π ist Besonderheit des erfinderischen Verfahrens, beziehungsweise der erfinderischen Vorrichtung. Darüber hinaus stellt es eine Besonderheit dar, dass retroreflekierende Schichten zur Erzeugung einer diffusen Beleuchtung verwendet werden. Es werden eine oder mehrere Lichtquellen geeignet positioniert, sodass ihr Licht vom Streukörper an den Ort der Lichtquelle/n zurückreflektiert wird. Hierbei sind verschiedene Anordnungen denkbar.
Besonders bevorzugt wird eine Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eine Lichtquelle die Form einer Linie oder näherungsweise die Form einer Linie aufweist. Auch kann vorgesehen sein, dass mehrere einzelne Lichtquellen, die eine Gruppe bilden können, entlang einer Linie angeordnet sind, die auch verschiedene Beleuchtungsverteilungen auf dem Streukörper erzeugen können. Dadurch kann die Beleuchtungsstärke des zu inspizierenden Objekts noch verstärkt werden
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird außerdem ein Verfahren vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 19 aufweist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass der Streukörper mit Licht von mindestens einer Lichtquelle beleuchtet wird und dass das Licht an dem Streukörper reflektiert und in den Umgebungsbereich der mindestens einen Lichtquelle zurückgestrahlt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipskizze der flächenhaften Anordnung von Pixeln einer bekannten Flächenkamera;
Figur 2 eine Prinzipskizze der zeilenförmigen Anordnung von Pixeln einer herkömmlichen Zeilenkamera;
Figur 3 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6a(1) eine Prinzipskizze einer Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6a(2) eine Prinzipskizze einer Seitenansicht auf die Vorrichtung gemäß Figur 6a(1);
Figuren 6b-d Prinzipskizzen der Vorrichtung gemäß Figur 6a in verschiedenen Betriebszuständen der Vorrichtung;
Figur 7 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung mit Gruppen von Lichtquellen;
Figur 8 eine Prinzipskizze einer weiteren Vorrichtung mit
Gruppen von Lichtquellen, und
Figur 9 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der obere Teil der Figur 3 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Draufsicht, während der untere Teil der Figur 3 die Vorrichtung 1 in Seitenansicht zeigt.
Die Vorrichtung 1 weist eine Lichtquelle S1 auf, die im Innern eines Streukörpers SK angeordnet ist, der retroreflektierende Eigenschaften aufweist und/oder der mit einer retroreflektierenden Beschich- tung versehen ist. Der Streukörper SK ist hier beispielhaft als Halbkugel ausgeführt und weist für die Aufnahme eines zu inspizierenden Objekts mit einer Kamera eine Blendenöffnung B auf. Insbesondere kann die Lichtquelle S1 im Zentrum der Halbkugel oder in der Umgebung hierzu positioniert sein.
Ein Lichtstrahl R1 , der beispielhaft für viele andere Lichtstrahlen steht, wird von der Lichtquelle S1 ausgestrahlt und trifft auf den
Streukörper SK. Durch die retroreflektierenden Eigenschaften des Streukörpers SK und/oder durch dessen retroreflektierende Be-
Schichtung wird ein Strahl RV von dem Streukörper SK zurück an den Ort der Lichtquelle S1 reflektiert.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung 1 sind mehrere Lichtquellen S1 entlang einer Linie L' vorgesehen, worauf in der Beschreibung zu den Figuren 5 und 6a bis 6d noch näher eingegangen wird. Das Licht geht von Orten entlang einer Linie aus und wird demnach auch wieder entlang einer Linie konzentriert, was einer Linienbeleuchtung mit höchster Intensität entspricht. Alternativ kann eine Lichtquelle S1 mit linienartiger Ausdehnung verwendet werden, auch hier wird das Licht wieder entlang der Linie konzentriert. Die linienartige Ausbildung der Lichtquelle S1 wird im Folgenden in der Beschreibung zu Figur 4 näher erläutert.
Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Teile sind mit glei- chen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu Figur 3 verwiesen wird. Der obere Teil der Figur 4 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Draufsicht, während der untere Teil der Figur 4 die Vorrichtung 1 in Seitenansicht zeigt.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Lichtquelle S1 linienförmig ausgebildet ist, die durch das Zentrum des halbkugelförmigen Streukörpers SK mit retroreflektierenden Eigenschaften und/oder mit einer retroreflektierender Beschichtung verläuft. Die Lichtquelle S1 kann alternativ auch in einer Umgebung des Zentrums angeordnet sein.
Ein Lichtstrahl R1 , der beispielhaft für viele andere Lichtstrahlen steht, wird von der Lichtquelle S1 ausgestrahlt und trifft auf den Streukörper SK. Durch die retroreflektierenden Eigenschaften des
Streukörpers SK und/oder dessen retroreflektierende Beschichtung wird der Lichtstrahl RV von dem Streukörper SK an den Ort der Lichtquelle S1 zurückreflektiert.
Bei der bisherigen Betrachtung wurde davon ausgegangen, dass es sich um eine ideale retroreflektierende Schicht, beziehungsweise um einen Streukörper SK mit idealen retroreflektierenden Eigenschaften handelt. Das Licht wird bei einer idealen Retroreflektion exakt an den Ort seiner Entstehung, also an den Ort der Lichtquelle S1 zurückreflektiert. Reale retroreflektierende Schichten aber werfen das Licht in eine nahe Umgebung der Lichtquelle S1 zurück, sodass es also gewisse Abweichungen in der Richtung des reflektierten Lichts, nämlich den sogenannten Streubereich, beziehungsweise Streuwinkel gibt. Um noch eine Ausleuchtung des linienförmigen Bereichs L des zu inspizierenden Objekts zu erreichen, muss die Lichtquelle S1 dem- nach so nah an dem linienförmigen Bereich angeordnet sein, dass er noch in dem Streubereich des reflektierten Lichts angeordnet ist.
Bei einem Streukörper SK mit realen retroreflektierenden Eigenschaften und/oder einer entsprechenden Beschichtung ist die Beleuchtungsstärke am Ort der Lichtquelle S1 also geringer als bei ei- ner idealen retroreflektierenden Beschichtung oder einem idealen retroreflektierenden Material.
Darüber hinaus können verschiedene retroreflekierende Materialien unterschiedliche Streuwinkel und/oder Streubereiche aufweisen. Zunächst scheint diese Eigenschaft nur hinderlich zu sein. Der Streube- reich lässt sich allerdings vorteilhaft einsetzen, wenn die Lichtquelle S1 und das auszuleuchtende Objekt sich nicht an exakt derselben Position im Raum befinden. Dies ist meistens der Fall, da sich die
Lichtquelle S1 und das hier nicht dargestellte auszuleuchtende Objekt körperlich nicht an derselben Position im Raum befinden können, ohne dass es zu einer Kollision der Lichtquelle S1 und dem zu inspizierenden Objekt kommt.
Vor diesem Hintergrund ist bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung 1 vorgesehen, dass das Licht von einer linienförmigen Lichtquelle S1 und/oder von mehreren in einer Linie angeordneten Lichtquellen S1 ausgeht. Der auszuleuchtende linienförmige Bereich L des Objekts verläuft vorzugsweise parallel zu den linienförmig angeordneten Lichtquellen S1. Der auszuleuchtende linienförmige Bereich L des Objektes befindet sich in einem, vorzugsweise parallel zu den linienförmig angeordneten Lichtquellen S1 , beziehungsweise zu der linienförmig ausgebildeten Lichtquelle S1.
Figur 5 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen dritten Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit mehreren linienförmig angeordneten Lichtquellen S1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird. Der obere Teil der Figur 5 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Draufsicht, während der untere Teil der Figur 5 die Vorrichtung 1 in Seitenansicht zeigt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der auszuleuchtende linienförmigen Bereich L in geringem Abstand von der durch die Lichtquelle/n S1 gebildeten Linie L' entfernt angeordnet ist. Insbesondere ist der Streuwinkel und/oder der Streubereich SB des retroreflektierenden Bereichs so groß, dass der auszuleuchtende Bereich, das heißt also der Bereich, in dem der linienförmigen Bereich L angeordnet ist, in
den Streubereich SB fällt, dieser andererseits aber noch so klein ist, dass keine unnötig große Umgebung des auszuleuchtenden Bereichs bestrahlt wird. Dadurch kann die Konzentration des Lichts so groß wie möglich ausfallen, und die Beleuchtungsstärke am Ort des auszuleuchtenden linienförmigen Bereichs L wird maximiert.
