DE19616834A1 - Optischer Strahlenteiler - Google Patents
Optischer StrahlenteilerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Strahlenteilerprisma für konver
gentes oder divergentes Licht und ein optisches Strahlentei
lersystem mit einem derartigen Strahlenteilerprisma.
Verschiedene Strahlenteiler mit einem Strahlenteilerprisma
sind bereits bekannt. Darin wird durch ein optisches Linsen
system geleitetes Licht, das an einem Bildpunkt zu konvergie
ren ist, mit einer strahlenteilenden Fläche des Prismas ge
teilt. Beispielsweise wird in einer Fernsehkamera konvergen
tes Licht über ein Aufnahmeobjektiv geleitet und mit einer
Strahlenteilerfläche eines Prismas in Lichtanteile geteilt,
die einerseits mit einer Bildaufnahmevorrichtung, anderer
seits mit einem Sucher genutzt werden. Auch wird in einer
Farbfernsehkamera durch ein Aufnahmeobjektiv geleitetes kon
vergentes Licht mit einer Strahlenteilerfläche eines Prismas
in einen roten, einen grünen und einen blauen Lichtanteil ge
teilt. In optischen Instrumenten mit Polarisation wird durch
eine Kondensorlinse geleitetes Licht in P- und S-polarisier
tes Licht geteilt.
Die Strahlenteilerfläche besteht üblicherweise aus einem
mehrschichtigen strahlenteilenden Film, dessen optische Ei
genschaften der Nutzung entsprechen. Bei einem konventionel
len Strahlenteilerprisma sind aber die Eintrittsfläche und
die Austrittsfläche ebene Flächen normal zur optischen Achse,
und deshalb wird eine sphärische Aberration verursacht, durch
die die Bilderzeugungseigenschaften des das Licht konvergie
renden Linsensystems verschlechtert werden. Dieses Problem
kann gelöst werden, indem das Linsensystem unter Berücksich
tigung der sphärischen Aberration durch das Strahlenteiler
prisma aufgebaut wird oder indem das Linsensystem eine kleine
F-Zahl hat, bei der die Optik so abgedunkelt ist, daß die
sphärische Aberration vernachlässigt werden kann. Die erstere
Lösung ist kostspielig, die letztere begrenzt die Einsatzmög
lichkeiten des Strahlenteilerprismas.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Strahlenteiler
prisma für konvergentes oder divergentes Licht anzugeben, das
ohne Verschlechterung der ihm eigenen Aberrationen, insbeson
dere der sphärischen Aberration, seine strahlenteilende Funk
tion erfüllt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Strahlen
teilerprisma für divergentes oder konvergentes Licht vor,
dessen Strahlenteilerfläche das einfallende Licht in mehrere
Lichtstrahlen aufteilt, die durch mehrere Austrittsflächen
austreten. Zumindest die Eintrittsfläche oder die Austritts
flächen haben eine sphärische Oberfläche, deren Krümmungsmit
telpunkt auf der Konvergenzpunktseite des konvergenten Lich
tes oder auf der Divergenzpunktseite des divergenten Lichtes
liegt. Vorzugsweise liegt der Krümmungsmittelpunkt an dem
Konvergenzpunkt des konvergenten Lichtes oder an dem Diver
genzpunkt des divergenten Lichtes.
Die Eintrittsfläche kann eine sphärische Fläche sein, und die
Strahlenteilerfläche kann ein halbdurchlässiger Spiegel oder
eine Polarisationsfläche sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein optisches
Strahlenteilersystem vorgesehen, das ein kondensierendes op
tisches System enthält, indem ein Strahlenteiler in einem di
vergenten Lichtweg angeordnet ist, welches auf eine Ein
trittsfläche fällt. Eine Strahlenteilerfläche teilt das ein
fallende Licht in mehrere Lichtstrahlen, die über mehrere
Austrittsflächen abgegeben werden. Die Eintrittsfläche ist
eine sphärische Fläche, deren Krümmungsmittelpunkt auf der
Konvergenzpunktseite des optischen Kondensorsystems liegt.
