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Die
Erfindung betrifft eine Sanitärarmatur
mit wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung die wenigstens zwei
Leuchtmittel mit unterschiedlichen Abstrahlfarben zur Erzeugung
von Licht mit einer aus den unterschiedlichen Abstrahlfarben additiv
gemischten Farbe aufweist, mit einem Diffusor für das Licht, und mit wenigstens
einem Umlenkmittel zum Umlenken von von den Leuchtmitteln ausgestrahlten Lichts
auf den Diffusor.
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Die
Leuchtmittel haben bei derartigen bekannten Sanitärarmaturen
die Funktion, einen austretenden Wasserstrahl zu beleuchten. Solche Leuchtmittel
können
aber auch den Zweck haben, Betätigungen
der Einstellelemente zu signalisieren oder Betriebsparameter, wie
die Wassertemperatur und/oder die Wasserdurchflussmenge, zu charakterisieren.
Sie können
aber auch lediglich zur Erzeugung eines optisch ansprechenden Designs
vorgesehen sein.
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Bei
marktbekannten Sanitärarmaturen
werden RGB-Leuchtmittel eingesetzt, um Licht einer die vorherrschende
Wassertemperatur symbolisierenden Farbe zu erzeugen. Bei einer Erhöhung der
Wassertemperatur verändert
sich beispielsweise die Farbe des Lichts von blau nach rot.
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Bekannte
RGB-Leuchtmittel weisen für
die Grundfarben Rot, Grün
und Blau getrennte Leuchtelemente auf, deren Licht auf ein als Diffusor
wirkendes streuendes Abdeckglas strahlt. Von der Betrachtungsseite
erscheint das Abdeckglas in der gewünschten Mischfarbe. Zum Verändern der
Mischfarbe werden die Leuchtelemente entsprechend angesteuert. Die
räumliche
Verteilung der Leuchtelemente bewirkt allerdings auf der Betrachtungsseite
des Abdeckglases eine inhomogene Farbdarstellung, insbesondere Farbstreifen.
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Aus
der
DE 103 12 866
A1 ist ein Brausengehäuse
bekannt, bei dem zwischen Leuchtmitteln und einer Strahlscheibe
ein Umlenkmittel angeordnet ist zum Umlenken des von den Leuchtmitteln
ausgestrahlten Lichts auf die Strahlscheibe. Die Lichtstrahlen können dabei
durch die ganze Strahlscheibe austreten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sanitärarmatur der eingangs genannten
Art zu gestalten, bei der auf der Betrachtungsseite des Diffusors
möglichst
monochromes Licht mit einer homogenen Farbverteilung sichtbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zwischen jedem Leuchtmittel und dem Diffusor wenigstens ein
Strahlteiler zur Teilung der Lichtstrahlen in einen Haupt-Teilstrahl
und einen reflektierten Teilstrahl angeordnet ist und jeweils ein Umlenkmittel
zum Umlenken des entsprechenden reflektierten Teilstrahls derart
angebracht ist, dass der reflektierte Teilstrahl und der Haupt-Teilstrahl
in unterschiedlichen Bereichen auf den Diffusor treffen.
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Erfindungsgemäß ist also
jedem Leuchtmittel ein Strahlteiler zugeordnet, welcher das Licht
in zwei Teilstrahlen aufteilt und zwei getrennten Bereichen des
Diffusors zuführt.
Jedes Leuchtmittel strahlt auf diese Weise eine insgesamt größere Fläche an. Es
findet so eine wesentlich bessere additive Mischung der von den
unterschiedlichen Leuchtmitteln abgestrahlten Farben statt, so dass
die Mischfarbe auch deutlich gleichmäßiger, vorzugsweise nahezu monochrom,
erscheint.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Strahlteiler
eine teilreflektierende erste, insbesondere ebene Oberfläche aufweisen, die
um insbesondere 45° gegenüber der
Hauptstrahlrichtung des einstrahlenden Lichts geneigt ist, und das
Umlenkmittel kann im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls
eine wenigstens teilreflektierende, der ersten zugewandte, zu dieser
beabstandete zweite, insbesondere ebene Oberfläche aufweisen, die im Wesentlichen
die gleiche Neigung wie die erste Oberfläche hat. Auf diese Weise kann
einfach ein Teil des Lichtes vom eingehenden Lichtstrahl abgetrennt
und zum Haupt-Teilstrahl beabstandet auf den Diffusor geleitet werden.
