微投影广角镜头设计_居荣兵

第３７卷第４期２０１６年７月应　用　光　学

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｉｅｄＯｔｉｃｓ　　　ｐｐｐＶｏｌ．３７Ｎｏ．４

Ｊｕｌ．２０１６

（）文章编号：２０００１００２０８２２０１６４５２７５－－－

微投影广角镜头设计

康廉洁，韩　敏，刘　言居荣兵，

（）江苏大学机械工程学院，江苏镇江２１２０００

摘　要：为了满足国内外视场投影仪微型轻量化的趋势，设计一款适用于德州仪器推出的１．１９、均为国内常ｃｍ（０．４７英寸）０８０ｐｉｘ数字微反射镜片的微型广角投影镜头。镜头由７片玻璃（１即在６见玻璃）和２片塑料（透镜组成，结构简单，易加工。透射比０．６６：１，００ｍｍ处４面非球面），投影出１全视场８系统总长４的画面，镜头有效焦距６．２．１１．７６ｃｍ（４４英寸）４５ｍｍ，Ｆ＃：１，６°６／最大口径２在空间极限频率９边ｍｍ，２ｍｍ，３ｌｍｍ处０．８视场以内传递函数值都超过０．６２，ｐ缘视场的传递函数值超过０．全视场畸变小于等于２％，垂直色差小于等于０．４３，１８μｍ。关键词：微投影；广角镜头；光学设计；大视场

：／中图分类号：２０２；ＴＨ７４１．５　　　　文献标志码：ｏｉ１０．５７６８ＪＡＯ２０１６３７．０４０１００６ＴＮＡ　　　　ｄ

Ｄａｅｓｉｎｏｆｍｉｎｉｏｅｃｔｉｏｎｗｉｄｅｎｌｅｌｅｎｓｒ－ｐ－　　　　ｇｊｇ

，，Ｈ，ＪｕＲｏｎｂｉｎＫａｎＬｉａｎｉｅａｎＭｉｎＬｉｕＹａｎ　　　ｇｇｇｊ　

），，（２１２０００，ＣｈｉｎａＺｈｅｎｉａｎｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＪｉａｎｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔＳ　　　　ｇｙｊｇｇｇ　

：ＡｒｏｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｌｉｈｔｗｅｉｈｔｆｏｒｆｉｅｌｄ－　　　　　　　　　　　　　　ｐｑｇｇ，ｅｒｏｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓｆｏｒｔｈｅ１．１９ｃｍｃｔｏｒｂｏｔｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗｅｄｅｓｉｎｅｄａｓｈｏｒｔｆｏｃａｌｄｉｉｔａｌ　　　　　　　　　　　　　　　ｊｇｇｐｊ

（），０．４７ｉｎｃｈ０８０ｐｉｘｅｌｄｉｉｔａｌｍｉｃｒｏｉｒｒｏｒｄｅｖｉｃｅ（ＤＭＤ）ｃｈｉｆｒｏｍ　ＴＩ．Ｉｔｉｓｃｏｍｏｓｅｄｏｆ７１－ｍ　　　　　　　ｇｐｐ　）），ｌａｓｓａｎｄ２ｐｌａｓｔｉｃｌｅｎｓｅｓ（４ａｓｈｅｒｉｃｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｓｉｍｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌａｓｓｌｅｎｓｅｓ（ａｌｌｃｏｍｍｏｎ　　　　　　　　ｇｐｐｇ

ｒｏｅｃｔａ１１１．７６ｃｍ（４４ｉｎｃｈ）ｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｒｏｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏｉｓ０．６６：１ａｎｄｉｔｃａｎａｎｄｉｓｅａｓｔｏ　　　　　　　　　　　　ｐｊｐｐｊｙ　：／ｎｉｃｔｕｒｅａｔｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｏｆ６００ｍｍ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｆｏｃａｌｌｅｎｔｈｉｓ６．４ｍｍ，ｔｈｅＦｕｍｂｅｒｉｓＦ２．１，－　　　　　　　　　　　　ｐ

，ｔｈｅｆｕｌｌｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ（ＦＯＶ）ｉｓ８６°ｔｈｅｔｏｔａｌｌｅｎｔｈｉｓ４６ｍｍ，ｔｈｅｆｕｌｌａｅｒｔｕｒｅｉｓ２２ｍｍ，ｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　ｇｐ／ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ０．６２ａｔｔｈｅｓａｔｉａｌｆｒｅｕｅｎｃｏｆ９３ｌｍｍ　　　　　　　　　ｐｑｙｐ　ｗｉｔｈｉｎ０．８ＦＯＶ，ｔｈｅＭＴＦｏｆ１ｆｉｅｌｄｉｓ０．４３，ｔｈｅｄｉｓｔｏｒｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｕｌｌＦＯＶｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ２％，　　　　　　　　　　　　　　　ａｎｄｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｈｒｏｍａｔｉｃａｂｅｒｒａｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．１８μｍ．　　　　　　　　

：；；ｒａＫｅｗｏｒｄｓｍｉｎｉｏｅｃｔｉｏｎｗｉｄｅｎｌｅｌｅｎｓｏｔｉｃａｌｄｅｓｉｎ；ｌａｒｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ－ｐ－　　　　　ｊｇｐｇｇｙ　

引言

从１８世纪年奥古斯特的第一台幻灯机到后来的光学投影仪，再到现今数字投影机。如今的投影技术，已经不单要求放映清晰高效的影像效果，而且投影机广泛应用于生活、教育、商业、军事等不同领域，这就使得高效性、轻便性成为主流，因此，微型投影随之应运而生。微型投影仪市场定

；收稿日期：０００２２２０１６１７０１６１５－－－－　修回日期：

）国家自然科学青年基金（基金项目：１１２０４１０７

位随着体型缩小，清晰度提升，节电便携等特点，投影厂商更加重视独立性。目前，全球的微投影有两大主流技术，分别是以ＤＬＰ显示技术为主的美国德州仪器、奥图码，中国台湾的扬明光学、ａｎｓ－中国台使用Ｌｓｕｍ、ＬＧ等厂商；ＣＯＳ技术有３Ｍ、）于湾的奇景光电、日本的ＪＶＣ等。德州仪器（ＩＴ２０１５年公布了应用于微型投影机投影机芯片组

，作者简介：居荣兵（光学工程师，硕士，主要从事照明成像设计工作。男，江苏泰州人，１９９０－）：Ｅ－ｍａｉｌ１１６１７８６８８１＠ｑ．ｃｏｍｑ

·５８·２

（）应用光学　２等：微投影广角镜头设计０１６，３７４　居荣兵，

件，为１．１９ｃｍ（０．４７英寸）ＴＲＰＦｕｌｌ１０８０ｐ－ＨＤ　　，它的发布，使得微型投影机步入ｄｉｓｌａｃｈｉｓｅｔｐｙｐ　８０ｐ时代。１０　

国内外广角投影镜头主要有反射式，折射式，折反式３种。反射式虽不产生色差，但通常采用多片非球面反射镜，对光学组件设计以及加工要求较高，所以市场应用率较少，折射式可在短距离投射出大的画面，且一般采用同轴形式，方便装调。市场应用相对较多。折反式则兼顾了折射跟反射的优点，既有大口径采光又有反射后折射到焦点成像的高质量和高分辨率，同时大大缩短了光学镜筒长度。目前广角投影镜头依旧存在着诸多问，画面不均匀，题：镜片数量偏多（超过１相对０片）照度低，色差大。所以设计一款针对０．４７英寸短焦广角高效清晰的数字投影镜头亟待实现。笔者设计出深入研究ｄｌｐ投影技术以及现有广角镜头，／全视场角，一款８相对孔径１６°４５ｍｍ焦距、１６．２．的数字微投影镜头。

　　

参数

表１　镜头设计参数与指标

Ｔａｂｌｅ１　Ｌｅｎｓｓｅｃｉａｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｎｏｂｅｃｔｉｖｅｓ　　　　　ｐｇｊ

