WO2009112204A2 - Vorrichtung und verfahren zur diffusen ausleuchtung eines linienförmigen bereichs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur diffusen ausleuchtung eines linienförmigen bereichs Download PDF

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WO2009112204A2
WO2009112204A2 PCT/EP2009/001607 EP2009001607W WO2009112204A2 WO 2009112204 A2 WO2009112204 A2 WO 2009112204A2 EP 2009001607 W EP2009001607 W EP 2009001607W WO 2009112204 A2 WO2009112204 A2 WO 2009112204A2
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WO
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line
light sources
scattering body
illuminated
light source
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Inventor
Christoph Wagner
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OBE OHNMACHT & BAUMGäRTNER GMBH & CO. KG
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the diffuse illumination of a linear region according to the preamble of claim 1.
  • Figure 1 shows the planar arrangement of pixels of a known area camera, while in Figure 2, the line-shaped arrangement of the pixels of a conventional line scan camera is shown.
  • an area camera with a line scan camera will be compared below. Both cameras take up an area within 20ms that corresponds to 2000x2000 pixels. In the case of the area camera, the object area to be checked stands still; in the case of the line scan camera, it moves within 20 ms below the camera line.
  • the area camera has 2000x2000 pixels and the exposure time is 20ms.
  • the area camera can also record the object in motion, but the exposure time must not be higher than 10 ⁇ s.
  • Illuminations are known for line scan cameras, which focus light on a linear area, so-called line lighting.
  • the line-shaped area substantially corresponds to the area which is received by the line-like pixels of the line scan camera, that is, by its sensor line.
  • gas discharge lamps with fiber optics, halogen illuminations and above all LED illuminations are used as the light source.
  • To image the light on a line Shaped area fiber optics and / or special imaging optics are used, in particular astigmatic images such as cylindrical lenses. All these lights have in common that they work with directional lighting. The light is directed to the object from only one or a few spatial directions.
  • the object of the invention is therefore to provide a diffuse illumination with simultaneously very high illuminance of a linear area, which meets the requirements for line scan cameras.
  • a device for diffuse illumination of a linear area which has the features of claim 1. It is characterized in that at least one light source is positioned near the line-shaped area to be illuminated, and that a scattering body with retroreflective properties and / or a retroreflective coating is used. The position of the light source relative to the line-shaped area to be illuminated is selected such that the light of the light source retroreflected on the scattering body falls onto the line-shaped area to be illuminated.
  • the scattering body is used, by means of which the object can be illuminated from different spatial directions.
  • a diffuse illumination of the linear area of a moving object to be inspected is achieved.
  • the scattering body can be embodied as a hemisphere, sphere, ellipsoid, cylinder, plane, free-form surface or parts thereof. It is preferably provided with a known retroreflective layer, in particular with a lacquer, a film or the like. Alternatively, the scattering body itself may have retroreflective properties.
  • retroreflective materials have the property that light which strikes the retroreflective material is reflected back exactly in the direction from which it strikes the material, largely independently of the orientation of the material, or of the material Direction from which the light beam comes. This property of a material is also known as a so-called cat's eye effect.
  • a special feature of the method according to the invention is that the retroreflective layer is provided over a large area on the scattering body, which preferably encloses the light sources in a large solid angle range and reflects back light in the direction of the scattering body interior, or in the direction of the light source.
  • the retroreflective layer thus preferably forms an envelope around the light sources, in particular if the scattering body is designed as a (semi-) sphere and throws the light back to the place of its creation.
  • the shape of the scattering body makes it possible for light from as many spatial directions, as far as the entire half space or even the entire space, to hit the object. In particular, this is done with a hemispherical scattering body or a substantial part thereof. In the hemisphere, the solid angle seen from the center of 2 ⁇ , ie half of the total possible space angle of 4 ⁇ r.
  • retroreflective layers for diffuse illuminations from large solid angles, for example a solid angle in the order of ⁇ or even up to 2 ⁇ , is a special feature of the inventive method or of the inventive device.
  • retroreflective layers are used to produce diffuse illumination.
  • One or more light sources are suitably positioned so that their light is reflected back from the diffuser to the location of the light source (s).
  • various arrangements are conceivable.
