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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit eine Lichtscheibe umfasst, die auf einer der Lichtquelle zugewandten Rückseite eine Mehrzahl von Optikelementen aufweist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtscheibe, wobei die Lichtscheibe auf einer lichteintretenden Rückseite mit einer Mehrzahl von Optikelementen ausgeformt wird.
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Aus der
DE 10 2018 125 438 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die eine Lichtquelle sowie eine Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung aufweist. Die Optikeinheit umfasst ein trichterförmiges Lichtleitelement sowie eine in Hauptabstrahlung vor derselben angeordneten Lichtscheibe, die auf einer der Lichtquelle zugewandten Rückseite mit einer Mehrzahl von Optikelementen versehen ist. Die Optikelemente sind als Mikrooptikelemente ausgebildet, beispielsweise in Prismenform. Die Optikelemente bewirken eine Homogenisierung des Lichtes. Aus Designgründen ist es wünschenswert, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein dunkles Erscheinungsbild aufweist. Beispielsweise sind Heckleuchten bekannt, die mit einer grau eingefärbten Lichtscheibe versehen sind. Ist die Lichtquelle eine Glühlampe, ist ein Farbfilter erforderlich, um die geforderte Signalfarbe rot oder gelb zu erzeugen. Ist die Lichtquelle als eine LED-Lichtquelle ausgebildet, kann auf einen Farbfilter verzichtet werden, da die LED-Lichtquelle selbst farbiges Licht abstrahlt. Nachteilig an einer solchen Beleuchtungsvorrichtung ist, dass mit stärker zunehmender Graueinfärbung der Lichtscheibe das Transmissionsverhalten der Lichtscheibe verschlechtert wird. Es ist daher wünschenswert, ein dunkles Erscheinungsbild bei ausreichend hoher Transmissivität zu gewährleisten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtscheibe derart anzugeben, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein möglichst dunkles Erscheinungsbild mit möglichst geringen Lichtverlusten aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente derart ausgebildet sind, dass das auf sie treffende Licht so in einem Fokussierbereich der Vorderseite umgelenkt wird, der als ein Durchlassbereich ausgebildet ist, und dass die Vorderseite der Lichtscheibe mit Ausnahme der Durchlassbereiche mit einer dunklen Einfärbung versehen ist zur Bildung eines Dunkelbereichs der Lichtscheibe.
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Nach der Erfindung sind im Bereich einer lichteintretenden Rückseite einer Lichtscheibe Optikelemente angeordnet, mittels derer eintretendes Licht gesammelt wird, und zwar zielgerichtet auf einen Fokussierbereich, der sich im Bereich einer lichtaustretenden Vorderseite der Lichtscheibe befindet. Zusätzlich ist im Bereich der Vorderseite der Lichtscheibe eine dunkle Einfärbung vorgesehen, so dass die Beleuchtungsvorrichtung ein dunkles Erscheinungsbild aufweist. Um die Lichtverluste gering zu halten, ist die dunkle Färbung nicht vollflächig vorgesehen, sondern weist Lichtdurchlässe auf, und zwar in den Fokussierbereichen der Vorderseite der Lichtscheibe, in die das Licht gesammelt wird. Grundgedanke der Erfindung ist es somit, durch die Lichtscheibe hindurchtretendes Licht auf einen solchen Bereich ihrer Vorderseite zu fokussieren oder zu sammeln, der im Verhältnis zur Gesamtfläche der Vorderseite klein genug ist, so dass die Lichtscheibe ein dunkles Erscheinungsbild aufweist einerseits, und groß genug ist, dass die erforderliche Lichtausbeute gegeben ist andererseits. Vorteilhaft kann die Beleuchtungsvorrichtung hierdurch ein dunkles Erscheinungsbild aufweisen bei Vorliegen eines relativ hohen Lichtstromes.