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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines mit dem Mikroskop betrachteten Objekts.
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Bei bekannten Mikroskopen mit einer Beleuchtungseinheit besteht das Problem, dass bei Variation des Arbeitsabstandes, also des Abstandes zwischen dem zu betrachteten Objekt und dem Objektiv des Mikroskops, die Lichtintensität in der Ebene des Objekts variiert. Nimmt der Arbeitsabstand zu, so nimmt bei gleich bleibender Lichtintensität der Beleuchtungseinheit die Lichtintensität in der Ebene des Objekts ab und umgekehrt. Um zu verhindern, dass bei einer Verringerung des Arbeitsabstandes der Wert für die Lichtintensität in der Ebene des Objekts unerwünscht hoch wird, wird bereits eine Steuereinheit verwendet, welche die Lichtintensität in der Ebene des Objekts in Abhängigkeit des Arbeitsabstandes derart regelt, dass ein maximaler Wert nicht überschritten wird. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn das zu betrachtende Objekt ein besonders sensibles Objekt, z. B. ein menschliches Auge, ist, welches vor Überstrahlung und, insbesondere der damit verbundenen thermischen Beeinträchtigung, geschützt werden muss. Um eine derartige Regelung in Abhängigkeit des Arbeitsabstandes durchzuführen, wird bei solchen Mikroskopen bei Unterschreiten eines bestimmten Arbeitsabstandes die Lichtintensität in der Ebene des Objekts auf einen vorgegebenen maximalen Wert reduziert. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Maximalwert der Lichtintensität, der unterhalb der vorgegebenen Grenze für den Arbeitsabstand nicht überschritten wird.
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Wird ein Mikroskop sich über eine gewisse Zeitspanne im Einsatz befunden haben, so wird auch das Leuchtmittel über seine Nutzungsdauer einen Alterungsprozess erfahren. Dieser resultiert unter anderem darin, dass die maximal verfügbare Lichtintensität des Leuchtmittels über die Nutzungsdauer des Mikroskops abnimmt. Ist nun die voranstehend beschriebene Regelung auf die Lichtintensität eines neu eingesetzten Leuchtmittels angepasst, wird die Reduktion der Lichtintensität beim Unterschreiten des vorbestimmten Arbeitsabstandes bei einem bereits zum Teil verbrauchten Leuchtmittel stärker als notwendig ausfallen. Daraus resultiert eine Reduktion der Lichtintensität in der Objektebene auf einen Maximalwert, der unter dem vordefinierten Maximalwert für ein neues Leuchtmittel liegt. Damit bleibt zwar in jedem Fall sichergestellt, dass eine thermische oder sonstige Beeinträchtigung des Objekts unterbleibt, jedoch verbleibt eine Differenz zwischen der maximal zugelassenen Lichtintensität in der Objektebene und der durch die Regelung eingestellten maximalen Lichtintensität, so dass bei Unterschreiten des vorbestimmten Arbeitsabstandes die Objektebene mit einer geringeren Lichtintensität ausgeleuchtet wird als erlaubt. Dies ist für den Benutzer des Mikroskops, beispielsweise den Operateur eines Operationsmikroskops, nachteilig. Ein gut ausgeleuchteter Objektbereich ist für ein gutes Untersuchungs- oder Operationsergebnis von enormer Wichtigkeit. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Untersuchungen an demselben Objekt, die durch einen längeren Zeitraum voneinander getrennt stattfinden, bei unterschiedlichen Lichtintensitäten stattfinden würden, so dass ein Vergleich der Untersuchungsergebnisse nur eingeschränkt möglich ist.
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Basierend auf den bekannten Mikroskopen ist es wünschenswert, die voranstehend genannten Nachteile zu beheben. Insbesondere ist es wünschenswert, ein Mikroskop zur Verfügung zu stellen, bei dem sichergestellt ist, dass eine thermische Beeinträchtigung eines zu betrachtenden Objekts unterbleibt, gleichzeitig jedoch die Objektebene immer ausreichend stark beleuchtet ist.
