基于ZEMAX的微型投影镜头设计

摘要：利用Zemax光学设计软件设计了一款适用于0.6英寸数字光处理(DLP)的微型投影仪镜头。在满足性能要求的基础上，对普通投影仪加以优化，使投影仪结构更加紧凑,方便携带。系统焦距8.25 mm，后工作距约为18 mm,视场为70°。在33 lp/mm处,中心MTF值大于0.6，边缘MTF值大于0.4。

关键词： 光学设计；微型投影镜头；像质评价

引言

投影仪的原型是幻灯机,最初只是利用光和影将图像显示在屏幕上。随着科学技术的发展,投影仪也不仅仅限于简单的显示了，已广泛应用于娱乐、商业、教育和军事等各个领域。小到投影玩具、手环,大到家庭影院、会议室,到处可见投影仪的踪影。这也就要求投影仪更加高效、轻便,以便更好地和各种移动设备相结合。微型投影仪和普通的投影仪相比，不仅体积小，而且焦距更小，视场更大，能在较小的范围内投射出需要的画面，在这种情况下，微型投影仪越来越受到广大消费者的欢迎。

近年来，市场上的投影镜头种类越来越多，但是一般的镜头只考虑性能的提升，大都使用了多个非球面或者二次曲面等非球面设计。目前,我国的非球面的制造和检测技术都还不够全面，所以给生产制造和产品检测增加了一定难度。本文基于Zemax软件在适当降低性能的基础上，设计出了一款全部为球面的短焦距数字投影镜头。

1 系统结构

1.1 投影系统的结构

为使投影镜头在较短的距离内投射出尽可能大的投影面积，系统必须要有较大的视场，同时，数字投影机内部都含有照明和折转光路，这就要求了系统要具有较长的工作距离。综合这些基本要求，投影镜头多选用反远距型结构，反远距镜头一般由负的前组透镜和正的后组透镜组成，结构如图1所示。由于反远距镜头后工作距离大于系统焦距，具有焦距短，后截距长的特点，恰好能满足投影镜头的要求。通常，前组结构的复杂程度由视场决定，后组的复杂程度由相对孔径决定。

图1.反远距结构

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