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Die
Erfindung bezieht sich auf ein abbildendes optisches System, das
mit einer Einrichtung zur effizienten Beleuchtung eines abzubildenden
Objektes ausgestattet ist und eine Lichteintrittsfläche
für das von dem Objekt reflektierte, gestreute oder in
Lumineszenz umgewandelte Beleuchtungslicht aufweist.
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Aus
dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, mit denen abzubildende
Objekte beleuchtet werden. So ist es bei Fotokameras zum Beispiel üblich,
ein Blitzlichtgerät in unmittelbarer Nähe des
Objektivs der Kamera oder auch in einiger Entfernung vom Objektiv
zu positionieren und damit das Objekt im Augenblick der Aufnahme
zu beleuchten.
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In
beiden Fällen erfolgt die Beleuchtung des Objektes unsymmetrisch,
da das Blitzlichtgerät stets seitlich vom Objektiv angeordnet
ist. Dies wirkt sich um so stärker nachteilig auf die Ausleuchtung
des Objektes aus, je näher sich das Objekt am Objektiv befindet.
Nahaufnahmen sind daher stets problematisch.
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Bei
Beleuchtung des Objektes mit einer Dauerlichtquelle tritt derselbe
Effekt auf. So ist es bekannt, zahlreiche Leuchtdioden, nachfolgend
als LED's bezeichnet, um das Objektiv einer Kamera herum anzuordnen
und so zur Beleuchtung des Objektes zu verwenden.
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Nachteilig
hierbei ist die inhomogene Ausleuchtung im Nahbereich, also bei
einer Entfernung zwischen Kameraobjektiv und Objekt, die kleiner
ist als der Durchmesser des aus LED's gebildeten Ringes. Ursache
dafür ist, daß nur ein geringer Teil der Ringfläche
leuchtet, nämlich nur der Bereich, in dem die LED's angebracht
sind. Diese Inhomogenität der Abstrahlung wird dann durch
Streuplatten oder ähnliche Mittel zur Homogenisierung des
Beleuchtungslichtes abgemildert.
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Besonders
nachteilig ist es, daß derartige Beleuchtungsringe mit
LED's in Abstrahlrichtung verhältnismäßig
viel Bauraum erfordern. Die LED's selbst weisen bereits mehrere
Millimeter Bauhöhe auf, hinzu kommen die Abmessungen von
Leiterplatte und gegebenenfalls auch Vorrichtungen zur Bündelung
oder Homogenisierung des Beleuchtungslichtes.
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Darüber
hinaus erfordert die elektrische Kontaktierung der in verhältnismäßig
hoher Stückzahl vorzusehenden LED's einen technischen Aufwand, der
erhebliche Herstellungskosten verursacht.
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Weiterhin
sind aus dem Stand der Technik sogenannte organische Leuchtdioden
bekannt, auch als OLED's bezeichnet. OLED's sind flächig
ausgedehnte Strahlungsquellen, die aus einem Schichtsystem bestehen.
Der prinzipielle Aufbau besteht darin, daß ein transparentes
Substrat mit einer transparenten Leitungsschicht aus meist Indium-Zinn-Oxid (ITO)
versehen wird. Auf diese ITO-Schicht folgen eine Lochleitungsschicht,
eine Leuchtschicht aus organischen Molekülen, eine Elektronenleitungsschicht sowie
eine metallische Kathodenschicht.
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Fließt
ein elektrischer Strom durch diese Schichten, so emittiert die nur
etwa 200 nm dicke Leuchtschicht, die aus kleinen Molekülen
oder Polymeren bestehen kann, Strahlung. Diese Strahlung liegt in
der Regel im sichtbaren Spektralbereich, kann aber auch Anteile
im UV oder IR aufweisen. OLED's mit hoher Leuchtdichte existieren
als Labormuster, kommerzielle Nutzungen befindet sich in der Entwicklung.
