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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul, und im Besonderen
betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Modul vom Typ TO-CAN,
das eine Baugruppe vom Typ TO-CAN verwendet.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
optisches Modul spielt eine wichtige Rolle beim Austauschen von
optischen und elektrischen Signalen. Da die Nachfrage nach einer
schnelleren Datenübertragungsrate
rasch angestiegen ist, besteht die Notwendigkeit für ein optisches
Modul, das eine große
Bandbreite von Frequenzen senden kann. Die optischen Module enthalten
typischerweise Sender zum Umwandeln eines elektrischen Signals in
ein optisches Signal zum nachfolgenden Senden sowie Empfänger zum
Umwandeln des gesendeten optischen Signals in ein elektrisches Signal.
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Alternativ
dazu kann ein Transceiver als ein optisches Modul verwendet werden.
In dem Transceiver werden das elektrische Signal und das optische
Signal unter Verwendung einer Laserdiode (LD) sowie einer Fotodiode
(PD) ausgetauscht. Diese Laserdiode und Fotodiode werden separat
installiert und anschließend
in einer einzelnen Baugruppe versiegelt. Eine Baugruppe vom Typ
TO-CAN ist am kostengünstigsten
und wird demzufolge weitgehend als eine optische Modulbaugruppe
verwendet.
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Die 1a und 1b sind schematische Darstellungen einer
herkömmlichen
Baugruppe vom Typ TO-CAN. Insbesondere ist 1a eine
Draufsicht der herkömmlichen
Baugruppe vom Typ TO-CAN und 1b ist
eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie A-A' von 1a.
Die 2a und 2b illustrieren
eine Verbindung zwischen der Baugruppe vom Typ TO-CAN sowie einer
Leiterplatte 40 zur Signalverarbeitung. In den 1a, 1b, 2a und 2b werden optische Komponenten, die an
einem Schaft in der Baugruppe vom Typ TO-CAN montiert sind, weggelassen
und es werden lediglich der Schaft und die Stifte dargestellt. Die 3a und 3b sind
Graphen, die die Hochfrequenzeigenschaft einer herkömmlichen
Baugruppe vom Typ TO-CAN (T056) illustrieren und insbesondere stellt 3a eine Verstärkungseigenschaft dar und 3b stellt eine Anpassungseigenschaft dar.
In den Zeichnungen bezeichnet eine nicht beschriebene Referenznummer
1 ein Kappe.
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In
Bezug auf die Figuren 1a, 1b, 2a und 2b umfasst die herkömmliche Baugruppe vom Typ TO-CAN
einen Schaft 10, der mit optischen Komponenten (nicht dargestellt),
wie beispielsweise einer Laserdiode (LD) und Anpassungswiderständen als Sender
sowie einer Fotodiode (PD) und einem Transimpedanzverstärker (TIA)
als Empfänger,
versehen ist, die an seiner Oberfläche montiert sind, die Signalleitstifte 20 sowie
einen Erdungsstift 30, der durch den Schaft 10 hindurch
verläuft,
so dass die Signalleitstifte 20 und der Erdungsstift 30 mit
den optischen Komponenten verbunden sind.
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Es
sollte beachtet werden, dass die charakteristische Impedanz jedes
der Abschnitte 21, die mit Glas in der Baugruppe vom Typ
TO-CAN versiegelt sind, sehr gering ist, das heißt, 20 Ω beträgt, und die Induktanz jedes
der Stifte 20 und 30, die von dem Schaft 10 hervorstehen,
hoch ist. Demzufolge muss ein Hochfrequenzsignal von 50 Ω beim Senden
in der Baugruppe vom Typ TO-CAN gedämpft werden. Wenn das elektrische
Signal der Baugruppe vom Typ TO-CAN zu einem externen Substrat mit
einer Datenübertragungsrate
vom weniger als 2,5 Gb/s gesendet wird, ist der beste Weg, um die
Kommunikation zu ermöglichen,
die Länge
der Stifte 20 und 30 so viel wie möglich zu
kürzen.
