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Die Erfindung betrifft ein Optikmodul, insbesondere für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer Lichtquelle und mit wenigstens einem Einkoppelkörper, in den Licht der Lichtquelle einkoppelbar ist, und wobei der Einkoppelkörper wenigstens eine Einkoppelfläche aufweist, die zur Lichtquelle hin weisend angeordnet ist.
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Beispielsweise zeigt die
EP 2 518 397 A2 mit
11 einen Einkoppelkörper mit einer Vielzahl von fingerartigen Lichtleitkörpern, und an den Endseiten der Lichtleitkörper befinden sich Einkoppelflächen, in die Licht eingekoppelt werden kann, das von Lichtquellen erzeugbar ist, siehe beispielsweise
14.
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Derartige Optikmodule werden im Allgemeinen als starre Module ausgeführt, und die Komponenten der Optikmodule weisen eine vorgegebene, unveränderliche Position zueinander auf. Um eine Einkopplung des Lichtes der Lichtquellen in den Einkoppelkörper zu ermöglichen, besteht die Möglichkeit, einen Luftspalt zwischen der Oberfläche der Lichtquelle und der Einkoppelfläche am Einkoppelkörper vorzusehen, sodass ein Übergang des Lichtes vom Lichtquellenkörper in einen Luftspalt und schließlich vom Luftspalt in den Einkoppelkörper erfolgt. Alternativ besteht die Möglichkeit, den Einkoppelkörper mit der Einkoppelfläche unmittelbar mit der Oberfläche der Lichtquelle in Kontakt zu bringen. Dabei ist es bekannt, dass aufgrund der sich ändernden Brechungsindizes beim Übergang in unterschiedliche Medien unterschiedliche Lichtfarben nach dem Übergang beispielsweise in einen nachfolgenden Lichtleitkörper entstehen können.
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Der Effekt des Farbwechsels beim in Kontakt Bringen eines Einkoppelkörpers mit der Konverterschicht einer Lichtquelle liegt insbesondere darin begründet, dass sich der Brechungsindex des Einkoppelkörpers vom Brechungsindex der Luft unterscheidet. Entsprechend ändert sich bei einem in Kontakt Bringen auch der Totalreflexionswinkel beim Übergang von der Oberfläche der Lichtquelle, insbesondere des Konvertermaterials, zum sich daran anschließenden Medium. Dies hat zur Folge, dass in Abhängigkeit des sich anschließenden Mediums, also Luft oder das Silikonmaterial, unterschiedliche Lichtanteile ausgekoppelt werden.
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Um unterschiedliche Lichtfarben, die insbesondere unterschiedlichen Lichtfunktionen eines Optikmoduls zugeordnet werden, zu erzeugen, werden in einem Optikmodul gewöhnlich unterschiedliche Lichtquellen vorgesehen. Beispielsweise sind Lichtquellen bekannt, die weißes Licht emittieren, und es können Lichtquellen Verwendung finden, die unmittelbar beispielsweise rotes oder blaues Licht emittieren. Um unterschiedliche Lichtfunktionen zu realisieren, wird das Optikmodul im Allgemeinen mit unterschiedlichen Lichtquellen ausgestattet, welche je nach geforderter Lichtfunktion entsprechend ein- und ausgeschaltet werden. Ein Farbwechsel bei verschiedenen Kontaktsituationen von Lichtquellen in sich anschließende Lichtleitkörper, insbesondere Einkoppelkörper, wird im Allgemeinen allerdings als störend empfunden. Folglich sieht der Stand der Technik hierzu vor, derartige Farbwechsel im Allgemeinen zu vermeiden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Optikmoduls zur Erfüllung verschiedener Lichtfunktionen, wobei das Optikmodul möglichst einfach aufgebaut sein soll. Insbesondere soll das Optikmodul zur Erfüllung verschiedener Lichtfunktionen basierend auf unterschiedlichen Lichtfarben eine möglichst minimale Anzahl von einfach ausgeführten Lichtquellen aufweisen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Optikmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mit einer ersten Anordnung der Einkoppelfläche relativ zu der Lichtquelle eine erste Lichtfarbe für eine erste Lichtfunktion erzeugbar ist und dass mit einer zweiten Anordnung der Einkoppelfläche relativ zu der Lichtquelle eine zweite Lichtfarbe für eine zweite Lichtfunktion erzeugbar ist, wobei die sich unterscheidenden Lichtfarben auf einem Grenzflächeneffekt zwischen der Oberfläche der Lichtquelle und der Einkoppelfläche des Einkoppelkörpers beruhen.