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Voranstehendes wird mittels eines Mikroskops mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop mit einer Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines mit dem Mikroskop betrachteten Objekts ist der Arbeitsabstand des Mikroskops veränderbar. Weiter ist eine Steuereinheit vorgesehen, die die Lichtintensität in der Ebene des Objekts in Abhängigkeit des Arbeitsabstandes derart regelt, dass ein maximaler Wert nicht überschritten wird. Ein erfindungsgemäßes Mikroskop zeichnet sich dadurch aus, dass die Beleuchtungseinheit ein Leuchtmittel und wenigstens einen Überwachungssensor aufweist. Dieser Überwachungssensor erzeugt in Abhängigkeit des Alterungszustandes des Leuchtmittels einen Parameter und stellt diesen der Steuereinheit zur Anpassung der Regelung der Lichtintensität an diesen Alterungszustand zur Verfügung. Mit anderen Worten ist es mit einem erfindungsgemäßen Mikroskop möglich, die gewünschte Regelung der Lichtintensität in der Objektebene derart anzupassen, dass einerseits der maximale Wert nicht überschritten wird, andererseits jedoch die Lichtintensität insbesondere unterhalb einer vordefinierten Grenze des Arbeitsabstandes diesen Maximalwert zur idealen Ausleuchtung des Objektes auch erreicht. Dieses Ergebnis wird darüber hinaus nicht nur beim Einsatz eines neuen Leuchtmittels erreicht, sondern über die gesamte Nutzungsdauer, also über den gesamten Alterungsprozess, des Leuchtmittels. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein Überwachungssensor den Alterungszustand des Leuchtmittels erfasst.
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Die Erfassung des Alterungszustandes kann dabei in unterschiedlichster Weise erfolgen. Es ist vorteilhaft, die gesamte Einschalt- bzw. Nutzungsdauer und/oder die Anzahl der Schaltzyklen, also des Ein- und Ausschaltens des Leuchtmittels, zu erfassen. Auch ist es denkbar, dass über eine Messung der Temperatur über die jeweiligen Nutzungszeiträume des Leuchtmittels ein Rückschluss auf den Alterungszustand gezogen wird. Nähere Erläuterungen zu den Möglichkeiten der Erfassung des Alterungszustandes finden sich weiter unten.
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Unter der Anpassung der Regelung der Lichtintensität an den Alterungszustand des Leuchtmittels ist zu verstehen, dass die durch den Alterungsprozess verursachte Abnahme der Lichtintensität des Leuchtmittels, also die Abnahme der Lampenleistung, berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung erfolgt dadurch, dass die Lichtintensität, die maximal von dem Leuchtmittel zur Verfügung gestellt wird, über die Nutzungsdauer des Leuchtmittels hinweg gesehen immer weniger stark reduziert wird, also die Lampe z. B. weniger stark gedimmt bzw. die Lampenleistung weniger stark abgeschwächt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass zum einen der Maximalwert nicht überschritten, aber auch nicht in unerwünschter Weise stark unterschritten wird. Über den Zeitraum der Nutzung kann dabei in Bereichen besonders kleiner Arbeitsabstände, insbesondere Arbeitsabstände unter einer vordefinierten Grenze, eine ideale Ausleuchtung des Objektes erzielt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop der Überwachungssensor zumindest die Einschaltdauer des Leuchtmittels überwacht und einen dieser Einschaltdauer zugeordneten Parameter erzeugt. Unter Einschaltdauer ist dabei zu verstehen, wie lange das Leuchtmittel eingeschaltet war. Es handelt sich also um die Nutzungsdauer des Leuchtmittels. Diese wird üblicherweise in einer Zeiteinheit, meist in Stunden, angegeben. Der Überwachungssensor weist also unter anderem einen Zeitsensor auf.
