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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Signalleuchte mit lichtemittierenden
Dioden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist bekannt, dass aus verschiedenen Gründen, insbesondere zur Verringerung
des Stromverbrauchs, die mit Glühbirnen
und Deflektoren betriebenen, herkömmlichen Signalleuchten zunehmend
durch Signalleuchten ersetzt werden, deren Lichtbündel von
einer Matrix lichtemittierender Dioden ausgesendet wird, die in
einem Gehäuse
angebracht sind, das von einer Frontlinse geschlossen ist.
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Es
versteht sich auch, dass Verkehrsteilnehmer die an Verkehrswegen
aufgestellten Signalleuchten nur entsprechend wahrnehmen, wenn das von
der Dioden-Matrix emittierte Strahlenbündel sowohl in einer vertikalen
Ebene als auch in einer horizontalen Ebene wirksam konzentriert,
abgelenkt und gestreut wird. Außerdem
ist es erforderlich, Vorkehrungen zu treffen, um einen Phantomeffekt
zu vermeiden, d. h. ein vermeintliches Aufleuchten der Signalleuchte,
wenn diese in einem kleinen Einfallswinkel von der Sonne beleuchtet
wird. Eine solche Signalleuchte ist in Dokument
EP 523 927 beschrieben.
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Ziel
der Erfindung ist es, eine Signalleuchte anzugeben, deren Struktur
den Phantomeffekt verringert und vorzugsweise ebenso den Transmissionswirkungsgrad
verbessert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Zur
Realisierung dieses Ziels wird erfindungsgemäß eine Signalleuchte angegeben,
die ein Gehäuse
umfasst, das von einer Frontlinse geschlossen ist und in dem eine
Stützplatte,
die lichtemittierende Dioden trägt,
eine transparente Kollimatorplatte, die zwischen den lichtemittierenden
Dioden und der Frontlinse angeordnet ist und auf der zur Frontlinse
gewandten Seite Streulinsen umfasst, die zueinander parallel verlaufende
zylindrische Rippen aufweisen, und eine zwischen der Kollimatorplatte
und der Frontlinse angeordnete Anti-Phantom-Maske angebracht sind,
die opake Segmente umfasst, die Schlitze begrenzen, die sich gemäß einer
den zylindrischen Rippen entsprechenden Richtung erstrecken.
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So
kann man durch eine entsprechende Ausrichtung der Streulinsen und
der Schlitze der Anti-Phantom-Maske gleichzeitig eine gute Transmission
des Lichtstrahlenbündels
in die gesuchten Richtungen und eine Beseitigung von parasitären Reflexionen
in diese gleichen Richtungen sicherstellen sowie eine homogene Streuung
in einer zur Richtung der zylindrischen Rippen senkrecht verlaufenden Ebene
gewährleisten.
Dabei wird der Phantomeffekt in der Ebene verringert, in der er
am meisten stört,
d. h. in einer Ebene, die mit der zu den Rippen senkrecht verlaufenden
Ebene einen kleinen Einfallswinkel hat.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung umfasst die Kollimatorplatte auf einer zu den lichtemittierenden
Dioden gewandten Seite Sammellinsen.
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So
ist es durch eine Verteilung der Funktionen auf die zwei Seiten
der Kollimatorplatte möglich, bei
einfach geformten Linsen, d. h. Linsen mit gerin gen Produktionskosten,
jede Funktion zu realisieren und einen hervorragenden Transmissionswirkungsgrad
zu erhalten, wodurch der gesamte Transmissionswirkungsgrad verbessert
wird.
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Nach
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Sammellinsen als Drehkörper ausgebildete individuelle
asphärische
Linsen, die gegenüber
den lichtemittierenden Dioden angeordnet sind. Dadurch wird das
von den lichtemittierenden Dioden abgegebene Strahlenbündel unmittelbar
zu einem parallelen Strahlenbündel
mit einem hohen Transmissionswirkungsgrad gebündelt.