  • a device which is characterized in that at least one light source has the shape of a line or approximately the shape of a line. It can also be provided that a plurality of individual light sources, which can form a group, are arranged along a line, which can also generate different illumination distributions on the scattering body. As a result, the illuminance of the object to be inspected can be enhanced
  • a method which has the features of claim 19. It is characterized in that the scattering body is illuminated with light from at least one light source and that the light is reflected at the scattering body and is reflected back into the surrounding area of the at least one light source.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the planar arrangement of pixels of a known area camera
  • Figure 2 is a schematic diagram of the line-shaped arrangement of pixels of a conventional line scan camera
  • Figure 3 is a schematic diagram of a device according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a device according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a device according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 6a is a schematic diagram of a plan view of an apparatus according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 6a (2) is a schematic diagram of a side view of the device according to Figure 6a (1);
  • FIGS. 6b-d are schematic diagrams of the device according to FIG. 6a in different operating states of the device;
  • Figure 7 is a schematic diagram of a device with groups of light sources
  • Figure 8 is a schematic diagram of another device with
  • Figure 9 is a schematic diagram of a device according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a device 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the upper part of Figure 3 shows the device 1 in a plan view, while the lower part of Figure 3 shows the device 1 in side view.
  • the device 1 has a light source S1, which is arranged inside a scattering body SK, which has retroreflective properties and / or which is provided with a retroreflective coating.
  • the scattering body SK is here embodied by way of example as a hemisphere and has an aperture B for receiving an object to be inspected with a camera.
  • the light source S1 can be positioned in the center of the hemisphere or in the environment for this purpose.
  • a light beam R1 exemplifying many other light beams is emitted from the light source S1 and impinges on the light source S1
  • the light emanates from locations along a line and is thus again concentrated along a line, which corresponds to a line illumination with the highest intensity.
  • a light source S1 with line-like extension can be used, again the light is concentrated along the line.
  • the line-like design of the light source S1 will be explained in more detail below in the description of FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a device 1 according to a second embodiment of the invention. Identical parts are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the description of FIG. 3.
  • the upper part of Figure 4 shows the device 1 in a plan view, while the lower part of Figure 4 shows the device 1 in side view.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the device in which the light source S1 is formed in a line shape, which extends through the center of the hemispherical scattering body SK with retroreflective properties and / or with a retroreflective coating.
  • the light source S1 may alternatively be arranged in an environment of the center.
  • a light beam R1 exemplifying many other light beams is emitted from the light source S1 and impinges on the scatterer SK. Due to the retroreflective properties of the Scatter body SK and / or its retroreflective coating, the light beam RV is reflected back from the scattering body SK to the location of the light source S1.
  • the light source S1 In order to still achieve illumination of the line-shaped region L of the object to be inspected, the light source S1 must accordingly be arranged so close to the line-shaped region that it is still arranged in the scattering region of the reflected light.
  • the illuminance at the location of the light source S1 is thus lower than in the case of an ideal retroreflective coating or an ideal retroreflective material.
  • various retroreflective materials may have different scattering angles and / or scattering ranges. At first this property only seems to be a hindrance.
  • the scattering range can be used to advantage if the light source S1 and the object to be illuminated are not located at exactly the same position in space. This is usually the case as the Light source S1 and not shown here to be illuminated object physically can not be located in the same position in space, without causing a collision of the light source S1 and the object to be inspected.
  • the light emanates from a linear light source S1 and / or from a plurality of light sources S1 arranged in a line.
  • the line-shaped region L of the object to be illuminated preferably runs parallel to the linearly arranged light sources S1.
  • the illuminated linear area L of the object is located in a, preferably parallel to the linearly arranged light sources S1, or to the line-shaped light source S1.
  • Figure 5 shows a schematic diagram of a third embodiment of the device 1 according to the invention with a plurality of linearly arranged light sources S1. Identical parts are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the description of the preceding figures.
  • the upper part of Figure 5 shows the device 1 in a plan view, while the lower part of Figure 5 shows the device 1 in side view.
  • the line-shaped region L to be illuminated is arranged at a small distance away from the line L 'formed by the light source / n S1.
  • the scattering angle and / or the scattering range SB of the retroreflective area is so large that the area to be illuminated, that is to say the area in which the linear area L is arranged, is in the scattering area SB falls, but this is still so small that no unnecessarily large environment of the area to be illuminated is irradiated.
  • the concentration of the light can be made as large as possible, and the illuminance at the location of the line-shaped area L to be illuminated is maximized.
  • a plurality of light sources S1 can be seen, which are arranged in such a way that they form a line L 1 . Also recognizable is the hemispherical scattering body SK with retroreflective properties and / or with a retro-reflective coating.
  • the light sources S1 are thus, as already mentioned above, arranged along the line L ', which, as shown here, preferably runs parallel to the line-shaped region L to be illuminated and is arranged close to it.
