EP2176707A1 - Abbildungseinrichtung zur projektion einer abbildung - Google Patents
Abbildungseinrichtung zur projektion einer abbildungInfo
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- EP2176707A1 EP2176707A1 EP08784393A EP08784393A EP2176707A1 EP 2176707 A1 EP2176707 A1 EP 2176707A1 EP 08784393 A EP08784393 A EP 08784393A EP 08784393 A EP08784393 A EP 08784393A EP 2176707 A1 EP2176707 A1 EP 2176707A1
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- EP
- European Patent Office
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- imaging device
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- projection surface
- emitting component
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- Withdrawn
Links
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
- G03B21/006—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using LCD's
Definitions
- At least one object of certain embodiments is to specify an imaging device for projecting an image onto a projection surface.
- a radiation-emitting component which, during operation, emits electromagnetic radiation along a radiation direction
- a radiation-directing element in the beam path of the radiation-emitting component for guiding the electromagnetic radiation onto the projection surface
- the projection surface is offset laterally to the radiation exit surface.
- the projection surface can also be tilted to the radiation exit surface.
- an imaging device has the advantage that it can be arranged laterally offset from the projection surface. This can mean that the imaging device can be arranged in particular laterally offset from the image on the projection surface.
- the imaging device can be arranged laterally offset from the imaging and projection surface without the imaging device covering the image as seen by the observer. The arrangement of the imaging device can thus be done to save space next to the projection surface.
- the image-generating element can be arranged downstream of the radiation-emitting component in the beam path and the radiation-directing element be arranged downstream of the image-generating element in the beam path of the radiation-emitting component.
- the image-generating element can be arranged directly downstream of the radiation-emitting component, that is to say directly, in the beam path and the radiation-directing element can be arranged directly downstream of the image-generating element in the beam path of the radiation-emitting component.
- an image can be projected onto the projection surface by the imaging device, which has geometries, images or characters and thereby can convey information to an observer, for example.
- the radiation In this case, the component can be particularly suitable for emitting visible light.
- the light may be one or more colors and in particular allow a white-colored or colorful light impression.
- the image-generating element can have, for example, an optical element which is at least partially transmissive to the electromagnetic radiation and / or an at least partially reflective optical element for generating the image.
- This can mean that the radiation-emitting component transilluminates and / or illuminates the image-generating element, and the spatial brightness and / or chromaticity variation required for the imaging can be impressed on the electromagnetic radiation.
- the at least partially transmissive optical element may have at least two regions which have a different transmission for the electromagnetic radiation.
- a first region may have a high transmission for the electromagnetic radiation and a second region a lower transmission, so that the image on the projection surface may result from the brightness difference of the regions of the at least partially transmissive optical element projected onto the projection surface.
- the at least two regions with mutually different transmittances can also be transmissive for different wavelengths of the electromagnetic radiation generated by the radiation-emitting component and thus enable a multicolor imaging.
- the at least partially transmissive optical element may have an at least partially transparent to the electromagnetic radiation matrix, the may comprise a plurality of differently transparent areas.
- the differently transparent regions can be embodied in the form of pixels, that is to say, for example, pixels arranged in rows and columns.
- the differently transparent regions may also have at least partially information-carrying forms.
- the at least partially transmissive optical element may comprise a liquid crystal matrix and / or a structured color filter.
- the image that can be projected onto the projection surface can be time-variable.
- the radiation-directing element can furthermore comprise a lens or a lens segment and be suitable for directing the electromagnetic radiation onto the projection surface and thereby collimating or focusing it.
- the lens or the lens segment may be arranged decentered to the radiation-emitting component. This can mean, for example, that the lens or the lens segment has an optical axis and the optical axis is tilted and / or arranged parallel to the arrangement direction of the radiation-emitting component and the image-generating element, for example.
- the radiation-directing element may be simultaneously formed as the image-forming element. This may mean that the image-forming element is formed as part of the radiation-directing element.
- an at least partially transmissive optical element may be formed on or in the radiation-directing element.
- the radiation-directing egg be formed such that the electromagnetic radiation is not uniformly directed to the projection surface but for example, different focus or collimated to different subregions of the projection surface, so that, for example, brightness differences on the projection surface can be made possible.
- the radiation-deflecting element may, for example, have a suitably shaped surface designed as a free-form surface.
- the radiation-directing element may have a mirror.
- the mirror can be made flat or curved, such as spherical, elliptical, parabolic or a combination thereof.
- the mirror may also be arranged rigidly or movably, in the latter case, for example, to change the position of the image on the projection surface or an image on the projection surface by row-wise and column-by-column scanning of individual pixels in conjunction with a time-varying image-generating element, such as a liquid crystal matrix or a liquid crystal element.
- the image-generating element can also have a mirror, which can be at least partially reflective for the electromagnetic radiation.
- the mirror can have a structured surface and / or color filters and / or a liquid-crystal matrix on a reflective surface.
- the radiation-emitting component can be arranged such that the emission direction is directed away from the projection surface.
- the radiation-emitting component for example, due to spatial rather framework conditions and specifications can be arranged to save space in the imaging device and thereby the emission direction can be directed away from the projection surface.
- the radiation-directing element By the radiation-directing element, however, the electromagnetic radiation can still be directed to the projection surface.
- the radiation-emitting component may comprise a semiconductor light-emitting diode (LED) or be an LED.
- the LED can preferably emit single or mixed-colored radiation and, for example, furthermore have wavelength conversion substances.