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die auf der Rückseite der Lichtscheibe angeordneten Optikelemente unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist die gesamte Fläche der Rückseite mit den Optikelementen versehen, so dass auf der Vorderseite der Lichtscheibe eine regelmäßige und matrixartig angeordnete Mehrzahl von Fokussierbereichen entsteht. Da die Fokussierbereiche lichtdurchlässig sind und somit einen Hellbereich bilden, weisen die anschließenden Bereiche der Vorderseite als Dunkelbereiche eine relativ geringe Lichtdurchlässigkeit auf. Hierdurch ist ein homogenes dunkles Erscheinungsbild bei gleichzeitig homogener Beleuchtung gewährleistet. Die matrixartige Anordnung der rückseitigen Optikelemente kann auch in zwei oder mehr Teilbereichen erfolgen, sodass die dunkle Lichtscheibe auch mehrere Lichtfunktionen überdecken kann und dazu zwischen den Lichtfunktionen Bereiche besitzt ohne lichtdurchlässige Fokussierbereiche.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Wandstärke der Lichtscheibe derart gewählt, dass das von an der Rückseite durch die Optikelemente gesammelte Licht einen Sammelpunkt auf der Vorderseite der Lichtscheibe oder in der Nähe derselben bildet. Der Fokussierbereich bzw. der Durchlassbereich des Lichtes ist somit kleiner dimensioniert als die Dimension der Optikelemente. Vorteilhaft kann hierdurch der Dunkelbereich der Vorderseite relativ groß ausgebildet sein.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Optikelemente eine rasterartige Anordnung in einer vorzugsweise quadratischen, rechteckigen, sechseckigen oder streifenförmigen Ausführung auf, so dass die Durchlassbereiche bzw. Fokussierbereiche an der Vorderseite der Lichtscheibe ebenfalls eine vorzugsweise quadratische, rechteckige, sechseckige oder streifenförmige Form aufweisen. Durch die elliptische Grundform kann eine breitere Streuung des Lichtes in horizontaler Richtung erfolgen als in vertikaler Richtung, was für Signallichtfunktionen wünschenswert ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Optikelemente eine Grundform mit der Dimension im Millimeter-Bereich oder Mikrometer-Bereich oder Nanometer-Bereich auf. Je kleiner die Grundformen sind, desto größer ist die Anzahl der Durchlassbereiche und desto kleiner sind die Durchlassbereiche dimensioniert. Je kleiner die Grundform ist, desto größer ist die Auflösung, so dass die Durchlassbereiche für einen Betrachter nicht wahrnehmbar sind. Es kann somit ein homogenes dunkles Erscheinungsbild der Lichtscheibe im Nichtbetriebszustand geschaffen werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Optikelemente regelmäßig und gleich groß verteilt über die Rückseite der Lichtscheibe angeordnet, was zu einem besonders homogenen Erscheinungsbild führt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die dunkle Einfärbung an der Vorderseite der Lichtscheibe durch eine dunkle Beschichtung gebildet sein, wobei die Beschichtung teilweise mittels eines Lasers entfernt worden ist, und zwar in den Fokussierbereichen der Vorderseite. Alternativ kann die dunkle Einfärbung auch durch Bedruckung der Lichtscheibe auf der Vorderseite erfolgen. Vorteilhaft kann dies in einem einmaligen Fertigungsschritt erfolgen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10 dadurch gekennzeichnet, dass eine lichtaustretende Vorderseite der Lichtscheibe in einem ersten Schritt mit einer dunklen Beschichtung versehen wird und in einem zweiten Schritt mittels eines Lasers in Fokussierbereichen der Vorderseite, auf die das auf die Optikelemente treffende Licht fokussiert wird, von der dunklen Beschichtung befreit werden, so dass die Vorderseite der Lichtscheibe in den Fokussierbereichen als Durchlassbereiche lichtdurchlässig sind, oder mit dunkler Farbe bedruckt wird, wobei die Fokussierbereiche der Vorderseite ausgespart werden, oder foliert wird mit einer Folie, die über ihre Fläche dunkel bedruckt ist mit Ausnahme von Durchlassbereichen, die in einem auf die Lichtscheibe aufgebrachten Zustand die Fokussierbereiche überdecken.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mehrere Wege möglich sind, um einer Lichtscheibe ein dunkles Erscheinungsbild zu verschaffen einerseits und einen ausreichend großen Lichtstrom zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung abzugeben andererseits. Die auf die rückseitig anzuordnenden Optikelemente abgestimmte dunkle Einfärbung an der Vorderseite kann durch Bedrucken oder Beschichten erfolgen. Das Bedrucken der Vorderseite der Lichtscheibe mittels beispielsweise eines Siebdruckverfahrens ermöglicht eine einfache Herstellung, da lediglich ein weiterer Arbeitsschritt erforderlich ist.
