EP1170545B1 - Stabförmiger Lichtleiter - Google Patents

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EP1170545B1
EP1170545B1 EP01116157A EP01116157A EP1170545B1 EP 1170545 B1 EP1170545 B1 EP 1170545B1 EP 01116157 A EP01116157 A EP 01116157A EP 01116157 A EP01116157 A EP 01116157A EP 1170545 B1 EP1170545 B1 EP 1170545B1
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light
rod
face
longitudinal axis
light guide
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Cornelius Neumann
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Hella GmbH and Co KGaA
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Hella KGaA Huek and Co
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S43/00Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/20Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/235Light guides
    • F21S43/249Light guides with two or more light sources being coupled into the light guide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S43/00Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/10Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
    • F21S43/13Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S43/14Light emitting diodes [LED]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S43/20Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/235Light guides
    • F21S43/236Light guides characterised by the shape of the light guide
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
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    • F21S43/00Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/20Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/235Light guides
    • F21S43/242Light guides characterised by the emission area
    • F21S43/245Light guides characterised by the emission area emitting light from one or more of its major surfaces

Definitions

  • the invention relates to a rod-shaped light guide according to the preamble of Claim 1.
  • Rod-shaped light guides are used in motor vehicles, for. B. as a signal lamp or used to illuminate display devices.
  • DE 41 29 094 A1 and DE 198 03 518 A1 are rod-shaped Light guides which have a light exit surface radiating transversely to their longitudinal direction exhibit.
  • the light exit surfaces are opposite each other reflective surfaces arranged.
  • the reflective surfaces have a Large number of prisms on the transverse axis of the rod-shaped light guide are arranged.
  • the two Side faces lie on a common diameter, so the cross section the rod-shaped light guide essentially, d. H. with the exception of reflective surface, is circular.
  • a disadvantage of the known light guides with essentially circular Cross-section is that due to their point-symmetrical structure only a part of the light coupled into the light guide a point or little diffuse emitting light source via the prisms and the light exit surface becomes. If the reflective surface is opposite in the horizontal direction The surface and light exit surface is the optical one, particularly in the vertical direction Efficiency undesirably low.
  • a rod-shaped light guide of the generic type is known from US Pat. No. 4,924,357 A, which has two opposite side surfaces, one Connect the light exit surface and a reflective surface. This Side surfaces form arranged transversely to the longitudinal axis of the rod body Cross-section two light-concentrating points, so that parallel to the longitudinal axis non-centric focal lines are formed.
  • the well-known rod-shaped light guide enables in particular the coupling out of a parallel light beam.
  • the object of the present invention is the known rod-shaped light guide to improve so that the ratio of coupled to uncoupled Light improves and an increase in efficiency while at the same time more vertical Concentration of light distribution is reached.
  • the focal lines formed are the optical efficiency of the rod-shaped Optical fiber significantly improved.
  • the vertical light distribution concentrated around one axis compared to the known light guides. Via the non-centric focal lines created in the rod-shaped light guide the coupled light is scattered and distributed more favorably for decoupling. This allows the otherwise unusable light to be extracted and increases so the optical efficiency.
  • With the present invention it is possible to reduce the vertical scatter and thus concentrate the light distribution. This enables higher light intensities to be achieved
  • the light-concentrating points or Focal points within the rod body are two non-centric focal lines, which scatter the centrally coupled light and onto the reflecting surface to steer.
  • the cross section is of the rod body is essentially elliptical.
  • At in horizontal Direction of opposing reflecting surface and light exit surface is a first light-concentrating point in the vertical direction above a center located on the longitudinal axis and a second light-concentrating one Point located below the center.
  • the inventive cross-sectional profile forms of the inventive cross-sectional profile the center in connection with of the reflecting surface a third light-concentrating point, so that an additional centric focal line is created.
  • the Cross section of the rod body seen three light-concentrating points or three light centers, through which the multiple reflected light on the reflective Area is steered.
  • the Rod body formed as an ellipsoid, the one arranged transversely to the longitudinal axis Eccentricity is adjusted to the length of the rod body in order to coupling out a lot of light.
