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Hintergrund
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Technisches Gebiet
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Das technische Gebiet betrifft eine Lichtquelle. Insbesondere betrifft das technische Gebiet eine blendfreie Lichtquelle.
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Stand der Technik
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Eine Lichtemissionsdiode (LED) ist eine Halbleitervorrichtung und ein Lichtemissionschip der LED ist hauptsächlich aus einer Verbindung gefertigt, die chemische Elemente der Gruppen III bis V enthält, wie etwa Galliumphosphid (GaP), Galliumarsenid (GaAs), und so weiter. Gemäß den Grundlagen der Lichtemission der LED wird elektrische Energie in Licht umgewandelt. Insbesondere, wird ein elektrischer Strom auf die Halbleiterverbindung angewendet, so dass Elektronen und Löcher in der Halbleiterverbindung der LED kombiniert werden, um überschüssige Energie in Form von Licht freizugeben. Da die LED Licht nicht durch thermische Emission oder elektrische Entladung emittiert, erreicht oder übertrifft die Lebensdauer der LED 100.000 Stunden. Außerdem weist die LED Vorteile einer schnellen Ansprechzeit, kompakter Größe, geringem Energieverbrauch, geringer Verschmutzung, hoher Zuverlässigkeit, Eignung zur Massenproduktion etc. auf. Daher ist die Anwendung der LED recht umfangreich, z. B. megagroße bzw. großflächige Außenanzeigetafeln, Ampeln, Mobiltelefone, Lichtquellen von Scanner und Faxgeräten, Beleuchtungsvorrichtungen, und so weiter.
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Zum Beispiel dienen LED-Lichtbalken bzw. LED-Lichtstäbe regelmäßig als Beleuchtungsvorrichtungen und jeder LED-Lichtstab kann ein gedruckte Schaltungsplatte (printed circuit board – PCB) und mehrere LED-Pakete bzw. LED-Bündel, die linear an bzw. auf der PCB angeordnet sind, umfassen bzw. einschließen. Vorausgesetzt, dass einige der LED-Pakete an der PCB kein Licht auf eine normale Weise emittieren können, können die resultierenden teilweisen dunklen Zonen den LED-Lichtstab außerstande setzten ein gleichmäßiges lineares Licht bereitzustellen. Zu diesem Zeitpunkt muss der gesamte LED-Stab ersetzt werden; daher ist die Lebensdauer des existierenden LED-Lichtstabs relativ kurz und die Wartungskosten des existierenden LED-Lichtstabs sind bedeutend.
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Im Hinblick auf die Designfehler der LED-Lichtstäbe wurde eine herkömmliche lineare Lichtquelle bzw. Linearlichtquelle vorgeschlagen, die eine Lichtleiterstange und LEDs, die an einem Ende der Lichtleiterstange gepackt sind, umfasst. Hier dient die Lichtleiterstange zum Führen bzw. Leiten von Licht, das von den LED-Paketen emittiert wurde, um so gleichmäßiges Licht zu liefern. Falls einige der LED-Pakete Licht nicht auf normale Weise emittieren können, kann das Licht, das von dem Lichtführungsstab mit geringer Helligkeit emittiert wird, trotzdem gleichmäßig sein. Außerdem muss während der Wartung der linearen Lichtquelle nicht die gesamte Lichtleiterstange sondern nur die funktionsgestörten LED-Pakete ersetzt werden und daher sind die Wartungskosten gering.
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Wie oben beschrieben wir das von den LED-Paketen bereitgestellte Licht bis zu einem gewissen Grad bzw. gewissermaßen gestreut und ein Benutzer ist daher fähig eine Blendung zu erfahren falls der Streuungsgrad des durch die LED-Pakete bereitgestellten Lichts nicht mehr gesteuert werden kann. Zum Beispiel wird die Lichtleiterstange durch Fließpressung bzw. Strangpressung gefertigt und daher ist die Lichtverteilung entlang der Erstreckungsrichtung bzw. Ausbreitungsrichtung der Lichtleiterstange eher gestreut, was wahrscheinlich ungewollte Blendung verursacht. Dementsprechend wurde ein essentielles Thema für Forscher wie der Streuungsgrad der linearen Lichtquelle vermindert und weiterhin das Blendungsproblem der linearen Lichtquelle gelöst werden kann.