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Weiter Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein schematischer Aufbau einer Beleuchtungsvorrichtung,
- 2 eine Vorderansicht einer Lichtscheibe der Beleuchtungsvorrichtung,
- 3 eine Rückansicht der Lichtscheibe und
- 4 einen Querschnitt durch die Lichtscheibe.
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Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge ist vorzugsweise als eine Heckleuchte ausgebildet, die in einem Heckbereich eines Fahrzeugs verbaut ist. Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle 1 zur Abstrahlung von Licht 2 und eine Optikeinheit 3 zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung auf. Die Lichtverteilung kann beispielsweise eine Schluss-, Brems-, oder Fahrtrichtungsanzeigelichtfunktion sein.
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Die Lichtquelle 1 ist als eine LED-Lichtquelle bzw. LED-Chip ausgebildet. Die Lichtquelle 1 ist auf einer Trägerplatte 4 angeordnet.
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Die Optikeinheit 3 umfasst einen Reflektor 5, an dem das von der Lichtquelle 1 abgestrahlte Licht 2 in Hauptabstrahlrichtung H der Beleuchtungsvorrichtung umgelenkt wird. Lichtstromabwärts des Reflektors 5 ist eine Lichtscheibe 6 angeordnet, die vorzugsweise eine Öffnung eines nicht dargestellten Gehäuses der Beleuchtungsvorrichtung, in der die Lichtquelle 1 und der Reflektor 5 angeordnet sind, abdeckt. Das Licht 2 tritt an einer dem Reflektor 5 und/oder der Lichtquelle 1 zugewandten Rückseite 7 der Lichtscheibe 6 ein und an einer dem Reflektor 5 und/oder der Lichtquelle 1 abgewandten Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 aus.
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Die Rückseite 7 der Lichtscheibe 6 ist mit einer Mehrzahl von Optikelementen 9 versehen. Die Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 ist eben ausgebildet und/oder weist keine Optikelemente 9 auf. Die Lichtscheibe 6 erstreckt sich flächig in einer Ebene oder ist leicht gebogen ausgebildet, um der Kontur des Karosserieöffnungsrandes zu folgen.
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Die Optikelemente 9 weisen jeweils eine konvexe Oberfläche auf, so dass das auf sie treffende Licht 2 in einen Fokussierbereich 10 gesammelt oder fokussiert wird, wobei sich der Fokussierbereich 10 im Bereich der Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 befindet. Der Fokussierbereich 10 kann unmittelbar an der Vorderseite 8 und/oder in Hauptabstrahlrichtung H vor und/oder hinter der Vorderseite 8 angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie aus 4 zu ersehen ist, befindet sich der Fokussierbereich 10 in einem in Hauptabstrahlrichtung H vor der Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 angeordneten Bereich der Vorderseite 8. Der Fokussierbereich 10 befindet sich somit unmittelbar auf der Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 und/oder in der Nähe der Vorderseite 8 derselben.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, ist eine Quererstreckung 11 des Fokussierbereichs 10 kleiner als eine Quererstreckung 12 der Optikelemente 9.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das auf den Reflektor 5 treffende Licht 2 parallelisiert, so dass es im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckung der Lichtscheibe 6 auf ihrer Rückseite 7 trifft. Folglich befindet sich der Fokussierbereich 10 jedes Optikelementes 9 in Hauptabstrahlrichtung vor dem jeweiligen Optikelement 9.