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Erfindungsgemäß wird der an sich bekannte Effekt eines Farbwechsels beim Übergang des Lichtes zwischen Materialien unterschiedlichen Brechungsindizes dazu genutzt, mit ansonsten gleichen Lichtquellen wenigstens zwei Lichtfunktionen zu erfüllen, indem verschiedene Lichtfarben mit unterschiedlichen Anordnungen der Einkoppelfläche des Einkoppelkörpers relativ zur Oberfläche der Lichtquelle erzeugt werden. Die Lichtquelle wird insbesondere durch eine Leuchtdiode oder eine Laserstrahlquelle gebildet, die beispielsweise auf der Oberfläche einer Leiterplatte anordbar ist.
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Um die erfindungsgemäße Nutzung der verschiedenen Anordnungen der Übergangs-Oberflächen des Lichtes umzusetzen, kann das Optikmodul entsprechend geometrisch aufgebaut sein, sodass das von den Lichtquellen bereitgestellte Licht wahlweise indirekt über einen Luftspalt in den Einkoppelkörper oder direkt unter unmittelbarem Kontakt der Oberfläche der Lichtquelle mit der Einkoppelfläche in den Einkoppelkörper eingekoppelt wird. Die unterschiedlichen Ausführungsformen des Optikmoduls zur Umsetzung der Erfindung werden im Nachfolgenden näher beschrieben.
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Mit Bezug auf das Optikmodul können mehrere Lichtquellen vorgesehen sein, und es ist mit Vorteil weiterhin ein Einkoppelkörper vorgesehen, der mehrere den Lichtquellen zugeordnete Einkoppelflächen aufweist. Folglich kann die unterschiedliche Anordnung bereits damit erzeugt werden, dass die Einkoppelflächen relativ zu den Lichtquellen unterschiedlich angeordnet sind. Damit wird eine rein geometrische Maßnahme genutzt, die Anordnung der Einkoppelflächen relativ zu den Oberflächen der Lichtquellen unterschiedlich auszuführen. Insbesondere können Einkoppelflächen vorgesehen sein, die aufgrund der Geometrie des Einkoppelkörpers in unmittelbaren Festkörperkontakt mit der Oberfläche der Lichtquellen stehen, wohingegen weitere Einkoppelflächen des Einkoppelkörpers zur Oberfläche weiterer Lichtquellen einen Abstand aufweisen.
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Insbesondere ist der Einkoppelkörper aus Silikon oder aus einem sonstigen mechanisch nachgiebigen transparenten Material ausgebildet. Die mechanische Nachgiebigkeit bringt den Vorteil, dass ein Flächenkontakt zwischen dem Einkoppelkörper und der Lichtquelle unter Ausgleich von Flächenunebenheiten stattfinden kann. Diese Nachgiebigkeit und Flexibilität ist insbesondere mit einem Silikonkörper ermöglicht, der den Einkoppelkörper bildet.
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Werden die Lichtquellen einzeln betrieben, so besteht die Möglichkeit, Lichtquellen selektiv einzuschalten, die einen unmittelbaren Kontakt mit der Einkoppelfläche aufweisen und eine erste Lichtfarbe erzeugen. Durch das Einschalten weiterer Lichtquellen, die an sich baugleich ausgeführt sind zu den erstgenannten Lichtquellen, deren Licht aber nur über einen Luftspalt über die Einkoppelflächen in den Einkoppelkörper einkoppelt wird, kann zusätzlich oder alternativ eine zweite, von der ersten Lichtfarbe verschiedene Lichtfarbe erzeugt werden.