规格

（）０．４７１９２０ｐｉｘ×１０８０ｐｉｘ　　

５４０．／２．Ｆ１

）４０本０．０Ｙ＞０．８５０．８Ｙ（Ｔ、Ｓ７０　＞０．

ＭＴＦ

）＞０．１．０Ｙ（Ｔ、Ｓ６０

）８０本０．０Ｙ＞０．６５０．８Ｙ（Ｔ、Ｓ５５　＞０．

）１．０Ｙ（Ｔ、Ｓ４０＞０．

（）半视场角／°垂轴色差ｐｘｉ口径／ｍｍ总长／ｍｍ畸变／％

０＞４５＜０．５＜２０＜５＜３

芯片尺寸／英寸像元／ｍ　μ

Ｆ＃

求。入射光经过前面的负透镜组发散后进入正光

２］

组而后成像到像面上，焦度［这样，就使得像方主

面位于正组像面一侧，因而可以得到比系统焦距长的后工作距离。对于大视场的轴外光束，在经过前负组发散后，相对于后正组视场角就变小了，从而达到广角的目的。为了得到均匀，高亮度的图形，采用像方远心光路可以满足像方主光线平

１　技术指标

１］

：镜头的视场角可由公式计算［

／／－１－１

２ω＝２＝２°ｔａｎｔａｎ＝８６

Ｌ６００由公式：

（）１

行于光轴，迎合了微显成像器件发出的光垂直照射到透镜上的特点。

］３５－

结如图１所示为像方远心反远距物镜［

（（））２′×１＋ｄｔａｎｉｓｔ＝ｆ×ｙ

２

可求的焦距ｆ在６．４５ｍｍ左右。因为实际镜头有像差的缘故，我们通过理想状况下理论计算的值并不十分准确，设计过程中畸变绝对值大小正常控制在３％以内，合理控制畸变对焦距的稳定性至关重要。投影镜头的分辨率必须与芯片分辨率一所以该致，芯片尺寸：００５４ｍｍ×０．００５４ｍｍ，０．　　／镜投影镜头的分辨率为ｍｍ，＝９３ｌｐ

２×０．００５４　头其他参数要求与指标如表１所示。

构图

。

图１　像方远心光路反远距结构图

２　设计思路

投影物镜是一种同时具有大视场以及大相对孔径的光学系统，由于芯片与镜头之间有棱镜的存在，必然要求镜头兼备长后工作距离。反远距结构由负正分离的结构形式组成，负、正光焦度透镜分别作为前组和后组，具有大视场，像面边缘照度大，长后工作距离等特点能够满足这种镜头要

Ｆｉ．１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｍａｅｓｕａｒｅｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃｏｔｉｃ　　　　　ｇｇｑｐ

ａｔｈｉｎｖｅｒｔｅｄｔｅｌｅｈｏｔｏ　　ｐｐ

在归一化条件下，总光焦度为１，　　如图１，Φ１Φ２

分别为前后组的光焦度，负正组之间的距离为ｄ，ｌ为投影屏到前负组之间的距离，中心入射光线以以与光轴夹角ｈ１＝１的高度入射到物镜的负组，ｕ′１的角度出射。由高斯光学理论可得：２＝

ｕｈｕｄ－ｆｕｕ′′Φ１＋Φ１＋１＝１１＝（２）１１ｐｐｐｐｐ（）３

（）应用光学　２等：微投影广角镜头设计０１６，３７４　居荣兵，

·５２９·

则前组角放大率：差，达到像差平衡，一般可采用失对称的结构形

（）４

式。并且后组的结构形式也根据不同的后工作距离、视场角和相对孔径可以选用双高斯、三片型及匹兹瓦型或者对其进行结构复杂化。

本设计中前组采用了双片负透镜来矫正光路并通过加入一个正透镜来分散光焦度降低高级像差量，通过一系列像差补偿优化得以实现后组像差矫正并改善大视场与优质像之间的矛盾。系统