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In
DE 10 2004 017 694
B3 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Stereomikroskop
beschrieben, die keine strahlfokussierenden und/oder strahlumlenkenden
Maßnahmen enthält und die ein segmentiertes Lichtfeld
erzeugt. In diesem Zusammenhang wird erwähnt, daß Hellfeld-Leuchtmittel
so in Gruppen zusammengefaßt werden können, daß das segmentierte
Lichtfeld die Form von Kreis-, Ring- oder Liniensegmenten hat. Weiterhin
werden aus OLED's bestehende Leuchtmittel genannt. Die beschriebene
Vorrichtung beschränkt sich jedoch auf eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung
und ist somit für Auflicht-Anwendungen nicht geeignet.
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Die
Veröffentlichung
DE 10 2005 036 397 A1 beschreibt ebenfalls
eine Beleuchtungseinrichtung für ein Lichtmikroskop, bei
der ein ringförmiges Beleuchtungsmuster durch eine matrixartige
Anordnung von kleinen OLED-Elementen erzeugt wird. Auch hier beschränkt
sich die Beschreibung auf verschiedene Varianten von Durchlicht-Beleuchtungen.
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In
DE 10 2004 029 057
A1 ist eine ringförmige Auflichtbeleuchtung mit
Kleinstlichtquellen beschrieben, die in Form von LED's oder OLED's
ausgeführt sein können. Für die Kleinstlichtquellen
werden bevorzugte Abmessungen im Bereich von 0,2 cm bis 2 cm angegeben.
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In
US 7,307,785 B2 ist
eine Mikroskopbeleuchtung angegeben, bei der zahlreiche Einzellichtquellen
zu einem Ring zusammengefügt sind. Die Beleuchtung erfolgt
hier allerdings stets durch eine Objektivlinse hindurch, was nachteilig
zur Folge hat, daß Reflexe und Streulicht an der Objektivlinse
die Bildaufnahme des Objektes stören können.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde ein abbildendes optisches System mit Auflichtbeleuchtung
zu schaffen, mit dem es möglich ist, ohne die Einbeziehung
zusätzlicher Homogenisierungsmittel Licht mit homogener
Strahlungsintensität auf ein zu untersuchendes Objekt zu
richten. Dabei sind eine raumsparende Bauform sowie eine kostengünstige
Herstellung zu erzielen.
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Diese
Aufgabe wird für ein optisches System der eingangs beschriebenen
Art gelöst, indem
- – die Beleuchtungseinrichtung
mindestens eine Lichtquelle mit einer Lichtabstrahlfläche
enthält, die sichtbare, UV- oder IR-Strahlung mit homogener
oder stetig variierender Leuchtdichte abgibt und auf das Objekt
gerichtet ist, und
- – Abschirmmittel vorhanden sind, durch welche die Einstrahlung
des von der Lichtabstrahlfläche ausgehenden Lichtes auf
direktem Weg in die Lichteintrittsfläche verhindert ist.
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Mit
der Verhinderung der Einstrahlung des Beleuchtungslichtes auf direktem
Weg in die Lichteintrittsfläche werden ausdrücklich
Anordnungen ausgeschlossen, bei denen das Objekt im Durchlicht beleuchtet
wird. UV- und IR-Strahlung bedeuten im Zusammenhang mit der Erfindung
Ultraviolett- und Infrarotstrahlung, wobei als IR-Strahlung insbesondere
die Strahlung im nahen IR-Bereich (NIR-Strahlung) in Betracht zu
ziehen ist.
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Die
Lichtquelle kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
als organische Leuchtdiode ausgebildet sein, in der Fachliteratur
auch als OLED bezeichnet.
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Die
Lichtabstrahlfläche sollte mindestens in einer Richtung
senkrecht zur Abstrahlrichtung des Lichtes eine Ausdehnung von 2
cm aufweisen.
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Als
Abschirmmittel dienen bevorzugt nichttransparente Bereiche von Einfassungen
optischer Elemente des abbildenden optischen Systems und/oder der
Beleuchtungseinrichtung. Diese sind bezüglich ihrer Lageorientierung
relativ zur Lichtabstrahlfläche und zur Lichteintrittsfläche
so angeordnet, daß sie die direkte Einstrahlung des Beleuchtungslichtes
in die Lichteintrittsfläche, die beispielsweise an der
Frontlinse eines Objektivs ausgebildet sein kann, verhindern.