Insgesamt zeigt sich, dass eine relative Positionierung der Lichtquelle S1 und des zu beleuchtenden linienförmigen Bereichs L derart erfolgen muss, dass der linienförmige Bereich L in jedem Fall in dem Streubereich SB des reflektierten Lichts angeordnet ist. Da der Streubereich SB von unterschiedlichen Faktoren abhängt, kann die Position der Lichtquelle S1 nahe dem linienförmigen Bereich L variieren und jeweils an die verschiedenen Gegebenheiten, wie verschiedene Materialien oder ähnliches, angepasst sein.
In dem oberen Teil der Figur 5 sind mehrere Lichtquelle S1 erkenn- bar, die derart angeordnet sind, dass sie eine Linie L1 bilden. Erkennbar ist außerdem der halbkugelförmige Streukörper SK mit retroreflektierenden Eigenschaften und/oder mit einer retro reflektierenden Beschichtung.
Die Lichtquellen S1 sind also, wie oben bereits erwähnt wurde, ent- lang der Linie L' angeordnet, die vorzugsweise, wie hier dargestellt, parallel zu dem auszuleuchtenden linienförmigen Bereich L verläuft und nahe diesem angeordnet ist.
Ein in dem unteren Teil der Figur 5 erkennbarer Lichtstrahl R1 , der beispielhaft für viele andere Lichtstrahlen steht, wird von der Licht- quelle S1 ausgestrahlt und trifft auf den Streukörper SK. Durch die realen und eben nicht idealen retroreflektierenden Eigenschaften des Streukörpers SK und/oder dessen retroreflektierende Beschich-
tung wird eine Vielzahl von Lichtstrahlen RV in den, in dem oberen Teil der Figur 5 erkennbaren Streubereich SB nahe der Lichtquelle S1 zurückreflektiert, sodass die reflektierten Lichtstrahlen RV in dem Streubereich SB den auszuleuchtenden linienförmigen Bereich L bedecken, beziehungsweise diesen beleuchten.
Die Figuren 6a(1 ) und 6a(2) bis 6d zeigen Prinzipskizzen einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwie- sen wird.
In der weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung 1 gemäß den Figuren 6a(1) und 6a(2) bis 6d sind die Lichtquellen S1 entlang von zwei Linien L'1 und L'2 angeordnet, die vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. Diese Linien L'1 und L'2 sind vorzugsweise symmetrisch und parallel zu dem auszuleuchtenden linienförmigen Bereich L angeordnet. Die Lichtquellen S1 sind nahe desjenigen linienförmigen Bereichs L angeordnet, welcher von der hier nicht dargestellten Zeilenkamera beziehungsweise von deren Sensorzeile, erfasst wird.
Die Lichtquellen S1 der ersten Linie L'1 und der zweiten Linie L'2 können jeweils auch als eine einzige oder mehrere linienartige Lichtquelle S1 ausgeführt sein. Alternativ können mehrere einzelne Lichtquellen S1 jeweils entlang der beiden Linien L'1 und L'2 angeordnet sein, wie dies in den Figuren 6a bis 6d dargestellt ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass es sich bei den Lichtquellen S1 um LED-Lichtquellen handelt. Diese Lichtquellen können nahezu punktförmig, flächig oder linienförmig ausgeprägt sein. Besonders
häufig weisen LED-Lichtquellen eine sehr kleine leuchtende Fläche auf und können näherungsweise als Punklichtquellen betrachtet werden. Solche LED-Lichtquellen können unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken besitzen. Neben Charakteristiken mit schmalem Ab- Strahlwinkel können gerade LEDs mit breiter Abstrahlcharakteristik, insbesondere mit Lambert'scher Abstrahlcharakteristik vorteilhaft eingesetzt werden. Das Licht wird auf diese Weise in einen großen Raumwinkelbereich Ω abgestrahlt und wird demnach auch aus einem breiten Raumwinkelbereich Ω zurückreflektiert.
