WO2017042208A1 - Beleuchtungssystem und abbildungsvorrichtung - Google Patents

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WO2017042208A1
WO2017042208A1 PCT/EP2016/071074 EP2016071074W WO2017042208A1 WO 2017042208 A1 WO2017042208 A1 WO 2017042208A1 EP 2016071074 W EP2016071074 W EP 2016071074W WO 2017042208 A1 WO2017042208 A1 WO 2017042208A1
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WO
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lighting
diffusion
illumination
dome
inner element
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/071074
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus KARCHER
Original Assignee
Cruse Spezialmaschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP16777537.8A priority Critical patent/EP3347767A1/de
Publication of WO2017042208A1 publication Critical patent/WO2017042208A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/02—Illuminating scene
    • G03B15/06—Special arrangements of screening, diffusing, or reflecting devices, e.g. in studio

Definitions

  • the invention relates to a lighting system for
  • Room light sources which are arranged on the lighting dome, so that a lighting area surrounded by the lighting dome can be illuminated by the room light sources.
  • Lighting space is limited by flexible partitions, the partitions are made of a diffusely scattering material, so that when lighting the partitions with conventional photo studio lights a uniform, soft illumination of the inside of the lighting space
  • Room light sources usually individually controllable.
  • Dübeleuchtungschess is particularly disadvantageous that are generated by the room light source unwanted reflections, shadows and reflections on the illuminated object.
  • Lighting concepts it is generally not possible to allow a directional, high-contrast lighting and at the same time to avoid unwanted shadows, light reflections on the subject to be imaged and reflections of the environment on the object.
  • Lighting dome arranged spotlight source wherein the spotlight source can emit a greater light intensity than each individual room light source, wherein on one of the illumination space facing inside of the lighting dome spaced from the lighting dome a diffusion device is arranged with a diffusion inner element, wherein the diffusion inner element, the
  • Diffusion inner element reaches a diffuse illumination of the entire illumination space, while through the spotlight source a quasi-direct illumination of the
  • the spotlight source can do so
  • the spotlight source emits a significantly greater light intensity than the individual room light sources, so through the
  • the spotlight source at a much lower distance to the
  • Diffusionsinnenelement is arranged on the lighting dome as the room light sources.
  • the distance of the spotlight source from the diffusion inner element can be at least five times smaller than the distance of the
  • the diffusion inner element can be made of
  • a diffusion inner element for example, a covered with a diffuser film
  • Diffusion inner element may for example also consist of opaque, frosted or coated glass or transparent plastic and have a thickness in the range of one millimeter to several millimeters. In individual cases, the diffusion inner element may also have a thickness of more than 10 millimeters.
  • the distance indications referred to here and below on the diffusion inner element relate to a central region of the diffusion inner element, which faces toward the inside of the diffusion inner element and an outer side of the inner side opposite to the inner side
  • the indicated distances are respectively indicated in a main emission direction of the different light sources into which the individual light sources are respectively aligned and which each have a major axis of the light emitted by the respective light sources
  • the distances always relate to the part of the light sources which have the smallest distance to the diffusion inner element, wherein the housing parts surrounding the light source, fastening means and the like are disregarded. To avoid uneven illumination of the
  • the spotlight source caused partial shading of the diffusion inner element relative to the room light sources is inventively provided that the spotlight source has a bundle optics, wherein a
  • Diffusion inner element is smaller than a distance of the spotlight source of the diffusion inner element.
  • the image plane is the plane in which the bundle optics is a focused image of the light source
  • Spotlight source to the diffusion inner element usually corresponds to the distance of the bundle optics to the
  • Spotlight source in a distance to the bundle optics and thus located at a distance to the spotlight source
  • the spotlight source can be arranged at a greater distance from the diffusion inner element, so that a
  • Spotlight source provided light through the bundle optics on a very small area in the area of
  • the invention provides that the distance of the spotlight source to the diffusion inner element is in a range between three times and five times the focal length of the bundle optics, preferably between 3.5 times and 4.5 times the focal length.
  • the distance of the spotlight source to the diffusion inner element may also be outside the aforementioned ranges and be significantly smaller or considerably larger than four times the focal length of the bundle optical system.
  • the image plane is at a distance from that
  • Diffusionsinnenelement or is seen in an area behind the diffusion inner element of the illumination space from is on, or in the diffusion element only a blurred and less costly
  • the light provided by the spotlight source is transmitted through the diffusion inner member sufficiently strong and scattered by the bundle optics
  • the bundle optical system it is also possible to use instead of or additionally for the bundle optical system an optical lens or a lens system with at least one structured or coated surface, so that the bundle optics also in the image plane of the bundle optics only a fuzzy or
  • the invention provides that the bundle optics
  • Conjoint lens is. Conveyor lenses can be produced cheaply and easily and are widely available. To the flexibility in the use of the invention
  • the bundle optic is motorized focus. In this way, the location of the bundle optic is motorized focus.
  • Image plane are given in relation to the diffusion inner element in an area around the diffusion inner element.
  • the light intensity emitted by the spotlight source can be predetermined so that the contrast-enhancing effect of the spotlight source continues to vary and the Spotlight source can also be used as a pure room light source.
  • the diffusion outer element can have a comparable diffusion effect as the
  • Diffusionsinnenelements can in this way a particularly uniform illumination of the lighting space and
  • the object to be imaged by the illumination dome with the aid of a suitable optical detection system such as a suitable camera arrangement is provided according to the invention that the illumination dome and the diffusion device each have a congruent or partially overlapping arranged recess through which an optical detection system disposed within the illumination space object capture and record.
