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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darstellung optisch zu übermittelnder Informationen in Form von optischen Symbolen, wie Leuchtpunkte, Ziffern, Buchstaben, bestehend aus einem oder mehreren
Lichtleiterelementen mit je einer vorderen und hinteren Begrenzungsfläche, wobei die dem Betrachter zugewandte, vordere Begrenzungsfläche zur Aufnahme und bzw. oder Abstrahlung von Licht dient.
Als Vorrichtung zur Darstellung optisch zu übermittelnder Informationen sollen Schautafeln mit veränderlichem oder unveränderlichem Informationsinhalt, Signalvorrichtungen, Flächen für Lichtbildprojektion oder Skalen von Messgeräten aller Art, die veränderliche, analog oder digital dargestellte Messwerte anzeigen, gelten.
Eine derartige Vorrichtung zur Anzeige von Messwerten mittels Lichtleiterelementen, im folgenden kurz
Anzeigevorrichtung genannt, bedient sich der Lichtleiterelemente, um die auf Skalen vorliegenden Messwerte in analoger oder digitaler Form sichtbar werden zu lassen.
Bei einer bekannten Ausführungsform einer derartigen Anzeigevorrichtung beleuchtet eine künstliche
Lichtquelle einen mit Ziffern versehenen, im Inneren eines Gehäuses befindlichen, in der Art einer Skala ausgebildeten Informationsträger ; die Ziffern können mit Hilfe von Lichtleiterelementen an der Aussenseite des
Gehäuses abgelesen werden.
Bei andern bekannten Ausführungsformen bringt eine künstliche Lichtquelle an der hinteren
Begrenzungsfläche die vordere Begrenzungsfläche bestimmter Lichtleiterelemente, die ein Symbol oder einen Teil des Symbols darstellen, zum Aufleuchten.
Aus der Schweizer Patentschrift Nr. 426461 ist ein Gerät zur Erzeugung einer aus einzelnen punktförmigen
Leuchtelementen zusammengesetzten Laufschrift bekannt, das eine Vielzahl von stabförmigen lichtleitenden
Elementen umfasst, deren Stirnflächen in zwei voneinander getrennten Ebenen liegen, von denen die eine die
Darstellungsebene bildet, während die andere als Belichtungsebene gegenüber einer Lichtquelle durch ein bewegliches, lichtundurchlässiges Band abgedeckt ist, das entsprechend der gewünschten Schrift lichtundurchlässige Stellen aufweist, die Öffnungen oder Löcher sind.
In der brit. Patentschrift Nr. 1, 043, 069 ist eine Anordnung geoffenbart, bei der eine mit Öffnungen versehene, drehbare Scheibe mittels einer Glühlampe von hinten beleuchtet wird. Dabei sind der Scheibe
Lichtleiterelemente zugeordnet, deren hintere Begrenzungsflächen von dem durch die Öffnungen der Scheibe durchgelassenen Licht beaufschlagt werden.
Der Nachteil der bekannten Anzeigevorrichtungen dieser Art besteht darin, dass für die
Informationsübermittlung eine besondere künstliche Lichtquelle benötigt wird, die einer gebrauchsbedingten Abnutzung unterliegt, die zerstört oder deren Energiezufuhr unterbrochen werden kann.
Bekannt sind auch Anzeigevorrichtungen in der Art von Hinweisschildern ohne besondere künstliche
Lichtquelle, auf die mit einer lichtreflektierenden Farbe Hinweise in Form von Zahlen, Buchstaben oder
Symbolen aufgebracht sind. Derartige Hinweisschilder sind beispielsweise an Verkehrswegen als Verkehrszeichen, Wegweiser oder Warnzeichen aufgestellt. Auftreffendes Scheinwerferlicht lässt diese Hinweisschilder weithin erkennbar aufleuchten.
Nachteilig bei diesen bekannten lichtreflektierenden Hinweisschildern ist, dass bei Beobachtung der Hinweisschilder aus seitlicher Richtung das reflektierte Licht in zu geringer Intensität zum Beobachter gelangt.
