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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs, mit einer Lichtquelle zum Aussenden einer Primärstrahlung, welche eine erste Wellenlängenverteilung aufweist, mit einem Konverterelement zum Wandeln der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung, welche eine zweite Wellenlängenverteilung aufweist, und mit einer Ablenkeinrichtung, welche ein Reflektorelement zum Reflektieren der Sekundärstrahlung aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Scheinwerfer mit einer solchen Beleuchtungsvorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Scheinwerfer. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs.
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Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Beleuchtungsvorrichtungen für Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Aus dem Stand der Technik sind Beleuchtungsvorrichtungen bekannt, welche eine Lichtquelle zum Aussenden einer Primärstrahlung aufweisen. Diese Lichtquelle kann beispielsweise einen Laser oder Laserdioden umfassen, mit dem als die Primärstrahlung Licht im blauen Wellenlängenbereich ausgesendet wird. Diese Primärstrahlung kann mit einem Konverterelement in eine Sekundärstrahlung, welche eine zweite Wellenlängenverteilung aufweist, gewandelt werden. Als die Sekundärstrahlung kann beispielsweise weißes Licht bereitgestellt werden. Zudem können derartige Beleuchtungsvorrichtungen ein Reflektorelement beziehungsweise einen Reflektor zum Reflektieren der Sekundärstrahlung aufweisen. Somit kann eine entsprechende Lichtverteilung vor dem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden.
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Da bei einem Defekt beziehungsweise Ausfall des Konverterelements die Primärstrahlung des Lasers üblicherweise eine Gefährdung für Lebewesen darstellen kann, wurden unterschiedliche Sicherheitskonzepte entwickelt. Ein Sicherheitskonzept sieht beispielsweise eine sogenannte Strahlenfalle vor, die in die Ablenkeinrichtung beziehungsweise das Reflektorelement integriert ist. Im Falle eines Defekts des Konverterelements trifft nicht mehr die konvertierte, diffuse Sekundärstrahlung auf das Reflektorelement, sondern die kurzwellige Primärstrahlung des Lasers. Da diese Primärstrahlung üblicherweise stark gebündelt ist, kann die Strahlenfalle so positioniert werden, dass sie die Laserstrahlung beziehungsweise Primärstrahlung in ihrem Auftreffpunkt unschädlich macht. Somit kann die Primärstrahlung bei einem Defekt des Konverterelements mit der Strahlenfalle vollständig absorbiert werden.
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Im Normalbetrieb der Beleuchtungsvorrichtung ergibt sich allerdings der Nachteil, dass die Sekundärstrahlung im Bereich der Strahlenfalle nicht reflektiert wird und somit nicht zur Lichtverteilung des Scheinwerfers beiträgt. Damit kann sich dauerhaft ein Verlust der Strahlungsintensität ergeben, die von dem Scheinwerfer bereitgestellt wird.
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Hierzu beschreibt die
AT 512 588 A1 ein Lichtquellenmodul für einen Fahrzeugscheinwerfer, wobei das Lichtquellenmodul zumindest eine Laserlichtquelle und zumindest ein durch Beleuchtung mit Laserlicht zur Erstrahlung von sichtbarem Licht anregbares Leuchtelement aufweist. Dabei sind die Laserlichtquelle und das Leuchtelement zueinander beabstandet auf einem Trägerelement angeordnet. Das Trägerelement kann zumindest teilweise aus einem transparenten Material sein. Ferner kann das Trägerelement an dessen Oberfläche ausgeführte Unregelmäßigkeiten beziehungsweise Mikrostrukturen aufweisen, mit denen das eingestrahlte Laserlicht oder das vom Leuchtelement stammende Licht abgelenkt und damit sichtbar gemacht werden kann.
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Ferner beschreibt die
DE 10 2011 085 378 A1 eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine oder mehrere Beleuchtungseinheiten, wobei eine jeweilige Beleuchtungseinheit im Betrieb mittels Laserlicht eine punktförmige Lichtquelle erzeugt. Ferner ist eine optische Einrichtung vorgesehen, welche derart ausgestaltet und in Bezug auf die Beleuchtungseinheit angeordnet ist, dass eine vorbestimmte Lichtverteilung aus dem Licht der punktförmigen Lichtquelle nach passieren der optischen Einrichtung generiert wird. Die Beleuchtungseinheit kann beispielsweise eine Laserdiode umfassen, mit welcher Licht im blauen Wellenlängenbereich ausgesendet werden kann.
