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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren einer
Lampe in einem Auflichtsystem. Im Besonderen betrifft die Erfindung
eine Vorrichtung zum Justieren einer Lampe in einem Auflichtsystem,
wobei im Auflichtbeleuchtungsstrahlengang mindestens eine Aperturblende
angeordnet ist. In einem Detektionsstrahlengang des Auflichtsystems
ist ein Detektor angeordnet, und in einem Abschnitt des Auflichtsystem
verlaufen der Auflichtbeleuchtungsstrahlengang und der Detektionsstrahlengang
gemeinsam und parallel.
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Eine
der Notwendigkeiten in der Mikroskopie bzw. bei mikroskopischen
Anwendungen ist die Kontrolle der Justierung der Beleuchtung, insbesondere bei
Messmikroskopen. Dazu werden vielfältige Hilfsmittel benutzt,
wie z. B. Einstellfernrohre, diese werden statt des Okulars in die
Okularaufnahme gesteckt; oder Bertrand-Linsen. Wenn eine Tubuslinsen-Wechseleinrichtung
(Rad, Schieber) vorhanden ist, kann eine der Positionen zum Abbilden
der Pupille in die Bildebene verwendet werden. Auch möglich ist
ein Einbringen einer entsprechenden Optik mittels einer entsprechenden
mechanischen Vorrichtung an anderen Stellen oberhalb oder unterhalb
der Tubuslinse oder auch im Beleuchtungsstrahlengang selbst. Immer
aber ist dann eine sonst nicht benötigte mechanische Vorrichtung
erforderlich.
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Die
Deutsche Offenlegungsschrift
DE 101 103 89 offenbart ein Verfahren zur
Justierung einer Lampe relativ zu einem Beleuchtungsstrahlengang eines
Mikroskops. Es ist v. a. ein Verfahren zur automatischen Lampenjustierung
bei einem Mikroskop ohne Strahlhomogenisierer im Beleuchtungsstrahlengang
und ein für die Anwendung des Verfahrens ausgerüstetes
Mikroskop offenbart. Die Lichtleistung wird im Beleuchtungsstrahlengang
hinter der Pupillenebene des Mikroskopobjektivs oder hinter der
Pupillenebene des Beleuchtungsstrahlengangs mit einem Detektor integral
gemessen. Die Lampe wird dabei relativ zum Beleuchtungsstrahlengang
so vorjustiert, dass die mit dem Detektor detektierte Lichtleistung maximal
ist. Bei einem Mikroskop, das zu einer automatisierten Lampenjustierung
beispielsweise nach einem Lampenwechsel geeignet ist, sind zur Justierung
der Lampe motorische Antriebe vorgesehen, die von einem Auswerte-
und Steuerrechner nacheinander so lange angesteuert werden, bis
in dem Detektor die maximale Lichtleistung detektiert wird.
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Die
Justierung von Lampen in Mikroskopbeleuchtungen, sowohl bei der
Erstjustage des Mikroskops als auch nach einem Lampenwechsel erfolgt üblicherweise
nach klassischen Justagekriterien, die eine homogene Ausleuchtung
eines Objektfeldes gewährleisten. Ein erstes Justagekriterium
ist dabei die scharfe und mittige Abbildung der Lichtquelle, also des
Lampenbogens oder der Lampenwendel, in der Pupille des Objektivs.
Dieses Justagekriterium kann mit Hilfe einer sog. Bertrand-Linse,
die die Objektivpupille in das Sehfeld des Mikroskops abbildet, überprüft
werden. Anstelle einer visuellen Kontrolle der scharfen Abbildung
kann in der Bildebene der Bertrand-Linse auch eine CCD-Kamera angeordnet sein,
deren Bild auf eine scharfe und mittige Abbildung der Lichtquelle
ausgewertet wird. Als zweites Kriterium kann die Ausleuchtung im
Objektfeld selbst auf Homogenität überprüft
und ggf. die Lampe auf maximale Homogenität nachjustiert
werden. Das Ziel der Lampenjustierung ist dabei immer, eine weitgehend
homogene Ausleuchtung im Objektfeld sicherzustellen.
