數(shù)字電影濾光反射鏡光譜設計

1、數(shù)字電影濾光反射鏡光譜設計摘要：為了滿足數(shù)字電影光學系統(tǒng)色溫要求及提高 光源能量利用效率，降低設計及光學薄膜鍍制難度，計算了 色溫變化小、光源利用效率高的可見光高反射光譜波段。根據(jù)橢球濾光反射鏡的工作原理及濾光薄膜的光譜特性，結合 氤燈光源光譜及人眼的視覺函數(shù)，分析了可見光不同光譜波 段對系統(tǒng)光效率及色度坐標的影響。獲得了可見光波段光效利用率高，色度參數(shù)變化小的波段范圍,解決了數(shù)字電影反光鏡濾光薄膜可見光高反射波段初始設計問題。由濾光薄膜 設計及鍍制結果得到，405690 nm波長范圍可作為數(shù)字電 影濾光反射鏡薄膜高反射區(qū)域，相比與氤燈光源光譜，x、y 色度偏差不超過0.001,理論反射光光效

2、率達99%以上。關鍵詞：視覺光學；反射鏡光譜；數(shù)字電影；光學 薄膜；色度坐標引言數(shù)字電影是近年來迅速崛起的一種新的電影放映技術。由于其具有清晰艷麗的畫面、無磨損的穩(wěn)定放映效果、 更低的發(fā)行成本等特點，在制作、儲存、發(fā)行和放映上都有 很大的優(yōu)勢1,已經(jīng)逐步取代了膠片電影放映技術。數(shù)字 電影放映機的核心為數(shù)字投影光學系統(tǒng)，包括光源系統(tǒng)、分 色系統(tǒng)、數(shù)字微鏡元件（dmd芯片）等。光源系統(tǒng)采用大功 率氤燈光源，其光譜在紫外區(qū)及可見光范圍與日光很接近 2,配套集成設計的精密橢球組合濾光反光鏡，因此具有 出色的色彩還原性及亮度。理想的濾光反射鏡一方面能夠收 集氤燈發(fā)出的可見光，提高光源的利用效率；另一方面

3、能夠 濾除近紫外光及紅外光，根據(jù)需要調整出射光的色溫及顯色 特性。濾光光譜設計應保證可見光范圍的波長高反射，近紫 外光及近紅外光高透射，光譜如圖1所示。通過適宜光譜選 擇調整，使出射光顏色特性與日光接近，視覺特性好。但膜 系設計及實際工藝難以實現(xiàn)這樣理想的光譜要求，主要難點 在于高陡度的截止及透射區(qū)、寬可見光反射區(qū)、接近于日光 的光譜選擇調整設計及鍍制難以實現(xiàn)。從數(shù)字投影光學系統(tǒng) 看，除濾光反射鏡外還有多種薄膜器件，影響最終出射光的 顏色特性。因此，實際的濾光反射鏡光譜設計主要是保證影 響光效率及光色度變化大的波長范圍光高反射，近紫外及紅 外區(qū)高透射，通過優(yōu)化設計薄膜膜系，來減小設計及鍍制工

4、藝難度。1濾光反射鏡工作原理及光譜設計要求1.1濾光反射鏡工作原理數(shù)字電影光學系統(tǒng)中采用高功 率氤燈光源及大型橢球反光鏡組合形成光源系統(tǒng)。橢球反光 鏡內表面鍍制4050層精密濾光薄膜，基于光學干涉原理, 通過膜層界面反射可見光，有效濾除近紫外光及近紅外光， 其工作原理如圖2所示：橢球反光鏡有2個共覘焦點，將氤 燈光源置于f1,光源發(fā)出的光線入射到濾光膜及橢球鏡上， 近紅外光及近紫外光從反光鏡外側透過或被鏡面吸收，可見 光反射匯聚至f2,實現(xiàn)了只有氤燈光源發(fā)出可見光進入光學 系統(tǒng)中。3.3濾光光譜的薄膜設計及鍍制結合濾光光譜色度坐標 及光效率的計算，405690 nm可作為濾光薄膜高反射區(qū)波 段

5、，近紫外光及近紅外光高透射，設計光譜曲線如圖7所示。 濾光反射鏡光學薄膜采用介質薄膜材料鍍制，通過pvd鍍制 方法，在橢球鏡內表面交替鍍制4050層20130 nm不同 厚度的ti02、si02薄膜。圖7是根據(jù)設計目標優(yōu)化的膜系 光譜曲線及實際鍍制光譜曲線，設計及測試角度均為0° o 表4列出了設計值與實際值色度坐標、光利用效率的對比情 況。從計算結果可以看出，色度坐標與光利用率設計值與實 際鍍制值相差不大，差值為1.3%。優(yōu)化設計的光譜曲線及鍍 制曲線并不能達到與設計目標完全一致，不同高反射波段有 2%3%的起伏變化，差異的原因主要是鍍制過程成膜厚度誤 差及反射測試中存在的誤差。4結論根據(jù)氤燈光源的發(fā)光光 譜曲線，結合數(shù)字電影光學系統(tǒng)對色彩還原性及光亮度的要 求，得到了光效利用率高、顏色特性變化小的光譜波段。設 計了適宜的濾光反射鏡薄膜光譜曲線，光譜