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Die
Erfindung betrifft einen Lichtleiter, insbesondere für Regensensoren
und Kamerasysteme, mit einer Fläche
zum Einleiten eines Lichtes, einer Fläche zum Ausleiten des Lichtes
und einer Reflexionsfläche
zur Reflexion des Lichtes.
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Stand der Technik
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Es
sind zahlreiche Ausführungsformen
von Lichtleitern, beispielsweise bei optischen Sensoren, Kamerasystemen
oder Regensensoren bekannt. Dabei wird der Lichtleiter benutzt,
um den Lichtstrahl mittels Reflexionsflächen geeignet zu führen. Die
Reflexionsflächen
werden vorzugsweise als Grenzfläche
zwischen Lichtleitermaterial und Luft ausgeführt. Um eine geeignete Ablenkung
zu erreichen, wird der Lichtleiter geometrisch so ausgeformt, dass
das Licht an seinen Seitenflächen,
die als Reflexionsfläche dienen,
totalreflektiert wird. Um die Reflexion an den Grenzflächen Lichtleiter
und Luft nicht zu stören,
dürfen
keinerlei weitere Bauteile die Grenzfläche berühren. Ebenso stören Verschmutzung,
Benetzung mit Feuchtigkeit z. B. Wasserkondensation die Reflexion an
der Grenzfläche.
Das Berühren
der Reflexionsfläche
durch den Monteur ist insofern ungünstig, da sich dadurch Verschmutzungen
an den Grenzflächen
anlagern können
und die Verschmutzungen, falls der Lichtleiter in einem weiteren
Produktionsschritt mit Material umspritzt werden soll, dabei dauerhaft
eingeschlossen werden. Aus diesem Grund werden Lichtleiterfaser
beispielsweise mit einem Glasmantel versehen, um die Auskoppelung
von Lichtstrahlen aus dem Lichtleiter zu verhindern.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, den Lichtleiter so auszugestalten, dass
seine Reflexionsfläche
vor Verschmutzung, Benetzung mit Feuchtigkeit oder vor Berühren geschützt ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Lichtleiter gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass übliche
Lichtleiter für
optische Sensoren, Regensensoren oder Kamerasysteme an ihrer Reflexionsfläche besonders
empfindlich auf Berührung
durch den Monteur, Verschmutzung oder Benetzung mit Feuchtigkeit
sind. Die Abdeckung der Reflexionsfläche des Lichtleiters ermöglicht es,
die Reflexionsfläche
gegen äußere Einflüsse zu schützen und
dadurch störende Einflüsse auf
die Reflexion zu reduzieren. Ebenso wird dadurch die Signalqualität des durch
den Lichtleiter geleiteten Lichtes verbessert.
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In
einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung weist der Lichtleiter
eine Abdeckung auf, welche einstückig
mit dem Lichtleiter ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Abdeckung
einfach im Herstellungsprozess des Lichtleiters angebracht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist der Lichtleiter eine Abdeckung auf, die so ausgebildet
ist, dass sich über
der Reflexionsfläche eine
Ausnehmung ausbildet. Auf diese Weise kann die Reflexionsfläche einfach
vor Berührung
vom Monteur geschützt
werden.
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Unter
einer Ausnehmung ist im Sinne der Erfindung ist ein Flächenbereich
im Querschnitt des Lichtleiters zu verstehen, welcher entweder materialfrei
ist oder ein anderes Material enthält, als der umgebende Lichtleiter.
Die Form der Ausnehmung kann zur Streuung und Fokussierung des an
der Grenzfläche
reflektierten Lichts optimiert sein. Beispielsweise kann die Höhe, die
Breite oder der Verlauf der Begrenzungslinien angepasst werden.
Der Querschnitt kann sich entlang der Längserstreckung der Ausnehmung ändern. Die
Ausnehmung kann an der Oberfläche
des Lichtleiters offen sein, oder von einer Materiallage des Lichtleiters überdeckt
sein, sodass sich ein zur Umfangsfläche geschlossener Hohlraum
ergibt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Ausnehmung mittels eines Elements der Abdeckung
verschlossen. Auf diese Weise kann die Reflexionsfläche einfach
vor der Anlagerung von Schmutzpartikeln und/oder vor Kondensation
geschützt
werden, da ein Austausch mit der umgebenden Luft unterbunden ist.