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Zudem beschreibt die
DE 10 2012 005 660 A1 eine Beleuchtungseinrichtung zum Erzeugen von Licht. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Anregungslichtquelle zur Abgabe von blauem oder ultraviolettem Anregungslicht, ein Konversionsmedium zur Konvertierung des Anregungslichts in langwelligeres Licht derart, dass vom Konversionsmedium remittiertes Licht weiß erscheint. Ferner kann die Beleuchtungseinrichtung einen Spiegel oder eine verspiegelte Fläche aufweisen, durch welche ein Teil der Sekundärstrahlung zurück auf das Konversionsmedium gelenkt werden kann. Bevorzugt ist dieser Spiegel derart angeordnet, dass ein Teil der reflektierten blauen Strahlung wieder zurück auf einen Leuchtfleck des Konversionsmediums fallen kann, um dort in langwelligeres, gelbes Licht konvertiert zu werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung für einen Scheinwerfer der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche sicherer und effizienter betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung, durch einen Scheinwerfer, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden einer Primärstrahlung, welche eine erste Wellenlängenverteilung aufweist. Ferner umfasst die Beleuchtungsvorrichtung ein Konverterelement zum Wandeln der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung, welche eine zweite Wellenlängenverteilung aufweist. Zudem umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine Ablenkeinrichtung, welche ein Reflektorelement zum Reflektieren der Sekundärstrahlung aufweist. Darüber hinaus weist die Ablenkeinrichtung ein Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen auf, wobei zumindest eine der Mikrolinsen dazu ausgelegt ist, bei einem Ausfall des Konverterelements die Primärstrahlung zu streuen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung kann in einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise zumindest einen Laser oder eine Laserdiode aufweisen. Mit der Lichtquelle kann die Primärstrahlung in Form von Licht im blauen Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Mit dem Konverterelement kann die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung, die bevorzugt eine höhere Wellenlänge als die Primärstrahlung aufweist, gewandelt werden. Bei dem Konverterelement kann es sich um ein fluoreszierendes Konverterelement handeln. Das Konverterelement kann beispielsweise zumindest teilweise aus Yttrium-Aluminium-Granat, welches mit Cer dotiert ist, gebildet sein. Das Konverterelement kann auch mit dem Begriff „Phosphor” bezeichnet werden. Die Sekundärstrahlung trifft auf eine Ablenkeinrichtung, die ein Reflektorelement aufweist. Dieses Reflektorelement kann beispielsweise durch eine entsprechende spiegelende Beschichtung gebildet sein. Mit dem Reflektorelement kann die Sekundärstrahlung reflektiert werden, so dass eine Lichtverteilung bereitgestellt werden kann.
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Ferner umfasst die Ablenkeinrichtung ein Mikrolinsenarray, welches eine Mehrzahl von Mikrolinsen aufweist. Die Mikrolinsen können Abmessungen im Bereich von Mikrometern oder Millimetern aufweisen. Die Mikrolinsen können durch ein mikrotechnisches Herstellungsverfahren gefertigt sein. Die Mikrolinsen können in dem Mikrolinsenarray zeilenförmig, spaltenförmig oder matrixartig angeordnet sein. Die Mikrolinsen dienen nun dazu, die Primärstrahlung zu streuen. Mit anderen Worten wird anstelle einer Strahlenfalle nun ein Mikrolinsenarray verwendet, mit dem die Primärstrahlung bei einem Defekt des Konverterelements zerstreut werden kann. Ein Defekt des Konverterelements liegt beispielsweise vor, wenn das Konverterelement eine Störstelle, eine Bruchstelle oder dergleichen aufweist. Der Ausfall des Konverterelements beschreibt insbesondere den Zustand, in dem mit dem Konverterelement eine Wandlung der Primärstrahlung in die Sekundärstrahlung nicht erfolgt. Somit kann die üblicherweise für Lebewesen gefährliche Primärstrahlung, die insbesondere als konzentrierter Laserstrahl vorliegt, aufgeweitet beziehungsweise divergiert werden. Durch das Zerstreuen der Primärstrahlung kann die Strahlungsintensität reduziert werden. Somit kann in einem Fehlerfall erreicht werden, dass die Primärstrahlung keine Gefährdung für Lebewesen und insbesondere deren Augen darstellt.
