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Die
Erfindung betrifft ein Anzeigegerät, insbesondere eine
Mehrfaserlichtleiter-Beleuchtungseinrichtung, insbesondere für
ein Head-Up-Display, das zum Einsatz in einem Transportmittel, etwa
einem Kraftfahrzeug bestimmt ist.
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Head-Up-Displays
sind in vielfältigen Ausgestaltungen am Markt vorhanden
und werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um dem Fahrer
graphische Informationen in seinen Sichtbereich einzublenden.
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Es
sind aus den Druckschriften
DE
44 42 347 C2 und
WO 2007/085242 A2 ferner auch Faserlichtleiter
für unterschiedliche Anwendungszwecke bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Anzeigegerät, insbesondere für
Fahrzeuge, zu schaffen, bei dem eine variable Positionierung der
Lichtquelle – insbesondere von Hochleistungs-LED-Modulen – möglich
ist und somit eine erhöhte Flexibilität bei der Konzeption
des Anzeigegeräts sowie eine besser Bauraumoptimierung
erzielt werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Anzeigegerät, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, mit einer erstes Licht abstrahlenden
ersten Lichtquelle und mit einer zweites Licht abstrahlenden zweiten
Lichtquelle sowie mit einem Mittel zur Bilderzeugung, wobei das Anzeigegerät
einen zwischen den Lichtquellen einerseits und dem Mittel zur Bilderzeugung
andererseits angeordneten Lichtwellenleiter aufweist, wobei das erste
und zweite Licht das Mittel zur Bilderzeugung durchstrahlt, wobei
der Lichtwellenleiter wenigstens einen Eingang und einen Ausgang
aufweist, wobei am Ausgang über die Querschnittsfläche
des Lichtwellenleiters verteilt erstes und zweites Licht gegenüber
dem wenigstens einen Eingang des Lichtwellenleiters zum Austritt
in geänderter räumlicher Anordnung vorgesehen
ist.
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Es
ist hierdurch in vorteilhafter Weise möglich, dass das
von zwei Lichtquellen ausgehende erste und zweite Licht auf der
Austrittsseite bzw. dem Ausgang des Lichtwellenleiters derart (räumlich)
gemischt wird, dass ausgangsseitig des Lichtwellenleiters für
einen Betrachter der Eindruck einer homogenen Lichtquelle entsteht.
Beim erfindungsgemäßen Aufbau des Anzeigegeräts
ist es – neben einer quasi beliebigen Positionierbarkeit
der Lichtquellen relativ zum Ausgang des Lichtwellenleiters – ferner
auch vorteilhaft, dass am Ausgang des Lichtwellenleiters eine höhere
räumliche Konzentration des Lichtaustritts erzielt werden
kann, als wenn alle den Lichtwellenleiter speisenden Lichtquellen
am Ort des Ausgangs des Lichtwellenleiters angeordnet wären.
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Besonders
bevorzugt ist es erfindungsgemäß, dass der Lichtwellenleiter
aus einer Vielzahl einzelner Fasern, insbesondere einzelnen Glasfasern
oder einzelnen Kunststofffasern, gebildet ist. Hierdurch kann eine
besonders wenig verlustbehaftete Übertragung des Lichts
vom Eingang des Lichtwellenleiters (bzw. von der Mehrzahl von Eingängen des
Lichtwellenleiters) zum Ausgang des Lichtwellenleiters realisiert
werden.
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Erfindungsgemäß ist
es weiterhin von Vorteil, dass Mehrzahlen von Fasern Gruppen ausbilden,
bei denen die Fasern jeweils einer Gruppe am Eingang des Lichtwellenleiters
benachbart zueinander liegen und am Ausgang des Lichtwellenleiters über
die Querschnittsfläche des Lichtwellenleiters verteilt,
insbesondere gleichmäßig oder statistisch oder
zufällig verteilt, angeordnet sind. Es ist hierdurch beispielsweise
möglich, dass bei Verwendung (am Eingang des Lichtwellenleiters)
von Lichtquellen, die in verschiedenen Farben abstrahlen, trotzdem am
Ausgang eine über dessen Querschnittsfläche derart
(räumliche) vermischte Anordnung der verschiedenfarbiges
Licht transportierenden Fasern zu realisieren, dass am Ausgang der
Eindruck einer Mischfarbe vorherrscht.