Vorzugsweise werden die Lichtquellen S1 jeweils auf einem Träger T, insbesondere aber auf ein und demselben Träger befestigt, welcher im Bereich des auszuleuchtenden linienförmigen Bereichs L einen Schlitz S aufweist, welcher die Sicht auf den zu prüfenden linienförmigen Bereich L eines Objekts freigibt.
Insbesondere kann der Träger T, der beispielsweise aus Metall besteht, zur guten Wärmeableitung der Verlustleistung, in Form einer kreisrunden Trägerplatte T mit Schlitz S ausgeführt sein, wie es in den Figuren 6a(1) und 6b bis 6d dargestellt ist. Denkbar ist es auch, den Schlitz S für einen optimalen Zugang des Lichts zu dem auszu- leuchtenden linienförmigen Bereich L mit einer Fase F zu versehen, sodass dieser also abgeschrägt ausgebildet ist, was in der Seitenansicht gemäß Figur 6a(2) deutlich erkennbar ist.
Wie In Figur 6a(2) deutlich zu erkennen ist, sind die Lichtquellen S1 und der zu beleuchtende linienförmige Bereich L in zwei verschiede- nen horizontalen Ebenen angeordnet, sodass ein bewegtes zu inspizierendes Objekt in Richtung des Pfeils P unter dem Träger T und dem Streukörper SK befördert werden kann, während jeweils ein
linienförmiger Bereich L des hier nicht dargestellten, beispielsweise bandförmigen Objekts von den Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 indirekt, nämlich mittels des Streukörpers SK beleuchtet wird.
Es wird außerdem deutlich, dass eine Anordnung der Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 und des linienförmigen Bereichs L in verschiedenen horizontalen Ebenen ohne Weiteres möglich ist, solange der linienförmige Bereich L noch in dem Streubereich SB angeordnet ist, also von dem reflektierten Licht RV noch beleuchtet wird. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Vorrichtung 1 , insbesondere auch mit einer Zeilenkamera, als kompakte Einheit auszuführen, die beispielsweise in einen Produktionsprozess ohne besonderen Aufwand einfach integriert werden kann, indem sie beispielsweise einfach über einem Fließband platziert wird. Die Dimensionen der Vorrichtung 1 , das heißt also die Größe und Form des Streukörpers SK, die Stärke und Anzahl der Lichtquellen S1 sowie die Größe des Schlitzes S, können einfach an das jeweilige zu inspizierende Objekt an- gepasst werden.
Vorzugsweise ist noch vorgesehen, dass die Lichtquellen S1 entlang der beiden Linien L'1 und L'2 einzeln und/oder in Gruppen ange- steuert werden. Insbesondere können die Lichtquellen S1 so ausgerichtet, insbesondere gekippt werden, dass unterschiedliche Bereiche des Streukörpers SK unterschiedlich ausgeleuchtet werden. Insbesondere kann damit die nordöstliche, die nordwestliche, die südöstliche und die südwestliche Hemisphäre oder andere Bereiche des Streukörpers SK von den Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 beleuchtet werden. Auf diese Weise ist eine großflächige Beleuchtung des Streukörpers SK und damit eine hohe Beleuchtungsstärke des linienförmigen Bereichs L möglich.
Denkbar ist es auch, die Streukörperoberfläche flächig zu kodieren, wie dies in der WO 2004/051186 A1 beschrieben ist und das Verfahren der photometrischen Deflektometrie und/oder des photometrischen Stereo auszuführen.