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Zusammenfassung
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Die Offenbarung ist auf eine blendfreie Lichtquelle gerichtet, die ein Lichtmodulationselement aufweist, um die Blendung durch die Lichtquelle zu reduzieren.
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In einer exemplarischen Ausführungsform wird eine blendfreie Lichtquelle bereitgestellt, die eine lineare Lichtquelle und ein Lichtmodulationselement umfasst. Die lineare Lichtquelle ist geeignet, um Licht bereitzustellen, und das Lichtmodulationselement ist an einem Strahlenausbreitungsweg bzw. einer Ausbreitungsrichtung des Lichts angeordnet. Das Lichtmodulationselement umfasst mehrere parallele stabförmige Prismen. Die stabförmigen Prismen sind entlang einer Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle angeordnet. Eine Erstreckungsrichtung jedes der stabförmigen Prismen ist im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle, um so die Verteilung des Lichts entlang der Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle anzugleichen bzw. so dass die Verteilung des Lichts entlang der Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle zusammenläuft bzw. konvergiert.
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In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst die lineare Lichtquelle eine Lichtleiterstange und wenigstens eine Lichtquelle, die an wenigstens einem Ende der Lichtleiterstange angeordnet ist.
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In einer exemplarischen Ausführungsform reicht eine obere Ecke bzw. ein oberer Winkel jedes der stabförmigen Prismen von etwa 140 Grad bis etwa 150 Grad.
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In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst das Lichtmodulationselement weiterhin ein Substrat und die stabförmigen Prismen sind an dem Substrat angeordnet. Zum Beispiel sind das Substrat und die stabförmigen Prismen integral bzw. einstückig ausgebildet.
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In einer exemplarischen Ausführungsform kann eine blendfreie Lichtquelle eine lineare Lichtquelle umfassen und ein Lichtmodulationselement wird weiterhin bereitgestellt. Die lineare Lichtquelle ist geeignet, um Licht bereitzustellen, und das Lichtmodulationselement ist an einem Strahlenausbreitungsweg des Lichts angeordnet. Das Lichtmodulationselement umfasst mehrere parallele ringförmige Prismen, die entlang einer Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle angeordnet sind und jedes der ringförmigen Prismen umgibt die lineare Lichtquelle, um so die Verteilung des Lichts entlang der Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle anzugleichen.
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In einer exemplarischen Ausführungsform reicht ein oberer Winkel jedes der ringförmigen Prismen von etwa 140 Grad bis etwa 150 Grad.
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In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst das Lichtmodulationselement weiterhin eine Röhre, die lineare Lichtquelle ist in der Röhre angeordnet und die ringförmigen Prismen sind an einer Außenfläche der Röhre angeordnet. Zum Beispiel sind die Röhre und die ringförmigen Prismen integral bzw. einstückig ausgebildet.
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In der Offenbarung erlaubt das Lichtmodulationselement, das die stabförmigen oder ringförmigen Prismen umfasst, der Verteilung des Lichts entlang der Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle angeglichen zu werden und dadurch kann Blendung durch die Lichtquelle in der Offenbarung reduziert werden.
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Einige exemplarische Ausführungsformen, begleitet von Zeichnungen, werden unten detailliert beschrieben, um die Offenbarung im Detail weiter zu beschreiben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die begleitenden Zeichnungen sind umfasst, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen und sind eingearbeitet in und stellen eine Teil dieser Beschreibung dar. Die Zeichnungen stellen exemplarische Ausführungsformen dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erklären der Grundlagen der Offenbarung.
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine blendfreie Lichtquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung zeigt.
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2 ist eine schematische Ansicht, die eine blendfreie Lichtquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung zeigt.
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3A zeigt die Intensitätsverteilung einer linearen Lichtquelle.