  • FIGS. 6a (1) and 6a (2) to 6d show schematic diagrams of a fourth embodiment of the device 1 according to the invention. Identical parts are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the description of the preceding figures.
  • the light sources S1 are arranged along two lines L'1 and L'2 which preferably run parallel to one another. These lines L'1 and L'2 are preferably arranged symmetrically and parallel to the line-shaped region L to be illuminated. The light sources S1 are arranged close to that line-shaped region L, which is detected by the line camera, not shown here, or by its sensor line.
  • the light sources S1 of the first line L'1 and the second line L'2 can each also be embodied as a single or multiple linear light source S1. Alternatively, a plurality of individual light sources S1 can each be arranged along the two lines L'1 and L'2, as shown in FIGS. 6a to 6d.
  • the light sources S1 are LED light sources. These light sources can be almost punctiform, flat or linear. Especially Often LED light sources have a very small luminous area and can be considered approximately as Punklichtarion. Such LED light sources can have different emission characteristics. In addition to characteristics with a narrow Ab- beam angle straight LEDs with a wide radiation characteristics, in particular Lambert'scher radiation characteristic can be used advantageously. The light is radiated in this way in a large solid angle range ⁇ and is therefore also reflected back from a wide solid angle range ⁇ .
  • the light sources S1 are respectively mounted on a support T, but in particular on one and the same carrier, which has a slot S in the area of the line-shaped area L to be illuminated, which opens the view onto the line-shaped area L of an object to be examined.
  • the carrier T which consists for example of metal, for good heat dissipation of the power loss, be designed in the form of a circular support plate T with slot S, as shown in Figures 6a (1) and 6b to 6d. It is also conceivable to provide the slit S with a chamfer F for optimum access of the light to the line-shaped region L to be illuminated, so that it is bevelled, which is clearly recognizable in the side view according to FIG. 6a (2).
  • the light sources S1 and the line-shaped region L to be illuminated are arranged in two different horizontal planes, so that a moving object to be inspected in the direction of the arrow P under the carrier T and the scattering body SK can be transported while each one line-shaped region L of the not shown here, for example, ribbon-shaped object of the light sources S1, S2, S3 and S4 indirectly, namely is illuminated by means of the scattering body SK.
  • the device 1 in particular also with a line scan camera, as a compact unit which can be easily integrated, for example, into a production process without any special effort, for example, by simply placing it over a conveyor belt.
  • the dimensions of the device 1, that is to say the size and shape of the scattering body SK, the strength and number of the light sources S1 and the size of the slot S, can easily be matched to the respective object to be inspected.
  • the light sources S1 are controlled individually and / or in groups along the two lines L'1 and L'2.
  • the light sources S1 can be aligned, in particular tilted, so that different regions of the scattered body SK are illuminated differently.
  • the northeastern, the northwestern, the southeastern and the southeastern hemisphere or other regions of the scattering body SK can thus be illuminated by the light sources S1, S2, S3 and S4.
  • a large-area illumination of the scattering body SK and thus a high illuminance of the linear area L is possible.
  • FIGS. 6a to 6d show a plurality of groups of light sources S1, S2, S3 and S4 along the two lines L'1 and L'2 on a carrier T and a hemispherical scattering body SK with retroreflecting properties and / or at least in regions retroreflective coating.
  • the light sources S1 are arranged along the two lines L'1 and L'2 parallel to the line-shaped area L to be illuminated or close thereto.
  • the carrier T has a slot S in the region of the line-shaped region L to be illuminated. This can, as stated above, be chamfered by a chamfer F, so that the back-scattered light can reach the linear region L from the most different angles.
  • the groups of light sources S1, S2, S3 and S4 can preferably be controlled individually.
  • FIGS. 6a (1) and 6a (2) show the device 1 in an operating state in which the light source group S1 is active. As can be seen in FIG. 6a (2), this group is tilted purely by way of example in such a way that the northwest region of the scattering body SK is more intensively illuminated. It is assumed in Figure 6a (1) and in the description of the other corresponding figures that top is north, bottom south, left west and right east.
  • the scattering body SK is designed as a hemisphere purely by way of example here.
  • the scattering body can also be different, for example as Ball, ellipsoid, cylinder, free-form surface, but in particular also be designed as a plane.
  • the light sources S1 are then arranged, for example on the carrier T, on the side of the linear region L, below the plane in which the scattering body is provided.