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Aufgabe
der gegenwärtigen Erfindung ist es, eine Justagemöglichkeit
zur Verfügung zu stellen, die bei einem Auflichtsystem
ohne aufwendiges Nachrüsten verwendet werden kann und dabei
die Justage des optischen Systems in einen Wellenlängenbereich
vom ultraviolett bis zum sichtbaren Licht ermöglicht.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst, durch eine Vorrichtung zum Justieren
einer Lampe in einem Auflichtstrahlengang eines optischen Systems,
welche die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Es
ist daher besonders attraktiv, eine Möglichkeit zum Einbringen
einer Pupillenabbildungsoptik zu haben, die keine zusätzliche
Mechanik erfordert und an praktisch jedem noch so einfach aufgebauten
Mikroskop bzw. mikroskopischen System auch nachträglich
angebracht werden kann. Dieses Bedürfnis wird dann erfüllt,
wenn man anstelle eines Objektivs eine solche Optik anbieten kann,
da praktisch jedes Mikroskop eine Objektiv-Wechselvorrichtung besitzt.
Sogar wenn das Mikroskop nur mit einem Objektiv versehen ist, ist
es möglich, dieses zu entfernen und das Mikroskop stattdessen
mit der "Pupillenoptik" bzw einem optischen Element zu bestücken.
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Es
ist von besonderem Vorteil, dass ein optisches Element in dem Abschnitt
des optischen Systems positionierbar ist, wobei das optische Element die
Aperturblende auf den Detektor abbildet. Wie bereits erwähnt
verlaufen in dem Abschnitt der Auflichtstrahlengang und der Detektionsstrahlengang
parallel und gemeinsam.
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Das
Auflichtsystem kann mindestens ein wechselbares Objektiv im Strahlengang
besitzen, wobei das optische Element anstelle des Objektivs im Abschnitt
anordenbar ist. Das optische System kann dabei einen Revolver mit
mehreren Positionen umfassen, dabei kann mindestens eine Position
des Revolvers das optische Element tragen, bzw. an eine Position
des Revolvers kann das optische Element eingesetzt werden. Bei Bedarf
kann das optische Element eingeschwenkt werden. Es ist ebenso vorstellbar,
dass ein Objektiv aus dem Revolver entfernt wird und dass anstelle
dieses Objektivs das optische Element eingesetzt wird.
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Ebenso
ist es denkbar, dass das optische System einen Schieber umfasst,
wobei an einer Position des Schiebers das optische Element eingesetzt ist,
um bei Bedarf eingeschoben werden zu können.
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Das
optische Element besteht aus mindestens einem ersten Bauteil und
einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil ein Konvexspiegel
und das zweite Bauteil eine Linse ist. Ebenso ist es denkbar, dass
das optische Element mit einem Fadenkreuz versehen ist, das die
Einstellung der Arperturblende erleichtert. Mit dem Fadenkreuz kann
somit die Einstellung geprüft und korrigiert werden. Zur
Fokussierung, bzw. zur Einstellung auf unterschiedliche Wellenlängen
kann das zweite Bauteil in Richtung der optischen Achse verstellbar
angeordnet sein. Das optische Element kann eine Befestigung umfassen, mit
der das optische Element in dem Revolver oder in den Schieber des
optischen Systems eingesetzt werden kann. Die Befestigung kann dabei
als Gewinde oder als Bajonett-Verschluss ausgebildet sein.