- the LED can have a semiconductor layer sequence with one or more active regions, which generates electromagnetic radiation during operation, in particular when a current is impressed.
- the radiation-emitting component can have or be a plurality of LEDs, in particular an LED array.
- the semiconductor layer sequence can be embodied as an epitaxial layer sequence, that is to say as an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
- the semiconductor layer sequence may be based on an inorganic material, for example InGaAlN, such as GaN thin-film semiconductor chips.
- InGaAlN-based semiconductor chips are in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence, which as a rule has a layer sequence of different individual layers, contains at least one single layer comprising a material of the III-V compound semiconductor material system In x Al y Ga 1 -X - Y N with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
- the semiconductor layer sequence can also be based on InGaAlP, that is to say that the semiconductor layer sequence has different individual layers, of which at least one individual layer a material of the III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai_ x - y P with 0 ⁇ x ⁇ 1, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
- the semiconductor layer sequence can also comprise other III-V compound semiconductor material systems, for example an AlGaAs-based material, or II-VI compound semiconductor material systems.
- the semiconductor layer sequence can have as active region, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure).
- the semiconductor layer sequence may comprise, in addition to the active region, further functional layers and functional regions, for example p- or n-doped charge carrier transport layers, ie electron or hole transport layers, p- or n-doped confinement or cladding layers, barrier layers, planarization layers, buffer layers , Protective layers and / or electrodes and combinations thereof.
- Such structures relating to the active region or the further functional layers and regions are known to the person skilled in the art, in particular with regard to construction, function and structure, and are therefore not explained in more detail here.
- the radiation-emitting component can have an optical element for focusing or collimating the electromagnetic radiation generated by the semiconductor layer sequence.
- an optical element may comprise, for example, a lens, a lens array, an optical concentrator or combinations thereof.
- the optical element can be directly on the semiconductor layer sequence be arranged or spaced from the semiconductor layer sequence.
- the radiation-emitting component, the image-generating element, the radiation-directing element and the radiation exit surface can be arranged in a housing.
- the housing may be, for example, the housing of a portable electronic device such as a mobile phone, a digital camera, an MP3 or multimedia player, a so-called Personal Digital Assistant (PDA) or portable computer.
- PDA Personal Digital Assistant
- the imaging device can thus be designed as part of such an electronic device.
- compact, space-saving imaging devices can be integrated into portable electronic devices according to the embodiments described.
- the radiation exit surface may be formed as an opening or window in the housing.
- a surface of the radiation-directing element for example if it comprises a lens or a lens segment as described above, can form or be encompassed by the radiation exit surface.
- the radiation exit surface can not be arranged parallel to the projection surface. This may mean, in particular, that the imaging device for projecting an image is intended to be arranged in such a way to the projection surface that the radiation exit surface and the projection surface are at an angle greater than 0 ° and smaller. ner than 180 ° to each other can be arranged. In particular, the radiation exit surface can be aligned perpendicular to the projection surface. As a result, it may be possible for the imaging device to be arranged offset laterally offset from the projected image, or at least close to the projection surface, while not obstructing an observer's view of the image.
- FIG. 1 shows a schematic representation of an imaging device according to an embodiment
- Figures 2A and 2B are schematic representations of an imaging device and a radiation-guiding element according to further embodiments and
- FIGS 3 to 9 are schematic representations of imaging devices according to further embodiments.
- FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an imaging device 100 for projecting an image 99 onto a projection surface 9.
- the imaging device 100 has a radiation-emitting component 1, which emits electromagnetic radiation along an emission direction during operation.
- the radiation-emitting component 1 comprises an LED with collimation optics and emits white-colored or monochromatically visible electromagnetic radiation during operation.
- an image-generating element 2 is arranged in the beam path of the electromagnetic radiation.
- the arrangement direction 12 is defined by the radiation-emitting component 1 and the imaging-producing element 2.
- the image-forming element 2 is designed as a partially transmissive optical element, for example with areas of different transparency. As a result of the differently transparent regions of the image-generating element 2, the spatial information required for imaging 99 is impressed on the electromagnetic radiation in the form of brightness and / or color variations.
- the collimating optics of the radiation-emitting component 1 bundle the electromagnetic radiation onto the image-forming element 2.
- a radiation-directing element 3 is arranged in the beam path of the radiation-emitting component 1 such that the electromagnetic radiation transmitted through the image-generating element 2 can deflect in the direction of a projection surface 9.
- the projection surface is not part of the imaging device 100 and can a Wall, a canvas, a table surface, a glass surface or other surface.
- the radiation-directing element 3 is a lens whose surface remote from the radiation-emitting component 1 forms the radiation exit surface 4 of the imaging device 100.
- the radiation-directing element 3 has an optical axis 31 and is arranged relative to the radiation-emitting component 1 and the image-generating element 2 such that the optical axis is aligned parallel to the arrangement direction 12.
- the lens 3 is thus arranged decentered to the radiation-emitting component 1 and to the image-generating element 2.
- the projection surface 9 is laterally offset from the radiation exit surface 4 and, in particular in the embodiment shown, is arranged perpendicular to the radiation exit surface 4.
- the image 99 thus arises on the projection surface 9 laterally offset from the imaging device 100.
- FIG. 2A shows a further exemplary embodiment of an imaging device 200, in which the radiation-emitting component 1 has a housing with an LED 10 and an optical element 11 which is suitable for applying the electromagnetic radiation generated by the LED 10 to the imaging device. generating element 2 to collimate or focus.