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3B zeigt die Intensitätsverteilung der blendfreien Lichtquelle 100, die in 1 gezeigt wird.
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3C zeigt die Intensitätsverteilung der blendfreien Lichtquelle 200, die in 2 gezeigt wird.
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Detaliierte Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine blendfreie Lichtquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung zeigt. Mit Bezug auf 1 umfasst die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene blendfreie Lichtquelle 100 eine lineare Lichtquelle 110 und ein Lichtmodulationselement 120. Die lineare Lichtquelle 110 ist geeignet, um Licht L bereitzustellen, und das Lichtmodulationselement 120 ist an einem Strahlenausbreitungsweg des Lichts L angeordnet. Das Lichtmodulationselement 120 umfasst mehrere parallele stabförmige Prismen 122. Die stabförmigen Prismen 122 sind entlang einer Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 110 angeordnet. Eine Erstreckungsrichtung D2 jedes der stabförmigen Prismen 122 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 110, um so die Verteilung des Lichts L entlang der Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 110 anzugleichen bzw. so dass die Verteilung des Lichts L entlang der Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 110 zusammenläuft bzw. konvergiert. Die stabförmigen Prismen 122 erlauben der Verteilung des Lichts L nämlich an eine Ebene angeglichen zu werden, in der sich die Erstreckungsrichtung D1 und eine Achse z befinden.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene lineare Lichtquelle 110 eine Lichtleiterstange 112 und zwei Lichtquellen 114a und 114b. Die zwei Lichtquellen 114a und 114b sind jeweils an zwei Enden der Lichtleiterstange 112 angeordnet (d. h. das beidseitige Lichteinfallsdesign). Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform der Offenbarung kann die lineare Lichtquelle auch eine einzelne Lichtquelle umfassen, die an einem Ende der Lichtleiterstange angeordnet ist (d. h. das einseitige Lichteinfallsdesign). Die Konfiguration bzw. Anordnung der linearen Lichtquelle 110 ist in der Offenbarung nicht begrenzt und Fachleute können andere Typen von linearen Lichtquellen 110 verwenden.
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Der Abschnitt unten links von 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch die Lichtleiterstange 112 an der z-D2-Ebene zeigt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Lichtleiterstange 112 zum Beispiel durch Strangpressen gebildet. Im Einzelnen kann die Lichtleiterstange 112 durch Strangpressen von transparenten Materialien mit der gleichen Basis aber leicht unterschiedlicher Durchlässigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform gefertigt sein. Die Lichtleiterstange 112, die hier beschrieben ist, umfasst einen Lichtführungsabschnitt 112a und einen Reflektionsabschnitt 112b. Zum Beispiel kann die Lichtleiterstange 112 in dieser Ausführungsform durch Strangpressen von acrylsauren bzw. Acryl-Materialien mit und ohne dotierten, verstreuten Partikeln gefertigt sein. Nachdem der Strangpressprozess durchgeführt wurde, wird der Lichtführungsabschnitt 112a aus dem Acryl-Material ohne dotierte verstreute Partikel gefertigt, um so das Licht L effizient zu leiten; der Reflektionsabschnitt 112b wird aus dem Acryl-Material mit dotierten verstreuten Partikeln gefertigt, um das Licht so zu reflektieren oder zu streuen. Dabei kann das Licht L entlang einer spezifischen Richtung emittiert werden.
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Wie in 1 gezeigt, weist jedes der stabförmigen Prismen 122 einen oberen Winkel α auf, der exemplarisch von etwa 140 Grad bis etwa 150 Grad reicht, so dass die Verteilung des Lichts L an eine Ebene angeglichen werden kann, in der sich die Erstreckungsrichtung D1 und eine Achse z befinden.