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Es
wird nun beschrieben, wie eine solche "Pupillenoptik" bzw. ein solches
optisches Element im Falle eines Auflichtmikroskops funktioniert. Üblicherweise
wird die Lichtquelle erst in die Aperturblende der Auflichtbeleuchtung
und dann weiter in die Objektivpupille abgebildet. Es geht nun darum,
diese Objektivpupille ins Unendliche abzubilden und zu reflektieren,
so dass in der Folge die Tubusoptik ein Bild der Objektivpupille
in der Bildebene des Mikroskops erzeugt. Dies wird am einfachsten
durch einen Konkavspiegel in passendem Abstand unterhalb der Objektivpupille
und passender Brennweite erledigt. Abstand und Brennweite sind voneinander
abhängig. Aus der gewählten Kombination Abstand/Brennweite und
der Brennweite der Tubusoptik resultiert die Größe
der Abbildung der Pupille in der Bildebene. Bei näherer
Beschäftigung wird man feststellen, dass der benötigte
Abstand meist so groß ist, dass man die "Pupillenoptik"
mechanisch nicht unterbringt.
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Die
Lösung für dieses Baulängenproblem sieht
dann folgendermaßen aus, dass man an der Stelle der Objektivpupille
eine Sammellinse positioniert, die im ersten Durchgang die Pupillenabbildung nur
unwesentlich beeinflusst. Erst das von einem darunter platzierten
Spiegel oder spiegelnden Element reflektierte Licht wird dann kollimiert
und zur weiteren Abbildung zum Mikroskoptubus weitergeleitet. Wenn die
Gesamt-Baulänge des optischen Elements bei vorgegebener
Brennweite so kurz sein soll, dass sie die Baulänge der
Objektive nicht überschreitet, muss in der Regel der Spiegel
oder das spiegelnde Element als Konvexfläche ausgebildet
sein.
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Durch
Verstellen der Position des Reflexionsspiegels oder der spiegelnden
Fläche in Richtung der optischen Achse kann auf die Aperturblende scharf
gestellt werden, sodass die Justierung der Lichtquelle zur Aperturblende
optimal möglich ist. Diese Verstellmöglichkeit
erlaubt aber überdies auch, die Pupillenoptik für
verschiedene Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche
verwendbar zu machen.
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Da
das Pupillenbild extrem hell sein kann, ist eine vorteilhafte Ausführung
des Reflexionsspiegels oder der spiegelnden Fläche so zu
gestalten, dass ein Grossteil des Lichts eben nicht reflektiert,
sondern absorbiert wird. Zum Beispiel bei Verwendung im UV kann
die spiegelnde Fläche als nicht entspiegelte Fläche
einer Linse ausgeführt sein, deren Material gleichzeitig
das UV-Licht absorbiert
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Der
ganze Aufbau bietet noch die Möglichkeit, in der Position
der Objektiv-Pupille ein Fadenkreuz anzubringen. So kann auch gleich
die Zentrierung einer Aperturblende kontrolliert oder korrigiert werden. Äußerst
vorteilhaft ist eine solche Vorrichtung bei TV-basierten Systemen,
insbesondere, wenn mit nicht visuellen Wellenlängen, also
im UV oder IR gearbeitet wird. Ein besonderer Vorteil dieser Art
von Pupillenoptik ist, dass sie ein ideales Service-Tool für
Geräte darstellt, die nicht von vornherein entsprechend
ausgestattet sind.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher
erläutern.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Auflichtsystems, bei dem die
Erfindung zur Lampenjustierung Verwendung findet.
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2 zeigt
schematisch die Ansicht einer Ausführungsform des optischen
Elements, das z. B. anstelle eines Mikroskopobjektivs in den Abschnitt des
Auflichtsystems positioniert werden kann.
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3a zeigt
schematisch den Leuchtfleck einer Lampe, der noch nicht justiert
ist.
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3b zeigt
schematisch die Ansicht eines Leuchtflecks, der mit Hilfe des optischen
Elements und einem Fadenkreuz, welches mit dem optischen Element
verbunden ist, justiert ist.