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Vorzugsweise
haben die Sammellinsen in diesem Ausführungsbeispiel eine Drehachse,
die gegenüber
einer Drehachse der entsprechenden lichtemittierenden Diode versetzt
ist. Auf diese Weise erhält
man ein paralleles Strahlenbündel,
das in einem Winkel, welcher der Distanz zwischen den Drehachsen
entspricht, so abgelenkt wird, dass die gesuchte Ablenkung durch
eine einfache Bestimmung des Versetzungsabstands zwischen den Drehachsen
erreicht wird.
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Nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung weist die Kollimatorplatte eine Symmetrieachse auf und
umfasst kreisförmige
Kollimatorrippen, die um die Symmetrieachse zentriert sind. Die lichtemittierenden
Dioden sind gemäß einer
Matrix in der Nähe
des Brennpunktes der Kollimatorrippen angeordnet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Durchlesen der folgenden
Beschreibung, die einer bevorzugten, nicht begrenzten Ausfüh rungsform
der Erfindung folgt, in Bezug auf die anliegenden Zeichnungen besser
verdeutlicht werden. In den Zeichungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht der Signalleuchte nach der Erfindung,
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2 eine
Teilvorderansicht der Kollimatorplatte von der zur Frontlinse gedrehten
Seite,
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3 eine
vergrößerte Schnittansicht
einer Sammellinse und entsprechender Streulinsen entlang der Linie
III-III der 2,
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4 eine
vergrößerte Teilschnittansicht
der Anti-Phantom-Maske entlang der Linie IV-IV der 1,
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5 eine
schematische Darstellung der Leuchte nach der Erfindung, welche
den Verlauf des von einer Diode emittierten Strahlenbündels in
einer vertikalen Ebene zeigt,
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6 eine ähnliche
schematische Darstellung wie in 5, welche
den Verlauf des von einer Diode emittierten Strahlenbündels in
einer horizontalen Ebene zeigt,
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7 eine
schematische Schnittansicht in einer vertikalen Ebene durch die
obere Hälfte
einer Signalleuchte nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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8 eine
Teilvorderansicht der Kollimatorseite der Kollimatorplatte der 7,
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9 eine
vergrößerte Detailansicht
von zwei Rippen des zentralen Teils der Kollimatorplatte der 7,
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10 eine
vergrößerte Detailansicht
von zwei Rippen des peripheren Teils der Kollimatorplatte der 7,
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11 eine
vergrößerte Detailansicht
der Frontlinse von 7.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen 1 bis 6 umfasst
die Signalleuchte nach der Erfindung auf bekannte Weise ein Gehäuse 1,
das von einer Frontlinse 2 geschlossen ist und eine Stützplatte 3 enthält, die
lichtemittierende Dioden 4 trägt. Auf ebenso bekannte Weise
ist die Stützplatte 3 vorzugsweise
eine gedruckte Schaltung, die an eine Steuereinheit (nicht gezeigt)
angeschlossen ist, welche die lichtemittierenden Dioden 4 ein-
und ausschaltet.
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Die
Erfindung sieht vor, dass die Signalleuchte außerdem eine Kollimatorplatte 5 umfasst. Die
Kollimatorplatte 5 hat eine Seite, die mit zu den lichtemittierenden
Dioden 4 gewandten Sammellinsen 6 versehen ist,
und eine von dieser Seite abgewandte Seite, die mit Streulinsen 7 versehen
ist.
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Im
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel
entspricht jede Sammellinse 6 einer lichtemittierenden
Diode 4 und hat eine paraboloidförmige Fläche, deren Drehachse 8 in
der gleichen vertikalen Ebene angeordnet ist, wie die Drehachse 9 der
entsprechenden lichtemittierenden Diode 4 und die sich parallel
zu derselben erstreckt, aber um einen Abstand d1 nach unten versetzt ist (siehe 5 und 6).