Insbesondere bei einer Datenübertragungsrate
von mehr als 10 Gb/s bewirkt ein sehr geringer Abstand von 1 mm
zwischen dem Schaft 10 und der Leiterplatte 40 eine
erhebliche Verschlechterung des Signals, wenn die Baugruppe vom Typ
TO-CAN an der Leiterplatte 40 montiert ist, die mit einer
Signalleitung, die eine charakteristische Impedanz von 50 Ω aufweist,
hergestellt ist. Demzufolge ist es äußerst wichtig, den Schaft 10 nahe
der Leiterplatte 40 zu befestigen.
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In
einem System, das mit einem optischen Modul vom Typ TO-CAN bereitgestellt
ist, erfordern, da eine optische Achse eines Senders mit einer optischen
Achse eines Empfängers übereinstimmt,
die Stifte des optischen Moduls vom Typ TO-CAN unter Berücksichtigung
des Unterschieds zwischen den Positionen der Signalleitstifte jedes
der Module (den Abständen
von jeder der optischen Achsen) sowie der bei der Herstellung des
Moduls erzeugten Abweichung eine einheitliche Länge. Als ein Ergebnis wird ein
Signalverlust bei 10 GHz, welcher mehr als 2 dB beträgt, aufgrund
der Strukturen der glasversiegelten Abschnitte und der Längen der
Stifte (in 3a) erzeugt, wodurch die
Bandbreite reduziert und die Anpassungseigenschaft des optischen
Moduls verringert wird, wie dies in 3b dargestellt
ist.
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Eine
optoelektronische Einrichtungsbaugruppe ist aus dem Dokument
EP 0 825 653 A2 bekannt.
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Eine
Niederimpedanzdiodenbefestigungsstruktur ist aus dem Dokument
US 3946416 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die vorstehend beschriebenen Probleme und bietet zusätzliche
Vorteile, indem sie ein optisches Modul vom Typ TO-CAN bereitstellt,
in dem ein Signal selbst bei einer hohen Frequenz minimal gedämpft wird,
und stellt eine ausgezeichnete Anpassungseigenschaft bereit.
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In
einem Aspekt wird ein optisches Modul nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Der
Signalleitstift kann vorzugsweise einen zylindrischen Abschnitt,
der durch den Schaft verläuft,
sowie einen Hexaeder-Abschnitt umfassen, der von der Unterseite
des Schaftes hervorsteht.
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Es
ist stärker
bevorzugt, dass, wenn das Intervall zwischen dem vorstehenden Abschnitt
des Signalleitstiftes und den Erdungsstiften kleiner als der Abstand
zwischen den Signalleitungen und den Erdungsleitungen der Leiterplatte
zum Montieren des Signalleitstiftes und der Erdungsstifte daran
ist, die Kanten der Erdungsstifte teilweise entfernt werden, um
das Auftreten von Kurzschlüssen
zu verhindern, wenn die Signalleitstifte und die Erdungsstifte mit
den Signalleitungen und den Erdungsleitungen verbunden sind.
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In
einem weiteren Aspekt kann eine Erdungseigenschaft des Moduls durch
Vergrößern der Abmessungen
der Erdungsstifte verbessert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorangehenden Leistungsmerkmale sowie weitere Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlicher,
wenn diese in Zusammenhang mit den angehängten Zeichnungen genommen
wird, wobei:
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die 1a und 1b schematische Darstellungen eines herkömmlichen
optischen Moduls vom Typ TO-CAN sind;
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Die 2a und 2b sind
schematische Querschnittsdarstellungen, die eine Verbindung zwischen der
Baugruppe vom Typ TO-CAN von 1 und einer
Leiterplatte zur Signalverarbeitung illustrieren;
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Die 3a und 3b sind
Graphen, die die Hochfrequenzeigenschaft einer herkömmlichen
Baugruppe vom Typ TO-CAN (T056) illustrieren;
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Die 4a bis 4c sind
schematische Darstellungen einer Baugruppe vom Typ TO-CAN in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine Verbindung zwischen
der Baugruppe vom Typ TO-CAN von 4 und einer
Leiterplatte zur Signalverarbeitung illustriert;
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Die 6a und 6b sind
Graphen, die die Hochfrequenzeigenschaft der Baugruppe vom Typ TO-CAN
(T056) in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustrieren.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich in
Bezug auf die angehängten
Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden dieselben oder ähnliche
Elemente mit denselben Referenznummern bezeichnet, selbst wenn sie
in unterschiedlichen Zeichnungen dargestellt sind. Zum Zwecke der Übersichtlichkeit
sowie der Einfachheit halber wird eine ausführliche Beschreibung bekannter Funktionen
oder Konfigurationen, die hierin einbezogen sind, weggelassen, da
diese den Gegenstand der Erfindung unverständlich machen kann.
