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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lupenartige optische Anordnung,
mit welcher Objekte vergrößert dargestellt
werden können,
wobei die Anordnung auf einer elektronischen Erfassung und Wiedergabe
einer Abbildung des Objekts basiert. Derartige Anordnungen werden
hierin auch als ”elektronische Lupe” bezeichnet.
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Zur
vergrößerten Darstellung
von Objekten ist es bekannt, eine herkömmliche Lupe einzusetzen. Eine
Lupe kann sehr flach und leicht gebaut werden und ist somit gut
für den
mobilen Einsatz geeignet. Eine herkömmliche Lupe verfügt jedoch
nur über
eine begrenzte Auflösung.
Strukturdetails von 10 μm
Größe können mit
einer herkömmlichen
Lupe kaum noch aufgelöst
werden. Auch größere Strukturen
von etwa 20 μm
können
nur mit großer
Mühe des
Betrachters beobachtet werden, wobei dessen Augen dabei schnell
ermüden.
Darüber
hinaus können
mit einer herkömmlichen
Lupe keine dauerhaften Bilder erzeugt werden, was die Dokumentation
von anhand der Lupe getätigten
Beobachtungen erschwert.
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Mit
einem Mikroskop kann eine deutlich höhere Auflösung erzielt werden als mit
einer herkömmlichen
Lupe. Bei Verwendung eines Objektivs mit einer numerischen Apertur
von 0,1 lässt
sich eine optische Auflösung
von etwa 3 μm
erzielen. In Kombination mit einem Okular kann das betrachtete Objekt
so weit vergrößert werden,
dass es sich bequem beobachten lässt.
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Herkömmliche
Mikroskope nehmen jedoch einen vergleichsweise großen Bauraum
ein und sind vergleichsweise schwer. Für den mobilen Einsatz sind
sie daher nur sehr eingeschränkt
geeignet.
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Der
große
Bauraum eines konventionellen Mikroskops resultiert vor allem daraus,
dass ein typisches Mikroskopobjektiv eine Länge von mehreren Zentimetern
aufweist und in der Regel noch mit einem ähnlich großen Okular und/oder einer Tubuslinse
kombiniert werden muss. Hinzu kommen die notwendigen Freiräume zwischen
diesen optischen Komponenten.
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Aus
der
DE 197 53 393
A1 ist eine elektronische Lupe bekannt. Die elektronische
Lupe umfasst einen elektronischen Bildaufnehmer und eine elektronische
Anzeigeeinheit, die zusammen in einem Gehäuse derart untergebracht sind,
dass beim Auflegen des Gehäuses
auf eine zu beobachtende Fläche, z.
B. ein Wertdokument, von der Anzeigeeinheit unmittelbar ein vergrößertes Abbild
des von dem Bildaufnehmer erfassten Bildes angezeigt wird. Bei dieser
bekannten Anordnung wird der Bildaufnehmer vorzugsweise in direkten
Kontakt mit der zu beobachteten Fläche gebracht. Ferner kann eine
Hintergrundbeleuchtung vorgesehen sein, welche über einen Clip auf einer dem
Bildaufnehmer gegenüberliegenden
Seite angebracht ist, so dass ein zu beobachtendes Dokument im Durchlichtbetrieb
beobachtet werden kann.
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Aus
der
JP 08-181897A ist
ein elektronisches Vergrößerungsglas
bekannt. Das elektronische Vergrößerungsglas
umfasst eine zur Auflichtbeleuchtung geeignete integrierte Lichtquelle,
eine Flüssigkristallanzeige
und ein CCD-Element.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für den mobilen
Einsatz geeignete optische Anordnung zur vergrößerten Abbildung von Objekten
zu schaffen, welche eine hohe optische Auflösung erreichen kann und flexibel
einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch optische Anordnung gemäß Anspruch
1. Die abhängigen
Ansprüche
definieren vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist eine
lupenartige optische Anordnung zur vergrößerten Darstellung eines Objekts
vorgesehen, welche einen elektronischen Bildaufnahmechip, eine elektronische
Anzeigevorrichtung und eine Mikroobjektivmatrix beinhaltet. Die Mikroobjektivmatrix
definiert eine Objektebene und eine Bildebene und ist dazu ausgestaltet
ist, Strukturen in der Objektebene mit einem Abbildungsmaßstab von
ungefähr
eins in die Bildebene abzubilden. Der elektronische Bildaufnahmechip
ist in der Bildebene der Mikroobjektivmatrix angeordnet. Die Mikroobjektivmatrix
bewirkt folglich im Wesentlichen eine 1:1-Abbildung eines Objekts
in der Objektebene auf den Bildaufnahmechip. Die elektronische Anzeigevorrichtung
dient der Wiedergabe eines über
den Bildaufnahmechip erfassten Bildes. Die Mikroobjektivmatrix umfasst
eine flächenhafte
Beleuchtungsvorrichtung, welche zwischen der Bildebene und der Objektebene
angeordnet ist und dazu ausgestaltet ist, Beleuchtungslicht einseitig
in Richtung der Objektebene abzugeben und aus der Objektebene abgegebenes
Licht, z. B. gestreutes Licht, reflektiertes Licht oder Lumineszenzlicht,
in Richtung der Bildebene zu transmittieren. Die flächenhafte
Beleuchtungsvorrichtung ist bevorzugt auf Grund lage einer einseitig abstrahlenden
Leuchtschicht, z. B. eine OLED-Leuchtschicht oder eine LED-Leuchtschicht, implementiert,
wobei transparente Lochbereiche in der Leuchtschicht eine Transmission
des aus der Objektebene zurückgestreuten
Lichts gewährleisten.
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Um
eine verbesserte einseitige Abstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung
zu erreichen, kann eine auf einer Seite der Leuchtschicht ausgebildete
Abschirmschicht aus einem untransparenten Material vorgesehen sein.
Bevorzugt hat die Abschirmschicht jeweils um die Lochbereiche ausgebildete
Randbereiche, welche über
die Leuchtschicht hinausragen.
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Die
Lochbereiche befinden sich vorzugsweise jeweils in der optischen
Achse eines Mikroobjektivs der Mikroobjektivmatrix, so dass aus
der Objektebene aufgenommenes rückgestreutes
Licht durch die Lochbereiche in die Mikroobjektive gelangt. Dabei
kann der Querschnitt der Lochbereiche jeweils dem Querschnitt einer
Frontlinse des Mikroobjektivs entsprechen. Ein Flächenanteil
der Lochbereiche an der Gesamtfläche
der Leuchtschicht, d. h. ein Füllfaktor
der Lochbereiche, beträgt
vorzugsweise 30% oder mehr. Auf diese Weise wird eine hohe Detektionseffizienz
ermöglicht.
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Die
Leuchtschicht kann mehrere separat ansteuerbare Leuchtbereiche aufweisen.
Auf diese Weise wird die Erzeugung verschiedener flächenhafter
Beleuchtungsmuster ermöglicht.
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Vorzugsweise
umfasst die erfindungsgemäße Anordnung
weiterhin eine Ausrichtungsvorrichtung zur Ausrichtung der Mikroobjektivmatrix
bezüglich
eines beobachteten Objekts. Die Ausrichtungsvorrichtung kann insbesondere
eine Fokussierfunktion zur Anpassung des Abstands zwischen der Mikroobjektivmatrix
und dem Objekt und/oder eine Nivellierfunktion zur Anpassung eines
Winkels zwischen der Mikroobjektivmatrix und dem Objekt umfassen. Zu
diesem Zweck können
drei oder mehr elektromechanische Aktuatoren vorgesehen sein. Die
Aktuatoren können
auf Piezoelementen oder Mikroelektromotoren, d. h. Elektromotoren
mit mikrostrukturtechnisch hergestelltem Getriebe, basieren, wodurch eine
präzise
Ausrichtung mit einer Einstellgenauigkeit von etwa 1 μm ermöglicht wird.