- the radiation-directing element 3 is designed as a lens segment 3, in which the non-illuminated region of the lens 3 shown in FIG. 1 has been removed. This allows a more compact design of Imaging device 200 can be made possible with material and weight savings.
- the distance between the image-forming element 2 and the radiation-directing element 3 is about 4 mm.
- the lens segment 3 is specially designed for the guidance of the electromagnetic radiation on a perpendicular to the radiation exit surface 4 arranged projection 9 (not shown) and has the indicated in Figure 2B dimension of about 3.06 mm in height, about 5.37 mm in diameter and about 4.55 mm in width on .
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an imaging device 300 in a spatial representation.
- the imaging device 300 can have a radiation-emitting component 1, an image-generating element 2, a radiation-directing element 3 and a radiation exit surface 4 as shown in the previous embodiments, which are arranged in a housing 5.
- the image-forming element 2 is simultaneously formed as a radiation-directing element 3.
- a partially transparent, ie at least partially transmissive, optical element 2 can be integrated in or arranged on the radiation-directing element 3, as in the previous exemplary embodiments.
- the housing 5 may be, for example, the housing of a portable electronic device, such as a mobile phone or a multimedia player.
- a portable electronic device such as a mobile phone or a multimedia player.
- an illustration 99 can be generated, which can be perceived by a viewer.
- the imaging device 400 in FIG. 4 has a radiation-emitting component 1 that has an LED or an LED array 10 that can emit electromagnetic radiation. Furthermore, the radiation-emitting component has an optical element 11 in the form of a collimating or focusing optics which focuses or directs the electromagnetic radiation onto an element 2 which is at least partially transmissive.
- the at least partially transmissive element 2 comprises an LED matrix which enables a time-dependent imaging 99 on a projection plane 9.
- the projection plane 9 is tilted to the radiation exit surface 4.
- the projection surface 9 can also be oriented at a different angle than the 90 ° shown.
- the imaging device 500 in FIG. 5 has as an imaging-producing element 2 an at least partially reflecting element 2 which has a surface structured in different reflective regions.
- the at least partially reflecting element 2 may also comprise a liquid crystal matrix or a liquid crystal. tallelement in conjunction with a reflective back, whereby, for example, a time-varying image 99 can be achieved.
- the at least partially reflective element 2 may be mounted rigidly or movably.
- the radiation-emitting component 1 is mounted in the housing 5 in a plane which has the same normal direction as the plane of the projection surface 9.
- the radiation direction of the radiation-emitting component 1 can thus be directed away from the projection surface 9, which may be advantageous, for example, with regard to a compact construction of the imaging device 500.
- the radiation-deflecting element 3 designed as a lens or lens segment, the electromagnetic radiation is directed in the direction of the projection surface 9.
- the radiation-deflecting element 3 comprises a plane mirror 32 in combination with a lens 3 or a lens segment 33.
- the imaging-generating element 2 can be formed, for example as a liquid-crystal matrix or as a liquid-crystal element or have such an arrangement of the radiation-emitting component as in the embodiment of Figure 5 is possible.
- the imaging device 700 according to FIG. 7 has a concave mirror 3 as a radiation-directing element 3, which at the same time can enable the deflecting function of the plane mirror 32 and the focusing or collimating and / or radiation-guiding function of the lens 3 of the imaging device 600 in comparison to the previous exemplary embodiment.
- the radiation exit surface 4 is formed by a window 41 in the housing 5.
- the radiation-directing element 3 simultaneously forms the imaging element 2.
- the radiation-directing and imaging-generating element 2, 3 is designed as a free-form optic which can be formed from one or more optical elements and thus shaped in that an image as image 99 is made possible on the projection surface 9. The fact that no further optical elements are necessary, the imaging device 800 can be made very compact.
- the imaging device 900 has a radiation-emitting component 1 with an LED array 10, which comprises differently colored LEDs 101, 102, 103.
- the LEDs 101, 102, 103 emit light of different wavelength spectrum, e.g. with a focus on red, green, blue.
- the electromagnetic radiation radiated by the various LEDs 101, 102, 103 is collimated by means of the common collimation optics 11 onto an imaging-generating element 2.
- the image-generating element 2 has a plurality of different partial regions 21, 22, 23 which, for example in addition to a liquid-crystal matrix, can each have a color-selective coating, so that a multicolored image 99 on the projection surface 9 is made possible.
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Abstract
Eine Abbildungseinrichtung zur Projektion einer Abbildung (99) auf eine Projektionsfläche (9) umfasst insbesondere ein Strahlungsemittierendes Bauelement (1), das im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung abstrahlt, ein abbildungserzeugendes Element (2) im Strahlengang des Strahlungsemittierenden Bauelements (1), ein strahlungslenkendes Element (3) im Strahlengang des strahlungsemittierenden Bauelements (1) zur Lenkung der elektromagnetischen Strahlung auf die Projektionsfläche (9) und eine Strahlungsaustrittsfläche (4), wobei die Projektionsfläche (9) seitlich zur Strahlungsaustrittsfläche (4) versetzt ist.
Description
ABBILDUNGSEIHRICHTUNG ZUR PROJEKTION EINER ABBILDUNG
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldung 10 2007 037 443.9 und der deutschen Patentanmeldung 10 2008 003 451.7, deren Offenbarungsgehalte hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden.