  • a light beam R1 which stands by way of example for many other light beams, starts from the light source group S1 and strikes the scattering body SK. Due to the real, non-ideal retroreflective properties of the scattering body SK and / or its retroreflective coating, a multiplicity of rays RV are reflected back into the scattering area SB1 in an environment of the light source group S1 and cover the line-shaped area L, as shown in FIG. 6a (1) becomes clear.
  • FIG. 6b shows the device 1 in an operating state in which the light source group S2 is active.
  • this group is tilted in such a way that the northeastern area of the scattering body is increasingly illuminated.
  • FIG. 6c shows the device 1 in an operating state in which the light source group S3 is active.
  • this group is tilted in such a way that the southwestern area of the scattered body SK is increasingly illuminated.
  • FIG. 6d shows the device 1 in an operating state in which the light source group S4 is active.
  • this group is tilted so that the southeastern area of the scattered body SK is increasingly illuminated.
  • the light sources are preferably arranged such that two or more alternately arranged light sources are provided along a line L 1, illuminating different regions of the inner surface of the scattering body SK.
  • a corresponding arrangement of the light sources is preferably also provided along the line L'2.
  • a plurality of individual or even groups of light sources can be provided, which are arranged near the line-shaped region L to be illuminated and which illuminate many different regions of the scattering body SK, that is to say oriented in the room, for example, are tilted so that they shine in different directions.
  • the light sources S1 shine in a direction facing away from the line-shaped region L, but it is also conceivable that they illuminate the scattering body SK in a direction facing L.
  • the scattering regions SB of all light sources detect the linear region L. In this way, the light of the light sources is reflected over a large area by the scattering body SK and illuminates the line-shaped area L with high illumination intensity.
  • Figure 7 shows an exemplary arrangement of light sources S1, S2, S3 and S4, wherein the light sources S1 from the linear region L are thus directed away in the direction of arrow NW 1 on the northwest area of the scattering body SK.
  • the scattering regions SB are not shown in FIG.
  • the light sources S3 are away from the line-shaped region L in the direction of the arrow SW, that is to say the southwest region of the scattering body SK
  • the light sources S2 away from the linear region L in the direction of the arrow NO that is to say to the northeast region of the scattering body SK
  • the light sources S4 are directed away from the line-shaped region L in the direction of the arrow SO, that is to say toward the southeast region of the scattering body SK.
  • FIG. 7 Another possible arrangement of the groups of light sources S1, S2, S3 and S4 is shown in FIG. Contrary to the arrangement shown in FIG. 7, the light sources are now directed in the direction of the line-shaped region L, the group of light sources S1 in the southeastern direction, the group of light sources S2 in a southeastern direction, the group of light sources S3 in a northeastern direction and the group of light sources S4 are aligned in a northwestern direction. It is particularly advantageous if the scattering area SB, not shown here, overlap in order to achieve a particularly high illuminance in the area of the linear area L.
  • groups of light sources or individual light sources are possible.
  • only two groups S1 and S2 can be used by light sources that are inclined, for example, in the east and west or north and south directions.
  • three groups of light sources S1, S2 and S3 are conceivable, which are inclined in a northern, approximately southwest and approximately southeast direction.
  • symmetrical alignments of the light sources are also possible, in which the azimuth angle of the inclination differs by 120 ° in each case.
  • Other arrangements with 5, 6 or more groups of light sources and symmetrical or asymmetrical orientations of the sources are possible.
  • the inclination of individual light sources in a group may also differ.
  • a group of light sources may consist of only a single source.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the device 1 according to the invention. Identical parts are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the description of the preceding figures.
  • the upper part of Figure 9 shows the device 1 in a plan view, while the lower part of Figure 9 shows the device 1 in side view.
  • the light source (s) are not physically but virtually at the same location in space. This can be achieved for example by a beam splitter mirror.
  • FIG. 9 shows a line-like light source SI 1, a beam splitter ST and a line-shaped region L of an object to be illuminated, which are arranged such that the light source S1 virtually appears to be at the location of the linear region L by reflection at the beam splitter ST.
  • the hemispherical scattering body SK has retro-reflective properties and / or a retroreflective coating.
  • a light beam R1 which stands by way of example for many other light beams, is emitted by the light source S1 and strikes the scattering body SK. Due to the retroreflective properties of the scattering body SK and / or its retroreflective coating, the ray RV is reflected back to the location of the linear region L.
  • the retroreflective layer / material can be applied in a variety of ways.
  • the scattering body SK itself consists of such a material.
  • retroreflective paints are used.
  • This lacquer may contain retroreflective particles in the form of microscopic transparent beads. The beads cause by reflection in their interior a back reflection exactly back in the direction from which the light comes.
