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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Inspizieren von Stückgütern und insbesondere von Behältnissen. Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Dabei ist es oftmals erforderlich, die zu inspizierenden Behältnisse von mehreren Seiten her zu inspizieren und beispielsweise auch von mehreren Seiten her zu beleuchten und zu beobachten. Dies wird in der Regel durch relativ aufwendige, sogenannte Spiegelkabinette erreicht, in denen durch Verwendung einer Vielzahl von Spiegeln Licht bzw. Strahlengänge mehrfach reflektiert werden und so ein vollumfängliches Bild von Behältnissen aufgenommen wird.
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Ein Problem derartiger Vorgehensweisen besteht darin, dass diese oft einen relativ hohen Bauraum benötigen, da sowohl mehrere Kameras als auch mehrere Beleuchtungseinrichtungen an geeigneten Positionen untergebracht werden müssen. Allgemein besteht in der Inspektionstechnik seit längerem der Wunsch zur Bauraumreduzierung. Dem steht jedoch entgegen, dass beispielsweise nur schwierig zwei Inspektionseinheiten an einer Transporteinrichtung auf gleicher Höhe angebracht gegenübergesetzt werden können. Im Stand der Technik sind daher Ansätze bekannt, um Derartiges zu erreichen.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen haben jedoch teilweise den Nachteil, dass die entsprechenden optischen Elemente sehr teuer sind und die Beleuchtung zur Erzeugung einer diffusen Lichtquelle sehr leistungsfähig sein muss und darüber hinaus mit Schaltzeiten von beispielsweise 15 ms für die Verarbeitung in der Getränkeindustrie eher zu langsam ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche eine weitere Bauraumreduzierung ermöglichen und welche bevorzugt auch die beispielsweise im Bereich der getränkeherstellenden Industrie nötigen kurzen Schaltzeiten ermöglichen.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Inspektion von Stückgütern und insbesondere zur Durchlichtinspektion von Stückgütern und insbesondere von Behältnissen weist eine Transporteinrichtung auf, welche die Stückgüter entlang eines vorgegebenen Transportpfades transportiert. Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste Beleuchtungseinrichtung auf, welche die zu inspizierenden Stückgüter wenigstens zeitweise beleuchtet sowie eine erste Bildaufnahmeeinrichtung, welche ortsaufgelöste Bilder der von der ersten Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Stückgüter aufnimmt und mit einer zweiten Beleuchtungseinrichtung, welche die zu inspizierenden Stückgüter wenigstens zeitweise beleuchtet und mit einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung, welche ortsaufgelöste Bilder der von der zweiten Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Stückgüter aufnimmt.
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Erfindungsgemäß weist wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung ein leuchtaktives Flächenelement auf, welches in einem Strahlengang zwischen der anderen Beleuchtungseinrichtung und wenigstens einer der Bildaufnahmeeinrichtungen angeordnet ist.
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Während im Stand der Technik Beleuchtungseinrichtungen bzw. Lichtquellen eingesetzt werden, deren Licht beispielsweise in einem Strahlengang eingekoppelt wird oder welche beispielsweise einen Streukörper seitlich beleuchten, wird erfindungsgemäß ein aktives Leuchtelement, welches insbesondere als Flächenelement ausgestaltet ist, vorgesehen, wobei dieses Flächenelement selbst zur Lichtausgabe dient. Unter einem Flächenelement wird eine Lichtquelle verstanden, welche im Gegensatz zu einer Punktlichtquelle nicht nur von einem Punkt aus Licht ausgibt, sondern von einer Fläche aus. Dabei kann diese Art der Beleuchtung mit einer Beleuchtung durch einen beleuchteten Schirm vergleichbar sein.
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Bevorzugt dient dieses Flächenelement zur Beleuchtung der Stückgüter, insbesondere in einem Durchlichtverfahren. Vorteilhaft sind die Stückgüter dabei für das von der Beleuchtungseinrichtung ausgegebene Licht transparent.
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Vorteilhaft ist auch das Flächenelement selbst zumindest zeitweise für das Licht transparent bzw. kann in einem transparenten Zustand geschaltet werden. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung daher für Inspektionen im Durchlichtverfahren geeignet und bestimmt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich wenigstens ein Flächenelement parallel zu dem Transportpfad der Stückgüter. Vorteilhaft erstrecken sich beide Beleuchtungseinrichtungen parallel zu dem genannten Transportpfad. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind beide Beleuchtungseinrichtungen jeweils als leuchtaktive Flächenelemente ausgebildet.