Bei einer Neigung der ersten Oberfläche um 45° weist der Strahlteiler bei
entsprechendem Brechungsindex einen Reflexionsgrad von etwa 0,5
auf, so dass die Lichtintensitäten
des Haupt-Teilstrahls und des reflektierten Teilstrahls etwa gleich
sind. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Ausleuchtung des Diffusors
an den beiden Auftreffbereichen erzielt.
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Speziell
kann jeweils ein gegenüber
der Hauptstrahlrichtung geneigter, insbesondere ebener Oberflächenbereich
eines einzigen Linsenkörpers den
Strahlteiler beziehungsweise das Umlenkmittel mit bilden, so dass
ein kompaktes optisches System entsteht, welches einfach mit dem/den
Leuchtmittel(n) ausgerüstet
werden kann.
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Zweckmäßigerweise
kann der Linsenkörper aus
Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat, sein. Linsenkörper aus
Kunststoff sind einfach herstellbar.
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Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform können die
Mittelpunkte dreier Strahlteiler für drei Leuchtmittel an den
Ecken eines insbesondere gleichseitigen ersten Dreiecks angeordnet
sein und dreier den Strahlteilern entsprechender Umlenkmittel jeweils
zwischen zwei Strahlteilern, insbesondere an den Ecken eines ähnlichen,
um 180° gegenüber dem
ersten Dreieck um deren Schwerpunktachse gedrehten zweiten Dreiecks,
angeordnet sein. Mit drei Leuchtmitteln können die Grundfarben Rot, Grün und Blau
zur Realisierung des RGB-Farbmodells abgestrahlt werden. Die Anordnung
an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks ermöglicht eine gleichmäßige Überlappung
aller drei Farben. Die um 180° gedrehte
Anordnung der Umlenkmittel sorgt dafür, dass jeweils gleiche Farben
auf gegenüberliegenden
Bereichen des Diffusors auftreffen, wodurch die Durchmischung der
Farbkomponenten deutlich verbessert wird.
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Vorzugsweise
können
die Leuchtmittel eine rote, eine grüne und eine blaue LED sein.
LEDs sind einfach herstellbar, robust, klein und haben einen hohen
Wirkungsgrad.
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Die
Leuchtmittel können
auch RGB-Leuchtmittel sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
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1 schematisch
die Untersicht eines Linsenkörpers
einer Beleuchtungseinrichtung mit drei LEDs für eine Sanitärarmatur;
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2 schematisch
den Linsenkörper
aus 1 in Draufsicht;
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3 schematisch
den Linsenkörper
aus den 1 und 2 in einer
Seitenansicht;
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4 schematisch
den Linsenkörper
aus den 1 und 2 in einer
anderen Seitenansicht;
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5 schematisch
den Linsenkörper
aus 2 im Axialschnitt entlang der dortigen Schnittlinie V-V;
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6 schematisch
eine Hilfskonstruktion zur Verdeutlichung der Außenkonturen des Linsenkörpers aus
den 1 bis 5.
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In 1 ist
ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehener Linsenkörper einer
ansonsten nicht gezeigten Beleuchtungseinrichtung für eine Sanitärarmatur
dargestellt.
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Mit
dem Linsenkörper 10 wird
das von jeweils einer nicht gezeigten, von einer Diodenaufnahmeseite 12 her,
in 3 bis 5 oben, eingebrachten roten,
grünen
und blauen LED abgestrahlte Licht so verteilt, dass es mittels einer
nicht gezeigten, das Licht streuenden, lichtdurchlässigen Abdeckscheibe nach
dem RGB-Farbmodell additiv gemischt werden kann. Die Abdeckscheibe
ist auf der Lichtaustrittsseite 14 des Linsenkörpers 10,
in 3 bis 5 unten, angeordnet.
