基于光投影来成像的当前投影机基本上可以划分为2类：这种 投影机为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三种颜色通道的每一 种各设置一个成像元件(3P投影机＝3板投影机(3 Panel Projectoren))。在此给红颜色通道分配波长在600nm至780nm的 波长间隔内的光。给绿颜色通道分配波长在500nm至600nm的波长 间隔内的光。给蓝颜色通道分配波长在420nm至500nm的波长间隔 内的光。
但还存在这种投影机，其中这种投影机仅仅利用成像元件并按 照色序来工作(CS投影机＝色序投影机(Color Sequential Projectoren))。
可以以正如成像元件对光进行调制以便转发图像信息的方式来 进行另一种分类。成像元件的扩展类使到达的光经受一种空间分辨 极化调制。这种极化调制于是借助极化选择的光学元件而被转换为 强度调制。必须给这类成像元件施加极化光。然而本说明书的焦点 是用于另一类成像元件的照明装置，其中可以给所述另一类成像元 件施加非极化光或仅仅部分极化的光。为此所需的照明装置应当能 够预先准备非极化光用于施加。
如果宽带白光源被应用于3P投影机中，那么必须首先把白光分 裂为红色、绿色和蓝色三种颜色。实现这一点的一种可能是电介质 截止滤光片(Kantenfilter)的使用。截止滤光片的任务是对第一波 长范围中的光几乎100％地进行反射，而在邻接的第二波长范围中应 当使接近100％的光透射。波长范围邻接的区域称为滤光片边缘。如 果在白光源的光路中放置滤光片边缘在500nm处的第一截止滤光 片，那么首先把分配给蓝颜色通道的蓝色光与黄色光相分离。另外 在该情况中，黄色光由绿色和红色光组成。如果现在在该黄色光的 光路中放置边缘在600nm处的截止滤光片，那么使绿色光与红色光 相分离。
在此哪个波长范围被反射或被透射取决于相应截止滤光片的构 造。通常，对具有较小波长的波长范围进行透射而对较大波长进行 反射的截止滤光片称为低通。对具有较小波长的波长范围进行反射 而对较大波长进行透射的截止滤光片称为高通。
如果采用窄带光源、比如在CS投影机中LED的光，那么对于 照明装置来说存在的任务是结合红色、绿色和蓝色窄带光源的光径 并把光束引到所述一个成像元件上。又可以采用截止滤光片：比如 把红色和绿色光的光径进行组合的第一截止滤光片、以及把蓝色光 的光径与两个其它光径相组合的第二截止滤光片。
在此有问题的方面在于以下事实，即不但白光源的光、而且窄 带LED的光通常不提供非极化的、而至少不完全极化的光。
但截止滤光片典型地借助电介质干涉层系统在通常透明的玻璃 基片上来实现。然而干涉层系统在极化相关性方面具有特性，所述 特性在这里所述的截止滤光片中证明是有缺点的。为了不把光的组 成部分反射回自身中，也就是说以与光轴相倾斜的一个角度来布置 截止滤光片。在此问题是，由此干涉滤光片的反射和透射行为是与 极化有关的。尤其，不仅边缘(Kante)的位置、而且在与该边缘邻 接的波长范围中的反射和透射与极化有关。在利用非极化的或仅仅 部分极化的光工作的光源中，这导致光组成部分的错误引导。这一 方面导致光损耗，  并且另一方面可能对相应的颜色坐标 (Farbkoordination)产生不利的影响。
在本说明书中，光的蓝色组成部分所经过的光学路径称为蓝色 通道。由光源发射的蓝色光的、到达成像元件的分量称为蓝色通道 透射。相应地论及红色通道透射和绿色通道透射。光组成部分的错 误引导当然导致通道透射的减少。
对通道透射的另一重要影响因素是该光源或者多个光源的角辐 射特性。用于照明的光学元件和滤光片从而必须具有一定的角度接 受(Winkelakzeptanz)，该角度接受通常用F数来表示。该F数与 数字孔径(NA)成反比，所述数字孔径通过介质的折射率与照明锥 体的半张角之乘积来定义。也就是说，F数越小，所要求的角度接受 越大。在计算通道透射时必须一起考虑不同的入射角对截止滤光片 的透射特性所具有的影响。不仅边缘的位置、而且在与该边缘邻接 的范围中的反射和透射与入射角有关。为了对此加以考虑，在不同 的入射角上以加权的方式积分。对于通道透射，这意味着对于入射 角首先陡峭的边缘通过在不同角度上的积分而丢失陡峭性，并从而 在边缘范围中的光被错误引导。