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Bevorzugt verläuft die auf das Konverterelement auftreffende Primärstrahlung entlang einer gedachten Linie, wobei das Mikrolinsenarray in einem Bereich eines Schnittpunktes der gedachten Linie und der Ablenkeinrichtung angeordnet ist. Das Mikrolinsenarray ist beispielsweise auf der dem Konverterelement zugewandten Oberfläche der Ablenkeinrichtung aufgebracht. Das Mikrolinsenarray kann so aufgebracht sein, dass die Primärstrahlung, welche ohne Wandlung durch das Konverterelement hindurchtritt, auf das Mikrolinsenarray trifft. Dabei kann die Positionierung und/oder die räumliche Ausdehnung des Mikrolinsenarrays derart bestimmt werden, dass auch eine Ablenkung der Primärstrahlung unter einem vorbestimmten Winkel durch das defekte Konverterelement berücksichtigt wird. Somit kann die Primärstrahlung beim einem Defekt des Konverterelements zuverlässig zerstreut werden.
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In einer Ausführungsform sind die jeweiligen Mikrolinsen zumindest bereichsweise spiegelnd ausgebildet. Die jeweiligen Mikrolinsen können zumindest bereichsweise eine spiegelende Oberfläche aufweisen. Die Mikrolinsen können beispielsweise eine Beschichtung aus einem spiegelnden Material, insbesondere einem Metall, aufweisen. Somit kann zuverlässig erreicht werden, dass die Primärstrahlung bei einem Defekt des Konverterelements zerstreut wird.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Mikrolinsen derart zueinander angeordnet, dass zwischen zwei benachbarten Mikrolinsen jeweils ein Zwischenraum angeordnet ist, wobei in dem Zwischenraum ein Absorberelement zum Absorbieren der Primärstrahlung angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die Mikrolinsen in dem Mikrolinsenarray beabstandet zueinander angeordnet. Zwischen den Mikrolinsen ist ein Absorberelement, mit dem die Primärstrahlung absorbiert werden kann. Somit kann der Teil der Primärstrahlung, welcher nicht unmittelbar auf die Mikrolinsen trifft und von diesen zerstreut wird, entsprechend absorbiert werden. Somit kann eine Gefährdung von Lebewesen durch die Primärstrahlung verhindert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Mikrolinsen jeweils an einer dem Konverterelement zugewandten Seite konkav ausgebildet sind. Die Mikrolinsen können als Streulinsen ausgebildet sein, mit denen die Primärstrahlung, die insbesondere als konzentrierter Laserstrahl vorliegt, aufgeweitet werden kann. Somit kann die Strahlungsenergie der Primärstrahlung reduziert werden. Insbesondere kann die Strahlungsenergie in einem vorbestimmten Bereich vor dem Scheinwerfer, beispielsweise in einem Abstand von 2 Metern vor dem Scheinwerfer, reduziert werden. Somit können bestehende Sicherheitsnormen zuverlässig eingehalten werden.
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In einer Ausführungsform weisen die Mikrolinsen jeweils einen Radius in einem Bereich zwischen 0,1 Millimeter und 1 Millimeter auf. Insbesondere weisen die Mikrolinsen jeweils einen Radius von 0,5 Millimetern auf. Das komplette Mikrolinsenarray kann beispielsweise einen Durchmesser im Bereich zwischen 10 und 20 Millimetern aufweisen. Somit weist das Mikrolinsenarray eine Vielzahl von einzelnen Mikrolinsen auf. Damit kann erreicht werden, dass die konzentrierte Primärstrahlung, die auf die jeweiligen Mikrolinsen trifft, zuverlässig zerstreut werden kann.
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Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung. Der Scheinwerfer kann insbesondere als Frontscheinwerfer ausgebildet sein.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer. Bevorzugt umfasst jeder Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung. Mit den Scheinwerfern kann beispielsweise ein Abblendlicht, ein Fernlicht, ein Tagfahrlicht, ein Stadtlicht, ein Landstraßenlicht oder dergleichen bereitgestellt werden. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Hierbei wird mittels einer Lichtquelle eine Primärstrahlung mit einer ersten Wellenlängenverteilung ausgesendet. Die Primärstrahlung wird mittels eines Konverterelements in eine Sekundärstrahlung mit einer zweiten Wellenlängenverteilung gewandelt. Ferner wird mittels eines Reflektorelements einer Ablenkeinrichtung die Sekundärstrahlung reflektiert. Zudem weist die Ablenkeinrichtung ein Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen auf, wobei mittels zumindest einer der Mikrolinsen bei einem Ausfall des Konverterelements die Primärstrahlung gestreut wird.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Scheinwerfer, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches zwei Scheinwerfer aufweist;
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2 eine Beleuchtungsvorrichtung für die Scheinwerfer in einer geschnittenen Seitenansicht;
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3 die Beleuchtungsvorrichtung gemäß 2 in einer Perspektivansicht, wobei ein Konverterelement der Beleuchtungsvorrichtung einen Defekt aufweist; und
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4 die Beleuchtungsvorrichtung gemäß 3 in einer weiteren Perspektivansicht.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst zwei Scheinwerfer 2, die als Frontscheinwerfer ausgebildet sind. Die Scheinwerfer 2 umfassen jeweils eine Beleuchtungsvorrichtung 3.
