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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beleuchtung einer Zielstruktur in einem Leuchtabsehen nach Anspruch 1.
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Leuchtabsehen kommen insbesondere in Zieloptiken von Jagdgewehren oder vergleichbaren Waffen zum Einsatz. Hierbei handelt es sich typischerweise um ein scheibenförmiges Glassubstrat, auf dessen Oberfläche oder in dessen Innerem eine Zielstruktur in Form eines lichtbeugenden oder lichtstreuenden Elementes angeordnet ist. Das lichtbeugende oder lichtstreuende Element ist insbesondere mikroskopisch klein und mit dem bloßen Auge in der Regel nicht zu erkennen. Bei der Verwendung des Leuchtabsehens erfolgt eine Beleuchtung des Glassubstrates und somit auch eine Beleuchtung der Zielstruktur. An der Zielstruktur erfolgt dann eine Lichtbeugung oder Lichtstreuung. Deren Form wird vom Schützen in der Regel in einem Zielfernrohr wahrgenommen und dient ihm als Zielmarkierung.
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Zur Beleuchtung derartiger Zielstrukturen in einem Leuchtabsehen sind eine Reihe von Beleuchtungseinrichtungen und entsprechenden Anordnungen aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Bei einfachen Anordnungen wird auf zusätzliche abbildende optische Elemente verzichtet und das Licht einer oder mehrerer Quellen nur über den seitlichen Rand in den Glasträger eingekoppelt. Durch mehrfache Totalreflexionen und zusätzliche Streuung am Rand gelangt ein sehr kleiner Anteil der Lichtenergie auf die Zielstruktur. Als Lichtquellen kommen vornehmlich LED's zum Einsatz. Deren leuchtende Fläche ist in der Regel größer als die im Zentrum sitzende Zielstruktur. Bei etwas komplizierteren Anordnungen wird versucht, durch unmittelbar zwischen der Lichtquelle und dem Glasträger liegenden optischen Bauelementen, die Zielstruktur im Glasträger besser auszuleuchten. Infolge der vorherrschenden beengten geometrischen Verhältnisse in den Fernrohren, wird die Lichtquelle dabei allerdings vergrößert im Bereich der Zielstruktur abgebildet. Ein großer Teil der eingestrahlten Lichtenergie verlässt das Glassubstrat des Leuchtabsehens ungenutzt und steht zur Beleuchtung der Zielstruktur nicht zur Verfügung.
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Dies bedeutet insbesondere, dass für eine hinreichend starke Beleuchtung der Zielstruktur auf entsprechend intensive Lichtquellen zurückgegriffen werden muss. Diese weisen allerdings einen entsprechend hohen Energieverbrauch auf. Diefür die Lichtquellen verwendeten Batterien oder Akkus sind hierdurch in einer relativ kurzen Zeit entleert.
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Es ergibt sich die Aufgabe, die genannten Probleme zu optimieren und eine Anordnung zur Beleuchtung von Zielstrukturen in Leuchtabsehen anzugeben, mit denen die genannte Aufgabenstellung besser gelöst wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Anordnung zur Beleuchtung einer Zielstruktur in einem Leuchtabsehen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige bzw. vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung.
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Die Anordnung zur Beleuchtung einer Zielstruktur in einem Leuchtabsehen enthält eine die Zielstruktur quer zur Zielrichtung beleuchtende Lichtquelle mit einer gegebenen leuchtenden Objektgeometrie und einen transparenten Träger für die Zielstruktur. Weiterhin ist eine Beleuchtungsoptik vorgesehen, die die leuchtende Objektgeometrie der Lichtquelle verkleinernd abbildet.
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Im Gegensatz zu den Beleuchtungseinrichtungen nach dem Stand der Technik, bei der versucht wird, eine flächige Lichtquelle möglichst direkt zum Beleuchten der Zielstruktur einzusetzen, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Anordnung ausdrücklich eine optisch verkleinernde Abbildung der Lichtquelle auf die Zielstruktur. Das wird insbesondere durch die Anordnung des transparenten Trägers zwischen der Lichtquelle und dem abbildenden optischen Element erreicht.