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In
einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung enthält die Ausnehmung
zumindest teilweise ein gasförmigen
Medium. Auf diese Weise kann einfach eine Reflexionsfläche an der
Grenzfläche
Lichtleiter und gasförmiges
Medium ausgebildet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Ausnehmung zumindest teilweise Füllmaterial, das zumindest teilweise
infrarotlichtsperrendes Material aufweist. Auf diese Weise kann
die Reflexionsfläche
und/oder die nutförmige Ausnehmung
mit Material umspritzt werden, um einfach eine reflektierende Grenzfläche vor
Verschmutzung oder Benetzung mit Feuchtigkeit zu schützen.
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Unter
Füllmaterial
im Sinne der Erfindung werden Materialien verstanden, die in eine
Ausnehmung eingebracht werden, um deren Querschnitt und/oder deren
Kontur zu verändern.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lichtleiters, gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 eine
schematische Ansicht eines Regensensors, gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung,
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3 eine
schematische Ansicht eines Kamerasystems, gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lichtleiters 2,
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Dabei weist der Lichtleiter 2 eine quasi-trapezförmige Grundform
auf, welche durch eine nutförmige
Ausnehmung 4 diagonal aufgebrochen ist. Ein Lichtstrahl 1 wird
dabei an einer ersten Seitenfläche 7 des
Lichtleiters 2 in den Lichtleiter 2 geleitet.
Der Lichtstrahl 1 kann beispielweise als kohärentes Laserlicht
ausgeprägt
sein, er kann aber auch von einer Infrarotdiode emittiert sein. Die
Ausnehmung 4 weist an einer Seitenfläche eine Grenzfläche Luft/Lichtleiter 2 auf,
welche als eine Reflexionsfläche 3 den
Lichtstrahl 1 reflektiert. Fällt der Lichtstrahl 1 mit
einem Winkel größer 42° vom Lot weg
gemessen auf die Grenzfläche
Luft/Lichtleiter 2 ein, so wird er totalreflektiert. Der
Winkel für
eine Totalreflexion ist von der optischen Dichte der an der Reflexionsfläche 3 aneinanderstoßenden Materialien abhängig. Ein
Unterschreiten des Grenzwinkels führt zu einer Teilreflexion
und zu einer Ableitung des Lichtes 1 in der Ausnehmung 4.
Dabei wird die Intensität des
Lichtstrahls 1 unerwünschterweise
abgeschwächt.
Der reflektierte Lichtstrahl 1 wird an einer zweiten Seitenfläche 8 des
Lichtleiters 2 aus dem Lichtleiter 2 geführt.
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Die
Führung
des Lichtstrahls 1 mittels eines Lichtleiters 2 ermöglicht es,
den Lichtstrahl 1 in ein weiteres sich anschließendes Objekt,
z. B. eine Windschutzscheibe einzuleiten. Auf diese Weise kann innerhalb
eines Gehäuses
die optischen Komponenten platztechnisch günstig angeordnet werden, da
diese mittels des Lichtleiters 2 miteinander verbunden
werden können.
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Das
Material des Lichtleiter 2 umfasst dabei die Reflexionsfläche 3 auf
der Lichtstrahl 2 abgewandten Seite der Reflexionsfläche 3 in
einer Art, dass die Umfassung die Reflexionsfläche 3 dabei nicht
berührt,
aber nah genug um eine Berührung durch
den Monteur zu verhindern. Durch die Umfassung der Reflexionsfläche 3 bildet
sich die Ausnehmung 4 und die Abdeckung 9 aus.
Dabei ist der Querschnitt der Ausnehmung 4 z. B. in seiner
Breite und Höhe
veränderlich
sein. Ebenso sind die Begrenzungslinien der Ausnehmung variabel
und können über den
Verlauf der Ausnehmung 4 angepasst werden. Wesentlich dabei
ist, das der Bereich der Reflexionsfläche 3 auf der der
Lichtstrahl 2 reflektiert wird, durch die Abdeckung 9 überdeckt
ist und von der Ausnehmung 4 umgeben ist.
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Die
Orientierung der Reflexionsfläche 3 der Ausnehmung 4 richtet
sich nach dem Ziel des zu reflektierenden Lichtstrahls 2.
Dabei kann die Reflexionsfläche 3 nicht
nur planar, sondern z. B. auch konkav oder konvex ausgeformt sein,
um den auftreffenden Lichtstrahl 1 entsprechend der Formgebung
zu bündeln
oder auch zu streuen. Die der Reflexionsfläche 3 gegenüberliegende
Seitenfläche
der Ausnehmung 4 kann dabei planar ausgeführt sein
oder einen quasi-parallelen Oberflächenverlauf wie die Reflexionsfläche 3 aufweisen.