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Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop der Überwachungssensor zumindest die Anzahl der Schaltzyklen des Leuchtmittels überwacht und einen dieser Anzahl zugeordneten Parameter erzeugt. Die Anzahl dieser Schaltzyklen ist insofern von Interesse, da durch einen Schaltzyklus, also das Ein- und Ausschalten des Leuchtmittels, das Leuchtmittel stärker beansprucht wird als im Dauerbetrieb. Insbesondere ist es daher vorteilhaft, wenn der Überwachungssensor kombinationsmäßig sowohl die Einschaltdauer als auch die Anzahl der Schaltzyklen überwacht, und den Parameter in Abhängigkeit dieser beiden überwachten Werte erzeugt.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop der Überwachungssensor zumindest den Temperaturverlauf des Leuchtmittels über die Zeit überwacht und einen diesen Temperaturverlauf zugeordneten Parameter erzeugt. Auch diese Art der Überwachung kann für sich genommen oder aber kombiniert mit einer oder mehreren der voranstehend genannten Arten der Überwachungen erfolgen, um den erfindungsgemäßen Parameter zu erzeugen. Das Überwachen der Temperatur hat den Vorteil, dass unabhängig von der Nutzungsdauer die Temperatur als Einflusswert auf den Alterungszustand des Leuchtmittels Berücksichtigung findet. Insbesondere können auf diese Weise Zeitspannen, die einen Einfluss auf den Alterungszustand ausüben, jedoch nicht nur von einem Einschalten oder einem Betrieb des Leuchtmittels bedingt sind, berücksichtigt werden. Insbesondere Abkühlphasen oder Standphasen in erwärmten Räumen können auf diese Weise bei der Erzeugung eines erfindungsgemäßen Parameters berücksichtigt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop der Überwachungssensor zumindest die tatsächlich von dem Leuchtmittel emittierte Lichtintensität überwacht und einen dieser Lichtintensität zugeordneten Parameter erzeugt. Diese Ausführungsform ist sowohl als Alternative, aber auch in Kombination mit einer oder mehreren der voranstehend genannten Arten der Überwachungen möglich und stellt die komplexeste Ausführungsform dar. Sie beinhaltet jedoch die Möglichkeit, einen direkten Rückschluss auf die tatsächlich zur Verfügung gestellte Lichtintensität und aus dieser einen direkten Rückschluss auf den tatsächlichen Alterszustand zu ziehen. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der Messung der Lichtintensität um eine Lichtintensität handelt, die von dem Leuchtmittel insbesondere an einen in unmittelbarer Nähe angeordneten Sensor abgegeben wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop in der Steuereinheit eine für das Leuchtmittel spezifische Kalibrierungskurve hinterlegt ist, die eine Anpassung der Regelung in Abhängigkeit des vom Überwachungssensor zur Verfügung gestellten Parameters beschreibt. Die Kalibrierungskurve beschreibt beispielsweise die Abnahme der Lampenleistung mit dem Alter, also insbesondere mit der Einschaltdauer des Leuchtmittels. Beispielsweise geht die Kalibrierungskurve von einem Wert von 100% bei einem neuen, unverbrauchten Leuchtmittel aus. Der Verlauf der Kalibrierungskurve beschreibt dann die Abnahme der Leistung aufgetragen über die Einschaltdauer, beispielsweise in Betriebsstunden. Eine solche Kalibrierungskurve kann vom Hersteller der Leuchtmittel zur Verfügung gestellt oder aber empirisch ermittelt werden. Aus einer solchen Kalibrierungskurve lässt sich ablesen, auf welchen Prozentsatz der ursprünglichen Leistung die Leistung des Leuchtmittels aufgrund seiner bisherigen Lebensdauer gefallen ist. Diese ”natürliche” Reduktion der Lampenleistung kann dann für die Reduktion der Lampenleistung, also für die Regelung der Lichtintensität, in Abhängigkeit vom Arbeitsabstand berücksichtigt werden. Insbesondere kann also der Überwachungssensor die Einschalt- bzw. Betriebsdauer des Leuchtmittels überwachen und einen dieser Einschalt- bzw. Betriebsdauer unmittelbar proportionalen Parameter erzeugen, der als Eingangsgröße für die Steuereinheit verwendet wird, um unter Berücksichtigung der Lampenlebensdauer bzw. des Alterungszustandes des Leuchtmittels eine Regelung der Lichtintensität in Abhängigkeit vom Arbeitsabstand vorzunehmen.
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Wie bereits erwähnt, ist es zweckmäßig, wenn bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop die Anpassung der Regelung dadurch erfolgt, dass die Reduktionsrate der Lichtintensität des Leuchtmittels bei abnehmendem Arbeitsabstand verringert wird. Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann durch die Reduktion der zur Verfügung gestellten Lichtintensität verhindert werden, dass der Maximalwert für die Lichtintensität in der Ebene des Objekts überschritten wird. Altert nun das Leuchtmittel, so nimmt die zur Verfügung gestellte Lichtintensität ab. Bei gleich bleibender Reduktionsrate würde also eine zu starke Reduktion der zur Verfügung gestellten Lichtintensität erfolgen, so dass unterhalb eines bestimmten Arbeitsabstandes der resultierende Wert für die Lichtintensität in der Objektebene deutlich unterhalb des maximal zulässigen Werts liegen würde. Durch die Verringerung dieser Reduktionsrate in Abhängigkeit der Alterungssituation des Leuchtmittels kann sozusagen eine Kompensation der Alterung durch die Regelung der Lichtintensität bzw. der Lampenleistung erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links”, „rechts”, „oben” und „unten” beziehen sich dabei auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen
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1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikroskops.