  • the recesses in the lighting dome and in the diffusion device can be designed, for example, slot-shaped, circular or elliptical.
  • the detection system can be guided in a slot-shaped recess along the slot formed thereby to accommodate the object from different angles and perspectives.
  • the illumination system has a rotatably mounted bottom element, on which the object can be arranged, so that the object can be imaged by the optical detection system from almost arbitrary directions, without requiring a displacement of the optical detection system.
  • the lighting dome is made of metal or has a frame planked or covered with a textile material frame construction
  • the room light sources and the spotlight source are according to the invention on the
  • Fixing means set As a room light sources and / or spot light sources can almost any light source with different
  • the room light sources and / or the spot light source each consist of at least one light-emitting diode (LED) or at least one organic light source
  • At least the spotlight source consists of a plurality of
  • Light-emitting diodes which form a light-emitting diode matrix.
  • Room light sources can also have one or more
  • the room light sources can also be flat
  • Be light sources such as OLEDs, which are arranged on a dimensionally stable or flexible support. Also, the use of other light sources such as halogen lights or filament lights for either
  • Lighting system according to the invention is provided that the diffusion inner element and / or the
  • Diffusion outer element are made of diffusely scattering acrylic gas.
  • the lighting dome is designed as an elongated square dome.
  • the room light sources and the spotlight source for example, as flat LED modules on the through the square dome
  • Lighting space is provided according to the invention that the illumination system comprises a radiolucent or luminous floor element.
  • the floor element can be any suitable material.
  • According to the invention also be made of diffusely scattering acrylic and illuminated by LED modules.
  • the invention also relates to a recording device having an illumination system as described above and having an optical detection system for receiving an object arranged within the illumination space.
  • a recording device having an illumination system as described above and having an optical detection system for receiving an object arranged within the illumination space.
  • Lighting space arranged object can be generated.
  • the optical detection system is arranged so that it can be displaced relative to the illumination system.
  • the optical detection system is arranged so that it can be displaced relative to the optionally slot-shaped recess and an alignment of the optical detection system with respect to the object in the
  • Displacement remains constant, leaving a focus of the optical Detection system during the relocation remains in the same area of the lighting room.
  • the optical detection system in addition to an optical image scan information and in particular 2D and / or 3D recordings can generate.
  • numerous suitable scanning or camera systems are known from the prior art. As scanning systems may conveniently point or line
  • Imaging systems are used.
  • Detection system may also be adapted and used to provide active or passive 3D scanning techniques such as shape-from-shading or photometic
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated sectional view of a lighting system with one in the vicinity of one
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated illumination system with a spotlight source, which has a bundle optical system
  • 3 shows a schematically illustrated sectional view of an illumination system, wherein a diffusion device has a diffusion inner element and a diffusion outer element
  • FIG. 3 shows a schematically illustrated sectional view of an illumination system, wherein a diffusion device has a diffusion inner element and a diffusion outer element
  • Fig. 4 is a schematically illustrated sectional view of a scanning device.
  • FIG. 1 shows an illumination system 1 with an object 7 to be imaged, which is to be imaged on a rotatably mounted base element 2 within a lighting space 6 surrounded by a lighting dome 3 and a diffusion device 4 with a diffusion inner element 5
  • Lighting dome 3 a plurality of room light sources 8 are arranged.
  • the room light sources 8 are separately controllable LED modules. In the figures, only individual room light sources 8 are identified by way of example with a reference symbol.
  • a spotlight source 9 is also arranged, which only has a small distance 10 to the diffusion inner element 5.
  • Spot light source 9 is on an inner side 11 of the
  • Diffusionsinnenelements 5 a diffusely scattering image of the emitted light from the spotlight source 9
  • the lighting dome 3 and the diffusion device 4 are each designed as elongated square domes.
  • the bottom element 2 is also diffuse transilluminable configured and can be illuminated by floor lights 12. In the representations are each only
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a
  • a spotlight source 9 has a bundle optical system 13.
  • the converging lens 14 is configured so that a distance of an image plane of the converging lens 14 of the diffusion inner element 5 is significantly smaller than a distance 10 of
  • Diffusion inner element 5 is in a range between 3.5 times and 4.5 times the focal length of the bundle optics 13.
  • the lighting dome 3 and the diffusion device 4 are configured in the illumination system shown in Fig. 2 as a uniform hemispherical, dome-shaped or rounded dome.
  • the converging lens 14 has a
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a
  • arranged diffusion outer element 15 has.
  • Spot light source 9 is configured and at the
  • Illumination dome 3 arranged so that the spotlight source in sections in an intermediate region 16 between the Diffusion outer element 15 and the diffusion inner element 5 protrudes.
  • FIG. 4 schematically shows a sectional view of an imaging device 17 with an illumination system 1 and a pivotable on a guide device 18
  • optical detection system 20 are.
  • the illumination dome 3 and the diffusion device 5 of the illumination system 1 each have a congruent arranged
  • the camera 19 can be guided on the guide device 18 along the recesses 21, 22 and 23, so that the camera 19 passes through the recesses 21, 22 and 23 in the
  • optical detection system 20 is arranged, is rotatably configured, so with the aid of the optical detection system 20 and the
  • Spot light sources 9 shown.