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Erfindungsgemäß ist
es ferner bevorzugt, dass die erste Lichtquelle wenigstens eine
Leuchtdiode ist und dass die zweite Lichtquelle wenigstens eine
Leuchtdiode ist. Hierdurch kann die Lichterzeugung besonders energieeffizient
gestaltet werden. Insbesondere ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass
die erste und zweite Lichtquelle auf einer gemeinsamen Trägerstruktur,
insbesondere einem Cluster, angeordnet sind. Es handelt sich dabei
beispielsweise um eine LED-Einheit bzw. ein LED-Modul, welches eine
Mehrzahl von Hochleistungs-Leuchtdioden aufweist, d. h. die erste
und zweite Lichtquelle befinden sich in diesem Fall in räumlicher
Nähe und es ist erfindungsgemäß möglich,
dass der Lichtwellenleiter lediglich einen Eingang aufweist.
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Erfindungsgemäß ist
es ebenfalls bevorzugt, dass die erste und zweite Lichtquelle auf
unterschiedlichen Trägerstrukturen angeordnet sind. In diesem
Fall sind die Lichtquellen nicht mehr (zumindest nicht mehr notwendigerweise)
derart in räumlicher Nähe angeordnet, dass ein
einziger Eingang des Lichtwellenleiters sinnvoll (d. h. ohne zu
große Verluste bei der Einkoppelung des Lichts in den Lichtwellenleiter
in Kauf nehmen zu müssen) zur Lichteinkoppelung von den
unterschiedlichen Trägerstrukturen vorgesehen sein kann.
Daher weist der Lichtwellenleiter bei einer solchen Konfiguration
wenigstens zwei Eingänge auf.
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Erfindungsgemäß ist
es ferner bevorzugt, dass die Trägerstruktur mit dem Eingang
des Lichtwellenleiters unter Verwendung eines optischen Klebers
verbunden ist oder dass die Mehrzahl von Trägerstrukturen
mit der Mehrzahl von Eingängen des Lichtwellenleiters unter
Verwendung eines optischen Klebers verbunden sind. Hierdurch kann
die Anbindung zwischen der Trägerstruktur und dem Eingang bzw.
den Eingängen des Lichtwellenleiters in besonders einfacher
und effizienter Weise gestaltet werden.
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Weiterhin
ist es erfindungsgemäß auch bevorzugt, dass die
Querschnittsfläche des Eingangs des Lichtwellenleiters
an die Abstrahlfläche der ersten Lichtquelle oder an die
Abstrahlfläche der zweiten Lichtquelle angepasst ist und
insbesondere eine quadratische oder rechteckige Form aufweist. Es
kann hierdurch die Lichttransportkapazität des Lichtwellenleiters
weiter verbessert werden.
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Ferner
ist es erfindungsgemäß insbesondere zusätzlich
bevorzugt, dass die Ausgangsquerschnittsfläche des Lichtwellenleiters
an ein dem Lichtwellenleiter nachgeordnetes optisches Element, insbesondere
eine Linse, angepasst ist, insbesondere eine quadratische oder rechteckige
Form mit gegebenenfalls einem bestimmten Seitenverhältnis
aufweist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass die Ausleuchtung
des nachgeordneten Mittels zur Bilderzeugung (bzw. der nachgeordneten
Anzeigeeinrichtung) homogener erfolgen kann.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung
eines erfindungsgemäßen Anzeigegeräts
als Head-up Display, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei
ein Bild auf eine teiltransparente Fläche, insbesondere
eine Windschutzscheibe, projiziert wird. Insbesondere bei einer
solchen Verwendung des erfindungsgemäßen Anzeigegeräts
ist es besonders bevorzugt, dass dem Mittel zur Bilderzeugung eine
Projektionseinrichtung zugeordnet ist, wobei das Mittel zur Bilderzeugung insbesondere
eine Durchlicht-Anzeigeeinrichtung ist.
