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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verbinder mit integriertem
Lichtwellenleiter.
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Viele
elektrische oder elektronische Modulgehäuse wie beispielsweise Server,
Personal Computer oder HIFI-, TV-Geräte und dergleichen haben heutzutage
an einer Vorder-, Seiten oder Rückwand einen
oder mehrere Verbinder zum Verbinden mit Anschlußkabeln sowie Leuchtdioden
zum Anzeigen optischer Signale angeordnet. Hierzu muß die entsprechende
Wand des Modulgehäuses
entsprechende Befestigungsmöglichkeiten
wie beispielsweise Öffnungen
und Schraubverbindungen aufweisen, um die Verbinder wie beispielsweise
Buchsen und Stecker sowie die Leuchtdioden an der Gehäusewand zu
befestigen. Des weiteren müssen
diese Bauteile mit einer in dem Gehäuse befindlichen Platine elektrisch
verbunden werden.
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Dementsprechend
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und
kostengünstige
Befestigungsmöglichkeit
sowie elektrische Anschlußfähigkeit
eines Verbinders und einer optischen Signaleinrichtung an einer
Vorder, Seiten oder Rückwand
eines Modulgehäuses
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Verbinder mit den Merkmalen nach Anspruch
1 und ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die
obige Aufgabe wird durch einen Verbinder bzw. Kontaktstecker bzw.
Kontaktbuchse mit folgenden Bauteilen gelöst: einem Gehäuse für die Aufnahme
von zumindest einem Kontaktelement bzw. Kontaktstift bzw. Kontaktzunge
zum in Kontakt treten mit einem komplementären Kontaktelement eines komplementären Verbinders,
wobei zumindest ein Lichtwellenleiter in oder an dem Gehäuse angeordnet
ist und an einer Vorderseite des Gehäuses freigelegt ist, um ein
optisches Signal anzuzeigen.
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Indem
der Lichtwellenleiter in oder an dem Gehäuse des Verbinders angeordnet
ist, wird eine Baugruppe bestehend aus dem Lichtwellenleiter und dem
Verbinder geschaffen, so daß diese
Baugruppe als einstückiges
Teil montiert und elektrisch angeschlossen werden kann. Dies bietet
den Vorteil, daß nicht
wie herkömmlich
eine optische Signaleinrichtung befestigt und elektrisch angeschlossen
werden muß und
des weiteren der Verbinder befestigt und elektrisch angeschlossen
werden muß.
Darüber
hinaus ist der Platzbedarf gegenüber
zwei separaten Bauteilen für
den Verbinder und die elektrische Signaleinrichtung bei dieser integrierten
Bauweise verringert. Der Lichtwellenleiter kann darüber hinaus
mit einem sehr kleinen Querschnitt versehen sein, um den Platzbedarf
weiter zu verringern, insbesondere im Vergleich mit dem Anordnen
einer Leuchtdiode, die aufgrund ihrer Bauweise einen gewissen Mindestquerschnitt
hat. Die Leuchtdiode kann dabei an beliebiger Stelle an einer Leiterplatte
angeordnet werden und wird mit dem Lichtwellenleiter optisch gekoppelt,
um das von der Leuchtdiode abgestrahlte Licht durch den Lichtwellenleiter
hindurch zu einer Vorderseite des Verbinders zu übertragen.
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Vorzugsweise
ist der Lichtwellenleiter an einer Rückseite des Verbindergehäuses freigelegt,
um das Lichtsignal an dieser Stelle einzuspeisen. Dadurch kann eine
Leuchtdiode an einer Rückseite
des Gehäuses
des Verbinders an der Leiterplatte angeordnet werden und das Lichtsignal
kann in den Lichtwellenleiter eingespeist werden, ohne Lichtwellenleiter
und Leuchtdiode unmittelbar miteinander zu verbinden. Darüber hinaus
funktioniert die Lichtübertragung
auch bei verhältnismäßig großen Toleranzen bei
der Anordnung des Verbinders und der Leuchtdiode an einer Leiterplatte.