Vorzugsweise befindet sich der Krümmungsmittelpunkt der sphä
rischen Fläche auf dem Konvergenzpunkt auf der optischen
Achse des optischen Kondensorsystems. Die Strahlenteilerflä
che kann ein halbdurchlässiger Spiegel oder ein dichroiti
scher Spiegel sein.
Zusätzlich können eine Bildaufnahmevorrichtung und ein Bild
aufnahmeelement oder eine Lichtmeßvorrichtung in den Strah
lengängen der geteilten Strahlen angeordnet sein. Alternativ
können auch Bildaufnahmevorrichtungen in den Strahlengängen
angeordnet sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 den schematischen Schnitt eines Strahlenteilerprismas
als erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 den schematischen Schnitt eines Strahlenteilerprismas
als zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 den schematischen Schnitt eines optischen Systems mit
einem Strahlenteilerprisma und einer Kondensorlinse
in Kombination,
Fig. 4 das Diagramm der sphärischen Aberrationen des opti
schen Systems nach Fig. 3,
Fig. 5 den schematischen Schnitt des optischen Systems nach
Fig. 3 ohne Strahlenteilerprisma,
Fig. 6 das Diagramm der sphärischen Aberrationen des opti
schen Systems nach Fig. 5,
Fig. 7 den schematischen Schnitt eines optischen Systems mit
einem Kondensorlinsensystem nach Fig. 5 und einem
Strahlenteilerprisma mit ebener Eintritts- und Aus
trittsfläche, und
Fig. 8 das Diagramm der sphärischen Aberrationen des opti
schen Systems nach Fig. 7.
Fig. 1 zeigt ein Strahlenteilerprisma 20 zwischen einem Kon
densorlinsensystem 11 und einer Bildaufnahmevorrichtung 12.
Das mit dem Kondensorlinsensystem 11 kondensierte Licht wird
über das Strahlenteilerprisma 20 geleitet und auf die Bild
aufnahmevorrichtung 12 konvergiert.
Das Strahlenteilerprisma 20 besteht aus zwei verkitteten
Prismen 21a und 21b, die an ihrer Verbindungsfläche eine
Strahlenteilerfläche (halbdurchlässige Spiegelfläche) 22 ha
ben. Die Strahlenteilerfläche 20 ist unter einem Winkel von
45° gegenüber der optischen Achse O des Kondensorlinsensy-
stems 11 geneigt. Sie erlaubt den Durchgang eines Teils (d. h. der Hälfte) des einfallenden Lichtes auf die Bildaufnahmevor richtung 12 und reflektiert einen Teil (d. h. die verbleibende Hälfte) des einfallenden Lichtes auf ein Lichtaufnahmeelement 13 eines Suchers (nicht dargestellt). Die Bildaufnahmevor richtung 12 liegt auf der optischen Achse O des Kondensorlin sensystems 11, das Lichtaufnahmeelement 13 des Suchers liegt auf der optischen Achse O′ des an der Strahlenteilerfläche 22 abgeteilten Lichtanteils.
stems 11 geneigt. Sie erlaubt den Durchgang eines Teils (d. h. der Hälfte) des einfallenden Lichtes auf die Bildaufnahmevor richtung 12 und reflektiert einen Teil (d. h. die verbleibende Hälfte) des einfallenden Lichtes auf ein Lichtaufnahmeelement 13 eines Suchers (nicht dargestellt). Die Bildaufnahmevor richtung 12 liegt auf der optischen Achse O des Kondensorlin sensystems 11, das Lichtaufnahmeelement 13 des Suchers liegt auf der optischen Achse O′ des an der Strahlenteilerfläche 22 abgeteilten Lichtanteils.