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Vorteilhaft ist die Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet, dass sie durch eine Beleuchtungseinrichtung hindurch Bilder der zu inspizierenden Objekte und insbesondere Behältnisse aufnehmen kann. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinrichtung auf bzw. mit der Beleuchtungseinrichtung synchronisiert. So kann beispielsweise die Beleuchtungseinrichtung Beleuchtungspulse ausgeben und die Bildaufnahmeeinrichtung so synchronisiert oder getriggert sein, dass sie bei Auftreten eines derartigen Pulses ein entsprechendes Bild aufnimmt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die beiden Bildaufnahmeeinrichtungen wechselweise bzw. wechselseitig aktivierbar. So kann beispielsweise die erste Bildaufnahmeeinrichtung ein Bild aufnehmen, während die zweite Bildaufnahmeeinrichtung ruht. Vorteilhaft sind auch die Beleuchtungseinrichtungen wechselweise aktivierbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verläuft der Transportpfad der Stückgüter zwischen den beiden Beleuchtungseinrichtungen hindurch. Bevorzugt verläuft der Transportpfad der Stückgüter auch zwischen einer Beleuchtungseinrichtung und der dieser Beleuchtungseinrichtung zugeordneten Bildaufnahmeeinrichtung. Diese bedeutet insbesondere, dass zu dieser Bildaufnahmeeinrichtung insbesondere Licht gelangt, welches von dieser betreffenden Beleuchtungseinrichtung stammt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die leuchtaktiven Flächenelemente jeweils in Verlängerung einer optischen Mittelachse der diesen zugeordneten Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung verläuft damit ein Strahlengang jeweils bevorzugt senkrecht zu dem jeweiligen Flächenelement.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Lichtquelle bzw. die Beleuchtungseinrichtung zur Durchlichtinspektion jeweils von dem zu inspizierenden Objekt aus gesehen hinter dem jeweiligen optischen Objekt angeordnet.
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Vorteilhaft sind die Bildaufnahmeeinrichtungen derart angeordnet, dass sie eine Mantelfläche des Objektes insbesondere quer zu einer Symmetrieachse des Objektes aufnehmen. An dieser Mantelfläche können beispielsweise Etiketten angeordnet sein, wobei mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (ggfs. mit modifizierter Beleuchtung) die Aufbringung dieser Etiketten überprüft werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Transporteinrichtung geeignet und bestimmt zu einem kontinuierlichen Fördern der zu inspizierenden Objekte und insbesondere der Behältnisse.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das leuchtaktive Flächenelement in einen wenigstens teilweise transparenten Zustand schaltbar. Auf diese Weise ist es möglich, dass das leuchtaktive Flächenelement wenigstens zeitweise auch Licht, insbesondere Licht, welches von einer anderen Beleuchtungseinrichtung stammt, zu transmittieren. Bevorzugt wird in diesem Zustand das zu inspizierende Objekt durch die jeweils andere Bildaufnahmeeinrichtung beobachtet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das leuchtaktive Flächenelement zwischen einem wenigstens teilweise transparenten Zustand und einem leuchtaktiven Zustand schaltbar. Vorteilhaft sind dabei das erste und das zweite Beleuchtungselement wechselweise zwischen leuchtaktivem und transparentem Zustand schaltbar. Auf diese Weise ist es denkbar, dass das leuchtaktive Flächenelement, wenn es nicht aktiviert ist, zum Transmittieren von Licht dient.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Lichtleistung des leuchtaktiven Elementes steuerbar. Vorteilhaft ist das leuchtaktive Element auch hinsichtlich einer weiteren charakteristischen Größe steuerbar, wie beispielsweise einer Wellenlänge des ausgegebenen Lichtes.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform transmittiert das leuchtaktive Flächenelement in wenigstens einem Schaltzustand Licht im Wesentlichen streufrei. Dies bedeutet, dass das leuchtaktive Element in diesem Zustand vorteilhaft zumindest teiltransparent und besonders bevorzugt klar durchsichtig ist, d.h. nicht streut.
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Vorteilhaft weist das leuchtaktive Flächenelement wenigstens eine leuchtaktive Schicht auf, wobei diese leuchtaktive Schicht insbesondere ein Halbleitermaterial aufweist oder aus einem solchen gefertigt ist. Bevorzugt ist diese leuchtaktive Schicht zwischen wenigstens zwei Schutzelementen angeordnet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Vorrichtung auch wenigstens eine weitere Lichtquelle aufweisen, welche insbesondere außerhalb und/oder beabstandet von dem leuchtaktiven Flächenelement angeordnet ist. Vorteilhaft diese weitere Lichtquelle auf das leuchtaktive Flächenelement ausgerichtet, um dieses zu beleuchten. Insbesondere beleuchtet dabei diese weitere Lichtquelle das aktive Flächenelement in denjenigen Zeitabschnitten, in denen das leuchtaktive Flächenelement selbst leuchtet. Auch diese Weise kann durch diese zusätzliche Beleuchtung die von dem leuchtaktiven Flächenelement ausgehende Lichtleistung erhöht werden. Bevorzugt strahlt diese weitere Lichtquelle Licht unter einem bezüglich einer Ebene des leuchtaktiven Flächenelements schrägen Winkel ein. Auf diese Weise kann die weitere Lichtquelle auch derart positioniert werden, dass sie den Strahlengang von der ersten Beleuchtungseinrichtung zu der Bildaufnahmeeinrichtung nicht behindert.
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Weiterhin können auch mehrere zusätzliche Lichtquellen zur (zusätzlichen) Beleuchtung des leuchtaktiven Flächenelements vorgesehen sein. Bevorzugt sind dabei auch diese zusätzlichen Lichtquellen gepulst betreibbar, wobei bevorzugt die von diesen zusätzlichen Lichtquellen ausgegebenen Lichtpulse mit Lichtpulsen der Beleuchtungseinrichtung synchronisiert sind.