Alternativ können auch
andere Typen von Aktuatoren mit hoher Präzision verwendet werden, z.
B. galvanische Stellelemente, Spindelantriebe oder Schrittmotoren.
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Die
Ausrichtungsvorrichtung kann mit dem Bildaufnahmechip gekoppelt
sein, um die Fokussierfunktion und/oder Nivellierfunktion automatisch
auf Grundlage von Kontrastinformationen eines über den Bildaufnahmechip erfassten
Bildes vorzunehmen.
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Weiterhin
kann der Abstand zwischen der Mikroobjektivmatrix und dem Objekt
angepasst werden, um mehrere Bilder des Objekts bei verschiedenen
Abständen
zu erzeugen. Derartige Bilder werden auch als z-Stapel bezeichnet.
In diesem Fall kann eine verbesserte Tiefenschärfe der Abbildung erreicht
werden, z. B. indem die bei verschiedenen Abständen erfassten Bilder elektronisch
kombiniert werden.
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Weiterhin
kann die erfindungsgemäße Anordnung
einen abnehmbaren Griff mit Bedienelementen umfassen. Der abnehmbare
Griff kann folglich die Funktion einer Fernbedienung der verschiedenen Komponenten
der Anordnung übernehmen.
Die Kopplung mit einem Hauptteil der elektronischen Lupe kann drahtlos über Funk
oder Infrarot erfolgen. Eine kabelgebundene Kopplung ist jedoch
ebenfalls vorstellbar.
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Die
Anzeigevorrichtung kann mit geringer Bauhöhe als Flüssigkristallanzeigevorrichtung
oder OLED-Anzeigevorrichtung ausgestaltet sein. Eine OLED-Anzeigevorrichtung
bietet als weiteren Vorteil einen Betrieb mit geringer Leistungsaufnahme.
Vorzugsweise erstreckt sich eine Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung
in einer ersten Betriebsposition im Wesentlichen parallel zu der
Objektebene, der Mikroobjektivmatrix und dem Bildaufnahmechip. Auf
diese Weise kann eine geringe Bauhöhe der Gesamtanordnung erreicht
werden. Darüber
hinaus kann die Anzeigefläche
der Anzeigevorrichtung aus der ersten Betriebsposition in wenigstens
eine zweite Betriebsposition klappbar sein, wodurch eine in ergonomischer
Hinsicht verbesserte Betrachtung ermöglicht wird. Weiterhin kann
die Anzeigevorrichtung eine berührungsempfindliche
Oberfläche
aufweisen, um eine Bedienung über
auf der Anzeigefläche
dargestellte Bedienelemente zu ermöglichen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Anordnung
können
bei Verwendung eines geeigneten hochauflösenden Bildaufnahmechips hohe
optische Auflösungen im
Bereich 1–5 μm erreicht
werden. Gleichzeitig sind kompakte Abmessungen der Anordnung möglich, welche
im Bereich einer herkömmlichen
Lupe liegen. Über
elektronische Speichermöglichkeiten
und externe Schnittstellen können
die erfassten Bilder mit geringem Aufwand gespeichert, archiviert
und elektronisch weiterverarbeitet werden.
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Vorteilhafte
Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Dermatologie,
z. B. zur und Dokumentation von Hautveränderungen; die ambulante Medizin,
z. B. in tropischen Gebieten; die Gerichtsmedizin, z. B. zur Dokumentation
am Tatort; die Labormedizin, z. B. zur Analyse und Dokumentation
von Pilz- und Bakterienkulturen; die Pollenbestimmung, z. B. für Allergiker;
die Drucktechnik oder Textil technik, z. B. zur Qualitätskontrolle
im Produktionsbereich; die Materialtechnik, z. B. zur Untersuchung
von Materialoberflächen
auf Verschleiß;
die Elektronik, z. B. zur Betrachtung kleiner Bauteile; die Messtechnik,
z. B. als Präzisionslineal
mit kalibriertem Vergrößerungsmaßstab; die
Untersuchung von Dokumenten, z. B. die Geldschein-Echtheitsanalyse, ggfs.
mit UV-Beleuchtung; die Betrachtung oder Dokumentation von Briefmarken,
Münzen
oder dergleichen; das Lesen von Mikroschrift oder andere Einsatzgebiete
herkömmlicher
Lupen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer elektronischen Lupe
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2 zeigt
eine schematische Draufsicht der elektronischen Lupe.
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3 veranschaulicht
schematisch Komponenten der elektronischen Lupe.
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4 veranschaulicht
schematisch eine in der elektronischen Lupe bewirkte optische Abbildung.
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5 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer in der elektronischen
Lupe einsetzbaren flächenhaften
Beleuchtungsvorrichtung.
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6 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren in der elektronischen
Lupe einsetzbaren flächenhaften
Beleuchtungsvorrichtung.
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7 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren in der elektronischen
Lupe einsetzbaren flächenhaften
Beleuchtungsvorrichtung.
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8 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren in der elektronischen
Lupe einsetzbaren flächenhaften
Beleuchtungsvorrichtung.
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In
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird auf die
beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, in welchen gleiche oder ähnliche Elemente durchwegs
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Auf eine wiederholte
Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet. Es versteht sich,
dass die in den Zeich nungen dargestellten Strukturen nicht maßstäblich sind.
Insbesondere können
Schichtdicken aus Gründen
der besseren Übersicht überhöht dargestellt
sein.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer elektronischen Lupe 100.
Die elektronische Lupe beinhaltet eine Mikroobjektivmatrix 110,
d. h. eine matrixartige Anordnung von Mikroobjektiven, einen Bildaufnahmechip 120,
beispielsweise einen CCD-Chip (CCD: ”Charge Coupled Device”) oder
einen CMOS-Chip (CMOS: ”Complementary
Metal Oxide Semiconductor”),
und eine elektronische Anzeigevorrichtung 130, welche als
Flüssigkristallanzeige
oder als OLED-Anzeige (OLED: organische lichtemittierende Diode)
ausgestaltet sein kann. Andere Arten von Anzeigevorrichtungen mit
flacher Bauweise sind können
ebenfalls verwendet werden.
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Darüber hinaus
umfasst die elektronische Lupe 100 eine Datenverarbeitungseinheit 160,
eine Energiequelle in Form eines wiederaufladbaren Akkus 170,
eine Ausrichtungsvorrichtung mit elektromechanischen Aktuatoren 180,
und einen abnehmbaren Griff 200.
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Weiterhin
in 1 dargestellt sind ein Objekt 55, welches
mit der elektronischen Lupe 100 beobachtet wird, und eine
Auflagefläche 60,
auf welcher sich das Objekt 55 befindet. Die elektromechanischen
Aktuatoren 180 liegen über
Nivellierpunkte auf der Auflagefläche 60 auf, so dass
der Abstand zwischen der Mikroobjektivmatrixmatrix 110 und
dem Objekt 55 mittels der elektromechanischen Aktuatoren 180 einstellbar
ist. Weiterhin kann mittels der Aktuatoren 180 auch eine
Winkelausrichtung der Mikroobjektivmatrix 110 zu der Auflagefläche 60 und
damit zu dem Objekt 55 eingestellt werden. Darüber hinaus sind
in 1 auch schematisch Strahlengänge 20 des mit der
Mikroobjektivmatrix 110 erfassten Lichts dargestellt.