７］

光学结构实现大孔径目标成借鉴经典双高斯［

ｕ′２１ｐ

＝γ１＝ｕΦ２－ｄΦ２Φ１＋Φ１１ｐ光学总长度：

１

Ｌ＝ｄ＋ｌ１－Φ＋′＝ｄ＋－－＝（１）

γΦ２ｌγ１１

ｄ（１－）

ｌ正组孔径角：

（）５

ｈ１

ｕｕ＝ｕｈ′Φ１＝＋Φ１１＝１－１１

ｌ′ｆ１负组孔径角：ｕｕ′′１＝－Φ２＝１－１

ｌ前组相对孔径：

（）ｄ－ｆ－１２２））（１２１＝＝＝

′ｆ１

－ｄ）′１

γγ１１γ１

）２－１１γ１

故有：－１１

ｈ１＝ｐ

１γ１

斯像差理论

［６］

（）６

像，结合现在光学技术，构造出光阑前后一些对称的新结构来达到像差平衡的同时实现高解像，其中对称结构还可以大大抵消一部分垂轴像差。

设计中维持像方远心是至关重要的，因此我们在设计优化一系列像差时还需严格控制像方光保证系统达到像方远心。线的不同视场的ＣＲＡ，普通投影镜头边缘视场清晰度不够并且与中心视场相比会下降许多，本设计除了根据光学经验以及理论构造特殊光学结构外，采用了时下最新的

］１８０－

工艺，非球面［通过使用２个非球面镜片通过像

（）７

（）８

差平衡使得画面任何视场清晰度一致，利用非球面除了能够高效地校正球差之外，调整非球面在系统中的位置，还能将离轴像差最小化并且能够同时提高光学系统的相对孔径，亮度也会随之得到提高，视场也会变大。在像差允许范围内，引入非球面后使得透镜的数量减少，光学系统总长缩短。

（）９

从以上像方远心反远距物镜结构图和近轴高

推导的参数之间的关系可以看出，

前组光焦度由γ而前组光焦度又直接１和ｄ决定，决定了前组孔径角，因此选择合适的γ１和ｄ直接影响前组视场角以及复杂程度，鉴于投影镜头微做到结构上紧凑，小型化的趋势，需要相应减小ｄ，然而ｄ的减小直接导致光焦度Φ１Φ２增大。使得孔径相关的高级相差增大导致设计优化难度加大，数值间的相互制约矛盾需要我们根据具体指标选择合适的设计优化方式。

鉴于投影镜头具有长后工作距离、大视场角和大相对孔径，就需要适当选择双胶合、正负分离透镜或更复杂的结构对前组进行复杂化以补偿后组像差。在反远距系统中，光束经前组后，后组就成为对近距离物体的成像，后组要补偿前组的负光焦度，相对孔径比较大。后组补偿前组遗留的部分相差，因为不论前组采用何种形式，都不可能完全平衡相差。为了使得后组能够平衡前组的像

３　设计结果

根据上述设计指标，选择合适的初始结构，通过不断地修改优化，最终设计出一款投影镜头如／相对孔径１图２所示。系统（焦距：４５ｍｍ，６．总长４后工作距离２采用７片常１；６ｍｍ，０ｍｍ，２．

见玻璃镜片（成都光明常见玻璃，依次为Ｈ－、、ＬＺＺＺａｋ１１、Ｈ－ｂａＦ２０Ｈ－Ｆ４Ａ、Ｈ－ＫＦ６Ｈ－ＰＫ１Ａ、

）和２片非球面（第１面跟第８面，材ＺｚＦ、Ｈ－ｋ９ｂＨ－

来满足设计要求，料均为Ｅ最大口径在２４８Ｒ）３ｍｍ以内。在设计过程中将合色棱镜和偏振分光棱镜考虑到光学设计中来，将他们等价成平行平板带来的系统像差与该系统一起优化，达到最佳效果，在对数字投影仪三原色测试的基础上设定主波长系统的设计波长范围是４５０ｎｍ～６４０ｎｍ，为５４６ｎｍ。并充分考虑了实际镜头的生产加工问题。