Im Folgenden wird eine Abbildungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Abbildungseinrichtung zur Projektion einer Abbildung auf eine Projektionsfläche anzugeben.
Eine Abbildungseinrichtung gemäß zumindest einer Ausführungs- form umfasst insbesondere
- ein Strahlungsemittierendes Bauelement, das im Betrieb e- lektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung abstrahlt,
- ein abbildungserzeugendes Element im Strahlengang des
Strahlungsemittierenden Bauelements ,
- ein Strahlungslenkendes Element im Strahlengang des strah- lungsemittierenden Bauelements zur Lenkung der elektromagnetischen Strahlung auf die Projektionsfläche und
- eine Strahlungsaustrittsfläche, wobei
- die Projektionsfläche seitlich zur Strahlungsaustrittsfläche versetzt ist.
Insbesondere kann die Projektionsfläche dabei zur Strahlungsaustrittsfläche auch verkippt sein.
Eine derartige Abbildungseinrichtung hat den Vorteil, dass sie seitlich versetzt zur Projektionsfläche angeordnet werden kann. Das kann bedeuten, dass die Abbildungseinrichtung insbesondere seitlich versetzt zur Abbildung auf der Projektionsfläche angeordnet sein kann. Somit kann die Abbildungseinrichtung im Blickfeld eines Beobachters, der die Abbildung betrachtet, seitlich versetzt zur Abbildung und Projektionsfläche angeordnet werden, ohne dass die Abbildungseinrichtung die Abbildung vom Beobachter aus gesehen verdeckt. Die Anordnung der Abbildungseinrichtung kann somit Platz sparend neben der Projektionsfläche erfolgen.
Dabei kann das abbildungserzeugende Element dem strahlungs- emittierenden Bauelement im Strahlengang nachgeordnet sein und das Strahlungslenkende Element dem abbildungserzeugenden Element im Strahlengang des Strahlungsemittierenden Bauelements nachgeordnet sein.
Insbesondere kann das abbildungserzeugende Element dem strah- lungsemittierenden Bauelement direkt, das heißt unmittelbar, im Strahlengang nachgeordnet sein und das strahlungslenkende Element dem abbildungserzeugenden Element im Strahlengang des Strahlungsemittierenden Bauelements direkt, das heißt unmittelbar, nachgeordnet sein. Dadurch kann eine Platz sparende Anordnung der einzelnen Komponenten der Abbildungseinrichtung und damit eine kompakte Bauform der Abbildungseinrichtung ermöglicht werden.
Beispielsweise kann durch die Abbildungseinrichtung eine Abbildung auf die Projektionsfläche projiziert werden, die Geometrien, Bilder oder Zeichen aufweist und dadurch etwa einem Beobachter Informationen vermitteln kann. Das Strahlungsemit-
tierende Bauelement kann dabei insbesondere geeignet sein, sichtbares Licht abzustrahlen. Das Licht kann dabei ein- oder mehrfarbig sein und insbesondere einen weißfarbigen oder bunten Leuchteindruck ermöglichen.
Weiterhin kann das abbildungserzeugende Element beispielsweise eine für die elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässiges optisches Element und/oder ein zumindest teilweise reflektierendes optisches Element zur Erzeugung der Abbildung aufweisen. Das kann bedeuten, dass das strahlungs- emittierende Bauelement das abbildungserzeugende Element durchleuchtet und/oder beleuchtet und dabei der elektromagnetischen Strahlung die für die Abbildung erforderliche räumlichen Helligkeits- und/oder Farbortvariation aufgeprägt werden kann.
Dabei kann das zumindest teilweise durchlässige optische Element zumindest zwei Bereiche aufweisen, die eine voneinander verschiedene Transmission für die elektromagnetische Strahlung aufweisen. So kann etwa ein erster Bereich eine hohe Transmission für die elektromagnetische Strahlung aufweisen und ein zweiter Bereich eine geringere Transmission, so dass sich die Abbildung auf der Projektionsfläche über den Helligkeitsunterschied der auf die Projektionsfläche projizierten Bereiche des zumindest teilweise durchlässigen optischen Elements ergeben kann. Alternativ oder zusätzlich können die zumindest zwei Bereiche mit voneinander verschiedener Transmission auch für verschieden Wellenlängen der vom strahlungs- emittierenden Bauelement erzeugten elektromagnetischen Strahlung durchlässig sein und somit eine mehrfarbige Abbildung ermöglichen. Weiterhin kann das zumindest teilweise durchlässige optische Element eine zumindest teilweise für die elektromagnetische Strahlung transparente Matrix aufweisen, die
eine Vielzahl von unterschiedlich transparenten Bereichen umfassen kann. Dabei können die unterschiedlich transparenten Bereiche in Form von Pixeln, also beispielsweise in Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunkten ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich können die unterschiedlich transparenten Bereiche auch zumindest teilweise informationstragende Formen aufweisen.
Dabei kann das zumindest teilweise durchlässige optische Element eine Flüssigkristallmatrix und/oder einen strukturierten Farbfilter umfassen. Insbesondere im Falle einer Flüssigkristallmatrix kann die auf die Projektionsfläche projizierbare Abbildung zeitlich veränderlich sein.