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Vorzugsweise
ist der Lichtwellenleiter in einer sich durch das Gehäuse des
Verbinders hindurch erstreckenden Öffnung angeordnet bzw. eingelegt, so
daß sich der
Lichtwellenleiter von der Rückseite des
Verbindergehäuses
zu der Vorderseite erstreckt. Da der Lichtwellenleiter aus einem
kostengünstigen Material
herstellbar ist, kann ein derartiger Verbinder unabhängig davon,
ob ein optisches Signal angezeigt werden soll oder nicht, mit dem
Lichtwellenleiter ausgestattet sein, so daß die Anzahl unterschiedlicher
Verbinder verringert wird. In anderen Worten kann der erfindungsgemäße Verbinder
mit dem Lichtwellenleiter auch bei Anwendungen eingesetzt werden,
die den Lichtwellenleiter nicht benötigen. Hierdurch wird eine
Stückzahl
von baugleichen Verbindern vergrößert, um
die Fertigungskosten zu senken. Des weiteren kann der Verbinder
auch ohne den in der Öffnung
angeordneten Lichtwellenleiter hergestellt und verkauft werden.
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Vorzugsweise
ist der Lichtwellenleiter aus einem Polycarbonat, Polymethylmethacrylat
(PMMA), transparentem Polyamid oder strahlenvernetztem Polyamid
hergestellt oder weist zumindest eines dieser Materialien auf.
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Weiter
bevorzugt hat der Verbinder an einer Unter- bzw. Bodenseite zumindest
einen Lötpunkt und/oder
Lötstift
zum elektrischen Verbinden des Verbinders mit einer Leiterplatte
und/oder einen Vorsprung für
die mechanische Fixierung des Verbinders in einer komplementären Öffnung oder
Aussparung der Leiterplatte oder einer Bodenplatte eines Modulgehäuses oder
dergleichen.
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Weiter
bevorzugt ist der Lichtwellenleiter an einem hinteren Ende, d. h.
an der Rückseite
des Verbindergehäuses,
an der vorzugsweise die Leuchtdiode auf der Leiterplatte angeordnet
wird, in einem Winkel von 35 bis 50° gegenüber einer Längsachse des Lichtwellenleiters
abgeschrägt,
am besten in einem Winkel von 35 bis 40°, weil bei einem Winkel von im
Wesentlichen 38° eine
Totalreflexion aufgrund des Brechungsindex veranlaßt wird.
Die Totalreflexion bietet den Vorteil einer optimierten Lichtausbeute
für die Übertragung
des Lichtsignals. Es ist jedoch auch möglich, den Lichtwellenleiter
in einem Bereich von 20° bis
80° abzuschrägen, wenn
es auf eine optimale Lichtnutzung bzw. Ausbeute nicht ankommt. Es
ist aber auch denkbar, daß der
Lichtwellenleiter an der Rückseite
des Verbindergehäuses
einen Winkel von im Wesentlichen 90° gegenüber der Längsachse des Lichtwellenleiters bildet.
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Vorzugsweise
wird der Verbinder mit dem Lichtwellenleiter derart an einer Vorder-Rück- oder Seitenwand eines Modulgehäuses befestigt
indem der Verbinder an einer Leiterplatte angelötet wird und die Leiterplatte
so in dem Gehäuse
positioniert wird, daß der
Verbinder sich durch eine Öffnung
der Modulgehäusewand
hindurch erstreckt, um von außen zugänglich zu
sein. Dabei wird eine Leuchtdiode vorzugsweise derart an der Leiterplatte
angeordnet, daß das
von der Leuchtdiode abgestrahlte Licht in den Lichtwellenleiter
des Verbinders eingespeist wird, um das Lichtsignal von der Rückseite
des Verbinders zu der Vorderseite des Verbinders, d. h. nach außerhalb von
dem Modulgehäuse
zu übertragen.
