基于ZEMAX软件的DLP微型投影镜头的设计

    引言

    从历史上第一台投影仪到后来的光学投影仪，再到今天的数字投影机，投影技术发展到今天，已经不单是放映清晰高效的影像效果如此简教育、军事等各个领域，这就使得用户要求其具有越来越高的高效性、轻便性，因此，微型投影随之应运而生。

    通过市场调研，实际考察微型投影的潜在发展，得知对微型投影镜头的研究具有重大的意义。我国微型投影市场的潜力巨大，手机等其他移动产品和微型投影机的结合，将使我国微型投影市场规模超过传统投影机市场，另外，微型投影机进入家庭也是我国投影市场未来的发展趋势［１］。因此，研究微型投影光学系统对我国投影产业具有非常重要的意义。

    本文基于ＺＥＭＡＸ软件设计出了一款焦距为８．２５ｍｍ，相对孔径为１／２．２，视场角为

８０．５°的单片式ＤＬＰ微型投影物镜。

    １　技术设计指标

    根据要求设计一种０．５５″ＤＬＰ（ＤＭＤ：７．５３０ｍｍ×１２．０４５ ｍｍ，像 元 大 小：０．００７　６４ ｍｍ×０．００７　６４ｍｍ）微型投影镜头，该镜头要求在６００ｍｍ投影距离处可以投射的画面尺寸为４０″，相对孔径为１／２．２，光学总长小于等于５０ｍｍ，最大口径在２６ｍｍ以内，后工作距离为２４ｍｍ。最大畸变量的绝对值小于１％，中心视场的ＭＴＦ值在镜头的分辨率处大于０．６，边缘视场以内的ＭＴＦ值均大于０．４，垂轴色差小于０．５ｐｉｘｅｌ（１ｐｉｘｅｌ大小为７．６４μｍ），相对照度要大于９０％。该微型投影物镜的照明光源采用ＬＥＤ光源，工作波长为６１７ｎｍ，５２５ｎｍ和４６４ｎｍ。

    ２　技术指标分析

    ２．１　微型投影镜头的焦距

    微型投影镜头的设计优化是由一系列的性能参数和结构参数决定的，首先要根据镜头的特性初步确定该镜头的焦距大小。投影物镜的焦距和屏幕尺寸、成像器件尺寸、投影距离之间存在以下关系式：

    根据以上关系式可以初步确定投影物镜的焦距为

    ２．２　微型投影镜头的相对孔径

    相对孔径是投影物镜的一个重要的参数，决定了投影物镜的进光能力，也就是投影物镜的亮度［２］，但是相对孔径的大小会影响投影物镜的结构形式，其值越大投影物镜的结构形式就越复杂。一般情况下其值在１／３．５～１／１．４之间的物镜为强光物镜，本计中的ＤＬＰ微型投影物镜属于强光物镜。

    ２．３　微型投影镜头的视场

    在成像器件尺寸和投影距离确定的情况下，视场角决定了镜头成像的大小，也就是投影屏幕的大小。故，由投影屏幕尺寸和投影距离确定了该微型投影物镜的视场角为