Das Strahlenteilerprisma 20 hat eine sphärisch-konvexe Ein
trittsfläche 23 an dem Prisma 21a und zwei sphärisch-konkave
Austrittsflächen 24a und 24b an den Prismen 21a und 21b. Der
Krümmungsmittelpunkt der konvexen Fläche 23 und der Krüm
mungsmittelpunkt der konkaven Fläche 24b liegen beide an ei
nem Bildpunkt 120, der als der Punkt definiert ist, an dem
die optische Achse O des Kondensorlinsensystems 11 und eine
Oberfläche der Bildaufnahmevorrichtung 12 einander schneiden.
Der Krümmungsmittelpunkt der konkaven Fläche 24a liegt an dem
Bildpunkt 130, der als der Punkt definiert ist, an dem die
optische Achse O′ und eine Oberfläche des Lichtaufnahmeele
ments 13 des Suchers einander schneiden.
Bei dieser Anordnung wirkt die konvexe Fläche 23 des Strah
lenteilerprimas 20 nicht als Linse für konvergentes Licht,
das durch das Kondensorlinsensystem 11 auf die Bildaufnahme
vorrichtung 12 und auf das Lichtaufnahmeelement 13 des Su
chers geleitet wird. Ähnlich wirken die konkaven Flächen 24a,
24b nicht als Linsen für das durch sie zu der Bildaufnahme
vorrichtung 12 und dem Lichtaufnahmeelement 13 hindurchtre
tende konvergente Licht. Es wird also keine sphärische Aber
ration durch das Strahlenteilerprisma 20 erzeugt.
Bei einem konventionellen Strahlenteilerprisma sind die Ein
tritts- und die Austrittsflächen beide eben. Daher wirkt die
Eintrittsfläche als konkave Linsenfläche für konvergentes
Licht, das durch das Kondensorlinsensystem 11 zur Bildaufnah
mevorrichtung 12 geleitet wird, und die Austrittsfläche wirkt
als konvexe Linsenfläche für konvergentes Licht, das zur
Bildaufnahmevorrichtung 12 hin austritt. Somit tritt eine be
achtliche positive sphärische Aberration durch die Differenz
des Grades der konkaven Linsenfunktion an der Eintrittsfläche
und des Grades der konvexen Linsenfunktion an der Austritts
fläche auf. Deshalb wird bei einem bekannten Strahlenteiler
prisma die Bilderzeugungsfähigkeit des Kondensorlinsensystems
verschlechtert.
Bei dem Strahlenteilerprisma 20 nach der Erfindung tritt
keine oder nur geringe sphärische Aberration auf, da die Lin
senfunktion an der Eintritts- und der Austrittsfläche be
grenzt ist. Da die sphärische Aberration durch die Eintritts
fläche einen Einfluß auf alle geteilten Lichtstrahlen hat,
wird mindestens die Eintrittsfläche des Strahlenteilerprismas
durch die sphärisch-konvexe Fläche 23 gebildet, und die Aus
trittsflächen sind je nach Erfordernis vorzugsweise die sphä
risch-konkaven Flächen 24a, 24b.
Insbesondere wenn das Lichtaufnahmeelement 13 zum Messen der
Objekthelligkeit dient, muß die konkave Fläche 24a nicht vor
gesehen sein. Die konvexe Fläche 23 und die konkaven Flächen
24a, 24b können durch Schleifen oder Kunststoff-Spritzguß
oder durch eine Hybridlinse aus einem Glassubstrat mit darauf
aufgebrachtem Kunstharzmaterial usw. gebildet sein. Die Her
stellung solcher Flächen gehört jedoch nicht unmittelbar zur
Erfindung.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft
in einem optischen Instrument mit Polarisation angewendet
werden. Hierbei besteht die Strahlenteilerfläche 22 aus einem
polarisierenden Film, und die Bildaufnahmevorrichtung 12 und
das Lichtaufnahmeelement 13 sind dann durch ein P-polarisier
tes Lichtaufnahmeelement und ein S-polarisiertes Lichtaufnah
meelement ersetzt.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strahlen
teilerprismas 30, mit dem einfallendes Licht in drei Strah
lenbündel geteilt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird
das mit der Kondensorlinse 11 kondensierte Licht in eine
blaue, eine rote und eine grüne Lichtkomponente geteilt, die
jeweils auf ein Blau-Lichtaufnahmeelement 15, ein Rot-Licht
aufnahmeelement 16 und ein Grün-Lichtaufnahmeelement 17 fal
len. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Strahlentei
lerprisma 30 aus drei Prismen 31a, 31b und 31c. Die Ein
trittsfläche des Prismas 31a ist eine sphärisch-konvexe Flä
che 32.