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Vorteilhaft ist das leuchtaktive Flächenelement als OLED-Flächenelement ausgebildet. Derartige OLEDs (Licht emittierende Dioden auf Basis organischer Halbleiter) sind in jüngerer Zeit bekannt geworden. Überwiegend werden jedoch derartige OLEDs als Anzeigen insbesondere beispielsweise in Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
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Bislang war davon ausgegangen worden, dass zu Inspektionszwecken die Leuchtstärke derartiger OLEDs nicht ausreichend ist. Ein besonderes Merkmal dieser OLEDs ist jedoch auch die Realisierung von transparenten Anzeigen und von Leuchttafeln. Ausgeschaltet ist dieses Bauelement durchsichtig und in einem angeschalteten Zustand kann das OLED Licht in beide Richtungen aussenden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wäre es also denkbar, dass die Vorrichtung zusätzlich einen schaltbaren Spiegel aufweist. Dieser schaltbare Spiegel könnte dabei anliegend an dem OLED angeordnet sein, um so auch in einem Zustand, in dem das OLED Licht ausgibt, dieses auch noch in Richtung der Behältnisse zu reflektieren. In dem anderen Zustand kann dieser schaltbare Spiegel abgeschaltet werden (und dabei insbesondere Licht transmittieren). Auch durch diese Maßnahme kann die Leistung des auf die Stückgüter bzw. Behältnisse gelangenden Lichts erhöht werden.
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Bevorzugt weist das Leuchtelement wenigstens zwei Lagen aus organischen Schichten auf. Dabei liegt eine Dicke dieser Schichten bevorzugt zwischen 20 nm und 200 nm, bevorzugt zwischen 40 nm und 150 nm und besonders bevorzugt zwischen 80 nm und 120 nm. Dabei können diese Schichten beispielsweise (wenigstens mittelbar bzw. über weitere Schichten) auf einem Trägersubstrat wie insbesondere einem Glassubstrat aufgebracht sein und dabei insbesondere eine transparente leitfähige Schicht aufweisen, beispielsweise eine Iridiumzinnoxidschicht. Vorteilhaft weist das Leuchtelement wenigstens eine und bevorzugt zwei durchsichtige Elektroden auf, wodurch erreicht wird, dass das gesamte OLED-Bauelement in einem ausgeschalteten Zustand selbst durchsichtig ist. Vorteilhaft liegt dabei eine Transparenz dieses OLEDs in einem Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 800 nm bei mehr als 20%, bevorzugt bei mehr als 30%, bevorzugt bei mehr als 40% und bevorzugt bei mehr als 50%.
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Weiterhin ist bevorzugt dieses leuchtaktive Flächenelement derart gestaltet, dass ein überwiegender Anteil des ausgegebenen Lichtes in Richtung der zu inspizierenden Objekte ausgegeben wird. Eine derartige Verteilung ist durch eine entsprechende Variierung der jeweiligen OLED-Gruben denkbar. Überraschend hat sich gezeigt, dass derartige OLEDs eine vergleichsweise hohe Leuchtdichte und einen hohen Kontrast auch bei geringem Stromverbrauch bieten. Daneben sind derartige OLEDs (organic light emitting diodes) relativ günstig in der Herstellung.
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Vorteilhaft sind unterschiedliche Bereiche der leuchtaktiven Flächenelemente unabhängig voneinander ansteuerbar. So wäre es denkbar, dass einige Bereiche der leuchtaktiven Flächenelemente Licht ausgeben, und andere welche transparent geschaltet sind. Auf diese Weise kann eine Beleuchtung und gleichzeitig auch eine Transparenz des OLEDs erreicht werden. Auch könnten die leuchtaktiven Flächenelemente permanent transparente Bereiche aufweisen. So könnte beispielsweise ein zentraler Bereich der OLED permanent transmittierend ausgestaltet sein, wobei dieser zentrale Bereich auch aus einem anderen Material gefertigt sein kann wie die übrigen Bereiche.
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Vorteilhaft weist dabei das leuchtaktive Flächenelement Bereiche mit voneinander abweichenden Leuchtdichten auf. Durch diese nicht konstante Leuchtdichte kann wie gesagt eine gewünschte Beleuchtung der zu inspizierenden Objekte realisiert werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das leuchtaktive Flächenelement vollständig transparente Bereiche auf.
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Weiterhin wäre es möglich, dass das leuchtaktive Element gekrümmt ausgebildet ist. Dabei kann diese Krümmung insbesondere derart ausgebildet sein, dass von dem leuchtaktiven Element ausgegebenes Licht auf die jeweiligen Stückgüter fokussiert bzw. gebündelt wird. So könnte das leuchtaktive Element derart gekrümmt sein, dass sich die zu inspizierenden Stückgüter in einem „Brennpunkt“ dieses leuchtaktiven Elements befinden.
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Weiterhin könnten in dem Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinrichtung und den Stückgütern weitere optische Elemente vorgesehen sein, welche das Licht auf die Stückgüter bündeln, wie beispielsweise eine Sammellinse.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das leuchtaktive Flächenelement gepulst betreibbar. Diese Vorgehensweise ist insbesondere interessant, wenn zugleich Behältnisse mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet werden sollen.