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Bei einer Ausführungsform ist die Beleuchtungsoptik eine die von der Lichtquelle einfallende Strahlung rückreflektierende, die leuchtende Objektgeometrie auf den Bereich der Zielstruktur verkleinernd abbildende, in einem Randbereich des transparenten Trägers angeordnete Hohlspiegelanordnung. Hierdurch gelingt es, zunächst das Licht in den Träger einzustrahlen, aber dann dessen Entweichen über die Reflexion zu verhindern und gleichzeitig die Geometrie der Lichtquelle abzubilden.
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Bei einer Ausführungsform der Hohlspiegelanordnung ist diese durch einen im Wesentlichen gegenüber der Lichtquelle am Rand des transparenten Trägers befindlichen Hohlspiegel gebildet, wobei die gegenseitige Lage der Lichtquelle des Hohlspiegels und der Zielstruktur eine die leuchtende Objektgeometrie auf die Zielstruktur bei einfacher Rückreflexion von dem Hohlspiegel verkleinernd abbildende optische Anordnung bildet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Hohlspiegelanordnung durch einen ersten, im Wesentlichen gegenüber der Lichtquelle am Rand des transparenten Trägers befindlichen Primärhohlspiegel und mindestens einen im Bereich der Lichtquelle befindlichen Sekundärhohlspiegel gebildet, wobei die Positionen der Lichtquelle, des Primärhohlspiegels, des Sekundärhohlspiegels und der Zielstruktur bei einer ersten Reflexion am Primärhohlspiegel und einer zweiten Reflexion am Sekundärhohlspiegel eine verkleinernd abbildende optische Anordnung bildet. Hierdurch erhöht sich die Beleuchtungsintensität am Ort der Zielstruktur, das abgebildete Bild der Lichtquelle ist heller, denn durch den Sekundärhohlspiegel kann das sonst aus dem Träger entweichende zurückreflektierte Streulicht mit zur Abbildung genutzt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist der Sekundärhohlspiegel als Teil einer Einkoppeloptik für die Lichtquelle in den transparenten Träger ausgebildet. Das bedeutet insbesondere, dass die Lichtquelle zusammen mit dem Sekundärhohlspiegel auf den Träger aufgesetzt werden kann.
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Bei einer Ausführungsform ist die Hohlspiegelanordnung durch eine gekrümmte Formgebung des Randes des transparenten Trägers ausgebildet, wobei der Rand des transparenten Trägers eine mindestens örtliche Verspiegelung aufweist.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Beleuchtungsoptik, insbesondere die Hohlspiegelanordnung, für eine projizierende Abbildung der Lichtquelle aus einer innerhalb des optischen Trägers befindlichen Ebene auf eine der Oberflächen des optischen Trägers ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform wird das verkleinerte Bild der Lichtquelle an einem Ort erzeugt, der gewissermaßen seitlich aus der optischen Achse dieser abbildenden Optik versetzt ist.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung weist die verkleinernde Beleuchtungsoptik einen abschnittsweise aus dem Bereich des transparenten Trägers führenden Lichtweg, insbesondere einen parallel zur Oberfläche des transparenten Trägers gerichteten Lichtweg, auf. Dies bedeutet insbesondere, dass die verkleinernde Abbildung vollkommen außerhalb des Trägers erfolgt und nur abschließend auf den Träger im Bereich der Zielstruktur projiziert wird.