  • a plurality of spotlight sources 9 can be provided in a variable illumination of the illumination space 6 that is as variable as possible
  • the number of room light sources 8 and their configuration can adapted to the respective requirements. In addition to LEDs, OLEDs or others can be almost either
  • spot or surface emitting room light sources 8 are used.
  • the room light sources 8 as well as the spot light sources 9 can each be controlled individually or combined into modules.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem (1) zur Beleuchtung eines abzubildenden Gegenstands (7) mit einer Beleuchtungskuppel (3) und mit mehreren gleichartigen Raumlichtquellen (8), die an der Beleuchtungskuppel (3) angeordnet sind, sodass ein von der Beleuchtungskuppel (3) umgebener Beleuchtungsraum (6) durch die Raumlichtquellen (8) beleuchtet werden kann. Das Beleuchtungssystem (1) weist mindestens eine an der Beleuchtungskuppel (3) angeordnete Spotlichtquelle (9) auf. Die Spotlichtquelle (9) kann eine größere Lichtintensität ausstrahlen als jede einzelne Raumlichtquelle (8). Auf einer dem Beleuchtungsraum (6) zugewandten Innenseite (11) der Beleuchtungskuppel (3) ist beabstandet zu der Beleuchtungskuppel (3) eine Diffusionsvorrichtung (4) mit einem Diffusionsinnenelement (5) angeordnet. Das Diffusionsinnenelement (5) verdeckt die Raumlichtquellen (8) und die Spotlichtquelle (9) von dem Beleuchtungsraum (6) aus betrachtet vollständig.

Description

Beleuchtungssystem und Abbildungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem zur
Beleuchtung eines abzubildenden Gegenstands mit einer Beleuchtungskuppel und mit mehreren gleichartigen
Raumlichtquellen, die an der Beleuchtungskuppel angeordnet sind, sodass ein von der Beleuchtungskuppel umgebener Beleuchtungsraum durch die Raumlichtquellen beleuchtet werden kann.
Aus der Produktfotografie sind im Wesentlichen zwei
Beleuchtungskonzepte zur Ausleuchtung des abzubildenden Gegenstands bekannt. Häufig werden in diesem Bereich sogenannte Lichtzelte eingesetzt bei dem der
Beleuchtungsraum durch flexible Stellwände begrenzt wird, wobei die Stellwände aus einem diffus streuenden Material bestehen, sodass bei einer Beleuchtung der Stellwände mit herkömmlichen Fotostudioleuchten eine gleichmäßige, weiche Ausleuchtung des innerhalb des Beleuchtungsraums
angeordneten Gegenstands erreicht wird und unerwünschter Schattenwurf vermieden wird. Zudem wird durch die aus dem Stand der Technik bekannten Lichtzelte erreicht, dass keine störenden Spiegelungen der Umgebung sowie der Leuchten selbst auf dem Gegenstand entstehen.
Zudem sind aus dem Stand der Technik Dombeleuchtungs- konzepte bekannt, bei denen eine Vielzahl gleichartiger
Raumlichtquellen - üblicherweise LED-Spots - gleichmäßig an einer kuppeiförmigen Konstruktion angeordnet sind und den in dem von der Kuppel umgebenen Beleuchtungsraum
angeordneten Gegenstand aus nahezu beliebigen Richtungen beleuchten können. Zu diesem Zweck sind die
Raumlichtquellen üblicherweise einzeln ansteuerbar. Bei der Verwendung eines solchen Dombeleuchtungskonzepts ist insbesondere nachteilig, dass durch die Raumlichtquelle unerwünschte Spiegelungen, Schatten und Reflexe auf dem beleuchteten Gegenstand erzeugt werden. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten
Beleuchtungskonzepten ist es grundsätzlich nicht möglich, eine gerichtete, kontrastreiche Beleuchtung zu ermöglichen und gleichzeitig unerwünschten Schattenwurf, Lichtreflexe auf dem abzubildenden Gegenstand sowie Reflektionen der Umgebung auf dem Gegenstand zu vermeiden.
Als Aufgabe der Erfindung wird es angesehen, die aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungssysteme mit einer Vielzahl gleichartiger an einer Beleuchtungskuppel
angeordneter Raumlichtquellen so weiterzuentwickeln, dass durch das Beleuchtungssystem eine weiche, diffuse
Ausleuchtung des gesamten Beleuchtungsraums ermöglicht wird und gleichzeitig eine direkte, kontrastverstärkende
Beleuchtung des abzubildenden Gegenstands ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Beleuchtungssystem mindestens eine an der
Beleuchtungskuppel angeordnete Spotlichtquelle aufweist, wobei die Spotlichtquelle eine größere Lichtintensität ausstrahlen kann als jede einzelne Raumlichtquelle, wobei auf einer der Beleuchtungsraum zugewandten Innenseite der Beleuchtungskuppel beabstandet zu der Beleuchtungskuppel eine Diffusionsvorrichtung mit einem Diffusionsinnenelement angeordnet ist, wobei das Diffusionsinnenelement die
Raumlichtquellen und die Spotlichtquelle von dem
Beleuchtungsraum aus betrachtet vollständig verdeckt. Auf diese Weise wird durch die Raumlichtquellen und das
Diffusionsinnenelement eine diffuse Ausleuchtung des gesamten Beleuchtungsraums erreicht, während durch die Spotlichtquelle eine quasi direkte Beleuchtung des
Gegenstands durch das Diffusionsinnenelement ermöglicht wird. Zu diesem Zweck kann die Spotlichtquelle so
angesteuert und betrieben werden, dass die Spotlichtquelle eine deutlich größere Lichtintensität ausstrahlt als die einzelnen Raumlichtquellen, sodass durch die
Spotlichtquelle auf dem Diffusionsinnenelement von dem innerhalb des Beleuchtungsraums angeordneten Gegenstand aus betrachtet eine nahezu punktförmige, jedoch diffus
streuende Lichtquelle erzeugt wird.