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1 zeigt
die schematische Ansicht eines Auflichtsystems 1, bei dem
die gegenwärtige Erfindung Verwendung findet. Mit der gegenwärtigen
Erfindung wird eine Erleichterung und Verbesserung der Lampenjustierung
für Auflicht-Beleuchtungen, speziell für die Verwendung
von Bogenlampen im nicht visuellen Bereich, erzielt. Hinzu kommt,
dass die Erfindung auch bei Auflichtsystemen Verwendung findet,
bei denen es im Aufbau nicht vorgesehen ist, eine Vorrichtung zur
Lampenjustage zu benutzen. Das Auflichtsystem 1 besteht
im Wesentlichen aus einer Lampe 3, welche Licht in Richtung
eines Auflichtbeleuchtungsstrahlenganges 5 aussendet. In
einem herkömmlichen Auflichtsystem 1 wird Licht
mittels eines Objektivs 9 auf die Objektebene 12 abgebildet.
Bei dem Auflichtsystem 1 gibt es einen Abschnitt 6,
in dem der Auflichtbeleuchtungsstrahlengang 5 und der Detektionsstrahlengang 7 parallel und
gemeinsam verlaufen. In diesem Abschnitt 6 kann auch das
Objektiv 9 angeordnet sein. Ferner umfasst das Auflichtsystem
eine Arperturblende 11. Das Objektiv 9 kann in
einem Objektivrevolver 10 eingeschraubt werden. Es ist
für einen Fachmann selbstverständlich, dass an
einem Revolver mehrere Objektive mit unterschiedlicher Vergrößerung
befestigt sein können, die je nach Wunsch des Benutzers in
den Abschnitt 6 des Auflichtsystems 1 verbracht werden
können. Von der Objektebene 12 geht Licht aus,
welches mit dem Objektiv 9 gesammelt wird. In der hier
dargestellten Ausführungsform gelangt das Detektionslicht
mittels eines Umlenkspiegels 14 aus dem Abschnitt 6 in
den Detektionsstrahlengang 7 und dort auf einen Detektor 16.
Der Detektor 16 kann z. B. als eine CCD-Kamera ausgebildet
sein, welche für die verschiedenen Wellenlängen
vom UV- bis zum sichtbaren Licht eine Empfindlichkeit aufweist.
Der Detektor 16 ist mit einem Display 18 versehen,
auf dem einem Benutzer das Bild von der Objektebene 12 dargestellt
werden kann. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich,
dass andere optische Mittel verwendet werden können, die
Licht aus dem Abschnitt 6 des Auflichtsystems 1 in
den Detektionsstrahlengang 7 lenken und ebenso aus dem
Auflichtstrahlengang 5 in den Abschnitt 6 leiten.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
optischen Elements 20, das Anstelle von einem Objektiv 9 in
den Abschnitt 6 des Auflicht systems 1 verbracht
werden kann. Es ist zu bemerken, dass das optische Element 20 lediglich im
Abschnitt 6 des Auflichtsystems 1 zu positionieren ist.
Das optische Element 20 wird dazu verwendet, die Lampe 3 entsprechend
zu justieren. Dabei wird mit dem optischen Element 20 die
Aperturblende 11 des Auflichtsystems 1 auf die
Kamera 16 des Auflichtsystems 1 abgebildet. Anhand
des auf dem Display 18 dargestellten Kamerabildes kann
der Benutzer eine entsprechende Justage der Lampe 3 des Auflichtsystems 1 vornehmen.
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Das
optische Element 20 besteht bei dieser Ausführungsform
im Wesentlichen aus einem ersten Bauteil 21 und einem zweiten
optischen Bauteil 22. Das erste optische Bauteil 21 ist
dabei als Konvexspiegel ausgebildet. Das zweite optische Bauteil 22 ist
eine Linse. Ferner kann das optische Element 20 ein Fadenkreuz 23 umfassen,
mit dessen Hilfe es einfacher wird, die Lampe 3 zu justieren.