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Des
weiteren wird ein Verfahren zum Anordnen eines Verbinders und einer
optischen Signalanzeige vorzugsweise für ein Modulgehäuse mit
folgenden Schritten geschaffen: Anordnen zumindest eines Lichtwellenleiters
in oder an dem Gehäuse
des Verbinders und Freilegen des Lichtwellenleiters an einer Vorderseite
des Gehäuses,
um ein optisches Signal anzuzeigen. Indem der Lichtwellenleiter
in dem Gehäuse
angeordnet wird, muß nur
ein Bauteil, nämlich der
Verbinder an der entsprechenden Stelle des Modulgehäuses befestigt
und elektrisch verbunden werden, um auf diese Weise eine Montage
zumindest eines Verbinders und zumindest einer optischen Signalanzeige
zu schaffen. Hierdurch kann die Montagezeit verringert und entsprechende
Herstellkosten für ein
Modulgehäuse
verringert werden.
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Vorzugsweise
weist das Verfahren des weiteren den Schritt des Freilegens des
Lichtwellenleiters an einer Rückseite
des Gehäuses
auf, um an dieser Position ein Lichtsignal einzuspeisen.
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Vorzugsweise
weist das Verfahren des weiteren folgende Schritte auf:
Vorsehen
einer Öffnung
in dem Gehäuse,
die sich von der Vorderseite zu der Rückseite des Gehäuses erstreckt,
und
Anordnen des Lichtwellenleiters in der Öffnung.
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Vorzugsweise
weist das Verfahren des weiteren den Schritt des Montierens des
Verbinders an einer Leiterplatte über zumindest einen Lötpunkt und/oder
Lötstift
und/oder Vorsprung auf.
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Vorzugsweise
weist das Verfahren des weiteren den Schritt des Abschrägens eines
hinteren Endes des Lichtwellenleiters auf, vorzugsweise in einem
Winkel von 35° bis
50° gegenüber einer
Längsachse
des Lichtwellenleiters.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beispielhaft näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Vorderansicht eines Verbinders mit einem Paar Lichtwellenleiter 1, 1,
wobei der Verbinder an einer Leiterplatte 20 angeordnet
ist.
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2 zeigt
eine Seitenansicht desselben Verbinders an der Leiterplatte 20 wie 1.
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3 zeigt
eine Ansicht von unterhalb der Leiterplatte 20, wobei nur
ein vorderes Ende des Verbinders sichtbar ist.
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4 zeigt
eine schematische Seitenansicht des Verbinders 10, die
die relativen Positionen von Lichtwellenleiter 1, Verbinder 10 und
Leuchtdiode 2 zueinander wiedergibt.
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Wie
insbesondere in 2 und 3 gezeigt
ist, wird der Verbinder mit dem Gehäuse 10 mittels Lötpunkten 7 und/oder
Lötstiften 8, 9 an
einer Leiterplatte 20 angelötet, um eine elektrische Verbindung
des Verbinders mit der Leiterplatte 20 herzustellen. Die
elektrische Verbindung beinhaltet dabei die Verbindung der Leiterplatte 20 mit
Kontaktelementen 11 des Verbinders. Diese Kontaktelemente 11 werden
mit Kontaktelementen eines (nicht gezeigten) komplementären Verbinders
in Kontakt gebracht, um eine elektrische Verbindung mit beispielsweise
externen Geräten herzustellen.
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Des
weiteren wird vorzugsweise an einer Rückseite 10b des Verbindergehäuses eine
Leuchtdiode (LED) 2 an der Leiterplatte 20 angelötet. Diese Leuchtdiode 2 wird
in Übereinstimmung
mit in einer Öffnung
des Verbindergehäuses 10 angeordneten Lichtwellenleitern 1, 1 an
der Leiterplatte 20 angeordnet. Wenn die Leuchtdiode 2 ein
Licht abstrahlt, wird dieses somit über den oder die in dem Verbindergehäuse 10 angeordneten
Lichtwellenleiter 1 zu einer Vorderseite 10a des
Verbinders hin übertragen.
Auf diese Weise kann der Verbinder auch ein oder mehrere optische
Signale je nach Anzahl der in dem Verbindergehäuse 10 angeordneten
Lichtwellenleiter 1, 1 zu einer Vorderseite des
Verbindergehäuses übertragen.