Eine dichroitische Schicht (Film) 33a befindet sich zwischen
den Prismen 31a und 31b, um blaues Licht zu reflektieren und
rotes sowie grünes Licht durchzulassen. Eine dichroitische
Schicht (Film) 33b befindet sich zwischen den Prismen 31b,
31c, um rotes Licht zu reflektieren und grünes Licht durchzu
lassen.
Das an dem dichroitischen Film 33a reflektierte und längs der
optischen Achse O′ sich ausbreitende Licht wird an der total
reflektierenden Fläche 34 des Prismas 31a reflektiert, bevor
es die Austrittsfläche erreicht, die eine sphärisch-konkave
Fläche 35a ist.
Das an dem dichroitischen Film 33b reflektierte und längs der
optischen Achse O′′ sich ausbreitende Licht wird an der total
reflektierenden Fläche 36 des Prismas 31b reflektiert, bevor
es dessen Austrittsfläche erreicht, die durch eine sphärisch
konkave Fläche 35b gebildet ist. Das Prisma 31c hat eine Aus
trittsfläche auf der optischen Achse O des durch die dichroi
tischen Filme 33a, 33b hindurchtretenden Lichtes. Die Aus
trittsfläche besteht aus einer sphärisch-konkaven Fläche 35c.
Die Bildpunkte des mit der Kondensorlinse 11 kondensierten
Lichtes befinden sich auf den optischen Achsen O, O′ und O′′.
Der Krümmungsmittelpunkt der konvexen Fläche 32, der konkaven
Fläche 35a, der konvexen Fläche 35b und der konvexen Fläche
35c sind identisch mit dem jeweiligen Bildpunkt auf der opti
schen Achse O, O′, O′′ und O. Das Grün-Lichtaufnahmeelement 17
befindet sich am Bildpunkt auf der optischen Achse O des mit
dem Kondensorlinsenssystem 11 kondensierten Lichtes und liegt
normal zur optischen Achse O. Das Blau-Lichtaufnahmeelement
15 befindet sich an dem Bildpunkt auf der optischen Achse O′
und liegt normal zu dieser. Das Rot-Lichtaufnahmeelement 16
befindet sich an dem Bildpunkt auf der optischen Achse O′′ und
liegt normal zu dieser.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel hat die konvexe Fläche 32
des Strahlenteilerprismas 30 keine Linsenfunktion für das
durch das Kondensorlinsensystem 11 zu den Lichtaufnahmeele
menten 15, 16 und 17 geleitete konvergente Licht. Ähnlich ha
ben die konkaven Flächen 35a, 35b und 35c des Strahlenteiler
prismas 30 keine Linsenfunktion für das zu den Lichtaufnah
meelementen 15, 16 und 17 durchgelassene konvergente Licht.
Somit erzeugt das Strahlenteilerprisma 30 keine sphärische
Aberration.
Die Aberrationen des Kondensorlinsensystems und des Strahlen
teilerprismas werden im folgenden anhand konkreter Beispiele
diskutiert. Fig. 5 zeigt die Linsenanordnung eines Kondensor
linsensystems 11, dessen Linsendaten in der folgenden Tabelle
1 enthalten sind. Fig. 6 zeigt ein sphärisches Aberrations
diagramm für die in Fig. 5 gezeigte Linsenanordnung.