·５０·３

（）应用光学　２等：微投影广角镜头设计０１６，３７４　居荣兵，

对其４０本和８０本进行５００次蒙特卡罗公０　差分析得知，没２个塑料面型控制在正常形状内，有出现厚薄比过大导致的脱模情况，而且二者经过蒙特卡罗公差分析，要求都是在工艺条件内；相单面偏心为正负对偏心要求都为正负０．０１ｍｍ，中心厚度为正负０．亚斯要求００６ｍｍ，００８ｍｍ，０．

为０．５μｍ。玻璃材料中心厚度为正负０．０２ｍｍ偏心一般为正负０．牛顿环或者０．０３ｍｍ，０２ｍｍ，塑料公差是：都为正负３本，亚斯为正负０．相５本，单面偏心为正负对偏心要求都为正负０．０１ｍｍ，中心厚度为正负０．亚斯要求００６ｍｍ，００８ｍｍ，０．

为０．５μｍ。分析结果为：０％优良率时４０本８０．０Ｙ＞０．７００．８Ｙ（Ｔ、Ｓ）６０１．０Ｙ（Ｔ、Ｓ）＞　＞０．　）０．５０；８０本０．０Ｙ＞０．５５０．８Ｙ（Ｔ、Ｓ４５１．０Ｙ　＞０．　（）Ｔ、Ｓ３０。公差分析完全符合生产要求

。＞０．

当的畸变量绝对值小于等于２％。根据经验得知，像质的变形成像光学系统的相对畸变小于３％时，

非常小，可以确定满足使用要求，完全符合短焦投影镜头设计要求

。

图４　场曲畸变图

Ｆｉ．４　Ｆｉｅｌｄｃｕｒｖａｔｕｒｅａｎｄｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｃｕｒｖｅ　　　　ｇ

纵坐标代表　　图５为该系统的垂直色差曲线图，

视场，横坐标表示色差范围，如５图可知，系统垂直远小于半个像元大小，色差为１．符合设计８μｍ，要求

。

图２　透镜结构图Ｆｉ．２　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｌｅｎｓ　　ｇ

曲线，横Ｆ）ＭＴ　　图３是系统的调制传递函数（

轴代表频率既每毫米所能分辨的线对，纵轴代表／Ｆ值。可看出在极限频率９３ｌｍｍ处０．８视ＭＴｐ场内ＭＴ边缘视场最小值只Ｆ值均大于等于０．６２，有０．但是也满足大于０．３的要求

。４３．

图５　垂轴色差曲线图

Ｆｉ．５　Ｌｏｎｉｔｕｄｅｃｈｒｏｍａｔｉｃａｂｅｒｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅ　　　ｇｇ

　　提高投影物镜的能量集中度在设计中也是不

可或缺的一部分，图６是光学系统的能量集中度曲线，纵轴代表圆内能量百分比值，横坐标表示距中心的半径尺寸。根据我们选用的ＤＭＤ芯片像　　

图３　ＭＴＦ曲线图Ｆｉ．３　ＭＴＦｃｕｒｖｅ　ｇ

纵轴表示视　　图４为该结构的场曲和畸变图，

场，横轴分别代表场曲数值与畸变百分率。微投影镜头作为大视场光学成像系统，像质对场曲畸变的要求比较严格。从图４中可以看出。场曲的整个视场内变化范围从－０．０１８ｍｍ～０．０２４ｍｍ，

图６　能量集中曲线图Ｆｉ．６　Ｅｎｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅ　ｇｇｙ　

（）应用光学　２等：微投影广角镜头设计０１６，３７４　居荣兵，

·５１·３

元尺寸为０．从图６中可以看出，５４μｍ×０．５４μｍ，

各视场的能量集中度都在当弥散斑达到０．５４μｍ，表明弥散斑９０％以上，０％以上的能量集中都在９

像元之内，能量得到了集中优化。

［］，，ｆｉｔａｓｈｅｒｉｃ４ｉｅＦｅｎＨａｏＱｕｎＺｈｕＱｉｕｄｏｎ．Ｂｅｓｔ－　Ｘ　　　　ｐｇｇ

ｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｌｏｅａｓｈｅｒｉｃｉｔｆｏｒａｓ　　　　　　－ｐｐｙ　［］，：ｈｅｒｉｃｓｕｒｆａｃｅＪ．ＡｃｔａＯｔｉｃａｌＳｉｎｉｃａ２０１０，３０（１１）　　　ｐｐ３１９７２０２．３－