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Der
Linsenkörper 10 ist
einstückig
aus Polycarbonat mit optischer Güte
hergestellt und vorzugsweise UV-stabilisiert; wenigstens seine mit
dem Licht der LEDs an- beziehungsweise durchstrahlten Oberflächen sind
optisch geschliffen.
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Der
Linsenkörper 10 läßt sich
auf folgende Weise zusammengesetzt denken, die mit einer in 6 gezeigten
Hilfskonstruktion verdeutlicht wird, welche den Linsenkörper 10 in
seine gedachten Einzelkomponenten zerlegt in der Draufsicht zeigt:
Man
nehme drei identische gerade Kegelstümpfe, welche jeweils einen
Aufnahmebereich 16 für
jeweils eine der LEDs bilden. Die Mantellinien der Kreiskegelstümpfe sind
von außen
betrachtet leicht konvex vorzugsweise parabelförmig, insbesondere in Anlehnung
an eine Fraen-Linse, gebogen und die Mantelflächen sind optisch geschliffen.
Die Mantelflächen der
Kegelstümpfe
können
so für
Licht, das vom Inneren der Kegelstümpfe kommt, als Reflektoren
wirken. Dann schneide man jeden Kreiskegelstumpf mit zwei Ebenen,
welche jeweils parallel zu den nicht gezeigten Mittelachsen der
Kreiskegelstümpfe
verlaufen und sich gegenseitig unter einem Winkel von 120° schneiden.
Die so entstehenden Schnittflächen 17, welche – da sie
gedacht sind – lediglich
in der Hilfskonstruktion in 6 gezeigt
sind, erstrecken sich etwa über
zweidrittel der Höhe
der Kreiskegelstümpfe.
Anschließend
setze man die drei geschnittenen Kreiskegelstümpfe in Richtung der Pfeile 19 mit
ihren Schnittflächen 17 aneinander,
derart, dass ihre Mittelachsen parallel zueinander an den Ecken
eines ersten gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind,
dessen Schwerpunkt auf der Schwerpunktachse 18 des Linsenkörpers 10 liegt.
Der so zusammengesetzte Linsenkörper 10 ist
in den 3 bis 5 gezeigt. Die Schwerpunktachse 18 ist
in 3 bis 5 gestrichelt angedeutet. Sie
steht senkrecht auf einer Grundfläche 20 des Linsenkörpers 10,
welche sich ihrerseits auf der Lichtaustrittsseite 14 befindet.
Dort, wo die Schnittflächen 17 aneinander
liegen, gehen die Kreiskegelstümpfe
einstückig
ineinander über.
Daraufhin bringe man jeweils zwischen zwei Kreiskegelstümpfen an
den Seitenflächen
des Linsenkörpers 10 einen
in 3 bis 5 gezeigten Einschnitt 36 ein,
dessen Form weiter unten noch näher
beschrieben ist.
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An
die Grundflächen
der Kreiskegelstümpfe ist
ein ringförmiger
Flansch 44 angeformt, welcher die lichtaustrittsseitige
Grundfläche 20 des
Linsenkörpers 10 in
Umfangsrichtung abschließt.
Die Grundfläche 20 überragt
die äußersten
Ränder
der Grundflächen
der Kreiskegelstümpfe.
Die Grundfläche 20 ist
optisch geschliffen.
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Von
der Diodenaufnahmeseite 12 führt in jeden Aufnahmebereich 16 eine
in 2 und 5 sichtbare kreiszylinderförmige, leicht
konische Aufnahmeöffnung 22 für die entsprechende
LED.
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Die
Längsachsen
der Aufnahmeöffnungen 22 verlaufen
nahezu koaxial zu den jeweiligen Mittelachsen der die Aufnahmebereiche 16 bildenden Kreiskegelstümpfe durch
die Ecken eines gedachten, zweiten gleichseitigen Dreiecks, welches
parallel zur Grundfläche 20 des
Linsenkörpers 10 ausgerichtet ist.