Das strahlungslenkende Element kann weiterhin eine Linse oder ein Linsensegment umfassen und geeignet sein, die elektromagnetische Strahlung auf die Projektionsfläche zu lenken und dabei zu kollimieren oder zu fokussieren. Insbesondere kann die Linse oder das Linsensegment dezentriert zum Strahlungsemittierenden Bauelement angeordnet sein. Das kann beispielsweise bedeuten, dass die Linse oder das Linsensegment eine optische Achse aufweist und die optische Achse beispielsweise verkippt und/oder parallel verschoben zur Anordnungsrichtung von Strahlungsemittierenden Bauelement und abbildungserzeu- genden Element angeordnet ist.
Weiterhin kann das Strahlungslenkende Element gleichzeitig als das abbildungserzeugende Element ausgebildet sein. Das kann bedeuten, dass das abbildungserzeugende Element als Teil des Strahlungslenkenden Elements ausgebildet ist. Insbesondere kann beispielsweise ein zumindest teilweise durchlässiges optisches Element auf oder in dem strahlungslenkenden Element ausgebildet sein. Weiterhin kann das strahlungslenkende EIe-
ments derart ausgebildet sein, dass die elektromagnetische Strahlung nicht gleichförmig auf die Projektionsfläche gelenkt wird sondern beispielsweise auf unterschiedliche Teilbereiche der Projektionsfläche unterschiedlich stark fokus- siert oder kollimiert wird, wodurch beispielsweise Helligkeitsunterschiede auf der Projektionsfläche ermöglicht werden können. Dazu kann das strahlungslenkende Element beispielsweise eine geeignet geformte, als Freiformfläche ausgebildete Oberfläche aufweisen.
Weiterhin kann das strahlungslenkende Element einen Spiegel aufweisen. Der Spiegel kann dabei eben oder gekrümmt ausgeführt sein, etwa sphärisch, elliptisch, parabolisch oder eine Kombination daraus. Der Spiegel kann weiterhin starr oder beweglich angeordnet sein, im letzten Fall etwa um die Position der Abbildung auf der Projektionsfläche zu verändern oder eine Abbildung auf der Projektionsfläche durch Zeilen- und spaltenweises Abfahren einzelner Pixel in Verbindung mit einem zeitlich veränderlichen abbildungserzeugenden Element wie etwa einer Flüssigkristallmatrix oder einem Flüssigkristallelement zu ermöglichen.
Weiterhin kann auch das abbildungserzeugende Element einen Spiegel aufweisen, der zumindest teilweise reflektierend für die elektromagnetische Strahlung sein kann. Der Spiegel kann dazu beispielsweise eine strukturierte Oberfläche und/oder Farbfilter und/oder eine Flüssigkristallmatrix auf einer reflektierenden Oberfläche aufweisen.
Das Strahlungsemittierende Bauelement kann dabei derart angeordnet sein, dass die Abstrahlrichtung von der Projektions - fläche weggerichtet ist. Das kann bedeuten, dass das strah- lungsemittierende Bauelement beispielsweise aufgrund räumli-
eher Rahmenbedingungen und Vorgaben Platz sparend in der Abbildungseinrichtung angeordnet sein kann und dadurch die Abstrahlrichtung von der Projektionsfläche weggerichtet sein kann. Durch das strahlungslenkende Element jedoch kann die elektromagnetische Strahlung dennoch auf die Projektionsfläche gerichtet werden.
Das Strahlungsemittierende Bauelement kann eine Halbleiter- Leuchtdiode (LED) umfassen oder eine LED sein. Die LED kann dabei bevorzugt ein- oder mischfarbige Strahlung aussenden und beispielsweise weiterhin Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Die LED kann beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge mit einem oder mehreren aktiven Bereichen aufweisen, die im Betrieb, insbesondere bei Aufprägung eines Stroms, e- lektromagnetische Strahlung erzeugt . Weiterhin kann das Strahlungsemittierende Bauelement eine Mehrzahl von LEDs, insbesondere ein LED-Array aufweisen oder sein.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis eines anorganischen Materials, etwa von InGaAlN, wie etwa GaN-Dünnfilm-Halbleiterchips, ausgeführt sein. Unter InGaAlN-basierte Halbleiterchips fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge, die in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V- Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAIyGa1-X-YN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1 aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweist, wovon mindestens eine Einzelschicht
ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleiter- materialsystem InxAlyGai_x-yP mit 0 < x < 1, O ≤ y ≤ l und x+y < 1 aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch andere III-V-Verbindungshalbleiter- materialsysteme, beispielsweise ein AlGaAs-basiertes Material, oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransport- schichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus . Solche Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert .
Weiterhin kann das Strahlungsemittierende Bauelement ein optisches Element zur Fokussierung oder Kollimierung der von der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Ein solches optisches Element kann beispielsweise eine Linse, ein Linsenarray, einen optischen Kon- zentrator oder Kombinationen daraus aufweisen. Das optische Element kann dabei direkt auf der Halbleiterschichtenfolge
angeordnet sein oder von der Halbleiterschichtenfolge beabstandet sein.
Weiterhin können das Strahlungsemittierende Bauelement, das abbildungserzeugende Element, das Strahlungslenkende Element und die Strahlungsaustrittsfläche in einem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann dabei beispielsweise das Gehäuse eines tragbaren elektronischen Geräts wie etwa eines Mobiltelefons, einer Digitalkamera, eines MP3- oder Multimedia-Players, eines so genannten Personal Digital Assistant (PDA) oder tragbaren Computers sein. Die Abbildungseinrichtung kann somit als Teil eines solchen elektronischen Geräts ausgeführt sein. Im Gegensatz zu herkömmlichen eigenständigen Projektionseinrichtungen wie etwa Projektoren und Beamern, die bisher an oben genannte elektronischen Geräte zusätzlich angeschlossen werden müssen und die einen erheblichen Platzbedarf aufweisen, können gemäß der beschriebenen Ausführungsformen kompakte, Platz sparende Abbildungseinrichtungen in tragbaren e- lektronischen Geräten integriert werden.
