EP1809943A1 - Beleuchtungsverfahren - Google Patents

Beleuchtungsverfahren

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Publication number
EP1809943A1
EP1809943A1 EP05796067A EP05796067A EP1809943A1 EP 1809943 A1 EP1809943 A1 EP 1809943A1 EP 05796067 A EP05796067 A EP 05796067A EP 05796067 A EP05796067 A EP 05796067A EP 1809943 A1 EP1809943 A1 EP 1809943A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
array
target surface
donors
cone
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05796067A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Splitthof
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dantec Dynamics GmbH
Original Assignee
Dantec Dynamics 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
Application filed by Dantec Dynamics GmbH filed Critical Dantec Dynamics GmbH
Publication of EP1809943A1 publication Critical patent/EP1809943A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/04—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by movement of reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0008—Reflectors for light sources providing for indirect lighting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V21/00—Supporting, suspending, or attaching arrangements for lighting devices; Hand grips
    • F21V21/14—Adjustable mountings
    • F21V21/30—Pivoted housings or frames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/20—Lighting for medical use
    • F21W2131/205—Lighting for medical use for operating theatres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting method and to a lighting fixture for carrying out this method, as well as to a measuring method which works by means of this lighting.
  • a target area For many optical processes, it is necessary for a target area to be illuminated as uniformly as possible, ie for the irradiance to be uniform over the entire target area, ie for a given desired value only to have certain permissible deviations or within a target value corridor.
  • the requirement for the uniformity of the illumination is particularly high when the illumination is used in the context of an optically based measurement method, such as, for example, the optical, non-destructive, planar Measuring method according to the correlation principle, for example according to the speckle correlation or the image correlation.
  • an optically based measurement method such as, for example, the optical, non-destructive, planar Measuring method according to the correlation principle, for example according to the speckle correlation or the image correlation.
  • luminaires which have a large number of light sources, in particular light sources, arranged in a grid next to one another, which direct their light cones next to one another and usually aim at each other in an overlapping manner onto the target area.
  • the light intensity is not uniform, in particular more similar to a Gaussian distribution, which, at least quantitatively, changes with the distance from the light donor with the square of the distance, and often qualitatively, This is a very uniform irradiance on a target area, which in a z. B. predetermined distance and a predetermined angular position to such a light donor array is only very roughly reach.
  • the uniform irradiance - preferably within predetermined limits - on the relative to the light donors defined Zielflä ⁇ surface is reached, in which the light donors relative to each other and / or relative to the target surface are positioned and aligned so that the sum of the individual light donors Irradiation levels (Licht ⁇ spots) generated on the target surface, in particular their superimpositions, lead to the desired uniform result.
  • the target surface may be a plane or a curved surface.
  • the light donors lie on a convex to the target surface curved array surface in which they are mounted at different distances to the main plane of the array Grundkörpes.
  • a light donor in particular on such an array, serve either even light-generating light sources or optical elements, in particular mirrors, prisms, etc., which are mounted in particular on the array and by one or more, spaced therefrom and also housed separately from the array, light sources are irradiated can, and forward the light in the direction of the target surface für ⁇ , in particular by deflection and / or bundling or scattering.
  • one or more scattering optical elements in particular a lens, may be arranged.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the corresponding mirror may also be curved.
  • the orientation of the light cone emitted from the individual light emitters in the direction of the target surface or, if appropriate, also light cylinders, etc. determines the illumination result and, above all, the uniformity of the irradiation intensity over the entire target surface, in addition to the distance of the individual light dispensers from the target surface usually can not be achieved without simple or even multiple overlap of the light spots generated by the light donors on the target surface.
  • the individual light sources in particular LED's, may in each case be subdivided. assume different angular position with respect to the body and also under ⁇ different distance thereof.
  • the light sources when used directly on the array, they are fixed in a different but firmly fixed angular position and spacing on the base body, so that in particular they define an array surface curved convexly in the direction of the target surface. Subsequently, this no longer changeable array must be positioned in the correct relative position (distance and angle position) relative to the desired target surface.
  • the uniformity of the irradiance for reasons of control at several points of the target area, and also optionally at intervals in succession, be measured, however, is to change the result then only the change in the relative position of the entire array relative to the target surface possible.
  • optical elements are used as light donors on the array
  • each optical element located on the array can be driven very quickly and easily from the outside, and receive their illumination by one or more light sources spaced from the array, preferably also outside the array.
  • each optical element can be irradiated by a separate light source, in particular a separate LED, or several optical elements can be irradiated together by a single light source.
  • a strongly focused light source such as a laser
  • whose light is not applied simultaneously to the individual optical elements of the array, but rather in rapid succession, with this change being rapid enough in order not to cause any irritation with respect to the sensor scanning the target surface and / or the evaluation method used.
  • the light spots generated by the individual optical elements on the target surface are not static - relative to the array - but by Bere ⁇ movement of the optical element can cover a larger area in a very short time.
  • the uniformity of the irradiation intensity, in particular in the overlapping area of light spots, can be improved, on the other hand, with a reduced number of optical elements as a light donor - with otherwise unchanged parameters - and
  • the orientation of the individual light donors can still be changed during the illumination, by changing the orientation and / or position of the optical elements on the array relative to the array Basic body, if a review of the irradiance on the Zielflä ⁇ che a subsequent optimization may be necessary.
  • the relative positioning of the entire array relative to the target surface can be changed.
  • the relative positioning, ie angular position and / or distance, of the individual light dispenser can be changed to the target surface or to the part of the target surface to be irradiated by this light dispenser:
  • the cell thickness distribution within the light patch remains qualitatively the same, but decreases quantitatively.
  • the distance between the light source and the target surface can be changed by changing the corresponding distance of the light source to the main body of the array, or in the reflector (if present) associated with the actual light source in its distance and / or its angular position relative to the light source and / or to the main body of the array is changed.
  • optical elements such as mirrors on the array - in extreme cases, only a single optical elements, such as a single mirror can be used instead of a whole array, if the sweeping of the entire target area successively fast enough is possible - this optical element in turn, in its angular position and / or its distance from the target surface, for example by changing the angular position and / or the distance to the main body of the array to be changed.
  • the change in angle preferably takes place by pivoting around two pivot axes which are at an angle to one another and which preferably extend in each case parallel to the main plane of the main body of the array.
  • the light donors are arranged to achieve a simple design preferably in auf ⁇ mutually perpendicular rows and columns (X and Y direction) along the main plane of the main body of the array, but define a curved array surface which is convexly bent towards the target surface.
  • the light donors are arranged such that the light spots generated on the target surface, in particular adjacent light spots, overlap one another and, in particular, multiple overlaps of light spots are deliberately set.
  • the light spots In order to illuminate the edge areas of the target area as well, the light spots generally go far beyond the edge of the target area.
  • the above-mentioned design of the array makes possible an illumination method for a target area by means of a light-dispensing array in which a uniform irradiance is continuously achieved over the entire target area by the optical and / or geometric parameters of the light dispensers, in particular of the entire Arrays are adjusted in relation to the target surface so that the desired uniform irradiance over the entire target surface results.