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Die
Figuren stellen beispielhaft und schematisch verschiedene Ausführungen
der Erfindung dar.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Anzeigegeräts;
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2 ein
bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Anzeigegerät
verwendetes Leuchtdioden-Modul, in schematischer Darstellung;
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3 eine
erste LED-Konfiguration für eine zweifarbige Beleuchtung;
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4 eine
zweite LED-Konfiguration für eine zweifarbige Beleuchtung;
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5 eine
erste LED-Konfiguration für eine dreifarbige Beleuchtung;
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6 eine
zweite LED-Konfiguration für eine dreifarbige Beleuchtung;
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7 eine
schematische Darstellung verschiedener Konfigurationen des erfindungsgemäßen Anzeigegeräts.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Beleuchtungseinheit 1 bzw. eines erfindungsgemäßen
Anzeigegeräts 30 umfassend Mehrfaserlichtleiter
sowie zwei Ostar®-Module des Unternehmens Osram
Opto Semiconductors GmbH mit Sitz in Regensburg, Deutschland.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Beleuchtungseinheit 1 bzw.
das Anzeigegerät 30 ein erstes Ostar-Modul 2 und
ein zweites Ostar-Modul 2'. Die Ostar-Module entsprechen Leuchtdiodenmodulen
bzw. LED-Modulen, welche wenigstens zwei Leuchtdioden auf einer
gemeinsamen Trägerstruktur aufweisen. An einer mit dem
ersten Ostar-Modul 2 verbundenen ersten Lichtkoppeloptik 3 (Primäroptik)
setzt ein erster Faserlichtleiter 35 an. An einer mit dem
zweiten Ostar-Modul 2' verbundenen zweiten Lichtkoppeloptik 3' (Primäroptik) setzt
ein zweiter Faserlichtleiter 35 an. Charakteristisch für
das optische Ereignis an einem ersten Ort 5 sind gemischte
Farben und insbesondere dass die Winkelverteilung gleich ist wie
beim Ostar-Modul mit einer Primäroptik. Charakteristisch
für das optische Ereignis an einem zweiten Ort 5' sind
gemischte Farben und dass die Winkelverteilung gleich ist wie beim Ostar-Modul
mit Primäroptik. Die Beleuchtungseinheit 1 bzw.
das Anzeigegerät umfasst ferner eine erste Sekundäroptik 6 und
eine zweite Sekundäroptik 6'.
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Homogenes
mischfarbiges Licht 7, dessen Strahlen durch die parallel
zueinander angeordnete Pfeile P1, P2. P3... P20 veranschaulicht
sind, breitet sich in einem Raumbereich neben der den Faserlichtleitern 35 abgewandten
Seiten der beide Sekundäroptiken 6, 6' von
den Sekundäroptiken 6, 6' weg in den
Raum aus. Die Anzahl der Faserlichtleiter 35 (und damit
auch die Anzahl der Enden 8, 8' der Faserlichtleiter 35)
hängt von dem zu beleuchtenden Bereich ab.
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Betriebsmodus der Lichtleiterbeleuchtung:
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Der
Lichtleiter 35 kann direkt über einen (beispielsweise
Silizium-basierten) optischen Klebstoff mit der LED (Light Emitting
Diode) verklebt werden. Mit dieser Strategie ist es möglich,
die Verluste während des Koppelprozesses vergleichsweise
sehr gering zu halten.