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Besonders
vorteilhaft ist die Lichtabstrahlfläche in der Weise ausgebildet,
daß sie die Lichteintrittsfläche ringförmig
umschließt, oder sie besteht aus mindestens einem, am äußeren
Umfang der Lichteintrittsfläche angeordneten Segment. Dabei kann
die äußere Begrenzung der Lichteintrittsfläche eine
vieleckige, elliptische oder auch kreisrunde geometrische Form haben.
Vorteilhaft hat die Lichteintrittsfläche einen Kreisumfang,
während die Lichtabstrahlfläche als Kreisring
ausgebildet ist oder aus mindestens einem Kreisringsegment besteht.
Im Falle der kreisringsegmentförmigen Ausbildung ist es von
Vorteil, mehrere solcher Lichtabstrahlflächen vorzusehen
und so anzuordnen, daß sie sich am Umfang der Lichteintrittsfläche
paarweise diagonal gegenüberstehen.
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Dabei
können die Lichtquellen, namentlich die organischen Leuchtdioden,
mit einer Ansteuerung verbunden sein, durch welche je nach Vorgabe der
Betriebsspannung eine rotationssymmetrische Beleuchtung oder eine
nicht rotationssymmetrische Beleuchtung des abzubildenden Objektes
bei unterschiedlich wählbaren Beleuchtungsrichtungen veranlaßt
wird.
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Im
Rahmen der Erfindung liegen auch Ausgestaltungen, bei denen organische
Leuchtdioden mit Lichtabstrahlflächen vorgesehen sind,
die Licht mehrerer verschiedener Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche
abstrahlen. Auch können mehrere organische Leuchtdioden
vorgesehen und mit ihren Lichtabstrahlflächen, bezogen
auf die Abstrahlrichtung des Lichtes, in Reihe hintereinander oder
parallel nebeneinander angeordnet sein.
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In
den Erfindungsgedanken eingeschlossen sind des weiteren abbildende
optische Systeme, bei denen mindestens einer der Lichtabstrahlflächen
in Abstrahlrichtung eine Zylinderoptik, eine anamorphotische Optik,
eine Fresnellinse, eine fresnellinsenähnliche Optik, eine
Streuplatte oder ein diffraktiv optisches Element (DOE) nachgeordnet
ist. Dabei kann die in Abstrahlrichtung nachgeordnete Optik als
separates, vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoff bestehendes
Bauteil ausgeführt oder in die Beleuchtungseinrichtung
integriert sein.
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Auch
sind Ausführungen denkbar, bei denen die Lichtabstrahlflächen
konfokal oder konvex gekrümmt oder eben ausgeführt
sind. Bevorzugt jedoch sollten die Normalen der einzelnen Lichtabstrahlflächen
parallel verlaufen oder sich in einem gemeinsamen Punkt schneiden.
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Im
Rahmen der Erfindung liegen sowohl Ausgestaltungen, bei denen die
Beleuchtungseinrichtung in einfacher Weise ohne Werkzeug von Hand
lösbar ist, so daß die Benutzung des abbildenden
Systems alternativ mit oder ohne Beleuchtungseinrichtung möglich
ist, als auch Ausgestaltungen, bei denen die Beleuchtungseinrichtung
fest integrierter Bestandteil der Abbildungsoptik ist.