Dadurch sorgen die Sammellinsen 6 nicht nur für eine Parallelisierung
des von der lichtemittierenden Diode 4 emittierten Strahlenbündels, sondern ebenso
für eine
Ablenkung des parallelen Strahlenbündels nach unten, wie es in 5 gezeigt
ist. Die Sammellinsen 6 grenzen aneinander und bilden eine hexagonales
Profil, das der Anordnung der lichtemittierenden Dioden 4 auf
der Stützplatte 3 entspricht. Die
zu den lichtemittierenden Dioden 4 gewandte Seite der Kollimatorplatte 5 weist
daher keine vorspringenden Kanten auf, die eine Störstreuung
des von einer externen Quelle emittierten Lichts verursachen können.
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In
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen
die Streulinsen 7 aus zylindrischen, vertikalen Rippen,
die ein kreisbogenförmiges
Grundprofil aufweisen, sodass das aus der Kollimatorplatte 5 austretende
Strahlenbündel
in einer vertikalen Ebene parallel bleibt (5), aber
in einer horizontalen Ebene konvergent wird (6), wobei
dieses Strahlenbündel
oberhalb des Brennpunktes 10 der Streulinsen 7 divergent
wird. Für
eine größere Homogenität des austretenden
Strahlenbündels
umfasst die Kollimatorplatte 5 für ein und dieselbe Sammellinse 6 vorzugsweise
eine Vielzahl von Streulinsen 7. Es bleibt ferner festzustellen,
dass die zylindrischen Rippen 7 aneinander grenzen und
durchgehend auf der gesamten Höhe
der Kollimatorplatte 5 so verlaufen, dass die Kollimatorplatte
auf der Streuseite ebenfalls keine vorspringenden Kanten hat, die
Störstreuungen
verursachen können.
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Die
Kollimatorplatte 5 wird vorzugsweise durch Spritzgießen eines
transparenten Kunststoffes realisiert.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Signalleuchte eine
Anti-Phantom-Maske 11, die zwischen der Kollimatorplatte 5 und
der Frontlinse 2 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Anti-Phantom-Maske 11 eine
durchbrochene Platte, die eine Reihe Öffnungen 12 umfasst,
die jeweils einem von der Kollimatorplatte 5 austretenden
Strahlenbündel
entsprechen, das von einer lichtemittierenden Diode 4 emittiert
wird. Die Anti-Phantom-Blende 11 ist parallel zur Kollimatorplatte 5 in
einem Abstand d2 von dieser
angeordnet, der dem Abstand der Brennpunkte 10 von den
Streulinsen 7 entspricht (6). Jede Öffnung 12 umfasst eine
Reihe vertikaler Stäbe 13,
die einen rautenförmigen
Querschnitt haben und voneinander so beabstandet sind, dass sie
vertikale Schlitze 14 begrenzen, die gerade groß genug
sind, um die konvergent-divergenten Strahlenbündel von den Streulinsen 7 hindurchzulassen
(6).
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Vorzugsweise
ist der Abstand ziwschen den zylindrischen Streulinsen 7 und
den Sammellinsen 6 so gewählt, dass ein eintretender
Störstrahl,
dem es gelingt die Streulinsen 7 zu durchdringen und auf
die Sammellinsen 6 zu fallen, sich nicht in den Schlitzen 14 der
Anti-Phantom-Maske 11 fokussieren kann. Durch diese Anordnung
wird der Phantomeffekt noch weiter verringert.
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Die
Anti-Phantom-Maske 11 kann durch Spritzgießen aus
einem opaken Kunststoff hergestellt werden, vorzugsweise aus einem
schwarzen Stoff, damit die Leuchte für einen Benutzer schwarz erscheint,
wenn die lichtemittierenden Dioden 4 ausgeschaltet sind.
In dieser Sache bleibt anzumerken, dass die Frontlinse 2 der
Signalleuchte nach der Erfindung transparent klar sein kann, d.
h. nicht getönt, ohne
das Risiko eines Phantomeffektes zu erhöhen. Der Transmissionswirkungsgrad
wird also im Vergleich zu den Signalleuchten erhöht, die eine getönte Frontlinse
verwenden, um Reflexionen zu erhalten; die den Phantomeffekt verringern.
