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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zur Befestigung in einem optischen Diagnosegerät, insbesondere einem Endoskop.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, sowohl für medizinische als auch für allgemeine Anwendungen auf dem Gebiet der Technik Endoskope einzusetzen, um eine optische Diagnose in verborgenen Bereichen durchführen zu können. Dazu werden sowohl Endoskope mit einer flexiblen Zuführung als auch Endoskope mit einem teilweise starren Endoskop-Schaft als Zuführung verwendet. Um die Inspektionsstelle untersuchen zu können, ist eine Lichtquelle vorgesehen, die entweder am proximalen Ende angebracht ist und deren Licht über Lichtleiter an das distale Ende übertragen wird, oder die in der Nähe des distalen Endes angebracht ist. Im letzteren Fall sind Vorkehrungen zu treffen, um die Lichtquelle zur Abfuhr der während des Betriebs entstehenden Wärme entsprechend zu kühlen. Die letztgenannte Variante eines Endoskops ermöglicht eine homogene Beleuchtung der Behandlungsstelle, da insbesondere keine optischen Eigenschaften von Lichtleitern oder dergleichen berücksichtigt werden müssen. Aufgrund der Miniaturisierung in der Elektronik haben derartige Endoskope neuerdings größere Bedeutung erlangt.
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So ist in der
DE 10 2010 024 003 A1 ein Endoskop beschrieben, das einen lang erstreckten Schaft, ein Kopfstück an einem proximalen Ende des Schaftes und ein Gehäuse des Kopfstücks aufweist. Desweiteren ist innerhalb des Kopfstückes in einem distalen Bereich eine Lichtquelle angeordnet, die Verlustwärme erzeugt und die eine passive Kühlung aufweist. Ein im Inneren eines Schafts angeordnetes Wärmerohr ist mit einer Lichtquelle thermisch gekoppelt, um die Verlustwärme in Richtung nach Proximal abzuführen.
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Aus der
DE 10 2011 076 122 A1 ist eine Lichtquelle insbesondere für ein medizinisches Gerät bekannt, die ein einen Innenraum aufweisendes Gehäuse und ein im Innenraum des Gehäuses angeordnetes Leuchtmittel mit zwei elektrischen Anschlüssen und einem thermischen Anschluss zum Abführen von Betriebswärme aufweist. Das Gehäuse ist mit zwei elektrischen Durchführungskontakten zwischen dem Innenraum und der Außenseite für elektrische Anschlüsse des Leuchtmittels versehen.
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Aus der
DE 10 2013 201 808 A1 ist ein LED-Beleuchtungsmodul mit zumindest einer LED bekannt, welche an einer Proximalseite einen ersten elektrischen Anschlusskontakt und an einer axial entgegen gesetzt gerichteten Distalseite einen zweiten elektrischen Anschlusskontakt sowie einen Strahlung emittierenden Abstrahlbereich aufweist, wobei die LED an ihren zweiten elektrischen Anschlusskontakt über eine elektrisch leitende Hülse kontaktiert ist, welche beabstandet von ihrem proximalen Ende mit dem zweiten Anschlusskontakt der LED elektrisch leitend verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2013 201 809 A1 ist ein medizinisches Instrument bekannt, das mindestens eine Strahlungseinrichtung aufweist, die mindestens eine Strahlenquelle in Form zumindest einer LED aufweist. In Strahlungsrichtung hinter der Strahlenquelle ist bei der Strahlungseinrichtung eine strahlendurchlässige Schutzscheibe angeordnet. Diese Schutzscheibe ist aus einem hochbrechenden Material ausgebildet, das außerdem eine höhere Bruchfestigkeit und Härte als optische Gläser aufweist.