本发明的任务
因此，本发明所基于的任务在于提供一种装置，该装置克服了 或至少减少了现有技术的缺点。本发明的装置尤其应当是具有用于 投影机的非极化光的照明系统用的与现有技术相比成本低地制造的 一种解决方案。
本发明的概述
该任务的解决方案在于，以与现有技术不同的方式对位于两个 邻接波长间隔之间的绿色通道单独地进行处理，而(在白光源的情 况下)还要或者(在窄带光源的情况下)已经对红色和蓝色光通道 进行组合。这意味着，为了把红色光径与蓝色光径相分离、或者为 了组合红色和蓝色光径，可以采用非常简化的截止滤光片，其中该 截止滤光片的边缘在绿色波长间隔内可以是近似任意极化相关的和/ 或角度相关的，而基本不影响红色蓝色的分离或组合。从而甚至成 问题的是，在此在上述定义的意义上是否应当论及截止滤光片。考 虑其，在本说明的范畴内通常论及RB分光器。如果蓝色光被透射且 红色光被反射，那么尤其论及RB分光器低通。如果蓝色光被反射且 红色光被透射，那么相应地论及RB分光器高通。
与颜色管理系统相关联，对于反射的、局部极化调制的成像元 件来说绿色通道的这种单独处理是已知的。当然，在极化灵敏的光 学元件把极化调制转换成强度调制之前，该颜色管理系统这里必须 传播光、即部分地以一种极化且部分地以另一种极化由成像元件极 化调制的和反射的光。
而在极化不起作用的成像元件的照明装置中，不使用极化选择 元件。更确切地说根据本发明需要并采用所谓的绿色带通滤光片。 这种滤光片例如可以通过以下方式来实现，即在基片的一侧施加边 缘位置在约600nm处的低通滤光片，而在另一侧施加边缘位置在约 500nm处的高通滤光片。通过这种方式，蓝色光在具有高通滤光片 的侧被反射，且红色光在具有低通滤光片的侧被反射。仅仅绿色光 穿过基片的两侧被透射。这允许绿色光与不仅包含红色而且包含蓝 色光的光组成部分的有效组合和/或分裂。如前所述，在此有利的是 附加滤光片可以是RB分光器。在红色波长范围和蓝色波长范围之间 形成过渡的绿色波长范围中，这不必满足规范，并从而诸如极化偏 移或角度偏移的效应不能或者至少可以起次要作用。
在本发明的一个特别优选的实施形式中，带通滤光片然而不是 在两侧来实现，而是被新施加在该基片的一侧。也就是说，在该基 片的一侧借助层系统实现了带通滤光片。在另一侧，如果认为有必 要，仅仅设置包括少许层的防反射涂层。这种单侧带通滤光片通常 认为难以制造。但是基本统计上的新设计方法大大简化了该任务。 已令人惊奇地表明，具有可比的双侧设计的总厚的仅60％的这种单 侧设计可以以少得多的涂层耗费的方式并从而非常成本低地来制 造。
根据本发明，说明一种方法，用于把基本非极化的白光划分成 三个基本非极化的分量，具有至少以下步骤：
-把基本非极化的白光分裂成第一分量和第二分量，其中所述第 一分量包括第一波长间隔的基本非极化的光，和所述第二分量包括 第二和第三波长间隔的基本非极化的光，并且所述第一波长间隔位 于所述第二和第三波长间隔之间；
-把所述第二分量分裂成具有所述第二波长间隔的基本非极化光 的第三分量和具有所述第三波长间隔的基本非极化光的第四分量。
根据本发明，此外还说明一种方法，用于把第一光源的第一波 长间隔的基本非极化的第一光束的、第二光源的第二波长间隔的基 本非极化的第二光束的以及第三光源的第三波长间隔的基本非极化 的第三光束的光路进行组合，其中所述第一波长间隔位于所述第二 和第三波长间隔之间，并且所述方法包括至少以下步骤：
-把所述第二光束和第三光束的光路组合成第一组合光路，使得 相应光束的极化度基本不受影响；
-把所述第一光束的光路与所述第一组合光路如此相组合，使得 相应光束的极化度基本不受影响。
在本说明中公开了一种根据本发明的照明单元，其包括：
第一光源，用于辐射第一波长间隔的基本非极化的第一光束，
第二光源，用于辐射第二波长间隔的基本非极化的第二光束，
