專利名稱：一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)分色合色器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及分色合色器，尤其涉及一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分 色合色器。
背景技術(shù)：
超大屏幕、超高亮度的數(shù)字電影放映機(jī)有以下幾個重要的特點(diǎn)首先，由
于亮度高達(dá)8000 -25000流明(7kW，25000流明；3kW,15000流明；1.25kW,8000
流明),因而可實(shí)現(xiàn)屏寬5-25米的超大屏幕放映。其次，能處理轉(zhuǎn)換各種數(shù)字信 號和模擬信號，方便地接駁電腦、DVD等影音設(shè)備及電視臺播放的各類節(jié)目， 可在互聯(lián)網(wǎng)上即時找到需要的節(jié)目。最后,利用數(shù)字合成技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)3D或立 體影像放映。由于這些特點(diǎn)大大跨越了膠片電影生產(chǎn)和應(yīng)用的種種束縛，因此 首先在電影院受到青睞，并在大型終端顯示系統(tǒng)、智能化指揮系統(tǒng)、軍事、教 育、商務(wù)等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。
由于超高亮度導(dǎo)致分色合色器嚴(yán)重發(fā)熱，要把分色合色器的工作溫度控制 在7(TC以下，難度極高，散熱成為第一難題。由于熱量問題,目前放映機(jī)均采用 基于MEMS的DMD圖像源,而不能用液晶板。而光機(jī)中的分色合色器也必須承 受高能高熱，因此本實(shí)用新型采用全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)加上菲力普棱鏡系統(tǒng),如圖 1所示。
本實(shí)用新型為改善分色合色器的熱特性，具有以下特征所有棱鏡均使用
熱性能優(yōu)良、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的K9或肖特BK7玻璃。棱鏡上的反紅透蘭綠和反 蘭透綠兩種分色合色膜采用Ta205、 Nb205或Ti02作為高折射率膜，A1203作 為低折射率膜，由于A1203的熱導(dǎo)率比Si02高10倍以上，因而提高了分色合 色膜的熱導(dǎo)性能，不僅減小了高熱量導(dǎo)致光學(xué)表面變形帶來的圖像質(zhì)量惡化， 甚至導(dǎo)致棱鏡破裂，而且減小了角度效應(yīng)和偏振效應(yīng)。所有棱鏡界面都設(shè)置為 空氣隙，沒有任何膠合表面，以防止高溫時膠層失效。而且在棱鏡溫度較高的非 通光部位安裝了散熱器。所有分色合色膜當(dāng)溫度從室溫變化到8(TC時，對透射 率為50%所對應(yīng)的波長，其漂移小于lnm，保證了溫度升高時圖像色彩穩(wěn)定。 所有棱鏡界面的空氣隙間隔為20微米 40微米，以防止高溫時因玻璃膨脹造成 空氣隙過小,內(nèi)反射失效。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了解決上述問題，提供一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器。
用于超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器中，白光由全內(nèi)反射第一棱鏡 全反射后依次穿過全內(nèi)反射第二棱鏡、菲力普補(bǔ)償棱鏡、菲力普棱鏡第一空氣 隙、菲力普反紅棱鏡后，反紅透蘭綠分色合色膜將白光分成紅和蘭綠兩束光， 其中一束反射的紅光經(jīng)菲力普棱鏡第一空氣隙全反射，到達(dá)紅光路圖象芯片， 另一束透射的蘭綠光穿過菲力普反蘭棱鏡被反蘭透綠分色合色膜再分成蘭綠兩 束光，其中一束反射的蘭光經(jīng)菲力普棱鏡第二空氣隙全反射，到達(dá)蘭光路圖象 芯片，另一束透射的綠光經(jīng)菲力普透綠棱鏡，到達(dá)綠光路圖象芯片。
所述的棱鏡的材料為K9或肖特BK7玻璃。反紅透蘭綠分色合色膜、反蘭 透綠分色合色膜采用Ta205、 Nb205或Ti02作為高折射率膜，A1203作為低折 射率膜。棱鏡非通光部位設(shè)有散熱器。棱鏡界面的空氣隙間隔為20微米 40微 米。