  • the eccentricity can also - at least within limits - determine the required vertical spread.
  • a short length of Rod body means a higher eccentricity and vice versa.
  • the light coupling surface is an approximately punctiform light source.
  • the light source is a light emitting diode (LED) or less diffuse emitting light source in the form of an incandescent lamp with an ellipsoid reflector.
  • the light-deflecting means of the reflective surface as a variety of transverse to Prisms arranged in the longitudinal axis are formed.
  • a rod-shaped light guide essentially consists of a rod body 1 with a first face 2, a second face 3, a reflective Surface 4, a light exit surface 5, a first side surface 6 and one second side surface 7.
  • the rod body 1 has at a first end 9 transverse to its longitudinal axis 8 the first end face 2 and at its second end facing away from the first end 9 End 10, the second end face 3.
  • the rod-shaped Light guide or the rod body 1 from the reflecting surface 4 and on its front side 12 opposite the rear side 11 becomes the rod body 1 limited by the light exit surface 5.
  • the reflective surface 4 is over the side surfaces 6, 7 connected to the light exit surface 5.
  • a point-shaped light source 13 is in front of each of the end faces 2, 3.
  • the light source 13 is e.g. B. formed as a photodiode (LED).
  • the end faces 2, 3 are designed as light coupling surfaces.
  • the reflective surface 4 has light-deflecting means which, for. B. are formed as a plurality of arranged across the longitudinal axis 8 prisms 14.
  • the side surfaces 6, 7 are shaped convexly towards the outside and form an essentially elliptical cross section of the rod body 1. From the first side surface 6 lying above in the example, a first light-concentrating point (F 1 ) 15 becomes above the center point 16 lying on the longitudinal axis 8 educated.
  • a second light-concentrating point 17 is formed by the second side surface 7 below the center point 16.
  • the center point 16 acts as a third light-concentrating point 18.
  • the rod body 1 is thus designed as an ellipsoid, the first light-concentrating points 15 of which form a first focal line 19 and the second light-concentrating points 17 form a second focal line 20.
  • the focal lines 19, 20 run at a distance parallel to a third focal line 21 formed by the center points 16, which coincides with the longitudinal axis 8.
  • the eccentricity of the ellipsoid or the rod body 1, which is transverse to the longitudinal axis 8 is arranged, is adapted to the length of the rod body 1, if possible coupling out a lot of light.
  • the eccentricity is also within certain limits adapted to the required vertical spread.
  • the light emitted by the light sources 13 is transmitted via the end faces 2, 3, which are designed as light coupling surfaces, are coupled into the rod body 1 and passed on through total reflection.
  • the prisms 14 of the reflective Surface 4 light is reflected and occurs on the prisms 14th opposite light exit surface 5. Not covered by prisms 14 Light rays are reflected on the side surfaces 6, 7 and to the Focal lines 19, 20, 21 concentrated.
  • FIG. 3 shows, by way of example, the course of some light rays until they strike the prisms 14 are shown in a cross-sectional projection. Points 15, 16, 17 form three "focal points of light" over which the frequently reflected light is directed onto the prisms 14.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen stabförmigen Lichtleiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stabförmige Lichtleiter werden bei Kraftfahrzeugen z. B. als Signalleuchte oder zur Beleuchtung von Anzeigeeinrichtungen verwendet.
Aus der DE 41 29 094 A1 und aus der DE 198 03 518 A1 sind stabförmige Lichtleiter bekannt, die eine quer zu ihrer Längsrichtung abstrahlende Lichtaustrittsfläche aufweisen. Den Lichtaustrittsflächen gegenüberliegend sind jeweils reflektierende Flächen angeordnet. Die reflektierenden Flächen weisen eine Vielzahl von Prismen auf, die quer zur Längsachse der Stabförmigen Lichtleiter angeordnet sind. Zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen verbinden die Lichteintrittsfläche und die reflektierende Fläche miteinander. Die beiden Seitenflächen liegen auf einem gemeinsamen Durchmesser, so dass der Querschnitt des stabförmigen Lichtleiters im Wesentlichen, d. h. mit Ausnahme der reflektierenden Fläche, kreisrund ausgebildet ist.
