CN202649662U

CN202649662U - 一种用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置

Info

Publication number: CN202649662U
Application number: CN 201220224953
Authority: CN
Inventors: 王晓云
Original assignee: Barco Visual Beijing Electronics Co Ltd
Current assignee: Barco Visual Beijing Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-05-18

Abstract

一种用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置，包括一用于转折光路的TIR棱镜组和一用于分色合色的菲利普棱镜组，所述TIR棱镜组位于菲利普棱镜组的上方；其中，在菲利普棱镜组中至少包括具有蓝光通道的棱镜、红光通道的棱镜和绿光通道的棱镜；在这三个棱镜的入射面和出射面上均镀可见光波段增透膜，并随其后均置有对应的图像芯片，具有蓝光通道的棱镜和具有红光通道的棱镜这两个棱镜的二向色面上分别镀有反蓝膜和反红膜；在各棱镜间存有空气隙；在菲利普棱镜组中，对应与投影光轴入射角大的空气隙的厚度要不大于对应与投影光轴入射角小的空气隙的厚度，且各空气隙厚度在10～40微米的范围内。其可有效的减小数字电影放映机的棱镜像差。

Description

一种用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用在数字电影放映机的装置，尤指一种用于高分辨率高亮度的数字电影放映机分色合色装置。

背景技术

随着数字图像技术的提高，全球范围内数字电影放映机正在逐步取代胶片电影放映机。

数字电影放映机的特点：处理转换各种数字模拟信号，方便的接驳电脑以及互联网(便于管理)；易于实现3D或立体影像放映。

TI（Texas Instruments）生产的数字微镜图像器件用一个个的微小的镜片来表示一个像素，通过微镜的旋转来控制每个像素的亮暗，系统效率高，热效应相对于LCD（液晶显示器是， Liquid Crystal Display）来说要小很多。所以被广泛应用于高亮度的数字电影放映机。

TI生产的用于影院数字电影放映机的DMD芯片尺寸越来越小，其单个象素的尺寸也越来越小, 因此就要求系统的分辨率越来越高。棱镜作为光路中一个很重要的光学部件，其引起的像差也应越小越好。现数字电影放映机的分色合色装置常采用的是5片式或6片棱镜组设计，是由TIR棱镜组和菲利普棱镜组组成，如图1所示（以5片式结构为例示），第一棱镜1 和第二棱镜2 相互胶合构成TIR棱镜组，用于转折光路；棱镜3、4和5组成菲利普棱镜组，用于分色合色。在相邻的两个棱镜间一般都存有空气隙，空气隙的厚度一般在10~50微米。

现数字电影放映机的分色合色装置无论采用的是5片式棱镜组还是6片式棱镜组设计，在其菲利普棱镜组中一般按光路的走向都依序置有：具有蓝光通道的棱镜（呈三棱镜，在该棱镜的二向色面上镀反蓝膜）、红光通道的棱镜（呈三棱镜，在该棱镜的二向色面上镀反红膜）和绿光通道的棱镜（呈四棱镜，在该棱镜的入射面及出射面上均镀可见光波段增透膜）；在这三个棱镜的出射面外分别置有图像芯片。数字电影放映机的分色合色装置的工作过程是（以图1、图2和图3所示的5片式结构为例）：白光由TIR棱镜组的第一棱镜1进入，遇到第一棱镜1与第二棱镜2的空气隙21，在棱镜1内全反射，然后经过空气隙，进入菲利普棱镜组的第三棱镜3，遇到空气隙43及镀有反蓝光的分色膜, 其中蓝光束在面31发生全反射，并从棱镜3出射面33出射到达蓝色图像芯片6；其余光穿过空气隙21继续前进进入菲利普棱镜组的第四棱镜4，遇到空气隙54及镀有反红光的分色膜，分为红光和绿光，红光在棱镜4的面41发生全反射并从面43出射，到达红色图像芯片7；绿光穿过空气隙54，穿过菲利普棱镜组的第五棱镜5，到达绿色图像芯片8。