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Bei
der elektronischen Lupe 100 wird das vergrößert abzubildende
Objekt 55 mit flächenhaft erzeugtem
Beleuchtungslicht bestrahlt. Zu diesem Zweck umfasst die Mikroobjektivmatrix 110 eine
flächenhafte
Beleuchtungsvorrichtung, welche das erzeugte Beleuchtungslicht einseitig
in Richtung einer Objektebene der Mikroobjektivmatrix 110 abgibt,
und aus der Objektebene abgegebenes Licht in Richtung einer Bildebene
der Mikroobjektivmatrix 110 transmittiert. Die Beleuchtungsvorrichtung
ist somit zwischen der Objektebene und der Bildebene der Mikroobjektivmatrix 110 angeordnet.
Beispiele für
geeignete Beleuchtungsvorrichtungen werden anhand von 3 und 5–8 näher erläutert.
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Der
Durchmesser der Mikroobjektive in der Mikroobjektivmatrix 110 liegt
beispielsweise im Bereich 10 μm
bis 5 mm, bevorzugt im Bereich 50 μm bis 500 μm. Die Ausdehnung der Mikroobjektive
in Richtung der optischen Achse liegt beispielsweise ebenfalls im
Bereich 10 μm
bis 5 mm, bevorzugt im Bereich 10 μm bis 1000 μm. Typischerweise sind mindestens
vier Mikroobjektive nebeneinander angeordnet. Die Anzahl der Mikroobjektive
ist jedoch nach oben nicht begrenzt, d. h. es kann im Prinzip eine
nahezu beliebig große
Fläche
mit Mikroobjektiven ausgestattet werden. Eine praktikable Anzahl
liegt bei 10000 Mikroobjektiven. Für sehr großflächige Bildaufnahmen können jedoch
auch 1 Mio. Mikroobjektive oder mehr verwendet werden. Die laterale
Anordnung der Mikroobjektive in der Ebene der Mikroobjektivmatrix 110 erfolgt
in einer regelmäßigen Struktur. Es
kann sich um eine Matrix von Zeilen und Spalten, die senkrecht zueinander
stehen, handeln. Sofern ein sehr hoher Füllfaktor erzielt werden soll,
können die
Mikroobjektive aber auch in einer anderen matrixartigen Anordnung,
beispielsweise hexagonal, angeordnet sein.
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Die
Herstellung der Mikrolinsenmatrix 110 kann kostengünstig zum
Beispiel durch ein geschichtetes System von Mikrolinsenfeldern realisiert
werden. Prinzipiell können
die Mikroobjektive aber auch einzeln gefertigt sein. Die Anzahl
der Linsen in jedem Mikroobjektiv kann zwischen 1 und etwa 10 liegen, bevorzugt
zwischen 2 und 5. Die Anzahl der Linsen hängt im Wesentlichen von der
gewünschten
Bildqualität
und den akzeptablen Herstellkosten ab. Im Allgemeinen ist es erforderlich,
die Anzahl der Linsen zu erhöhen,
wenn bestimmte Abbildungsfehler reduziert werden sollen.
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Die
Mikroobjektive, und damit auch die gesamte Mikroobjektivmatrix 110,
weisen einen Abbildungsmaßstab
von 1:1 oder näherungsweise
1:1 auf. Die Abbildung erfolgt vorzugsweise nicht ganz telezentrisch,
d. h. die Objekt- und Bildfelddurchmesser der Mikroobjektive sind
etwas größer als
die Durchmesser der Mikroobjektive selbst. Wenn sich die Objekt-
und Bildfelder der Mikroobjektive hinreichend überlappen, kann somit ein lückenloses
Bild der Objektebene erzeugt werden. Die Mikroobjektive können in
einen rechteckigen, quadratischen oder runden Querschnitt aufweisen.
Es kann aber auch jede beliebige andere Umrissform gewählt werden,
beispielsweise um bestimmten Designanforderungen gerecht zu werden.
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Das
Bild des Gesamtobjektfeldes wird auf den Bildaufnahmechip 120 abgebildet,
der etwa die gleiche laterale Größe aufweist
wie die Mikroobjektivmatrix 110. Die Größe von Pixeln der des Bildaufnahmechips 120 definiert
im Wesentlichen auch die latera le Bildauflösung der elektronischen Lupe 100.
Die Pixelkantenlänge
kann im Bereich 1 bis 10 μm,
bevorzugt im Bereich 3 bis 7 μm
liegen.
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Da
sich die Bildfelder der Mikroobjektive teilweise überlappen,
kann ein Teil der Pixel von mehreren Mikroobjektiven Abbildungsstrahlung
erhalten. Sofern dies bei einer homogen reflektierenden oder streuenden
Oberfläche
des Objekts 55 bildseitig zu einer inhomogenen Intensitätsverteilungen
führt, kann
dies durch eine Referenzmessung kompensiert werden. Hierzu wird
die bildseitige Intensitätsverteilung
an einer homogen reflektierenden oder streuenden Referenzoberfläche aufgenommen
und abgespeichert. Danach gemessene bildseitige Intensitätsverteilungen
können
dann mit der Referenzmessung normiert werden.
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Die
Darstellung eines über
den Bildaufnahmechip 120 erfassten Bildes des Objektes 55 erfolgt durch
die auf der Oberseite der elektronischen Lupe 100 angebrachte
Anzeigevorrichtung 130. Dabei handelt es sich vorzugsweise
um eine besonders energiesparende OLED-Anzeigevorrichtung. Alternativ kann
auch eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
verwendet werden. Der Bildaufnahmechip 120 und die Anzeigevorrichtung 130 sind
bevorzugt zur farbigen Aufnahme und Wiedergabe des Bildes ausgestaltet.
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Weiterhin
kann die Anzeigevorrichtung 130 mit einer berührungsempfindlichen
Oberfläche
zur Steuerung der elektronischen Lupe oder zur Dateneingabe versehen
sein, d. h. als so genannter Touch-Screen ausgestaltet sein. Die
elektronische Lupe 100 kann auch eine akustische Aufnahme-
und Wiedergabevorrichtung (nicht dargestellt) enthalten, um beispielsweise
Sprachkommentare zu dokumentieren. Aus ergonomischen Gründen kann
es auch vorteilhaft sein, die Anzeigevorrichtung 130 abklappbar
auszuführen,
so dass eine Anzeigefläche
der Anzeigevorrichtung 130 sich in einer ersten Betriebsposition
im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Bildaufnahmechips 120 und
der Mikroobjektivmatrix 110 erstreckt, jedoch zur komfortablen
Betrachtung in eine zweite Betriebsposition mit einem Winkel zu den
genannten Ebenen gebracht werden kann. Selbstverständlich sind
auch mehrere abgewinkelte Betriebspositionen vorstellbar.
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Darüber hinaus
kann die elektronische Lupe 100, beispielsweise als Bestandteile
der Datenverarbeitungseinheit 160, auch Vorrichtungen zur
Speicherung und zum Austausch von Daten aufweisen, also insbesondere
Speicherchips und Schnittstellen für Funkverbindungen oder optische
Verbindungen, z. B. eine WLAN-Funkschnittstelle oder eine Infrarotschnittstelle.
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2 zeigt
eine Draufsicht der elektronischen Lupe 100. Das Format
der Anzeigevorrichtung 130 ist bei dem dargestellten Beispiel
als quadratisch mit abgerundeten Ecken gewählt. Auf der Anzeigefläche der
Anzeigevorrichtung 130 ist weiterhin ein beispielhaftes
Bild 55' des
Objekts 55 dargestellt.
