投影镜头设计
超短焦投影机报告
超短焦投影机一、超短焦投影机概述1、什么是超短焦投影机？1.1、很多人对短焦投影机的定义不是很熟悉，我们在此图解说明一下。
投射比是区分普通短焦、超短焦及反射式超短焦投影机的主要指标。
根据不同的投射比，可简单划分为三类：第一类，是镜头投射比小于等于0.4的投影机，称为反射式超短焦投影机；第二类，投射比在0.4至0.7之间的投影机，称为超短焦投影机；第三类，投射比在0.65和1之间的投影机，称为普通短焦投影机。
投射比，就是投影距离与投射出的画面底边长度的比值。
为了计算方便、描述直观，我们一般都以对角线为100英寸（画面比例为16：9的100英寸画面，宽约为2.21米，高约为1.24米）画面作为投影机的标准参照尺寸。
附1：投影面积大小换算关系--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4：3投影面积(单位：米)60寸：1.2×0.9 72寸：1.46×1.1 84寸：1.76×1.28 100寸：2.03×1.44120寸：2.44×1.72 150寸：3.05×2.2 180寸：3.68×2.7 200寸：4.08×3.016：9投影面积(单位：米)80寸：1.77×0.99 84寸：1.86×1.04 92寸：2.03×1.14 100寸：2.21×1.24106寸：2.34×1.32 120寸：2.65×1.49 150寸：3.31×1.86 180寸：3.98×2.24200寸：4.43×2.49--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 投射比的数值，可以简单理解为，数值越小越好，即短焦的效果越明显。
球幕投影数字鱼眼镜头的光学设计
球幕投影数字鱼眼镜头的光学设计李维善;陈琛;刘宵婵;张禹【摘要】采用“非相似”成像原理,利用Zemax光学软件设计了一款适用于1.60 cm(0.63英寸)3LCD数字投影机的球幕投影数字鱼眼镜头.镜头结构是一种反远距型光学结构,由5组6片球面透镜组成,具有结构简单、易加工等特点.镜头全视场角为180°,焦距为3.28 mm,相对孔径为1/1.9,后工作距离为35.8mm,光学总长为196mm.镜头具有较高的成像质量,在50 lp/mm处,各个视场的MTF值均大于0.4,最大垂轴色差为4.5 μm,全视场的F-theta畸变绝对值小于3％,最大视场的像面相对照度达到96.27％.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】6页(P39-44)【关键词】光学设计;球幕投影;数字鱼眼镜头;相对照度【作者】李维善;陈琛;刘宵婵;张禹【作者单位】秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000;秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000;秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000;秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000【正文语种】中文【中图分类】TN946.1;TH703鱼眼镜头，也叫全景镜头，属于超广角镜头中的一种特殊镜头，镜头的前镜片呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似，“鱼眼镜头”因此得名。
鱼眼镜头被广泛地应用在摄影、电影、投影、监控以及医疗等领域。
鱼眼放映或投影镜头最早出现在20世纪70年代的胶片球幕电影系统中，其投射出的影像大而清晰，自观众面前延至身后，且伴有立体声环音，使观众具有强烈的临场感和空间感[1]，因此，在电影领域受到极大的欢迎。
现在随着数字视频制作技术和数字投影机技术的快速发展，由单台数字投影机和单只数字鱼眼投影镜头结合的单机位球幕投影，因系统稳定性高、成本低、易维护等优点已成为球幕投影的主流技术，在球幕投影应用中越来越受到青睐，已经广泛应用于天文、地理教学、科普宣传、展览展示、娱乐业等领域[2]。
DLP光显电视投影镜头光路设计
DLP光显电视投影镜头光路设计首先，光源是DLP光显电视投影镜头光路设计的关键之一、常用的光源有白金灯和LED灯。
白金灯通过高温加热镁荧光粉来发光，它的亮度较高，但功耗较大，使用寿命也较短。