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Vorteilhaft ist es denkbar, dass die Beleuchtungseinrichtung in einem Pulsbetrieb mit mehr als dem 5-Fachen, bevorzugt mit mehr als dem 10-Fachen und bevorzugt mit mehr als dem 50-Fachen des Nennstroms betrieben wird. Durch diese Vorgehensweise wird eine sehr hohe Leuchtstärke erreicht, die insbesondere in dem in dem Stand der Technik üblichen Normalbetrieb eines OLEDs nicht denkbar ist. Durch diesen gepulsten Betrieb können damit die nötigen Leuchtstärken erreicht werden. Damit wird bevorzugt die OLED in der Art einer Blitzlampe eingesetzt. Bevorzugt ist dabei auch eine (zeitliche) Pulslänge der von der OLED ausgegebenen Lichtpulse steuerbar bzw. veränderbar. Bevorzugt liegt eine zeitliche Dauer dieser Lichtpulse über 1 µs, bevorzugt über 2 µs, bevorzugt über 5 µs. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt die zeitliche Dauer dieser Lichtpulse unter 1ms, bevorzugt unter 500 µs und besonders bevorzugt unter 250 µs.
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Bevorzugt nimmt in einem zweiten Zustand die Bildaufnahmeeinrichtung Aufnahmen durch diese Beleuchtungseinrichtung hindurch auf. Dies bedeutet, dass in einem besonders bevorzugten Anwendungsfall eine Beleuchtungseinrichtung Licht auf das Behältnis ausgibt und die dieser Beleuchtungseinrichtung zugeordnete Bildaufnahmeeinrichtung das Behältnis durch die zweite Beleuchtungseinrichtung (die dann in einem inaktiven Zustand ist) hindurch beobachtet.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind Aufnahmen der ersten und der zweiten Bildaufnahmeeinrichtungen zeitversetzt zueinander. Auf diese Weise können störende Einflüsse der jeweiligen Lichtquellen verhindert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem leuchtaktiven Element allgemein um ein Halbleiterelement. Vorteilhaft sind dabei die Halbleiterstrukturen wenigstens abschnittsweise flächig aufgebracht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem leuchtaktiven Element um ein auf eine Folie gedrucktes Element, insbesondere um ein auf eine Folie gedrucktes Element, welches als OLED ausgeführt ist. In jüngerer Zeit sind Vorgehensweisen bekannt geworden, bei denen mithilfe eines Druckverfahrens selbstleuchtende Folien erstellt werden. Der Vorteil derartiger Ausgestaltungen ist, dass es sich bei dem leuchtaktiven Element ebenfalls um ein flächiges Element handelt, welches den Vorteil hat, dass es robust vielseitig einsetzbar ist und daneben auch flexibel ist.
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Vorteilhaft weist bei dieser Ausgestaltung das leuchtaktive Element einen Träger bzw. ein Substrat auf, welches insbesondere auf Kohlenstoffbasis ausgebildet ist. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung gibt dieses Leuchtelement Licht ab. Dieser Spezialkunststoff kann wiederum ähnlich wie Tinte auf eine elektrisch leitende Trägerfolie aufgetragen werden. Vorteilhaft ist noch eine weitere Schicht vorgesehen, welche als Anschluss dient. Allgemein ist bei dem leuchtaktiven Element eine Licht aussendende, organische Schicht zwischen zwei Elektroden angeordnet. Die gesamte Anordnung kann wiederum auf einem Substrat angebracht sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Leuchtelement mehrschichtig aufgebaut und weist dabei insbesondere, aber nicht ausschließlich eine Kathoden- und eine Anodenschicht auf. Bei dieser Anodenschicht kann es sich um eine Indiumzinnoxidschicht handeln. Weiterhin sind eine Transportschicht und eine Lochinjektionsschicht vorgesehen. Zwischen den Elektroden ist bevorzugt die eigentliche Emissionsschicht angeordnet. Weiterhin können auch noch eine Elektroneninjektionsschicht und eine Elektronentransportschicht sowie eine Lochsperrschicht vorgesehen sein. Die gesamte Anordnung kann auf einem Glas- oder Kunststoffträger aufgedampft sein. Die genannte Lochinjektionsschicht dient zum Transport der Defektelektronen, positiver Ladungen oder Elektronenlöcher. Auf diese Weise kann die Anodenoberfläche geglättet werden und so die Effizienz erhöht werden. Den gleichmäßigen Transport positiver Ladungen insbesondere in die Emissionsschicht übernimmt eine Lochtransportschicht. Diese weist besonders bevorzugt organische Moleküle auf.
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In der eigentlichen Emissionsschicht rekombinieren die Ladungen. Auf diese Weise entstehen angeregte Molekülzustände, die durch Abgabe von Photonen wieder in ihren energetischen Grundzustand wechseln.
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Durch die transparente ITO(Indium Tin Oxide)-Anode gelangt das Licht nach außen. Die genannte Lochsperrschicht, welche in Richtung der Kathode angeordnet ist, kann das Eindiffundieren positiver Ladungen in eine organische Transportschicht für Elektronen verhindern. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der OLEDs verbessert werden. Eine weitere organische Schicht kann beispielsweise über Lithiumfluorid als ohmscher Kontakt mit einer Kathode, bei der es sich insbesondere um eine Metallkathode handelt, verbunden sein.
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Damit ist bevorzugt zwischen einer stromleitenden ITO-Anode und einer Metallkathode eine organische Emitterschicht mit bevorzugt weitgehend isolierenden Eigenschaften angeordnet. Dabei ist der Schichtenaufbau ähnlich demjenigen eines Kondensators. Ein angelegtes elektrisches Feld bringt die Elektronen bzw. deren Verteilung insbesondere in den Emittermolekülen in einen angeregten Zustand. Vorteilhaft erfolgt der Energieausgleich durch Fluoreszenzstrahlung bzw. eine Photoemission im sichtbaren Bereich. Wie oben erwähnt, wäre es möglich, einzelne Bereiche der OLEDs unabhängig voneinander anzusteuern. Dabei wäre es generell möglich, derartige OLED-Elemente mit einer passiven oder aktiven Matrix anzusteuern. Im Falle einer passiven Matrix liegt zwischen jedem Kreuzungspunkt von Anode und Kathode ein Bildpunkt. Die ITO-Anode kann zum Teil vollflächig ausgeführt sein.