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Die
elektronische Lupe 100 kann mit einer Zoom-Funktion versehen
sein, mit der das Bild 55' des
Objekts 55 auf der Anzeigevorrichtung 130 beliebig
verkleinert oder vergrößert werden
kann. Zur Steuerung verschiedener Funktionen der elektronischen
Lupe 100, beispielsweise der Zoom-Funktion, sind Bedienelemente 220 im
Griff 200 der elektronischen Lupe 100 vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich
können
die Funktionen auch über
eine berührungsempfindliche
Oberfläche
der Anzeigevorrichtung 130 gesteuert werden.
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Der
Griff 200 ist durch Bedienung eines Knopfes 210 von
einem Hauptteil der elektronischen Lupe 100 abnehmbar und
kann dann als Fernbedienung der elektronischen Lupe 100 verwendet
werden. Der Hauptteil der elektronischen Lupe 100 umfasst
beispielsweise wenigstens die Mikroobjektivmatrix 110,
den Bildaufnahmechip 120, die Anzeigevorrichtung 130 und
die Datenverarbeitungseinheit 160. Zu diesem Zweck ist
der Griff 200 beispielsweise über eine Funk- oder Infrarotverbindung
mit der Datenverarbeitungseinheit 160 im Hauptteil der
elektronischen Lupe 100 gekoppelt. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn die Ausrichtungsvorrichtung zur Fokussierung
oder Nivellierung der elektronischen Lupe 100 verwendet
wird.
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Die
elektronische Lupe 100 kann über die Ausrichtungsvorrichtung
mit den elektromechanischen Aktuatoren 180 mit einer elektromechanischen Fokussier-
bzw. Nivellierfunktion versehen sein. Insbesondere kann eine automatische
Fokussierung oder Nivellierung vorgesehen sein, bei welcher die Datenverarbeitungseinheit 160 als
Steuervorrichtung dient.
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Hierzu
weist die elektronische Lupe 100 auf der Unterseite mindestens
drei von den Aktuatoren 180 auf, mit denen die elektronische
Lupe 100 gegenüber
dem Objekt 55 ausgerichtet werden kann. Mit den Aktuatoren 180 ist
es möglich,
sowohl den mittleren Abstand zum Objekt 55 als auch die
Winkelausrichtung der optischen Achsen der Mikroobjektive gegenüber dem
Objekt 55 einzustellen.
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Die
Datenverarbeitungseinheit 160 dient der Steuerung von Funktionen
der elektronischen Lupe 100. Die Datenverarbeitungseinheit 160 kann
alle bekannten Funktionalitäten
zur Bildverarbeitung und Bilddarstellung enthalten, wie z. B. Helligkeitsregelung,
Kontrasteinstellung, Farbeinstellung, Bildrateneinstellung, Zoom
und dergleichen. Zu diesem Zweck kann die Datenverarbeitungseinheit
auch einen oder mehrere Grafikchips beinhalten.
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Weiterhin
kann die Datenverarbeitungseinheit 160 auch eine Kontrastanalysefunktion
aufweisen. Auf Basis der Kontrastanalyse eines erfassten Bildes
kann dann beispielsweise eine automatische Fokussierung oder Nivellierung
der elektronischen Lupe 100 vorgenommen werden. Hierzu
werden die Aktuatoren 180 in zahlreiche verschiedene Positionen
gebracht, bei denen der Bildkontrast ermittelt wird. Anschließend werden
die Positionen eingestellt, bei denen der Bildkontrast über das
gesamte Bildfeld maximal ist. Bei Filmaufnahmen oder Bildserien
kann die Autofokussierung bzw. Autonivellierung auch kontinuierlich
erfolgen.
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Die
Aktuatoren 180 weisen vorzugsweise eine Einstellgenauigkeit
von etwa 1 μm
und einen Verstellweg von mehreren Millimetern auf. Es kann sich
um auf Piezoelementen basierende Aktuatoren, Aktuatoren mit Mikroelektromotoren,
d. h. Elektromotoren mit mikrostrukturtechnisch hergestelltem Getriebe,
galvanische Verstellelemente oder um Miniaturausführungen
von Spindelantrieben, Schrittmotoren oder um beliebige andere geeignete
elektrisch steuerbare Verstellvorrichtungen handeln.
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Es
versteht sich, dass die Fokussierung bzw. Nivellierung auch nicht-automatisiert
durch den Benutzer erfolgen kann. Dazu aktiviert der Benutzer die Aktuatoren 180 mit
Hilfe der Bedienelemente 220 im Griff 200 der
elektronischen Lupe. Da der Griff 200 der elektronischen
Lupe 100 sich bei den Fokussier- und Nivelliervorgängen u.
U. störend
auswirken kann, wird er bevorzugt vorher ausgeklinkt, so dass lediglich
noch eine Funkverbindung oder optische Datenverbindung zwischen
dem Hauptteil der elektronischen Lupe 100 und dem Griff 200 verbleibt.
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3 veranschaulicht
beispielhaft den Aufbau der Mikroobjektivmatrix 110 ihr
Zusammenspiel mit dem Bildaufnahmechip 120. Auf der linken
Seite ist eine Draufsicht der Mikroobjektivmatrix 110 dargestellt.
Die rechte Seite veranschaulicht im Querschnitt eine Anordnung aus
der Mikroobjektivmatrix 110, dem Bildaufnahmechip 120 und
der Objektebene 50. Weiterhin dargestellt ist von der Beleuchtungsvorrichtung der
Mikroobjektivmatrix 110 in Richtung der Objektebene abgegebenes
Beleuchtungslicht 30.
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Bei
dem dargestellten Beispiel ist der Bildaufnahmechip 120 als
quadratischer CMOS-Farb-Kamerachip mit 10 Mio. Pixeln ausgestaltet.
Bei einer Pixel-Kantenlänge von
3 μm ergibt sich
für den
Bildaufnahmechip 120 eine Größe von etwa 9,5 mm × 9,5 mm.
Entsprechend weist die Mikroobjektivmatrix 110 äußere Abmessungen
von etwa 10 mm × 10
mm auf. In 3 sind aus Gründen der
Darstellbarkeit nur 100 Mikroobjektive dargestellt, deren jeweilige
Frontlinse einen Durchmesser von ca. 0,9 mm aufweist. Bei typischen
Implementierungen der elektronischen Lupe 100 würden jedoch etwa
1000 bis 10000 Mikroobjektive zum Einsatz kommen, so dass der Durchmesser
der Frontlinsen eher bei ca. 30 bis 90 μm pro Mikroobjektiv läge. Besonders
bevorzugt ist ein Durchmesser der Frontlinsen von 90 μm ± 30 μm bei einem
Arbeitsabstand, d. h. Abstand der Frontlinse zu der Objektebene 50,
von 1 bis 5 mm.
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Ein
Vorteil der elektronischen Lupe 100 ist, dass das Objektfeld,
d. h. der abgebildete Bereich der Objektebene 50, in der
Ausdehnung im Prinzip nicht begrenzt ist. Durch Vergrößerung des
Bildaufnahmechips 120 und der Mikroobjektivmatrix 110 können auch
Objektfelder im Bereich von Quadratzentimetern oder mehr realisiert
werden. Bei derart großen
Objektfeldern und einer Auflösung
von wenigen μm
kann das Objekt 55 ggf. nicht mehr in voller Auflösung am
Stück auf
der Anzeigevorrichtung dargestellt werden. Für solche Fälle verfügt die elektronische Lupe 100 vorzugsweise über Funktionen
zum Zoomen oder zur Bildverschiebung auf der Anzeigevorrichtung
sowie über
Funktionen zur Übermittelung der
Bilddaten auf an externe Anzeigevorrichtungen.