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Beispielweise
ist zwischen der Lichtquelle und dem Faserlichtleiter eine Linse
(Lichtkoppeloptik) angeordnet, um das Licht zu kollimieren und die Effizienz
der Lichtkopplung zu erhöhen.
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Selbstverständlich
beschränken sich die Lichtquellen nicht auf Ostar- Vorrichtungen.
Auch jede andere Art von Hochleistungs-LEDLichtquellen ist grundsätzlich
geeignet.
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Um
eine homogene Mischung des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichtes
zu erreichen, ist es erforderlich, die Fasern im Lichtleiter in
einem zufälligen oder regellosen Muster (random pattem)
oder auch in einem regelmäßigen Muster anzuordnen. Ferner
ist es wichtig, nicht die Regel der Totalreflexion zu verletzen,
indem die Faserrichtung des Lichtleiters 35 zu schnell
geändert wird. In diesem Fall würde das Licht
an der betreffenden Stelle aus dem Lichtleiter 35 austreten
und für das optische System ohne Nutzen sein. Dieses Licht
würde in Streulicht gewandelt werden.
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Das
Ende des Lichtleiters ist vor dem optischen System positioniert
und wirkt wie eine wirkliche Lichtquelle mit den gleichen Winkeleigenschaften wie
die original Ostar-LED jedoch mit homogen gemischter Farbe.
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Aufgrund
der Flexibilität eines Faserlichtleiters ist es möglich,
die Ostar-LED-Module nahezu überall im Gehäuse
des Head-Up-Displays anzuordnen und das Licht zum Eingang des Linsensystems zu „führen”.
Aufgrund der Tatsache, dass der Lichtleiter bereits die Farben der
Ostar-LED (nur Zwei-Farben-Chip-Version) mischt, ist das Neigen
des gebildeten Lichtbündels mit dichroitischen Spiegeln
nicht mehr erforderlich.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung ein bei der erfindungsgemäß ausgestalteten
Beleuchtungseinheit 1 bzw. dem Anzeigegerät 30 verwendetes
Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul 9.
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7 zeigt
in schematischer Darstellung zwei verschiedenen Konfigurationen
eines erfindungsgemäßen Anzeigegeräts 30.
Das Anzeigegerät 30 weist in beiden Konfigurationen
eine erste Lichtquelle 31 und eine zweite Lichtquelle 32 auf.
Die erste Lichtquelle 31 strahlt erstes Licht 31' ab,
insbesondere Licht einer ersten Farbe. Die zweite Lichtquelle 32 strahlt
zweites Licht 32' ab, insbesondere Licht einer zweiten
Farbe. Es können erfindungsgemäß auch
mehr als zwei Farben verwendet werden. Unter ”Farben” ist
in diesem Zusammenhang auch zu verstehen, dass beispielsweise gleiches
oder ähnliches weißes Licht verwendet wird. Das
Anzeigegerät 30 weist ferner ein Mittel zur Bilderzeugung 40 und
einen Lichtwellenleiter 35 auf. Der Lichtwellenleiter 35 weist
einen Eingang 34 und einen Ausgang 36 auf. Der
Lichtwellenleiter 35 ist nun so konfiguriert, dass am Ausgang 36 über
die Querschnittsfläche 36' des Lichtwellenleiters 35 verteilt
sowohl erstes Licht 31' als auch zweites Licht 32' (gemischt)
austritt, obwohl am Eingang 34 des Lichtwellenleiters das
erste und zweite Licht beispielsweise in verschiedenen Bereichen
der Eingangsquerschnittsfläche 34' eingekoppelt
wird. Zwischen dem Ausgang 36 und dem Mittel zur Bilderzeugung 40 kann
insbesondere ein optisches Element 39 wie eine Linse oder
dergleichen angeordnet sein.
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In
einer im oberen Bereich der 7 abgebildeten
ersten Konfiguration des erfindungsgemäßen Anzeigegeräts
sind die Lichtquellen 31, 32 auf einer Trägerstruktur 9 angeordnet.