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Vorteilhaft weist die Beleuchtungseinrichtung einen Emitterfarbstoff aus kleineren organischen Verbindungen oder aus langkettigen Polymeren auf. Vorteilhaft ist dieser Fluoreszenzfarbstoff aus einer Gruppe von Farbstoffen ausgewählt, welche Tri(8-hydroxychinolin) aluminium-Komplexe, Aluminium-Hydrochinolinat, Tetraphenylbutadien, Iridium-phenyl-pyridin-Komplexe, Poly(p-phenylen), Poly(p-phenylen-vinylen) oder mit Metall und Alkaligruppen substituierte PPV (Poly(p-phenylen-vinylen)) enthält.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf die Verwendung einer OLED (organic light emitting diode) zur Inspektion von Objekten und insbesondere von Behältnissen gerichtet, wobei die OLED derart angeordnet ist, dass sie die zu inspizierenden Objekte beleuchtet.
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Wie oben erwähnt, sind OLEDs an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Bislang war jedoch stets davon ausgegangen worden, dass die von diesen OLEDs abgegebene Lichtintensität nicht ausreichend ist, um Inspektionsaufgaben insbesondere im Bereich der getränkeherstellenden Industrie durchzuführen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anwendungen dienen OLED’s üblicherweise im weiteren Sinne zur Informationswiedergabe, beispielsweise als Monitore oder dergleichen. Bei der im Rahmen der vorliegenden Beschreibung vorgeschlagenen Anwendung steht jedoch nicht die Informationswiedergabe im Vordergrund sondern die Aufgabe, eine hohe Lichtleistung zur Beleuchtung von Stückgütern aufzubringen. Die Ausgabe einer (hochaufgelösten) Information ist dagegen nicht erforderlich.
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Bevorzugt wird die OLED gepulst zur Inspektion betrieben. Es hat sich gezeigt, dass in einem gepulsten Betrieb eine OLED mit wesentlich höheren Nennströmen beaufschlagt werden kann und damit im gepulsten Betrieb wesentlich stärkere Lichtleistungen bzw. Lichtintensitäten ausgibt.
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Bei einer bevorzugten Verwendung ist die OLED als schaltbare OLED ausgestaltet, welche in einem ersten Schaltzustand die Objekte beleuchtet und welche in einem zweiten Schaltzustand Licht transmittiert.
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Weiterhin werden bevorzugt wenigstens zwei unabhängig voneinander schaltbare OLEDs zur Inspektion der Behältnisse verwendet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Verwendung wird die OLED gemeinsam mit wenigstens einer zweiten Beleuchtungseinrichtung zur Inspektion der Behältnisse verwendet. Dabei kann es sich bei der zweiten Beleuchtungseinrichtung ebenfalls um eine OLED handeln, es wäre jedoch auch möglich, dass es sich bei der zweiten Beleuchtungseinrichtung um eine anders gestaltete Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise eine herkömmliche Blitzlampe oder dergleichen handelt.
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Vorteilhaft ist die OLED derart bezüglich einer weiteren Beleuchtungseinrichtung angeordnet, dass das von der weiteren Beleuchtungseinrichtung ausgegebene Licht wenigstens zeitweise die OLED durchdringt. Vorteilhaft sind Lichtausgeberichtungen der OLED und der weiteren Beleuchtungseinrichtungen parallel oder parallel gegenläufig zueinander.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung auf, welche die einzelnen Beleuchtungseinrichtungen und/oder die diesen zugehörigen Bildaufnahmeeinrichtungen derart steuert, dass eine gleichzeitige Aktivierung beider Beleuchtungseinrichtungen bzw. beider OLED’s vermieden wird. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Steuerungseinrichtung, welche eine Wegsteuerung vornimmt. Bevorzugt steuert diese Steuerungseinrichtung die Beleuchtungseinrichtungen und/oder die Bildaufnahmeeinrichtungen auch in Abhängigkeit von der Transporteinrichtung bzw. von Positionen der Behältnisse in deren Transportrichtung.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Inspektion von Stückgütern und insbesondere von Behältnissen gerichtet, wobei die Stückgüter mit einer Transporteinrichtung entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert werden und mit einer ersten Beleuchtungseinrichtung wenigstens zeitweise beleuchtet werden und mit einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung ortsaufgelöste Bilder der von der ersten Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Stückgüter aufgenommen werden, wobei mit einer zweiten Beleuchtungseinrichtung die zu inspizierenden Stückgüter wenigstens zeitweise beleuchtet werden und mit einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung ortsaufgelöste Bilder der von der zweiten Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Stückgüter aufgenommen werden.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung ein leuchtaktives Flächenelement ist, welches in einem Strahlengang zwischen der anderen Beleuchtungseinrichtung und wenigstens einer der Bildaufnahmeeinrichtungen angeordnet ist.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das leuchtaktive Flächenelement zwischen einem aktiven Zustand, in dem es Licht ausgibt und insbesondere Licht an die Stückgüter ausgibt und einem passiven Zustand, in dem es wenigstens teilweise für Licht transparent ist, geschaltet. Vorzugsweise werden die erste Beleuchtungseinrichtung und die zweite Beleuchtungseinrichtung wechselseitig aktiviert.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
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Darin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine Darstellung eines leuchtaktiven Flächenelements; und
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3 eine weitere Darstellung eines leuchtaktiven Flächenelements.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Inspizieren von Behältnissen. Dabei ist eine Transporteinrichtung bzw. Förderstrecke 2 dargestellt, welche die Behältnisse 10 hier entlang des Pfeils d.h. in der Transportrichtung P transportiert. Die Behältnisse 10 werden quer zur Förderrichtung durchleuchtet und entsprechende Durchlichtaufnahmen derjenigen Behälterseiten werden erstellt, die den jeweiligen Bildaufnahmeeinrichtungen 6 und 16 zugewandt sind. Vorteilhaft weist eine gesamte Vorrichtung zwei der in 1 gezeigten Anordnungen 1 auf, wobei die Behältnisse zwischen diesen beiden Anordnungen um einen vorgegebenen Winkel, beispielsweise um 90° bezüglich ihrer Längsrichtung gedreht werden. Auf diese Weise ist eine vollumfängliche Inspektion der Behältnisse möglich. Die Bezugszeichen I4 und I5 zeigen Lichtaustrittsrichtungen an.