第三光源，用于辐射第三波长间隔的基本非极化的第三光束，
其中所述第一波长间隔包括位于所述第二和第三波长间隔之间 的波长；
并且所述第二光源和第三光源如此被布置，使得所辐射的光的 光路相交叉；
并且在交叉区域中设置第一干涉滤光片，以把光路组合成第一 组合光路；
并且所述第一光源如此被布置，使得所述第一光源的光路与所 述组合光路相交叉；
并且在所述第一光源的光路和所述组合光路的交叉的区域中设 置第二干涉滤光片，以把所述第一光路与所述组合光路相组合。
附图简短说明
表1示出了双侧带通滤光片以及RB分光器和RB分光器背面的 防反射涂层的以纳米为单位的层厚分布。
表2示出了单侧带通滤光片以及带通滤光片背面的防反射涂层 的以纳米为单位的层厚分布。
图1a示出了按照现有技术带两个截止滤光片的具有白光源的照 明单元。
图1b示出了按照现有技术带两个截止滤光片的具有3个LED 的照明单元。
图2a示出了根据本发明的具有白光源和双侧带通滤光片和RB 分光器的照明单元。
图2b示出了根据本发明的具有双侧带通滤光片和RB分光器的 基于LED的照明单元。
图3a示出了不仅针对平行施加而且针对具有F数1.0的施加45° 入射的光的绿色带通滤光片的透射光谱。
图3b示出了不仅针对平行施加而且针对具有F数1.0的施加45° 入射的光的RB分光器高通的透射光谱。
图3c示出了所采用的入射角加权。
图4a示出了根据波长的蓝色通道透射(实线)、以及蓝色LED 的光谱分布。
图4b示出了根据波长的绿色通道透射(实线)、以及绿色LED 的光谱分布。
图4c示出了根据波长的红色通道透射(实线)、以及红色LED 的光谱分布。
图5a示出了在LED照明中的蓝色通道透射。
图5b示出了在LED照明中的绿色通道透射。
图5c示出了在LED照明中的红色通道透射。
图6示出了单侧(虚线)和双侧(实线)通过带通滤光片的透 射的比较。
图7示出了具有根据本发明的LED照明单元的投影机的示意结 构。
本发明的详述
现在接着应当示例地并借助附图来详细解释本发明。
图1a示意性地示出了在白光源的情况下根据现有技术的情形。 在图1a的照明装置1中示出了白光源，该光源辐射白光W。在下游 在该光径中以45°放置滤光片边缘在约500nm处的高通滤光片5，用 以对蓝色光B进行反射并对绿色光G和红色光R进行透射。在进一 步的下游中在光径中以45°取向放置边缘位置在约600nm处的低通 滤光片7，该低通滤光片对绿色光G进行透射并对红色光R进行反 射。
图1b关于待组合的窄带光源示意性地示出了根据现有技术的照 明装置10。示出了蓝色LED 11、红色LED 13和绿色LED 15，其光 借助低通滤光片7和高通滤光片5被组合。
与此相对，图2a示出了具有白光源3的用于3P投影机的本发 明照明装置20。这例如可以是当今常用的UHP灯。在该光源的下游 以45°放置绿色带通滤光片21，在其一个基片侧施加边缘位置在 500nm处的高通滤光片23，并在另一侧施加边缘位置在600nm处的 低通滤光片25。该带通滤光片优选地如此被布置，使得高通滤光片 23朝向光源。通过这种方式，通常最强烈地非故意地由薄膜材料吸 收的蓝光必须最少地透射通过薄膜材料。由此使吸收效应最小化。 通过高通滤光片23和低通滤光片25的这种组合而形成了绿色带通 滤光片21，该绿色带通滤光片对蓝色和红色光进行反射，并对绿色 光进行透射。在紧跟红色和蓝色光的路径下游，布置有RB分光器高 通，该RB分光器高通基本上对蓝色光进行反射并对红色光进行透 射。这里RB分光器低通当然也是可能的，然而由于上述的关于蓝色 光吸收的原因，再次有利的是对蓝色光进行反射。在RB分光器的基 片的背面上可以设置防反射涂层。
所有的滤光片都包括由高折射的和低折射的层材料组成的薄膜 交替层系统。比如作为涂层材料，Nb2O5用于高折射层H和SiO2用 于低折射层L。表1说明了从基片出发相应的滤光片以纳米为单位的 层厚分布。在此带通滤光片21的总层厚合计为4360nm。