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Auf
diese Weise kann beispielsweise eine korrekte Verbindung eines Peripheriegeräts über den Verbinder
und dessen Kontaktelemente 11 über die optische Signalanzeige
der LED 2 und der Lichtwellenleiter 1 angezeigt
werden.
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Vorzugsweise
hat das Verbindergehäuse 10 des
weiteren einen Gehäuseschirmung 3, 4 aus
einem entsprechend gebogenen Metallblech, um übertragene Signale abzuschirmen.
Das Metallblech ist dabei an einer Vorderseite des Verbinders entsprechend
ausgespart, um die Lichtwellenleiter 1, 1 freizulegen.
Die Lichtwellenleiter 1 können einen sehr kleinen Querschnitt,
vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser
von etwa 0,5 bis 5 mm, am besten 1 bis 3 mm haben. Auf diese Weise wird
eine sehr platzsparende optische Signalanzeige an einer Vorderseite
des Verbinders geschaffen.
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Der
Verbinder kann jede Art von Verbinder sein, wie beispielsweise ein
RJ 45-Stecker (Westernstecker),
oder -buchse, eine Buchse oder Stecker für eine serielle oder parallele
Schnittstelle, ein Koaxialstecker, ein USB-Stecker, eine D-Sub-Buchse
oder dergleichen.
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Der
Verbinder wird vorzugsweise derart an einer Vorder- Rück- oder
Seitenwand eines Modulgehäuses
angeordnet, um die Leiterplatte 20 derart innerhalb des Modulgehäuses anzuordnen,
daß der Verbinder
in Übereinstimmung
mit einer Öffnung
der Gehäusewand
positioniert wird. Auf diese Weise kann auf eine Befestigung des
Verbinders an der Gehäusewand
verzichtet werden, so daß die
Montage erleichtert wird. In anderen Worten wird der Verbinder mit
dem Lichtwellenleiter 1 an der Leiterplatte 20 angelötet und
die Leiterplatte 20 in das Modulgehäuse eingesetzt. Durch die entsprechende
Positionierung der Leiterplatte 20 innerhalb des Gehäuses ist
der Verbinder nun automatisch an der richtigen Position angeordnet.
Ein weiterer Montageschritt ist nicht erforderlich.
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Die
Einspeisung des optischen Signals über die LED 2 in den
Lichtwellenleiter 1 erfolgt vorzugsweise auf folgende Weise:
Vorzugsweise
ist die Leuchtdiode 2 relativ zum Lichtwellenleiter 1 derart
positioniert, daß zumindest
ein Teil des von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichtes
auf eine freigelegte Oberfläche
des Lichtwellenleiters 1 im hinteren Bereich des Verbindergehäuses 10 auftrifft.
Diese Oberfläche
wird daher auch als Eintrittsoberfläche 21 bezeichnet.
Beispielsweise kann diese Eintrittsoberfläche 21 derart geformt
sein, daß Lichststrahlen
der Leuchtdiode 2, die zusammen einen möglichst großen Anteil am gesamten Strahlungsfluß der Leuchtdiode 2 repräsentieren,
unter einem möglichst
geringen Winkel zur Normalen der Eintrittsoberfläche 21 auftreffen.
Dadurch kann unter Umständen der
Anteil des Strahlungsflusses der Leuchtdiode 2, der an
der Eintrittsoberfläche 21 zurückreflektiert wird,
gering gehalten werden. Mit anderen Worten kann dadurch gegebenenfalls
erreicht werden, daß ein
hoher Anteil der Lichtleistung der Leuchtdiode 2 in den
Lichtwellenleiter 1 eintritt.
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Es
versteht sich, daß die
Eintrittsoberfläche 21 in
ihrer allgemeinen Ausführung
keine ebene Fläche
sein muß,
sondern in ihrer Form derart angepaßt sein kann, daß ein hoher
Anteil der Lichtleistung der Leuchtdiode 2 in den Lichtwellenleiter 1 eintritt,
daß der
Lichtwellenleiter 1 besonders einfach herzustellen, und/oder
zu montieren ist.