而LED灯则是利用半导体材料发光，具有体积小、功耗低和寿命长等优点，但亮度相对较低。
光源的选择需要根据实际需求和预算来确定。
然后是反射镜的设计。
反射镜一般位于光源与透镜之间，它的作用是将光源发出的光线反射到透镜上。
反射镜需要有较高的反光率和光线的反射角度合适，以确保光线能够准确地聚焦在透镜上。
此外，反射镜还需要具备较好的耐候性和耐高温性。
透镜是DLP光显电视投影镜头光路设计中非常重要的一个组件。
它的主要作用是对光线进行聚焦和调节。
透镜一般由凸透镜和凹透镜组成，通过调整它们的距离和角度，可以改变投影时的放大倍数和投影距离。
透镜的设计需要考虑到图像的清晰度、畸变程度和颜色还原度等因素。
色轮也是DLP光显电视投影镜头光路设计中的重要组成部分。
色轮主要由红、绿、蓝三个基色的滤光片组成，通过不同的转速和轮盘的设计来控制投影时的色彩变化。
色轮的设计需要考虑到基色的均匀度、色彩还原度和色彩过渡的流畅性等因素。
最后是成像器件的选取。
DLP光显电视的成像器件主要有DMD芯片和LCD芯片。
DMD芯片是一种采用微镜像技术的数字微镜投影显示技术，具有高亮度和高对比度的特点。
而LCD芯片则是利用液晶的光电效应来进行图像显示。
成像器件的选取需要综合考虑分辨率、刷新率、亮度和对比度等因素。
综上所述，DLP光显电视投影镜头光路设计的关键在于光源、反射镜、透镜、色轮和成像器件的选择和配合。
合理地设计光路可以提高图像的质量，使投影效果更加清晰、真实和逼真。
当然，光路设计还需要考虑到投影距离、投影面积和投影环境等因素，以满足用户的实际需求。
超广角通用型投影镜头设计
超广角通用型投影镜头设计摘要：为了解决现有超广角数字投影镜头存在的缺陷和不足，并与不同类型和规格数字投影机的超广角投影匹配，给出了８组９片式超广角数字通用型投影镜头的光学系统设计．镜头焦距为８．７６ｍｍ、全视场角达到９７°、Ｆ数为２．１２、后工作距离大于３４ｍｍ、最大口径小于９６ｍｍ、总长小于２００ｍｍ，结构中加入了１个偶次非球面，较好地校正了轴外像差与畸变．结果表明：该镜头可满足０．５５ｉｎ～０．７６ｉｎ３ＬＣＤ和１ＤＬＰ类型的各种数字投影机的使用，最小投射比可达０．５３∶１，投影画面偏移量最大达到３８９ｍｍ，结构简单，体形小，成本低，成像质量好，可批量化生产关键词：光电成像系统；光学设计；超广角投影镜头；非球面；相对照度；中图分类号：TN942.2 文献标志码：A引言超广角投影可以在有限的空间内，以最短的距离投射出最大的清晰画面，成为当今以及未来实际应用中新的需求，被广泛应用于数字教学领域以及以边缘融合技术为基础的现代化数字展示工程领域，如多通道环幕电影、广告宣传、展览馆、博物馆、科技馆和美术馆等领域．1 技术参数的确认数字投影镜头作为成像部分将图像信息放大成像到屏幕上进行显示，系统的放大率，投影光束的大小，投影画面的能量分布以及投影画面的成像质量都取决于数字投影镜头．所谓“通用型”是指镜头可以同时满足采用不同技术类型（ＬＣＯＳ、ＬＣＤ、ＤＬＰ）、不同显示芯片尺寸（对角线为０．５５～０．７６ｉｎ）、不同芯片长宽比（４：３、１６：１０和１６：９）、不同品牌的数字投影机的使用．但是由于不同型号的数字投影机内部光学引擎中的合光／分光棱镜组的结构会因数字投影机显示芯片的大小不同而有所差异，而这种差异造成了光学引擎棱镜轴向有效出射光程的不同，该光程长度差会引起非平行光路中的棱镜产生各种像差，所以，超广角数字通用型投影镜头本身应该具有较强的像差容差性．来包容因棱镜轴向有效出射光程不同而产生的各种像差的多余量2 镜头光学机构以已有的技术参数相近的光学结构为基础［4－6］，采用物像颠倒方式进行设计，利用人工改造与ＺＥＭＡＸ光学软件相结合的方法进行优化，其光学结构布局如图１所示，是一种似远心反远距结构．图1 镜头光学结构Fig.1 Optical structure diagram of projection lens考虑到数字投影机内部棱镜系统对像差的影响，设计时把具有一定厚度的平行平板（等效棱镜系统的有效尺寸）加入镜头结构共同优化，使数字投影机内部棱镜系统产生的像差与镜头产生的像差互相抵消，互相平衡．现有的超广角数字投影镜头，结构较为复杂，具有１１～１３片透镜，含有２～４个非球面，另外，采用的光学材料种类多，且价格高［7－9］．而该镜头结构仅含有９片透镜，且只有１个非球面，采用的光学材料种类少，其中非球面透镜材料１种，为价格便宜的光学塑料ＰＭＭＡ．该镜头结构简单，且成本低．