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Aus der
DE 10 2014 208 754 A1 ist ein Endoskopkopf mit zumindest zwei Einheiten aus einer Lichtquelle und einem dazu gehörigen Optikelement bekannt, wobei von den zumindest zwei Einheiten zumindest eine erste Einheit eine erste vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist und eine zweite Einheit eine zweite vorbestimmte optische Eigenschaft aufweist, wobei sich die erste vorbestimmte optische Eigenschaft von der zweiten vorbestimmten optischen Eigenschaft unterscheidet. Desweiteren ist ein Endoskop mit einem solchen Endoskopkopf angegeben.
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Aus der
US 6,903,380 B2 ist ein LED-Gehäuse bekannt, das mittels einer Montagevorrichtung mechanisch mit einem Sockel oder dergleichen verbunden ist. Die Anschlüsse der LED werden mit einer ringförmigen Kontaktfahne hergestellt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik haben sich die Erfinder nun die Aufgabe gestellt, eine Beleuchtungseinrichtung zur Befestigung in einem optischen Diagnosegerät, insbesondere einem Endoskop zu schaffen, bei der eine platzsparende Montage bei gleichzeitig verbesserter Wärmeableitung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird eine Beleuchtungseinrichtung zur Befestigung in einem optischen Diagnosegerät, insbesondere einem Endoskop geschaffen, die einen Grundkörper umfasst, der geeignet ist, in ein distales Ende des Diagnosegeräts eingebracht zu sein, wobei der Grundkörper mit einem wärmeleitenden Substrat in thermischem Kontakt steht, das auf der in einen Beobachtungsraum weisenden distalen Seite mit einer Lichtquelle zur Ausleuchtung des Beobachtungsraums versehen ist, die mit wenigstens einer Anschlussleitung auf dem wärmeleitenden Substrat elektrisch verbindbar ist, wobei die Anschlussleitung von der distalen Seite zu einer im wesentlichen rechtwinklig dazu angeordneten Seitenwand geführt ist, wobei zwischen der distalen Seite und der Seitenwand eine angefaste Kante ausgebildet ist, über die die Anschlussleitung geführt ist und an der eine Kontaktfläche zur Kontaktierung der Lichtquelle ausgebildet ist.
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Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht folglich darin, die Lichtquelle direkt auf ein Substrat zu montieren, das in thermischem Kontakt zu einem Grundkörper steht, der eine entsprechende Wärmeableitung bewirken kann. Die Kontaktierung der Lichtquelle erfolgt dabei nicht wie im Stand der Technik bisher üblich war, über entsprechende Durchführungen oder Kontaktfähnchen, sondern über eine Anschlussleitung, die von der distalen Seite des Substrats über die angefaste Kante zu der Seitenfläche geführt ist. Folglich wird die Lichtquelle direkt auf der Seitenfläche des Substrats kontaktiert, ohne dass dabei weitere Kontaktelemente bereitgestellt werden müssen. Das Führen der Anschlussleitung über die Kante stellt dabei eine Herausforderung bei der Herstellung des Substrats dar, die jedoch mittels der Anfasung überwunden werden kann. Demnach kann die Kontaktfläche bzw. die Anschlussleitung als Leiterbahn direkt auf dem Substrat gebildet sein, so dass die Kontaktmöglichkeit für die Lichtquelle bereits bei der Herstellung des Substrats bereitgestellt werden kann. Demnach ist sowohl eine klein gebaute und daher kompakte Beleuchtungseinrichtung geschaffen worden, die darüber hinaus auch über eine gute Wärmeableitung verfügt, so dass keine thermischen Probleme bei Verwendung einer Lichtquelle am distalen Ende beispielsweise eines Endoskops auftreten können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist auf der zur distalen Seite gegenüber liegenden proximalen Seite ein elektronischer Baustein angeordnet, der mit wenigstens einer weiteren Anschlussleitung auf dem Substrat verbunden ist, die von der proximalen Seite über eine weitere angefaste Kante zu der Seitenwand und einer dort angeordneten weiteren Kontaktfläche zur Kontaktierung des elektronischen Bausteins geführt ist.