Insbesondere kann dabei die Strahlungsaustrittsfläche als Öffnung oder Fenster im Gehäuse ausgebildet sein. Weiterhin kann auch beispielsweise eine Fläche des strahlungslenkenden Elements, etwa wenn es eine Linse oder ein Linsensegment wie oben beschrieben umfasst, die Strahlungsaustrittsfläche bilden oder von dieser umfasst werden.
Weiterhin kann die Strahlungsaustrittsfläche nicht parallel zur Projektionsfläche angeordnet sein. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Abbildungseinrichtung zur Projektion einer Abbildung vorgesehen ist derart zur Projektionsfläche angeordnet zu sein, dass die Strahlungsaustrittsfläche und die Projektionsfläche unter einem Winkel größer als 0° und klei-
ner als 180° zueinander angeordnet sein können. Insbesondere kann die Strahlungsaustrittsfläche senkrecht zur Projektions- fläche ausgerichtet sein. Dadurch kann es möglich sein, dass die Abbildungseinrichtung neben der projizierten Abbildung seitlich versetzt auf oder zumindest nahe bei der Projektionsfläche angeordnet sein kann und dabei einem Beobachter nicht die Sicht auf die Abbildung versperrt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren IA bis 9 beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Abbildungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 2A und 2B schematische Darstellungen einer Abbildungseinrichtung und eines strahlungslenkenden Elements gemäß weiterer Ausführungsbeispiele und
Figuren 3 bis 9 schematische Darstellungen von Abbildungseinrichtungen gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche und gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugs- zeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Abbildungseinrichtung 100 zur Projektion einer Abbildung 99 auf eine Projektionsfläche 9. Die Abbildungseinrichtung 100 weist dabei ein Strahlungsemittierendes Bauelement 1 auf, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung emittiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Strahlungsemittierende Bauelement 1 eine LED mit einer Kolli- mationsoptik und emittiert im Betrieb weißfarbige oder einfarbig sichtbare elektromagnetische Strahlung.
In Abstrahlrichtung des Strahlungsemittierenden Bauelements 1, die dabei parallel zur Anordnungsrichtung 12 ausgerichtet ist, ist im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ein abbildungserzeugendes Element 2 angeordnet. Durch das Strahlungsemittierende Bauelement 1 und das abbildungserzeu- gende Element 2 ist die Anordnungsrichtung 12 definiert. Das abbildungserzeugende Element 2 ist dabei als teilweise durchlässiges optisches Element, etwa mit Bereichen verschiedener Transparenz ausgeführt . Durch die verschieden transparenten Bereiche des abbildungserzeugenden Elements 2 wird der elektromagnetischen Strahlung die für die Abbildung 99 erforderliche räumliche Information in Form von Helligkeits- und/oder Farbvariationen aufgeprägt. Durch die Kollimationsoptik des Strahlungsemittierenden Bauelements 1 wir die elektromagnetische Strahlung auf das abbildungserzeugende Element 2 gebündelt.
Weiterhin ist im Strahlengang des Strahlungsemittierenden Bauelements 1 ein Strahlungslenkendes Element 3 angeordnet, dass die durch das abbildungserzeugende Element 2 transmit- tierte elektromagnetische Strahlung in Richtung einer Projektionsfläche 9 lenken kann. Die Projektionsfläche ist dabei nicht Bestandteil der Abbildungseinrichtung 100 und kann eine
Wand, eine Leinwand, eine Tischfläche, eine Glasfläche oder eine sonstige Fläche sein.
Das Strahlungslenkende Element 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Linse, deren vom strahlungsemittierenden Bauelement 1 abgewandte Oberfläche die Strahlungsaustritts- fläche 4 der Abbildungseinrichtung 100 bildet. Das strah- lungslenkende Element 3 weist dabei eine optische Achse 31 auf und ist so zum strahlungsemittierenden Bauelement 1 und dem abbildungserzeugenden Element 2 angeordnet, dass die optische Achse parallel verschoben zur Anordnungsrichtung 12 ausgereichtet ist. Die Linse 3 ist damit dezentriert zum strahlungsemittierenden Bauelement 1 und zum abbildungserzeugenden Element 2 angeordnet .
Dadurch kann erreicht werden, dass die Projektionsfläche 9 seitlich versetzt zur Strahlungsaustrittsfläche 4 ist und insbesondere im gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche 4 angeordnet ist. Das Abbild 99 entsteht somit auf der Projektionsfläche 9 seitlich versetzt zur Abbildungseinrichtung 100.
In Figur 2A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Abbildungseinrichtung 200 gezeigt, bei dem das strahlungsemit- tierende Bauelement 1 ein Gehäuse mit einer LED 10 und einem optischen Element 11 aufweist, das geeignet ist, die von der LED 10 erzeugte elektromagnetische Strahlung auf das abbil- dungserzeugende Element 2 zu kollimieren oder fokussieren.
Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist das Strahlungslenkende Element 3 als Linsensegment 3 ausgebildet, in dem der in Figur 1 gezeigte unbeleuchtete Bereich der Linse 3 entfernt wurde. Dadurch kann ein kompakterer Aufbau der
Abbildungseinrichtung 200 bei Material- und Gewichtseinspa- rung ermöglicht werden.
Der Abstand zwischen dem abbildungserzeugenden Element 2 und dem strahlungslenkenden Element 3 beträgt etwa 4 mm. Das Linsensegment 3 ist speziell für die Lenkung der elektromagnetischen Strahlung auf eine senkrecht zur Strahlungsaustritts- fläche 4 angeordneten Projektionsfläche 9 (nicht gezeigt) ausgeformt und weist die in Figur 2B angedeutete Bemaßung von etwa 3.06 mm Höhe, etwa 5.37 mm Durchmesser und etwa 4.55 mm Breite auf .
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Abbildungseinrichtung 300 in einer räumlichen Darstellung gezeigt. Die Abbildungseinrichtung 300 kann dabei ein strah- lungsemittierendes Bauelement 1, ein abbildungserzeugendes Element 2, ein strahlungslenkendes Element 3 und eine Strahlungsaustrittsfläche 4 wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gezeigt aufweisen, die in einem Gehäuse 5 angeordnet sind. Wie in Figur 3 gezeigt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel das abbildungserzeugende Element 2 gleichzeitig als strahlungslenkendes Element 3 ausgebildet. Beispielsweise kann ein teiltransparentes, also zumindest teilweise durchlässiges optisches Element 2 wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen in das Strahlungslenkende Element 3 integriert oder auf diesem angeordnet sein.
Das Gehäuse 5 kann beispielsweise das Gehäuse eines tragbaren elektronischen Geräts sein, etwa eines Mobiltelefons oder eines Multimedia-Players. Auf einer beliebigen, geeigneten, zur Abbildungseinrichtung 300 seitlich versetzten Projektionsfläche 9 kann neben der Abbildungseinrichtung 300 eine Abbildung
99 erzeugt werden, die von einem Betrachter wahrgenommen werden kann.
In den Figuren 4 bis 9 sind weitere Ausführungsbeispiele für Abbildungseinrichtungen gezeigt, wobei der Übersicht halber zusätzlich zu den gezeigten Komponenten erforderliche Halterungen, elektrische und elektronische Ansteuerungen und zusätzliche Bauteile nicht gezeigt sind.
Die Abbildungseinrichtung 400 in Figur 4 weist ein strah- lungsemittierendes Bauelement 1 auf, das eine LED oder ein LED-Array 10 aufweist, das elektromagnetische Strahlung abstrahlen kann. Weiterhin weist das Strahlungsemittierende Bauelement ein optisches Element 11 in Form einer Kollimati- ons- oder Fokussierungsoptik auf, die die elektromagnetische Strahlung auf ein zumindest teilweise durchlässiges Element 2 bündelt bzw. richtet.
Das zumindest teilweise durchlässige Element 2 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel eine LED-Matrix, die eine zeitlich veränderliche Abbildung 99 auf einer Projektionsebene 9 ermöglicht. Wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die Projektionsebene 9 zu Strahlungsaustrittsfläche 4 verkippt. Dabei kann die Projektionsfläche 9 abhängig vom strah- lungslenkenden Element 3 auch unter einem anderen Winkel als den gezeigten 90° ausgerichtet sein.
Die Abbildungseinrichtung 500 in Figur 5 weist als abbil- dungserzeugendes Element 2 ein zumindest teilweise reflektierendes Element 2 auf, das eine in verschieden reflektierende Bereiche strukturierte Oberfläche aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest teilweise reflektierende Element 2 auch eine Flüssigkristallmatrix oder ein Flüssigkris-
tallelement in Verbindung mit einer reflektierenden Rückseite aufweisen, wodurch beispielsweise eine zeitlich veränderliche Abbildung 99 erreicht werden kann. Das zumindest teilweise reflektierende Element 2 kann starr oder beweglich gelagert sein.
Das Strahlungsemittierende Bauelement 1 ist im Gehäuse 5 in einer Ebene montiert, die die gleiche Normalenrichtung wie die Ebene der Projektionsfläche 9 aufweist. Die Abstrahlrichtung des Strahlungsemittierenden Bauelements 1 kann somit von der Projektionsfläche 9 weggerichtet sein, was beispielsweise hinsichtlich eines kompakten Aufbaus der Abbildungseinrichtung 500 vorteilhaft sein kann. Durch das als Linse oder Linsensegment ausgebildete strahlungslenkende Element 3 wird die elektromagnetische Strahlung in Richtung der Projektionsfläche 9 gelenkt .
In der Abbildungseinrichtung 600 gemäß Figur 6 umfasst das strahlungslenkende Element 3 einen Planspiegel 32 in Kombination mit einer Linse 3 oder einem Linsensegment 33. Dadurch kann das abbildungserzeugende Element 2 wie weiter oben beschrieben beispielsweise als Flüssigkristallmatrix oder als Flüssigkristallelement ausgebildet sein oder ein solches aufweisen, wobei eine Anordnung des Strahlungsemittierenden Bauelements wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 möglich ist.
Die Abbildungseinrichtung 700 gemäß Figur 7 weist einen Hohlspiegel 3 als Strahlungslenkendes Element 3 auf, der im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel gleichzeitig die umlenkende Funktion des Planspiegels 32 und die fokussierende oder kollimierende und/oder strahlungslenkende Funktion der Linse 3 der Abbildungseinrichtung 600 ermöglichen kann.