Der Lichtwellenleiter 35 weist lediglich einen Eingang 34 auf,
der zur Einkoppelung sowohl des ersten Lichts 31' (von
der ersten Lichtquelle 31) als auch zur Einkoppelung des zweiten
Lichts 32' (von der zweiten Lichtquelle 32) vorgesehen
ist. Dies ist deshalb möglich, weil sich die Lichtquellen
in räumlicher Nähe befinden. In einer im unteren
Bereich der 7 abgebildeten zweiten Konfiguration
des erfindungsgemäßen Anzeigegeräts sind
die Lichtquellen 31, 32 auf zwei verschiedenen
Trägerstrukturen 9 und damit räumlich
nicht in der Nähe angeordnet. Der Lichtwellenleiter 35 weist daher
zwei Eingänge 34 auf, die zur Einkoppelung des
ersten Lichts 31' (von der ersten Lichtquelle 31) bzw.
zur Einkoppelung des zweiten Lichts 32' (von der zweiten
Lichtquelle 32) vorgesehen sind. Erfindungsgemäß können
jedoch auch Lichtwellenleiter 35 Verwendung finden, die
beispielsweise drei Eingänge 34 oder mehr als
drei Eingänge 34 aufweisen.
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Die 3 bis 6 zeigen
Beispiele für mögliche OSTAR-Modul-Konfigurationen.
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Bei
der in 3 in schematischer Darstellung gezeigten ersten
Konfiguration K11 von LEDs für eine zweifarbige Beleuchtung,
beispielsweise eine R-G (Rot/Grün)-Beleuchtung sind die
LEDs in zwei erste Gruppen (die im folgenden rein zur Unterscheidung
von anderen Gruppen als RG-Gruppe bezeichnet werden) von jeweils
vier LEDs der gleichen Farbe angeordnet, nämlich in eine
linke erste RG-Gruppe 11L, von vier roten LEDs und eine
rechte erste RG-Gruppe 11R von vier grünen LEDs.
Der Lichtwellenleiter 35 für eine solche Konfiguration
hat jeweils einen Eingang 34 für jede der ersten RG-Gruppen
von LEDs aufweisen.
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Auch
die in 4 in schematischer Darstellung gezeigte zweite
Konfiguration K12 von LEDs für eine zweifarbige Beleuchtung,
beispielsweise eine R-G-Beleuchtung umfasst vier rote und vier grüne LEDs.
Die LEDs sind in zwei zweite RG-Gruppen 12L, 12R von
jeweils vier LEDs angeordnet. Von den vier schachbrettartig angeordneten
LEDs derselben zweiten RG-Gruppe 12L, 12R weisen
die diagonal zueinander angeordneten LEDs jeweils die gleiche Farbe
auf, wobei sich die Farben von auf unterschiedlichen Diagonalen
derselben zweiten RG-Gruppe 12L, 12R angeordneten
LEDs voneinander unterscheiden. Der Lichtwellenleiter 35 für
eine solche Konfiguration hat jeweils einen Eingang 34 für jede
der zweiten RG-Gruppen von LEDs aufweisen.
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Bei
der in 5 in schematischer Darstellung gezeigten ersten
Konfiguration K21 von LEDs für eine dreifarbige Beleuchtung,
beispielsweise eine RGB-(Rot/Grün/Blau)-Beleuchtung, sind
die LEDs in drei erste RGB-Gruppen (die hier ebenfalls rein zur Unterscheidung
von anderen Gruppen als RGB-Gruppe bezeichnet werden) von jeweils
vier LEDs der gleichen Farbe angeordnet, nämlich in eine linke
erste RGBGruppe 21L von vier roten LEDs, eine mittlere
erste RGB-Gruppe 21M von vier grünen LEDs und
eine rechte erste RGB-Gruppe 21R von vier blauen LEDs.