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Die gesamte Vorrichtung 1 weist zwei Inspektionseinheiten 30a und 30b auf, welche gleich aufgebaut sind und um 180° verdreht zueinander an der Transporteinrichtung 2 gegenüberliegend angeordnet sind. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die beiden Inspektionseinheiten spiegelsymmetrisch zu der Förderrichtung bzw. der Transportrichtung P aufgebaut sind.
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Die erste Inspektionseinheit 30a weist eine Bildaufnahmeeinrichtung 6 wie insbesondere eine Farbbildkamera auf. Daneben ist eine Vielzahl von Spiegeln in dem Innenraum 32 eines abgeschlossenen Gehäuses 18 vorgesehen. Dieses Gehäuse ist dabei bevorzugt im Wesentlichen lichtdicht ausgebildet, so dass Licht lediglich aus der Richtung der Behältnisse 10 in das Gehäuse gelangen kann.
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Die Bezugszeichen S1 und S2 beziehen sich auf von den Behältnissen ausgehende Lichtstrahlen bzw. Lichtbündel. Dabei wird der linke Lichtstrahl S1 über die Spiegel 72a und 72b sowie 70 auf die Bildaufnahmeeinrichtung 6 geleitet. Ein mittlerer Strahl S1 wird über die Spiegel 74a, 74b und 70 auf die Bildaufnahmeeinrichtung 6 geleitet und der in 1 rechte Strahl wird über die Spiegel 76a, 76b und 70 ebenfalls zu der Bildaufnahmeeinrichtung 6 geleitet. Der Spiegel 70 fungiert dabei als Hauptspiegel. Die Bildaufnahmeeinrichtung 6 blickt hier schräg von oben oder senkrecht in den Hauptspiegel 70, der zur Umlenkung des Kamerablickfeldes hier um eine horizontale Achse gekippt ist. Damit werden sämtliche Strahlengänge auch über den Hauptspiegel 70 zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet. Die Bezugszeichen 60 und 80 kennzeichnen optionale Lichtquellen, insbesondere Ringlichtquellen.
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Dadurch, dass die Bildaufnahmeeinrichtung 6 von der Beleuchtungseinrichtung 14 abgewandt ist, gelangt kein Licht unmittelbar bzw. direkt von der Beleuchtungseinrichtung 14 zu der Bildaufnahmeeinrichtung 6. Die untere Inspektionseinheit 30b ist in der gleichen Weise aufgebaut wie die obere Inspektionseinheit 30a, nur spiegelbildlich. Auch im Falle der unteren Inspektionseinheit sind wiederum Spiegel 52a, 52b und 50 für den linken Teilstrahl, Spiegel 54a, 54b und 50 für den mittleren Teilstrahl und Spiegel 56a, 56b und 50 für den rechten Teilstrahl vorgesehen.
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Mittels dieser einzelnen Lichtstrahlen können damit Oberflächenbereiche der Behältnisse 10 inspiziert werden. Die Beleuchtungseinrichtung 14 ist dabei der Beobachtungseinrichtung 16 zugeordnet. Wenn die Beleuchtungseinrichtung 14 aktiviert wird und somit Licht in Richtung des Behältnisses aussendet, wird das Behältnis bzw. dessen Bereich 10b oder 10a durchleuchtet und ein entsprechendes Bild von der Bildaufnahmeeinrichtung 16 aufgenommen. Wenn umgekehrt die Beleuchtungseinrichtung 4 aktiviert wird, wird ebenfalls das Behältnis 10 diesmal in der Transportrichtung P von rechts her beleuchtet und die Bildaufnahmeeinrichtung 6 nimmt ein entsprechendes Bild auf.