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Die
Beleuchtungseinrichtung kann zur Abstrahlung von Licht im sichtbaren
Bereich, im UV-Bereich und/oder im Infrarotbereich ausgebildet sein. Zur
Stromversorgung kommen sowohl ein Netzteil oder in das abbildende
optische System integrierte Batterien oder Akku's geringer Baugröße
bei ausreichender Kapazität in Betracht.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt ausdrücklich auch die Verwendung
erfindungsgemäßer abbildender optischer Systeme
im Zusammenhang mit Fotokameras, analogen oder digitalen Video-,
Fernseh- oder Filmkameras, Funduskameras, Keratometern, Operations-,
Stereo- oder sonstigen Mikroskopen oder in Verbindung mit Lupen.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
abbildenden optischen Systems, bei dem eine homogenes Licht aussendende
Lichtabstrahlfläche die Lichteintrittsfläche einer
Abbildungsoptik ringförmig umschließt,
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2 ein
Ausführungsbeispiel, bei dem vier an der Peripherie der
Lichteintrittsfläche einer Abbildungsoptik positionierte
kreissegmentförmige Lichtabstrahlflächen vorgesehen
sind, so daß sich ein Beleuchtungsring mit wahlweise einzeln
oder auch gemeinsam ansteuerbaren Einzelleuchtflächen ergibt,
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3 ein
Ausführungsbeispiel, bei dem weißes Licht mit
einstellbarer Farbtemperatur durch drei in Form konzentrischer Ringe
ausgebildeter Lichtabstrahlflächen erzeugt wird, von denen
Licht unterschiedlicher Emissionswellenlängen ausgeht,
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4 ein
Ausführungsbeispiel, bei dem das Beleuchtungslicht teilweise
fokussiert auf das abzubildende Objekt gerichtet ist,
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5 ein
Ausführungsbeispiel, bei dem die Lichtabstrahlfläche
in richtungsgebende Teilbereiche gegliedert ist,
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6 das
typische Emissionsspektrum von LED's,
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7 das
Emissionsspektrum einer weißes Licht abstrahlenden OLED,
bestehend aus drei verschiedenen Leuchtschichten.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
abbildenden optischen Systems. Prinzipiell dargestellt ist in 1a) ein Schnitt durch die Seitenansicht
eines Objektivs 1 mit drei optischen Linsen 2,
einer die Linsen 2 umschließenden Fassung 3 und
einer in die Fassung 3 integrierten organischen Leuchtdiode 4.
Die organische Leuchtdiode 4 weist eine Lichtabstrahlfläche 5 auf,
von der Beleuchtungslicht 6 mit vorzugsweise homogener
Intensitätsverteilung ausgeht und auf ein abzubildendes Objekt 7 gerichtet
ist.
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Die
organische Leuchtdiode 4 ist Teil einer Beleuchtungseinrichtung,
die mit dem Objektiv 1 eine kompakte Baueinheit bildet.
Weitere Bauteile der Beleuchtungseinrichtung, wie beispielsweise
ein Kleinakku zur Versorgung der organischen Leuchtdiode 4 mit
einer Betriebsspannung oder eine über eine Versorgungsleitung
mit der organischen Leuchtdiode 4 oder dem Kleinakku in
Verbindung stehende Spannungsquelle sind der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt. Bevorzugt ist der Akku ebenfalls von der Fassung 3 umschlossen.
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Von
dem Objekt 7 reflektiertes, gestreutes oder in Lumineszenz
konvertiertes Beleuchtungslicht (zeichnerisch nicht dargestellt)
tritt durch die an der Frontlinse ausgebildete Lichteintrittsfläche 8 in
das Objektiv 1 ein und wird dort zu einem Abbildungsstrahlengang
geformt, der auf einen bildgebenden CCD-Sensor 9 gerichtet
ist.
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Um
zu verhindern, daß Beleuchtungslicht 6 unmittelbar
bzw. auf direktem Wege von der Lichtabstrahlfläche 5 auf
die Lichteintrittsfläche 8 trifft, ist eine Abschirmung
in Form einer für das Beleuchtungslicht 6 nicht
transparenten, die Linsen 2 umschließenden Trennwand 10 vorhanden.
Wie aus 1a) ersichtlich, ist die Trennwand 10 so
angeordnet und soweit ausgedehnt, daß die direkte Einstrahlung
auf die Lichteintrittsfläche 8 nicht möglich
ist.