Nachteilig bei den bekannten Lichtleitern mit im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt ist, dass aufgrund ihres punktsymmetrischen Aufbaues nur ein Anteil des in die Lichtleiter eingekoppelten Lichtes einer punkt- oder wenig diffus abstrahlenden Lichtquelle über die Prismen und die Lichtaustrittsfläche ausgekoppelt wird. Bei in horizontaler Richtung gegenüberliegender reflektierender Fläche und Lichtaustrittsfläche ist insbesondere in vertikaler Richtung der optische Wirkungsgrad unerwünscht niedrig.
Aus der US 4 924 357 A ist ein gattungsgemäße stabförmiger Lichtleiter bekannt, der zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen aufweist, die eine Lichtaustrittsfläche und eine reflektierende Fläche miteinander verbinden. Diese Seitenflächen bilden im quer zur Längsachse des Stabkörpers angeordneten Querschnitt zwei lichtkonzentrierende Punkte, so dass parallel zur Längsachse nichtzentrische Brennlinien gebildet sind. Der bekannte stabförmige Lichtleiter ermöglicht insbesondere die Auskopplung eines parallelen Lichtbündels.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten stabförmigen Lichtleiter so zu verbessern, dass das Verhältnis von eingekoppelten zu ausgekoppeltem Licht verbessert und eine Wirkungsgradsteigerung unter gleichzeitiger vertikaler Konzentration der Lichtverteilung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Durch die lichtkonzentrierenden Punkte bzw. durch die von den konzentrierenden Punkten gebildeten Brennlinien wird der optische Wirkungsgrad des stabförmigen Lichtleiters erheblich verbessert. Dabei wird die vertikale Lichtverteilung gegenüber den bekannten Lichtleitern etwa in einer Achse konzentriert. Über die im stabförmigen Lichtleiter entstehenden nichtzentrische Brennlinien wird das eingekoppelte Licht zerstreut und für eine Auskopplung günstiger verteilt. Dies erlaubt eine Auskopplung des sonst nicht nutzbaren Lichtes und steigert so den optischen Wirkungsgrad. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die vertikale Streuung zu verringern und damit die Lichtverteilung zu konzentrieren. Dadurch können höhere Lichtstärken erzielt werden
Nach der Erfindung entstehen durch die lichtkonzentrierenden Punkte bzw. Brennpunkte innerhalb des Stabkörpers zwei nichtzentrische Brennlinien, welche das zentrisch eingekoppelte Licht zerstreuen und auf die reflektierende Fläche lenken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt des Stabkörpers im Wesentlichen elliptisch ausgebildet. Bei in horizontaler Richtung gegenüberliegend angeordneter reflektierender Fläche und Lichtaustrittsfläche ist ein erster lichtkonzentrierender Punkt in vertikaler Richtung oberhalb eines auf der Längsachse liegenden Mittelpunktes und ein zweiter lichtkonzentrierender Punkt unterhalb des Mittelpunktes angeordnet. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet aufgrund des erfinderischen Querschnittprofils der Mittelpunkt in Verbindung mit der reflektierenden Fläche einen dritten lichtkonzentrierenden Punkt, so dass eine zusätzliche zentrische Brennlinie entsteht. Damit entstehen über den Querschnitt des Stabkörpers gesehen drei lichtkonzentrierende Punkte bzw. drei Lichtschwerpunkte, über die das Vielfach reflektierte Licht auf die reflektierende Fläche gelenkt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stabkörper als ein Ellipsoid ausgebildet, dessen quer zur Längsachse angeordnete Exzentrizität an die Länge des Stabkörpers angepasst ist, um möglichst viel Licht auszukoppeln. Die Exzentrizität kann aber auch - zumindest in Grenzen - die benötigte vertikale Streubreite bestimmen. Eine geringe Länge des Stabkörpers bedeutet dabei eine höhere Exzentrizität und umgekehrt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lichteinkopplungsfläche eine etwa punktförmig abstrahlende Lichtquelle vorgelagert. Die Lichtquelle ist dabei als eine Leuchtdiode (LED) oder auch als wenig diffus abstrahlende Lichtquelle in Form einer Glühlampe mit Ellipsoidreflektor ausgebildet.