Gerade bei Verkehrszeichen, Wegweisen oder Warnsignalen ist es aber von Vorteil, wenn diese im Dämmerlicht vor einem dunklen Hintergrund ohne die Hilfe von künstlicher Beleuchtung erkennbar und auch aus seitlichen Blickrichtungen ablesbar sind.
Nachteile ähnlicher Art weisen auch die mit Reflektoranstrich versehenen weissen Flächen für Lichtbildprojektoren auf.
Die Brillanz der Farbe von Farbbildern sowie der Kontrastumfang bei Schwarz-Weiss-Bildern verringert sich beim Betrachten aus seitlicher Richtung.
Ziel der Erfindung ist es, die aufgezählten Nachteile der bekannten Anzeigevorrichtungen zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne die Hilfe besonderer künstlicher Lichtquellen bei jedem Umgebungslicht und aus jeder Blickrichtung eine gleichmässige optische Informationsübermittlung ermöglicht.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zumindest einem Teil der dem Betrachter abgewandten hinteren Begrenzungsflächen je ein das durch die vordere Begrenzungsfläche aufgenommene Licht reflektierendes Flächenelement nach Art eines Spiegels zugeordnet ist, und dass neben den reflektierenden Flächenelementen gegebenenfalls solche mit lichtabsorbierender Eigenschaft vorgesehen sind, die einem andern Teil von hinteren Begrenzungsflächen zugeordnet sind.
Fällt diffuses Umgebungslicht auf die vordere Begrenzungsfläche des Lichtleiterelementes, so sendet jene einen hellen Schimmer aus, der auch bei schwachem Licht und aus seitlicher Richtung gut zu erkennen ist.
Gemäss der Erfindung können dem einzelnen Lichtleiterelement oder mehreren Lichtleiterelementen zusammen neben reflektierenden Flächenelementen zusätzlich Flächenelemente mit lichtabsorbierender Schicht zugeordnet werden. Bei einer solchen Zuordnung wird das in den Lichtleiter einfallende Licht absorbiert und die Vorderseite des betreffenden Lichtleiterelementes bleibt dunkel.
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Lichtreflektierende und lichtabsorbierende Flächenelemente gewährleisten nebeneinander einen guten
Kontrast.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Gesamtheit von reflektierenden und lichtabsorbierenden, in Form eines Symbols angeordneten Flächenelementen einem optisch abbildenden Lichtleiterelement zugeordnet ist. Durch diese Massnahme kann mit nur einem
Lichtleiterelement eine aus mehreren Flächenelementen gebildete Anzeige übertragen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der jeweiligen hinteren Begrenzungsfläche ein bewegbarer, diese
Begrenzungsfläche abschliessender Informationsträger mit darauf angeordneten Spiegel- und gegebenenfalls
Absorptionsflächenelementen zugeordnet ist. Dadurch kann die Anordnung der Flächenelemente und damit die durch sie gebildete Anzeige in einfacher Weise verstellt werden.
Eine andere vorzugsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass den hinteren Begrenzungsflächen der Lichtleiterelemente wahlweise verschiedene, aus geeignet angeordneten Spiegel- und gegebenenfalls Absorptionsflächenelementen bestehende Raster durch
Verschieben des die Rasterpunkte tragenden Informationsträgers zuzuordnen sind (Fig. 8).
Versuche haben ergeben, dass der Glanz der vorderen Begrenzungsfläche des mit einem spiegelnden
Flächenelement hinterlegten Lichtleiterelementes umso heller ist, je höher der Wert des Lichtleiterbrechungs- koeffizienten liegt, und dass auch der Öffnungswinkel des Kegels, der die seitliche Grenze der Sichtbarkeit umschreibt, grössere Werte bei hohem Brechungskoeffizienten annimmt.
Eine besonders wirtschaftliche Herstellung der Lichtleiterelemente ergibt sich, wenn die hintere
Begrenzungsfläche Ausmündungen von Bündeln ungeordneter Glasfasern enthält.