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Die Zielstruktur ist insbesondere ein optisches Gitter oder eine Streustruktur. Die Lichtquelle ist insbesondere eine lichtemittierende Diode, insbesondere eine Laserdiode.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten 1 bis 4. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Es zeigt:
- 1 Eine Darstellung des allgemeinen Grundprinzips einer verkleinernden Abbildung an einem Hohlspiegel,
- 2 Eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Prinzips an einem Leuchtabsehen mit einem lichtdurchlässigen Träger und einer Zielstruktur auf einer der Oberflächen des Trägers,
- 3 Eine beispielhafte Darstellung einer verkleinernden Abbildung in einem Leuchtabsehen mit einem kreisförmigen Träger, einer Zielstruktur sowie einem Primärhohlspiegel und zwei Sekundärhohlspiegeln,
- 4 Eine beispielhafte Darstellung einer verkleinernden Abbildung in einem Leuchtabsehen mit angekitteten Primär- und Sekundärhohlspiegeln, einer Lichtquelle und einer Zielstruktur.
- 5 Eine beispielhafte Darstellung einer verkleinernden Abbildung bei einer innen liegenden Zielstruktur.
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1 zeigt eine Darstellung des Grundprinzips einer verkleinernden Abbildung eines Objektes an einem Hohlspiegel, das bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Anwendung kommt.
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Zweck der erfindungsgemäßen Anordnung ist es, die Lichtquelle, d.h. deren Objektgeometrie, verkleinert auf den Bereich der Zielstruktur abzubilden. Da die Zielstruktur im Vergleich zur Größe der Lichtquelle klein ist, stellt die erfindungsgemäße Anordnung darauf ab, eine verkleinerte Abbildung der Lichtquelle auf die Zielstruktur zu bewirken und damit eine höhere Leuchtdichte als mit den bekannten Lösungen zu erreichen.
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Bei den nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispielen kommen hierzu Hohlspiegelanordnungen zur Anwendung, die mit dem Träger des Leuchtabsehens kombiniert werden, wobei auf eine Lichtausbreitung von der Lichtquelle zum Bild der Lichtquelle innerhalb des Trägers unter Verwendung von Totalreflexionen zurückgegriffen wird.
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1 zeigt zunächst erläuternd eine Darstellung des Grundprinzips einer verkleinernden Abbildung an einem Hohlspiegel.
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Der in 1 beispielhaft dargestellte Hohlspiegel H ist sphärisch und weist einen Krümmungsradius R auf. Entlang des Krümmungsradius des Hohlspiegels erstreckt sich dessen optische Achse O. Für die Brennweite f des Hohlspiegels gilt: f = R/2. An diesem Punkt befindet sich auf der optischen Achse der Brennpunkt F des Hohlspiegels H. Der Krümmungsmittelpunkt M befindet sich somit von der spiegelnden Oberfläche des Hohlspiegels H in einer Entfernung R = 2f, d.h. also der doppelten Brennweite des Hohlspiegels.
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Die Abbildung eines Gegenstandes an einem derartigen Hohlspiegel folgt den Gesetzen der Strahlenoptik. Für einen von einem Punkt des Gegenstandes G ausgehenden achsparallelen Strahl, der parallel zur optischen Achse O verläuft, wobei dessen Abstand zur optischen Achse nicht allzu groß ist, gilt, dass dieser von dem Hohlspiegel so reflektiert wird, dass der reflektierte Strahl durch den Brennpunkt F verläuft und einen sogenannten reflektierten Brennpunktstrahl RB bildet.
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Ein von demselben Punkt des Gegenstandes ausgehender, durch den Brennpunkt F des Hohlspiegels verlaufender Strahl BS wird durch den Hohlspiegel als ein achsparalleler Strahl RS zurück reflektiert. An dem Punkt, an dem sich der reflektierte Brennpunktstrahl RB und der reflektierte achsparallele Strahl RS schneiden, entsteht ein Bildpunkt B des Gegenstandes G.