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Zusätzlich zu den stabförmigen Prismen 122 kann das Lichtmodulationselement 120 weiterhin ein Substrat 124 umfassen und die stabförmigen Prismen 122 sind an dem Substrat 124 angeordnet. Die Herstellung der stabförmigen Prismen 122 an dem Substrat 124 ist dem Fertigen des Lichtmodulationselements 120 dienlich. In der vorliegenden Ausführungsform werden das Substrat 124 und die stabförmigen Prismen 122 zum Beispiel durch einen Spritzgussformungsprozess gebildet. Das heißt, das Substrat 124 und die stabförmigen Prismen 122 werden integral bzw. einstückig geformt. Das Material und die Art des Bildens des Substrats 124 und der stabförmigen Prismen 122 werden sicherlich nicht in der Offenbarung begrenzt und Fachleute können das Material und die Art des Bildens des Substrats 124 und der stabförmigen Prismen 122 (z. B. Strangpressen) basierend auf tatsächlichen Designanforderungen ändern.
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Zusätzlich kann das hier beschriebene Substrat 124 nicht nur ein flaches Brett bzw. eine flache Platte sondern auch ein gebogenes Substrat sein; das Strukturprofil des Substrats 124 ist in der Offenbarung nicht begrenzt.
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Zweite Ausführungsform
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2 ist eine schematische Ansicht, die eine blendfreie Lichtquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung zeigt. Mit Bezug auf 2 umfasst die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene blendfreie Lichtquelle 200 eine lineare Lichtquelle 210 und ein Lichtmodulationselement 220. Die lineare Lichtquelle 210 ist geeignet, um Licht L bereitzustellen, und das Lichtmodulationselement 220 ist an einem Strahlenausbreitungsweg des Lichts L angeordnet. Das Lichtmodulationselement 220 umfasst mehrere parallele ringförmige Prismen 222, die entlang einer Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 210 angeordnet sind und jedes der ringförmigen Prismen 222 umgibt die lineare Lichtquelle 210, um so die Verteilung des Lichts L entlang der Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 210 anzugleichen bzw. so dass die Verteilung des Lichts L entlang der Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 210 zusammenläuft bzw. konvergiert.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene lineare Lichtquelle 210 eine Lichtleiterstange 212 und zwei Lichtquellen 214a und 214b. Die zwei Lichtquellen 214a und 214b sind jeweils an zwei Enden der Lichtleiterstange 212 angeordnet (d. h. das beidseitige Lichteinfallsdesign). Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform der Offenbarung kann die lineare Lichtquelle auch eine einzelne Lichtquelle umfassen, die an einem Ende der Lichtleiterstange angeordnet ist (d. h. das einseitige Lichteinfallsdesign). Die Anordnung der linearen Lichtquelle 210 ist in der Offenbarung nicht begrenzt und Fachleute können andere Typen von linearen Lichtquellen 210 verwenden.
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Der Abschnitt unten links von 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch die Lichtleiterstange 212 an der z-D2-Ebene zeigt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Lichtleiterstange 212 zum Beispiel durch Strangpressen gebildet. Im Einzelnen kann die Lichtleiterstange 212 durch Strangpressen von transparenten Materialien mit der gleichen Basis aber leicht unterschiedlicher Durchlässigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform gefertigt sein. Die Lichtleiterstange 212, die hier beschrieben ist, umfasst einen Lichtführungsabschnitt 212a und einen Reflektionsabschnitt 212b. Zum Beispiel kann die Lichtleiterstange 212 in dieser Ausführungsform durch Strangpressen von acrylsauren bzw. Acryl-Materialien mit und ohne dotierten, verstreuten Partikeln gefertigt sein. Nachdem der Strangpressprozess durchgeführt wurde, wird der Lichtführungsabschnitt 212a aus dem Acryl-Material ohne dotierte verstreute Partikel gefertigt, um so das Licht L effizient zu leiten; der Reflektionsabschnitt 212b wird aus dem Acryl-Material mit dotierten verstreuten Partikeln gefertigt, um das Licht so zu reflektieren oder zu streuen. Dabei kann das Licht L entlang einer spezifischen Richtung emittiert werden.