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Vorzugsweise ist die gesamte Rückseite 7 der Lichtscheibe 6 mit den Optikelementen 9 versehen. Die Optikelemente 9 sind unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Optikelemente 9 gleich groß und gleich geformt ausgebildet.
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Die Optikelemente 9 können in einem Millimeter-Bereich, beispielsweise 1,5 mm bis 3 mm, ausgebildet sein. Alternativ können die Optikelemente 9 als Mikrooptikelemente mit einer Querstreckung bzw. Dimension (Grundform), die in der Erstreckungsrichtung der Lichtscheibe 6 verläuft, von 0,02 mm bis 0,3 mm oder 0,2 mm bis maximal 1 mm aufweisen. Die als Kissen- oder Streifenoptiken ausgebildeten Optikelemente weisen ein solches Breiten- und/oder Höhenmaß bzw. Rastermaß auf. Das Ausformen dieser Optikelemente 9 kann beispielsweise durch eine Laserbearbeitungsmaschine erfolgen. Alternativ können die Optikelemente 9 auch noch kleiner dimensioniert sein, und zwar in einem Mikrometer- oder Nanometerbereich von 0,001 mm bis 0,1 mm.
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Zumindest die Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 ist mit einer dunklen Einfärbung versehen zur Bildung eines Dunkelbereichs 13 der Lichtscheibe 6, damit die Beleuchtungsvorrichtung im Kaltzustand ein dunkles Erscheinungsbild aufweist. Damit ein für die Erzeugung der Lichtverteilung erforderlicher Lichtstrom aus der Beleuchtungsvorrichtung bzw. der Lichtscheibe 6 austreten kann, ist die Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 in dem Fokussierbereich 10 von der dunklen Einfärbung ausgespart. Eine Dimension 11 des Fokussierbereichs 10 auf der Vorderseite 8 ist als Durchlassbereich lichtdurchlässig bzw. glasklar ausgebildet, während der restliche Bereich der Vorderseite 8 als Dunkelbereich 13 nicht lichtdurchlässig bzw. dunkel eingefärbt ist. Die Fläche des Fokussierbereiches 10 an der Vorderseite 8 zeichnet sich dadurch aus, dass auf ihn das von den Optikelementen 9 gebeugte Licht 2 trifft, während der Nichtfokussierbereich bzw. Dunkelbereich13 sich dadurch auszeichnet, dass auf ihn kein Licht 2 trifft und daher dunkel eingefärbt sein kann. Der Fokussierbereich 10 gibt somit die Durchlassbereiche 11 für das Licht 2 vor, während der restliche Teil (Dunkelbereich 13) der Vorderseite 8 dunkel eingefärbt wenig oder gar kein Licht 2 durchlässt.
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Wie aus 4 zu ersehen ist, ist eine Wandstärke w der Lichtscheibe 6 derart gewählt, dass das an den Optikelementen 9 gebeugte Licht 2 so weit gesammelt oder konzentriert wird an die Vorderseite 8, und zwar mit einer solchen Flächenreduzierung, dass durch Einfärbung der Nichtfokussierbereiche 13 der Lichtscheibe 6 dieselbe ein dunkles Erscheinungsbild erfährt einerseits und trotzdem der für die Erzeugung der Lichtverteilung erforderliche Lichtstrom abgegeben werden kann andererseits. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt das Verhältnis zwischen der Fläche des Durchlassbereichs 11 an der Vorderseite 8 zu der Fläche der Grundfläche der Optikelemente 9 an der Rückseite 7 in einem Bereich von weniger als 1/3.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 2 und 4 weisen die Optikelemente 9 eine ovale Grundform auf, und zwar vorzugsweise in horizontaler Richtung, so dass elliptisch geformte Fokussierbereiche 10 bzw. Durchlassbereiche 11 gebildet werden, wie aus 2 ersichtlich ist. Alternativ können die Grundformen der Optikelemente 9 auch kreisförmig, kissenförmig entsprechend 3 oder eine andere Form aufweisen.