  • the individual light donors are not fastened on a flat surface of the array but at different distances from the main body and the conical axes of their light cones are aligned with the main body, that is, with respect to the storage space defined target surface, the individual light spots of these Lichtke ⁇ gel in sum, in particular by one or multiple overlap, taking into account the irradiance distribution in the interior of a single Licht ⁇ stain a uniform irradiance on the target surface er ⁇ enough.
  • the irradiance on the target surface at a plurality of points is measured and from this result, an optimization of the optical and / or geometric parameters, in particular the angular positions of the Ke ⁇ gelachsen, relative to the main body of the array, determined and set in particular automatically.
  • the distances of the light donors of the main body, so the main level of the array can be adjusted automatically depending on it.
  • the irradiance in the area of the corners or outer edges of the target area and / or control points which are outside the actual target area at a defined distance are determined and the irradiance of the vertices relative to one another and / or those of the control points relative to one another and / or those of the vertices compared to those of the control points.
  • Figure 4 different light dispenser.
  • Figures 1 show a lighting situation according to the invention in perspective view (Figure 1a) and two-dimensional in the side view ( Figure 1 b).
  • a precisely defined target surface 3 usually a section on the surface of a target object 3 ', should be evenly illuminated by the light donor array 1, ie with the same irradiance at each point of the target surface 3.
  • FIG. 1 b additionally shows the CCD sensor 11, which receives the illuminated target area 3 for carrying out an optical measuring method, and which is not shown in FIG. 1 a for reasons of clarity.
  • the light donor array 1 consists of a base body 1 b with a flat bottom as the main plane V, on the front side of several light donors 2, preferably direct light generating light sources 4a, b, ... are arranged. However, these are not at equal distance to the main plane 8 1 1 son ⁇ countries with such different distances 8a, b, ... that these light sources 4a b, an array surface 1 defining the convexly curved with respect to the main level V is.
  • the light sources 4a, b are preferably LEDs, and are arranged on the surface 1a in mutually perpendicular rows X1, X2,..., And columns Y1, Y2,.
  • the individual light sources 4 emit light cones 6 in the direction of the target surface 3, and produce there light spots 7, which - as best seen in FIGS. 2 - usually partially overlap one another and thereby illuminate the entire target surface 3.
  • the array 1 illuminates an area on the object 3 'that is larger than the target area 3, while the CCD sensor 11 is usually adjusted so that it is exactly the target area 3 scans.
  • Figure 1a shows - the array 1 and / or the sensor 11 is not necessarily set with their main planes parallel to the target surface 3, which, moreover, does not have to be a flat surface, but may well have a Wöl ⁇ exercise.
  • FIG. 2 shows, in plan view of the target surface 3, the light spots 7, 8,... Superimposed there, which are produced on the target surface 3 by the light donor array 1 according to FIGS. In this case, only part of the target surface 3 is shown in FIGS.
  • FIG. 2a shows how the light spots arranged in a row X1, X2,..., For example 7a-c and 7d-f, overlap one another as well as in the transverse direction, ie between the individual rows X1 and X2. This results also overlaps of more than two light spots at individual points of the target surface 3.
  • FIG. 3a shows the individual curves 14a-c the irradiance distribution within such a light spot, for example 7a, as it is exclusively caused by the generating light cone 6a.
  • the cumulative curve as illustrated in FIG. 3b only for one line through the target area 1, can also be transmitted across all such lines two-dimensionally over the
  • the target surface 3 can be adjusted so that at each point of the target surface 3 there is an irradiation intensity E which, for example, moves within the predetermined limit values according to FIG.
  • the influencing possibilities of a single curve 14a are shown in FIG. 4a for a single light source 4 which, like the other light sources, is fastened on or in the base body 1b of the array 1.
  • the array 1 is in this case in a defined distance and angle position to the target object 3 'and thus the target surface 3.
  • a lateral displacement of the light spot 7 is obtained by changing the angular position of the light cone 6 to the target surface 3, best represented by the angular position of the cone axis 10 to the target surface 3, for example by pivoting the angular position of the light source 4 and / or its reflector 15 rela ⁇ tive to the main body 1 of the array. 1
  • a pure pivoting also increases the distance between the light source 4 or the reflector 15 and the target surface 3, so that a curve E3 results which is not only offset laterally with respect to the output curve, but is also wider and flatter.
  • this also changes the contour of the light spot, which is circular when perpendicular to the target surface 3 incident cone axis 6 and the cone axis 6 rotations ⁇ symmetrical reflector 15 is increasingly elliptical or egg-shaped with increasing deviation from this basic position.
  • This contour change is also used selectively for equalizing the irradiance over the entire target area 3.
  • the directions of the conical axes 6a, b of the individual light sources 4a, b of an array 1 can be arranged in a targeted manner in more or less or in one of the directions not at all overlapping rows X1, X2, as shown in FIG.
  • FIG. 2 c shows a solution which is formed symmetrically to the two transverse axes by the illuminated area. so that the respective transverse axes of the light spots from these central axes are becoming increasingly larger outwards.
  • Which and if a regular arrangement of the light spots on the target surface is the optimal arrangement can be determined empirically, but also automatically, for example with the aid of a computer-assisted optimization program.
  • the irradiance E must be measured at specific points of the target surface 3, as partially drawn in FIGS. 2a and 2b, and the value of the irradiance, preferably automatically, be passed on to the optimization program, which then - in the As a rule, starting from one of the basic arrangements according to FIGS. 2a-d, an optimization is carried out by changes in the individual positions of the light spots.
  • corner points 13 are recommended as measuring points, inter alia, in the case of the generally rectangular target surface 3, or at least measuring points which are offset slightly inwards from these corner points 13a, b.
  • control points 12a, b which lie outside the target surface 3, preferably radially outside the corner points 13a, b, are recommended as measuring points.
  • FIG. 4b shows an array 1 in which light sources 2 are not light sources, but optical light which does not generate any light but only passes light on.
  • table elements such as mirror 5 are used.
  • the mirrors 5a, b are irradiated by one or more light sources 4a, b, which are located away from the actual array 1 and can be fixed on the main body 1b of the array.
  • this Licht ⁇ source 4a especially if it is such a light source, the highly concentrated light, such as a laser beam, emits, be pivotable about at least one spatial axis x and / or y.
  • microspi- gel can be used, or other miniaturization of the optical elements, which are very small and light and therefore easy to drive, and - ein ⁇ finally their drive - are manufactured as high-volume parts low, since they already today in optical Devices are used.
  • micromirrors can still be moved in a controlled manner relative to the array 1 during the ongoing illumination or the measurement method illustrated in FIG.
  • the entire target area or a relatively large subarea of the target area can be irradiated one after the other in rapid succession so that this can be done for the intended optical measuring method. ren - even taking into account the inertia of the CCD sensor and its Be ⁇ exposure time - is acceptable.
  • the mirrors 5 a, b, ... are Draink ⁇ bar for this purpose by at least two mutually transverse spatial axes with respect to the main body 1 b of the array 1.