Vorzugsweise umfasst die Frontlinse 2 einige Rippen 15,
um eine Streuung in Richtungen sicherzustellen, die das von den
Streulinsen 7 diffundierte Strahlenbündel nicht erreichen würde. Gleichwohl
ist die Anzahl der Rippen 15 wesentlich geringer als die Anzahl
der Rippen, die normalerweise notwendig sind, um eine zufriedenstellende
Streuung in den herkömmlichen
Signalleuchten sicherzustellen.
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Nach
einem zweiten, anhand der 7 bis 9 dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die Signalleuchte wie vorher eine Frontlinse 102,
hinter der sich eine Anti-Phantom-Maske 111 erstreckt,
an welcher eine Kollimatorplatte 105 angrenzt, deren Rückseite
durch eine Matrix an Dioden 104 beleuchtet wird. Wie vorher
hat die Kollimatorplatte 105 eine Vorderseite, die zylindrische,
sich vertikal erstreckende Rippen 107 aufweist. In diesem
Ausführungsbeispiel
erscheint die Anti-Phantom-Maske 111 in Form eines Gitters,
das vertikale Stäbe
hat, die vertikale Schlitze begrenzen. Wie vorher wird die Anti-Phantom-Maske 111 vorzugsweise
in einem Abstand von der Kollimatorplatte angeordnet, der einer
Ebene von Brennpunkten der Streulinsen 107 entspricht.
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Im
Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
umfasst die Rückseite
der Kollimatorplatte 105 kreisförmige Kollimatorrippen, die
bezüglich
der Symmetrieachse der Kollimatorplatte zentriert sind. Die Kollimatorrippen
umfassen im zentralen Teil der Kollimatorplatte eine erste Gruppe 100 von
Rippen 101 und in dem peripheren Teil der Kollimatorplatte eine
zweite Gruppe 103 von Rippen 106.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die lichtemittierenden Dioden 104 gemäß einer
Matrix mit kleinen Abmessungen gruppiert, zum Beispiel einer viereckigen,
50 mm messenden Matrix für
eine Signalleuchte mit einem Durchmesser von 300 mm. Die Matrix
ist in der Nähe
des Brennpunktes der Kollimatorrippen angeordnet, wobei die Symmetrieachse 115 der
Matrix der lichtemittierenden Dioden 104 gegenüber der
Symmetrieachse 116 der Kollimatorplatte 105 um
einen Abstand d3 nach oben
versetzt ist, um eine Ab lenkung des aus der Sammellinse heraustretenden
Strahlenbündels
sicherzustellen.
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Wie
in der 9 gezeigt, umfassen die Rippen 101 des
zentralen Teils 100 der Kollimatorplatte 105 eine
zylindrische Fläche 108,
die sich parallel zur Symmetrieachse 116 der Kollimatorplatte
erstreckt, sowie eine konische Fläche 109, die im Vergleich
zu den einfallenden, von den lichtemittierenden Dioden 104 emittierten
Lichtstrahlen einen Winkel aufweist, der eine Lichtbrechung dieser
einfallenden Lichtstrahlen erlaubt. Durch diese Lichtbrechung bilden die
gebrochenen Lichtstrahlen ein Strahlenbündel, das hinsichtlich der
im Brennpunkt positionierten Diode im Wesentlichen parallel zur
Symmetrieachse 116 der Kollimatorplatte ist und hinsichtlich
der oberhalb des Brennpunktes angeordneten Dioden nach unten geneigt
ist. Man kann in dieser Figur feststellen, dass die einfallenden
Lichtstrahlen, die auf die Seiten 108 treffen, gebrochene
Lichtstrahlen erzeugen, die verlorene Lichtstrahlen sind. Aus diesem Grund
sind die Rippen 101 mit einer im Vergleich zur Fläche 109 relativ
kleinen Fläche 108 versehen.