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Die bei der Kontaktierung der Lichtquelle auf der distalen Seite verwendete Vorgehensweise wird nun auch auf ein elektronisches Bauelement übertragen, das auf der proximalen Seite angeordnet ist. Somit kann über die Bereitstellung einer Lichtabstrahlung auf der distalen Seite noch weitere Funktionalität in die Beleuchtungseinrichtung integriert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Lichtquelle ein ungekapselter LED-Chip bereitgestellt wird bzw. wenn der elektronische Baustein ein Temperatursensor ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das wärmeleitende Substrat in Form einer Keramik ausgebildet, die in Dickschichttechnik mit den Anschlussleitungen versehen ist.
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Typischerweise werden sowohl für die Lichtquelle als auch den elektronischen Baustein (sofern vorhanden) zwei oder mehr Anschlussleitungen verwendet werden, um sowohl Betriebsspannungen als auch Steuersignale oder dergleichen übertragen zu können. Die in Dickschichttechnik erzielbaren Auflösungen sind dabei ausreichend, um genügend voneinander trennbare Anschlussleitungen zu schaffen. Als keramisches Substrat kann dabei Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid verwendet werden, wobei beide Keramikmaterialien zur Verwendung in der Dickschichttechnik geeignet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlussleitungen auf der Seitenwand an den Kontaktflächen mit einer Kabelverbindung kontaktiert.
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Demnach erfolgt die Zuführung Versorgungsleitungen bzw. Signalleitungen über eine vorzugsweise als Flachbandkabel ausgebildete Kabelverbindung, die beispielsweise direkt mit den Kontaktflächen mittels einer Lötstelle verbindbar ist. Dabei lässt sich ein besonders kompakter Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung schaffen, wobei unter den Begriff „als Flachbandkabel ausgebildete Kabelverbindung“ selbstverständlich auch bedruckte Folien, einzelne Kabellitzen oder dergleichen fallen würden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Grundkörper zur Wärmeabfuhr aus einem vorzugweise metallischen Material gebildet.
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Demnach lässt sich eine gute Wärmeübertragung herstellen, so dass die thermische Belastung aufgrund der Verlustleistung der Lichtquelle gering gehalten werden kann.
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Gemäß einer weitern Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlussleitungen über die angefaste Kante in sukzessiven Druckschritten aufgebracht.
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Demnach wird bei der Herstellung der über die angefaste Kante geführten Anschlussleitungen beispielsweise zuerst das Substrat von der distalen Seite her bedruckt, gefolgt von einem Druckvorgang auf der proximalen Seite, an den sich das Bedrucken der Seitenwand anschließt. Die Herstellung eines derartigen Keramiksubtrats ist daher nach schrittweiser Bedruckung und Trocknung in aufeinanderfolgenden Brandführungen möglich, ohne dass dabei zusätzliche Bauelemente zur Kontaktierung vorgesehen werden müssen.
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Desweiteren wird ein Endoskop angegeben, das mit einer oder mehreren Beleuchtungseinrichtungen, wie oben beschrieben, ausgestattet ist.