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Um
eine homogene Beleuchtung bei dem relativ geringen Arbeitsabstand
zu erzielen, umfasst die in der Mikroobjektivmatrix integrierte
Beleuchtungsvorrichtung eine Leuchtschicht 150, vorzugsweise
eine OLED-Leuchtschicht. Die Leuchtschicht 150 enthält Lochbereiche 140 in
der Größe der Frontlinsen
der Mikroobjektive. Die Lochbereiche fluchten jeweils mit einem
der Mikroobjektive. Ein Füllfaktor der
Lochbereiche 140 in der Ebene der Leuchtschicht 150 beträgt vorzugsweise
30% oder mehr, so dass eine gute Transparenz der Leuchtschicht 150 erreicht wird.
Typischerweise wird ein Füllfaktor
von 50% oder mehr gewählt.
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Die
Leuchtschicht 150 ist so angebracht, dass die leuchtende
Seite der Objektebene 50 zugewandt ist, so dass kein in
der Leuchtschicht 150 erzeugtes Beleuchtungslicht 30 direkt
zum Bildaufnahmechip 120 gelangen kann. Die Leuchtschicht 150 kann
sich auf einem dünnen,
im Bereich der Lochbereiche 140 transparenten Glassubstrat
befinden, welches vor der Mikroobjektivmatrix 110 aufgebracht
ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass damit die Mikroobjektive
vor Verunreinigungen geschützt
sind. Eine planare Glasoberfläche
kann zudem leicht gereinigt werden.
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Alternativ
zu einer OLED-Leuchtschicht kann auch eine LED-Beleuchtung in Verbindung
mit einer Licht streuenden Platte verwendet werden. Hierzu wird
die Strahlung mehrerer LEDs, z. B. sichtbares Licht, ultraviolettes
Licht, Nahinfrarotlicht, Weißlicht, einfarbig
oder gemischt, seitlich in die Licht streuende Platte eingekoppelt.
Durch Streuung der Strahlung in der Platte oder an den Oberflächen der
Platte wird eine ähnliche
Beleuchtung erzeugt wie bei einer OLED-Leuchtschicht.
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An
den Randbereichen der Bildfelder der einzelnen Mikroobjektive kann
es zu verstärkt
zu Bildfehlern kommen. Diese Bildfehler können rechnerisch teilweise
vermindert werden, indem ausgenutzt wird, dass in den Randbereichen
mehrere Mikroobjektive zur Bildentstehung beitragen. Erfindungsgemäß wird dazu
die Leuchtschicht 150 mit mehreren separat ansteuerbaren
Leuchtbereichen strukturiert, um eine variabel strukturierte Beleuchtung
realisieren zu können.
Dies kann besonders vorteilhaft auf Grundlage einer OLED-Leuchtschicht
realisiert werden. Damit ist es möglich, den Einfluss von bestimmten
Mikroobjektiven durch entsprechende Helligkeitsverteilung der strukturiert
leuchtenden Leuchtschicht 150 zu verringern oder zu vergrößern. Somit
kann tendenziell unterscheiden werden, von welchem Mikroobjektiv
die Abbildungsstrahlung für
einen bestimmten Objektbereich primär kommt. Durch Verrechnung,
beispielsweise Mittelung oder Dekonvolution, der Bilddaten von mehreren
Mikroobjektiven können
die Bildfehler in den Randbereichen zumindest teilweise eliminiert
werden.
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Weiterhin
kann mit der elektronischen Lupe 100 ein erweiterter Tiefenschärfebereich
realisiert werden. Hierzu werden von einem in der Höhe ausgedehnten
Objekt 55 mehrere Bilder (ein sogenannter z-Stapel) mit
unterschiedlichen Abständen
zwischen der Mikroobjektivmatrix und dem Objekt 55 aufgenommen,
d. h. die Objektebene der Mikroobjektivmatrix von Bild zu Bild wird
bezüglich
des Objekts 55 verschoben. Jedes Einzelbild kann aufgrund
der begrenzten Tiefenschärfe
der Mikroobjektivmatrix 110 unscharfe Bereiche aufweisen.
Durch geeignete Algorithmen kann aus dem z- Stapel ein in allen Details scharfes
Bild des Objektes 55 berechnet werden. Darüber hinaus
beinhaltet der z-Stapel 3D-Informationen über das Objekt, so dass auf
der Anzeigevorrichtung 130 auch eine 3D-Darstellung des 55 Objektes
erfolgen kann.
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Bei
der elektronischen Lupe 100 kann die Darstellung von 2D-
oder 3D-Bildern auch in Form bewegter Bilder erfolgen. Bei 3D-Bildern
kann beispielsweise eine periodische Variation der Blickperspektive
auf das Objekt 55 erfolgen.
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4 veranschaulicht
die Abbildung des aus der Objektebene 50 abgegebenen Lichts
auf den Bildaufnahmechip 120. Durch beispielhafte Strahlengänge 20 soll
angedeutet werden, dass die Objektebene 50 lückenlos
erfasst und auf den Bildaufnahmechip 120 abgebildet wird.
Hierzu ist der Bildaufnahmechip 120 mit seiner Detektionsfläche in der
Bildebene der Mikroobjektivmatrix 110 angeordnet.
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Bei
dem Bildaufnahmechip 120 handelt es sich vorzugsweise um
einen farbauflösenden
Sensor, so dass zur Bildaufnahme eine Weißlichtbeleuchtung verwendet
werden kann. Alternativ kann aber auch ein in Graustufen auflösender Sensor
in Verbindung mit einer Mehrfarben-Beleuchtung (z. B. durch LEDs
oder OLEDs) verwendet werden. Im Falle einer Mehrfarben-Beleuchtung
müssen
die farbigen LEDs bzw. OLED-Schichten bzw. OLED-Pixel separat ein-
und ausschaltbar sein, um durch sequentielle Aufnahmen – zum Beispiel
mit rotem, grünem
und blauem Licht – ein
farbgetreues Bild des Objektes zusammenstellen zu können.
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Bei
der elektronischen Lupe 100 kann die Beleuchtung mit Licht
im sichtbaren Spektralbereich erfolgen. Weiterhin ist auch eine
Beleuchtung mit Licht im ultravioletten Spektralbereich möglich. Dies ist
insbesondere bei der Abbildung von lumineszierenden (z. B. fluoreszierenden
oder phosphoreszierenden) Objekten, wie beispielsweise Geldschein-Sicherheitsmerkmalen,
angefärbtem
Blut oder anderen biologischen Proben, von Vorteil.
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Um
bei einer Beleuchtung im ultravioletten Spektralbereich zu vermeiden,
dass der Kontrast der Abbildung durch gestreute oder reflektierte
ultraviolette Strahlung vermindert wird, kann zwischen der Beleuchtungsvorrichtung
und dem Bildaufnahmechip 120 ein Lumineszenzfilter eingebaut 190 sein,
das ultraviolette Strahlung blockiert, sichtbares Licht hingegen
passieren lässt.
Bevorzugt wird ein solches Lumineszenzfilter 190 in einem
kollimierten Bereich des Abbildungsstrahlenganges ein gebracht, z.
B. wie in 4 dargestellt zwischen zwei
Linsenschichten der Mikroobjektivmatrix 110.
