专利名称：超高亮度数字电影放映机分色合色器的制作方法
技术领域：
本发明涉及分色合色器，尤其涉及一种超高亮度数字电影放映机的分色合 色器。
背景技术：
超大屏幕、超高亮度的数字电影放映机有以下几个重要的特点首先，由
于亮度高达8000 -25000流明(7kW,25000流明；3kW,15000流明；1.25kW，8000
流明),因而可实现屏宽5-25米的超大屏幕放映。其次，能处理转换各种数字信 号和模拟信号，方便地接驳电脑、DVD等影音设备及电视台播放的各类节目, 可在互联网上即时找到需要的节目。最后,利用数字合成技术容易实现3D或立 体影像放映。由于这些特点大大跨越了胶片电影生产和应用的种种束缚，因此 首先在电影院受到青睐，并在大型终端显示系统、智能化指挥系统、军事、教 育、商务等领域显示出巨大的应用前景。
由于超高亮度导致分色合色器严重发热，要把分色合色器的工作温度控制 在7(TC以下，难度极高，散热成为第一难题。由于热量问题,目前放映机均采用 基于MEMS的DMD图像源，而不能用液晶板。而光机中的分色合色器也必须承 受高能高热，因此本发明采用全内反射棱镜系统加上菲力普棱镜系统,如图1所
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本发明为改善分色合色器的热特性，具有以下特征所有棱镜均使用热性 能优良、化学性质稳定的K9或肖特BK7玻璃。棱镜上的反红透兰绿和反兰透 绿两种分色合色膜采用Ta205、 Nb205或Ti02作为高折射率膜，A1203作为低 折射率膜，由于A12(B的热导率比Si02高10倍以上，因而提高了分色合色膜 的热导性能，不仅减小了高热量导致光学表面变形带来的图像质量恶化，甚至 导致棱镜破裂，而且减小了角度效应和偏振效应。所有棱镜界面都设置为空气 隙，没有任何胶合表面，以防止高温时胶层失效。而且在棱镜温度较高的非通光 部位安装了散热器。所有分色合色膜当温度从室温变化到8(TC时，对透射率为 50%所对应的波长，其漂移小于lnm，保证了温度升高时图像色彩稳定。所有棱 镜界面的空气隙间隔为20微米 40微米，以防止高温时因玻璃膨胀造成空气隙 过小，内反射失效。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种超高亮度数字电影放映
机的分色合色器。
用于超高亮度数字电影放映机的分色合色器中，白光由全内反射第一棱镜 全反射后依次穿过全内反射第二棱镜、菲力普补偿棱镜、菲力普棱镜第一空气 隙、菲力普反红棱镜后，反红透兰绿分色合色膜将白光分成红和兰绿两束光， 其中一束反射的红光经菲力普棱镜第一空气隙全反射，到达红光路图象芯片， 另一束透射的兰绿光穿过菲力普反兰棱镜被反兰透绿分色合色膜再分成兰绿两 束光，其中一朿反射的兰光经菲力普棱镜第二空气隙全反射，到达兰光路图象 芯片，另一束透射的绿光经菲力普透绿棱镜，到达绿光路图象芯片。
所述的棱镜的材料为K9或肖特BK7玻璃。反红透兰绿分色合色膜、反兰 透绿分色合色膜采用Ta205、 Nb205或Ti02作为高折射率膜，A1203作为低折 射率膜。棱镜非通光部位设有散热器。棱镜界面的空气隙间隔为20微米 40微 米。