Das optische Element 20 kann mit einem Befestigungselement 25 z.
B. in den Revolver 10 des Auflichtsystemsystems 1 eingesetzt
werden. Damit das optische Element 20 in den Revolver,
bzw. in das Revolverauge des Auflichtsystems 1 eingesetzt
werden kann, ist das optische Element 20 entsprechend ausgeführt. Die
Linse im optischen Element 20 wird dabei von dem Licht
zweimal durchsetzt. Das Licht, welches von der Lampe 3 ausgesendet
wird, breitet sich entlang des Abschnitts 6 (im Abschnitt 6 befindet
sich das optische Element 20) aus, dringt durch das zweite
optische Bauteil 22 (Linse), gelangt auf das erste optische
Bauteil 21, welches als Konvexspiegel aufgebaut ist und
tritt vom Konvexspiegel ausgehend abermals durch das zweite optische
Bauteil 22. Durch das optische Element 20 wird
die Aperturblende des Auflichtsystems 1 mit passender Vergrößerung
in die Ebene des Detektors 16, bzw. der UV-Kamera abgebildet.
Obwohl das erste optische Bauteil 21 als Konvexspiegel
dargestellt ist, würde das optische Element 20 auch
mit einem Konkav-Spiegel funktionieren. Bei der Verwendung eines
Konkav-Spiegels als erstes optisches Bauteil 21, würde dies
bei dem optischen Element 20 zu einer großen Baulänge
führen, so dass dieses z. B. an einem Revolver eines Mikroskops
(Auflichtmikroskop) nicht mehr durchgedreht werden kann.
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Das
der Objektebene 12 gegenüberliegende erste optische
Bauteil 21 ist, wie bereits oben erwähnt, als
Konvexspiegel ausgebildet. Das zweite optische Bauteil 22 ist
als Linse ausgebildet. Der Konvexspiegel oder die Linse sollen dabei
verstellbar ausgebildet sein. Es kann auch von Vorteil sein, die Absorption
des Glasmaterials für den Spiegel als Graufilter-Effekt
zu nutzen. Das optionale Fadenkreuz 23 im optischen Element 20 kann
dazu verwendet werden, die Zentrierung der Aperturblende zu prüfen,
bzw. zu korrigieren. Dazu zentriert und fokussiert man auf die Lampe 3.
Das Bild wird dem Benutzer auf dem mit der Kamera 16 verbundenen
Display 18 dargestellt. Wenn man den Verstellbereich des Konvexspiegels
des optischen Elements 20 ausreichend groß auslegt,
so kann das optische Element 20 auch für mehrere
Wellenlängenbereiche verwendet werden. So kann z. B. das
optische Element 20 für DUV-Licht von 248 +/– 5
nm oder für UV-Licht von 365 +/– 5 nm und für
sichtbares Licht (VIS) von 335 bis 660 nm verwendet werden.
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Für
eine besondere Ausführungsform des optischen Elements 20 kann
das erste optische Bauteil 21, welches als Konvexspiegel
ausgebildet ist, folgende Dimensionierungen aufweisen. Der Radius des
Konvexspiegels sollte dabei 10,146 mm betragen. Das zweite optische
Bauteil, welches als Linse ausgebildet ist, besteht im Wesentlichen
aus Quarzglas. Dabei weist die Linse einen unendlichen Krümmungsradius
an der Seite auf, welche dem Konvexspiegel gegenüberliegt.
Auf der anderen Seite besitzt die Linse einen Krümmungsradius
von 15,399 mm. Der Abstand des Konvexspiegels und der Linse beträgt
26,93 mm. Dabei kann der Konvexspiegel oder auch die Linse um +1,6
mm und –2,8 mm zur Fokussierung verstellt werden. Die Dicke
der Linse beträgt 1,5 mm mit einer Abweichung von +/– 0,1
mm. Der Abstand von der Linse zum Fadenkreuz beträgt 4 mm.