Die Figuren 6a bis 6d zeigen mehre Gruppen von Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 entlang der zwei Linien L'1 und L'2 auf einem Träger T und einen halbkugelförmigen Streukörper SK mit retroreflektieren- den Eigenschaften und/oder mit einer zumindest bereichsweise vorgesehenen retroreflektierenden Beschichtung. Die Lichtquellen S1 sind entlang der zwei Linien L'1 und L'2 parallel zu dem auszuleuchtenden linienförmigen Bereich L oder nahe hierzu angeordnet.
Der Träger T weist einen Schlitz S im Bereich des auszuleuchtenden linienförmigen Bereichs L auf. Dieser kann, wie oben bereits ausgeführt wurde, durch eine Fase F abgeschrägt sein, damit das rückge- streute Licht den linienförmigen Bereich L aus den verschiedensten Winkeln erreichen kann. Die Gruppen von Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 können vorzugsweise einzeln angesteuert werden.
Die Figuren 6a(1 ) und 6a(2) zeigen die Vorrichtung 1 in einem Betriebszustand, in dem die Lichtquellengruppe S1 aktiv ist. Diese Gruppe ist, wie in Figur 6a(2) erkennbar ist, rein beispielhaft so gekippt, dass der nordwestliche Bereich des Streukörpers SK verstärkt ausgeleuchtet wird. Dabei wird in Figur 6a(1) und bei der Beschreibung der anderen entsprechenden Figuren davon ausgegangen, dass oben Norden, unten Süden, links Westen und rechts Osten ist.
Wie in Figur 6a(1 ) erkennbar ist, ist der Streukörper SK hier rein beispielhaft als Halbkugel ausgebildet. Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann der Streukörper jedoch auch anders, beispielsweise als
Kugel, Ellipsoid, Zylinder, Freiformfläche, insbesondere aber auch als eine Ebene ausgebildet sein. Bei einer derartigen Anordnung sind die Lichtquellen S1 dann, beispielsweise auf dem Träger T, auf der Seite des linienförmigen Bereichs L, unterhalb der Ebene, in welcher der Streukörper vorgesehen ist, angeordnet.
Ein Lichtstrahl R1 , der beispielhaft für viele andere Lichtstrahlen steht, geht aus von der Lichtquellengruppe S1 und trifft auf den Streukörper SK. Durch die realen, nicht idealen retroreflektierenden Eigenschaften des Streukörpers SK und/oder dessen retroreflektie- rende Beschichtung wird eine Vielzahl von Strahlen RV in den Streubereich SB1 in einer Umgebung der Lichtquellengruppe S1 zurückreflektiert und überdeckt, beziehungsweise beleuchtet den linienförmigen Bereich L, wie aus Figur 6a(1) deutlich wird.
Figur 6b zeigt die Vorrichtung 1 in einem Betriebszustand, in dem die Lichtquellengruppe S2 aktiv ist. Diese Gruppe ist hier rein beispielhaft so gekippt, dass der nordöstliche Bereich des Streukörpers verstärkt ausgeleuchtet wird.
Figur 6c zeigt die Vorrichtung 1 in einem Betriebszustand, in dem die Lichtquellengruppe S3 aktiv ist. Diese Gruppe ist hier rein beispiel- haft so gekippt, dass der südwestliche Bereich des Streukörpers SK verstärkt ausgeleuchtet wird.
Figur 6d zeigt die Vorrichtung 1 in einem Betriebszustand, in dem die Lichtquellengruppe S4 aktiv ist. Diese Gruppe ist hier rein beispielhaft so gekippt, dass der südöstliche Bereich des Streukörpers SK verstärkt ausgeleuchtet wird.
Durch die unterschiedliche Ausrichtung der Lichtquellengruppen S1 bis S4 kann ein besonders großer Bereich des Streukörpers bestrahlt werden, sodass auch die Beleuchtungsstärke in dem linien- förmigen Bereich L zunimmt, dadurch, dass eine große Fläche des Streukörpers SK beleuchtet wird und das Licht jeweils in die Nähe der Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 reflektiert wird.