图3a示出了绿色带通滤光片的非极化光的透射特性，其中绿色 带通滤光片由双侧涂层产生。实线表示45°入射角的特性。在495nm 和560nm处独特的“阶梯”是极化相关性的结果。虚线表示在向该 带通滤光片施加F数1.0时所得出的特性。这里显然，通过角度光谱 的扩展使边缘软化(aufweichen)，并由此比如与45°情况相比最大 地减少透射。同样由于边缘的软化而使极化“阶梯”消失。
图3b针对入射角45°(实线)和F数1.0(虚线)示出了RB分 光器高通的非极化光的透射特性。显然，尽管F数非常小，但损失 非常少。另外要注意的是，如此选择RB分光器，使得所述RB分光 器在仅仅45°入射角的情况下就已经具有平的“边缘”。在该情况下， 斜度为dT/dλ＜2％/nm，其中T是以百分比为单位的透射，λ是以纳 米为单位的光波长。
当然只有当同时清楚在照明锥体内角度分布如何被加权时，才 使F数的说明以及与之相关的透射特性有意义。由于这个原因，在 图3c中示出了光源的不同辐射方向的、透射特性所基于的角度加 权。
如果现在考察如在图4a-c中所示的蓝色、绿色和红色通道透 射，那么看出在F数为1.0的情况下相当大的光量穿过相应的通道而 到达，也即光损耗保持于非常窄的界限中。然而这里必须采取附加 措施，以对颜色通道进行调整。特别在图4a的蓝色通道中明确的是， 例如必须借助调整滤光片(Trimmfilter)来对最大值在560nm处的 绿色光分量进行阻挡。但是由于已经开始颜色分裂，所以可以基本 垂直地在光路中在RB分光器之后布置这种调整滤光片。对于红色通 道和蓝色通道可以类似地使用简单的调整滤光片。
根据图2b，在用于组合蓝色LED 11、绿色LED 13和红色LED 15的光的照明装置中采用相应的带通滤光片21和RB分光器高通 27。如果忽略发光二极管的发射光谱，那么在此基本上得到与在图 4a-c中利用分别实线所示相同的通道透射。但图4a-c另外还利用虚 线示出属于颜色通道的LED的光谱分布。为了找出实际多少光被组 合为白光，必须把所述光谱分布与通道透射曲线相乘。这形成了图 5a-c。在此虚线再次说明LED的相应发射光谱，而实线说明与之相 关的颜色通道透射。从图中可以看出：几乎由LED所发射的馈入通 道中的全部光能通过相应的颜色通道被透射。
在本发明的一个特别优选的实施形式中，绿色带通滤光片借助 单侧设计而实现。表2示出单侧带通滤光片的层结构。在基片的另 一侧上设置防反射涂层。在该实施形式中此外值得注意的是，包括 防反射涂层在内的总层厚总计仅仅为2568nm，并从而仅为双侧带通 系统的层厚的60％。在图6中对比针对F数为1.0的单侧和双侧设 计的透射曲线。实线涉及单侧设计，虚线涉及双侧设计。在这里所 考察的LED具有其发射最大值的区域中，这些滤光片在2-5％内是 等值的。在绿色通道中，单侧设计获得甚至更好的结果。
图7示出了基于3个LED的投影机100，其包括根据本发明的 照明单元103。该照明单元103的组成部分是至少一个红色LED 105、至少一个蓝色LED 107和至少一个绿色LED 109。如这里所示， 在45°布置中，绿色LED 109和蓝色LED 107基本平行地定向，而 红色LED 105与之垂直地定向。另一组成部分是RB分光器高通 111。与在图7中所示的不同，当然可以把蓝色LED 107和相应地把 RB分光器高通111以任意围绕轴XX’旋转的方式进行布置。这在一 些情况中例如出于位置原因而可能是有利的。此外还可能的是，对 于红色和蓝色偏离于45°几何图形，并比如转到30°。由此减少了极 化效应，并另外还简化了RB分光器的制造。照明单元103的重要组 成部分是带通滤光片113。这里所示的带通滤光片113包括朝向绿色 LED的具有防反射涂层115的基片侧以及背向绿色LED并且具有带 通滤光片层系统117的基片侧。基于这种布置，蓝色光直接在表面 上被反射，而不必穿过基片传播。因为典型地在基片中吸收以短波 为主的光，所以可以通过这种布置使吸收最小化。吸收损耗的另一 源是为构造层系统117所需的层本身。在确定带通滤光片层系统117 时，可以有利地使用统计薄膜优化程序。如果在确定期间注意到尽 可能很大程度地在最外层上已对蓝色光进行反射，那么该实施方式 就再次抵抗吸收。