  • a scattering plate 9 are arranged, as indicated in Figure 4a, which is partially transparent to the light of the light sources 4 and in the direction on the target surface 3, the light scatters streaks ker.

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Abstract

Bei optischen, flächenhaften Messverfahren hängt die Qualität des Messergebnisses unter anderem davon ab, wie gleichmäßig die Bestrahlungsstärke über die gesamte Messfläche ist. Zur Erzielung einer hohen Gleichmäßigkeit wird ein Array (1) mit einer Vielzahl darauf angeordneter, unterschiedlich zur Hauptebene des Array beabstandeter und ihrer Winkelstellung justierter LEDs (4) verwendet.

Description

Anmelder: DANTEC ETTEMEYER GmbH
Unsere Akte: 65756 AL/GR
Beleuchtungsverfahren
I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsverfahren sowie einen Beleuchtungskörper zur Durchführung dieses Verfahrens, sowie ein mittels dieser Beleuchtung arbei¬ tendes Messverfahren.
II. Technischer Hintergrund
Für viele optische Vorgänge ist es notwendig, dass eine Zielfläche möglichst gleichmäßig beleuchtet wird, also die Bestrahlungsstärke über die gesamte Ziel¬ fläche gleichmäßig ist, also von einem vorgegebenen Sollwert nur bestimmte zu- lässige Abweichungen aufweist bzw. innerhalb eines Zielwertkorridors liegt.
Dabei handelt es sich meist nur um eine räumlich eng begrenzte, meist ebene Zielfläche.
Allerdings werden dabei an die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung weitaus höhere Anforderungen gestellt, als das subjektive Empfinden einer gleichmäßigen Be¬ leuchtung mittels des menschlichen Auges. Beispielsweise darf bei einem Sollwert von 100 W/m2 der Istwert um höchstens z. B. +/- 3% bzw. +/- 5% abweichen.
Naturgemäß ist die Anforderung an die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung beson¬ ders hoch, wenn die Beleuchtung im Rahmen eines optisch basierten Messverfah¬ rens benutzt wird, wie bspw. den optischen, zerstörungsfreien, flächenhaften Messverfahren nach dem Korrelationsprinzip, bspw. nach den Speckle-Korrelation oder der Image-Korrelation.
Dabei werden im Zuge der Messungen meist eine Vielzahl von Aufnahmen der Zielfläche mittels z.B. eines CCD-Sensors angefertigt, und dabei die Lichtintensi¬ tät des einzelnen Pixels auf der Sensorfläche ermittelt und für die Ausarbeitung weiterverarbeitet. Die Lichtmengen der einzelnen Pixelflächen auf dem CCD- Sensor hängt jedoch unter anderem stark von der Bestrahlungsstärke jedes ein¬ zelnen Punktes auf der Zielfläche ab, welche - wenn die Zielfläche eine gleich- mäßige Farbgebung und Oberflächenstruktur aufweist - jeweils die gleiche Be¬ strahlungsstärke sein sollte, um ein möglichst genaues Messergebnis zu erzeu¬ gen.
Da flächenhafte Lichtquellen nicht zur Verfügung stehen, werden derartige Be- leuchtungsaufgaben im Regelfall durch Leuchten erfüllt, die eine Vielzahl von Lichtspendern, insbesondere Lichtquellen, rasterartig nebeneinander angeordnet aufweisen, die ihre Lichtkegel nebeneinander gerichtet und in der Regel etwas einander überlappend auf die Zielfläche richten.
Da in den Querrichtungen der Lichtkegel zur Kegelachse jedoch bereits die Licht¬ intensität nicht gleichmäßig ist, insbesondere eher einer Gauß-Verteilung gleicht, die sich noch dazu mit dem Abstand von dem Lichtspender zumindest quantitativ mit der Quadrat der Entfernung, häufig auch qualitativ, ändert, ist hierdurch eine sehr gleichmäßige Bestrahlungsstärke auf einer Zielfläche, die sich in einem z. B. vorgegebenen Abstand und einer vorgegebenen Winkelstellung zu einem solchen Lichtspender-Array befindet, nur sehr grob zu erreichen.
Eine Vorraussetzung für die Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke auf der Ziel¬ fläche ist dabei unter anderem die in zeitlicher Hinsicht immer gleich starke und gleich verteilte Lichtabstrahlung der einzelnen Lichtspender. III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Beleuchtungsverfahren sowie ein Lichtspender-Array zu seiner Durchführung zur Verfügung zu stellen, welches eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke über eine vorgegebene, definierte, be¬ grenzte Zielfläche ermöglicht, wobei die Grundfläche des Lichtspender-Arrays kleiner sein soll als die Zielfläche selbst.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 , 17 und 23 gelöst. Vorteilhafte Ausfüh- rungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die gleichmäßige Bestrahlungsstärke - vorzugsweise innerhalb vorgegebener Grenzwerte - auf der relativ zu den Lichtspendern definiert positionierten Zielflä¬ che wird erreicht, in dem die Lichtspender relativ zueinander und/oder relativ zu der Zielfläche so positioniert und ausgerichtet sind, dass die Summe der von den einzelnen Lichtspendern auf der Zielfläche erzeugten Bestrahlungsstärken (Licht¬ flecken), insbesondere auch deren Überlagerungen, zu dem gewünschten, gleich¬ mäßigen Ergebnis führen.
Die Zielfläche kann dabei eine Ebene oder auch eine gewölbte Fläche sein.
Falls die Lichtspender auf einer Fläche eines Lichtspender-Arrays montiert und zusammengefasst sind, gilt dies auch für die Array-Fläche.
Vorzugsweise liegen die Lichtspender dabei auf einer konvex zur Zielfläche hin gewölbten Array-Fläche, in dem sie mit unterschiedlichen Abständen zu der Hauptebene des Array-Grundkörpes montiert sind. Als Lichtspender, insbesondere auf einem solchen Array, dienen entweder selbst lichterzeugende Lichtquellen oder optische Elemente, insbesondere Spiegel, Prismen etc., die insbesondere auf dem Array montiert sind und von einer oder mehreren, hiervon beabstandeten und auch getrennt vom Array untergebrachten, Lichtquellen bestrahlt werden können, und das Licht in Richtung Zielfläche weiter¬ leiten, insbesondere durch Umlenkung und/oder Bündelung oder Streuung.
Ferner können im Strahlengang zwischen den Lichtspendern und der Zielfläche, insbesondere fest verbunden mit dem Grundkörper des lichtspendenden Arrays, ein oder mehrere streuende optische Elemente, insbesondere eine Streuscheibe, angeordnet sein.
Als Lichtquellen werden direkt auf einem Array vorzugsweise lichtemittierende Dioden (LED's) verwendet, bei Verwendung von Spiegeln oder anderen optischen Elementen auf dem Array, die bestrahlt werden, kommen hierfür auch Lichtquellen in Frage, die ein stark gebündeltes Licht abgeben, beispielsweise ein Laser. Für die Streuung können die entsprechenden Spiegel auch gewölbt ausgebildet sein.