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Dabei kann ein weiteres Substrat auf der in den Beobachtungsraum weisenden distalen Seite mit einem optischen Sensor zur Bildgewinnung im Beobachtungsraum versehen sein, wobei der optische Sensor mit wenigstens einer weiteren Anschlussleitung auf dem weiteren Substrat elektrisch verbindbar ist, wobei die weitere Anschlussleitung von der distalen Seite zu einer im wesentlichen rechtwinklig dazu angeordneten weiteren Seitenwand geführt ist, wobei zwischen der distalen Seite und der weiteren Seitenwand eine angefaste Kante ausgebildet ist, über die die weitere Anschlussleitung geführt ist und an der eine weitere Kontaktfläche zur Kontaktierung des optischen Sensors ausgebildet ist. Ebenso wäre es denkbar, lediglich den optischen Sensor zur Bildgewinnung im Beobachtungsraum an der weiteren Seitenwand mittels der weiteren Anschlussleitung zu kontaktieren und den optischen Sensor unabhängig von der Beleuchtungseinrichtung in einem Endoskop oder dergleichen zu verwenden. Die Montage des optischen Sensors kann sowohl auf einem eigenen als auch auf dem oben in Zusammenhang mit der Beleuchtungseinrichtung beschriebenen Grundkörper erfolgen.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung in einer Draufsicht auf die Seitenwand,
- 2 die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung aus 1 in einer Draufsicht auf die distale Seite,
- 3 die Beleuchtungseinrichtung aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht,
- 4 ein Detail der Beleuchtungseinrichtung aus 3,
- 5 die Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit einem Grundkörper sowie einer Kabelverbindung in einer Draufsicht,
- 6 die Beleuchtungseinrichtung nach der Aufnahme in ein optisches Diagnosegerät in einer perspektivischen Seitenansicht.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Beleuchtungseinrichtung BE gezeigt, bei der ein keramisches Substrat SB beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid in einer Seitenansicht aus Richtung einer Seitenwand SW dargestellt ist. Das Substrat SB weist auf einer distalen Seite DS eine Lichtquelle LQ auf. Auf einer proximalen Seite PS ist ein elektronischer Baustein EB angeordnet. Die Lichtquelle kann beispielsweise als ungekapselter LED-Chip bereit gestellt sein. Beim elektronischen Baustein EB kann es sich beispielsweise um einen Temperatursensor handeln.
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Sowohl die Lichtquelle LQ als auch der elektronische Baustein EB sind jeweils mit Anschlussleitungen versehen, die als erste Anschlussleitung AL1 bzw. zweite Anschlussleitung AL2 von der distalen Seite DS zur Seitenwand SW und als dritte Anschlussleitung AL3 bzw. vierte Anschlussleitung AL4 von der proximalen Seite PS auf die Seitenwand SW geführt sind. Die ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 sind auf der Seitenwand SW auch als Kontaktflächen zum Anschließen der Beleuchtungseinrichtung BE vorgesehen.
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Die Beleuchtungseinrichtung BE ist in 2 von der distalen Seite DS her in einer Draufsicht gezeigt. Man erkennt, dass auf dem keramischen Substrat SB die erste Anschlussleitung AL1 bis zur Lichtquelle LQ geführt ist, wobei die Verbindung zwischen der ersten Anschlussleitung AL1 und Lichtquelle LQ mittels eines Bonddrahts BD zu einer Anschlussfläche AF auf der Lichtquelle LQ hergestellt werden kann. Die zweite Anschlussleitung AL2 kann beispielsweise über eine Rückseitenmetallisierung die Lichtquelle LQ kontaktieren, wobei dazu die zweite Anschlussleitung AL2 im Bereich der Lichtquelle LQ flächenhaft ausgeführt ist. Ein Kontaktieren des elektrischen Bausteins EB kann auf der proximalen Seite PS auf ähnliche Weise erfolgen, wobei hier auch andere Techniken, wie z. B. die Kontaktierung mittels mehrerer Bonddrähte oder eine Flip-Chip-Technik anwendbar sein kann.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist die Beleuchtungseinrichtung BE nochmals in einer perspektivischen Darstellung aus einer Blickrichtung gezeigt, die sowohl die distale Seite DS als auch die Seitenwand SW zu erkennen gibt. Man erkennt insbesondere in der Darstellung gemäß 3, dass die erste Anschlussleitung AL1 bzw. die zweite Anschlussleitung AL2 von der distalen Seite DS über eine die distale Seite DS mit der Seitenwand SW verbindende Kante KA geführt sind. Analog ist (nicht in 3 dargestellt) die dritte Anschlussleitung AL3 bzw. die vierte Anschlussleitung AL4 von der proximalen Seite PS zur Seitenwand SW geführt.
