專(zhuān)利名稱(chēng)：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(gè)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(hào)和模擬信號(hào)，方便地接駁電腦、DVD等影音設(shè)備及電視臺(tái)播放的各類(lèi)節(jié)目， 可在互聯(lián)網(wǎng)上即時(shí)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(wèn)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(lái)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(méi)有任何膠合表面，以防止高溫時(shí)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(shí)，對(duì)透射 率為50%所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，其漂移小于lnm，保證了溫度升高時(shí)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(shí)因玻璃膨脹造成 空氣隙過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(gè)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(lái)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(méi)有任何膠合表 面，以防止高溫時(shí)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(shí)，對(duì)透射率 為50%所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，其漂移小于lnm，保證了溫度升高時(shí)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(shí)因玻璃膨脹造成空氣隙 過(guò)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(shí)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(gè)膜面， 然后通過(guò)三個(gè)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(shí)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(duì)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(shí)因玻璃膨脹造成空氣隙過(guò)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(cè) 量的光譜曲線漂移。對(duì)所有分色合色膜11和12，當(dāng)溫度從室溫變化到8(TC時(shí)， 對(duì)透射率為50%所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，其漂移均小于lnm，這就保證了放映機(jī)溫度升 高時(shí)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(huì)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(guò)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(guò)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(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)的圖像質(zhì)量惡化，甚至導(dǎo)致器件破裂的危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)H04N9/31GK201142739SQ20072030331
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué);杭州科汀光學(xué)技術(shù)有限公司