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Die 4a und 4b sind
schematische Darstellungen einer Baugruppe vom Typ TO-CAN in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Genauer gesagt ist 4a eine
Draufsicht der Baugruppe vom Typ TO-CAN, 4b ist
eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie B-B' von 4a und 4c ist eine Querschnittsdarstellung entlang
der Linie C-C' von 4b. Der Einfachheit halber wird lediglich
ein Signalleitstift in der Spezifikation diskutiert, es ist jedoch
offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine viel größere Anzahl
von Stiften unterstützen kann.
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Wie
dies dargestellt ist, umfasst die Baugruppe vom Typ TO-CAN in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung einen Schaft 100, einen
Signalleitstift 200 sowie die Erdungsstifte 310 und 320.
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Optische
Komponenten (nicht dargestellt), wie beispielsweise eine Laserdiode
(LD), eine Fotodiode (PD) und so weiter, können an der Oberfläche des
Schaftes 100 montiert sein. Ein Durchgangsloch 110 (beispielsweise
mit einem Durchmesser von 1.100 μm)
ist durch den Schaft 100 hindurch ausgebildet.
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Der
Signalleitstift 200 ist über das Durchgangsloch 110 elektrisch
mit den optischen Komponenten verbunden. Der Signalleitstift 200 umfasst
einen zylindrischen Stift 210 und einem Hexaeder-Stift 220,
der mit dem zylindrischen Stift 210 verbunden ist. Der
zylindrische Stift 210 weist einen Durchmesser von 200 μm sowie eine
Länge (L2)
von 1.000 μm auf.
Der Hexaeder-Stift 220 weist eine Breite (W) von 400 μm, eine Dicke
(H) von 400 μm
sowie eine Länge (L1)
von 2.000 μm
auf.
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Der
zylindrische Stift 210 ist in dem Durchgangsloch 110 durch
Versiegeln des Durchgangsloches mit einem Glasversiegelungspulver
befestigt, und der Hexaeder-Stift 220 steht von der Unterseite des
Schaftes 100 hervor. Hierbei ist das glasversiegelte Innere
des Durchgangsloches 110 ausgebildet, um eine charakteristische
Impedanz von 50 Ω durch die
Impedanzanpassung eines koaxialen Wellenleiters aufzuweisen. Um
den Kapazitätsbelag
zu reduzieren und die Impedanz mit akzeptabler Größe anzupassen,
wird selektiv ein Glas mit einer geringen Permittivität von ungefähr 4,1 verwendet.
Es ist zu beachten, dass eine charakteristische Impedanz (Z0), die durch die Impedanzanpassung des in 4a dargestellten koaxialen Wellenleiters
erzeugt wird, durch die folgende Gleichung 1 erhalten wird.
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[Gleichung 1]
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Z0 = 1/(2π)·√(μ/ε)·In(b/a)
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Hierbei
bezeichnet μ die
Permeabilität
eines dielektrischen Materials, ε bezeichnet
die Permittivität
eines dielektrischen Materials, a bezeichnet den Durchmesser eines
Signalleitstiftes und b bezeichnet den Durchmesser eines Durchgangsloches.