Der Lichtwellenleiter 35 für eine solche Konfiguration
hat jeweils einen Eingang 34 für jede der ersten
RGB-Gruppen von LEDs aufweisen.
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Auch
die in 6 in schematischer Darstellung gezeigte zweite
Konfiguration K22 von LEDs für eine dreifarbige Beleuchtung,
beispielsweise eine RGB-Beleuchtung, umfasst vier rote, vier grüne
und vier blaue LEDs. Die LEDs sind in drei zweite RGB-Gruppen 22L, 22M, 22R von
jeweils vier LEDs angeordnet. Von den vier schachbrettartig angeordneten
LEDs derselben zweiten RGB-Gruppe 22L, 22M, 22R weisen
die diagonal zueinander angeordneten LEDs jeweils die gleiche Farbe
auf, wobei sich die Farben von auf unterschiedlichen Diagonalen derselben
zweiten RGB-Gruppe 22L, 22M, 22R angeordneten
LEDs voneinander unterscheiden. Der Lichtwellenleiter 35 für
eine solche Konfiguration hat jeweils einen Eingang 34 für
jede der zweiten RGB-Gruppen von LEDs aufweisen.
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Die
Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf, von denen einige im Folgenden
genannt werden:
- – Die Erfindung erlaubt
variable Positionierungsmöglichkeiten für die
LED-Module bzw. die Trägerstrukturen 9.
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Die
Erfindung ermöglicht eine nahezu perfekte Mischung von
Farben am Ausgang 36 des Lichtwellenleiters 35.
Die Erfindung erlaubt es ferner, auf dichroitische Spiegel zu verzichten.
Es ist erfindungsgemäß möglich, das gleiche
Hauptsystem für Vier- und Sechs-Chip-Module zu verwenden.
Weiterhin besteht die Möglichkeit von verschiedenen Konfigurationen
von Farbmischungen (insbesondere für Zwei-Farben-Chip-Version)
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- 1
- Beleuchtungseinheit
- 2
- erstes
Ostar®-Modul
- 2'
- zweites
Ostar®-Modul
- 3
- erste
Lichtkoppeloptik
- 3'
- zweite
Lichtkoppeloptik
- 5
- erster
Ort
- 5'
- zweiter
Ort
- 6
- erste
Sekundäroptik
- 6'
- zweite
Sekundäroptik
- 7
- homogenes
mischfarbiges Licht
- 8,
8'
- Enden
(der Faserlichtleiter)
- 9
- Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul
- 11L
- linke
erste RG-Gruppe
- 11R
- rechte
erste RG-Gruppe
- 12L,
12R
- zweite
RG-Gruppen
- 21L
- linke
erste RGB-Gruppe
- 21M
- mittlere
erste RGB-Gruppe
- 21R
- rechte
erste RGB-Gruppe
- 22L,
22M, 22R
- zweite
RGB-Gruppen
- K11
- erste
Konfiguration LEDs für die R-G-Beleuchtung
- K12
- zweite
Konfiguration von LEDs für die R-G-Beleuchtung
- K21
- erste
Konfiguration von LEDs für die RGB-Beleuchtung
- K22
- zweite
Konfiguration von LEDs für die RGB-Beleuchtung
- P1,
...P20
- Strahlen
des homogenen mischfarbigen Lichts
- 30
- Anzeigegerät
- 31
- erste
Lichtquelle
- 31'
- erstes
Licht
- 32
- zweite
Lichtquelle
- 32'
- zweites
Licht
- 34
- Eingang
des Lichtleiters
- 34'
- Eingangsquerschnittsfläche
des Lichtleiters
- 35
- Lichtwellenleiter,
erster/zweiter Faserlichtleiter
- 36
- Ausgang
des Lichtleiters
- 36'
- Ausgangsquerschnittsfläche
des Lichtleiters
- 40
- Mittel
zur Bilderzeugung/Anzeigeeinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4442347
C2 [0003]
- - WO 2007/085242 A2 [0003]