本发明提供的分色合色器包含一全内反射棱镜系统和菲力普棱镜系统。所 有棱镜均使用热性能优良、化学性质稳定的K9或肖特BK7玻璃，而常规棱镜 根据使用要求可选不同玻璃。棱镜上的反红透兰绿和反兰透绿二种分色合色膜 采用Ta205、 Nb205或Ti02作为高折射率膜，A1203作为低折射率膜，而常规 分色合色膜用Si02作为低折射率膜，由于A1203的热导率比Si02高IO倍以上， 因而提高了分色合色膜的热导性能，使整个膜层表面温差减小，从而不仅减小 了高热量导致光学表面变形带来的图像质量恶化，甚至导致棱镜破裂，而且减 小了角度效应和偏振效应。所有棱镜界面都为空气隙，没有任何胶合表面，以防 止高温时胶层失效，而常规的菲力普棱镜是既有空气隙，又有胶合表面的。本发 明的棱镜在温度较高的非通光部位安装了散热器，而常规菲力普棱镜是不需要散 热器的。所有分色合色膜当温度从室温变化到8(TC时，对透射率为50%所对应 的波长，其漂移小于lnm，保证了温度升高时图像色彩稳定，而常规分色合色 膜的漂移可大达20nm左右。最后，本发明的菲力普棱镜的所有界面的空气隙间 隔为20微米 40微米，以防止高温时因玻璃膨胀造成空气隙过小，内反射失效, 而常规的空气隙厚度约为10微米。
本发明的分色合色器可用于亮度高达25000流明的数字电影放映机，工作 时仍能保持优良的图象质量。
图1为用于超高亮度数字电影放映机的分色合色器结构示意图；图中全 内反射第一棱镜l、全内反射第二棱镜2、菲力普补偿棱镜3、菲力普反红棱镜
4、菲力普反兰棱镜5、菲力普透绿棱镜6、全内反射空气隙7、菲力普棱镜第一 空气隙8、菲力普棱镜第二空气隙9、菲力普棱镜第三空气隙10、反红透兰绿分 色合色膜11、反兰透绿分色合色膜12、红光路图象芯片13、兰光路图象芯片 14、绿光路图象芯片15;
图2为本发明的散热器结构示意图；图中第一散热器16、第二散热器17、 第三散热器18;
图3(a)为本发明的全内反射+菲力普系统分色合色器结构示意图3(b)为常规菲力普系统分色合色棱镜结构示意图4为本发明的分色合色薄膜在8(TC温度下的光谱特性与室温的比较图。
具体实施例方式
如图1所示，用于超高亮度数字电影放映机的分色合色器，其特征在于白光由全内反射第一棱镜1全反射后依次穿过全内反射第二棱镜2、菲力普补偿棱 镜3、菲力普棱镜第一空气隙8、菲力普反红棱镜4后，反红透兰绿分色合色膜 11将白光分成红和兰绿两束光，其中一束反射的红光经菲力普棱镜第一空气隙 8全反射，到达红光路图象芯片13，另一束透射的兰绿光穿过菲力普反兰棱镜5 被反兰透绿分色合色膜12再分成兰绿两束光，其中一束反射的兰光经菲力普棱 镜第二空气隙9全反射，到达兰光路图象芯片14，另一束透射的绿光经菲力普 透绿棱镜6，到达绿光路图象芯片15。经红光路图象芯片13、兰光路图象芯片 14、绿光路图象芯片15调制后的红、兰、绿三基色光原路返回后合成彩色图像， 穿过全内反射第一棱镜l、全内反射第二棱镜2投影到屏幕上。
所述的棱镜的材料为K9或肖特BK7玻璃。反红透兰绿分色合色膜ll、反 兰透绿分色合色膜12采用Ta205、 Nb205或Ti02作为高折射率膜，A1203作 为低折射率膜。棱镜非通光部位设有散热器。棱镜界面的空气隙间隔为20微米 40微米。
如图2所示，本发明的菲力普棱镜在温度较高的非通光位置上安置了第一 散热器16、第二散热器17、第三散热器18。分色合色薄膜温度最高的位置是通 光位置，但通光位置因散热器挡光的原因是无法安装散热器的，故只能把散热 器安置在次热部位上。那么如何降低最高温度部位的温度呢？本发明采用热导 率非常高的A1203膜，使最高温度部位的热量迅速扩散到整个膜面，然后通过 三个散热器迅速扩散到空气中。
图3是本发明的全内反射和菲力普分色合色棱镜与常规菲力普分色合 色棱镜的比较。由于棱镜l-6上不仅温度很高，而且温度分布不均匀，故若玻璃