Die Verwendung von Lichtquellen oder stattdessen von optischen Elementen im Array ist unterschiedlich:
Die Ausrichtung der von den einzelnen Lichtspendern in Richtung Zielfläche ab¬ gegebenen Lichtkegel oder gegebenenfalls auch Lichtzylindern etc. bestimmt - neben dem Abstand der einzelnen Lichtspender von der Zielfläche - ja das Be- leuchtungsergebnis und vor allem die Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke über die gesamte Zielfläche, die in der Regel nicht ohne einfache oder sogar mehrfache Überlappung der durch die Lichtspender auf der Zielfläche erzeugten Lichtflecken erreichbar ist.
- Bei der Lösung, Lichtquellen, insbesondere LED's direkt auf einem Grund¬ körper anzuordnen und zu einem Lichtspender-Array zusammenfassen, können die einzelnen Lichtquellen, insbesondere LED's zwar jeweils unter- schiedliche Winkelstellung bezüglich des Grundkörpers und auch unter¬ schiedlichen Abstand hiervon einnehmen.
Allerdings ist es schwierig, diese Lichtquellen dann noch so beweglich in ihrem Abstand und/oder ihrer Winkelstellung zum Grundkörper zu befestigen, dass die¬ se kurzfristig und mit geringem Aufwand veränderbar ist, insbesondere von außen ansteuerbar veränderbar ist.
Dementsprechend werden bei direkter Verwendung der Lichtquellen auf dem Ar- ray diese in einer jeweils unterschiedlichen, aber fest fixierten Winkelstellung und Abstand auf dem Grundkörper befestigt, so dass sie insbesondere eine konvex in Richtung Zielfläche gewölbte Array-Fläche definieren. Anschließend muss dieses nicht mehr veränderbare Array in der richtigen Relativlage (Abstand und Winkel¬ stellung) relativ zur gewünschten Zielfläche positioniert werden.
Zwar kann die Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke aus Kontrollgründen an mehreren Stellen der Zielfläche, und auch gegebenenfalls in zeitlichen Abständen hintereinander, gemessen werden, jedoch ist zur Veränderung des Ergebnisses dann nur noch die Veränderung der Relativlage des gesamten Arrays relativ zur Zielfläche möglich.
Bei der Verwendung von optischen Elementen als Lichtspender auf dem Ar¬ ray ist es dagegen möglich, sehr kleine und leicht steuerbare optische Ele¬ mente zu verwenden, beispielsweise Mikrospiegel, wie sie bei bekannten op- tischen Geräten wie Beamern und Rückprojektions-Fernsehern bereits ein¬ gesetzt und hierzu in großer Stückzahl hergestellt werden.
Die auf dem Array befindlichen optischen Elemente können sehr schnell und leicht von außen angesteuert werden, und erhalten ihre Beleuchtung durch eine oder mehrere vom Array beabstandete vorzugsweise auch außerhalb des Arrays lie¬ genden, Lichtquellen. Dabei kann jedes optische Element von einer separaten Lichtquelle, insbesondere einer separaten LED, bestrahlt werden, oder mehrere optische Elemente gemein¬ sam von einer einzigen Lichtquelle.
Handelt es sich dabei um eine konventionelle, in viele Richtungen abstrahlende, Lichtquelle wie eine konventionelle Glühlampe etc., kann das Auftreffen des Lichts ausschließlich auf den optischen Elementen durch geeignete Gitterblenden etc. sichergestellt werden.
Als Lichtquelle könnte jedoch auch eine stark gebündeltes Licht abgebende Licht¬ quelle wie etwa ein Laser verwendet werden, dessen Licht auf die einzelnen opti¬ schen Elemente des Arrays nicht gleichzeitig, sondern zeitlich nacheinander in sehr schnellem Wechsel aufgebracht wird, wobei dieser Wechsel schnell genug sein muss, um hinsichtlich des die Zielfläche abtastenden Sensors und/oder des verwendeten Auswertungsverfahrens keine Irritationen zu erzeugen.
Der Vorteil dieser Lösung besteht somit bei der Verwendung beweglicher opti¬ scher Elemente auf dem Array darin, dass
- die von den einzelnen optischen Elementen auf der Zielfläche erzeugten Lichtflecken nicht statisch - relativ zum Array - sind, sondern durch Bewe¬ gung des optischen Elementes einen größeren Bereich in sehr kurzer Zeit überstreichen können.
Zum einen kann dadurch die Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke, insbeson¬ dere im Überlappungsbereich von Lichtflecken, verbessert werden, zum anderen kann mit einer verringerten Zahl von optischen Elementen als Lichtspender - bei ansonsten unveränderten Parametern - ausgekommen werden und
- wenn notwendig kann die Ausrichtung der einzelnen Lichtspender noch wäh¬ rend der Beleuchtung verändert werden, durch Veränderung der Ausrichtung und/oder Position der optischen Elemente auf dem Array relativ zum Array- Grundkörper, wenn eine Überprüfung der Bestrahlungsstärke auf der Zielflä¬ che eine nachträgliche Optimierung erforderlich erscheinen lässt.
Für die Veränderung der Größe und Gestalt der von den einzelnen Lichtspendern erzeugten Lichtflecken auf der Zielfläche und der absoluten sowie qualitativen Veränderung der Bestrahlungsstärke innerhalb dieser Lichtflecken stehen - je nach Bauform des Arrays und/oder Art der verwendeten Lichtspender - die Ver¬ änderung unterschiedlicher Parameter zur Verfügung:
- Zum einen kann die Relativpositionierung des gesamten Arrays relativ zur - Zielfläche verändert werden.
Zum anderen kann die Relativpositionierung, also Winkelstellung und/oder Abstand, der einzelnen Lichtspender zur Zielfläche bzw. dem von diesem Lichtspender zu bestrahlenden Teil der Zielfläche verändert werden:
Bei zunehmendem Abstand der Lichtquelle von der Zielfläche wird der Lichtfleck größer, die Beläutungsstärkenverteilung innerhalb des Lichtfleckes bleibt qualitativ gleich ist, jedoch quantitativ sinkend.
Bei Veränderung der Winkelstellung der Kegelachse des Lichtkegels, den der Lichtspender erzeugt, zur Zielfläche, bedingt durch eine Änderung der Winkelstel¬ lung dieser Kegelachse zum Grundkörper des Arrays, wird die Form des Lichtfle¬ ckes verändert und damit auch die qualitative Verteilung der Bestrahlungsstärke innerhalb des Lichtfleckes und in aller Regel auch der Absolutwert der Bestrah¬ lungsstärke.