Die Strahlungsaustrittsfläche 4 wird dabei durch ein Fenster 41 im Gehäuse 5 gebildet.
In der Abbildungseinrichtung 800 gemäß Figur 8 bildet das strahlungslenkende Element 3 gleichzeitig das abbildungser- zeugende Element 2. Dazu ist das strahlungslenkende und ab- bildungserzeugende Element 2, 3 als Freiformoptik ausgebildet, die aus einem oder mehreren optischen Elementen gebildet werden kann und so geformt ist, dass auf der Projektionsfläche 9 ein Bild als Abbildung 99 ermöglicht wird. Dadurch, dass keine weiteren optischen Elemente notwendig sind, kann die Abbildungseinrichtung 800 sehr kompakt ausgebildet sein.
Die Abbildungseinrichtung 900 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 9 weist ein Strahlungsemittierendes Bauelement 1 mit einem LED-Array 10 auf, das verschiedenfarbige LEDs 101, 102, 103 umfasst. Die LEDs 101, 102, 103 emittieren Licht mit unterschiedlichem Wellenlängenspektrum, z.B. mit Schwerpunkten bei rot, grün, blau. Die von den verschiedenen LEDs 101, 102, 103 abgestrahlte elektromagnetische Strahlung wird mittels der gemeinsamen Kollimationsoptik 11 auf ein abbildungserzeu- gendes Element 2 gebündelt . Das abbildungserzeugende Element 2 weist mehrere unterschiedliche Teilbereiche 21, 22, 23 auf, die beispielsweise zusätzlich zu einer Flüssigkristallmatrix jeweils eine farbselektive Beschichtung besitzen können, so dass eine mehrfarbige Abbildung 99 auf der Projektionsfläche 9 ermöglicht wird.
Zusätzlich zu den gezeigten Ausführungsbeispielen sind auch weitere Kombinationen der gezeigten Funktionsprinzipien und Elemente möglich.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal o- der diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Claims
1. Abbildungseinrichtung zur Projektion einer Abbildung
(99) auf eine Projektionsfläche (9) , umfassend
- ein Strahlungsemittierendes Bauelement (1) , das im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung abstrahlt,
- ein abbildungserzeugendes Element (2) im Strahlengang des
Strahlungsemittierenden Bauelements (1) ,
- ein strahlungslenkendes Element (3) im Strahlengang des
Strahlungsemittierenden Bauelements (1) zur Lenkung der elektromagnetischen Strahlung auf die Projektionsfläche (9) und
- eine Strahlungsaustrittsfläche (4), wobei
- die Projektionsfläche (9) seitlich zur Strahlungsaustritts- fläche (4) versetzt ist.
2. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei
- das abbildungserzeugende Element (2) ein für die elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässiges optisches Element und/oder ein zumindest teilweise reflektierendes optisches Element zur Erzeugung der Abbildung (99) aufweist.
3. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das abbildungserzeugende Element (2) dem Strahlungsemittierenden Bauelement (1) im Strahlengang nachgeordnet ist und
- das strahlungslenkende Element (3) dem abbildungserzeugen- den Element (2) im Strahlengang des Strahlungsemittierenden Bauelements (1) nachgeordnet ist.
4. Abbildungseinrichtimg nach Anspruch 2, wobei
- das zumindest teilweise durchlässige optische Element (2) zumindest zwei Bereiche aufweist, die eine voneinander verschiedene Transmission für die elektromagnetische Strahlung aufweisen.
5. Abbildungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das zumindest teilweise durchlässige optische Element (2) eine zumindest teilweise für die elektromagnetische Strahlung transparente Matrix aufweist.
6. Abbildungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das zumindest teilweise durchlässige optische Element (2) eine Flüssigkristallmatrix und/oder einen strukturierten Farbfilter umfasst.
7. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Strahlungslenkende Element (3) eine Linse oder ein Linsensegment umfasst.
8. Abbildungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- die Linse oder das Linsensegment dezentriert im Strahlengang des Strahlungsemittierenden Bauelements (1) angeordnet ist.
9. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - das Strahlungslenkende Element (3) und das abbildungserzeugende Element (2) in einem optischen Element ausgebildet sind.
10. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das strahlungslenkende Element (3) und/oder das abbildungs- erzeugende Element (2) einen Spiegel aufweist, der zumindest teilweise reflektierend für die elektromagnetische Strahlung ist.
11. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die Abstrahlrichtung des Strahlungsemittierenden Bauelements (1) von der Projektionsfläche (9) weggerichtet ist.
12. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Strahlungsemittierende Bauelement (1) eine strahlungs- emittierende Halbleiterschichtenfolge aufweist.
13. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Strahlungsemittierende Bauelement (1) , das abbildungserzeugende Element, das strahlungslenkende Element (3) und die Strahlungsaustrittsfläche (4) in einem Gehäuse (5) angeordnet sind und
- die Strahlungsaustrittsfläche (4) als Öffnung oder Fenster
(41) im Gehäuse (5) ausgebildet ist.
14. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Strahlungsaustrittsfläche (4) nicht parallel zur Projektionsfläche (9) angeordnet ist.
15. Abbildungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die Strahlungsaustrittsfläche (4) senkrecht zur Projektionsfläche (9) ausgerichtet ist.
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