Um eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des linienförmigen Bereichs L zu erreichen, sind die Lichtquellen vorzugsweise derart angeordnet, dass entlang einer Linie L'1 jeweils zwei oder mehr ab- wechselnd angeordnete Lichtquellen vorgesehen sind, die unterschiedliche Bereiche der Innenfläche des Streukörpers SK beleuchten. Eine entsprechende Anordnung der Lichtquellen ist vorzugsweise auch entlang der Linie L'2 vorgesehen. Auf diese Weise kann durch eine regelmäßig wechselnde Anordnung der Lichtquellen, die unterschiedliche Bereiche des Streukörpers SK beleuchten, eine große Beleuchtungsstärke in dem linienförmigen Bereich L erzielt werden, wobei sich die Streubereiche SB der einzelnen Lichtquellen, insbesondere benachbarter Lichtquellen vorzugsweise überlappen.
Dadurch, dass die Linien L'1 und L'2, entlang derer die Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 angeordnet sind, im Wesentlichen parallel zu dem linienförmigen Bereich L ausgerichtet sind, wird der linienförmi- ge Bereich L von sämtlichen Streubereichen SB1 , SB2, SB3 und SB4 erfasst.
Wie oben bereits ausgeführt wurde, können mehrere einzelne oder auch Gruppen von Lichtquellen vorgesehen sein, die nahe des zu beleuchtenden linienförmigen Bereichs L angeordnet sind und die viele verschiedene Bereiche des Streukörpers SK beleuchten, also
im Raum derart orientiert, beispielsweise gekippt sind, dass sie in unterschiedliche Richtungen leuchten. Beispielsweise kann wie in Figur 6a(2) vorgesehen sein, dass die Lichtquellen S1 in eine dem linienförmigen Bereich L abgewandten Richtung leuchten, es ist je- doch auch denkbar, dass sie in einer L zugewandten Richtung den Streukörper SK beleuchten. Entscheidend ist, dass die Streubereiche SB sämtlicher Lichtquellen den linienförmigen Bereich L erfassen. Auf diese Weise wird das Licht der Lichtquellen großflächig von dem Streukörper SK reflektiert und beleuchtet mit hoher Beleuch- tungsstärke den linienförmigen Bereich L.
Figur 7 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4, wobei die Lichtquellen S1 von dem linienförmigen Bereich L weg in Richtung des Pfeils NW1 also auf den nordwestlichen Bereich des Streukörpers SK gerichtet sind. Zur Vereinfachung sind in Figur 7 die Streubereiche SB nicht dargestellt. Ferner sind die Lichtquellen S3 von dem linienförmigen Bereich L weg in Richtung des Pfeils SW, also auf den südwestlichen Bereich des Streukörpers SK, die Lichtquellen S2 von dem linienförmigen Bereich L weg in Richtung des Pfeils NO, also auf den nordöstlichen Bereich des Streukörpers SK und die Lichtquellen S4 von dem linienförmigen Bereich L weg in Richtung des Pfeils SO, also auf den südöstlichen Bereich des Streukörpers SK gerichtet. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass jeweils die Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 in Gruppen geschaltet werden.
Eine weitere mögliche Anordnung der Gruppen von Lichtquellen S1 , S2, S3 und S4 ist in Figur 8 dargestellt. Entgegen der in Figur 7 gezeigten Anordnung sind die Lichtquellen nun in Richtung des linienförmigen Bereichs L gerichtet, wobei die Gruppe der Lichtquellen S1
in südöstlicher Richtung, die Gruppe der Lichtquellen S2 in südwestlicher Richtung, die Gruppe der Lichtquellen S3 in nordöstlicher Richtung und die Gruppe der Lichtquellen S4 in nordwestlicher Richtung ausgerichtet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die hier nicht dargestellten Streubereich SB überlappen, um eine besonders hohe Beleuchtungsstärke im Bereich des linienförmigen Bereichs L zu erzielen.