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Grundsätzlich können auch
Lumineszenzfilter für
andere Wellenlängenbereiche
verwendet werden. Für
eine universelle Einsetzbarkeit der elektronischen Lupe ist es dann
vorteilhaft, das Lumineszenzfilter wechselbar auszugestalten. Hierzu
könnte
zwischen dem Bildaufnahmechip 120 und der Mikroobjektivmatrix 110 ein
von außen
zugänglicher
Einschubbereich für
ein planes Filtersubstrat vorgesehen sein.
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5 veranschaulicht
schematisch eine flächenhafte
Beleuchtungsvorrichtung, welche in der anhand von 1–4 dargestellten
elektronischen Lupe 100 einsetzbar ist. Die Beleuchtungsvorrichtung
ist als Schichtstruktur an der der Objektebene 50 zugewandten
Seite der Mikroobjektivmatrix 110 ausgebildet. Die Beleuchtungsvorrichtung
umfasst ein transparentes Rücksubstrat 115,
z. B. ein planares Glassubstrat, und eine Leuchtschicht 150, welche
als OLED-Leuchtschicht ausgestaltet ist. Es sind jedoch auch andere
Ausgestaltungen der Leuchtschicht 150 möglich, beispielsweise als anorganische
LED-Leuchtschicht.
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Die
Leuchtschicht 150 ist periodisch strukturiert, indem in
der Leuchtschicht 150 ein periodisches Gitter von Lochbereichen 140 ausgebildet
ist. Die Abbildung von 5 zeigt einen Querschnitt durch
die Lochbereiche 140 und zwischen den Lochbereichen 140 ausgebildete
Stege der Leuchtschicht 150.
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Die
Leuchtschicht 150 ist zumindest über einige Perioden der Strukturierung,
z. B. fünf
oder mehr Perioden, zusammenhängend
ausgebildet. Auf diese Weise ist für die zusammenhängenden
Bereiche der Leuchtschicht 150 jeweils nur eine elektrische
Kontaktierung über
eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht (nicht dargestellt)
erforderlich. Es versteht sich, dass auch die gesamte Leuchtschicht 150 als ein
einziger zusammenhängender
Bereich ausgestaltet sein kann. Bei einer Aufteilung in mehrere
zusammenhängende
Leuchtbereiche der Leuchtschicht 150 kann eine separate
Ansteuerung der einzelnen Leuchtbereiche vorgesehen sein, um beispielsweise
die Erzeugung verschiedener flächenhafter
Beleuchtungsmuster steuern zu können.
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Die
Leuchtschicht 150 ist zumindest auf einer Seite mit einer
transparenten Elektrodenschicht versehen, so dass auf dieser Seite
in der Leuchtschicht 150 erzeugtes Licht in Richtung einer
Vorderseite der Beleuchtungsvorrichtung abgegeben werden kann. Die
transparente Elektrodenschicht kann aus ITO oder einem anderen transparenten
und elektrisch leitfähigen
Material bestehen, z. B. Nanodrähte aus
Gold.
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Auf
der anderen Seite der Leuchtschicht 150, d. h. einer Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung zugewandten Seite, ist eine Abschirmschicht 155 aus einem
untransparenten Material ausgebildet. Bei dem in 1 dargestellten
Beispiel ist die Leuchtschicht 150 unmittelbar auf der
Abschirmschicht 155 ausgebildet. Die Abschirmschicht 155 verhindert, dass
von der Leuchtschicht 150 erzeugtes Licht in Richtung der
Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung abgegeben wird.
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Die
Abschirmschicht 155 kann eine metallische Elektrode sein,
welche der Ansteuerung der Leuchtschicht 150 dient. Um
Reflexionen an der metallischen Elektrode zu vermeiden, kann in
diesem Fall zwischen der Leuchtschicht 150 und dem Rücksubstrat 115 eine
absorbierende Schicht und/oder eine Entspiegelungsschicht eingebracht
sein. Die absorbierende Schicht kann beispielsweise Nanopartikel
enthalten.
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Zwischen
der Leuchtschicht 150 und der Vorderseite der Beleuchtungsvorrichtung
ist weiterhin eine transparente Schutzschicht 158 aufgebracht. Die
Schutzschicht 158 kann zum Beispiel eine dünne Glasplatte,
eine aufgedampfte Oxidschicht oder eine dünne Polymerschicht sein. Durch
die Schutzschicht 158 wird die Leuchtschicht 150 vor
Alterungsprozessen wie Oxidation sowie vor mechanischer Beschädigung beschützt. Insbesondere
im Fall einer als Glasplatte oder Polymerschicht ausgebildeten Schutzschicht 158 kann
sich zwischen der Schutzschicht 158 und der Leuchtschicht 150 Luft,
ein Schutzgas oder ein polymerbasiertes Einbettmedium, z. B. transparenter
Klebstoff, befinden.
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Um
zu vermeiden, dass in der Leuchtschicht 150 erzeugtes Licht
durch Reflexion an oder in der Schutzschicht 158 in Richtung
des Rücksubstrats 115 gestreut
werden, ist die Schutzschicht 158 bevorzugt mit einer Antireflexschicht 159 versehen.
Für die Antireflexschicht 159 ist
eine Reflektivität
von deutlich unter einem Prozent im sichtbaren Spektralbereich bevorzugt.
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Weiterhin
kann auch auf der Rückseite
des Rücksubstrats 115 eine
Antireflexschicht 119 vorgesehen sein. Auf diese Weise
kann die Gesamttransmission erhöht
werden. Bei den Antireflexschichten 119, 159 kann
es sich beispielsweise um die elektrische Vielfachschichten oder
um Mottenaugenstrukturen handeln.
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Bei
der in 5 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung erstrecken
sich folglich die transparenten Lochbereiche 140 zwischen
der Vorderseite und der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung. Die Lochbereiche 140 erstrecken
sich im Wesentlichen senkrecht durch die Leuchtschicht 150 und
die Abschirmschicht 155.
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Wie
bereits erwähnt,
soll durch die Abschirmschicht 155 vermieden werden, dass
in der Leuchtschicht 150 erzeugtes Licht in Richtung der
Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung abgegeben wird. Aus diesem Grund weist
die Abschirmschicht 155 jeweils um die Lochbereiche 140 einen
Randbereich 156 auf, welcher über die Leuchtschicht 150 hinausragt. Bevorzugt
ragt der Randbereich 156 um wenigstens einen Mikrometer über die
Leuchtschicht 150 hinaus. Typischerweise wird die Breite
des Randbereichs 156 größer gewählt als
die Dicke der Leuchtschicht 150. Wenn beispielsweise die
Leuchtschicht 150 nur wenige hundert Nanometer dick ist,
kann ein nur wenige Mikrometer über
die Leuchtschicht 150 hinaus ragender Randbereich gewählt werden.
Eine übermäßig große Breite
des Randbereichs 156 sollte jedoch vermieden werden, um
die transparenten Lochbereiche 150 nicht unnötig zu verkleinern.
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In 5 ist
das von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte Licht schematisch durch
durchgezogene Pfeile 30 dargestellt. Das von der Beleuchtungsvorrichtung
abgegebene Licht trifft auf die von der Beleuchtungsvorrichtung
beabstandete Objektebene 50 und wird dort gestreut, reflektiert
oder bewirkt eine Lumineszenzanregung. Das von der Objektebene 50 ausgehende
Licht ist in 5 durch gestrichelte Pfeile 40 veranschaulicht.
Es ist zu erkennen, dass aufgrund der Lochbereiche 140 in
der Beleuchtungsvorrichtung das reflektierte oder gestreute Licht 40 in
Richtung der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung transmittiert wird.