Der Abstand vom Fadenkreuz zum Befestigungselement im Revolver eines
Mikroskops beträgt weitere 7 mm. Alles in allem ist die
Baulänge des optischen Elements 20 ca. 40 mm.
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3a zeigt
eine schematische Darstellung der mit dem optischen Element 20 durchgeführten Abbildung
der Lampe 3 mittels der Kamera 16. Falls vorhanden,
wird hier ebenfalls das Fadenkreuz auf dem Display 18 dargestellt.
Der von der Lampe erzeugte Leuchtfleck 30 ist in der in 3a gezeigten Darstellung
unsymmetrisch im Bild angeordnet. Mit dem erfindungsgemäßen
optischen Element 20 soll es nun möglich sein,
die Einstellung, bzw. Justage der Lampe 3 auf dem Display 18 zu
verfolgen. Ziel ist es, dass der Leuchtfleck 30 der Lampe
im Wesentlichen symmetrisch in dem von der Kamera aufgenommenen
Bild positioniert ist. Ist dies, wie in 3b dargestellt,
erreicht, ist die Lampe 3 des Auflichtsystems 1 optimal
eingestellt. Wird z. B. für die Beleuchtung UV-Licht verwendet,
so ist es für einen Benutzer nicht mehr möglich
eine visuelle direkte Kontrolle der Einstellung der Lampe zu erhalten.
Hierbei muss sich der Benutzer einer Kamera bedienen, welche das UV-Licht
in eine sichtbare Darstellung auf dem Display 18 des Auflichtsystems 1 darstellt.
Mit dieser Darstellung ist es dann dem Benutzer möglich,
entsprechende Einstellelemente (nicht dargestellt) des Auflichtsystems 1 zu
verändern, um damit eine entsprechende genaue Justierung
der Lampe, bzw. der Beleuchtungsvorrichtung zu erreichen.
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Die
gegenwärtige Erfindung kann eine Vielzahl von Ausführungsformen
annehmen. In der allgemeinsten Ausführungsform umfasst
das optische Element mindestens ein optisches Bauteil, das eine bestimmte
Reflektivität besitzt. Wird z. B. UV-Licht zur Beleuchtung
im mikroskopischen System verwendet, dann ist der Reflexionsspiegel
oder die spiegelnde Fläche so ausgestaltet, dass ein Grossteil
des Lichts eben nicht reflektiert, sondern absorbiert wird. Die
Reflexion einer nicht entspiegelten Fläche einer Linse
reicht aus, um genug Intensität des Beleuchtungslichts
auf den Detektor zu bringen, während gleichzeitig die überschüssige
Intensität des UV-Lichts durch Wahl einer geeigneten Glasart
oder einer geeigneten Beschichtung absorbiert wird.
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Das
mindestens eine optische Bauteil kann als ein Konkavspiegel ausgestaltet
sein. Eine andere Möglichkeit ist, dass das optische Bauteil
eine Linse ist, deren nicht entspiegelte Fläche die notwendige Reflektivität
zur Verfügung stellt. Dies findet bevorzugt bei der Verwendung
von UV-Licht als Beleuchtungslicht Anwendung. Das optische Element 20 kann
auch aus mindestens einem ersten Bauteil 21 und einem zweiten
Bauteil 22 bestehen, wobei das erste Bauteil 21 ein
Konvexspiegel und das zweite Bauteil 22 eine Linse ist.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass das erste optische Bauteil 21 ein
Planspiegel und das zweite optische Bauteil 22 eine Linse
ist. Das optische Bauteil, das die erforderliche Reflektivität aufweist,
ist dabei in Richtung der optischen Achse 50 verschiebbar
ausgestaltet. Durch diese Verschiebbarkeit kann auf die Aperturblende
scharf gestellt werden.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine besondere Ausführungsform
beschrieben. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich,
dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt
werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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