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Bei der Herstellung des keramischen Substrats SB müssen daher die mittels Drucktechnik hergestellten ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 typischerweise in Dickschichttechnologie auf die Oberfläche aufgebracht werden. Um nun eine sichere Kontaktierung von der Seitenwand SW sowohl zur distalen Seite DS als auch zur proximalen Seite PS zu ermöglichen, sind die dortigen Kanten KA nicht rechtwinklig ausgeführt, sondern angefast. Beim Bedrucken der Anschlussleitungen wird daher in einem ersten Schritt die Anschlussleitung in einer Teilbedruckung bis zur angefasten Kante aus einer ersten Richtung und in einem zweiten Schritt aus einer zweiten Richtung bedruckt. Aufgrund der Überlagerung an der angefasten Kante KA entsteht dabei ein sicherer elektronischer Kontakt, so dass eine Kontaktierung über die Kante KA hinweg von der distalen Seite DS bzw. der proximalen Seite PS zur Seitenwand SW erfolgen kann.
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Wie bereits erwähnt, dient die auf der Seitenwand angebrachte Metallisierung mittels der ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 als Kontaktflächen zum Anschluss beispielsweise eines Flachkabels. Diese Vorgehensweise ist unter Bezugnahme auf 5 nochmals näher erläutert. Man erkennt, dass das Flachkabel FK im Bereich der Seitenwand SW eine Kontaktierung zu den ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 durchführen kann. Das Flachkabel FK weist dazu erste bis vierte Litzen LI1 bis LI4 auf, die beispielsweise in dem sich überlappenden Bereich der ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 mit diesen verbunden, insbesondere verlötet werden. In dem sich überlappenden Bereich der ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 könnten die ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 auch mit einer größeren Breite ausgeführt sein, um großflächigere Kontaktflächen zu bilden (nicht in 5 gezeigt). Die Befestigung der ersten bis vierten Litzen LI1 bis LI4 mit den ersten bis vierten Anschlussleitungen AL1 bis AL4 auf der Seitenwand SW ermöglicht eine kompakte Ausführung der Beleuchtungseinrichtung BE.
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Desweiteren ist 5 zu entnehmen, dass die Montage der Beleuchtungseinrichtung BE auf einem Grundkörper GK, der über entsprechende Aussparungen für den elektronischen Baustein EB verfügt, eine Wärmeableitung in den Grundkörper ermöglichen kann. Demnach kann die Lichtquelle LQ auf der distalen Seite DS für eine Beleuchtung eines Beobachtungsraums sorgen, wobei gleichzeitig die dabei entstehende Wärmeenergie über dem Grundkörper abgeführt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, die im Zusammenhang mit den 1 bis 5 beschriebene Beleuchtungseinrichtung BE in einem Endoskop zu verwenden. Dabei wird der Grundkörper GK, wie in 6 gezeigt ist, unterhalb der Beleuchtungseinrichtung BE Bestandteil einer größeren Einheit sein, so dass ein entsprechendes Beobachtungs- und Behandlungslumen umschlossen werden kann. Es versteht sich von selbst, dass bei einem Endoskop auch mehrere derartige Beleuchtungseinrichtungen entlang des Umfangs angeordnet werden können, bzw. die Technik der im Zusammenhang mit der Beleuchtungseinrichtung BE vorgestellten Kontaktierung auch für eine Sensoreinheit zur Bildaufnahme angewandt werden kann.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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Bezugszeichenliste
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- AF
- Anschlussfläche
- AL1
- erste Anschlussleitung
- AL2
- zweite Anschlussleitung
- AL3
- dritte Anschlussleitung
- AL4
- vierte Anschlussleitung
- BD
- Bonddraht
- BE
- Beleuchtungseinrichtung
- DS
- distale Seite
- EB
- elektronischer Baustein
- FK
- Flachkabel
- GK
- Grundkörper
- KA
- Kante
- LQ
- Lichtquelle
- PS
- proximale Seite
- SB
- Substrat
- SW
- Seitenwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010024003 A1 [0003]
- DE 102011076122 A1 [0004]
- DE 102013201808 A1 [0005]
- DE 102013201809 A1 [0006]
- DE 102014208754 A1 [0007]
- US 6903380 B2 [0008]