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1b)
zeigt die Ansicht in Pfeilrichtung R auf die Lichteintrittsfläche 8 und
die Lichtabstrahlfläche 5. Wie ersichtlich, umschließt
die Lichtabstrahlfläche 5 die Lichteintrittsfläche 8 lückenlos.
Der etwa rechteckige geometrische Umfang ist lediglich beispielhaft
gewählt, andere Formen, etwa ein Kreisumfang, sind denkbar.
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1 zeigt
das erfindungsgemäße abbildende optische System
in einer Anwendung für Kameraaufnahmen im Nahbereich. Die
Entfernung zwischen der auszuleuchtenden Ebene des Objektes 7 und
der Lichteintrittsfläche 8 der Frontlinse entspricht
dabei etwa der Ausdehnung der Diagonalen der rechteckförmigen
Lichteintrittsfläche 8. Allerdings kann sich die
Einsatzmöglichkeit hinsichtlich der Objektentfernung bis
zu etwa dem Zwanzigfachen der diagonalen Ausdehnung erstrecken.
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Die
Lichtabstrahlfläche 5 und die Lichteintrittsfläche 8 liegen
im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, wobei die Montage relativ
zur Trennwand 10 so erfolgt, daß kein von der
Lichtabstrahlfläche 5 kommendes Licht direkt durch
die Frontlinse in das Objektiv 1 gelangen, sondern die
Frontlinse lediglich Reflex- oder Streulicht von dem im Auflicht
beleuchteten Objekt 7 aufnehmen kann.
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Im
Ausführungsbeispiel nach 2 sind vier am
Umfang der Lichteintrittsfläche 8 positionierte kreissegmentförmige
Lichtabstrahlflächen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 vorgesehen.
So ergibt sich ein OLED-Beleuchtungsring, der vier wahlweise gemeinsam
oder auch unabhängig voneinander zur Abstrahlung von Beleuchtungslicht 6 ansteuerbare
Einzelleuchtflächen aufweist. An den Positionen des Umfangs,
an denen die Lichtabstrahlflächen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 aneinander
grenzen, befinden sich nichtleuchtende Zwischenräume 11,
die mit einer Breite von nur wenigen μm sehr schmal ausgeführt
sein können, so daß sie die gesamte lichtabstrahlende
Fläche kaum reduzieren.
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Denkbar
ist es jedoch auch, diese Zwischenräume 11 mit
einem Leuchtstoff oder einer lichtstreuenden Schicht zu überbrücken,
so daß ein Anteil des von den jeweils angrenzenden Lichtabstrahlflächen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 ausgehenden
Lichtes von diesen Positionen abgestrahlt wird.
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Die
OLED's mit den Lichtabstrahlflächen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 sind
separat mit einer Ansteuerschaltung verbunden, so daß je
nach Ansteuerung neben einer vollringförmigen auch eine
dreiviertel-, halb- oder viertelringförmige lichtabstrahlende
Fläche ausgebildet werden kann.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
vorteilhaft genutzt, daß einfarbige OLED-Schichten mit
einer höheren Effizienz und Leuchtdichte betrieben werden
können, als es bei Weißlicht-OLED's mit übereinander
liegenden Leuchtschichten der Fall ist. Weißes Licht mit
einstellbarer Farbtemperatur wird hier durch drei in Form konzentrischer
Ringe ausgebildeter Lichtabstrahlflächen 5.5, 5.6, 5.7 unterschiedlicher
Emissionswellenlänge erzeugt. Dabei muß gewährleistet
sein, daß die Summe der Breiten der ringförmigen
Lichtabstrahlflächen 5.5, 5.6, 5.7 erheblich
kleiner ist als deren Abstand zum beleuchteten Objekt 7,
damit keine Farbsäume auftreten.