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In 10 umfassen
die Rippen 106 des peripheren Teils 103 eine zylindrische
Fläche 112,
die parallel zur Kollimator-Symmetrieachse ist, sowie eine konische
Fläche 113,
die in einem Winkel geneigt ist, der gleich oder etwas kleiner ist
als der Einfallswinkel der Lichtstrahlen, die von den lichtemittierenden
Dioden 104 zu diesem Teil der Kollimatorplatte emittiert
werden. Wie in der 10 gezeigt, werden die einfallenden
Lichtstrahlen beim Durchtreten durch die Fläche 112 gebrochen
und an der Fläche 113 reflektiert,
damit sie ebenfalls ein Strahlenbündel gebrochener Lichtstrahlen
bilden, das sich bezüglich der
im Brennpunkt angeordneten Diode parallel zur Symmetrieachse 116 der
Kollimatorplatte erstreckt und bezüglich den über dem Brennpunkt angeordneten
Dioden nach unten geneigt ist.
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Um
das Intensitätsdiagramm
des aus der Signalleuchte austretenden Strahlenbündels zu vereinheitlichen,
umfasst die zur Kollimatorplatte 105 gewandte Seite der
Frontlinse 102 horizontale Rillen 114, die die
Form eines konkaven Zylinderteils haben. In der dargestellten Ausführungsform,
in der man eine größere Ablenkung
von mindestens einem Teil des Strahlenbündels nach unten wünscht, werden
die Rillen 114 so realisiert, dass die Oberfläche des
oberen Teils der Rillen 114 im Wesentlichen vertikal ist,
während
die Oberfläche
des unteren Teils der Rillen 114 einen Winkel aufweist,
der gegenüber
einer vertikalen Ebene größer ist.
Es ist auch möglich, Rillen 114 vorzusehen,
die entsprechend dem Teil der Frontlinse, in dem sie sich erstrecken,
verschiedene Neigungen aufweisen.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele
begrenzt, sondern schließt
alle Abwandlungen ein, die im Rahmen der Erfindung liegen, wie er
in den Ansprüchen definiert
ist.
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Obwohl
die Maske in Form einer durchbrochenen opaken Platte beschrieben
wurde, kann sie insbesondere auch in Form einer transparenten Platte
realisiert werden, auf der die Schlitze 14 durch opake,
mittels Siebdruck aufgedruckte Streifen begrenzt sind, oder in Form
einer maschinell gefertigten oder gravierten Metallplatte. Der Phantomeffekt
lässt sich
außerdem
noch weiter verringern, indem auf der zur Frontlinse 2 gewandten
Seite der Maske 11 lichtbrechende Reliefs vorgesehen werden.
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Die
Streulinsen haben wie erwähnt
die Form zylindrischer Rippen und können durch punktuelle Linsen
realisiert werden, die in Reihen angeordnet sind, denen die Schlitze
der Anti-Phantom-Maske entsprechen.
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Obgleich
aufgezeigt wurde, dass die zylindrischen Rippen 7 ein kreisbogenförmiges Grundprofil haben,
können
verschiedene Formen vorgesehen werden, um eine bestimmte Streuung
des Lichtstrahlenbündels
zu erhalten.
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Auch
wenn beschrieben wurde, dass die Sammellinsen paraboloidförmig sind,
wodurch sie einen optimalen Transmissionswirkungsgrad sicherstellen,
können
Sammellinsen auch asphärisch
oder sogar sphärisch
geformt werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Zwar
wird die Ablenkung nach unten mit einem optimalen Leistung erreicht, wenn
die Achse der Sammellinse parallel zur Achse der entsprechenden
Diode ist, aber auch durch Neigen der Achse der Sammellinse wird
eine Ablenkung erreicht. Dann jedoch mit einem verringerten Transmissionswirkungsgrad.
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Ungeachtet
der Tatsache, dass die Erfindung wie beschrieben eine Ablenkung
des parallelen Strahlenbündels
in einer vertikalen Ebene und einer anschließenden Streuung in einer horizontalen
Ebene vorsieht, sind diese Richtungen nicht einschränkend und
können
je nach den Nutzungsbedingungen jeder Leuchte angepasst werden,
um einen Betrachtungswinkel des Lichts zu begünstigen.