各棱镜间的空气隙在光路中相当于平行平板。由于不是平行光入射，棱镜将产生一定的像差，并作用于投影光路。为了减小投影光路的设计难度，希望尽量减小棱镜产生的像差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置，其可适应现如今DMD芯片尺寸越来越小而系统分辨率越来越高的发展趋势，以满足系统的要求。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置，包括一用于转折光路的TIR棱镜组和一用于分色合色的菲利普棱镜组，所述的TIR棱镜组位于菲利普棱镜组的上方；其中，在菲利普棱镜组中至少包括具有蓝光通道的棱镜、红光通道的棱镜和绿光通道的棱镜；在这三个棱镜的入射面和出射面上均镀可见光波段增透膜，并随其后均置有对应的图像芯片，具有蓝光通道的棱镜和具有红光通道的棱镜这两个棱镜的二向色面上分别镀有反蓝膜和反红膜；在各棱镜间存有空气隙；在菲利普棱镜组中，对应与投影光轴夹角大的空气隙的厚度要不大于对应与投影光轴夹角小的空气隙的厚度，且各空气隙厚度在10～40微米的范围内。

在菲利普棱镜组中，所述的具有蓝光通道的棱镜和具有红光通道的棱镜位置可互换。

所述用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置中，对应投影光轴入射角大的空气隙厚度为10～30微米；对应投影光轴入射角小的空气隙厚度为10～40微米。

所述用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置中，所述各棱镜的制作材料优选为环保玻璃H-K9L或肖特N-BK7玻璃。

本实用新型数字电影放映机分色合色装置尤其适用于高分辨率高亮度（TI 2K以上分辨率的DMD，亮度大于8000流明）的数字电影放映机。

本实用新型的优点是：有效的减小了数字电影放映机的棱镜像差，使得利用本分色合色装置制作的数字电影放映机性能更优良。

附图说明

图1　为数字电影放映机的分色合色装置构成示意图。

图2　为分色合色装置的TIR棱镜组一实施例结构示意图。

图3　为分色合色装置的菲利普棱镜组一实施例结构示意图。

图4　为图3所示实施例中菲利普棱镜组的第三棱镜结构示意图。

图5　为图3所示实施例中菲利普棱镜组的第四棱镜结构示意图。

图6　为图3所示实施例中菲利普棱镜组的第五棱镜结构示意图。

其中：图中的箭头方向代表光路走向。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

具体实施方式

本实用新型的一较常规的实施例是在图1至图3所示的5片式棱镜组的基础上，通过对空气隙的优化来使得棱镜系统的像差降低。

如图1所示，本实用新型用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置亦包括一用于转折光路的TIR棱镜组和一用于分色合色的菲利普棱镜组，所述的TIR棱镜组如图2所示，是由第一棱镜1 和第二棱镜2 相互胶合构成，第一棱镜1 和第二棱镜2间具有空气隙201。如图3所示，由第三棱镜3、第四棱镜4和第五棱镜5组成菲利普棱镜组，其中，第三棱镜3和第四棱镜4均为三棱镜，分别参见图4和图5，这两个棱镜的入射面31、41 (全反射面) 上均镀可见光波段增透膜；二向色面32、42上分别镀分色膜（反蓝膜或反红膜）；在出射面33、43上均镀可见光波段增透膜，并随其后放置图像芯片6、7；第三棱镜3和第四棱镜4间存有空气隙403；参见图6，第五棱镜5为四棱棱镜，该棱镜的入射面51和出射面53上均镀可见光波段增透膜，并在出射面53外放置图像芯片8。第五棱镜5的中心轴线代表本分色合色装置的投影光轴9。本实用新型定义：第三棱镜3和第四棱镜间的空气隙403与投影光轴9入射角为α，第四棱镜4和第五棱镜间的空气隙504与投影光轴9入射角为β。图3中，10为空气隙504的法线，11为空气隙403的法线。