热性能差，即使采用上述高热导率的A1203膜作为分色合色膜系的低折射率材 料，仍然可导致玻璃破裂，为此必须选用K9或BK7。本发明的所有棱镜界面都 为空气隙，包括全内反射棱镜空气隙7和菲力普棱镜空气隙8、 9、 10，本系统 不能有任何胶合表面，以防止高温时胶层失效。而常规的菲力普棱镜是既有空气 隙，又有胶合表面的，特别是空气隙IO是胶合的。对本发明的全内反射棱镜空 气隙7和菲力普棱镜的空气隙8、 9、 10，其空气间隔均为30微米±10微米，以 防止高温时因玻璃膨胀造成空气隙过小，内反射失效。而常规全内反射棱镜和菲 力普棱镜的空气隙厚度约为IO微米。
图4所示是本发明的菲力普棱镜分色合色薄膜11、 12在80'C温度下测量的 光谱曲线漂移。对所有分色合色膜11和12,当温度从室温变化到80'C时，对透 射率为50%所对应的波长，其漂移均小于lnm，这就保证了放映机温度升高时 仍能保持图像色彩稳定。而常规分色合色膜的漂移可大达20nm左右,这在这种 温度变化很大的系统中会产生严重的色差,因而是不能应用的。
权利要求
1.一种超高亮度数字电影放映机的分色合色器，其特征在于白光由全内反射第一棱镜(1)全反射后依次穿过全内反射第二棱镜(2)、菲力普补偿棱镜(3)、菲力普棱镜第一空气隙(8)、菲力普反红棱镜(4)后，反红透兰绿分色合色膜(11)把白光分成红和兰绿两束光，其中一束反射的红光经菲力普棱镜第一空气隙(8)全反射，到达红光路图象芯片(13)，另一束透射的兰绿光穿过菲力普反兰棱镜(5)被反兰透绿分色合色膜(12)再分成兰绿两束光，其中一束反射的兰光经菲力普棱镜第二空气隙(9)全反射，到达兰光路图象芯片(14)，另一束透射的绿光经菲力普透绿棱镜(6)，到达绿光路图象芯片(15)。
2. 根据权利要求1所述的一种超高亮度数字电影放映机的分色合色器，其 特征在于所述的棱镜的材料为K9或肖特BK7玻璃。
3. 根据权利要求1所述的一种超高亮度数字电影放映机的分色合色器，其 特征在于所述的反红透兰绿分色合色膜(ll)、反兰透绿分色合色膜(12)采用 Ta205、 Nb205或Ti02作为高折射率膜，A1203作为低折射率膜。
4. 根据权利要求1所述的一种超高亮度数字电影放映机的分色合色器，其 特征在于所述的棱镜非通光部位设有散热器。
5. 根据权利要求1所述的分一种超高亮度数字电影放映机的分色合色器， 其特征在于所述的棱镜界面的空气隙间隔为20微米 40微米。
全文摘要
本发明公开了一种超高亮度数字电影放映机的分色合色器。白光由全内反射第一棱镜全反射后依次穿过全内反射第二棱镜、菲力普补偿棱镜、菲力普棱镜第一空气隙、菲力普反红棱镜后，反红透蓝绿分色合色膜把白光分成红和蓝绿两束光，其中一束反射的红光经菲力普棱镜第一空气隙全反射，到达红光路图象芯片，另一束透射的蓝绿光穿过菲力普反蓝棱镜被反蓝透绿分色合色膜再分成蓝绿两束光，其中一束反射的蓝光经菲力普棱镜第二空气隙全反射，到达蓝光路图象芯片，另一束透射的绿光经菲力普透绿棱镜，到达绿光路图象芯片。本发明可用于电影放映机，其亮度高达8000-25000流明。本发明可避免器件因高热量带来的图像质量恶化，甚至导致器件破裂的危险。
文档编号G03B21/16GK101206391SQ200710164830
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者唐晋发, 张梅骄, 李海峰, 沈新良, 艾曼灵, 郑臻荣, 陶占辉, 顾培夫 申请人:浙江大学;杭州科汀光学技术有限公司