本實(shí)用新型提供的分色合色器包含一全內(nèi)反射棱鏡系統(tǒng)和菲力普棱鏡系 統(tǒng)。所有棱鏡均使用熱性能優(yōu)良、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的K9或肖特BK7玻璃，而常 規(guī)棱鏡根據(jù)使用要求可選不同玻璃。棱鏡上的反紅透蘭綠和反蘭透綠二種分色 合色膜采用Ta205、 Nb205或Ti02作為高折射率膜，A1203作為低折射率膜， 而常規(guī)分色合色膜用Si02作為低折射率膜，由于A1203的熱導(dǎo)率比Si02高10 倍以上，因而提高了分色合色膜的熱導(dǎo)性能，使整個膜層表面溫差減小，從而 不僅減小了高熱量導(dǎo)致光學(xué)表面變形帶來的圖像質(zhì)量惡化，甚至導(dǎo)致棱鏡破裂， 而且減小了角度效應(yīng)和偏振效應(yīng)。所有棱鏡界面都為空氣隙，沒有任何膠合表 面，以防止高溫時膠層失效，而常規(guī)的菲力普棱鏡是既有空氣隙，又有膠合表面 的。本實(shí)用新型的棱鏡在溫度較高的非通光部位安裝了散熱器，而常規(guī)菲力普棱 鏡是不需要散熱器的。所有分色合色膜當(dāng)溫度從室溫變化到8(TC時，對透射率 為50%所對應(yīng)的波長，其漂移小于lnm，保證了溫度升高時圖像色彩穩(wěn)定，而 常規(guī)分色合色膜的漂移可大達(dá)20nm左右。最后，本實(shí)用新型的菲力普棱鏡的所 有界面的空氣隙間隔為20微米 40微米，以防止高溫時因玻璃膨脹造成空氣隙 過小,內(nèi)反射失效,而常規(guī)的空氣隙厚度約為10微米。
本實(shí)用新型的分色合色器可用于亮度高達(dá)25000流明的數(shù)字電影放映機(jī)， 工作時仍能保持優(yōu)良的圖象質(zhì)量。

圖1為用于超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中全 內(nèi)反射第一棱鏡l、全內(nèi)反射第二棱鏡2、菲力普補(bǔ)償棱鏡3、菲力普反紅棱鏡4、菲力普反蘭棱鏡5、菲力普透綠棱鏡6、全內(nèi)反射空氣隙7、菲力普棱鏡第一 空氣隙8、菲力普棱鏡第二空氣隙9、菲力普棱鏡第三空氣隙10、反紅透蘭綠分 色合色膜11、反蘭透綠分色合色膜12、紅光路圖象芯片13、蘭光路圖象芯片 14、綠光路圖象芯片15;
圖2為本實(shí)用新型的散熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中第一散熱器16、第二散熱
器17、第三散熱器18;
圖3(a)為本實(shí)用新型的全內(nèi)反射+菲力普系統(tǒng)分色合色器結(jié)構(gòu)示意圖3(b)為常規(guī)菲力普系統(tǒng)分色合色棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖4為本實(shí)用新型的分色合色薄膜在8(TC溫度下的光譜特性與室溫的比較圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，用于超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器，其特征在于白 光由全內(nèi)反射第一棱鏡1全反射后依次穿過全內(nèi)反射第二棱鏡2、菲力普補(bǔ)償棱 鏡3、菲力普棱鏡第一空氣隙8、菲力普反紅棱鏡4后，反紅透蘭綠分色合色膜 11將白光分成紅和蘭綠兩束光，其中一束反射的紅光經(jīng)菲力普棱鏡第一空氣隙 8全反射，到達(dá)紅光路圖象芯片13，另一束透射的蘭綠光穿過菲力普反蘭棱鏡5 被反蘭透綠分色合色膜12再分成蘭綠兩束光，其中一束反射的蘭光經(jīng)菲力普棱 鏡第二空氣隙9全反射，到達(dá)蘭光路圖象芯片14，另一束透射的綠光經(jīng)菲力普 透綠棱鏡6，到達(dá)綠光路圖象芯片15。經(jīng)紅光路圖象芯片13、蘭光路圖象芯片 14、綠光路圖象芯片15調(diào)制后的紅、蘭、綠三基色光原路返回后合成彩色圖像， 穿過全內(nèi)反射第一棱鏡l、全內(nèi)反射第二棱鏡2投影到屏幕上。
所述的棱鏡的材料為K9或肖特BK7玻璃。反紅透蘭綠分色合色膜ll、反 蘭透綠分色合色膜12采用Ta205、 Nb205或Ti02作為高折射率膜，A1203作 為低折射率膜。棱鏡非通光部位設(shè)有散熱器。棱鏡界面的空氣隙間隔為20微米 40微米。
如圖2所示，本實(shí)用新型的菲力普棱鏡在溫度較高的非通光位置上安置了 第一散熱器16、第二散熱器17、第三散熱器18。分色合色薄膜溫度最高的位置 是通光位置，但通光位置因散熱器擋光的原因是無法安裝散熱器的，故只能把 散熱器安置在次熱部位上。那么如何降低最高溫度部位的溫度呢？本實(shí)用新型 采用熱導(dǎo)率非常高的A1203膜，使最高溫度部位的熱量迅速擴(kuò)散到整個膜面， 然后通過三個散熱器迅速擴(kuò)散到空氣中。