Der Schwerpunkt des zweiten gleichseitigen Dreiecks liegt auf der
Schwerpunktachse 18 des Linsenkörpers 10. Seine Ecken
liegen auf einem zur Schwerpunktachse 18 koaxialen Kreis 24,
welcher in 2 gestrichelt angedeutet ist.
Der Radius des Kreises 24 ist etwa halb so groß wie die
Radien der Grundflächen
der die Aufnahmebereiche 16 bildenden Kreiskegelstümpfe. Die
Seitenhalbierenden des zweiten Dreiecks verlaufen parallel zu denen
des ersten gleichseitigen Dreiecks, durch dessen Ecken die Mittelachsen
der Kreiskegelstümpfe
der Aufnahmebereiche 16 führen.
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Die
in 2 und 5 sichtbaren Böden 26 der
Aufnahmeöffnungen 22 befinden
sich etwas oberhalb der halben Höhe
des Linsenkörpers 10.
Die Aufnahmeöffnungen 22 verjüngen sich
zu ihren Böden 26 hin;
ihre Innenmantelflächen
sind zu ihren Längsachsen
um etwa 1° geneigt.
Die Durchmesser der Aufnahmeöffnungen 22 an
ihren engsten Stellen auf Höhe
ihrer Böden 26 sind
etwa halb so groß wie die
Radien der Grundflächen
der Kreiskegelstümpfe der
Aufnahmebereiche 16.
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Die
der Diodenaufnahmeseite 12 zugewandten Oberflächen der
Böden 26 sind
von dort aus betrachtet konvex gewölbt und dienen jeweils als
Kondensor für
das von der entsprechenden LED abgestrahlte Licht. Die Oberflächen sind
optisch geschliffen.
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In
den Aufnahmeöffnungen 22 sind,
in den Figuren nicht dargestellt, die rote, die blaue beziehungsweise
die grüne
LED so angeordnet, dass sie im Wesentlichen in Richtung der Lichtaustrittsseite 14 strahlen
(Hauptstrahlrichtung).
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Die
Aufnahmeöffnungen 22 sind
von außerhalb
des Linsenkörpers 10 leicht
zugänglich.
Auf diese Weise kann der Linsenkörper 10 einstückig gegossen
sein, und die Aufnahmeöffnungen 22 können jeweils
mittels eines entfernbaren Kernes ausgespart werden.
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In
Verlängerung
jeder Aufnahmeöffnung 22 befindet
sich auf der Lichtaustrittsseite 14 jedes Aufnahmebereichs 16 in
einem Abstand unterhalb ihres Bodens 26 ein in 1 und 5 sichtbarer,
zur Lichtaustrittsseite 14 offener keilförmiger Strahlteiler-Raum 28.
Die Strahlteiler-Räume 28 haben
rechteckige Grundflächen,
was in der Untersicht in 1 sichtbar ist. Jeder Strahlteiler-Raum 28 wird
von einer Tangential-Wand 30 und zwei Radial-Wänden 32 begrenzt,
welche alle senkrecht zur Grundfläche 20 des Linsenkörpers 10 verlaufen,
sowie von einer Strahlteilerfläche 34.
Die Tangential-Wand 30 verläuft darüber hinaus in einer Ebene senkrecht
zu der Seitenhalbierenden des ersten beziehungsweise des zweiten
gedachten Dreiecks und begrenzt die der Schwerpunktachse 18 des
Linsenkörpers 10 abgewandte
Seite des Strahlteiler-Raums 28. Die Ausdehnung des Strahlteiler-Raums 28 in
Richtung der Seitenhalbierenden der gedachten Dreiecke auf seiner
offenen Seite ist etwas kleiner als der Durchmesser der Aufnahmeöffnungen 22 an
ihren engsten Stellen im Bereich der Böden 26.
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Die
Radial-Wände 32 eines
Strahlteiler-Raums 28 verlaufen parallel zueinander und senkrecht
zu der Tangential-Wand 30. Ihr Abstand zueinander entspricht
etwa dem kleinsten Durchmesser der Aufnahmeöffnungen 22.