Unabhängig davon, ob Lichtleitfasern aus Kunststoff oder aus Glas verwendet werden, sollte der
Brechungskoeffizient die Grössenordnung 1, 5 oder darüber aufweisen. In an sich bekannter Weise wird die einzelne Lichtleitfaser mit einem hochbrechenden Kern ausgestattet, der von einem einen geringeren Brechungskoeffizienten aufweisenden Mantel aus festem Material umgeben ist. Auf diese Weise werden die
Lichtverluste bei Spiegelung an den Seitenwänden der Lichtleitfaser herabgesetzt.
Nach einer Ausbildung der erfindungsgemässen Anzeigevorrichtung besteht der die Rasterpunkte tragende
Informationsträger aus einem Schieber. Durch Verstellung des Schiebers lassen sich in besonders einfacher Weise beliebige Symbole, Buchstaben oder Ziffern einstellen.
Die Erfindung soll nun an Hand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden ; es zeigen : Fig. 1 ein aus einer grösseren Einheit ausgeschnittenes, mit einem reflektierenden Flächenelement hinterlegtes Lichtleiterelement in perspektivischer Ansicht, Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Lichtleiterelement nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie II-II, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines mit einem lichtabsorbierenden Flächenelement hinterlegten Lichtleiterelementes, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Signalelementes, das teilweise aus einem kompakten Lichtleiterelement, teilweise aus mosaikartig zusammengesetzten Lichtleiterelementen besteht, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Hinweiszeichens mit der Ziffer "1" und dem Buchstaben"A", Fig.
6 eine perspektivische Ansicht eines verstellbaren Hinweiszeichens, die Ziffer"0"darstellend, Fig. 7 ein perspektivisch dargestelltes einzelnes Lichtleiterelement nach Fig. 6, Fig. 8 auf dem Informationsträger des Ausführungsbeispieles nach Fig. 6 befindliche Anordnungen von den Lichtleiterelementen zugeordneten Flächenelementen zur Wiedergabe der Ziffern "0" und "4", Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Hinweiszeichens mit fünfunddreissig über einen als Schieber ausgebildeten Informationsträger beeinflussbaren, aus Lichtleiterelementen bestehenden Signalelementen, Fig. 10 die Frontseite einer als Uhr ausgebildeten Anzeigevorrichtung in perspektivischer Ansicht, Fig. 11 die Rückseite des Anzeigeblockes, Fig. 12 einen Querschnitt durch Anzeigeblock und Trommeln, Fig. 13 einen Anschnitt der Vorderseite des Anzeigeblockes.
Die einfachste Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem in den Fig. 1 und 2 dargestellten prismatischen Lichtleiterelement--l-mit einer vorderen Begrenzungsfläche --2-- und einer hinteren Begrenzungsfläche-3-. Das Lichtleiterelement-l--besteht aus Glas, vorzugsweise aber aus einem ungeordneten Glasfaserstrang und hat einen Brechungskoeffizienten der Grössenordnung von 1, 5 oder darüber.
Fällt Licht aus Richtung--A--auf die vordere Begrenzungsfläche --2-- des Lichtleiterelementes so wird es von diesem aufgenommen und je nach Einfallsrichtung unmittelbar oder nach Reflexion an den seitlichen Begrenzungsflächen --7-- zur hinteren Begrenzungsfläche --3-- geleitet (Fig. 2), an der ein
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--2-- einfallendeBegrenzungsfläche--2--intensiv schimmert ; es besteht aber auch die Möglichkeit, ein der hinteren Begrenzungsfläche des Lichtleiterelementes--1--zugeordnetes Flächenelement-10--als Absorptionsschicht auszubilden (Fig. 3). In diesem Fall wird das aus Richtung-A-einfallende Licht von der vorderen
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Von hauptsächlicher Bedeutung ist jedoch das mit einem Spiegel hinterlegte Lichtleiterelement (Fig. l, 2).