Der Abstand der Lichtquelle zur Zielfläche kann verändert werden, indem der kor¬ respondierende Abstand der Lichtquelle zum Grundkörper des Arrays verändert wird, oder in dem - soweit vorhanden - der der eigentlichen Lichtquelle zugeord¬ nete Reflektor in seinem Abstand und/oder seiner Winkelstellung zur Lichtquelle und/oder zum Grundkörper des Arrays verändert wird. Auch bei Verwendung optischer Elemente wie Spiegel auf dem Array - wobei im Extremfall nur ein einziges optisches Elemente, etwa ein einziger Spiegel anstelle eines ganzen Arrays eingesetzt werden kann, wenn die Überstreichung der ge¬ samten Zielfläche nacheinander schnell genug möglich ist - kann dieses optische Element wiederum in seiner Winkellage und/oder seinem Abstand zur Zielfläche, beispielsweise durch Veränderung der Winkellage und/oder des Abstandes zum Grundkörper des Arrays, verändert werden.
Die Winkelveränderung geschieht vorzugsweise durch Verschwenken um zwei zueinander im Winkel stehende Schwenkachsen, die vorzugsweise jeweils paral¬ lel zur Hauptebene des Grundköpers des Arrays verlaufen.
Die Lichtspender sind zur Erzielung einer einfachen Bauform vorzugsweise in auf¬ einander rechtwinkligen Reihen und Spalten (X- und Y-Richtung) entlang der Hauptebene des Grundkörpers des Arrays angeordnet, definieren jedoch eine gewölbte Array-Fläche, die konvex zur Zielfläche hin gebogen ist.
Die Lichtspender sind dabei so angeordnet, dass die auf der Zielfläche erzeugten Lichtflecke, insbesondere benachbarte Lichtflecke, einander überlappen und ins- besondere auch Mehrfach-Überlappungen von Lichtflecken bewusst eingestellt werden.
Um auch die Randbereiche der Zielfläche auszuleuchten, gehen die Lichtflecke insgesamt über den Rand der Zielfläche deutlich hinaus.
Durch die vorgenannte Ausbildung des Arrays wird ein Beleuchtungsverfahren für eine Zielfläche mittels eines Lichtspender-Arrays möglich, bei dem eine gleichmä¬ ßige Bestrahlungsstärke über die gesamte Zielfläche durchgehend erreicht wird, indem die optischen und/oder geometrischen Parameter der Lichtspender, insbe- sondere des gesamten Arrays, in Relation zur Zielfläche so eingestellt werden, dass sich die gewünschte gleichmäßige Bestrahlungsstärke über die gesamte Zielfläche ergibt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass einerseits die einzelnen Licht¬ spender nicht auf einer ebenen Fläche des Arrays, sondern mit unterschiedlichen Abständen zu dem Grundkörper darauf befestigt sind und die Kegelachsen ihrer Lichtkegel so zum Grundkörper ausgerichtet werden, dass auf der hinsichtlich La- gerabstand hierzu definierten Zielfläche die einzelnen Lichtflecken dieser Lichtke¬ gel in Summe, insbesondere durch ein oder mehrfache Überlappung unter Be¬ rücksichtung der Bestrahlungsstärkenverteilung im Inneren eines einzelnen Licht¬ flecks eine gleichmäßige Bestrahlungsstärkenverteilung über die Zielfläche er¬ reicht wird.
Zu diesem Zweck wird die Bestrahlungsstärke auf der Zielfläche an einer Vielzahl von Punkten gemessen und aus diesem Ergebnis eine Optimierung der optischen und/oder geometrischen Parameter, insbesondere der Winkelstellungen der Ke¬ gelachsen, relativ zum Grundkörper des Arrays, ermittelt und insbesondere auch automatisch eingestellt.
Auch die Abstände der Lichtspender von dem Grundkörper, also der Hauptebene, des Arrays können in Abhängigkeit davon automatisch eingestellt werden.
Insbesondere werden dabei die Bestrahlungsstärke im Bereich der Ecken bzw. Außenkanten der Zielfläche und/oder von Kontrollpunkten, die in definiertem Ab¬ stand außerhalb der eigentlichen Zielfläche liegen, ermittelt und die Bestrahlungs¬ stärke der Eckpunkte relativ zueinander und/oder die der Kontrollpunkte relativ zueinander und/oder die der Eckpunkte zu den der Kontrollpunkte verglichen.
Dadurch wird auch ein zerstörungsfreies, optisches, flächenhaftes Messverfahren möglich, insbesondere ein Korrelationsverfahren, bei dem die Zielfläche als Mess¬ fläche mit gleichmäßiger Bestrahlungsstärke über die gesamte Messfläche ausge¬ leuchtet ist, mit Hilfe eines Lichtspender-Arrays wie zuvor dargelegt. c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 : die Beleuchtungssituation,
Fig. 2: Lichtflecken-Verteilungen auf dem Zielobjekt,
Fig. 3: die Überlappungs-Wirkung, und
Figur 4: verschiedene Lichtspender.
Die Figuren 1 zeigen eine Beleuchtungssituation gemäß der Erfindung in perspek- tivischer Darstellung (Figur 1a) und zweidimensional in der Seitenansicht (Figur 1 b).
Dabei soll eine genau definierte Zielfläche 3, meist ein Ausschnitt auf der Oberflä¬ che eines Zielobjektes 3', von dem Licht Spender-Array 1 gleichmäßig ausge- leuchtet werden, also mit gleicher Bestrahlungsstärke an jedem Punkt der Zielflä¬ che 3.
Eine exakt gleiche Bestrahlungsstärke E = [W/m 2] lässt sich nie hundertprozentig erreichen, jedoch soll eine maximale Abweichung des Istwertes von einem SoII- wert eingehalten werden, oder ein absoluter Wertebereich für die Bestrahlungs¬ stärke soll eingehalten werden.
In Figur 1b ist zusätzlich der CCD-Sensor 11 dargestellt, der für die Durchführung eines optischen Messverfahrens die beleuchtete Zielfläche 3 aufnimmt, und der aus Übersichtlichkeitsgründen in Figur 1a nicht dargestellt ist.
Das Lichtspender-Array 1 besteht aus einem Grundkörper 1 b mit einer ebenen Unterseite als Hauptebene V, auf dessen Vorderseite mehrere Lichtspender 2, vorzugsweise Direktlicht erzeugende Lichtquellen 4a, b, ... angeordnet sind. Diese befinden sich jedoch nicht in jeweils gleichem Abstand 8 zur Hauptebene 11, son¬ dern mit dergestalt unterschiedlichen Abständen 8a, b, ..., dass diese Lichtquellen 4a, b eine Array-Fläche 1 definieren, die konvex gewölbt gegenüber der Haupt- ebene V ist.
Die Lichtquellen 4a, b sind vorzugsweise LED's, und sind auf der Fläche 1a in zu¬ einander rechtwinkligen Reihen X1 , X2, .. und Spalten Y1 , Y2, .. angeordnet.
Die einzelnen Lichtquellen 4 geben dabei Lichtkegel 6 in Richtung auf die Zielflä¬ che 3 ab, und produzieren dort Lichtflecken 7, die - wie am Besten den Figuren 2 ersichtlich - in der Regel teilweise miteinander überlappen und dadurch die ge¬ samte Zielfläche 3 beleuchten.
Um innerhalb der gesamten Zielfläche 3 eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke zu erreichen, beleuchtet das Array 1 einen Bereich auf dem Objekt 3', der größer ist als die Zielfläche 3, während der CCD-Sensor 11 in der Regel so justiert ist, dass er genau die Zielfläche 3 abtastet.