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2 zeigt eine Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung 3 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die Beleuchtungsvorrichtung 3 umfasst eine Lichtquelle 4, die beispielsweise zumindest einen Laser oder eine Laserdiode umfasst. Mit der Lichtquelle 4 kann eine Primärstrahlung 5 mit einer ersten Wellenlängenverteilung ausgesendet werden. Insbesondere kann mit der Lichtquelle 4 Licht im blauen Wellenlängenbereich ausgesendet werden. Die Primärstrahlung 5 wird von der Lichtquelle 4 optional über einen Integrator 6 zu einem Umlenkspiegel 7 geleitet. Der Umlenkspiegel 7 lenkt die Primärstrahlung 5 zu einem Konverterelement 8 um. Das Konverterelement 8 dient dazu, die Primärstrahlung 5 in eine Sekundärstrahlung 9 zu wandeln. Die Sekundärstrahlung 9 weist eine zweite Wellenlängenverteilung auf. Insbesondere ist die Sekundärstrahlung 9 Licht im weißen Wellenlängenbereich. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Lichtquelle 4, der Integrator 6, der Umlenkspiegel 7 und das Konverterelement 8 in einem Gehäuse 14 angeordnet.
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Die Sekundärstrahlung 9 wird von dem Konverterelement 8 zudem zerstreut. Dies ist vorliegend durch die einzelnen Lichtstrahlen dargestellt. Die Sekundärstrahlung 9 trifft auf eine Ablenkeinrichtung 10. Die Ablenkeinrichtung 10 weist an einer dem Konverterelement 8 zugewandten Seite 11 ein Reflektorelement 12 auf, welches zum Ablenken der Sekundärstrahlung 9 dient. Das Reflektorelement 12 kann beispielsweise durch eine metallische Beschichtung bereitgestellt werden. Darüber hinaus umfasst die Ablenkeinrichtung 10 ein hier nur schematisch dargestelltes Mikrolinsenarray 13. Das Mikrolinsenarray 13 dient ferner dazu, die Sekundärstrahlung 9 zu reflektieren beziehungsweise abzulenken, wobei vorliegend eine ideale Ablenkung beziehungsweise Reflexion der Sekundärstrahlung 9 durch das Mikrolinsenarray 13 gezeigt ist. Zudem werden die Lichtstrahlen der Sekundärstrahlung 9, die auf das Mikrolinsenarray 13 auftreffen, durch das Mikrolinsenarray 13 zerstreut.
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3 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung 3 in einer Perspektivansicht. Vorliegend weist das Konverterelement 8 einen Defekt auf. Dies führt dazu, dass die Primärstrahlung 5 durch das Konverterelement 8 nicht in die Sekundärstrahlung 9 umgewandelt wird. Somit trifft die Primärstrahlung 5 als konzentrierter Laserstrahl direkt auf das Mikrolinsenarray 13. Das Mikrolinsenarray 13 ist eine Mehrzahl von Mikrolinsen 16 auf. Die Anordnung der Mikrolinsen 16 in dem Mikrolinsenarray ist insbesondere in 4 zu erkennen, die eine weitere Perspektivansicht der Beleuchtungsvorrichtung 3 zeigt. Die Mikrolinsen 16 sind matrixartig in Zeilen und Spalten in dem Mikrolinsenarray 13 angeordnet. Die einzelnen Mikrolinsen 16 können beispielsweise einen Radius von 0,5 Millimetern aufweisen. Die Mikrolinsen 16 können aus einem Glas oder aus einem Kunststoff gefertigt sein. Zudem können die Mikrolinsen 16 eine spiegelnde Beschichtung aufweisen. Mit den jeweiligen Mikrolinsen 16 kann die Primärstrahlung 5, die auf das Mikrolinsenarray 13 trifft, zerstreut werden. Dies ist vorliegend durch das Lichtbündel 15 verdeutlicht. Somit kann die gefährliche Primärstrahlung 5 beziehungsweise Laserstrahlung zerstreut werden. Somit kann die Intensität der Primärstrahlung reduziert werden und somit Gefährdungen von Lebewesen verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 512588 A1 [0005]
- DE 102011085378 A1 [0006]
- DE 102012005660 A1 [0007]