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6 veranschaulicht
eine weitere flächenhafte
Beleuchtungsvorrichtung, welche in der anhand von 1–4 dargestellten
elektronischen Lupe 100 einsetzbar ist. Die Beleuchtungsvorrichtung
von 6 entspricht im Wesentlichen derjenigen von 5,
wobei ähnliche
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wurden. Bezüglich der
Eigenschaften dieser Komponenten wird auf die Beschreibung zu 5 verwiesen.
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Bei
der Beleuchtungsvorrichtung von 6 wurde
die Unterdrückung
von in Richtung der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Licht verbessert. Diese
Verbesserung beruht zum einen auf der Maßnahme, dass um die Lochbereiche 140 Abschirmwände 157 aus
einem untransparenten Material ausgebildet sind. Die Abschirmwände 157 erstrecken
sich ausgehend von der Abschirmschicht 155 in Richtung
der Vorderseite der Beleuchtungsvorrichtung und sind in der Ebene
der Leuchtschicht 150 zwischen der Leuchtschicht 150 und
den Lochbereichen 140 angeordnet. Wie dargestellt, ist
eine Höhe
der Abschirmwände 155 so
gewählt,
dass sie sich über
die Leuchtschicht 150 hinaus erstrecken.
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Durch
die Abschirmwände 157,
welche mit der Abschirmschicht 155 verbunden sind, werden
um die Leuchtschicht 150 Strahlfallen ausgebildet, welche
bewirken, dass unter großen
Winkeln zur Flächennormalen
der Leuchtschicht 150 abgestrahltes Licht auf die Abschirmwände 157 trifft
und dort absorbiert oder reflektiert wird. Es wird vermieden, dass das
von der Leuchtschicht 150 abgestrahlte Licht im Bereich
der Lochbereiche 140 auf die Schutzschicht 158 trifft
und von dort in Richtung der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung reflektiert wird. Zu diesem Zweck erstrecken
sich die Abschirmwände 157 vorzugsweise
bis zu der Schutzschicht 158.
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Die
Höhe der
Abschirmwände 157 ist
vorzugsweise abhängig
von der Breite der Leuchtschicht 150 zwischen benachbarten
Lochbereichen 140 gewählt.
Beträgt
beispielsweise zwischen zwei benachbarten Lochbereichen die Breite
der Leuchtschicht 150 etwa 50 μm, wird bevorzugt eine Höhe für die Abschirmwände 157 im
Bereich zwischen etwa 100 und 500 μm gewählt.
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Die
Abschirmwände 157 können durch
verschiedene aus der Mikrostrukturtechnik bekannte Verfahren hergestellt
werden, z. B. Prägen,
Spritzgießen,
Kleben usw. Darüber
hinaus können
bekannte Beschichtungstechniken, wie zum Beispiel Aufdampfen, Sputtern,
chemische Beschichtung usw., zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden
die Lochbereiche in einem Zwischensubstrat aus transparentem Kunststoff
ausgebildet, welches leicht strukturierbar ist.
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Weiterhin
sind bei der in 6 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung
Mikrolinsen 159' auf
der Vorderseite der Beleuchtungsvorrichtung aufgebracht. Insbesondere
sind die Mikrolinsen 159' auf der
Oberfläche
der Schutzschicht 158 ausgebildet. Wie in 6 dargestellt,
sind die Mikrolinsen 159' derart
angeordnet, dass die vor den zwischen den Lochbereichen 140 liegenden
Bereiche der Leuchtschicht 150 angeordnet sind. Wenn die
Leuchtschicht 150 gitterartig zusammenhängend ist, ergeben sich folglich
auch gitterartig zusammenhängende
Zylinderlinsenstrukturen.
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Bevorzugt
ist die Ausdehnung der Mikrolinsen 159 entlang der Ebene
der Leuchtschicht 150 größer gewählt als die Ausdehnung der
Leuchtschicht 150 zwischen zwei benachbarten Lochbereichen 140.
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Mittels
der Mikrolinsen 159' wird
der an der äußeren Oberfläche der
Schutzschicht 158 reflektierte Anteil des in der Leuchtschicht 150 erzeugten Lichts überwiegend
zurück
in Richtung der Leuchtschicht 150 reflektiert. Dieser Anteil
des reflektierten Lichts ist in 6 schematisch
durch einen gestrichelten Pfeil 30' dargestellt. Es wird folglich
vermieden, dass an der äußeren Oberfläche der
Schutzschicht 158 reflektiertes Licht durch die Lochbereiche 140 in
Richtung der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung gelangt.
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Weiterhin
kann durch die Mikrolinsen 159' das von der Leuchtschicht 150 abgegebene
Licht abgelenkt und gebündelt
werden, wodurch die Beleuchtungsstärke in der Objektebene 50 eingestellt
werden kann. Beispielsweise kann die Beleuchtungsstärke in der
Objektebene 50 partiell erhöht werden.
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Die
Mikrolinsen 159' können ebenfalls
mit bekannten Verfahren aus der Mikrostrukturtechnik hergestellt
werden. Es versteht sich, dass darüber hinaus eine Antireflexschicht
auf der Schutzschicht 158 und über die äußere Oberfläche der Mikrolinsen 159' ausgebildet
sein kann.
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7 veranschaulicht
schematisch eine weitere flächenhafte
Beleuchtungsvorrichtung, welche in der anhand von 1–4 dargestellten elektronischen
Lupe 100 einsetzbar ist. Die Beleuchtungsvorrichtung von 7 entspricht
in vielerlei Hinsicht derjenigen von 6. In 7 sind
Elemente, welche ähnlich
zu denjenigen von 5 und 6 sind,
mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zu deren Eigenschaften
wird auf die Erläuterungen im
Zusammenhang mit 5 und 6 verwiesen.
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Bei
der in 7 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung ist zusätzlich zu
der Leuchtschicht 150 eine weitere Leuchtschicht 152 vorgesehen.
Die weitere Leuchtschicht 152 ist aus einem transparenten Material
hergestellt. Insbesondere kann die weitere Leuchtschicht 152 als
OLED-Leuchtschicht ausgestaltet sein.
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Die
Leuchtschicht 150 und die weitere Leuchtschicht 152 sind
durch ein Zwischensubstrat 153 voneinander räumlich separiert.
Die Lochbereiche 140 erstrecken sich durch das Zwischensubstrat 153 und
die weitere Leuchtschicht 152, so dass wieder um zwischen
der Vorderseite und der Rückseite der
Beleuchtungsvorrichtung transparente Lochbereiche 140 ausgebildet
sind, welche sich durch die Leuchtschicht 150, die weitere
Leuchtschicht 152 und die Abschirmschicht 155 erstrecken.
Im Bereich des Zwischensubstrats 153 entsprechen die Lochbereiche
Hohlräumen,
welche mit Luft, einem anderen Gas oder einem transparenten Material
ausgefüllt sein
können.
Die Abschirmwände 157 sind
an den Innenflächen
der in dem Zwischensubstrat 154 ausgebildeten Hohlräume durch
geeignete Beschichtungstechniken aufgebracht. Wie dargestellt, sind
die Abschirmwände 157 zwischen
der Leuchtschicht 150 und den Lochbereichen 140 sowie
zwischen der weiteren Leuchtschicht 152 und den Lochbereichen 140 angeordnet,
so dass Strahlfallen sowohl für
das von der Leuchtschicht 150 erzeugte Licht als auch für das von
der weiteren Leuchtschicht 152 erzeugte Licht gebildet
werden. Die Abschirmwände 157 und
die Abschirmschicht 150 können auf ihren jeweils der Leuchtschicht 150 bzw.
der weiteren Leuchtschicht 152 zugewandten Seiten reflektierend
ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann eine verbesserte Ausbeute
des aus der Leuchtschicht 150 und der weiteren Leuchtschicht 152 abgegebenen
Lichts erreicht werden.