  • retroreflective sheeting which may also contain microscopic particles, may be used.
  • the paint is preferably applied to the surface, in particular to the inside of the scattering body SK.
  • a retroreflekierende film attached to the inside of the scattering body SK, in particular glued to these.
  • a scattering body SK which consists of a retroreflective material or at least partially has a retroreflective coating, it is advantageously possible to illuminate a line-shaped area L, in particular a moving object with a high illuminance diffuse ,

Abstract

Es werden eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur diffusen Ausleuchtung eines linienförmigen Bereichs (L) vorgeschlagen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Lichtquelle (S1) nahe des zu beleuchtenden linienförmigen Bereichs (L) positioniert wird und dass ein Streukörper (SK) mit retroreflektierenden Eigenschaften und/oder einer retroreflektierenden Beschichtung verwendet wird.

Description

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.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zur diffusen Ausleuchtung eines linienförmigen Bereichs (L), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtquelle (S1) nahe des zu beleuchtenden linienförmigen Be- reichs (L) positioniert wird und dass ein Streukörper (SK) mit retroreflektierenden Eigenschaften und/oder einer retro reflektierenden Beschichtung verwendet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein halbkugelförmiger, kugelförmiger, zylindrischer oder ebener Streukörper (SK) oder ein Teil hiervon verwendet wird.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper (SK) vom Ort des linienförmigen Bereichs (L) aus gesehen einen großen Raumwinkelbereich (Ω) überdeckt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper (SK) vom Ort des linienförmigen Bereichs (L) aus gesehen einen Raumwinkelbereich (Ω) größer als π überdeckt.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass LED-Lichtquellen verwendet werden.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass LED-Lichtquellen mit Lambertscher oder nahezu Lambertscher Abstrahlcharakteristik verwendet werden.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein retroreflektierender Lack verwendet wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine retroreflektierende Folie verwendet wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die retroreflektierende Folie in Form von streifenförmigen, hanteiförmigen, fünfeckigen, sechseckigen oder kreisrunden Folienstü- cken auf einen halbkugelförmigen Streukörper (SK) aufgebracht wird, so dass die gesamte Innenseite des Streukörpers (SK) oder wesentliche Teile dessen von Folie überdeckt werden.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (S1) die Form einer Linie aufweist oder näherungsweise die Form einer Linie aufweist.
11.Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (S1) durch mindestens eine Gruppe von mehreren einzelnen Lichtquellen gebildet wird, welche entlang einer Linie angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (S1) durch mindestens eine Gruppe von mehreren einzelnen Lichtquellen gebildet wird, welche entlang einer Linie parallel zu dem auszuleuchtenden Ii- nienförmigen Bereich (L) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen (S1 , S2,... ) verwendet werden, die entlang von mehreren Linien (L'1 , L'2) parallel zu dem auszuleuchtenden linienförmigen Bereich (L) angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellengruppen (S1 , S2,...) verwendet werden, welche wiederum jeweils aus einzelnen Lichtquellen bestehen.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen und/oder Gruppen von Lichtquellen (S1 , S2,... ) einzeln angesteuert werden können.
16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen und/oder Gruppen von Lichtquellen (S1 , S2,...) unterschiedliche Beleuchtungsverteilungen auf dem Streukörper erzeugen können.
17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen und/oder Gruppen von Lichtquellen (S1 , S2, ... ) derart geneigt sind, dass der nordöstli- che, der nordwestliche, der südöstliche oder der südwestliche Bereich des Streukörpers verstärkt ausgeleuchtet werden kann.
18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine Lichtquelle (S1 ) durch Reflexion an einem Strahlteiler (ST) virtuell am Ort des auszuleuchtenden linienförmigen Bereichs (L) oder in dessen
Nähe befindet.
19. Verfahren zur diffusen Ausleuchtung eines linienförmigen Bereichs (L) mit mindestens einer Lichtquelle (S1) und einem Streukörper (SK), dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper (SK) mit Licht von mindestens einer Lichtquelle (S1) beleuchtet wird, dass das Licht an dem Streukörper (SK) reflektiert und in den Umgebungsbereich der mindestens einen Lichtquelle (S1) zurückgestrahlt wird, wobei der linienförmigen Bereich (L) diffus ausgeleuchtet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgeleuchtete linienförmigen Bereich (L) von einer Zeilenkamera aufgenommen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper (SK) von mehreren Lichtquellen (S1) beleuchtet wird, die einzeln oder in Gruppen angesteuert werden.
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