郝群，朱秋东．基于斜率非球面度的非球面最谢枫，

］：接近比较球面定义［光学学报，Ｊ．２０１０，３０（１１）３１９７２０２．３－

［］，５ａｉＱｉｎｌａｎＭｉａｏＸｉｎｈｕａ．Ａｃｈｒｏｍａｔｉｚｅｄｄｅｓｉｎｏｆ　Ｂ　　　　ｇｇｇ

］ｎｅａｒＵＶｉｓｉｂｌｅｗｉｄｅｎｌｅｏｂｅｃｔｉｖｅ［Ｊ．ＡｃｔａＰｈｏｖａ　　　　－－－ｇｊ，（）：ｏｎｉｃａＳｉｎｉｃａ２００４，３３１１３３１３３５．１ｔ１　－

白清兰，苗兴华．消色差的近紫外－可见光广角物镜（）：］设计［光子学报，１００４，３３１１１３３１３３５．Ｊ．２－［］，，６ｉＸｉａｏｔｏｎＣｅｎＺｈａｏｆｅｎ．Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｏｔｉｃｓａｂｅｒ　Ｌ　　　－ｇｇｐ

：ｒａｔｉｏｎｓａｎｄｏｔｉｃａｌｄｅｓｉｎ［Ｍ］．ＨａｎｚｈｏｕＺｈｅｉａｎ　　　ｐｇｇｊｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔＰｒｅｓｓ２００７．ｙ　

李晓彤，岑兆丰．几何光学·像差·光学设计［Ｍ］．杭州：浙江大学出版社，００７．２

，，［］，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｎＷａｎＣｈｅｎ７ＤｏｎｆａｎＺｈａｎＰｉｎｏｎ　　Ｓｇｇｇｇｇｇｇ　　　

］ｏｆｍｏｂｉｌｅｈｏｎｅｃａｍｅｒａｌｅｎｓｂａｓｅｄｏｎＺＥＭＡＸ［Ｊ．　　　　　　　ｐ，（）：ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｉｅｄＯｔｉｃｓ２０１０，３１１３３４８．　　　－ｐｐｐ宋东璠，张萍，王诚，等．基于ＺＥＭＡＸ的手机镜头设（）：］计［应用光学，０１０，３１１４８．Ｊ．２３３－

［，８］ｉｕＸｉａｏｃｈａｎＣｈｅｎＣｈｅｎ．Ｄｅｓｉｎｏｆ３ＬＰｄｉｉｔａｌ　Ｌ　　　　　－Ｄｇｇ

］ｒｏｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓｗｉｔｈｓｈｏｒｔｆｏｃａｌｌｅｎｔｈ［Ｊ．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　　　　　　ｐｊｇ，（）：ＡｌｉｅｄＯｔｉｃｓ２０１０，３１ｓｕ３８２．４　－ｐｐｐｐ

陈琛．基于３刘宵婵，ＬＰ数字投影机的短焦镜头－Ｄ］（：设计［增刊）应用光学，４Ｊ．２０１０，３１３８２．－

［９］ｕＧｕｏｈｕａ．Ｓｈｅｎ　Ｗｅｉｍｉｎ．Ｗｉｄｅａｎｌｅｒｏｅｃｔｉｏｎ　Ｌ　　　ｇｇｐｊ

ｌｅｎｓｆｏｒＬＣＯＳｒｅａｒｒｏｅｃｔｉｏｎＴＶｏｆｌａｒｅｓｃｒｅｅｎ　　　－ｐ　　　　ｊｇ］，ａｎｄｔｈｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ．ＡｃｔａＰｈｏｔｏｎｉｃａＳｉｎｉｃａ２００９，　　　　（）：３８３６６０１０４．－