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Alternativ
können auch flach aufgebaute optische Elemente, wie Fresnellinsen,
diffraktiv optische Elemente (DOE), Streuplatten oder Ähnliches den
Lichtabstrahlflächen 5.5, 5.6, 5.7 zugeordnet sein,
um das Licht im Bereich des Objektes 7 homogen zu einer
einheitlichen Farbe zu mischen. Da jede der Lichtabstrahlflächen 5.5, 5.6, 5.7 in
sich bereits homogen leuchtet, kann die Lichtmischung einfacher als
bei LED's realisiert werden. Der gegebenenfalls nichtleuchtende
Zwischenraum 11 kann auch hier durch Leuchtstoffe oder
eine lichtstreuende Schicht überbrückt werden.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Beleuchtungslicht 6 fokussiert
auf das Objekt 7 gerichtet ist.
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Dabei
sind zwei Varianten denkbar. In einer ersten Variante ist die Lichtabstrahlfläche 5.8 rinnenartig
gewölbt, und der gewölbte Bereich ist mit einem transparenten
Kunststoff 12 ausgefüllt, wodurch eine zu einer
Zylinderlinse vergleichbare Wirkung erzielt wird. Zusätzlich
oder auch eigenständig kann in einer zweiten Variante die
Lichtabstrahlflächen 5.8 mit der optischen Achse
der Linse 2 einen Winkel α einschließen.
Durch diese Neigung wird eine zusätzliche Konzentration
des abgestrahlten OLED-Lichtes auf eine kleinere Fläche
am Objekt 7 erzielt, wodurch die Leuchtdichte und die Homogenität
der Beleuchtung erhöht werden.
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In
der Ausführung des erfindungsgemäßen abbildenden
optischen Systems nach 5 sind abwechselnd ebene transparente
Flächen 5.9 und geneigte Lichtabstrahlflächen 5.10 vorgesehen.
Wie aus 5a) ersichtlich, wird durch
Letztere aufgrund ihrer Neigung dem Beleuchtungslicht eine definierte Abstrahl-
bzw. Ausbreitungsrichtung vorgegeben. Durch die ebenen transparenten
Flächen 5.9 tritt das vom Objekt 7 kommende
Abbildungslicht 13 hindurch und gelangt so über
die Lichteintrittsfläche 8 in die Linse 2.
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5b) zeigt die Ansicht in Pfeilrichtung
R senkrecht auf die konzentrisch zur optischen Achse der Linse 2 angeordneten
transparenten Flächen 5.9 und Lichtabstrahlflächen 5.10.
Zur Ansteuerung der Lichtabstrahlflächen 5.10 mit
einer Betriebsspannung ist eine Stromversorgungseinheit 14 vorgesehen.
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Im
Vergleich zu LED's haben OLED's den Vorteil, daß sie weniger
ausgeprägte spektrale Lücken aufweisen. Zur Weißlichterzeugung
sind üblicherweise drei bis vier Schwerpunktwellenlängen
erforderlich. Die typische spektrale Halbwertsbreite von farbigen
LED's im sichtbaren Bereich beträgt etwa 20 nm bis 50 nm,
so daß im Falle einer RGB-Beleuchtung mit LED's, bei der
weißes Licht aus Rot, Grün und Blau zusammengesetzt
wird, deutliche Lücken im Beleuchtungsspektrum auftreten.
Spektral ähnlich inhomogen verhalten sich Weißlicht-LED's,
die einen Leuchtstoff verwenden.
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Die
typische spektrale Halbwertsbreite von farbigen OLED's dagegen beträgt
etwa 100 nm, so daß mit drei bis vier OLED-Farben das sichtbare Spektrum
besser als mit LED's abgedeckt werden kann. 6 zeigt
das typische Emissionsspektrum von LED's, 7 dagegen
das Emissionsspektrum einer weißes Licht abstrahlenden
OLED, bestehend aus drei verschiedenen Leuchtschichten.
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Mit
OLED's als Lichtquellen ist daher in der Regel eine bessere Farbtreue
erzielbar als bei einer LED-basierten Beleuchtungsvorrichtung. Dies
ist für authentische Foto-, Film-, Video- und Fernsehaufnahmen
von großer Bedeutung. Insbesondere bei Nahaufnahmen von
Personen oder von Gewebe im medizinischen Bereich werden diese Vorteile
wirksam.