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Wie in 2 gezeigt, weist jedes der ringförmigen Prismen 222 einen oberen Winkel α auf, der exemplarisch von etwa 140 Grad bis etwa 150 Grad reicht, so dass die Verteilung des Lichts L an die Erstreckungsrichtung D1 der linearen Lichtquelle 210 angeglichen werden kann.
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Zusätzlich zu den ringförmigen Prismen 222 kann das Lichtmodulationselement 220 weiterhin eine Röhre 224 umfassen, die lineare Lichtquelle 210 ist in der Röhre 224 angeordnet und die ringförmigen Prismen 222 sind an einer Außenfläche der Röhre 224 angeordnet. Im Besonderen ist die Lichtleiterstange 212 der linearen Lichtquelle 210 beispielsweise in die Röhre 224 zusammengeschoben bzw. teleskopiert. Die Röhre 224 ist nämlich um die Lichtleiterstange 212 der linearen Lichtquelle 210 herum angeordnet.
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Die Röhr 224 und die ringförmigen Prismen 222 sind beispielsweise integral gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform werden das Substrat 224 und die ringförmigen Prismen 222 zum Beispiel durch einen Spritzgussformungsprozess gebildet. Das heißt, das Substrat 224 und die ringförmigen Prismen 222 werden integral geformt. Das Material und die Art des Bildens des Substrats 224 und der ringförmigen Prismen 222 werden sicherlich nicht in der Offenbarung begrenzt und Fachleute können das Material und die Art des Bildens des Substrats 224 und der ringförmigen Prismen 222 basierend auf tatsächlichen Designanforderungen ändern.
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Experimentelles Beispiel
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3A zeigt die Intensitätsverteilung einer linearen Lichtquelle. 3B zeigt die Intensitätsverteilung der blendfreien Lichtquelle 100, die in 1 gezeigt wird. 3B zeigt die Intensitätsverteilung der blendfreien Lichtquelle 200, die in 2 gezeigt wird. Mit Bezug auf 3A bis 3C zeigt die Kurve A die Verteilung von Licht auf der Ebene an, in der sich die Erstreckungsrichtung D1 und die Achse z befinden und die Kurve B zeigt die Verteilung von Licht auf der Ebene an, in der sich die Erstreckungsrichtung D2 und die Achse z befinden. Aus Kurve A der 3A kann man erkennen, dass die Verteilung von Licht auf der Ebene, in der sich die Erstreckungsrichtung D1 und die Achse z befinden, relativ zerstreut ist, vorausgesetzt, dass kein Lichtmodulationselement angewendet wird. Daher tritt wahrscheinlich Blendung auf. Dagegen, wie in Kurve A der 3B gezeigt, läuft die Verteilung des Lichts auf der Ebene, in der sich die Erstreckungsrichtung D2 und die Achse z befinden, relativ zusammen bzw. konvergiert bzw. gleicht sich an, vorausgesetzt, dass das in der ersten Ausführungsform beschriebene Lichtmodulationselement 120 angewendet wird. Daher neigt Blendung nicht dazu aufzutreten. Gleichermaßen, wie in Kurve A der 3C gezeigt, läuft die Verteilung des Lichts auf der Ebene, in der sich die Erstreckungsrichtung D1 und die Achse z befinden, relativ zusammen bzw. gleicht sich an, vorausgesetzt, dass das in der zweiten Ausführungsform beschriebene Lichtmodulationselement 220 angewendet wird. Daher neigt Blendung nicht dazu aufzutreten.
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In der Offenbarung erlaubt das Lichtmodulationselement, das die stabförmigen Prismen oder die ringförmigen Prismen umfasst, der Verteilung des Lichts entlang der Erstreckungsrichtung der linearen Lichtquelle angeglichen zu werden und dadurch kann Blendung durch die Lichtquelle in der Offenbarung reduziert werden.
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Es wird für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Struktur der offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich oder das Wesen der Offenbarung zu verlassen. Hinsichtlich des Vorangegangenen ist es beabsichtigt, dass die Offenbarung Modifikationen und Variationen dieser Offenbarung überdeckt, falls sie in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