Die der Reflexionsfläche 3 gegenüberliegende
Seitenfläche
der Ausnehmung 4 ist jedoch unabhängig zur Reflexionsfläche 3 gestaltbar.
Wesentlich dabei ist, dass nur die Bereiche der Reflexionsfläche 3 durch
die Abdeckung 9 überdeckt sein
können,
auf denen der Lichtstrahl 1 reflektiert wird. Da andere
Bereiche der Reflexionsfläche 3 nicht
bestrahlt werden, können
diese auch verschmutzen oder durch den Monteur berührt werden, ohne
die Signalqualität
des Lichtstrahls 1 zu beeinträchtigen. In der Darstellung
ist die Ausnehmung 4 quaderförmig ausgebildet. Es sind jedoch
auch taschenartige Ausbildungen der Ausnehmung 4 denkbar,
die im Wesentlichen auch nur aus zwei Schalen bestehen können und
einen Hohlkörper
ausformen. Die Abdeckung 9 kann dabei die Reflexionsfläche 3 so
umfassen, dass eine Materiallage die Ausnehmung an der Umfangsfläche überdeckt,
so dass sich ein Hohlraum im Lichtleiter 2 ausbildet.
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Ferner
kann die Ausnehmung 4 mittels eines Elements der Abdeckung 6 gegenüber der
Umwelt abgeschlossen sein, um mittels einer definierten an der Reflexionsfläche 3 anliegenden
Atmosphäre,
die Reflexionsfläche 3 vor
Kondensation von Wasserdampf und Anlagerung von Verschmutzung zu
schützen.
Hierzu sind beispielsweise Pfropfen, Dichtungen, geschlossenporige
Schäume
oder auch ein Umspritzen der Ausnehmung in Schutzatmosphäre geeignet,
um die Ausnehmung 4 gegenüber der Umwelt abzuschließen. Dabei
kann z. B. die definierte Atmosphäre einen niedrigen Wasserdampfgehalt
als die umgebende Luft aufweisen, um so eine Kondensation auch bei
niedrigen Temperaturen zu vermeiden.
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Lichtleiter
werden meist in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Um die Gusswerkzeuge
kostengünstig
herzustellen, sind dabei Hinterschneidungen am Werkstück zu vermeiden.
Dazu würde
der Lichtleiter 2 nicht an der Wand 6 abgebrochen
werden, sondern die Kontur des Lichtleiters 2 würde bis zu
einer Werkzeugtrennflache 5 durchgezogen werden. Die durchgezogenen
Linien stellen hierbei einen gusstechnisch günstigeren Aufbau des Lichtleiters 2 dar.
Auf diese Weise können
die Werkzeuge für
das Spritzgussverfahren einfacher aufgebaut sein.
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In
einem zweiten Herstellungsschritt kann die Ausnehmung 4 ferner
mit Füllmaterial
versehen werden, das zumindest teilweise infrarotlichtsperrendes
Material aufweist. Dies hat den Vorteil, dass sich in der Ausnehmung 4 keinerlei
Verschmutzungen anlagern oder eine Kondensation von Wasserdampf
an der Reflexionsfläche 3 stattfinden
kann. Durch die Abdeckung der Reflexionsfläche 3 können auch
Verschmutzungen an der Reflexionsfläche 3, z. B. durch Berühren der
Reflexionsfläche 3 des
Monteurs beim Be- und Entladen der Spritzgussmaschine zwischen dem
Spritzguss des Lichtleiters 2 und dem Ausfüllen der
Ausnehmung 4, vermieden werden.
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Der
Lichtleiter 2 eignet sich zum Einsatz in Anwendungen in
denen Lichtstrahlen mittels Reflexionen an Grenzflächen weitergeleitet
werden. Insbesondere bieten sich Kamerasysteme oder Regensensoren
insbesondere von Kraftfahrzeugen an.
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2 zeigt
einen Regensensor mit einem erfindungsgemäßen Lichtleiter gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Der Regensensor weist dabei einen Lichtleiter 16, einen
Sender 10 und einen Empfänger 11 auf, wobei
der Sender 10 einen Infrarotlichtstrahl 12 emittiert.