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Ein
weiterer Vorteil von OLED's gegenüber LED's besteht darin,
daß die unterschiedlichen Farben in übereinanderliegenden,
weitgehend transparenten, ca. 200 nm dicken Leuchtschichten erzeugt werden
können. Dadurch ist gewährleistet, daß die Lichtentstehung
für alle OLED-Farben quasi am selben Ort erfolgt. Räumliche
Farbverschiebungen, wie sie von RGB-LED's und Weißlicht-LED's
bekannt sind, treten bei OLED's daher nicht auf.
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Durch
unterschiedlich hohe Steuerströme zu den einzelnen OLED-Leuchtschichten
kann die Farbtemperatur des resultierenden Lichtes sehr fein eingestellt
werden. So ist es mit einer Weißlicht-OLED, die aus drei
bis vier unterschiedlichen Leuchtschichten zusammengesetzt ist,
denkbar, das von der geographischen Breite und/oder von der Tageszeit
abhängige Sonnenlicht gezielt nachzuahmen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen abbildenden optischen System
läßt sich daher in nahezu allen Anwendungsfällen,
insbesondere bei Nahaufnahmen, eine gute Ausleuchtung erzeugen.
Unter Nahaufnahmen sollen solche Aufnahmen verstanden werden, bei
denen das Objekt 7 weniger als das Zwanzigfache der maximalen
Ausdehnung der Lichtabstrahlfläche 5 von der Lichteintrittsfläche 8 entfernt
ist.
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In
Einzelfällen ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Lichtabstrahlflächen 5 keine
homogene Leuchtdichte aufweisen, sondern eine stetig variierende
Leuchtdichte. Hierzu kann beispielsweise die Dicke der Leuchtschichten über
die Lichtabstrahlflächen stetig variiert werden.
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Die
OLED's können sowohl fest integrierter Bestandteil eines
Objektivs 1 als auch als ein abnehmbares Zusatzmodul für
das Objektiv 1 ausgebildet sein.
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Die
Stromversorgung der OLED's kann in Form von Gleichstrom, rechteckförmigen
Strompulsen, sinusförmigem Stromverlauf oder mit einem
beliebig anderen zeitlichen Stromverlauf erfolgen. Dabei kann es
aus Gründen der Energieeffizienz, beispielsweise bei mobilen
Kameras mit Akkuversorgung, vorteilhaft sein, die Strompulse mit
der Bildaufnahme zeitlich zu synchronisieren, so daß die
Beleuchtung nur erfolgt, wenn die Kamera tatsächlich aufnimmt.
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Letzteres
hat zusätzlich den Vorteil, daß der pulsartige
Strom höher gewählt werden kann als es bei einem
Gleichstrom möglich ist, da die Lichtabstrahlfläche 5 zwischen
den Strompulsen regenerieren bzw. Verlustwärme abführen
kann.
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Sofern
mehrere OLED-Einzelelemente vorgesehen sind, können diese
parallel oder in Reihe geschaltet sein und jeweils einzeln angesteuert
werden.
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Parallelschaltung
hat dabei den Vorteil, daß die maximal auftretende Spannung
gering, beispielsweise unter 10 V, gehalten werden kann. Bei der
Reihenschaltung gilt dies sinngemäß für
den Strom.
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Durch
Einzelansteuerung von OLED-Einzelelementen ist es möglich,
gezielt unsymmetrische Ausleuchtungen bzw. Schatteneffekte hervorzurufen. In
besonderen Fallen kann es auch von Vorteil sein, die OLED-Einzelelemente
alternierend ein- und auszuschalten, um besondere visuelle Effekte
zu erzeugen.
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Das
erfindungsgemäße System läßt
sich vorteilhaft bei allen Arten von Aufnahmen einsetzen, bei denen
es auf homogene oder gezielt variierende Ausleuchtung und gute spektrale
Eigenschaften ankommt. Hierzu gehören beispielsweise Aufnahmen von
Menschen, Tieren und Pflanzen, Werbeaufnahmen, Modeaufnahmen, Portraitaufnahmen,
Fernseh- und Kinofilm-Nahaufnahmen usw.