Weitere Anordnungen der Gruppen von Lichtquellen oder einzelner Lichtquellen sind möglich. Beispielsweise können nur zwei Gruppen S1 und S2 von Lichtquellen verwendet werden, die beispielsweise in östliche und westliche Richtung oder nördliche und südliche Richtung geneigt sind. Ebenso sind drei Gruppen von Lichtquellen S1 , S2 und S3 denkbar, die in nördliche, etwa südwestliche und etwa südöstliche Richtung geneigt sind. Insbesondere sind auch symmetri- sehe Ausrichtungen der Lichtquellen möglich, bei denen sich der Azimutwinkel der Neigung um jeweils 120° unterscheidet. Weitere Anordnungen mit 5, 6 oder mehr Gruppen von Lichtquellen und symmetrischen oder asymmetrischen Ausrichtungen der Quellen sind möglich. Auch die Neigung einzelner Lichtquellen in einer Grup- pe kann sich unterscheiden. Als Sonderfall kann eine Gruppe von Lichtquellen auch nur aus einer einzelnen Quelle bestehen.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird. Der obere Teil der Figur 9 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Draufsicht, während der untere Teil der Figur 9 die Vorrichtung 1 in Seitenansicht zeigt.
Bei dieser Ausführungsform befindet/befinden sich die Lichtquelle/n zwar nicht körperlich, jedoch virtuell an demselben Ort im Raum. Dies kann beispielsweise durch einen Strahlteilerspiegel erreicht werden.
Figur 9 zeigt eine linienartige Lichtquelle SI 1 einen Strahlteiler ST und einen auszuleuchtenden linienförmigen Bereich L eines Objekts, welche so angeordnet sind, dass die Lichtquelle S1 durch Reflexion am Strahlteiler ST virtuell am Ort des linienförmigen Bereichs L zu sein scheint. Der halbkugelförmige Streukörper SK besitzt retro- reflektierende Eigenschaften und/oder eine retroreflektierende Be- schichtung. Ein Lichtstrahl R1 , der beispielhaft für viele andere Lichtstrahlen steht, wird von der Lichtquelle S1 abgestrahlt und trifft auf den Streukörper SK. Durch die retroreflektierenden Eigenschaften des Streukörpers SK und/oder dessen retroreflektierende Beschich- tung wird der Strahl RV an den Ort des linienförmigen Bereichs L zurückreflektiert.
Die retroreflektierende Schicht/Material kann auf verschiedene Weisen aufgebracht werden. Eine Möglichkeit ist, dass der Streukörper SK selbst aus einem solchen Material besteht. Weit häufiger werden allerdings retroreflekierende Lacke verwendet. Dieser Lack kann retroreflektierende Partikel in Form von mikroskopischen transparenten Kügelchen enthalten. Die Kügelchen bewirken durch Reflexion in ihrem Innern eine Rückreflexion genau zurück in die Richtung, aus der das Licht kommt. Außerdem können retroreflektierende Folien verwendet werden, die ebenfalls mikroskopische Partikel enthalten können.
Der Lack wird vorzugsweise auf die Oberfläche, insbesondere auf die Innenseite des Streukörpers SK aufgebracht. Alternativ kann eine retroreflekierende Folie an der Innenseite des Streukörpers SK befestigt, insbesondere auf diese aufgeklebt werden. Bei Streukör- pern in Form von Kugeln, Halbkugeln oder Freiformflächen besteht unter Umständen die Schwierigkeit, dass die Folie diese Form nicht ohne deutliche Deformationen nachbilden kann. Eine ähnliche Fragestellung taucht auf, wenn ein Fußball, Volleyball oder andere kugelförmige Gegenstände aus ebenen Flächenstücken zusammenge- setzt werden sollen. Beispielsweise können fünf- und/oder sechseckige Folienstücke, bandförmige, hanteiförmige etc. Folienstücke geschickt zusammengesetzt werden. Alternativ sind auch kreisrunde, eckige oder beliebig geformte Folienstücke verwendbar, die sich in ausreichender weise überlappen.
Insgesamt zeigt sich, dass durch die vorteilhafte Verwendung eines Streukörpers SK, der aus einem retroreflektierenden Material besteht oder zumindest bereichsweise eine retroreflektierende Beschichtung aufweist, es in vorteilhafter Weise möglich ist, einen linienförmigen Bereichs L, insbesondere eines bewegten Objekts, mit einer hohen Beleuchtungsstärke diffus auszuleuchten.