Durch eine Messung der Intensität
des vom Sender emittierten Infrarotlichtstrahls 12 am Empfänger 11 kann
die Benetzung mit Niederschlag an einer Windschutzscheibe 15 mit
Hilfe einer nachgeschalteten, nicht dargestellten Auswerteeinheit
bestimmt werden. Die ermittelte Information kann dazu genutzt werden,
um eine Scheibenwischvorrichtung mittels eines Regel- oder Steuersystems entsprechend
dem Benetzungszustand der Windschutzscheibe 15 zu betätigen. Durch
einen Abfall der Intensität
des Infrarotlichtstrahls 12 durch Störungen bei der Reflexion an
der Grenzfläche
durch Verschmutzung wird das Sendersignal verfälscht und eine Regel- oder
Steuerung der Scheibenwischvorrichtung erschwert.
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Der
Infrarotlichtstrahl 12 tritt über eine am Sender 10 angeordnete
Eintrittsfläche 24 in
den Lichtleiter 16 ein. Aufgrund der Anordnung des Lichtleiters 16 wird
der Infrarotlichtstrahl 12 an einer ersten Grenzfläche 26 Luft/Lichtleiter 16 reflektiert. Durch
die Reflexion an der ersten Grenzfläche 26 wird der Infrarotlichtstrahl 12 im
Lichtleiter 16 weitergeleitet und tritt in die Windschutzscheibe 15 ein. Dort
wird er weitergeleitet, bis er auf eine äußere Windschutzscheibenfläche 27 trifft.
Da sich an dem Auftreffpunkt des Infrarotlichtstrahls 12 an
der äußeren Windschutzscheibenfläche 27 ein
erster Wassertropfen 13 befindet, wird der Infrarotlichtstrahl 12 nicht
totalreflektiert, sondern ein Teil des Infrarotlichtstrahls 12 tritt
in den ersten Wassertropfen 13 ein und wird dort zum Teil
gebrochen. Der gebrochene Anteil des Infrarotlichtstrahls 12 tritt
als ein gebrochener Infrarotlichtstrahl 14 aus dem ersten
Wassertropfen 13 aus. Der Austritt des gebrochenen Infrarotlichtstrahls 14 reduziert
die Intensität
des Infrarotlichtstrahls 12. Der Infrarotlichtstrahl 12 wird
nur dann gebrochen, wenn der Einfallswinkel des Infrarotlichtstrahls 12 größer 42° aber kleiner
62° vom
Lot weg gemessen ist. Ist der Einfallswinkel des Infrarotlichtstrahls 12 größer 62° so tritt
auch an der Grenzfläche
Windschutzscheibenfläche 27 und
Wassertropfen 13 eine Totalreflexion auf. Das ist jedoch
bei einem Regensensor unerwünscht,
da durch eine Totalreflexion am Wassertropfen 13, der Infrarotlichtstrahl 12 nicht
abgeschwächt
wird und somit keine Aussage über
den Benetzungszustand der Windschutzscheibe 15 getroffen
werden kann. Der reflektierte Anteil des Infrarotlichtstrahls 12 wird
weiter in der Windschutzscheibe 15 und dem Lichtleiter 16 durch
mehrmalige Reflexionen geführt.
Dabei trifft der Infrarotlichtstrahl 12 ein weiteres Mal
auf einen zweiten Wassertropfen 13, welcher ein weiteres
Mal die Intensität
des Infrarotlichtstrahls 12 reduziert.
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Der
durch Totalreflexionen an verschiedenen Grenzflächen durch die Windschutzscheibe 15 und den
Lichtleiter 16 geführte
Infrarotlichtstrahl 12 wird an einer Austrittsfläche 25 aus
dem Lichtleiter 16 zum Empfänger 11 geführt. Bei
den Reflexionen des Infrarotlichtstrahls 12 an den Grenzflächen 26 des
Lichtleiters 16 sind Störungen
des Infrarotlichtstrahls 12 unerwünscht. Störungen sind nur erwünscht an
der äußeren Windschutzscheibenfläche 27,
da diese eine Benetzung mit Niederschlag aufzeigen. Die Störungen an
den Grenzflächen 26 führen zu
einer Verfälschung
des Messsignals des Empfängers.
Deshalb sind die Grenzflächen 26 im
Bereich des Auftreffens des Infrarotlichtstrahls 12 mit
einer Ausnehmung 4 und einer Abdeckung 20 versehen,
welche die Grenzflächen 26 vor
Berührung
und Verschmutzung schützt.