In den folgenden Tabellen ist F die F-Zahl, f die Brennweite,
ri die Linsendicke oder Abstand zwischen den Linsen, N der
Brechungsindex der d-Linie und ν die Abbe-Zahl der d-Linie.
In Fig. 4, 6 und 8 sind d, C und F die sphärischen Aberratio
nen der d-Linie, der C-Linie und der F-Linie.
Fig. 3 zeigt ein optisches System aus einer Kombination des
Kondensorlinsensystems nach Fig. 5 (Tabelle 1) und des Strah
lenteilerprismas 20 hinter dem Kondensorlinsensystem 11. Die
Linsendaten und die sphärischen Aberrationen dieses in Fig. 3
gezeigten optischen Systems sind in Tabelle 2 und in Fig. 4
dargestellt. Die Linsenflächen 9, 10 des Strahlenteilerpris
mas sind in Tabelle 2 hinzugefügt. Die Krümmungsmittelpunkte
der Flächen 9, 10 befinden sich am Bildpunkt des Kondensor
linsensystems 11 nach Fig. 3. die sphärischen Aberrationen in
Fig. 4 sind weitgehend identisch mit denjenigen des Konden
sorlinsensystems nach Fig. 6. Es ist also zu erkennen, daß
die korrigierten sphärischen Aberrationen des Kondensorlin
sensystems 11 sich durch das Strahlenteilerprisma 20 nicht
verschlechtern. Zur besseren Übersicht ist in Fig. 3 die
Strahlenteilerfläche des Strahlenteilerprismas 20 weggelas
sen. Die sphärischen Aberrationen gelten in gleicher Weise
für alle geteilten Strahlen.
Zum Vergleich zeigt Fig. 7 ein optisches System aus einer
Kombination des Kondensorlinsensystems 11 nach Fig. 5
(Tabelle 1) und eines Strahlenteilerprismas P hinter dem Kon
densorlinsensystem 11, dessen Eintritts- und Austrittsflächen
beide eben sind (Krümmungsradius ∞). Die Linsendaten und die
sphärischen Aberrationen des optischen Systems nach Fig. 7
sind in Tabelle 3 und Fig. 8 dargestellt. Die Linsenflächen
9, 10 des Strahlenteilerprismas sind in Tabelle 3 hinzuge
fügt. In Fig. 8 ist zu erkennen, daß beachtliche positive
sphärische Aberrationen erzeugt werden im Vergleich zu dem
Kondensorlinsensystem in Fig. 6.
Obwohl die vorstehende Beschreibung auf ein optisches System
gerichtet ist, in dem ein Strahlenteilerprisma in konver
gentem Licht angeordnet ist, kann die Erfindung auch auf ein
optisches System angewendet werden, in dem das Strahlentei
lerprisma in divergentem Licht angeordnet ist. In diesem Fall
sind vorzugsweise die Eintritts- und die Austrittsflächen des
Strahlenteilerprismas sphärische Flächen, deren Krümmungsmit
telpunkte auf dem Divergenzpunkt des divergenten Lichtes lie
gen.
Die vorstehende Beschreibung ergibt, daß bei Anordnung eines
Strahlenteilerprismas nach der Erfindung in konvergentem oder
divergentem Licht die Aberrationen (insbesondere sphärische
Aberrationen) des optischen Systems nicht verschlechtert wer
den.
Claims (11)
1. Strahlenteilerprisma für divergentes oder konvergen
tes Licht, mit einer Eintrittsfläche für das diver
gente oder konvergente Licht, einer Strahlenteiler
fläche zum Teilen des eintretenden Lichts in mehrere
Lichtanteile und mit mehreren Austrittsflächen für
die Lichtanteile, dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens die Eintrittsfläche oder die Austrittsflächen
sphärisch ausgebildet sind, wobei der Krümmungsmit
telpunkt auf der Konvergenzpunktseite des konvergen
ten Lichtes bzw. auf der Divergenzpunktseite des di
vergenten Lichtes liegt.