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2 eine schematische Grafik zur Darstellung der Änderung der zur Verfügung gestellten Lichtintensität.
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3 eine schematische Grafik der Wirkweise der vorliegenden Erfindung.
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4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Kalibrierungskurve.
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In 1 ist eine Ausführungsform eines Mikroskops 10 schematisch dargestellt, welche über eine Beleuchtungseinheit 20 verfügt. In der Beleuchtungseinheit 20, die unter anderem mit einem Reflektor versehen ist, ist ein Leuchtmittel 22, also z. B. eine Lampe, insbesondere eine Kaltlichtquelle vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Objekt 100 vorgesehen, welches mit Hilfe des Mikroskops 10 betrachtet werden soll.
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Da es sich bei der Kaltlichtquelle, also bei dem Leuchtmittel 22 um ein Leuchtmittel 22 handelt, welches einem Alterungsprozess unterliegt, wird dessen Lichtintensität, also die Menge des emittierten Lichts (gemessen in Lux) über die Zeitspanne der Nutzung (Betriebszeit) abnehmen. Um, wie weiter oben bereits erläutert, sicherzustellen, dass trotz der Reduktion der Lichtintensität auf einen Maximalwert die Ausleuchtung der Objektebene in idealer Weise erfolgt, findet eine Überwachung dieses Alterungszustandes der Lichtquelle 22 statt. Hierfür ein Überwachungssensor 24 vorgesehen.
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Der Überwachungssensor 24 dieser Ausführungsform ist beispielhaft mit drei einzelnen Messfühlern bzw. Sensorfühlern ausgestattet. Diese sind Teile des Überwachungssensors 24 und dienen als Überwachungssensor 24a für die Überwachung der Nutzungsdauer und/oder der Schaltzyklen des Leuchtmittels 22, zur Überwachung des Leuchtmitteltemperatur als Überwachungssensor 24b und als Überwachungssensor 24c zur Überwachung der Lichtintensität. Zumindest einer dieser Überwachungssensoren 24a, 24b und 24c, aber auch eine beliebige Kombination der einzelnen Überwachungssensoren 24a, 24b und 24c ist dabei mit der Steuereinheit 30 regelungstechnisch verbunden. Es kann auch nur einer der Sensoren 24a, 24b, 24c als Überwachungssensor 24 vorhanden sein.
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Der Überwachungssensor 24 erzeugt einen Parameter, der aus der überwachten Alterungssituation des Leuchtmittels 22 resultiert und stellt diesen der Steuereinheit 30 zur Verfügung. Bei der Steuerung der Lichtintensität in der Ebene des Objekts 100 wird dieser Parameter berücksichtigt, wie dies anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert wird.
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In 2 ist gut zu erkennen, wie sich der Alterungsprozess auf ein Leuchtmittel 22 auswirkt. Die Kurve A zeigt dabei ein neues, unverbrauchtes Leuchtmittel 22 an. Die 2 und 3 sind dabei jeweils eine schematische Darstellung eines Diagramms, welche die Lichtintensität bzw. die Beleuchtungsstärke in der Ebene des Objekts 100 über die Arbeitsdistanz zwischen dem Objektiv des Mikroskops 10 und dem Objekt 100 darstellt.
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Befindet sich nun das Leuchtmittel 22 über einen längeren Zeitraum in Benutzung, so wird dessen zur Verfügung stellbare Lichtintensität abnehmen. Dementsprechend wird sich auch die Kurve der Lichtintensität in der Ebene des Objekts 100 verändern, insbesondere abnehmen. Nach einer ersten Nutzungszeitspanne wird sich also die Kurve A der 2 und 3 nach unten z. B. bis zur Kurve B verschoben haben. Das bedeutet also, dass die ankommende Lichtintensität in der Ebene des Objekts 100 abnimmt. Gleiches geschieht über die weitere Nutzungsdauer, so dass bis zum Ende der Lebensdauer des Leuchtmittels 22 beispielsweise die Kurve C erreicht werden wird.