Zu diesem Zweck sind - wie Figur 1a zeigt - das Array 1 und/oder der Sensor 11 nicht unbedingt mit ihren Hauptebenen parallel zur Zielfläche 3 eingestellt, die im Übrigen auch keine ebene Fläche sein muss, sondern durchaus auch eine Wöl¬ bung besitzen kann.
Die Figuren 2 zeigen in der Aufsicht auf die Zielfläche 3 die sich dort überlagern¬ den Lichtflecken 7, 8, ..., welche auf der Zielfläche 3 vom Lichtspender-Array 1 gemäß den Figuren 1 produziert werden. Dabei ist in den Figuren 2 nur ein Teil der Zielfläche 3 eingezeichnet.
In Figur 2a ist ersichtlich, wie die in einer Reihe X1 , X2, .. angeordneten Lichtfle¬ cken, zum Beispiel 7a-c und 7d-f, sowohl untereinander überlappen, als auch in Querrichtung, also zwischen den einzelnen Reihen X1 und X2. Dadurch ergeben sich auch Überlappungen von mehr als zwei Lichtflecken an einzelnen Punkten der Zielfläche 3.
Diese Überlappungen werden - zusammen mit der Verteilung der Bestrahlungs- stärke innerhalb des jeweiligen Lichtflecks, erzeugt durch den zugehörigen Licht¬ kegel und den Absolutwert der maximalen Bestrahlungsstärke eines Lichtkegels auf der Zielfläche - dazu benutzt, um die Bestrahlungsstärke über die gesamte Zielfläche 3 zu egalisieren, wie im Folgenden anhand der Figuren 3b dargestellt:
Dabei zeigt Figur 3a für drei nebeneinander liegende und teilweise einander über¬ lappende Lichtflecken 7a-c die einzelnen Kurven 14a-c die Bestrahlungsstärke- Verteilung innerhalb eines solchen Lichtflecks, zum Beispiel 7a, wie sie aus¬ schließlich durch den erzeugenden Lichtkegel 6a bewirkt wird.
Für einen definierten Punkt auf der Zielfläche 3 ergeben sich dann als Bestrah¬ lungsstärke die Summe aller ihn treffenden Lichtflecken 7, also wie in Figur 3b dargestellt eine Verteilung der Bestrahlungsstärke auf einer Linie durch die Ziel¬ fläche 3, die eine Summenkurve der in Figur 3a entlang der gleichen Linie darge¬ stellten einzelnen Kurven 14a-c der einzelnen Bestrahlungsstärken der Flecken 7a-c ist.
Durch Veränderungen der optischen und geometrischen Parameter der Beleuch¬ tungs-Situation, insbesondere des Lichtspender-Arrays 1 und dessen Lichtspen¬ dern 2a, b können die einzelnen Kurven 14a, b, ... der Bestrahlungsstärke inner- halb der einzelnen Lichtflecken 7 verändert werden.
Geschieht die Veränderung zielgerichtet und über alle Lichtspender 2a, b des Ar- rays 1 hinweg, so kann dadurch die Summenkurve, wie sie in Figur 3b nur für eine Linie durch die Zielfläche 1 dargestellt wurde, auch über alle solche Linien zwei- dimensional über die ganze Zielfläche 3 hinweg so eingestellt werden, dass an jedem Punkt der Zielfläche 3 eine Bestrahlungsstärke E vorliegt, die sich zum Bei¬ spiel innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte gemäß Figur 3 bewegt. Die Beeinflussungsmöglichkeiten einer einzelnen Kurve 14a sind in Figur 4a für eine einzelne Lichtquelle 4 dargestellt, die wie die übrigen Lichtquellen am oder im Grundkörper 1 b des Arrays 1 befestigt ist. Das Array 1 befindet sich dabei in ei¬ nem definierten Abstand und Winkel-Position zum Zielobjekt 3' und damit der Ziel- fläche 3.
Bei Betreiben der elektrischen Lichtquelle 4, beispielsweise einer LED, mit einer definierten Spannung ergibt sich für diesen einzelnen Lichtkegel 6 eine Kurve E1 der Verteilung der Bestrahlungsstärke, wie sie in Figur 4a mit durchgezogener Linie für einen Durchmesser durch den Lichtfleck 7 eingezeichnet ist.
Durch Reduzieren der elektrischen Spannung, mit der die LED betrieben wird, wird deren Lichtstärke geringer und damit die Amplitude der resultierenden Kurve E1 niedriger, die ansonsten qualitativ unverändert bleibt.
Entfernt man die Lichtquelle 4 unter Vergrößerung des Abstandes 8' weiter von der Zielfläche 3, - was entweder durch Entfernung des gesamten Arrays 1 ge¬ schehen kann oder separat für eine bestimmte Lichtquelle 4, indem deren Ab¬ stand 8 von der Hauptebene V des Arrays 1 weniger stark beanstandet wird - so wird der sich dadurch ergebende Lichtfleck 7 größer und damit die sich ergebende Kurve E2 breiter, aber auch flacher.
Dies gilt selbstverständlich nur, wenn bei Vorhandensein eines Reflektors 15 hin¬ ter der Lichtquelle 4 dieser Reflektor 15 zusammen mit der Lichtquelle mitbewegt wurde. Ansonsten kann ein ähnlicher Effekt auch bewirkt werden, indem - bei Bei¬ behaltung der Position der Lichtquelle 4 - lediglich der Reflektor 15 etwas weiter von der Lichtquelle 4 beanstandet wird.
Eine seitliche Verlagerung des Lichtflecks 7 ergibt sich, indem die Winkelstellung des Lichtkegels 6 zur Zielfläche 3, am Besten darstellbar anhand der Winkel- Stellung der Kegelachse 10 zur Zielfläche 3, verändert wird, beispielsweise durch Verschwenken der Winkellage der Lichtquelle 4 und/oder ihres Reflektors 15 rela¬ tiv zum Grundkörper 1 des Arrays 1. Allerdings wird durch ein solches reines Verschwenken auch der Abstand zwi¬ schen der Lichtquelle 4 beziehungsweise dem Reflektor 15 und der Zielfläche 3 größer, sodass sich eine Kurve E3 ergibt, die gegenüber der Ausgangskurve nicht nur seitlich versetzt, sondern auch breiter und flacher ist.
Zusätzlich verändert sich dadurch auch die Kontur des Lichtflecks, der bei lotrecht auf die Zielfläche 3 auftreffender Kegelachse 6 und zur Kegelachse 6 rotations¬ symmetrischem Reflektor 15 kreisförmig ist, bei zunehmender Abweichung von dieser Grundstellung jedoch immer stärker elliptisch bzw. eiförmig wird. Auch die¬ se Konturveränderung wird zur Egalisierung der Bestrahlungsstärke über die ge¬ samte Zielfläche 3 gezielt eingesetzt.