Insbesondere bei Verwendung von punktförmigen oder wenig diffus abstrahlenden Lichtquellen wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des stabförmigen Lichtleiters eine lichttechnische Wirkungsgradsteigerung erzielt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche als eine Vielzahl von quer zur Längsachse angeordnete Prismen ausgebildet.
Durch eine entsprechende Ausbildung der quer zu Längsachse angeordneten Prismen lässt sich ebenfalls eine Steigerung des lichttechnischen Wirkungsgrades des stabförmigen Lichtleiters erzielen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1:
Eine Draufsicht eines stabförmigen Lichtleiters in schematischer Darstellung,
Figur 2:
einen Querschnitt durch den stabförmigen Lichtleiter von Figur 1 entlang der Linie II-II geschnitten in vergrößerter Darstellung und
Figur 3:
den Querschnitt von Figur 2, der beispielhaft den Verlauf einiger Lichtstrahlen bis zum Auftreffen auf die Prismen zeigt.
Ein stabförmiger Lichtleiter besteht im Wesentlichen aus einem Stabkörper 1 mit einer ersten Stirnfläche 2, einer zweiten Stirnfläche 3, einer reflektierenden Fläche 4, einer Lichtaustrittsfläche 5, einer ersten Seitenfläche 6 und einer zweiten Seitenfläche 7.
Quer zu seiner Längsachse 8 weist der Stabkörper 1 an einem ersten Ende 9 die erste Stirnfläche 2 und an seinem dem ersten Ende 9 abgewandten zweiten Ende 10 die zweite Stirnfläche 3 auf. An seiner Rückseite 11 wird der stabförmige Lichtleiter bzw. der Stabkörper 1 von der reflektierenden Fläche 4 und an seiner der Rückseite 11 gegenüberliegenden Vorderseite 12 wird der Stabkörper 1 durch die Lichtaustrittsfläche 5 begrenzt. Seitlich bzw. nach oben und unten wird der Stabkörper 1 durch die beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen 6, 7 begrenzt. Die reflektierende Fläche 4 ist über die Seitenflächen 6, 7 mit der Lichtaustrittsfläche 5 verbunden.
Den Stirnflächen 2, 3 ist jeweils eine punktförmige Lichtquelle 13 vorgelagert. Die Lichtquelle 13 ist z. B. als eine Fotodiode (LED) ausgebildet. Die Stirnflächen 2, 3 sind als Lichteinkoppelflächen ausgebildet. Die reflektierende Fläche 4 weist lichtablenkende Mittel auf, die z. B. als eine Vielzahl von quer zur Längsachse 8 angeordnete Prismen 14 ausgebildet sind. Die Seitenflächen 6, 7 sind konvex nach außen hin ausgeformt und bilden einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt des Stabkörpers 1. Von der im Beispiel oben liegenden ersten Seitenfläche 6 wird ein erster lichtkonzentrierender Punkt (F1) 15 oberhalb des auf der Längsachse 8 liegenden Mittelpunktes 16 gebildet. Unterhalb des Mittelpunktes 16 wird von der zweiten Seitenfläche 7 ein zweiter lichtkonzentrierender Punkt 17 gebildet. In Verbindung mit der reflektierenden Fläche 4 wirkt der Mittelpunkt 16 als dritter lichtkonzentrierender Punkt 18. Damit ist der Stabkörper 1 als ein Ellipsoid ausgebildet, dessen erste lichtkonzentrierenden Punkte 15 eine erste Brennlinie 19 und dessen zweite lichtkonzentrierenden Punkte 17 eine zweite Brennlinie 20 bilden. Die Brennlinien 19, 20 verlaufen in einem Abstand parallel zu einer von den Mittelpunkten 16 gebildeten dritten Brennlinien 21, die mit der Längsachse 8 zusammenfällt.