2. Strahlenteilerprisma nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt auf dem Kon
vergenzpunkt des konvergenten Lichtes bzw. auf dem
Divergenzpunkt des divergenten Lichtes liegt.
3. Strahlenteilerprisma nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eintrittsfläche eine sphäri
sche Fläche ist.
4. Strahlenteilerprisma nach Anspruch einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strahlenteilerfläche ein halbdurchlässiger Spiegel
ist.
5. Strahlenteilerprisma nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilerflä
che eine polarisierende Fläche ist.
6. Optisches Strahlenteilersystem mit einem optischen
Kondensorsystem und einem in divergentem Licht des
Kondensorsystems angeordneten Strahlenteiler mit ei
ner Eintrittsfläche für das divergente Licht und ei
ner Strahlenteilerfläche, die das eintretende Licht
in mehrere Lichtanteile teilt, die durch mehrere Aus
trittsflächen abgegeben werden, dadurch gekennzeich
net, daß die Eintrittsfläche eine sphärische Fläche
mit einem Krümmungsmittelpunkt auf der Konvergenz
punktseite des optischen Kondensorsystems ist.
7. Optisches Strahlenteilersystem nach Anspruch 6, da
durch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt
auf dem Konvergenzpunkt auf der optischen Achse des
optischen Kondensorsystems liegt.
8. Optisches Strahlenteilersystem nach Anspruch 6, da
durch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilerfläche
ein halbdurchlässiger Spiegel ist.
9. Optisches Strahlenteilersystem nach Anspruch 8, da
durch gekennzeichnet, daß eine Bildaufnahmevorrich
tung und das Bildaufnahmeelement einer Lichtmeßvor
richtung in den geteilten Strahlengängen angeordnet
sind.
10. Optisches Strahlenteilersystem nach Anspruch 6 oder
7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilerflä
che ein dichroitischer Spiegel ist.
11. Optisches Strahlenteilersystem nach einem der Ansprü
che 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Bildaufnah
mevorrichtungen in den geteilten Strahlengängen ange
ordnet sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10593795A JPH08304611A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 光分割プリズム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19616834A1 true DE19616834A1 (de) | 1996-10-31 |
Family
ID=14420771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996116834 Withdrawn DE19616834A1 (de) | 1995-04-28 | 1996-04-26 | Optischer Strahlenteiler |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH08304611A (de) |
DE (1) | DE19616834A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0913716A2 (de) * | 1997-10-28 | 1999-05-06 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Prisma vom Reflektortyp und Stempel zum Formen eines solchen Prismas |
EP0947869A2 (de) * | 1998-04-03 | 1999-10-06 | DaimlerChrysler AG | Optisches Bauelement |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JP5781188B1 (ja) * | 2014-03-26 | 2015-09-16 | 株式会社フジクラ | 導光装置、製造方法、及び、ldモジュール |
-
1995
- 1995-04-28 JP JP10593795A patent/JPH08304611A/ja active Pending
-
1996
- 1996-04-26 DE DE1996116834 patent/DE19616834A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0913716A2 (de) * | 1997-10-28 | 1999-05-06 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Prisma vom Reflektortyp und Stempel zum Formen eines solchen Prismas |
EP0913716A3 (de) * | 1997-10-28 | 2000-09-20 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Prisma vom Reflektortyp und Stempel zum Formen eines solchen Prismas |
EP0947869A2 (de) * | 1998-04-03 | 1999-10-06 | DaimlerChrysler AG | Optisches Bauelement |
EP0947869A3 (de) * | 1998-04-03 | 2002-02-20 | DaimlerChrysler AG | Optisches Bauelement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08304611A (ja) | 1996-11-22 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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