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Diodenaufnahmeseitig
werden die Strahlteiler-Räume 28 jeweils,
wie schon erwähnt,
durch die Strahlteilerfläche 34 begrenzt,
welche in einem Abstand in 3 bis 5 unterhalb
der Böden 26 der Aufnahmeöffnungen 22 angebracht ist.
Die Strahlteilerflächen 34 sind
bezüglich
der Grundflächen 20 des
Linsenkörpers
10 um 45° geneigt,
derart, dass von den Aufnahmeöffnungen 22 kommendes
Licht teilweise zur Schwerpunktachse 18 reflektiert wird.
Die Mittelpunkte der Strahlteilerflächen 34 liegen auf
einem Kreis 27 um die Schwerpunktachse 18, welcher
den gleichen Durchmesser wie der Kreis 24 hat; dies ist
in 1 sichtbar. Insgesamt befinden sich die Mittelpunkte
der Strahlteilerflächen 34 an den
Ecken eines gleichseitigen Dreiecks, welches zum zweiten Dreieck,
durch dessen Ecken die Mittelachsen der darüberliegenden Aufnahmeöffnungen 22 verlaufen,
in Richtung der Schwerpunktachse 18 betrachtet deckungsgleich
ist.
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Die
Strahlteiler-Räume 28 dienen
im Wesentlichen der Realisierung der Strahlteilerflächen 34.
Sie können
leicht in einem Linsenkörper-Rohling mittels
eines Kerns beim Gießen
ausgespart werden, um die Strahlteilerflächen 34 in dem einstückigen Linsenkörper 10 zu
erhalten. Die Strahlteilerflächen 34 sind
optisch geschliffen.
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Des
Weiteren weisen die Seitenflächen
des Linsenkörpers 10 jeweils
zwischen zwei Aufnahmebereichen 16 die bereits erwähnten Einschnitte 36 auf;
die Einschnitte 36 sind in 2 bis 5 sichtbar.
Die Einschnitte 36 befinden sich jeweils gegenüber einer
der Aufnahmeöffnungen 22.
Sie werden an ihren Flanken von zwei parallelen, ebenen Flankenflächen 38 begrenzt.
Die Flankenflächen 38 verlaufen
beidseitig in gleichem Abstand parallel jeweils zu der Ebene, welche
durch die Schwerpunktachse 18 des Linsenkörpers 10 und
die Mittelachse der gegenüberliegenden
Aufnahmeöffnung 22 aufgespannt wird.
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Auf
der der Schwerpunktachse 18 des Linsenkörpers 10 zugewandten
Seite wird jeder Einschnitt 36 von einer ebenen rückseitigen
Fläche 40 begrenzt,
welche sich zwischen den Flankenflächen 38 tangential
zu dem Kreis 24 von der Diodenaufnahmeseite 12 des
Linsenkörpers 10 bis
auf Höhe
des der Diodenaufnahmeseite 12 zugewandten Randes der gegenüberliegenden
Strahlteilerfläche 34 erstreckt.
Die rückseitigen
Flächen 40 verlaufen
in Ebenen senkrecht zur Grundfläche 20 des
Linsenkörpers 10 und
senkrecht zu den Flankenflächen 38.
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Auf
der der Lichtaustrittsseite 14 zugewandten Seite wird jeder
Einschnitt 36 durch eine optisch geschliffene Spiegelfläche 42 begrenzt.
Diese sind jeweils um 45° bezüglich der
Grundfläche 20 derart geneigt,
dass sie Licht, welches von der teilreflektierenden jeweils gegenüberliegenden
Strahlteilerfläche 34 kommt,
im Wesentlichen zur Lichtaustrittsseite 14 hin umlenken.
Die Spiegelflächen 42 wirken
so als Umlenkeinrichtungen für
das Licht.
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Die
Mittelpunkte der drei den Strahlteilerflächen 34 entsprechenden
Spiegelflächen 42 der
Einschnitte 36 sind an den Ecken eines um 180° gegenüber dem
zweiten Dreieck um die Schwerpunktachse 18 gedrehten, zu
diesem ähnlichen,
weiteren gleichseitigen Dreiecks angeordnet.