Die Exzentrizität des Ellipsoids bzw. des Stabkörpers 1, die quer zur Längsachse 8 angeordnet ist, ist an die Länge des Stabkörpers 1 angepasst, um möglichst viel Licht auszukoppeln. Die Exzentrizität ist aber auch in gewissen Grenzen an die benötigte vertikale Streubreite angepasst.
Das von den Lichtquellen 13 ausgestrahlte Licht wird über die Stirnflächen 2, 3, die als Lichteinkoppelflächen ausgebildet sind, in den Stabkörper 1 eingekoppelt und durch Totalreflexion weitergeleitet. Auf die Prismen 14 der reflektierenden Fläche 4 auftreffendes Licht wird reflektiert und tritt auf der den Prismen 14 gegenüberliegenden Lichtaustrittsfläche 5 aus. Nicht von den Prismen 14 erfasste Lichtstrahlen werden an den Seitenflächen 6, 7 reflektiert und zu den Brennlinien 19, 20, 21 hin konzentriert.
In Figur 3 ist beispielhaft der Verlauf einiger Lichtstrahlen bis zum Auftreffen auf die Prismen 14 in einer Querschnittsprojektion dargestellt. Die Punkte 15, 16, 17 bilden dabei drei "Lichtschwerpunkte" über die das vielfach reflektierte Licht auf die Prismen 14 gelenkt wird.

Claims (9)

  1. Stabförmiger Lichtleiter, insbesondere für eine Signalleuchte für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Stabkörper (1) mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche (2, 3) und einer in Richtung einer Längsachse (8) angeordneten, quer zur Längsachse abstrahlenden Lichtaustrittsfläche (5), einer der Lichtaustrittsfläche (5) gegenüberliegenden reflektierenden Fläche (4) mit lichtablenkenden Mitteln, die über die Lichteinkoppelfläche (2, 3) eingekoppeltes Licht über die Lichtaustrittsfläche (5) abstrahlen, und mit zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen (6, 7), die die Lichtaustrittsfläche (5) und die reflektierende Fläche (4) miteinander verbinden, wobei die Seitenflächen (6, 7) im quer zur Längsachse (8) angeordneten Querschnitt des Stabkörpers (1) mindestens zwei lichtkonzentrierende Punkte (15, 17) bilden, so dass parallel zur Längsachse (8) nichtzentrische Brennlinien (19, 20) entstehen, auf denen die lichtkonzentrierenden Punkte (15, 17) der zugehörigen Seitenflächen (6, 7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei in horizontaler Richtung gegenüberliegend angeordneter reflektierender Fläche (4) und Lichtaustrittsfläche (5) ein erster lichtkonzentrierender Punkt (15) in vertikaler Richtung oberhalb eines auf der Längsachse (8) liegenden Mittelpunktes (16) und ein zweiter lichtkonzentrierender Punkt (17) unterhalb des Mittelpunktes (16) angeordnet ist.
  2. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stabkörpers (1) im Wesentlichen elliptisch ausgebildet ist.
  3. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (16) in Verbindung mit der reflektierenden Fläche (4) einen dritten lichtkonzentrierenden Punkt (18) bildet.
  4. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabkörper (1) als ein Ellipsoid ausgebildet ist, dessen quer zur Längsachse (8) angeordnete Exzentrizität an die Länge des Stabkörpers (1) angepasst ist um möglichst viel Licht auszukoppeln.
  5. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität auf die benötigte vertikale Streubreite abgestimmt ist.
  6. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Stirnflächen (2, 3) eine etwa punktförmig abstrahlende Lichtquelle (13) vorgelagert ist.
  7. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) als eine Glühlampe mit Ellipsoidreflektor ausgebildet ist und die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche (4) als eine Vielzahl von quer zur Längsachse angeordnete Prismen (14) ausgebildet sind.
  8. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) als eine Leuchtdiode ausgebildet ist.
  9. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche (4) als eine Vielzahl von quer zur Längsachse (8) angeordnete Prismen (14) ausgebildet ist.
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