在该照明单元之后，3个LED的辐射的光程是相同的。在下游 在目前共同的光程中布置有透镜121，该透镜把光聚焦在积分器中。 通常在积分器的入口前面设置用于颜色排序的装置，比如色轮 (Farbrad)。然而如果LED能够足够迅速地被接通和断开，那么 色轮是不必要的。在积分器123的出口端存在均质的光场，该光场 借助透镜125被投射到DMD芯片127上。在该透镜125和成像元件 (在该情况中为DMD芯片127)之间的路径中布置棱镜129。该DMD 芯片127包括可单独控制的、可移动的镜的矩阵。按照该镜的位置， 在该镜上被反射的光通过棱镜127到达投影透镜133，或者从该投影 透镜被反射开。通过这种方式可以产生图像。
在图7中，从光源出发示出了多个辐射角用来说明。在下游， 从积分器开始，这些角度被放弃，并仅仅示出了沿光学轴的中央光 束。
在本说明书的范畴内介绍了投影机用的照明单元，其中所述照明 单元利用基本非极化的光来工作。但在此清楚的是，本发明的应用 并不局限于投影机。在必须对可能关于波长间隔具有宽角度分布的 非极化光进行分裂和/或组合的一切地方，可以有利地使用本发明。
表1
 低通     高通     RB分光器  92.94H  136.3L  76.34H  122.35L  77.58H  120.6L  76.8H  121.65L  74.87H  119.35L  74.78H  120.48L  74.43H  125.52L  75.38H  118.72L  70.95H  124.13L  78.47H  128.21L  82.36H  97.02L  121.65H  138.23L     39.86H     47.54L     61.56H     52.13L     58.31H     46.27L     64.05H     62.63L     61.33H     95.74L     28.75H     36.17L     80.61H     93.1L     52.76H     121.34L     31.58H     24.06L     76.97H     85.83L     62.29H     69.82L     46.45H     52.64L     55.92H     82.46L     47.7H     68.64L     33.85H     170.52L     39.63H     59.04L     52.48     90.22L     52.45H     88.63L     46.69H     86.03L     54.82H     83.89L     51.61H     100.45L     57.42H     77.47L     28.32H     RB分光器AR     17H     38.17L     113.98H     110.64L
表2
    AR     BP     17H     26.37L     88.17H     96.49L     70.52H     136.55L     102.65H     106.3L     48.63H     89.18L     71.9H     196.53L     55.46H     101.21L     57.3H     112.9L     77.83H     26.2L     28.8H     63.46L     69.52H     101.73L     55.67H     110.19L     40.7H     27.2L     37.91H     131.19L     63.15H     102.04L     45.73H     60.55L     36.98H     81.58L     30.02H