本实用新型的创新点在于采用如下技术方案：在菲利普棱镜组中，对应与投影光轴入射角大的空气隙的厚度要不大于对应与投影光轴入射角小的空气隙的厚度，且各空气隙厚度在10～40微米的范围内。具体来说，在图3所示的实施例中，第三棱镜3和第四棱镜间的空气隙403与投影光轴9入射角为α，第四棱镜4和第五棱镜间的空气隙504与投影光轴9夹角为β，α>β，第三棱镜3和第四棱镜间的空气隙403的空气隙的厚度要不大于第四棱镜4和第五棱镜间的空气隙504的厚度。反之，当第三棱镜3和第四棱镜间的空气隙403与投影光轴9夹角为α小于第四棱镜4和第五棱镜间的空气隙504与投影光轴9夹角为β时，第三棱镜3和第四棱镜间的空气隙403的空气隙的厚度要不小于第四棱镜4和第五棱镜间的空气隙504的空气隙的厚度。上述棱镜中的空气隙在光路中相当于平行平板。由于不是平行光入射，棱镜将产生一定的像差，并作用于投影光路。为了减小投影光路的设计难度，应尽量减小棱镜产生的像差。而影响空气隙像差的两个因素为光线入射角度和空气隙厚度。在不改变棱镜设计 (即不改变光线入射角度) 的前提下，只能通过减小空气隙的厚度来优化棱镜像差。但是由于棱镜主要应用于高亮度的数字电影放映系统。通过棱镜的光能量很高，会导致棱镜产生一定的热膨胀，所以要求棱镜的材料的热性能优良，化学性质稳定，同时要求空隙不能太小。故且无论是哪种情况，第三棱镜3和第四棱镜间的空气隙403、四棱镜3和第五棱镜间的空气隙504的空气隙的厚度均应在10～40微米的范围内。优选的，对应光线入射角大的棱镜与其后所置棱镜间的空气隙厚度为10～30微米；对应光线入射角小的棱镜与其后所置棱镜间的空气隙厚度为10～40微米。

棱镜采用热性能优良，化学性能稳定，并且不含铅，汞等污染材质的环境友好（环保）玻璃H-K9L或者肖特N-BK7玻璃。同时通过工艺控制，使得空气隙403及504在高亮度的使用条件下仍然能保持在10~40微米的厚度范围内。

综合以上，在图示实施例中，本实用新型中的棱镜通过减小空气隙403的厚度来减小棱镜的像差，因为空气隙403与投影光轴的夹角大于空气隙504与投影光轴的夹角。因此，空气隙403对于棱镜的像差的影响因子更大。因此，通过减小空气隙403的厚度可以有效减小棱镜的像差。

在菲利普棱镜组中，所述的具有蓝光通道的棱镜和具有红光通道的棱镜可互换, 亦即是：具有蓝光通道的棱镜和具有红光通道的棱镜这两个棱镜的二向色面上分别镀有的反蓝膜和反红膜可对换位置，对应的，在两个棱镜出射面后置有图像芯片也相应的互换。棱镜互换的优点是: 一般来讲，我们只需要调节3个图像芯片中的两个，就可以完成投影机三颜色的会聚调整这一要求，通过棱镜互换可以根据实际应用选择最佳的两个图像芯片，来完成投影机的颜色调整。

同理，该设计方案亦适用于6片式的棱镜组。

上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。

Claims

1.一种用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置，包括一用于转折光路的TIR棱镜组和一用于分色合色的菲利普棱镜组，所述的TIR棱镜组位于菲利普棱镜组的上方；其中，在菲利普棱镜组中至少包括具有蓝光通道的棱镜、红光通道的棱镜和绿光通道的棱镜；在这三个棱镜的入射面和出射面上均镀可见光波段增透膜，并随其后均置有对应的图像芯片，具有蓝光通道的棱镜和具有红光通道的棱镜这两个棱镜的二向色面上分别镀有反蓝膜和反红膜；在各棱镜间存有空气隙；其特征在于：在菲利普棱镜组中，对应与投影光轴入射角大的空气隙的厚度要不大于对应与投影光轴入射角小的空气隙的厚度，且各空气隙厚度在10～40微米的范围内。

2.根据权利要求1所述的用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置，其特征在于：对应投影光轴入射角大的空气隙，其厚度为10～30微米；对应投影光轴入射角小的空气隙，其厚度为10～40微米。

3.根据权利要求1所述的用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置，其特征在于：在菲利普棱镜组中，所述的蓝光通道和红光通道的位置可互换。

4.根据权利要求1所述的用于高分辨率高亮度数字电影放映机的分色合色装置，其特征在于：所述各棱镜的制作材料优选为环保玻璃H-K9L或肖特N-BK7玻璃。