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Die
Einschnitte 36 dienen in erster Linie zur Realisierung
der Spiegelflächen 42.
Sie entstehen beispielsweise beim Gießen des Linsenkörpers 10 in einer
entsprechenden Form.
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Der
Linsenkörper 10 wirkt
wie folgt:
Das von den LEDs abgestrahlte Licht tritt über die konvexen
Oberflächen
der Böden 26 der
jeweiligen Aufnahmeöffnung 22 in
den Linsenkörper 10 ein
und trifft dort auf die entsprechenden Strahlteilerflächen 34.
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Die
Strahlteilerflächen 34 teilen
das Licht jeweils etwa mit halber Intensität in einen Haupt-Teilstrahl
und einen reflektierten Teilstrahl auf.
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Die
Haupt-Teilstrahlen durchstrahlen nach den allgemeinen Brechungsgesetzen
die Strahlteilerflächen 34 in
Richtung der Lichtaustrittsseite 14, treten dort aus dem
Linsenkörper 10 aus
und treffen auf die Abdeckscheibe. Die reflektierten Teilstrahlen
werden in Richtung der Schwerpunktachse 18 des Linsenkörpers 10 umgelenkt.
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Die
Spiegelflächen 42 lenken
die von den gegenüberliegenden
Strahlteilerflächen 34 kommenden reflektierten
Teilstrahlen jeweils zur Grundfläche 20 des
Linsenkörpers 10 hin
um, wo sie in den entsprechenden Haupt-Teilstrahlen gegenüberliegenden
Bereichen aus der Grundfläche 20 des Linsenkörpers 10 austreten
und auf die Abdeckscheibe treffen. Von der Lichtaustrittsseite 14 aus
betrachtet erscheint also jede LED auf der Grundfläche 20 des
Linsenkörpers 10 doppelt.
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Mit
der Abdeckscheibe werden die reflektierten Teilstrahlen und die
Haupt-Teilstrahlen gestreut und erscheinen auf der Betrachtungsseite
als diffuses Licht mit der gewünschten
Mischfarbe.
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Bei
dem oben beschriebenen Linsenkörper 10 sind
unter anderem folgende Modifikationen möglich:
Der Linsenkörper 10 kann
statt für
drei auch für
mehr oder weniger als drei LEDs ausgebildet sein.
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Anstelle
der roten, grünen
und blauen LED können
auch andersartige Leuchtmittel verwendet werden. Die Leuchtmittel
können
auch integrierte RGB-Leuchtmittel sein.
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Statt
der streuenden Abdeckscheibe kann auch ein andersartiger Diffusor
eingesetzt werden.
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Die
Strahlteilerflächen 34 und
die Spiegelflächen 42 können statt
eben auch gekrümmt
sein. Sie können
auch unter einem anderen Winkel als 45° gegenüber der Grundfläche 20 oder
der Hauptstrahlrichtungen geneigt sein. Die entsprechenden Strahlteilerflächen 34 und
die Spiegelflächen 42 können auch
unterschiedliche Neigungen aufweisen.
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Anstelle
der Spiegelflächen 42 können auch teilreflektierende
Oberflächen
einer andersartigen Umlenkeinrichtung vorgesehen sein, mit der der
reflektierte Teilstrahl umgelenkt wird. Insbesondere können die
Strahlteilerflächen 34 und/oder
die Spiegelflächen 42 statt
in Form eines einzigen Linsenkörpers 10 auch über separate
Bauteile realisiert sein.
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Der
Linsenkörper 10 kann
statt aus Polycarbonat auch aus einem andersartigen geeigneten lichtdurchlässigen Material
optischer Güte,
beispielsweise einem anderen Kunststoff oder Glas, sein.
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Die
drei Strahlteilerflächen 34 und
die entsprechenden Spiegelflächen 42 können statt
an den Ecken gleichseitiger Dreiecke auch andersartig angeordnet
sein. Die Spiegelflächen 42 können auch
in Nachbarschaft zu den ihnen zugeordneten Strahlteilerflächen 34 plaziert
sein.