表1为第一面的非球面系数、表2为镜头等效焦距为１ｍｍ时的光学结构参数表1 第一面的非球面系数Table.1 Aspheric coefficients of the first surfaceConic 0.442nd order term 04nd order term 1.1le-0066nd order term 5.19e-0118nd order term -2.05e-01410nd order term -2.19e-01812nd order term 6.6le-021表2 光学结构参数Table.2 Optical structure parametersSurface Curvature t hickness materialOBJ ∞∞1 15.880.74 PMMA2 4.701.953 8.870.63 H-ZK114 4.551.555 38.930.34 H-ZK116 6.138.227 6.210.99 H-LAK518 3.031.999 4.661.04 H-ZF7LA10 90.902.26STO ∞0.7412 12.530.55 H-ZK313 -2.73 0.32 H-ZF7LA14 5.020.2015 8.570.52 H-ZK1116 -5.35 0.0617 4.890.60 H-ZK1118 -17.01 2.23 实验结果与分析3.1 通用性问题的解决通过各像差量分析可知，平行平板厚度ｄ越大，引起的像差量就越大（除匹兹伐尔场曲外），所以设计优化过程中选取合理的平行平板厚度是设计成功的关键．需要满足的数字投影机内部等效平行平板的厚度范围是１６．５～２３ｍｍ，这就要求所设计的镜头结构在加入任意厚度平行平板之后，产生的各种像差量均能符合实际使用要求，而且镜头结构本身的主要光学参数如焦距、视场角、相对孔径以及后工作距离等不变，所以镜头结构本身应该有能力校正和平衡因等效平行平板厚度差而造成的各种像差．3.2 实验结果与讨论图2给出了优化后镜头结构在分别加入等效平行平板厚度为ｄ１＝１６．５ｍｍ、ｄ２＝２０ｍｍ、ｄ３＝２３ｍｍ时的ＭＴＦ曲线、特性ＲａｙＡｂｅｒｒａｔｉｏｎ曲线、点列图和象散、场曲曲线，描述了镜头的整体成像质量，可以确认设计结果的像质完全满足设计指标要求．ＭＴＦ曲线可以较为综合地反映镜头的成像质量．由ＭＴＦ曲线图知，三种情况下的ＭＴＦ曲线均较为平滑，故镜头边缘成像与中间成像一致性较好；在１０ｌｐ／ｍｍ低频处，ＭＴＦ值均大０．９２，镜头具有较好的反差特性；在６６．８ｌｐ／ｍｍ处，ＭＴＦ值均大于０．２５，镜头具有较高的分辨率．（a）d1=16.5mm（b）d2=20mm（c）d3=23mm4 结论本文设计了一种８组９片式超广角数字通用型投影镜头结构．在结构中第一面位置处加入了１个有效合理的偶次非球面，起到了简化结构、缩小体积、提高相对孔径、更好地校正像差及减少光能损失等作用．从光学基础理论出发，分析了影响像面照度和像面相对照度的各种因素，研究并找到了提高像面照度及相对照度的方法，最终，系统的像面相对照度达到了９７．４６％以上．在“通用性”方面，分析了等效平行平板在非平行光路中的像差，通过合理地确定等效平行平板的厚度及调整结构布局，降低了像差对等效平行平板厚度差的敏感度．设计结果表明，该超广角数字通用型投影镜头体形小，重量轻，成本低，结构简单，最大视场角达到９７°，相对孔径达到１／２．１２，画面偏移量最大可达３８９ｍｍ，分辨率达到１２０ｌｐ／ｍｍ，最大相对畸变绝对值低于１．５％，具有较高的成像质量，完全可以满足０．５５～０．７６ｉｎ３ＬＣＤ和１ＤＬＰ类型的各种数字投影机的使用，通用性好，可批量化生产。
微型投影系统光路设计
微型投影系统光路设计钱立勇;朱向冰;崔海田;王元航【摘要】为了改善传统的数字光处理投影系统(DLP)体积较大、结构复杂、成本较高、对光源的利用效率较低的问题,采用一种基于单颗三色发光二极管作为照明光源,单颗透镜形成平行光的新型DLP投影光路结构的方法,对传统光路进行了改进与优化.无需传统光路中的色轮,透镜直接实现了传统投影光路中聚光和匀光的复杂结构,并利用TRA-CEPRO软件进行建模,通过光线追迹对该投影光路进行了光学分析.结果表明,整个光学系统的体积控制在76.8mm×32.2mm×25mm,光能利用率达到了60.1％,光斑均匀性达到了96.6％,屏幕表面的光通量为21.7lm.该研究减小了投影光路体积,简化了光学结构,提高了光能利用率.