Dementsprechend können die Richtungen der Kegelachsen 6a, b der einzelnen Lichtquellen 4a, b eines Arrays 1 gezielt in - mehr oder weniger oder auch in einer der Richtungen überhaupt nicht - überlappenden Reihen X1 , X2 angeordnet wer¬ den, wie in Figur 2 dargestellt.
Während in Figur 2b für die gewünschte Egalisierung die Mittelpunkte der einan- der entsprechenden Lichtflecken einer der Reihen X1 , X2 spaltenweise (Y1 , Y2) übereinander liegen, sind diese Mittelpunkte bei der Lösung gemäß Figur 2a in X- Richtung zueinander versetzt, was aufeinander nachfolgende Reihen X1 , X2 be¬ trifft, um die gewünschte Egalisierung besser bewirken zu können.
Während in den Figuren 2a die in X-Richtung verlaufende große Querachse der etwa elliptischen Lichtflecke innerhalb einer Reihe zum Beispiel X1 von links nach rechts zunehmend größer wird, zeigt Figur 2c eine Lösung, die symmetrisch zu den beiden Querachsen durch die beleuchtete Fläche ausgebildet ist, sodass die entsprechenden Querachsen der Lichtflecken von diesen Mittelachsen aus nach außen zunehmend größer werden.
Während in den Figuren 2a-c Lösungen dargestellt sind, bei denen die Richtun¬ gen der Längs- und Querachsen der etwa elliptischen Lichtflecke immer parallel zueinander liegen, zeigt Figur 2d eine Lösung, bei der die Querachsen unter¬ schiedliche Winkelstellungen einnehmen, wobei die großen Längsachsen der Lichtflecke etwa radial zur Mitte des beleuchteten Bereiches stehen.
Welche und ob überhaupt eine regelmäßige Anordnung der Lichtflecke auf der Zielfläche die optimale Anordnung ist, kann empirisch ermittelt, aber auch automa¬ tisch, zum Beispiel mit Hilfe eines computergestützten Optimierungsprogrammes, errechnet werden.
Zu diesem Zweck muss an konkreten Punkten der Zielfläche 3, wie sie teilweise in den Figuren 2a und 2b eingezeichnet ist, die Bestrahlungsstärke E gemessen und der Wert der Bestrahlungsstärke, am Besten automatisch, an das Optimierungs- Programm weitergegeben werden, welches dann - in der Regel ausgehend von einer der Grundanordnungen gemäß der Figuren 2a-d - eine Optimierung durch Veränderungen der Einzelpositionen der Lichtflecke rechnerisch durchführt.
Dabei empfehlen sich als Messpunkte unter anderem zum einen die Eckpunkte 13, bei der in der Regel rechteckigen Zielfläche 3, oder zumindest Messpunkte, die von diesen Eckpunkten 13a,b geringfügig nach innen versetzt sind. Darüber hinaus empfehlen sich als Messpunkte Kontrollpunkte 12a,b, die außerhalb der Zielfläche 3 liegen, vorzugsweise radial außerhalb der Eckpunkte 13a,b.
Durch Berücksichtigung und Vergleich der Bestrahlungsstärke insbesondere an diesen Punkten, und zwar entweder der Eckpunkte relativ zueinander und/oder der außerhalb liegenden Kontrollpunkte relativ zueinander und/oder vor allem auch zwischen den Eckpunkten und den ihnen zugeordneten Kontrollpunkten au¬ ßerhalb der Zielfläche, lassen sich wichtige Aussagen über den Grad der bisher erreichten Egalisierung der Bestrahlungsstärke beziehungsweise Einhaltung von absoluten Grenzwerten für die Bestrahlungsstärke innerhalb der Zielfläche, erhal- ten.
Figur 4b zeigt ein Array 1 , bei dem als Lichtspender 2 keine Lichtquellen, sondern optische, selbst kein Licht erzeugende, sondern Licht lediglich weiterleitende, op- tische Elemente wie etwa Spiegel 5 verwendet sind. Die Spiegel 5a, b werden da¬ bei von einer oder mehreren Lichtquellen 4a,b, die sich abseits des eigentlichen Arrays 1 befinden und durchaus auf dem Grundkörper 1 b des Arrays befestigt sein können, bestrahlt.
Sollen mehrere an einer jeweils festgelegten Position befindliche Spiegel 5a, b von einer einzigen Lichtquelle, z. B. 4a, ausbeleuchtet werden, so muss diese Licht¬ quelle 4a, vor allem wenn es sich um eine solche Lichtquelle handelt, die stark gebündeltes Licht, etwa einen Laserstrahl, abgibt, schwenkbar um mindestens eine Raumachse x und/oder y sein.
Der Vorteil der Verwendung von lediglich optischen Elementen, insbesondere Spiegeln 5a, b, auf dem Array 1 liegt vor allem darin, dass hierbei z. B. Mikrospie- gel verwendet werden können, oder auch andere Miniaturisierungen der optischen Elemente, die sehr klein und leicht und damit leicht antreibbar sind, und - ein¬ schließlich ihres Antriebes - als Großserien-Teile günstig hergestellt werden, da sie bereits heute in optischen Geräten Verwendung finden. Derartige Mikrospiegel können noch während der andauernden Beleuchtung bzw. des in Figur 1 darge¬ stellten Messverfahrens relativ zum Array 1 gesteuert bewegt werden,
sei es um den von ihnen erzeugten Lichtfleck auf der Zielfläche schnell über die Zielfläche wandern zu lassen, und dadurch eine gleichmäßige Bestrahlungs¬ stärke nicht durch Überlappung statischer Lichtflecke sondern durch sehr schnel¬ les Bewegen eines oder mehrerer Lichtflecke über die Zielfläche zu erzielen,
sei es um lediglich eine Nachjustierung der Winkelstellung für die statische Erzeugung eines Lichtflecks zu bewirken und dadurch eine Optimierung der Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke.
Im Extremfall kann mit Hilfe nur eines einzigen solchen Mikrospiegels und eines ihn beleuchtenden Lasers oder einer anderen geeigneten Lichtquelle die gesamte Zielfläche oder ein relativ großer Teilbereich der Zielfläche zeitlich nacheinander so schnell bestrahlt werden, dass dies für das beabsichtigte optische Messverfah- ren - auch unter Berücksichtigung der Trägheit des CCD-Sensors und dessen Be¬ lichtungszeit - hinnehmbar ist.
Die Spiegel 5 a,b, ... sind zu diesem Zweck um wenigstens zwei quer zueinander stehende Raumachsen bezüglich des Grundkörpers 1 b des Arrays 1 verschenk¬ bar.