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Damit wird ein Ausführungsbeispiel des Optikmoduls aufgezeigt, bei dem mit geometrisch bestimmten unterschiedlichen Anordnungen der Einkoppelflächen relativ zu den Lichtquellen bereits unterschiedliche Lichtfarben erzeugt werden können, wenn selektiv die Lichtquellen ein- und ausgeschaltet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zur Bildung des Optikkörpers ist der Abstand zwischen der mindestens einen Lichtquelle und dem Einkoppelkörper einmalig oder aktiv und insbesondere wiederholbar änderbar. Beispielsweise ist zur Änderung des Abstandes die Lichtquelle beweglich aufgenommen. Bei mehreren Lichtquellen können diese einzeln oder auch gemeinsam beweglich im Optikmodul aufgenommen sein. Auch besteht die Möglichkeit, dass zur Änderung des Abstandes der Einkoppelkörper beweglich im Optikmodul aufgenommen ist. So kann beispielsweise ein Aktuator vorgesehen sein, der den Abstand der Lichtquelle zur Einkoppelfläche des Einkoppelkörpers so ändert, dass wahlweise entweder ein Luftspalt zwischen der Lichtquelle und dem Einkoppelkörper vorherrscht, oder – durch Aufeinanderfahren der Lichtquelle und/oder des Einkoppelkörpers – sich die Oberfläche der Lichtquelle und die Einkoppelfläche des Einkoppelkörpers berühren. Der Einkoppelkörper weist dabei die Eigenschaft der Nachgiebigkeit auf, sodass bei einer Berührung der Einkoppelfläche diese sich der Oberfläche der Lichtquelle anpasst, beispielsweise also der Topografie eines Konvertermaterials.
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Mit weiterem Vorteil weist das Optikmodul eine Leiterplatte auf, wobei die Lichtquellen gemeinsam auf der Leiterplatte aufgenommen sein können. Die Leiterplatte kann entlang einer Verstellrichtung zur Änderung des Abstandes zwischen den Lichtquellen und dem Einkoppelkörper beweglich im Optikmodul aufgenommen sein. Die Abstandsänderung kann dabei beispielsweise weniger als 1 mm betragen, da es ausreichend ist, lediglich einen kleinen Luftspalt zwischen der Oberfläche der Lichtquellen und dem Einkoppelkörper zu erzeugen, um bereits eine Farbänderung aufgrund unterschiedlicher aneinander grenzender optischer Medien mit unterschiedlichen Brechungsindices zu erreichen.
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Eine weitere Möglichkeit, unterschiedliche Farben für beispielsweise unterschiedliche Lichtfunktionen zu erzeugen, besteht darin, dass der Einkoppelkörper einen ersten Bereich mit einem ersten Brechungsindex und wenigstens einen zweiten Bereich mit einem zweiten Brechungsindex aufweist. Durch sich unterscheidende Brechungsindizes im Einkoppelkörper werden auch sich unterscheidende Totalreflexionswinkel des Lichtes erzeugt, die von den verschiedenen Lichtquellen in den gleichen Einkoppelkörper eingekoppelt werden. Weist also beispielsweise der Einkoppelkörper eine durchgehende Einkoppelfläche auf, die mit sämtlichen Lichtquellen in Kontakt gebracht wird, so können auf Grundlage verschiedener Brechungsindizes des Einkoppelkörpers verschiedene Lichtfarben erzeugt werden. Folglich besteht die Möglichkeit, durch selektives Ein- und Ausschalten der Lichtquellen verschiedene Lichtfarben zu erzeugen, die verschiedene Lichtfunktionen erfüllen können.
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Weiterhin kann ein Lichtleitkörper vorgesehen sein, der Bestandteil des Optikmoduls ist, und in den das Licht der wenigstens einen Lichtquelle einkoppelbar ist, wobei der Einkoppelkörper wenigstens teilweise zwischen der wenigstens einen Lichtquelle und dem Lichtleitkörper angeordnet ist. Der Lichtleitkörper schließt sich damit an den Einkoppelkörper an, und der Einkoppelkörper kann beispielsweise mit einer der Einkoppelfläche gegenüberliegenden Körperoberfläche an den Lichtleitkörper angrenzen. Mit besonderem Vorteil ist der Lichtleitkörper mit dem Einkoppelkörper einteilig und vorzugsweise materialeinheitlich ausgebildet und weist beispielsweise ein Silikonmaterial auf.