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Die
Erdungsstifte 310 und 320, die an beiden Seiten
des Signalleitstiftes 200 angeordnet sind, sind von dem
Hexaeder-Stift 220 des Signalleitstiftes 200, der
von der Unterseite des Schaftes 100 hervorsteht, um ein
bestimmtes Intervall (S) beabstandet. Die Erdungsstifte 310 und 320 weisen
größere Abmessungen
(beispielsweise eine Breite (W1) von 1.000 μm und eine Dicke (H) von 400 μm auf) als
der herkömmliche
verwendete zylindrische Stift auf, um die Erdungsabmessungen zu
vergrößern, und
sind um ein Intervall (S) von ungefähr 200 μm von dem Hexaeder-Stift 220 beabstandet.
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Die
charakteristische Impedanz des von der Unterseite des Schaftes 100 vorstehenden
Hexaeder-Stiftes 220 wird durch die Dicke (H) und die Breite
(W) des Hexaeder-Stiftes 220, die Dicke und die Breite
der Erdungsstifte 310 und 320 sowie durch das Intervall
(S) zwischen dem Hexaeder-Stift 220 und den Erdungsstiften 310 und 320 bestimmt.
Dementsprechend kann die gewünschte
charakteristische Impedanz, das heißt, 50 Ω, durch Steuern der Abmessungen
und Dicken der Stifte 220, 310 und 320 sowie
des Intervalls zwischen dem Stift 200 und den Stiften 310 und 320 erhalten
werden, sie ist jedoch nicht auf den vorstehend beschriebenen exemplarischen
Wert beschränkt.
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5 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine Verbindung zwischen
der Baugruppe vom Typ TO-CAN von 4 und einer
Leiterplatte illustriert. Wie dies dargestellt ist, enthält die Leiterplatte 400 eine
Signalleitung 410 und die Erdungsleitungen 420.
Die Signalleitungen 410 und die Erdungsleitungen 420 sind
auf einem dielektrischen Substrat 430 angeordnet.
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Im
Allgemeinen wird eine Impedanz (Z) durch die Gleichung Z = √L/C dargestellt. Folglich wird
die Impedanz (Z0) der Leiterplatte 400 durch
die relative Permittivität
(εγ)
des dielektrischen Substrates 430, die Abmessungen der
Signalleitungen 410 und der Erdungsleitungen 420,
den Abstand (d) zwischen den Signalleitungen 410 und den
Erdungsleitungen 420 sowie durch die Dicke des dielektrischen Substrates 430 bestimmt.
Hierbei bezeichnet L einen Induktivitätsbelag und C bezeichnet einen
Kapazitätsbelag.
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Wie
dies in 5 dargestellt ist, werden, wenn
die Baugruppe vom Typ TO-CAN an der Leiterplatte 400 zur
Signalübertragung
montiert ist, und wenn die Positionen der Stifte 220, 310 und 320 durch
Herstellungsfehler von den designierten Positionen abweichen oder
der Abstand (d) zwischen den Signalleitungen 410 und den
Erdungsleitungen 420 größer als
das Intervall (S) zwischen den Signalleitstiften 220 und
den Erdungsstiften 310 und 320 ist, die Kanten
der Erdungsstifte 310 und 320, die an der Oberseite
der Leiterplatte 400 angebracht sind, entfernt. Das Entfernen
der Kanten der Erdungsstifte 310 und 320 verhindert
Kurzschlüsse,
die aufgrund des geringen Intervalls (S) auftreten, wenn die Signalleitstifte 220 und
die Erdungsstifte 310 und 320 der Baugruppe vom
Typ TO-CAN mit den Signalleitungen 410 und den Erdungsleitungen 420 der
Leiterplatte 400 verbunden sind.