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Im
medizinischen Bereich läßt sich das erfindungsgemäße
System auch für Keratometer verwenden, um über
eine Variation der ringförmigen Beleuchtungsstruktur und
entsprechender Reflexion am Auge Informationen über die
Krümmung der Augenhornhaut zu erhalten. Für Keratometer
wird die Beleuchtung vorzugsweise einfarbig ausgelegt, um eine hohe
Leuchtdichte zu erzielen. Geeignete Farben sind beispielsweise Rot,
Orange und Grün. Die Breite der Lichtabstrahlfläche 5 liegt
für diese Anwendung bevorzugt im Bereich von etwa 0,5 mm
bis 3 mm.
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Als
weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Systems
kommt die sogenannte „Kleintier-Bildgebung” in
Frage. Dabei wird häufig die von einem (lebenden) Tier
ausgehende Fluoreszenzstrahlung mit einer Kamera aufgenommen, wobei
die Anregungsstrahlung mit Hilfe eines Spektralfilters unterdrückt
wird. In diesem Fall ist die OLED-Strahlung des erfindungsgemäßen
Systems so zu wählen, daß Lumineszenz oder im
engeren Sinne Fluoreszenz in dem Tier angeregt wird. In der Regel
sind die zu untersuchenden Tier genetisch so verändert,
daß sie fluoreszierende Proteine (z. B. GFP oder YFP) exprimieren,
d. h. selbst erzeugen. Bei grün fluoreszierenden Proteinen
(GFP) wäre beispielsweise blaue OLED-Strahlung besonders
geeignet. Aufgrund der Vielzahl lumineszierender Substanzen kann
sich das nutzbare OLED-Spektrum von UV bis IR erstrecken.
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Ein
weiteres Einsatzgebiet für das erfindungsgemäße
System ist die Beleuchtung des Augenhintergrundes, dem Fundus, bei
Augenuntersuchungen oder Augenoperationen. Zu diesem Zweck ist es
vorteilhaft, wenn die Lichtabstrahlfläche 5 der OLED
kreisrund gestaltet ist, damit sie sehr nah an die Lederhaut des
Auges, die Sclera, heran gebracht werden kann.
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In
diesem Zusammenhang kann es auch sinnvoll sein, die Lichtabstrahlfläche 5 in
direkten Kontakt mit der Sclera zu bringen, um die OLED-Strahlung
optimal in das Augeninnere einzukoppeln. Für diesen Anwendungsfall
ist die Lichtabstrahlfläche 5 vorzugsweise so
geformt, daß sie sich der Augengeometrie gut anpaßt,
beispielsweise als Kugeloberflächensegment.
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Bei
Augenoperationen, speziell Kataraktoperationen, ist es für
den Operateur hilfreich, wenn das Auge von innen her leuchtet, so
daß Gewebereste beim Entfernen der Augenlinse gut erkennbar
sind. Zu diesem Zweck kann es vorteilhaft sein, die OLED-Strahlung
einfarbig, beispielsweise rot, auszulegen. Weiße oder andersfarbig
Beleuchtungsstrahlung ist jedoch ebenfalls einsetzbar. Damit der
Operateur einen guten Zugang zum Auge erhält, kann der Abstand
zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Frontlinse des hierbei
verwendeten Operationsmikroskops bis zu einem halben Meter betragen.
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- 1
- Objektiv
- 2
- Linse
- 3
- Fassung
- 4
- Organische
Leuchtdiode
- 5,
5.1 bis 5.10
- Lichtabstrahlflächen
- 6
- Beleuchtungslicht
- 7
- Objekt
- 8
- Lichteintrittsfläche
- 9
- CCD-Sensor
- 10
- Trennwand
- 11
- Zwischenraum
- 12
- Kunststoff
- 13
- Abbildungslicht
- 14
- Stromversorgung
- α
- Winkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004017694
B3 [0010]
- - DE 102005036397 A1 [0011]
- - DE 102004029057 A1 [0012]
- - US 7307785 B2 [0013]