Um die Streuung des von der Spotlichtquelle durch das
Diffusionsinnenelement gestrahlten Lichts weiter zu
verringern und dadurch die kontrastverstärkende Beleuchtung durch die Spotlichtquelle weiter zu verbessern, ist
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spotlichtquelle in einem deutlich geringeren Abstand zu dem
Diffusionsinnenelement an der Beleuchtungskuppel angeordnet ist als die Raumlichtquellen. Erfindungsgemäß kann der Abstand der Spotlichtquelle von dem Diffusionsinnenelement mindestens fünfmal kleiner sein als der Abstand der
Raumlichtquellen zu dem Diffusionsinnenelement.
Erfindungsgemäß kann das Diffusionsinnenelement aus
verschiedenen Materialien hergestellt sein und eine Dicke von weniger als einem Millimeter bis hin zu einigen
Zentimetern aufweisen. Als Diffusionsinnenelement kann beispielsweise eine mit einer Diffusorfolie bespannte
Rahmenkonstruktion sein, wobei handelsübliche und
gebräuchliche Diffusorfolien oftmals eine Dicke zwischen 0,15 mm und 0,3 mm aufweisen. Die Abmessungen der
Rahmenkonstruktion werden dabei für die Dicke des
Diffusionsinnenelements nicht berücksichtigt. Das
Diffusionsinnenelement kann beispielsweise auch aus opakem, satinierten oder beschichteten Glas oder transparentem Kunststoff bestehen und eine Dicke im Bereich von einem Millimeter bis hin zu mehreren Millimetern aufweisen. In einzelnen Fällen kann das Diffusionsinnenelement auch eine Dicke von mehr als 10 Millimetern aufweisen.
Die hier und im Folgenden auf das Diffusionsinnenelement bezogenen Abstandsangaben beziehen sich auf einen mittleren Bereich des Diffusionsinnenelements, der in Richtung auf die Innenseite des Diffusionsinnenelements und eine der Innenseite gegenüberliegende Außenseite des
Diffusionsinnenelements den gleichen Abstand aufweist.
Zudem werden die angegebenen Abstände jeweils in einer Hauptausstrahlrichtung der verschiedenen Lichtquellen angegeben, in die die einzelnen Lichtquellen jeweils ausgerichtet sind und die jeweils eine Hauptachse des von den jeweiligen Lichtquellen ausgestrahlten Lichts
darstellt. Die Abstände beziehen sich dabei immer auf den Teil der Lichtquellen, die den geringsten Abstand zu dem Diffusionsinnenelement aufweisen, wobei die die Lichtquelle umgebenden Gehäuseteile, Befestigungsmittel und dergleichen unberücksichtigt bleiben. Zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Ausleuchtung des
Beleuchtungsraums durch eine beispielsweise von einem
Gehäuse der Spotlichtquelle hervorgerufene bereichsweise Verschattung des Diffusionsinnenelements gegenüber den Raumlichtquellen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spotlichtquelle eine Bündeloptik aufweist, wobei ein
Abstand einer Bildebene der Bündeloptik von dem
Diffusionsinnenelement kleiner ist als ein Abstand der Spotlichtquelle von dem Diffusionsinnenelement. Dabei ist die Bildebene diejenige Ebene, in der mit der Bündeloptik eine fokussierte Abbildung der Lichtquelle der
Spotlichtquelle erzeugt wird. Der Abstand der
Spotlichtquelle zu dem Diffusionsinnenelement entspricht üblicherweise dem Abstand der Bündeloptik zu dem
Diffusionsinnenelement, da die Bündeloptik den geringsten Abstand zu dem Diffusionsinnenlement aufweist. Mit der Bündeloptik wird ein Abbild der Lichtquelle der
Spotlichtquelle in eine im Abstand zu der Bündeloptik und damit im Abstand zu der Spotlichtquelle befindliche
Bildebene projiziert, so dass scheinbar von dort aus die
Beleuchtung des Beleuchtungsraums erfolgt. Auf diese Weise kann die Spotlichtquelle in einem größeren Abstand zu dem Diffusionsinnenelement angeordnet werden, sodass eine
Verschattung des Diffusionsinnenelements und eine dadurch hervorgerufene ungleichmäßige, von den Raumlichtquellen erzeugte Ausleuchtung des gesamten Beleuchtungsraums vermieden wird. Zudem kann durch die Verwendung einer geeigneten Bündeloptik eine weitere Verstärkung der durch die Spotlichtquelle erzeugten kontrastverstärkenden
Beleuchtung ermöglicht werden, da das von der
Spotlichtquelle bereitgestellte Licht durch die Bündeloptik auf einen sehr kleinen Flächenbereich im Bereich des
Diffusionsinnenelements konzentriert werden kann.
Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abstand der Spotlichtquelle zu dem Diffusionsinnenelement in einem Bereich zwischen der dreifachen und fünffachen Brennweite der Bündeloptik, vorzugsweise zwischen der 3,5- fachen und 4,5-fachen Brennweite liegt. Der Abstand der Spotlichtquelle zu dem Diffusionsinnenelement kann auch außerhalb der vorangehend genannten Bereiche liegen und deutlich kleiner oder erheblich größer als die vierfache Brennweite der Bündeloptik sein.
Um störende Lichtreflexe auf dem abzubildenden Gegenstand durch die Spotlichtquelle zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bildebene beabstandet zu dem
Diffusionsinnenelement liegt. Sofern die Bündeloptik so ausgestaltet werden würde, dass die Bildebene auf
beziehungsweise innerhalb des Diffusionsinnenelements liegt, würde auf der Innenseite des Diffusionsinnenelements eine scharfe und damit kontrastscharfe Ränder aufweisende Abbildung der Lichtquelle erzeugt werden, die unerwünschte Reflexe auf dem Gegenstand erzeugen könnte. Dadurch, dass die Bildebene der Bündeloptik so gewählt wird, dass die scharfe Abbildung in einem Bereich vor dem
Diffusionsinnenelement beziehungsweise in einem Bereich hinter dem Diffusionsinnenelement von dem Beleuchtungsraum aus gesehen liegt, wird auf, bzw. in dem Diffusionselement lediglich eine unscharfe und weniger kostrastreich
begrenzte Abbildung der Lichtquelle der Spotlichtquelle erzeugt. Auf diese Weise wird das von der Spotlichtquelle bereitgestellte Licht durch das Diffusionsinnenelement ausreichend stark gestreut und von der Bündeloptik
gleichzeitig ausreichend konzentriert, um eine
kontrastreiche Beleuchtung ohne störende Lichtreflexe auf dem Gegenstand zu ermöglichen.
Es ist ebenfalls möglich, stattdessen oder zusätzlich für die Bündeloptik eine optische Linse oder ein Linsensysteme mit mindestens einer strukturierten oder beschichteten Oberfläche zu verwenden, so dass die Bündeloptik auch in der Bildebene der Bündeloptik nur eine unscharfe bzw.
verschwommene Abbildung der Lichtquelle der Spotlichtquelle erzeugt .
Um einen möglichst einfachen und kostengünstigen Aufbau des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bündeloptik eine
Sammellinse ist. Sammellinsen können kostengünstig und einfach hergestellt werden und sind weithin verfügbar. Um die Flexibilität beim Einsatz des erfindungsgemäßen
Beleuchtungssystems zu erhöhen und die kontrastverstärkende Wirkung der Spotlichtquelle variieren zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bündeloptik motorisch fokussierbar ist. Auf diese Weise kann die Lage der
Bildebene in Bezug auf das Diffusionsinnenelement in einem Bereich um das Diffusionsinnenelement vorgegeben werden.
Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die von der Spotlichtquelle ausgestrahlte Lichtintensität vorgegeben werden kann, sodass die kontrastverstärkende Wirkung der Spotlichtquelle weiter variiert und die Spotlichtquelle zudem als reine Raumlichtquelle verwendet werden kann.
Um eine noch gleichmäßigere Ausleuchtung des
Beleuchtungsraums durch die Raumlichtquellen zu
ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die
Diffusionsvorrichtung ein zwischen den Raumlichtquellen und dem Diffusionsinnenelement angeordnetes
Diffusionsaußenelement aufweist. Das Diffusionsaußenelement kann eine vergleichbare Diffusionswirkung wie das
Diffusionsinnenelement aufweisen. Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass das
Diffusionsaußenelement eine stärkere oder schwächere
Diffusionswirkung als das Diffusionsinnenelement aufweist.
Um die kontrastverstärkende Beleuchtung durch die
Spotlichtquelle durch das Diffusionsaußenelement nicht zu beeinflussen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die
Spotlichtquelle mindestens abschnittsweise in einen
Zwischenbereich zwischen dem Diffusionsaußenelement und dem Diffusionsinnenelement hineinragt, sodass die
Spotlichtquelle lediglich von dem Diffusionsinnenelement verdeckt wird. Durch geeignete Auswahl der
Diffusionswirkung des Diffusionsaußenelements und des
Diffusionsinnenelements kann auf diese Weise eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des Beleuchtungsraums und
gleichzeitig eine gerichtete, kontrastverstärkende und dennoch reflexarme direkte Beleuchtung des innerhalb des Beleuchtungsraums angeordneten Gegenstands durch die
Spotlichtquelle erreicht werden. Um den innerhalb des Beleuchtungsraums angeordneten
Gegenstand durch die Beleuchtungskuppel mit Hilfe eines geeigneten optischen Erfassungssystems wie beispielsweise einer geeigneten Kameraanordnung abbilden zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Beleuchtungskuppel und die Diffusionsvorrichtung jeweils eine deckungsgleich oder bereichsweise überlappend angeordnete Ausnehmung aufweisen, durch die ein optisches Erfassungssystem einen innerhalb des Beleuchtungsraums angeordneten Gegenstand erfassen und aufnehmen kann. Die Ausnehmungen in der Beleuchtungskuppel und in der Diffusionsvorrichtung können beispielsweise schlitzförmig, kreisförmig oder elliptisch ausgestaltet sein. Vorteilhafterweise kann das Erfassungssystem bei einer schlitzförmigen Ausnehmung an dem dadurch gebildeten Schlitz entlang geführt werden, um den Gegenstand aus verschiedenen Winkeln und Perspektiven aufnehmen zu können.
Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Beleuchtungssystem ein drehbar gelagertes Bodenelement aufweist, auf dem der Gegenstand angeordnet werden kann, sodass der Gegenstand von dem optischen Erfassungssystem aus nahezu beliebigen Richtungen abgebildet werden kann, ohne dass eine Verlagerung des optischen Erfassungssystems erforderlich wird.
Vorteilhafterweise ist die Beleuchtungskuppel aus Metall hergestellt oder weist eine mit Platten beplankte oder mit einem Textilmaterial bespannte Rahmenkonstruktion aus
Metall oder Kunststoff auf. Die Raumlichtquellen und die Spotlichtquelle sind erfindungsgemäß auf die
Beleuchtungskuppel aufgeklebt oder mit geeigneten
Befestigungsmitteln festgelegt. Als Raumlichtquellen und/oder Spotlichtquellen können nahezu beliebige Leuchtmittel mit unterschiedlichen
Geometrien verwendet werden. Vorteilhafterweise ist
erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Raumlichtquellen und/oder die Spotlichtquelle jeweils aus mindestens einer Leuchtdiode (LED) oder mindestens einer organischen
Leuchtdiode (OLED) bestehen. Vorteilhafterweise besteht zumindest die Spotlichtquelle aus einer Vielzahl von
Leuchtdioden, die eine Leuchtdiodenmatrix bilden. Die
Raumlichtquellen können ebenfalls eine oder mehrere
großflächige und schwächer besetzte Leuchtdiodenmatrizen bilden. Die Raumlichtquellen können auch flächige
Lichtquellen wie beispielsweise OLEDs sein, die auf einem formstabilen oder flexiblen Träger angeordnet sind. Auch die Verwendung von anderen Lichtquellen wie beipielsweise Halogenleuchten oder Glühfadenleuchten für entweder
einzelne Spotlichtquellen oder für Raumlichtquellen sowie die Kombination verschiedener Leuchtmittel und Lichtquellen ist denkbar.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems ist vorgesehen, dass das Diffusionsinnenelement und/oder das
Diffusionsaußenelement aus diffus streuendem Acrylgas hergestellt sind.
Um eine möglichst einfache und kostengünstige Konstruktion des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Beleuchtungskuppel als verlängerte Quadratkuppel ausgestaltet ist. Auf diese Weise können die Raumlichtquellen und die Spotlichtquelle beispielsweise als flächige LED-Module auf die durch die Quadratkuppel
gebildeten Rechteck- und Dreiecksflächen aufgeklebt werden, sodass für die Bestückung der Beleuchtungskuppel mit
Leuchtquellen lediglich quadratische und dreieckige LED- Module bereitgestellt werden müssen.
Zur weiteren Verbesserung der Ausleuchtung des
Beleuchtungsraums ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Beleuchtungssystem ein durchleuchtbares oder leuchtendes Bodenelement aufweist. Das Bodenelement kann
erfindungsgemäß ebenfalls aus diffus streuendem Acrylgas hergestellt sein und durch LED-Module beleuchtet werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Aufnahmevorrichtung mit einem wie voranstehend beschrieben Beleuchtungssystem und mit einem optischen Erfassungssystem zur Aufnahme eines innerhalb des Beleuchtungsraums angeordneten Gegenstands. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung können aus allen Richtungen Aufnahmen eines Gegenstands oder beispielsweise eine 360 ° -Animation des innerhalb des
Beleuchtungsraums angeordneten Gegenstands erzeugt werden.
Um den Gegenstand aus nahezu beliebigen Perspektiven abbilden zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das optische Erfassungssystem relativ verlagerbar zu dem Beleuchtungssystem angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist das optische Erfassungssystem so angeordnet, dass es relativ zu der gegebenenfalls schlitzförmigen Ausnehmung verlagert werden kann und eine Ausrichtung des optischen Erfassungssystems in Bezug auf den Gegenstand bei der
Verlagerung konstant bleibt, sodass ein Fokus des optischen Erfassungssystems bei der Verlagerung in ein und demselben Bereich des Beleuchtungsraums verbleibt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung ist vorgesehen, dass das optische Erfassungssystem zusätzlich zu einer optischen Abbildung Scaninformationen und insbesondere 2D- und/oder 3D-Aufnahmen erzeugen kann. Zu diesem Zweck sind aus dem Stand der Technik zahlreiche geeignete Scan- beziehungsweise Kamerasysteme bekannt. Als Scan-Systeme können zweckmäßigerweise punkt- oder linienförmige
Abbildungssysteme verwendet werden. Das optische
Erfassungssystem kann auch dazu eingerichtet sein und verwendet werden, um aktive oder passive 3D-Abtastverfahren wie beispielsweise shape-from-shading oder photometic
Stereo oder aber stereomatching durchzuführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems und der erfindungsgemäßen
Scanvorrichtung werden anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 eine schematisch dargestellte Schnittansicht eines Beleuchtungssystems mit einer in der Nähe eines
Diffusionsinnenelements angeordneten Spotlichtquelle,
Fig. 2 ein schematisch dargestelltes Beleuchtungssystem mit einer Spotlichtquelle, die eine Bündeloptik aufweist, Fig. 3 eine schematisch dargestellte Schnittansicht eines Beleuchtungssystems wobei eine Diffusionsvorrichtung ein Diffusionsinnenelement und ein Diffusionsaußenelement aufweist und
Fig. 4 eine schematisch dargestellte Schnittansicht einer Scanvorrichtung .