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Ein Gegenstand G mit der Gegenstandsgröße G wird durch den Hohlspiegel H genau dann verkleinert und reell abgebildet, wenn sich dieser in einer Gegenstandsentfernung g von der spiegelnden Oberfläche des Hohlspiegels befindet, die größer als die doppelte Brennweite des Hohlspiegels ist. Das Bild B des Gegenstands befindet sich dann in einer Bildentfernung b von der spiegelnden Oberfläche des Hohlspiegels, die kleiner als die Gegenstandsentfernung g ist. Das Bild B ist verkleinert und entgegengesetzt zur Richtung des abgebildeten Gegenstands G orientiert. Es ist außerdem ein reelles Bild. Dies bedeutet, dass das Bild auf dem Kopf steht und auf eine dort vorhandene Oberfläche, insbesondere einen dort aufgestellten Schirm projiziert werden kann.
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2 zeigt eine Anwendung des in 1 erläuterten Hohlspiegelprinzips im erfindungsgemäßen Anwendungsfall. Dargestellt ist ein Leuchtabsehen 2 im Schnitt. Die Zielrichtung Z des Leuchtabsehens ist mit einem Pfeil angedeutet. Das Leuchtabsehen beinhaltet eine Zielstruktur 1, die hier auf der Oberfläche eines transparenten Trägers 5 aufgebracht ist. Die Zielstruktur erzeugt im Auge eines Betrachters eine Zielmarkierung, mit der sich beispielsweise in einer Zieloptik ein Ziel anvisieren lässt. Die Zielstruktur kann beispielsweise ein Gitter oder eine lichtstreuende Struktur sein, die in die Oberfläche des Trägers eingeätzt oder in anderer Weise eingebracht ist.
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An dem Träger 5 ist eine Lichtquelle 3 angeordnet. Die Lichtquelle 3 weist eine Objektgeometrie 4 auf. Das bedeutet, dass die Lichtquelle eine bestimmte Ausdehnung und eine bestimmte Form hat. Die Lichtquelle ist beispielsweise eine LED.
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Der Träger 5 ist im hier vorliegenden Beispiel eine planparallele Glasplatte mit zwei planparallelen Oberflächen 5a und 5b. Zur zweckmäßigen Positionierung der Lichtquelle 3 weist der Träger 5 eine Anfasung 6 auf.
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An der der Position der Lichtquelle 3 gegenüber befindlichen Seite des Trägers 5 ist eine Hohlspiegelanordnung 7 vorgesehen. Diese kann beispielsweise angekittet sein. Die Hohlspiegeleinheit ist beispielsweise ein transparenter Körper mit einer abschnittsweise gekrümmten und verspiegelten Oberfläche, die als ein Hohlspiegel 8 fungiert. Diese Hohlspiegel 8 kann ein sphärischer oder elliptischer Hohlspiegel sein.
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Die gesamte Anordnung aus 2 wirkt als eine verkleinernd abbildende Beleuchtungsoptik 9 für die Zielstruktur 1. Praktisch wird bei der Beleuchtungsoptik aus 2 die prinzipielle optische Konfiguration des Prinzips aus 1 realisiert. Die Lichtquelle 3 befindet sich in einem hinreichenden Abstand zum Hohlspiegel 8, d.h. zu der verspiegelten Oberfläche der Hohlspiegeleinheit 7. Das von der Lichtquelle 3 ausgesandte Licht wird an den planparallelen Oberflächen 5a und 5b totalreflektiert und gelangt an den Hohlspiegel 8. Der Hohlspiegel 8 ist so gekrümmt, dass dieser infolge der Reflexion und in Anwendung des Prinzips aus 1 ein verkleinertes Bild der Objektgeometrie 4 der Lichtquelle 3 an die Stelle der Zielstruktur 1 projiziert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel aus 2 wird darüber hinaus eine Doppelbeleuchtung der Zielstruktur realisiert. Wie der Figur zu entnehmen ist, beleuchtet die Lichtquelle 3 die Zielstruktur zunächst durch das eingestrahlte Licht und dann wieder durch das auf die Zielstruktur projizierte Bild der Objektgeometrie 4. Es kann hierdurch eine Erhöhung der Beleuchtungsintensität der Zielstruktur erreicht werden und zwar einfach dadurch, indem die Zielstruktur auch zweimal, nämlich durch das einfallende Licht und durch das reflektierte Licht, beleuchtet wird.
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3 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer verkleinernden Abbildung in einem Leuchtabsehen mit einem kreisförmigen Träger, einer Zielstruktur sowie einem Primärhohlspiegel und zwei Sekundärhohlspiegeln. Die Zielrichtung Z des Leuchtabsehens steht senkrecht auf der Tafelebene und ist hier nicht eingezeichnet.
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Bei diesem Beispiel ist ein transparenter Träger 5 vorgesehen, der hier in einer Draufsicht gezeigt ist. Der transparente Träger ist hier im Wesentlichen kreisrund. An einer Stelle der Peripherie des transparenten Trägers ist die Lichtquelle 3 mit der ihr eigenen Objektgeometrie 4 angeordnet. Die Lichtquelle 3 ist somit ein flächiges Objekt mit einer eindeutigen Breite und Kontur.
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Der transparente Träger 5 weist an einer Stelle die Zielstruktur 1 auf. Die Größe der Zielstruktur 1 und die Größe der Lichtquelle 3 sind hier nur schematisch angedeutet.
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In dem hier gezeigten Beispiel besteht die Hohlspiegeleinheit 7 aus zwei Hohlspiegeln. Dies ist zum einen ein Primärhohlspiegel 9 und zwei Sekundärhohlspiegel 10a und 10b. Der Strahlengang von einem Punkt der Objektgeometrie 4 der Lichtquelle 3 ist in der Figur angedeutet. Die von der Objektgeometrie ausgehenden Strahlen treffen sich in einem Punkt im Bereich der Zielstruktur 1 und erzeugen somit ein verkleinertes Bild 11 der Lichtquelle 3, das auf die Zielstruktur 1 projiziert ist.
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Die Hohlspiegel können beispielsweise durch Verspiegelungen der Peripherie des Trägers an den entsprechenden Stellen erzeugt werden. Es ist einsichtig, dass sich die Krümmungen des Primärhohlspiegels 9 sowie der Sekundärhohlspiegel 10a und 10b von der Krümmung der kreisförmigen Peripherie des transparenten Trägers 5 unterscheiden. Der ansonsten kreisförmige Träger ist an den Abschnitten des Primärhohlspiegels 9 und/oder der Sekundärhohlspiegel 10a und 10b entsprechend verschieden gekrümmt. Dies lässt sich entweder durch ein entsprechendes Schleifen der Kontur des Trägers 5 erreichen, worauf hin dann die Verspiegelung erfolgt, oder es wird ein Ankitten entsprechender Spiegelaufsätze an die entsprechenden Positionen an der Trägerperipherie ausgeführt. Die letztere der beiden Varianten erlaubt eine kostengünstigere Fertigung und die nachträgliche Anpassung bereits gegebener transparenter Träger zum Realisieren der optisch abbildenden Anordnung.
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Der Primärhohlspiegel und die Sekundärhohlspiegel sind sphärisch. Der Primärspiegel kann auch elliptisch geformt sein sein, eine derartige Gestaltung ist allerdings fertigungstechnisch aufwändig.
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Der Ort des projizierten verkleinerten Abbildes 11 der Lichtquelle 3 kann sowohl innerhalb des Trägers 5 als auch an dessen Oberfläche liegen, wie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Ein entsprechender Strahlengang lässt sich durch eine verkippte Positionierung der Hohlspiegel mit internen Totalreflexionen im transparenten Träger realisieren. Grundsätzlich jedoch lassen sich durch die Anordnung gemäß 3 auch Zielstrukturen innerhalb des Körpers des Trägers 5 gezielt mit einem verkleinerten Abbild der Lichtquelle 3 beleuchten. Ein Beispiel für eine innerhalb des Trägers 5 angeordnete Zielstruktur ist in 5 dargestellt.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Leuchtabsehen 2 mit einem Primärhohlspiegel und einem Sekundärhohlspiegel, die an entsprechenden Stellen des transparenten Trägers als zusätzliche Einheiten angekittet sind. 4 zeigt links eine Draufsicht mit einer Darstellung des Strahlengangs und rechts eine Seitenansicht. In der Seitenansicht ist die Zielrichtung Z des Leuchtabsehens durch einen Pfeil gekennzeichnet.
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Die hier gezeigte Ausführungsform weist den transparenten Träger 5 und die auf einer der planen Oberflächen des Trägers angeordnete Zielstruktur 1 auf. Vorgesehen ist hier als Hohlspiegelanordnung 7 ein Primärhohlspiegel 9 und ein Sekundärhohlspiegel 10. Der Sekundärhohlspiegel ist mit der Lichtquelle 3 und ihrer Objektgeometrie 4 als Teil einer Einkoppeloptik 12 ausgebildet. Der Primärhohlspiegel 9 ist im hier vorliegenden Beispiel als Bestandteil einer Primärspiegeloptik 13 ausgeführt.
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Bei dem in 4 gezeigten Beispiel befindet sich die Zielstruktur 1 auf einer planen Oberfläche 5a des Trägers 5. Sowohl die plane Oberfläche 5a als auch die dieser Oberfläche gegenüberliegende plane Oberfläche 5b dienen der Lichtleitung des über die Einkoppeloptik eingekoppelten Lichtes mittels einer Totalreflexion.
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Die linke Darstellung in 4 zeigt schematisch den bei diesem Leuchtabsehen vorliegenden Strahlengang. Das von einem Punkt der Lichtquelle 3 ausgehende Licht wird über den Primärhohlspiegel 9 auf die Zielstruktur projiziert. Ein Teil wird an der Zielstruktur gestreut oder gebeugt. Ein Teil wird dann zum Sekundärhohlspiegel 10 reflektiert und schließlich wieder im Bereich der Zielstruktur abbildend zusammengeführt, wobei die Objektgeometrie 4 des Lichtquelle 3 in das Bild 11 der Lichtquelle überführt wird.
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Die internen Totalreflexionen an den Oberflächen 5a und 5b sowie die in einem Winkel bezüglich der planen Oberflächen 5a und 5b orientierten Einkoppeloptiken 12 und Primärspiegeloptiken 13 ermöglichen eine verkleinernde abbildende Projektion der Lichtquelle 3 auf die Oberfläche 5a des Trägers.
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In 5 ist eine Anordnung mit einer Zielstruktur im Inneren des Trägers dargestellt. Der Träger besteht dabei aus zwei entlang einer Kittfläche 5c verkitteten transparenten Trägerplatten P1 und P2. Auf einer der Platten P1 oder P2 befindet sich die auszuleuchtende Zielstruktur. Bei dieser Anordnung ist die Anwendung des Sekundärspiegels nicht möglich.
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Die erfindungsgemäße Anordnung wurde anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausgestaltungen möglich. Diese ergeben sich außerdem aus den Unteransprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zielstruktur
- 2
- Leuchtabsehen
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Objektgeometrie
- 5
- Transparenter Träger
- 5a
- erste plane Oberfläche
- 5b
- zweite plane Oberfläche
- 5c
- Kittfläche
- 6
- Anfasung
- 7
- Hohlspiegelanordnung
- 8
- Hohlspiegel
- 9
- Primärhohlspiegel
- 10
- Sekundärhohlspiegel
- 10a
- erster Sekundärhohlspiegel
- 10b
- zweiter Sekundärhohlspiegel
- 11
- Bild der Lichtquelle
- 12
- Einkoppeloptik
- 13
- Primärspiegeloptik
- P1
- erste Trägerplatte
- P2
- zweite Trägerplatte