Zusätzlich kann im Strahlengang zwischen den Lichtspendern 2 und der Zielfläche 3, vorzugsweise ebenfalls am Grundkörper 1 b des Arrays 1 befestigt, eine Streu- Scheibe 9 angeordnet werden, wie in Figur 4a angedeutet, die teildurchlässig für das Licht der Lichtquellen 4 ist und in Richtung auf die Zielfläche 3 das Licht stär¬ ker streut.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Lichtspender-Array r Hauptebene
1a Array-Fläche
1 b Array-Grundkörper
2 Lichtspender
3 Zielfläche
4 Lichtquelle
5 Spiegel
6 Lichtkegel
7 Lichtfleck
8 Abstand
9 Streuscheibe
10 Kegelachse
11 CCD-Sensor
12 Kontrollpunkt
13 Eckpunkt
X1 Reihe
Y1 Spalte

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Lichtspender-Array (1 ) mit einer Vielzahl von auf einer Array-Fläche (1 a) ein¬ geordneten Lichtspendern (2a, b....), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtspender (2a,b..) relativ zueinander und/oder zur Zielfläche so positioniert und ausgerichtet sind, dass eine davon beleuchtete, definiert gestaltete und posi¬ tionierte, begrenzte Zielfläche (3) eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke über die gesamte Zielfläche aufweist.
2. Lichtspender-Array (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsstärke eine maximale Abweichung von einem vorgegebenen Mit¬ telwert nicht überschreiten darf.
3. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Lichtkegel (6) auf der Zielfläche (3) in zueinander versetzten Reihen angeordnet sind, bei denen die Lichtkegel (6) einer Reihe jeweils in der Mitte des Abstandes der Lichtkegel einer benachbarten Reihe positioniert sind.
4. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung vom Mittelwert weniger als +/- 20%, insbesondere weniger als +/- 15%, insbesondere weniger als +/- 10% betragen darf.
5. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfläche eine ebene, insbesondere rechteckige Zielfläche (3) ist.
6. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtspender (2a, b) Lichtquellen (4a, b..) sind.
7. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtspender (2), optische Elemente, insbesondere Spiegel (5), insbesondere einstellbare Spiegel (5), sind und die die optischen Elemente beleuchtenden Licht¬ quellen (4) beabstandet vom Lichtspender-Array (1) angeordnet sind.
8. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtspender (2) einen definierten Lichtkegel (6), insbesondere jeweils gleiche Lichtkegel (6a, b) abgeben, jedoch in nicht übereinstimmende Richtungen über Kegelachsen (10a, b...).
9. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtspender (2), insbesondere die Lichtquellen(4), innerhalb des Arrays (1) gleich sind, und insbesondere die Lichtquellen (4) lichtemitierende Dioden (LEDs) gleicher Leistung und gleicher abzugebender Wellenlänge sind.
10. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitätsverteilung innerhalb eines Lichtkegels (6) auf der Zielfläche (3) bekannt ist, und die einzelnen Lichtkegel (6a, b...) einander so auf der Zielfläche (3) überlappen, dass insgesamt die gewünschte gleichmäßige Lichtintensität er¬ zielt wird.
11. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtspender (2) in Reihen und Spalten in x- und y-Richtung angeordnet sind, die insbesondere lotrecht aufeinander stehen.
12. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtspender auf einer gewölbten Array-Fläche (1a) angeordnet sind.
13. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne, dass von den Lichtkegel (6a, b..) einer Reihe (x1) mehr als zwei Lichtkegel (6a, b) die¬ ser Reihe (x1 ) überlappen.
14. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den Lichtkegel (6a, b...) einer Reihe (y1) mehr als zwei Lichtkegel (6a, b) die¬ ser Reihe (y1 ) überlappen.
15. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelstellung der Kegelachsen (10a, b) der Lichtkegel (6a, b) bez. der Array- Hauptebene einstellbar, insbesondere nachführbar, ist, insbesondere bei verstell- baren Spiegeln (5) als Lichtspender(2).
16. Lichtspender-Array (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Lichtspendern (2) einzelne oder insbesondere ein durchgehendes, licht- streuendes optisches Element, insbesondere eine Streuscheibe (9), angeordnet, insbesondere mit dem Grundkörper (1b) des Arrays (1) verbunden ist.
17. Verfahren zum gleichmäßigen Beleuchten einer definierten, begrenzten Ziel¬ fläche (3) mittels eines Lichtspender-Arrays (1), dadurch gekennzeichnet, dass die optischen und/oder geometrischen Parametern der Lichtspender (2a, b..) des Arrays (1) in Relation zum Abstand und der Lage der Zielfläche (3) so eingestellt werden, dass sich eine gleichmäßige Lichtintensität auf der gesamten Zielfläche (3) ergibt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsstärke eine maximale Abweichung von einem vorgegebenen Mit¬ telwert nicht überschreiten darf.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Hauptebene (1') des Lichtspender-Arrays (1), insbesondere auf des¬ sen groß gewölbter Array-Fläche (1a) ein A und damit definiertem Abstand (8) zur Hauptebene (V) angeordneten Lichtspender (2) mit Ihren Kegelachsen (10a,b) so ausgerichtet werden, dass die einzelnen Lichtflecken (7) dieser Lichtkegel (6) auf der Zielfläche (3) einander in der Weise ein- oder mehrfach überlappen, dass un¬ ter Berücksichtigung der Intensitätsverteilung innerhalb der einzelnen Lichtflecken (7) eine gleichmäßige Intensitäts-Verteilung erreicht wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensität über die Zielfläche (3) hinweg an einer Vielzahl von Punkten gemessen und automatisch auf diesem Ergebnis basierend eine Optimierung der Winkelstellungen der Kegelachsen (10a,b), insbesondere auch der Abstände (8) der Lichtspender von der Hauptebene (V) des Arrays, berechnet und insbesonde- re auch automatisch bei den Lichtspendern (2), insbesondere den Spiegeln (5) nachgestellt wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Lichtintensität auf der Zielfläche (3) wenigstens in zeitlichen Abständen während der Beleuchtungszeit erneut gemessen und auf Veränderun¬ gen überprüft wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die richtige Positionierung der Zielfläche zur Hauptebene (1') des Arrays (1) über¬ prüft wird, indem in den definierten Punkten, bei einer rechteckigen Array-Fläche (1a) insbesondere den Eckpunkten (13a,b..) der Zielfläche als auch von diesen Eckpunkten (13a, b..) nach außen versetzten Kontrollpunkten (12a, b..), die Licht¬ intensität gemessen wird, sowohl hinsichtlich des Absolutwertes, als auch der Re¬ lationen zwischen Eckpunkt (13a) und zugeordnetem Kontrollpunkt (12a)und/ oder den Eckpunkten (13a, b..) untereinander und/oder den Kontrollpunkten (12a, b..) untereinander.
23. Verfahren zum Beobachten einer Zielfläche (3) mit einem zerstörungsfreien, optischen, flächenhaften Messverfahren, insbesondere einem Korrelationsverfah¬ ren, dadurch gekennzeichnet, dass dabei die Bestrahlung der Messfläche mit gleichmäßiger Lichtintensität über die gesamte Messfläche erfolgt mit Hilfe eines Lichtspender-Arrays(i), wobei die Lichtspender (2a, b..) relativ zueinander und/oder zur Zielfläche so positioniert und ausgerichtet sind, dass eine davon beleuchtete, definiert gestaltete und positio- nierte, begrenzte Zielfläche (3) eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke über die gesamte Zielfläche aufweist.
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