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2018(042)003【总页数】5页(P385-389)【关键词】光学设计;投影仪;发光二极管;透镜【作者】钱立勇;朱向冰;崔海田;王元航【作者单位】安徽师范大学光电技术研究中心,芜湖241000;安徽省光电材料科学与技术重点实验室,芜湖241000;安徽师范大学光电技术研究中心,芜湖241000;安徽省光电材料科学与技术重点实验室,芜湖241000;安徽师范大学光电技术研究中心,芜湖241000;安徽省光电材料科学与技术重点实验室,芜湖241000;安徽师范大学光电技术研究中心,芜湖241000;安徽省光电材料科学与技术重点实验室,芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】TN202引言微型投影技术是一种新型的现代投影显示技术，它凭借自身的小型化、便捷化而逐步渗入到人们的日常生活中，在当今飞速发展的信息化年代越来越受到人们的青睐，成为投影显示的一大发展潮流。
作为一种新兴固态光源，发光二极管(light-emitting diode,LED)具有体积小、寿命长、亮度高、色域广等特点[1-6]；结合数字光处理系统(digital light processing,DLP)投影具有高对比度、高分辨率的特点，实现小型化的便携式微型投影，满足人们对投影显示随身化的需求。
球幕投影通用型变焦鱼眼镜头设计
Ｏ ． ９ ５ ｉ ｎ ） 芯片尺寸及 １ ６： ９和 ４： ３两 种 芯 片 长 宽 比的 数 字 工 程 投 影 机 使 用 ， 像 面位 移 量 控 制 在 士０ ． ０ ３ ｍｉ Ｄ ＿ 以 内 。该
键 词： 光 学设 计 ； 变焦 鱼 眼 镜 头 ； 球幕投影 ； 像 面位 移 ； 线性补偿 ； 凸轮 曲线 文献标识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ Ｏ Ｐ Ｅ ． ２ ０ １ ３ ２ １ ０ ２ ． ０ ３ ２ ３
第 ２ １ 卷
第 ２ 期
光 学 精 密 工 程
Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖｏ １ ． ２ １ Ｎｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ． ２ Ｏ １ ３
２ ０ １ ３年 ２月
文章编号
１ ０ ０ ４ — ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ３ ２ ３ — １ ３
ｗａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ， ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｉ ｓ ｈ ｅ ｙ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ ，ｔ ｈ ｅ
设 计 可 以 满 足 投 影 鱼 眼 镜 头 的常 规 投 影 及 通 用 性 要 求 ， 结构简单 ， 工艺性强 。
关 中 图分 类 号 ： ＴＨ７ ０ ３ ； ＴＨ７ ４ １ ． ５
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｔ ｙ ｐ ｅ ｚ ｏ ｏ ｍ ｆ ｉ ｓ ｈ ． ｅ ｙ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｄ ｏ ｍｅ － ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ
基于ZEMAX的大视场投影镜头设计
基于ZEMAX的大视场投影镜头设计侯国柱;吕丽军;曹一青【摘要】For the problem about the design of large field-of-view(FOV) projection lens,a projection lens with large FOV was designed with ZEMAX through limiting the basic parameters and dimensions of the lens by various operating parameters. The optimization process was