陆国华，沈为明．ＬＣＯＳ大屏幕薄型背投电视广角投］（）：影物镜设计［光子学报，Ｊ．２６００９，３８３６０１０４．－

［Ｚｅｎｂａｏ．Ｏｔｉｃａｌｅｎｉｎｅｏｆｒｏｅｃｔｉｏｎｄｉｓｌａ１０］Ｚｈａｎ　　　　ｇｐｇｐｊｐｙｇ　

：ｓｓｔｅｍ［Ｄ］．ＣｈａｎｃｈｕｎＣｈａｎｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯ－　　　ｙｇｇｐ，，ｉｃｓＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｓｉｃｓＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｔ　　　　ｙｙ，ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ２００４．　

张曾宝．投影显示系统光学引擎研究［长春：中国Ｄ］．科学院长春光学精密机械与物理研究所，２００４．

４　结束语

合理利用反远距结构在设计短焦投影数字镜头时显得尤为重要，反远距结构是一种严重失对称结构，由负的前组和正的后组组成。合理选择前后组的光焦度值是能够顺利优化的先决条件。由于芯片在投影镜头之间往往存在分合色棱镜，设计时要考虑棱镜所产生的相差，文中将之等效成一定厚度的平行平板加以优化平衡相差。合理利用了非球面技术，使得大视场，大相对孔径，长后工作距，微型化，轻量化系统得以很好的实现。本文利用Ｚｅｍａｘ软件优化设计出一款７片玻璃２片非球面的的ｄｌｐ投影镜头。玻璃为国内常见球面玻璃，塑料为常用于非球面加工的亚克力（ｍ－ｐ）。该系统有效焦距６．／相对孔径１ｍａ４５ｍｍ，最大口径２总长４结构紧凑、简１，３ｍｍ，６ｍｍ，２．

单、易加工、成本低、成像质量高，很好地满足了微型投影市场的需求。

参考文献：

，［］ＪｉａｕｎＨｅＰｉｎａｎ．Ｄｅｉｎｏｆｚｏｏｍｒｏｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓ１ｏｎ　　　　　　Ｓｊｇｇｐｊｇ　

］ｆｏｒｔｈｅｌｉｈｔｅｎｉｎｅｏｆＬＣＯＳｒｅａｒｏｅｃｔｉｏｎＴＶ［Ｊ．ｒ　　　　　　　－ｐｇｇｊ，（）：ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｉｅｄＯｔｉｃｓ２００７，２８１６５８２．　　　－ｐｐｐ宋家军，何平安．ＬＣＯＳ背投光学引擎中变焦投影物］（）：镜设计［应用光学，Ｊ．２６００７，２８１５８２．－

［］ｒ２Ｙｏｎｉｎ．Ｔｈｅｒｏｓｅｃｔｏｆｍｉｎｉａｎｏｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓ　　　　Ｗ　－ｐｇｊｇｐｐｇｊ　

，（）［］：２００８，３２３１６Ｊ．ＶｉｄｅｏＥｎｉｎｅｅｒｉｎ５５２３．　－ｇｇ］王勇竟．微型投影技术的展望［电视技术，Ｊ．２００８，３２（）：３１６５２３．５－

［］，，，３ｈｅｎＣｈｅｎＬｉＷｅｉｓｈａｎＺｈａｎＹｕｅｔａｌ．Ｏｔｉｃａｌｄｅ　Ｃ　　　　－ｇｐ　

ｉｎｏｆｓｈｏｒｔｆｏｃａｌｄｉｉｔａｌｒｏｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓ［Ｊ］．Ａｃｔａｓ　　　　　　ｇｇｐｊ，（）：ＰｈｏｔｏｎｉｃａＳｉｎｉｃａ２０１１，４０１２１１８５５８５９．　－

陈琛，李维善，张禹，等．短焦数字投影镜头的光学设］（）：光子学报，计［Ｊ．２１０１１，４０１２１８５５８５９．－