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Die Optikelemente 9 sind matrixartig in einem Raster jeweils mit einer vorgegebenen Grundform angeordnet. Diese Grundform kann quadratisch, rechteckig, sechseckig oder streifenförmig sein. Die Fokussierbereiche 10 sind ebenfalls in einem Raster angeordnet und sind jeweils in ihrer Dimension kleiner als die Grundform der Optikelemente 9, und zwar aufgrund der Fokussierwirkung der jeweiligen Optikelemente 9. Die Grundform der Fokussierbereiche 10 entspricht der Grundform der Optikelemente 9. Ist die Grundform der Optikelemente 9 quadratisch, ist die Grundform der Fokussierbereiche 10 ebenfalls quadratisch. Je höher die Anzahl der Optikelemente 9 pro Fläche, desto größer ist die Auflösung der Durchlassbereiche 11, so dass weder im Kaltnoch im Warmzustand der Beleuchtungsvorrichtung die Durchlassbereiche 11 für das menschliche Auge wahrnehmbar sind.
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Die Beleuchtungsvorrichtung bzw. die Lichtscheibe 6 weist somit ein homogenes dunkles Erscheinungsbild auf.
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Zur Herstellung der dunklen Einfärbung der Lichtscheibe 6 kann die beispielsweise durch Spritzgießen hergestellte Lichtscheibe 6 mit einer dunklen Beschichtung, beispielsweise mit einer metallischen Beschichtung vollflächig, an der Vorderseite 8 versehen sein. Die metallische Beschichtung kann beispielsweise durch Bedampfung oder Sputterung erfolgen, beispielsweise mit dunklem Chrom. In einem nachfolgenden Fertigungsschritt erfolgt mittels eines Lasers ein Entfernen der dunklen Beschichtung in den Fokussierbereichen 10 bzw. Durchlassbereichen 11.
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Nach einer weiteren Variante der Erfindung kann die dunkle Einfärbung durch eine Bedruckung erfolgen. Hierbei kann die Vorderseite 8 beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens mit einem dunklen Material bedruckt werden, wobei die Fokussierbereiche 10 bzw. Durchlassbereich 11 ausgespart werden. Alternativ kann auch ein Tintenstrahldruckverfahren eingesetzt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorderseite 8 der beispielsweise durch Spritzgießen hergestellten Lichtscheibe 6 mit einer bedruckten Folie versehen sein. Die bedruckte Folie kann auf die Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 auflaminiert oder aufgeklebt sein. Die Folie weist hierbei transparente Durchlassbereiche 11 und dieselben umgebende Nichtdurchlassbereiche 13 (also dunkle oder schwarze Bedruckung) auf, wobei beim Bedrucken sichergestellt wird, dass die Durchlassbereiche die jeweiligen Fokussierbereiche 10 der Vorderseite 8 der Lichtscheibe 6 überdecken. Beispielsweise kann die bedruckte Folie in ein Formwerkzeug einer Spritzgießmaschine eingelegt sein und dann mit entsprechender Kunststoffmasse hinterspritzt zu werden zur Formgebung der Lichtscheibe 6.
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Beispielsweise kann die Lichtscheibe 6 aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Glasmaterial bestehen.
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Die matrixartige Anordnung der rückseitigen Optikelemente 9 kann auch in zwei oder mehr Teilbereichen der Lichtscheibe 6 erfolgen, so dass die dunkle Lichtscheibe 6 auch mehrere Lichtfunktionen überdecken kann und dazu zwischen den Lichtfunktionen Bereiche besitzt ohne lichtdurchlässige Fokussierbereiche 10. Zwischen den Teilbereichen der Lichtscheibe 6 weist dieselbe an der Vorderseite 8 somit einen durchgehenden Dunkelbereich 13 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Licht
- 3
- Optikeinheit
- 4
- Trägerplatte
- 5
- Reflektor
- 6
- Lichtscheibe
- 7
- Rückseite
- 8
- Vorderseite
- 9
- Optikelemente
- 10
- Fokussierbereiche
- 11
- Durchlassbereich
- 12
- Quererstreckung
- 13
- Nicht-Fokussierbereich
- H
- Hauptabstrahlrichtung
- w
- Wandstärke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018125438 A1 [0003]
