摘要： 為了滿(mǎn)足數(shù)字電影光學(xué)系統(tǒng)色溫要求及提高光源能量利用效率，降低設(shè)計(jì)及光學(xué)薄膜鍍制難度，計(jì)算了色溫變化小、光源利用效率高的可見(jiàn)光高反射光譜波段。根據(jù)橢球?yàn)V光反射鏡的工作原理及濾光薄膜的光譜特性，結(jié)合氙燈光源光譜及人眼的視覺(jué)函數(shù)，分析了可見(jiàn)光不同光譜波段對(duì)系統(tǒng)光效率及色度坐標(biāo)的影響。獲得了可見(jiàn)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(jiàn)光高反射波段初始設(shè)計(jì)問(wèn)題。由濾光薄膜設(shè)計(jì)及鍍制結(jié)果得到，405～690 nm波長(zhǎng)范圍可作為數(shù)字電影濾光反射鏡薄膜高反射區(qū)域，相比與氙燈光源光譜，x、y色度偏差不超過(guò)0.001，理論反射光光效率達(dá)99%以上。

關(guān)鍵詞： 視覺(jué)光學(xué)； 反射鏡光譜； 數(shù)字電影； 光學(xué)薄膜； 色度坐標(biāo)

引言數(shù)字電影是近年來(lái)迅速崛起的一種新的電影放映技術(shù)。由于其具有清晰艷麗的畫(huà)面、無(wú)磨損的穩(wěn)定放映效果、更低的發(fā)行成本等特點(diǎn)，在制作、儲(chǔ)存、發(fā)行和放映上都有很大的優(yōu)勢(shì)[1]，已經(jīng)逐步取代了膠片電影放映技術(shù)。數(shù)字電影放映機(jī)的核心為數(shù)字投影光學(xué)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)采用大功率氙燈光源，其光譜在紫外區(qū)及可見(jiàn)光范圍與日光很接近[2]，配套集成設(shè)計(jì)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氙燈發(fā)出的可見(jiàn)光，提高光源的利用效率；另一方面能夠?yàn)V除近紫外光及紅外光，根據(jù)需要調(diào)整出射光的色溫及顯色特性。濾光光譜設(shè)計(jì)應(yīng)保證可見(jiàn)光范圍的波長(zhǎng)高反射，近紫外光及近紅外光高透射，光譜如圖1所示。通過(guò)適宜光譜選擇調(diào)整，使出射光顏色特性與日光接近，視覺(jué)特性好。但膜系設(shè)計(jì)及實(shí)際工藝難以實(shí)現(xiàn)這樣理想的光譜要求，主要難點(diǎn)在于高陡度的截止及透射區(qū)、寬可見(jiàn)光反射區(qū)、接近于日光的光譜選擇調(diào)整設(shè)計(jì)及鍍制難以實(shí)現(xiàn)。從數(shù)字投影光學(xué)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(shí)際的濾光反射鏡光譜設(shè)計(jì)主要是保證影響光效率及光色度變化大的波長(zhǎng)范圍光高反射，近紫外及紅外區(qū)高透射，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)薄膜膜系，來(lái)減小設(shè)計(jì)及鍍制工藝難度。1濾光反射鏡工作原理及光譜設(shè)計(jì)要求

1.1濾光反射鏡工作原理數(shù)字電影光學(xué)系統(tǒng)中采用高功率氙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(nèi)表面鍍制40～50層精密濾光薄膜，基于光學(xué)干涉原理，通過(guò)膜層界面反射可見(jiàn)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(gè)共軛焦點(diǎn)，將氙燈光源置于F1，光源發(fā)出的光線(xiàn)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(cè)透過(guò)或被鏡面吸收，可見(jiàn)光反射匯聚至F2，實(shí)現(xiàn)了只有氙燈光源發(fā)出可見(jiàn)光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)中。

3.3濾光光譜的薄膜設(shè)計(jì)及鍍制結(jié)合濾光光譜色度坐標(biāo)及光效率的計(jì)算，405～690 nm可作為濾光薄膜高反射區(qū)波段，近紫外光及近紅外光高透射，設(shè)計(jì)光譜曲線(xiàn)如圖7所示。濾光反射鏡光學(xué)薄膜采用介質(zhì)薄膜材料鍍制，通過(guò)PVD鍍制方法，在橢球鏡內(nèi)表面交替鍍制40～50層20～130 nm不同厚度的TIO2、SIO2薄膜。圖7是根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)優(yōu)化的膜系光譜曲線(xiàn)及實(shí)際鍍制光譜曲線(xiàn)，設(shè)計(jì)及測(cè)試角度均為0°。表4列出了設(shè)計(jì)值與實(shí)際值色度坐標(biāo)、光利用效率的對(duì)比情況。從計(jì)算結(jié)果可以看出，色度坐標(biāo)與光利用率設(shè)計(jì)值與實(shí)際鍍制值相差不大，差值為1.3%。優(yōu)化設(shè)計(jì)的光譜曲線(xiàn)及鍍制曲線(xiàn)并不能達(dá)到與設(shè)計(jì)目標(biāo)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(guò)程成膜厚度誤差及反射測(cè)試中存在的誤差。4結(jié)論根據(jù)氙燈光源的發(fā)光光譜曲線(xiàn)，結(jié)合數(shù)字電影光學(xué)系統(tǒng)對(duì)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(shè)計(jì)了適宜的濾光反射鏡薄膜光譜曲線(xiàn)，光譜曲線(xiàn)能夠有效濾除近紫外光及近紅外光，高效反射可見(jiàn)光并使出射光具有與氙燈一致的顏色特性，相比于氙燈光源全反射鏡出射光譜，光效達(dá)到97.5%，x，y色度坐標(biāo)變化<0.001。

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