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In den 2 und 3 ist weiter der Maximalwert der Lichtintensität in der Ebene des Objekts 100 als waagrechte gestrichelte Linie angegeben. Unterhalb einer bestimmten Arbeitsdistanz wird die Lichtintensität auf den vorgegebenen Maximalwert reduziert. Hierbei ist eine Reduktionsrate vorgegeben, um sicherzustellen, dass der Maximalwert für die Lichtintensität in der Ebene des Objekts 100 nicht überschritten wird. Verschiebt sich nun über die Nutzungsdauer die Lichtintensitätskurve A über die Lichtintensitätskurve B zur Lichtintensitätskurve C, so resultiert daraus eine Verschiebung der zur Verfügung gestellten Lichtintensität in der Objektebene hin zu niedrigeren Werten.
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In 2 ist mit zwei Strichlinien, die waagrecht unterhalb des Maximalwerts verlaufen, angezeigt, wie sich eine Reduktion der Lampenleistung bzw. der Lichtintensität ab einem bestimmten Arbeitsabstand auswirkt: Während bei dem unverbrauchten Leuchtmittel die Lichtintensität auf den vorgegebenen Maximalwert reduziert werden kann, führt die entsprechende Reduktion bei Leuchtmittel mit bereits geleisteten Betriebsstunden (Kurven B und C) zu niedrigeren Werten (vgl. gestrichelte Linien parallel zum Maximalwert). Die Differenz zwischen dem Maximalwert und der Lichtintensität, wie sie durch die tieferen waagrechten Strichlinien angezeigt ist, ist sozusagen ”verlorene” Lichtintensität in der Objektebene, da sie grundsätzlich zur Verfügung stellbar wäre und für eine optimale Ausleuchtung auch benötigt wird.
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Durch ein Mikroskop 10 wie es beispielhaft in 1 dargestellt wird, kann dies vermieden werden und unabhängig vom Alterungszustand insbesondere über die gesamte Lebensdauer des Leuchtmittels 22 die Lichtintensität in der Ebene des Objekts 100 bis auf den vorgegebenen Maximalwert unterhalb eines vorgegebenen Arbeitsabstands angehoben werden. Eine solche Regelung ist schematisch in 3 dargestellt. Durch das Erzeugen des Parameters und dessen zur Verfügung stellen für die Steuereinheit 30 ausgehend vom Überwachungssensor 24 wird in Abhängigkeit des Alterungszustandes die Regelung angepasst, so dass für jede der Alterungszustandskurven A, B und C die Lichtintensität bei Unterschreiten einer vorgegebenen Arbeitsdistanz immer zum Maximalwert geregelt wird.
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Der Zusammenhang zwischen dem zur Verfügung gestellten Parameter und dem Regeln durch die Steuereinheit 30, ist schematisch beispielshaft in 4 dargestellt. Die dort dargestellte Kalibrierungskurvezeigt den (linearen) Zusammenhang zwischen der Reduktionsrate der Lichtintensität und dem erzeugten Parameter, hier der Alterungszustand beispielsweise repräsentiert durch die Nutzungsdauer des Leuchtmittels. Befindet sich das Leuchtmittel 22 in einem fortgeschrittenen Alterungszustand, so wird durch den Zusammenhang, wie er z. B. in der Kalibrierungskurve der 4 dargestellt ist, die Reduktionsrate ebenfalls abnehmen. Bei Unterschreiten eines vorbestimmten Arbeitsabstandes wird also die Reduktionsrate mit zunehmendem Alterungszustand geringer.
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Es ist selbstverständlich, dass es sich bei den voranstehend genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung um Beispiele handelt, deren Merkmale einzeln oder im gesamten vom Fachmann, sofern technisch sinnvoll, frei kombiniert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Mikroskop
- 20
- Beleuchtungseinheit
- 22
- Leuchtmittel
- 24
- Überwachungssensor
- 24a
- Überwachungssensor zur Überwachung Nutzungsdauer
- 24b
- Überwachungssensor zur Überwachung Leuchtmitteltemperatur
- 24c
- Überwachungssensor zur Überwachung Lichtintensität
- 30
- Steuereinheit
- 100
- Objekt
- A
- Lichtintensität zu einem ersten Zeitpunkt
- B
- Lichtintensität zu einem zweiten Zeitpunkt
- C
- Lichtintensität zu einem dritten Zeitpunkt