Das Flächenelement --4-- besteht aus einem Spiegel, der das durch die vordere Begrenzungsfläche-2-
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einfallende Licht völlig reflektiert und zur vorderen Begrenzungsfläche --2-- hin zurückstrahlen lässt, wo es das Lichtleiterelement-l-wieder verlässt und ein intensives Schimmern dieser vorderen Begrenzungsfläche
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2-- gegenüber--l-- über dem Wert 1, 5 liegt. Damit verbunden ist auch eine bessere Wahrnehmung der schimmernden vorderen Begrenzungsfläche--2--aus seitlicher Richtung ; der Kegel, der die seitliche Grenze der Sichtbarkeit umschreibt, hat gewöhnlich einen öffnungswinkel von 600.
Bei Verwendung von Material mit sehr hohem Brechungskoeffizienten ist aber bereits ein öffnungswinkel von 1100 erreicht worden. Zumindest theoretisch ist sogar ein öffnungswinkel von annähernd 1800 erreichbar.
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--7-- in--l-- notwendig.
Die vordere Begrenzungsfläche --2-- des Lichtleiterelementes --1-- muss nicht unbedingt mit der Umgebungsfläche--5--des festen Materials --6-- bündig abschliessen, sondern kann auch oberhalb oder unterhalb der durch die Umgebungsfläche--5--gebildeten Ebene angeordnet sein.
Zur Vermeidung unerwünschter Lichtreflexe durch Berührung mehrerer Lichtleiterelemente untereinander an ihren seitlichen Flächen --7-- werden die einzelnen Lichtleiterelemente aus einem Kern von Glasmaterial mit einem Brechungskoeffizienten von 1, 5 oder darüber hergestellt, wobei der Kern von einem Mantel aus jeweils
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intensiv dunkel ; sie hebt sich kontrastreich gegen eine in diesem Fall zweckmässigerweise helle Umgebungsfläche --12-- ab.
Das Lichtleiterelement--l-- (Fig. l, 2,3) wird vorzugsweise aus einem ungeordneten Glasfaserstrang gebildet, der leichter und billiger herzustellen ist als ein geordneter optischer Glasfaserstrang.
Bei Bedarf kann das Licht im Lichtleiterelement--l--auch durch ein Farbfilter gefärbt werden, das an einer geeigneten Stelle des Lichtleiters angeordnet ist.
Fig. 4 zeigt ein Lichtleiterelement--14--, dessen den Lichtrückfluss beeinflussende Schicht zugleich
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zugeordnet sind, können auch eine Vielzahl von mosaikartig nebeneinander angeordneten Lichtleiterelementen --15-- treten, die je nach Art der hinterlegten Schicht als dunkle Flächenelemente --161-- oder helle Flächenelemente--162--erscheinen.
Der Querschnitt der vorderen Begrenzungsfläche --2-- (Fig. 1) oder --11-- (Fig. 3) beschränkt sich nicht auf geometrisch einfache Formen ; vielmehr ist es möglich, die vordere Begrenzungsfläche eines einzigen Lichtleiters -17-- (Fig. 5) einer Ziffer nachzubilden. Das Licht fällt, wie bereits in den vorhergehenden Zeichnungen gezeigt, aus Richtung--A-in das Lichtleiterelement--17--ein und bringt die der Ziffer "1" nachgebildete vordere Begrenzungsfläche zum Schimmern. Zahlen oder Buchstaben können aber auch durch eine Vielzahl von Lichtleiterelementen--19--dargestellt werden, wie am Beispiel des Buchstabens"A"in Fig. 5 gezeigt wird.
Zur Darstellung von Buchstaben oder Ziffern werden häufig aus einer bestimmten Anzahl von Elementen bestehende Anordnungen verwendet, wobei jedes Element einzeln in einen Zustand erhöhter Erkennbarkeit gebracht werden kann, sei es durch ein auffälliges Leuchten gegenüber einer dunklen Umgebung, sei es durch eine dunkle Färbung gegenüber einer hellen Umgebung, so dass durch die erkennbar gemachten Elemente beliebige Ziffern, aber auch Buchstaben, gebildet werden können.