圖3是本實(shí)用新型的全內(nèi)反射和菲力普分色合色棱鏡與常規(guī)菲力普分色合色棱鏡的比較。由于棱鏡l-6上不僅溫度很高，而且溫度分布不均勻，故若玻璃 熱性能差，即使采用上述高熱導(dǎo)率的A1203膜作為分色合色膜系的低折射率材 料，仍然可導(dǎo)致玻璃破裂，為此必須選用K9或BK7。本實(shí)用新型的所有棱鏡界 面都為空氣隙，包括全內(nèi)反射棱鏡空氣隙7和菲力普棱鏡空氣隙8、 9、 10,本 系統(tǒng)不能有任何膠合表面，以防止高溫時膠層失效。而常規(guī)的菲力普棱鏡是既有 空氣隙，又有膠合表面的，特別是空氣隙IO是膠合的。對本實(shí)用新型的全內(nèi)反 射棱鏡空氣隙7和菲力普棱鏡的空氣隙8、 9、 10，其空氣間隔均為30微米±10 微米，以防止高溫時因玻璃膨脹造成空氣隙過小，內(nèi)反射失效。而常規(guī)全內(nèi)反射 棱鏡和菲力普棱鏡的空氣隙厚度約為IO微米。圖4所示是本實(shí)用新型的菲力普棱鏡分色合色薄膜11、 12在8(TC溫度下測 量的光譜曲線漂移。對所有分色合色膜11和12，當(dāng)溫度從室溫變化到8(TC時， 對透射率為50%所對應(yīng)的波長，其漂移均小于lnm，這就保證了放映機(jī)溫度升 高時仍能保持圖像色彩穩(wěn)定。而常規(guī)分色合色膜的漂移可大達(dá)20nm左右,這在 這種溫度變化很大的系統(tǒng)中會產(chǎn)生嚴(yán)重的色差,因而是不能應(yīng)用的。
權(quán)利要求1.一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器，其特征在于白光由全內(nèi)反射第一棱鏡(1)全反射后依次穿過全內(nèi)反射第二棱鏡(2)、菲力普補(bǔ)償棱鏡(3)、菲力普棱鏡第一空氣隙(8)、菲力普反紅棱鏡(4)后，反紅透蘭綠分色合色膜(11)把白光分成紅和蘭綠兩束光，其中一束反射的紅光經(jīng)菲力普棱鏡第一空氣隙(8)全反射，到達(dá)紅光路圖象芯片(13)，另一束透射的蘭綠光穿過菲力普反蘭棱鏡(5)被反蘭透綠分色合色膜(12)再分成蘭綠兩束光，其中一束反射的蘭光經(jīng)菲力普棱鏡第二空氣隙(9)全反射，到達(dá)蘭光路圖象芯片(14)，另一束透射的綠光經(jīng)菲力普透綠棱鏡(6)，到達(dá)綠光路圖象芯片(15)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器，其 特征在于所述的棱鏡的材料為K9或肖特BK7玻璃。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器，其 特征在于所述的反紅透蘭綠分色合色膜(ll)、反蘭透綠分色合色膜(12)采用 Ta205、 Nb205或Ti02作為高折射率膜，A1203作為低折射率膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器，其 特征在于所述的棱鏡非通光部位設(shè)有散熱器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器， 其特征在于所述的棱鏡界面的空氣隙間隔為20微米 40微米。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種超高亮度數(shù)字電影放映機(jī)的分色合色器。白光由全內(nèi)反射第一棱鏡全反射后依次穿過全內(nèi)反射第二棱鏡、菲力普補(bǔ)償棱鏡、菲力普棱鏡第一空氣隙、菲力普反紅棱鏡后，反紅透藍(lán)綠分色合色膜把白光分成紅和藍(lán)綠兩束光，其中一束反射的紅光經(jīng)菲力普棱鏡第一空氣隙全反射，到達(dá)紅光路圖象芯片，另一束透射的藍(lán)綠光穿過菲力普反藍(lán)棱鏡被反藍(lán)透綠分色合色膜再分成藍(lán)綠兩束光，其中一束反射的藍(lán)光經(jīng)菲力普棱鏡第二空氣隙全反射，到達(dá)藍(lán)光路圖象芯片，另一束透射的綠光經(jīng)菲力普透綠棱鏡，到達(dá)綠光路圖象芯片。本實(shí)用新型可用于電影放映機(jī)，其亮度高達(dá)8000-25000流明。本實(shí)用新型可避免器件因高熱量帶來的圖像質(zhì)量惡化，甚至導(dǎo)致器件破裂的危險。
文檔編號H04N9/31GK201142739SQ20072030331
公開日2008年10月29日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者唐晉發(fā), 張梅驕, 李海峰, 沈新良, 艾曼靈, 鄭臻榮, 陶占輝, 顧培夫 申請人:浙江大學(xué);杭州科汀光學(xué)技術(shù)有限公司