Die Abdeckung 20 weist dabei einen kleineren Querschnitt
auf als die Abdeckung 9, wie in 1 gezeigt.
Bereiche der Grenzflächen 26,
die der Infrarotlichtstrahl 12 nicht bestrahlt, sind nicht
durch eine Ausnehmung 4 und einer Abdeckung 20 geschützt. An
der der Windschutzscheibe 15 gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters 16 wird
ebenso der Infrarotlichtstrahl 12 an einer Grenzfläche 26 reflektiert.
Um die Stelle vor Verschmutzung zu schützen, ist ebenso eine Abdeckung 20 und
eine Ausnehmung 4 dort angebracht.
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Die
Ausnehmungen 4 am Lichtleiter 16 können in
einem weiteren Schritt abgedichtet und verschlossen werden. Des
Weiteren ist es möglich,
den Lichtleiter 16 zum Schutz vor weiteren Einflüssen mit Material
zu umspritzen. Dabei sind die Reflexionsflächen vor Verschmutzung durch
den Monteur geschützt
durch die Abdeckungen 20 geschützt. Ein Einschluss von Schmutzpartikeln
während
des Umspritzens mit Material wird dadurch vermieden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung können die Grenzflächen 26 auch
konkav, konvex oder verrundet ausgebildet werden, um den Infrarotlichtstrahl 12 zu
brechen oder zu fokussieren. Wesentlich ist dabei nur, dass die
Grenzfläche 26,
an der der Infrarotlichtstrahl 12 reflektiert wird, durch
eine Abdeckung 20 geschützt
ist, welche in einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung einstückig mit
dem Lichtleiter 16 verbunden ist. Üblicherweise wird z. B. zwischen
der Sender- und der Empfängerdiode 10, 11 zwischen dem
Lichtleiter 16 und den Ein- bzw. Austrittsflächen 25, 26 jeweils
eine Linse in den Infrarotlichtstrahl 12, welche den Infrarotlichtstrahl 12 aufweitet
bzw. fokussiert. Diese Aufgaben könnten mittels einer geeigneten
Formgebung der Grenzflächen 26 ebenfalls übernommen
werden.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kamerasystems. Das Kamerasystem
weist einen Lichtleiter 38, eine Bildebene 31 und
eine Kameraebene 30 auf, welche um 90° zur Bildebene verdreht ist.
Die Bildebene 31 wird durch einen oberen Bildlichtstrahl 33 und
einen unteren Bildlichtstrahl 32 begrenzt. Die Bildlichtstrahlen 32, 33 treffen
nach Eintritt in den Lichtleiter 38 auf eine Reflexionsfläche 36 und
werden dort reflektiert. Die Reflexionsfläche 36 ist geschützt durch
die Ausnehmung 4, welche in einer bevorzugten Ausführungsform
nutförmig
in den Lichtleiter 38 ragt. Die Ausnehmung 4 wird
dabei abgedeckt von einer Abdeckung 37, die die Reflexionsfläche 36 vor
Verschmutzung und Berührung
schützt. Die
Abdeckung 37 ist dabei einstückig mit dem Lichtleiter 38 ausgeführt. Der
Lichtleiter 38 ist dabei in ähnlicher Art wie der Lichtleiter 2,
wie in 1 gezeigt, ausgeführt.
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Der
Lichtleiter 38 kann beispielsweise aus einem Material gefertigt
sein, welches zumindest teilweise Kunststoff oder Glas enthält. Der
obere Bildlichtstrahl 33 und der untere Bildlichtstrahl 32 werden an
der Reflexionsfläche 36 entsprechend
ihrer Einfallswinkel reflektiert und abgelenkt. Nach dem Austritt
aus dem Lichtleiter 38 treffen sie auf die Kameraebene 30.
Dabei kreuzen sich ein unterer reflektier ter Bildlichtstrahl 34 und
ein oberer reflektierter Bildlichtstrahl 35, so dass das
Bild der Bildebene 31 spiegelverkehrt auf die Kameraebene 30 trifft.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung kann das Bild der Bildebene 31 mittels
mehrerer Reflexionsfläche 36,
mehrerer Ausnehmungen 4 und mehrerer Abdeckungen 37 so
geführt
werden, wie es die baulichen Erfordernisse notwendig machen. Wesentlich
ist dabei, dass die Reflexionsflächen,
durch Ausnehmungen und korrespondierende Abdeckungen vor Verschmutzung,
Berührung
oder Kondensation geschützt
sind.