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Es
versteht sich, daß der
Querschnitt des Lichtwellenleiters 1, also der Schnitt senkrecht
zur Längsachse
des Lichtwellenleiters 1, nicht auf rechteckige oder quadratische
Formen beschränkt
ist. Es sind viele Formen denkbar, insbesondere auch eine Ellipsen-
oder auch eine Kreisform. Zudem ist es auch denkbar, daß die Querschnittsform
des Lichtwellenleiters 1 entlang der Längsachse des Lichtwellenleiters 1 nicht
gleich ist.
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Vorteilhafterweise
ist die abgeschrägte Oberfläche 22 des
Lichtwellenleiters so geformt, daß Lichtstrahlen, die zusammen
einen möglichst
großen Anteil
am gesamten Strahlungsfluß der
Leuchtdiode repräsentieren,
an der abgeschrägten
Oberfläche 22 des
Lichtwellenleiters 1 unter einem Winkel zur Normalen der
abgeschrägten
Oberfläche 22 reflektiert werden,
der im Wesentlichen größer als
der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Dadurch wird erreicht, daß Lichtstrahlen,
die zusammen einen möglichst
großen
Anteil am gesamten Strahlungsfluß der Leuchtdiode 2 repräsentieren,
an dieser abgeschrägten
Oberfläche 22 im
Wesentlichen vollständig
reflektiert werden.
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Vorteilhafterweise
bilden die Eintrittsoberfläche 21 und
die abgeschrägte
Oberfläche 22 einen Winkel α zueinander.
Lichtstrahlen, die unter senkrechtem Einfall auf die Eintrittsoberfläche 21 in
den Lichtwellenleiter 1 eintreten, bilden mit der Normalen der
abgeschrägten
Oberfläche 22 einen
Winkel, der die Größe des Winkels α hat. Ist
nun der Winkel α größer als
der Grenzwinkel der Totalreflexion, so findet für diese Lichtstrahlen eine
Totalreflexion statt, so daß im
Wesentlichen der gesamte Strahlungsfluß dieser Lichtstrahlen an der
abgeschrägten
Oberfläche 22 reflektiert
wird. Zudem kann mit größerem Winkel α gegebenenfalls
ein höherer
Anteil derjenigen Lichtstrahlen totalreflektiert werden, die nicht
exakt senkrecht auf die Eintrittsoberfläche 21 in den Lichtwellenleiter
eingetreten sind. Dies kann zu einem geringen Verlust der Leistung
des Lichtsignals bei der Übertragung
durch den Lichtwellenleiter 1 führen.
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Es
versteht sich, daß der
optimale Winkel α unter
anderem abhängig
sein kann von der Position der Leuchtdiode 2 relativ zum
Lichtwellenleiter 1, von der räumlichen Verteilung des von
der Leuchtdiode 2 emittierten Strahlungsflusses, von der Querschnittsform
des Lichtwellenleiters 1 und von der Form der Eintrittsoberfläche 21 und
der Austrittsoberfläche 23.
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Andere
Faktoren können
zusätzlich
den optimalen Bereich des Winkels α mitbestimmen. Durch einen zu
großen
oder zu kleinen Winkel α können gegebenenfalls
Lichtstrahlen nach der Reflexion an der abgeschrägten Oberfläche 22 vermehrt einen
größeren Winkel
zur Längsachse
des Lichtwellenleiters 1 bilden. Abhängig von der Form des Lichtwellenleiters 1 können dadurch
unter Umständen
Reflexionen an den längsseitigen
Flächen 24 des
Lichtwellenleiters 1 unterhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion
stattfinden, was dazu führen
kann, daß ein
höherer
Anteil der Leistung des Lichtsignals den Lichtwellenleiter 1 verläßt. Überdies
können
gegebenenfalls bedingt durch einen zu großen oder zu kleinen Winkel α die Lichtstrahlen
auf der Austrittsfläche 23 des
Lichtwellenleiters 1 in einem größeren Winkel zur Normalen der
Austrittsfläche 23 auftreffen,
wodurch ein höherer Anteil
der Leistung des Lichtsignals an der Austrittsoberfläche 23 in
den Lichtwellenleiter 1 zurückreflektiert werden kann und
unter Umständen
ein geringerer Anteil der Leistung des Lichtsignals den Lichtwellenleiter 1 als
detektierbares Signal verläßt.