carried on by using lens frame. The main optical parameters are such that the focal length is 13.6 mm,the full FOV is 60°,the relative aperture is 1/1.6. From the result we can see that the absolute value of maximum distortion of full field lens is less than 3%,the maximum field curve is less than 0.06 mm,the modulation transfer function( MTF) of the whole FOV at 50 lp/mm is greater than 0.6,which is very closed to diffraction limit. The designed optical system is composed of 10 pieces of spherical lenses and has the advantages of compact structure and easy processing.%针对大视场投影镜头的设计问题,利用ZEMAX光学设计软件,通过各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸进行限制,并利用镜头架构的方式进行优化及大视场投影镜头的设计.其主要光学参量为:焦距为13.6 mm,全视场角为60°,相对孔径为1/1.6.设计结果表明:镜头的最大畸变量绝对值小于3% ,最大场曲小于0.06 mm,全视场MTF值在空间频率50 lp/mm时高于0.6,基本达到衍射极限.该镜头由10片球面镜组成,光学系统结构紧凑、易加工.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】5页(P742-746)【关键词】光学设计;ZEMAX;大视场;投影镜头【作者】侯国柱;吕丽军;曹一青【作者单位】上海电机学院工业技术中心,上海 201306;上海大学精密机械工程系,上海 200072;上海大学精密机械工程系,上海 200072;上海大学精密机械工程系,上海 200072【正文语种】中文【中图分类】TN202;TH703;O439超广角投影可以在有限的空间内以最短的距离投射出最大的清晰画面，成为当今以及未来实际应用中新的需求，被广泛应用于数字教学领域以及以边缘融合技术为基础的现代化数字展示工程领域，如多通道环幕电影、广告宣传、展览馆、博物馆、科技馆和美术馆等领域[1-3]。
DLP光显电视投影镜头光路设计
只有采用远心光路设计才能达到相对亮度>90%的要求。 5 色差要求
垂轴色差＝0.0065mm，这个设计指标较高，可放宽到0.008mm。
1 投影距离
(1) 由技术指标可知象高＝10.5mm，屏幕尺寸＝40～60”＝ 1016～1524mm
(注：1”=1 英寸= 25.4mm）
屏对角线尺寸范围
(2) 焦距＝12.9mm(可看作屏幕对角线尺寸＝1270mm时的焦距)，，可近似认为800mm。
(3) 可通过电路调整实现变焦。
说明
1 确定非球面方程：本例重点是为了说明仿型设计中的关键技术，是非球面方 程的建立。前面介绍了由网上给出了系统图，其中含有非球面时方程的建立。 但多数情况是有了好的镜头，应如何测量出非球面的形值点，我用的方法是做 了球径仪非球面附助测量圈，在球径仪上测量，具有较高的精度。
2 玻璃材料的确定：先用正镜，负镜材料的平均参数值，然后用RGLA 粗定玻璃， 再用MNIN，MXIN，MNAB，MXAB精确定玻璃。
我们这里是假定手中有个成象质量很好的DLP镜头，并可通过球径仪测得各 面半径，通过测厚仪测得各透镜的厚度（这些不难实现）。或有这类成象质量好 的镜头光路图，送往AUTOCAD中描绘得到各面结构参数（包括非球面）。这里 各镜玻璃材料未知，以此为出发点应如何设计出好的投影镜头呢？
可先假定正镜材料取其平均值：Nd=1.55，Vd=60；负镜材料取其平均值： Nd=1.65，Vd=40。将材料参数设为变量，然后通过控制操作数在优化过程中使 0W0H，0W1H，1W0H的色差为零，S1、S2、S3、S4、S5为零，从而由初级象 差比较小的解导出了材料参数的合理值。