Figur 1 zeigt ein Beleuchtungssystem 1 mit einem auf einem drehbar gelagerten Bodenelement 2 innerhalb eines von einer Beleuchtungskuppel 3 und einer Diffusionsvorrichtung 4 mit einem Diffusionsinnenelement 5 umgebenen Beleuchtungsraum 6 angeordneten, abzubildenden Gegenstand 7. An der
Beleuchtungskuppel 3 sind mehrere Raumlichtquellen 8 angeordnet. Bei den Raumlichtquellen 8 handelt es sich um getrennt steuerbare LED-Module. In den Abbildungen sind jeweils lediglich einzelne Raumlichtquellen 8 exemplarisch mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet. An der Beleuchtungskuppel 3 ist zudem eine Spotlichtquelle 9 angeordnet, die einen lediglich geringen Abstand 10 zu dem Diffusionsinnenelement 5 aufweist. Durch die
Spotlichtquelle 9 wird auf einer Innenseite 11 des
Diffusionsinnenelements 5 eine diffus streuende Abbildung des von der Spotlichtquelle 9 ausgestrahlten Lichts
erzeugt, durch die der Gegenstand 7 aus Richtung der
Spotlichtquelle 9 gerichtet, kontrastverstärkend beleuchtet wird . Die Beleuchtungskuppel 3 und die Diffusionsvorrichtung 4 sind jeweils als verlängerte Quadratkuppeln ausgestaltet. Das Bodenelement 2 ist zudem diffus durchleuchtbar ausgestaltet und kann durch Bodenleuchten 12 beleuchtet werden. In den Darstellungen sind jeweils lediglich
einzelne Bodenleuchten 12 mit einem Bezugszeichen
exemplarisch gekennzeichnet.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines
alternativ ausgestalteten Beleuchtungssystems 1, wobei eine Spotlichtquelle 9 eine Bündeloptik 13 aufweist. Bei der Bündeloptik 13 handelt es sich um eine Sammellinse 14. Die Sammellinse 14 ist so ausgestaltet, dass ein Abstand einer Bildebene der Sammellinse 14 von dem Diffusionsinnenelement 5 deutlich kleiner ist als ein Abstand 10 der
Spotlichtquelle 9 von dem Diffusionsinnenelement 5. Zudem liegt der Abstand der Spotlichtquelle 9 zu dem
Diffusionsinnenelement 5 in einem Bereich zwischen der 3,5- fachen und 4,5-fachen Brennweite der Bündeloptik 13 liegt. Die Beleuchtungskuppel 3 und die Diffusionsvorrichtung 4 sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Beleuchtungssystem als gleichmäßig halbkugelförmige, domförmige oder abgerundete Kuppel ausgestaltet. Die Sammellinse 14 weist eine
strukturierte Oberfläche auf, so dass auch in der Bildebene der Sammellinse 14 keine scharfe und insbesondere keine kontrastscharfe Abbildung erzeugt wird. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines
Beleuchtungssystems 1 mit einer Diffusionsvorrichtung 4, wobei die Diffusionsvorrichtung 4 ein zwischen den
Raumlichtquellen 8 und dem Diffusionsinnenelement 5
angeordnetes Diffusionsaußenelement 15 aufweist. Die
Spotlichtquelle 9 ist so ausgestaltet und an der
Beleuchtungskuppel 3 angeordnet, dass die Spotlichtquelle abschnittsweise in einen Zwischenbereich 16 zwischen dem Diffusionsaußenelement 15 und dem Diffusionsinnenelement 5 hineinragt .
In Figur 4 ist schematisch eine Schnittdarstellung einer Abbildungsvorrichtung 17 mit einem Beleuchtungssystem 1 und einer schwenkbar an einer Führungsvorrichtung 18
angeordneten Kamera 19 dargestellt, wobei die
Führungsvorrichtung 18 und die Kamera 19 Teil eines
optischen Erfassungssystems 20 sind. Die Beleuchtungskuppel 3 und die Diffusionsvorrichtung 5 des Beleuchtungssystems 1 weisen jeweils eine deckungsgleich angeordnete
schlitzförmige Ausnehmung 21, 22 und 23 auf. Die Kamera 19 kann an der Führungsvorrichtung 18 entlang der Ausnehmungen 21, 22 und 23 geführt werden, sodass die Kamera 19 durch die Ausnehmungen 21, 22 und 23 hindurch in den
Beleuchtungsraum 6 ragt und der Gegenstand 7 aus
verschiedenen Perspektiven von der Kamera 19 erfasst werden kann. Das Bodenelement 2, auf dem der Gegenstand 7
angeordnet ist, ist drehbar ausgestaltet, sodass mit Hilfe des optischen Erfassungssystems 20 und des
Beleuchtungssystems 1 eine nahezu vollständige,
dreidimensionale Abbildung des Gegenstands 7 erzeugt werden kann . Lediglich in Fig. 4 sind exemplarisch mehrere
Spotlichtquellen 9 gezeigt. Bei allen Ausführungsbeispielen können für eine möglichst variabel gestaltbare Ausleuchtung des Beleuchtungsraums 6 mehrere Spotlichtquellen 9 in
Abständen zueinander über die Beleuchtungskuppel 3 verteilt angeordnet sein, so dass der Gegenstand 7 aus einer nahezu beliebigen Richtung gezielt angeleuchtet werden kann. Die Anzahl der Raumlichtquellen 8 und deren Ausgestaltung kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Neben LEDs können auch OLEDs oder andere entweder nahezu
punktförmig oder flächig abstrahlende Raumlichtquellen 8 verwendet werden. Die Raumlichtquellen 8 können ebenso wie die Spotlichtquellen 9 jeweils einzeln oder zu Modulen zusammengefasst angesteuert werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Beleuchtungssystem (1) zur Beleuchtung eines
abzubildenden Gegenstands (7) mit einer Beleuchtungskuppel (3) und mit mehreren gleichartigen Raumlichtquellen (8), die an der Beleuchtungskuppel (3) angeordnet sind, sodass ein von der Beleuchtungskuppel (3) umgebener
Beleuchtungsraum (6) durch die Raumlichtquellen (8) beleuchtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (1) mindestens eine an der
Beleuchtungskuppel (3) angeordnete Spotlichtquelle (9) aufweist, wobei die Spotlichtquelle (9) eine größere
Lichtintensität ausstrahlen kann als jede einzelne
Raumlichtquelle (8), wobei auf einer dem Beleuchtungsraum (6) zugewandten Innenseite (11) der Beleuchtungskuppel (3) beabstandet zu der Beleuchtungskuppel (3) eine
Diffusionsvorrichtung (4) mit einem Diffusionsinnenelement (5) angeordnet ist, wobei das Diffusionsinnenelement (5) die Raumlichtquellen (8) und die Spotlichtquelle (9) von dem Beleuchtungsraum (6) aus betrachtet vollständig verdeckt .
2. Beleuchtungssystem (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spotlichtquelle (9) eine
Bündeloptik (13) aufweist, wobei ein Abstand einer Bildebene der Bündeloptik (13) von dem
Diffusionsinnenelement (5) kleiner ist als ein Abstand (10) der Spotlichtquelle (9) von dem Diffusionsinnenelement (5).
3. Beleuchtungssystem (1) gemäß Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Abstand der Spotlichtquelle (9) zu dem Diffusionsinnenelement (5) in einem Bereich zwischen der dreifachen und fünffachen Brennweite der Bündeloptik (13) liegt.
4. Beleuchtungssystem (1) gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der
Spotlichtquelle (9) zu dem Diffusionsinnenelement (5) in einem Bereich zwischen der 3,5-fachen und 4,5-fachen
Brennweite der Bündeloptik (13) liegt.
5. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene beabstandet zu dem Diffusionsinnenelement (5) liegt.
6. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündeloptik (13) eine optische Linse oder ein Linsensysteme mit mindestens einer strukturierten oder beschichteten Oberfläche aufweist.
7. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündeloptik (13) eine Sammellinse (14) ist.
8. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündeloptik (13) motorisch fokussierbar ist.
9. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Diffusionsvorrichtung (4) eine zwischen den
Raumlichtquellen (8) und dem Diffusionsinnenelement (5) angeordnetes Diffusionsaußenelement (15) aufweist.
10. Beleuchtungssystem (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spotlichtquelle (9) mindestens abschnittsweise in einen Zwischenbereich (16) zwischen dem Diffusionsaußenelement (15) und dem Diffusionsinnenelement (5) hineinragt, sodass die Spotlichtquelle (9) lediglich von dem Diffusionsinnenelement (5) verdeckt wird.
11. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Beleuchtungskuppel (3) und die Diffusionsvorrichtung (4) jeweils eine deckungsgleich oder mindestens bereichsweise überlappend angeordnete Ausnehmung (21, 22) aufweisen, durch die ein Kamerasystem (20) den innerhalb des
Beleuchtungsraums (6) angeordneten Gegenstand (7) aufnehmen kann .
12. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Beleuchtungskuppel (3) aus Metall hergestellt ist.
13. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Raumlichtquellen (8) und die Spotlichtquelle (9) auf die Beleuchtungskuppel (3) aufgeklebt sind.
14. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Raumlichtquellen (8) und/oder die Spotlichtquelle (9) jeweils aus mindestens einer Leuchtdiode oder mindestens einer organischen Leuchtdiode bestehen.
15. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Diffusionsinnenelement (5) und/oder das
Diffusionsaußenelement (15) aus diffus streuendem Acrylglas hergestellt sind.
16. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Beleuchtungskuppel (3) als verlängerte Quadratkuppel ausgestaltet ist.
17. Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Beleuchtungssystem (1) ein durchleuchtbares oder
leuchtendes Bodenelement (2) aufweist.
18. Abbildungsvorrichtung (17) mit einem Beleuchtungssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 und mit einem optischen Erfassungssystem (20) zur Aufnahme eines
innerhalb des Beleuchtungsraums (6) angeordneten
Gegenstands (7) .
19. Abbildungsvorrichtung (17) gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Erfassungssystem (20) relativ verlagerbar zu dem Beleuchtungssystem (1)
angeordnet ist.
20. Abbildungsvorrichtung (17) gemäß Anspruch 18 oder
Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Erfassungssystem (20) 2D- und/oder 3D-Aufnahmen erzeugen kann .
21. Abbildungsvorrichtung (17) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem optischen Erfassungssystem (20) 3D-Aufnahmeverfahren wie
beispielsweise photometic Stereo, shape-from-shading oder stereomatching durchgeführt werden können.
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