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Vorteilhafterweise
bildet die abgeschrägte Oberfläche 22 zur
Längsachse
des Lichtwellenleiters 1 einen Winkel α zwischen 35 und 50°, besonders vorteilhafterweise
zwischen 35 und 40°.
Wenn die optimale Ausbeute, bzw. Lichtnutzung der Leuchtdiode 2 nicht
kritisch ist, kann der Lichtwellenleiter 1 auch in einem
Winkelbereich von 20° bis
80° abgeschrägt sein
oder aber einen Winkel von im Wesentlichen 90° gegenüber der Längsachse des Lichtwellenleiters 1 bilden.
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Es
versteht sich, daß die
abgeschrägte Oberfläche 22 in
ihrer allgemeinen Ausführung
keine ebene Fläche
sein muß,
sondern zur Verringerung des Verlustes an der übertragenen Leistung des Lichtsignals
der Leuchtdiode, zur Vereinfachung der Herstellung und/oder der
Montage auch gekrümmt ausgebildet
sein kann.
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Speziell
ist es denkbar, daß die
Eintrittsoberfläche
nicht notwendigerweise parallel zur Längsachse des Lichtwellenleiters 1 ausgebildet
sein muß,
wie dies in 4 für eine Ausführungsform dargestellt ist. Die
Eintrittsoberfläche 21 kann
beispielsweise auch im Wesentlichen parallel zur Austrittsoberfläche 23 angeordnet
sein. Der Lichtwellenleiter 1 kann in diesem Fall beispielsweise
quaderförmig
oder zylinderförmig
ausgebildet sein. Ferner kann auch die Austrittsoberfläche 23 in
ihrer Form beliebig angepaßt sein,
so daß beispielsweise
eine bessere Ausbeute der Leistung des Lichtsignals der Leuchtdiode 2 erfolgt
oder der Lichtwellenleiter 1 einfacher herzustellen oder
zu montieren ist.
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Ferner
ist es denkbar, daß zwei
oder mehrere Leuchtdioden so angeordnet sein können, daß sie an der gleichen oder
an separat freigelegten Oberflächen
des Lichtwellenleiters Lichtsignale eingekoppeln können. Derart
ist es möglich,
daß an
der Austrittsoberfläche 23 des
Lichtwellenleiters Lichtsignale von mehreren, eventuell verschiedenfarbigen Leuchtdioden
ausgegeben werden können.
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Es
versteht sich des Weiteren, daß der
Lichtwellenleiter 1 nicht nur einstückig ausgebildet sein muß, sondern
aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sein kann, wobei die einzelnen
Komponenten beispielsweise unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
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Ferner
ist es denkbar, daß das
Lichtsignal, das in den Lichtwellenleiter 1 eingekoppelt
wird, nicht von einer Leuchtdiode 2, sondern von einer
anderen passenden Lichtquelle, oder auch von einem weiteren Lichtwellenleiter
erzeugt werden kann.
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Weiterin
ist denkbar, daß Oberflächen des Lichtwellenleiters
beschichtet sind, so daß die
Reflexionen der Lichtstrahlen an diesen Oberflächen des Lichtwellenleiters 1 und/oder
der Eintritt der Lichtstrahlen in den Lichtwellenleiter beispielsweise
für eine
bessere Ausbeute der Leistung des Lichtsignals beeinflußt werden.
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- 1
- Lichtwellenleiter
- 2
- Leuchtdiode
(LED)
- 3,
4
- Gehäuseschirmung
- 5,
6
- Vorsprung
- 7
- Lötpunkt
- 8,
9
- Lötstift
- 10
- Gehäuse
- 10a
- Vorderseite
- 10b
- Rückseite
- 11
- Kontaktelement
- 20
- Platine
- 21
- Eintrittsoberfläche
- 22
- abgeschrägte Oberfläche
- 23
- Austrittsoberfläche
- 24
- längsseitige
Flächen