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Zur Bildung verschiedener Lichtfarben kann weiterhin vorgesehen sein, dass wenigstens eine Lichtquelle zur Einkopplung von Licht über den Einkoppelkörper in den Lichtleitkörper angeordnet ist, und wenigstens eine weitere Lichtquelle kann zur direkten Einkopplung von Licht in den Lichtleitkörper angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Einkoppelkörper sich auch nur zwischen einzelnen Lichtquellen und dem Lichtleitkörper befinden. Werden die Lichtquellen betrieben, so kann das Licht einzelner Lichtquellen beispielsweise über einen Luftspalt das Licht unmittelbar in den Lichtleitkörper einkoppeln. Die Lichtfarben, die sich ergeben zwischen einer Einkopplung des Lichtes in den Lichtleitkörper über den Einkoppelkörper und über einen Luftspalt, unterscheiden sich folglich.
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Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb eines Optikmoduls wie vorstehend beschrieben, und das Verfahren sieht vor, dass zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtfarben die Einkoppelfläche relativ zur Oberfläche der Lichtquelle bewegt wird, um einen Grenzflächeneffekt zwischen Einkoppelfläche und Oberfläche der Lichtquelle zu nutzen.
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BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Optikmoduls in einer schematischen Darstellung mit einem Einkoppelkörper, der einen Silikontrichter mit einem Fortsatz bildet,
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Optikmoduls in einer schematischen Darstellung mit einem Einkoppelkörper und mit mehreren auf einer Leiterplatte aufgebrachte Lichtquellen, wobei die Lichtquellen mit der Leiterplatte in einer Verstellrichtung verstellbar sind,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Optikmoduls in einer schematischen Darstellung mit einem Einkoppelkörper, der sich lediglich zwischen einer einzelnen Lichtquelle und dem Lichtleitkörper befindet, und
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Optikmoduls in einer schematischen Darstellung mit einem Einkoppelkörper, welcher Bereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist.
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Die 1, 2, 3 und 4 zeigen jeweils ein Optikmodul 1 mit mehreren Lichtquellen 10, die jeweils auf einer gemeinsamen Leiterplatte 14 aufgenommen sind. Das Licht, das mit den Lichtquellen 10 erzeugbar ist, wird wenigstens teilweise über einen Einkoppelkörper 11 in einen Lichtleitkörper 16 eingekoppelt. Der Einkoppelkörper 11 weist ein elastisches beispielsweise höhermolekulares Siloxanmaterial auf, und der Lichtleitkörper 16 weist beispielsweise ein PMMA auf.
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Der Einkoppelkörper 11 weist auf der zu den Lichtquellen 10 gewandten Seite eine oder mehrere Einkoppelflächen 12 auf, in die das Licht, das mit den Lichtquellen 10 erzeugt wird, in den Einkoppelkörper 11 und schließlich in den Lichtleitkörper 16 eingekoppelt wird.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Einkoppelkörper 11, der einen Silikontrichter 17 bildet. Der Silikontrichter 17 weist wenigstens einen Fortsatz 18 auf, wobei beispielhaft in gestrichelter Darstellung ein weiterer Fortsatz 18 am Silikontrichter 17 ausgebildet ist. Die Fortsätze 18 sind jeweils einzelnen Lichtquellen 10 zugeordnet, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte 14 angeordnet sind. Wird die Lichtquelle 10 betrieben, die mit dem Fortsatz 18 des Silikontrichters 17 unmittelbar in Körperkontakt steht, so erfolgt eine Lichteinkopplung von Licht aus der Lichtquelle 10 unmittelbar in den Silikontrichter 17, ohne dass ein Luftspalt zwischen den Oberflächen ausgebildet ist. Werden die weiteren Lichtquellen 10 betrieben, die zur Einkoppelfläche 12 des Einkoppelkörpers 11 beabstandet sind und einen Luftspalt aufweisen, so entsteht eine andere Lichtfarbe bei Einkopplung in den Einkoppelkörper 11 als mit den erstgenannten Lichtquellen 10, die in Körperkontakt mit den Fortsätzen 18 stehen. Folglich kann durch selektive Ansteuerung der Lichtquellen 10 eine unterschiedliche Lichtfarbe erzeugt werden, die über den Lichtleitkörper 16 ausgekoppelt werden kann.