In Fig. 6 ist eine derartige gebräuchliche Anordnung mit sieben Lichtleiterelementen--21 ; 22 ; 23 ; 24 ; 25 ; 26 ; 27--gezeigt, die jeweils aus billigen ungeordneten Glasfasersträngen gefertigt sind.
In Fig. 7 ist das Lichtleiterelement--21--gesondert dargestellt, dessen Vorderseite --210-- ein Signalelement bildet und sich zu einer hinteren Begrenzungsfläche --219-- hin verjüngt, die rund oder viereckig sein oder eine andere einfache geometrische Form aufweisen kann. In der gleichen, in Fig. 7 gezeigten Art sind auch die andern Lichtleiterelemente --22; 23; 24; 25; 26; 27-- der Vorrichtung --20-- in Fig.6 ausgebildet. Ihre hinteren Begrenzungsflächen münden auf die Oberfläche eines Schiebers-28--, der seitlich in der Vorrichtung --20-- bewegbar angeordnet ist.
Die vorderen Begrenzungsflächen der Lichtleiterelemente-21 ; 22 ; 23 ; 25 ; 26 ; 27-bilden die Ziffer
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--201--,271-- (Fig. 8a) des Schiebers --28-- treffen ; das mittlere Lichtleiterelement --24-- bleibt dunkel, da seine hintere Begrenzungsfläche auf das dunkle Flächenelement --241-- trifft.
Bei der Darstellung der Ziffer "4" durch die Lichtleiterelemente-22 ; 23 ; 24 ; 26-wird der Schieber
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; 232 ; 242 ; 262--treffenLichtleiterelemente--21 ; 25 ; 27--den dunklen Flächenelementen-212 ; 252 ; 272-auf dem als Schieber --28- ausgebildeten Informationsträger zugeordnet sind (Fig. 8b).
In gleicher Weise kann jede gewünschte Ziffer durch Zuordnung einer geeigneten Konstellation von hellen und dunklen Flächenelementen auf dem Schieber --28-- zu den hinteren Begrenzungsflächen der entsprechenden Lichtleiterelemente dargestellt werden durch ein Verschieben des Schiebers--28--in der Vorrichtung-20- (Fig. 6).
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unterzubringen bzw. dem Schieber --28-- die geringstmögliche Länge bei der Darstellung von Ziffern oder Buchstaben zu geben, werden die hinteren Begrenzungsflächen der Lichtleiterelemente-21 ; 22 ; 23 ; 24 ; 25 ;
26 ; 27-in einer Reihe ausgerichtet, so dass sich ihnen zur Darstellung der Ziffern "0" bzw. "4" die in Fig. 8c und 8d gezeigten Anordnungen von dunklen, lichtabsorbierenden und reflektierenden Flächenelementen auf dem Schieber--28--zuordnen lassen.
Es ist auch möglich, die hinteren Begrenzungsflächen in zwei Reihen anzuordnen, wie es am Beispiel der Darstellung für die Ziffern"0"und"4"in Fig. 8e und 8f gezeigt ist.
Zur wahlweisen Darstellung von Ziffern und Buchstaben bedient man sich vorzugsweise einer Anordnung mit fünfunddreissig aus Lichtleiterelementen bestehenden Signalelementen (Fig. 9).
Durch den Schieber-32-, der in der Vorrichtung --34-- von oben nach unten beweglich geführt ist, kann jede gewünschte Ziffer bzw. jeder gewünschte Buchstabe eingestellt werden ; hiebei sind auf der Oberfläche --33-- des Schiebers --32-- eine geeignete Konstellation von fünfunddreissig dunklen,
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von sieben Flächenelementen-angeordnet.