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Die 6a und 6b sind
Graphen, die eine Hochfrequenzeigenschaft der Baugruppe vom Typ TO-CAN
in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustrieren. Das heißt, die charakteristische Impedanz
in der Baugruppe vom Typ TO-CAN von 50 Ω wird als ein Ergebnis der
Konfiguration des glasver siegelten Inneren des Durchgangsloches
sowie des vorstehenden Abschnittes des Stiftes erhalten, der von
der Unterseite des Schaftes hervorsteht.
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6a ist ein Graph, der eine Verstärkungseigenschaft
illustriert, die den Grad des Verlustes eines Signals darstellt.
Hierbei beträgt
der Verlust des Signals bei 10 GHz weniger als 0,2 dB. Verglichen mit
dem Graph in 3a, bei dem der Verlust
des Signals bei 10 GHz mehr als 2 dB beträgt, zeigt der Graph in 6a die Verbesserung der Verstärkungseigenschaft
des optischen Moduls vom Typ TO-CAN der vorliegenden Erfindung.
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6b ist ein Graph, der eine Anpassungseigenschaft
der glasversiegelten Abschnitte illustriert. Hierbei beträgt der durch
die Anpassungseigenschaft des optischen Moduls vom Typ TO-CAN der vorliegenden
Erfindung erhaltene Wert weniger als -20 dB ab 1 GHz bis 10 GHz.
Im Vergleich zu dem Graph von 3b zeigt
der Graph von 6b die Verbesserung
der Anpassungseigenschaft des der vorliegenden Erfindung entsprechenden
optischen Moduls vom Typ TO-CAN. Der ideale Wert, der durch die
Anpassungseigenschaft erhalten wird, beträgt -∞. Wenn jedoch der Wert weniger
als -20 dB beträgt,
ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine ausgezeichnete
Anpassungseigenschaft bereitstellt.
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Wie
anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die
vorliegende Erfindung ein optisches Modul vom Typ TO-CAN bereit,
wobei ein glasversiegelter Abschnitt um einen Signalleitstift herum
eine gewünschte
charakteristische Impedanz aufgrund der Impedanzanpassung des koaxialen
Kabels aufweist. Darüber
hinaus weist ein vorstehender Abschnitt des Signalleitstiftes eine
gewünschte
charakteristische Impedanz aufgrund der Dicke und der Breite des
Signalleitstiftes, der Dicke und der Breite der Erdungsstifte, die
an beiden Seiten von dem Signalleitstift beabstandet sind, sowie
aufgrund des Intervalls zwischen dem Signalleitstift und den Erdungsstiften
auf. Folglich ist es möglich,
die Dämpfung
eines Signals zu verhindern, die durch die Struktur eines glasversiegelten
Abschnittes sowie durch die Längen
der Stifte des herkömmlichen
optischen Moduls vom Typ TO-CAN erzeugt wurde, wobei die Anpassungseigenschaft
verringert wird, die in dem herkömmlichen
optischen Modul vom Typ TO-CAN erzeugt wurde. Des Weiteren stellt
die vorliegende Erfindung eine Baugruppe bereit, die zu geringen Kosten
mit einer hohen Leistung bei der optischen Kommunikation bei einer Datenübertragungsrate
von mehr als 10 Gb/s durch Verbessern einer Hochfrequenzeigenschaft
der Baugruppe hergestellt wird.
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Nachdem
die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung illustriert und beschrieben wurden, ist
es für
eine Person mit gewöhnlicher
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich, dass viele Änderungen
und Modifizierungen vorgenommen werden können sowie Elemente davon durch
Entsprechungen ersetzt werden können, ohne
vom wahren Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus
können
viele Modifizierungen durchgeführt
werden, um Anpassungen an eine bestimmte Situation sowie die Lehre
der vorliegenden Erfindung vorzunehmen, ohne vom grundlegenden Umfang
abzuweichen. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung nicht auf
eine bestimmte Ausführungsform
beschränkt,
die als die beste in Betracht gezogenen Form zum Ausführen der
vorliegenden Erfindung offenbart wurde, vielmehr soll die vorliegende
Erfindung sämtliche
Ausführungsformen einschließen, die
in den Umfang der angehängten Patentansprüche fallen.