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Beispielsweise ist das Optikmodul 1 für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs einsetzbar. Es ist beispielsweise möglich, dass im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs weißes Licht mit den Lichtquellen 10 erzeugt wird. Im Stand des Fahrzeugs können beispielsweise diejenigen Lichtquellen betrieben werden, die in unmittelbarem Körperkontakt mit den Fortsätzen 18 des Silikontrichters 17 stehen, und es erfolgt eine Blaufärbung des eingekoppelten Lichtes, beispielsweise um eine Coming-Home-Funktion des Fahrzeugs zu erfüllen. Die nicht-weiße Lichtfunktion kann dabei jede Art der Lichtfunktion sein, insbesondere auch zur Erfüllung einer Dekorbeleuchtung oder einer Ambiente-Beleuchtung, etwa auch für den Innenraum des Fahrzeugs. Derartige Lichtfunktionen sind insbesondere im Außenbereich des Fahrzeugs lediglich im Stand zulässig, sodass entsprechende Lichtquellen 10 selektiv angesteuert werden können.
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2 zeigt das Ausführungsbeispiel des Optikmoduls 1 mit mehreren Lichtquellen 10 in Anordnung auf einer gemeinsamen Leiterplatte 14. Die Leiterplatte 14 kann entlang einer Verstellrichtung 15 verstellt werden. Die Verstellrichtung 15 verläuft dabei etwa senkrecht zur Einkoppelfläche 12 des Einkoppelkörpers 11. Somit kann erreicht werden, dass die Lichtquellen 10 gemeinsam entweder in unmittelbaren Körperkontakt mit der Einkoppelfläche 12 gebracht werden, sodass eine erste Lichtfarbe für eine erste Lichtfunktion bei Betrieb der Lichtquellen 10 erzielt werden kann. Werden die Lichtquellen 10 von der Einkoppelfläche 12 gelöst und entsteht ein Luftspalt zwischen den Lichtquellen 10 und der Einkoppelfläche 12, insbesondere wenn die Lichtquellen 10 mit der Leiterplatte 14 entlang der Verstellrichtung 15 vom Einkoppelkörper 11 wegbewegt werden, so entsteht eine zweite Lichtfarbe, beispielsweise weißes Licht, das in den Einkoppelkörper 11 eingekoppelt wird, der den Silikontrichter 19 bildet.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Optikmoduls 1 mit einem Einkoppelkörper 11, der einen einzelnen Silikonfinger 20 bildet. Der Silikonfinger 20 erstreckt sich beispielhaft auf eine Lichtquelle 10 zu und bildet eine Einkoppelfläche 12, die mit der zugeordneten Lichtquelle 10 in Körperkontakt gebracht wird. Die weiteren Lichtquellen 10 weisen einen Luftspalt zur übrigen Einkoppelfläche 12 des Einkoppelkörpers 11 auf. Werden die Lichtquellen 10 selektiv betrieben, kann über den einfachen Silikonfinger 20 bereits eine erste Lichtfarbe für eine erste Lichtfunktion erzeugt werden. Bei einer Einkopplung von Licht der weiteren Lichtquellen 10 über einen Luftspalt in die Einkoppelfläche 12 wird eine zweite, insbesondere weiße Lichtfarbe erzeugt.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Optikmoduls 1 mit einem Einkoppelkörper 11, welcher einen ersten Bereich mit einem ersten Brechungsindex a1 und einen zweiten Bereich mit einem zweiten Brechungsindex a2 aufweist. Werden die Lichtquellen 10 einzeln angesteuert, so erzeugt eine Einkopplung des Lichtes der Lichtquellen 10 über die Einkoppelfläche 12 im Bereich des ersten Brechungsindex a1 eine andere Lichtfarbe als im Bereich des zweiten Brechungsindex a2. Der Effekt beruht darauf, dass die erzeugte Wellenlänge, die sich in den Einkoppelkörper 11 und schließlich in den Lichtleitkörper 16 fortsetzt, auf wellenlängenselektiven Totalreflexionswinkeln beruht, die erzeugt werden durch die verschiedenen Brechungsindizes.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optikmodul
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Silikonköper
- 12
- Einkoppelfläche
- 13
- Vorsprung
- 14
- Leiterplatte
- 15
- Verstellrichtung
- 16
- Lichtleitkörper
- 17
- Silikontrichter
- 18
- Fortsatz
- 19
- Silikontrichter
- 20
- Silikonfinger
- a1
- erster Brechungsindex
- a2
- zweiter Brechungsindex
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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