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In 7 ist
das von der Leuchtschicht 120 abgegebene Licht schematisch
durch durchgezogene Pfeile 30 dargestellt, während das
von der weiteren Leuchtschicht 152 abgegebene Licht schematisch
durch gestrichelte Pfeile 32 dargestellt ist. Das aus der
Objektebene 50 abgegebene Licht ist schematisch durch strichpunktierte
Pfeile 40 dargestellt.
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Bei
der in 7 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung wird Licht
von der Leuchtschicht 150 in Richtung der Vorderseite der
Beleuchtungsvorrichtung abgegeben. Das von der Leuchtschicht 150 abgegebene
Licht durchstrahlt die weitere Leuchtschicht 152 und wird
in Richtung der Objektebene 50 abgegeben.
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Die
weitere Leuchtschicht 152 strahlt Licht sowohl in Richtung
der Vorderseite der Beleuchtungsvorrichtung als auch in Richtung
der Rückseite der
Beleuchtungsvorrichtung ab. Durch reflektierende Oberflächen hinter
der ersten Leuchtschicht 150 und an den Abschirmwänden 157 kann
das von der weiteren Leuchtschicht 152 erzeugte Licht die
Beleuchtungsvorrichtung letztendlich jedoch nur in Richtung der
Objektebene 50 verlassen.
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Durch
Verwendung der weiteren Leuchtschicht 152 ist eine deutliche
Erhöhung
der abgestrahlten Lichtleistung möglich.
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Es
versteht sich, dass auch bei der Beleuchtungsvorrichtung von 8 die
in 6 dargestellten Mikrolinsen 159' vorgesehen
sein können.
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8 veranschaulicht
schematisch eine weitere flächenhafte
Beleuchtungsvorrichtung, welche in der anhand von 1–4 dargestellten elektronischen
Lupe 100 einsetzbar ist. Die in 8 dargestellte
Beleuchtungsvorrichtung entspricht in vielerlei Hinsicht derjenigen
von 7. Elemente der Beleuchtungsvorrichtung von 8,
welche denjenigen von 5–7 entsprechen,
sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bezüglich der
Eigenschaften dieser Elemente wird auf die entsprechende Beschreibung
im Zusammenhang mit 5–7 verwiesen.
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Die
Beleuchtungsvorrichtung von 8 ist als
zweistufige Beleuchtungsvorrichtung ausgestaltet, welche eine erste
Leuchtschicht 150 und eine erste weitere Leuchtschicht 152 aufweist,
welche den Leuchtschichten 150, 152 der Beleuchtungsvorrichtung
von 7 entsprechen. Darüber hinaus ist jedoch noch
eine zweite weitere Leuchtschicht 152' vorgesehen, welche von der ersten
weiteren Leuchtschicht 152' durch
ein weiteres Zwischensubstrat 153' und durch eine Zwischenabdeckschicht 154 räumlich separiert
ist. Die Zwischenabdeckschicht 154 ist aus einem transparenten
Material hergestellt und an wenigstens einer ihrer Oberflächen mit
einer Antireflexschicht 154' versehen.
Bei der in 8 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung
erstrecken sich transparente Lochbereiche 140 zwischen
der Vorderseite und der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung durch die Leuchtschicht 150,
die erste weitere Leuchtschicht 152 und die zweite weitere
Leuchtschicht 152' sowie
durch die Abschirmschicht 155.
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Das
weitere Zwischensubstrat 153' ist
wie das Zwischensubstrat 153 als Lochplatte ausgebildet,
wobei den Lochbereichen 140 jeweils Hohlräume in den
Zwischensubstraten 153, 153' entsprechen. Die Hohlräume können mit
Luft, einem anderen Gas oder einem transparenten Material ausgefüllt sein.
An den Innenwänden
der Hohlräume
in dem weiteren Zwischensubstrat 153' sind weitere Abschirmwände 157' ausgebildet,
welche sich in Verlängerung
der Abschirmwände 157 erstrecken.
Die weiteren Abschirmwände 157 erstrecken
sich derart, dass sie bezogen auf die Ebene der zweiten weiteren Leuchtschicht 152' zwischen der
zweiten weiteren Leuchtschicht 152' und dem jeweils benachbarten Lochbereich 140 angeordnet
sind.
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In 8 ist
von der zweiten weiteren Leuchtschicht 152' abgegebenes Licht durch doppelstrichpunktierte
Pfeile 32' veranschaulicht,
während
aus der Objektebene 50 abgegebenes Licht durch strichpunktierte
Pfeile 40 veranschaulicht ist.
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Die
erste und die zweite weitere Leuchtschicht 152, 152' sind aus einem
transparenten Material hergestellt. Beispielsweise können die
erste und die zweite weitere Leuchtschicht 152, 152' jeweils als
OLED-Leuchtschicht implementiert sein.
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Wie
in 8 dargestellt, wird von der zweiten weiteren Leuchtschicht 152' Licht sowohl
in Richtung der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung als auch in Richtung der Vorderseite
der Beleuchtungsvorrichtung abgegeben. Das in Richtung der Rückseite
der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Licht wird an den Oberflächen der
Abschirmwände 157, 157' sowie an der
Oberfläche
der Abschirmschicht 155 reflektiert, so dass es letztendlich
nur in Richtung der Objektebene 50 abgegeben werden kann.
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Durch
die Mehrstufigkeit der in 8 dargestellten
Beleuchtungsvorrichtung kann die zur Verfügung stehende Leuchtdichte
weiter erhöht
werden. Darüber
hinaus kann mittels der verschiedenen Leuchtschichten, d. h. der
Leuchtschicht 150 und der ersten und zweiten weiteren Leuchtschicht 152, 152' die spektrale
Verteilung des von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichts
angepasst werden, indem die Leuchtschichten 120, 152, 152' mit entsprechenden
individuellen Abstrahlungsspektren ausgewählt werden. Darüber hinaus
sind die individuellen Leuchtschichten 150, 152, 152' auf verschiedenen
Substraten aufgebracht, wodurch sie mit geringem Aufwand separat
angesteuert werden können.
Hierdurch kann wiederum beispielsweise die spektrale Verteilung
des abgegebenen Lichts gezielt eingestellt werden, oder Alterungsprozesse
der einzelnen Leuchtschichten 150, 152, 152' können kompensiert
werden.
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Es
versteht sich, dass die anhand von 8 veranschaulichte
Mehrstufigkeit der Beleuchtungsvorrichtung auf eine beliebige Anzahl
von Stufen erweiterbar ist. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft,
eine möglichst
gute Entspiegelung von zwischen den einzelnen Stufen eingesetzten
Zwischenabdeckplatten (entsprechend der Zwischenabdeckplatte 154)
vorzusehen. Beispielsweise können die
Zwischenabdeckplatten beidseitig mit einer Antireflexschicht versehen
sein. Weiterhin können
auch bei der Beleuchtungsvorrichtung von 8 die in 6 dargestellten
Mikrolinsen 159' vorgesehen sein.
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Darüber hinaus
versteht es sich, dass die oben beschriebenen Implementierungen
der elektronischen Lupe und die verschiedenen Anwendungsbeispiele
miteinander geeignet kombiniert werden können.