数字电影系统高性能冷反光镜

    1 引 言

    数字电影是基于数字光处理(digital light processing,DLP)技术的一种新型影视系统。数字电影设备比传统的胶片式放映机结构复杂,该系统中采用了椭球反光镜和球面反光镜的组合,提高了光源的使用效率。数字电影放映机系统中的反光镜与传统产品相比,对于光谱性能方面也提出了更新更高的要求。影视系统中薄膜器件种类繁多[1],大部分的产品在国内已经产业化,唯有精密光学反光镜还处于起步阶段。现通过自主设计开发的精密椭球、球面反光镜数控成型设备和高精度反光镜专用镀膜设备,解决了曲面非等厚光学膜层的设计和镀制技术,在国内首次研制出高性能的数字电影用反光镜产品,并成功应用于国际知名的数字电影放映系统。

    2 数字电影反光镜指标要求

    与胶片电影反光镜相比,数字电影反光镜对于光谱特性的要求高(见表1),主要表现在:对紫外、近红外光的隔离度提高;光谱波长重复性与曲面上光谱一致性要求严格;薄膜的膜层牢固度要求提高。光谱一致性是指椭球反光镜曲面上不同位置处在不同工作角度下入射光线的光谱波长一致程度。由于采用的大功率氙灯光源对膜层的牢固度也提出了更高的标准,因此增加了反光镜镀制的难度。

    3 反光镜膜层厚度分布

    由于反光镜独特的曲面结构,光源发出的光线在反光镜表面不同位置的入射角度不同。为了保持反射光线光谱特性趋于一致,镀在椭球或球面反光镜上的薄膜厚度就要随位置按一定规律变化[2,3]。现以HB-ER-1椭球数字电影反光镜为例,对不同膜层厚度情况下光谱结果进行分析。

    点光源在第一焦点时,光线在反光镜不同位置的入射角度H与对应口径大小有如下关系,如图1所示。

    F1,F2分别为两个焦点,a,b分别为椭圆方程长轴和短轴长度,?为反光镜1/2口径值,H为光线入射角度,e,j分别为反光镜表面M点的入射光线和反射光线,C为焦点长度,变化关系如图2所示。

    3.1 薄膜厚度均匀分布

    薄膜厚度在反光镜表面均匀分布时,如图3。随着入射光线从反光镜由内向外移动,光谱曲线的波长位置向短波方向偏移,最大波长偏移量超过40nm,不能满足数字电影反光镜的要求,图4为同一厚度膜系在不同工作角度(入射角度分别为0b、13b、36b)时的光谱曲线。如该图所示随着入射角度的变化,光谱曲线发生了较大的偏移。

    3.2 理想薄膜非均匀厚度分布

    理想的薄膜的非均匀厚度分布,可以使反光镜各点反射光线光谱特性趋于一致。理想薄膜厚度分布可近似表示为[4]: