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Einfluss der Oberflächen-Geometrie

Die Oberflächengeometrie in Kombination einer Beleuchtungsquelle hat gravierende Einflüsse für sich ergebende daraus Videobild. Besonders beim Einsatz gerichteter, punktförmiger Lichtquellen gilt für das reflektierte Licht das einfache Motto "Einfallswinkel = Ausfallswinkel". Für kollimierte Auflichtbeleuchtungen (Kondensor-/ Telezentrie-Prinzip) gilt dies im besonderen Maße, da dort das emittierte Licht extrem parallel und kein weiteres diffuses Licht abgestrahlt wird. Aber auch diffuse Beleuchtungstechniken können gerichtetes Licht erzeugen: ein diffuses koaxiales Auflicht leuchtet größtenteils gerichtet.

Wird der Prüfkörper von oben angestrahlt, erfolgt eine starke Reflexion zur Kamera hin, die ebene Bauteilfläche strahlt hell. An schrägen Kanten, Wölbungen und Phasen wird das Licht zur Seite gebrochen, sie erscheinen im Kamerabild dunkel, da dieses Licht nicht auf den Kamerasensor trifft.

Ebene und schräge Flächen mitLichteinfall von oben
Schräge Oberfläche und Licht von oben

 

Bei seitlichem Lichteinfall wird auf der ebenen Fläche des Prüfobjekts das Licht zur Seite hin reflektiert und fällt nicht auf den Kamerasensor. Die Oberfläche erscheint dunkel. In unserem Beispiel wurde das Ringlicht so angeordnet, dass die schräge Phase genau im "Glanzwinkel" steht. Das Licht wird zur Kamera reflektiert, sie erscheint hell.

Seitliches Licht auf schräge und gerade Flächen
Schräge Oberfläche und Licht von der Seite

 

Direkt gerichtete Beleuchtung auf sphärischen und zylilndrischen Flächen

Das ideale Testobjekt für den Einfluss der Oberflächen-Geometrie auf die Richtung des Lichts ist eine polierte Stahlkugel (vereinfacht auch ein glatter metallischer Zylinder). Hier lässt sich sehr gut beobachten, was eine Beleuchtung in der Lage ist, homogen auszuleuchten.

Bei einer gerichteten Beleuchtung von oben entsteht auf der glatten Oberfläche einen starken Lichtreflex. Das Licht wird hauptsächlich reflektiert. Für eine punktförmige Beleuchtung gilt hier Einfallwinkel ist gleich dem Ausfallwinkel. Bei einer direkt gerichteten Auflicht-Beleuchtung, z.B. einem LED-Ringlicht ist der Raumwinkel, den das Licht ausleuchten kann, extrem gering. Der Abstrahlwinkel der LEDs beträgt typischerweise 15 Grad, wobei die Helligkeitsverteilung über diesen Winkel nicht konstant ist, so dass die abgestrahlte Lichtverteilung eigentlich doch viel direkt gerichteter wirkt.

Sphärische Oberfläche und gerichtetes Licht von oben
Direktes Auflicht auf gewölbter Oberfläche

 

Diffuse Auflicht-Beleuchtung auf gewölbter Oberfläche

Die Situation bessert sich, je diffuser die Beleuchtung und je größer die ausgeleuchtete Zone ist. Leuchtet eine diffuse Auflicht-Beleuchtung nahtlos einen Raumwinkel 90 Grad aus, so ist mit einem homogen ausgeleuchteten Bildausschnitt von insgesamt 45 Grad zu rechnen. Achtung: großflächig abgestrahltes Licht hat noch lange keinen großen Ausleuchtungswinkel, wenn nur einfache Diffusorplatten das Licht von punktförmigen Lichtquellen streuen.

Diffuses Auflicht auf kugelförmiger Oberfläche
Diffuses Auflicht auf gewölbter Oberfläche

 

Domartige Beleuchtung auf zylindrischen und gewölbten Oberflächen

Wirklich nahtlos homogenes Licht kann erst eine sphärische Dombeleuchtung abgeben. Der ausgeleuchtete Raumwinkel an der Kugel ohne Eintauchen des Prüfobjekts in den Dom beträgt im Idealfall 90 Grad bei einer Ausleuchtung von 180 Grad. Also selbst hier sind beim Beleuchten einer Kugel zum Rand hin noch starke Lichtverluste und deutliche Abschattungen zu beobachten, da der Lichteinfall ohne Eintauchen in die Beleuchtungskuppel nur maximal 180 Grad betragen kann.

Dombeleuchtung auf sphärischer/ zylindrischer Oberflächenform
Domartige Beleuchtung auf gewölbter Oberfläche

 

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