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Dies bedeutet jedoch, dass wechselseitig eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung zusammenarbeitet, die dieser bezüglich des Transportpfades bzw. der Transporteinrichtung 2 gegenüberliegt. Um diese Beleuchtung durchzuführen, wird die jeweils andere Beleuchtungseinrichtung (hier beispielsweise die Beleuchtungseinrichtung 14) inaktiv und transparent geschaltet. In diesem Fall wird das Licht von der Beleuchtungseinrichtung 4 durch die Beleuchtungseinrichtung 14 hindurchtreten, da diese für das Licht zumindest teilweise transparent ist.
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Umgekehrt wird, wenn die Beleuchtungseinrichtung 14 aktiviert ist, ebenfalls das Behältnis durchleuchtet und die Beleuchtungseinrichtung 4 transparent geschaltet.
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Wenn die Beleuchtungseinrichtung 4 aktiviert ist, wäre es zusätzlich noch möglich, eine zusätzliche optionale Hintergrundbeleuchtungseinrichtung 19 zu aktivieren, welche zusätzlich die Behältnisse beleuchtet. Bei dieser Ausgestaltung wären dann neben der schaltbaren Beleuchtungseinrichtung 14 auch zusätzliche Beleuchtungseinrichtungen 19 denkbar. Entsprechende Beleuchtungseinrichtungen könnten sich auch in der zweiten Inspektionseinheit 30b befinden. Vorteilhaft werden dabei diese optionalen Beleuchtungseinrichtungen 19 zeitgleich mit den jeweiligen ersten Beleuchtungseinrichtungen 14 und 4 aktiviert.
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Diese Hintergrundbeleuchtungseinrichtungen 19 könnten auch genutzt werden, um etwa eine Etiketteninspektion vorzunehmen. So könnten mittels einer der Hintergrundbeleuchtungseinrichtungen die Etiketten der Behältnisse beleuchtet werden und dann beispielsweise die Beleuchtungseinrichtung 14 transparent geschaltet werden, so dass mittels der Bildaufnahmeeinrichtung 6 im Auflichtverfahren ein Bild des Etiketts aufgenommen wird. Neben einer Etiketteninspektion kann diese Vorgehensweise auch genutzt werden, um auf den Behältnissen befindliche Verschmutzungen zu erkennen, wie etwa Mörtelreste auf braunen Flaschen oder Lippenstiftreste auf transparenten Flaschen. Anders als in der 1 gezeigt, könnten neben oder anstelle der seitlich angeordneten Beleuchtungseinrichtungen 19 auch oberhalb der Behältnisse befindliche Beleuchtungen vorgesehen sein, insbesondere ringförmig ausgebildete Beleuchtungen.
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Das Bezugszeichen 20 kennzeichnet eine Steuerungseinrichtung, welche die einzelnen Beleuchtungseinrichtungen 4, 14 sowie die diesen zugeordneten Bildaufnahmeeinrichtungen 6 und 16 steuert. Dabei kann beispielsweise die Bildaufnahmeeinrichtung 6 mit der Beleuchtungseinrichtung 4 synchronisiert sein, so dass die Beleuchtungseinrichtung 4 einen Lichtpuls abgibt und ein entsprechendes Bild von der Bildaufnahmeeinrichtung 6 aufgenommen wird. Entsprechendes gilt auch für die Beleuchtungseinrichtung 14 und die dieser zugeordneten Bildaufnahmeeinrichtung 16.
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Zusätzlich könnten (nicht dargestellt) hinter den jeweiligen Beleuchtungseinrichtungen 4 und 14 noch schaltbare Spiegel angeordnet sein, welche – wenn die jeweiligen Beleuchtungseinrichtungen 4 und 14 aktiviert werden – das Licht, welches in die entgegengesetzte Richtung ausgesandt wird, ebenfalls auf die Behältnisse reflektieren.
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Zur Aufnahme der Bilder könnten die einzelnen Beleuchtungseinrichtungen 4, 14 sowie die diesen zugeordneten Bildaufnahmeeinrichtungen 16, 6 aufeinander derart synchronisiert bzw. gesteuert werden, dass eine gleichzeitige Beleuchtung der Behältnisse mittels der beiden Beleuchtungseinrichtungen 4, 14 verhindert wird. So könnten beispielsweise die Behältnisse in enger zeitlicher Abfolge durch die beiden Beleuchtungseinrichtungen 4, 14 beleuchtet werden und entsprechende Bilder von den Bildaufnahmeeinrichtungen aufgenommen werden. Dabei wäre es auch möglich, dass mehrere Bilder mit den einzelnen Bildaufnahmeeinrichtungen aufgenommen werden, etwa 3 Bilder mittels der Bildaufnahmeeinrichtung 6 und 3 Bilder mittels der Bildaufnahmeeinrichtung 16. Diese Bilder könnten dabei auch abwechselnd aufgenommen werden.
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Um diese Steuerung der Abfolge zu bewirken, könnte eine Zeitsteuerung vorgesehen sein. Bevorzugt erfolgt diese Steuerung der Beleuchtungseinrichtungen und/oder der Bildaufnahmeeinrichtungen jedoch weggesteuert. So könnte beispielsweise mittels Lichtschranken eine Position der Behältnisse erfasst werden und in Abhängigkeit von dieser Position könnten die einzelnen Beleuchtungseinrichtungen und Bildaufnahmeeinrichtungen – jedoch zeitlich versetzt – aktiviert werden. Beispielsweise könnte in Abhängigkeit von einem Lichtschrankensignal eine der beiden Beleuchtungseinrichtungen für eine vorgegebene Anzahl von Bandtakten (der Transporteinrichtung), d.h. Bewegungstakten der Transporteinrichtung aktiviert werden und anschließend für eine weitere vorgegebene Anzahl von Bandtakten die andere Beleuchtungseinrichtung. Ein Bandtakt entspricht dabei je nach der Drehgeberauflösung einer Transportstrecke der Behältnisse zwischen 0,1 und 2mm.
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Daneben wäre es auch möglich, das hier beschriebene Verfahren zum Inspizieren anderer Bereiche von Flaschen einzusetzen, etwa zum Inspizieren von Mündungen oder Mündungsköpfen von Flaschen.
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2 zeigt grob schematisch einen möglichen Aufbau für eine Beleuchtungseinrichtung bzw. ein Leuchtelement. Dieses ist – wie oben erwähnt – bevorzugt als OLED aufgebaut. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 44 auf eine Glasabdeckung. Unterhalb dieser Glasabdeckung ist eine lichtemittierende Polymerschicht 48 mit darauf angeordneten Kathodenstreifen 41 angeordnet. Unterhalb dieser lichtemittierenden Polymerschicht befindet sich eine leitfähige Polymerschicht 46 und unterhalb dieser leitfähigen Polymerschicht 46 befinden sich Anodenstreifen 43 und ein Abdichtungsrahmen 45.
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Das Bezugszeichen 42 kennzeichnet ein Glassubstrat. Dieses Glassubstrat bildet den Untergrund, über den später Licht emittiert wird. Die Anodenstreifen 43 sind für Licht durchlässig und – wie oben ausgeführt – beispielsweise aus Indiumzinnoxid ausgeführt. Dieses Material ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird beispielsweise auch in der TFD-LCD-Fertigung verwendet. Dieses Material ist dabei bevorzugt auch für den Löchertransport zu dem Polymer zuständig. Diese Polymerschicht weist dabei bevorzugt eine hohe Mobilität für Elektronen und Löcher auf, damit es im Betrieb zur Bildung von Exzitonen kommt.
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Auf der leitenden Polymerschicht 46 ist das eigentlich lichtemittierende Polymer aufgebracht. Diese Polymerschicht 48 wird wiederum mit den Kathodenstreifen verbunden, welche Elektronen in das Polymer injektieren. Die obere Glasplatte 44 versiegelt den Aufbau, da OLEDs sonst von äußeren Einflüssen stark beeinflusst würden. Dies gilt insbesondere auch für die vorliegende Anwendung, die üblicherweise in relativ rauer Umgebung stattfindet.
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3 zeigt einen weiteren beispielhaften Schichtaufbau für ein OLED. Der Lichtaustritt erfolgt hier in der Richtung des Pfeils P1 nach unten. Das Bezugszeichen 81 bezieht sich auf ein Trägermaterial, bei dem es sich beispielsweise um Glas oder um eine PET-Folie handeln kann. An diesem Substrat ist eine Anode 82 angeordnet, welche beispielsweise aus ITO hergestellt sein an und welche transparent ist. Die Dicke dieser Schicht ist bevorzugt kleiner als 60nm, bevorzugt kleiner als 50nm und besonders bevorzugt kleiner als 30nm. Das Bezugszeichen 83 kennzeichnet eine Lochinjektionsschicht und das Bezugszeichen 84 eine Lochtransportschicht.
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Das Bezugszeichen 85 kennzeichnet die Emissionsschicht, welche bevorzugt aus einem Luminophor besteht oder ein solches aufweist. Über der Emissionsschicht 85 ist eine Lochsperrschicht 86 und über dieser wiederrum eine Elektronentransportschicht 87 angeordnet. Das Bezugszeichen 88 kennzeichnet eine Elektroneninjektionsschicht und das Bezugszeichen 89 eine Kathode.
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Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.
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Bezugszeichenliste
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- I4, I5
- Lichtaustrittsrichtung
- P
- Transportrichtung
- P1
- Pfeil
- S1, S2
- Lichtstrahlung/Strahl
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Transporteinrichtung/Förderstrecke
- 4
- Beleuchtungseinrichtung
- 6
- Bildaufnahmeeinrichtung
- 10
- Behältnisse/Stückgut
- 10a, 10b
- Bereich
- 14
- Beleuchtungseinrichtung
- 16
- Bildaufnahmeeinrichtung/Beobachtungseinrichtung
- 18
- Gehäuse
- 19
- Hintergrundbeleuchtungseinrichtung
- 20
- Steuerungseinheit
- 30a
- Inspektionseinheit
- 30b
- Inspektionseinheit
- 32
- Innenraum
- 41
- Kathodenstreifen
- 42
- Glassubstrat
- 43
- Anodenstreifen
- 44
- Glasplatte
- 45
- Abdichtungsrahmen
- 46
- Polymerschicht
- 48
- Polymerschicht
- 52a–b, 54a–b
- Spiegel
- 56a–b, 72a–b
- Spiegel
- 74a–b, 76a–b
- Spiegel
- 50, 70
- (Haupt)spiegel
- 60, 80
- Lichtquelle
- 81
- Trägermaterial
- 82
- Anode
- 83
- Lochinjektionsschicht
- 84
- Lochtransportschicht
- 85
- Emissionsschicht
- 86
- Lochsperrschicht
- 87
- Elektronentransportschicht
- 88
- Elektroneninjektionsschicht
- 89
- Kathode