In Fig. 9 werden als Beispiel-im Gegensatz zu Fig. 6-die die Information bildenden Signalelemente --30-- dunkel ausgebildet, wobei die Vorderseite --35-- der Vorrichtung --34-- zweckmässigerweise hell gefärbt ist ; jedoch ist diese Ausbildung nur als veranschaulichendes Beispiel gedacht, da die Hauptbedeutung der Erfindung auf der Anordnung von hellen Signalelementen auf dunklem Untergrund beruht.
Wie Fig. 10 zeigt, ist in einem Gehäuse--41--ein Anzeigeblock--42--vor zwei durch einen untersetzten Motor --43-- angetriebenen Trommeln --44;45-- angeordnet. Der Umfang der Trommeln --44 ; 45--ist mit achsparallelen Reihen von dunklen, lichtabsorbierenden Flächenelementen-46-besetzt. Nach jeder Weiterbewegung der Trommeln--44 ; 45- ergibt sich eine neue Konstellation der Flächenelemente unter den ihnen zugeordneten Endflächen --511; 521; 531; 541; 551; 561; 571--. An der Vorderseite des Anzeigeblockes --42-- sind Ziffernfelder --47; 48; 49; 50-- vorgesehen, die sich, wie Fig. 13 zeigt, aus Segmenten-510 ; 520 ; 530 ; 540 ; 550 ; 560 ; 570-zusammensetzen, die je einer der in Fig. ll gezeigten Endflächen --511; 521; 531; 541; 551; 561; 571-- der Rückseite des Anzeigeblockes --42-- zugeordnet sind.
Die Zuordnung geschieht nach Fig. 12 über einen im Anzeigeblock-42-zwischen einem Ziffernsegment
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dunkle Flächenelemente, so wird es zurückgestrahlt in die betreffende Austrittsstelle, im Beispiel von Fig. 12 in Endfläche--531-und Glasfaserbündel--532--, und verändert den Kontrast zwischen Segment--530- und dem dunklen Untergrund, wodurch das betreffende Zeichen sich sichtbar von diesem abhebt.
Im Ziffemfeld--47-- (Fig. 10) ist die Ziffer "5" im 7-er Code dargestellt. Zweckmässiger ist es allerdings, der Frontseite--42--des Anzeigeblockes--41--eine dunkle Färbung zu geben, damit sich die schimmernden Segmente --510; 520; 530; 540; 550-- in Fig.13, welche die Ziffer "3" bilden, optimal vom Untergrund abheben. Die kein Licht zurückstrahlenden Segmente-560 ; 570-bleiben dunkel und bilden keinen Kontrast zum Untergrund der Anzeigefläche. Die angezeigten Ziffern ändern sich entsprechend der zeitsynchronen Bewegung der Trommeln-44 ; 45-- und dienen im Ausführungsbeispiel der Fig. 10 bis 13 der Zeitanzeige.
Allgemein lässt sich angeben, dass das Schimmern der Lichtleiterelemente umso intensiver zu beobachten ist, je kürzer das einzelne Lichtleiterelement ausgebildet ist, da in diesem Fall Verluste beim Durchgang des
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Lichtes durch die Lichtleitfaser minimal sind. Dies ist besonders bei der Herstellung von Verkehrszeichen oder Projektionsflächen für Lichtbilder vorteilhaft, die jeweils eine geringe Dicke aufweisen, so dass auffallendes Licht nahezu verlustlos reflektiert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Darstellung optisch zu übermittelnder Informationen in Form von optischen Symbolen, wie Leuchtpunkt, Ziffern, Buchstaben, bestehend aus einem oder mehreren Lichtleiterelementen mit je einer vorderen und einer hinteren ebenen Begrenzungsfläche, wobei die dem Betrachter zugewandte, vordere
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ein das durch die vordere Begrenzungsfläche (2) aufgenommene Licht reflektierendes Flächenelement (4) nach Art eines Spiegels zugeordnet ist, und dass neben den reflektierenden Flächenelementen gegebenenfalls solche (10) mit lichtabsorbierender Eigenschaft vorgesehen sind, die einem andern Teil von hinteren Begrenzungsflächen zugeordnet sind.
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