分享一个0.2英寸，OFFSET为100%的投影镜头

gdmkakaxi

给大家分享一个0.2英寸DMD，OFFSET为100%的投影镜头：

（这个点图和公差还可以优化，不知道这个结构到极限了没有；指导我学这个软件的前同事，他设计的一款0.23英寸的镜头，点图全部在半个像素点2.7um以下，而且公差很好，跑2000个蒙特卡罗运行数，MTF基本在0.2以上，少数几条0.1多一点，以边缘视场的MTF在0.6左右，比这个0.55要高）

（1）靶面参数：

像素大小：5.4um；

像面大小：0.2英寸DMD，大小约：(848*5.4/1000)*(480*5.4/1000)=4.58mm*2.592mm

OFFSET：100%（DMD的靶面的底部通过光轴，其余部分在上方）

视场设置：镜头成像半高约3.5mm，成像区域选DMD所在的长方形区域；

（2）镜头参数：

像方远心度：小于1度；   

垂轴色差：小于半个像素2.7um；

投射比：1.41   

畸变：小于1%；

F#：1.7;

点列图：小于半个像素（2.7um，实际没有达到1.0视场有3.4um）

备注：

        （1）点列图要求小于半个像素，感觉有点浪费镜头，但是这种小靶面，投射比数字偏大（1.41）的镜头是可以达到的，靶面大一些的会放宽一些比如3.5至4个微米；

        （2）把镜头的点列图规格卡严一点，生产中碰到看镜头投影时，点图小的镜头实际只用看100线对（但是200线对也能分开，有的还特别清晰）； 如果装到投影机上看，可以在墙上看到一个个清晰的像素点。

ZY110910

楼主的视场使用的是实际像高，我有两个问题，第一，如果是实际像高的话，场曲和畸变能否反映实际值？第二，楼主为什么不使用物高，在这方面有什么考虑吗？

gdmkakaxi

ZY110910 发表于 2020-11-13 09:51
楼主的视场使用的是实际像高，我有两个问题，第一，如果是实际像高的话，场曲和畸变能否反映实际值？第二， ...

个人理解：
第一个问题：
（1）场曲是不同视场成像点的细光束交点的实际Z坐标，对轴上细光束交点的理论Z坐标的偏离；
（2）畸变是不同视场成像点的实际主光线在近轴像面的Y坐标，对理论上没有子午球差的主光线在近轴像面的Y坐标的偏离；
（3）选不同的视场方式并不会影响场曲和畸变的计算方式；


第二个问题：
（1）投影机工作时，像是从DMD透过镜头打出去的，所以选实际像高是合理的；
（2）也可以选物高，只是操作不方便，正常投影机工作距离不是固定死的，比如从0.5米到3米，物高都会变化；

海绵宝宝

gdmkakaxi 发表于 2020-11-13 10:31
个人理解：
第一个问题：
（1）场曲是不同视场成像点的细光束交点的实际Z坐标，对轴上细光束交点的理论 ...

如果把DMD作为物，视场设置为物高，投影屏幕作为像，优化会快很多。就看个人习不习惯了。

gdmkakaxi

海绵宝宝 发表于 2020-11-13 11:08
如果把DMD作为物，视场设置为物高，投影屏幕作为像，优化会快很多。就看个人习不习惯了。

请教一下2个问题：（1）把DMD作为物设计后，评价镜头成像质量时，MTF的空间频率是不是除以放大倍率，点列图的大小是不是乘上相应的放大倍率，或者用波像差还是其它的评价方式；
（2）优化速度和计算MTF时采用的空间频率有没有关系，比如1个空间频率取100线对，另1个空间频采用1个线对（假设像方放大倍为100倍）；

海绵宝宝

gdmkakaxi 发表于 2020-11-13 13:13
请教一下2个问题：（1）把DMD作为物设计后，评价镜头成像质量时，MTF的空间频率是不是除以放大倍率，点列 ...

（1）把DMD作为物设计后，评价镜头成像质量时，MTF的空间频率是不是除以放大倍率，点列图的大小是不是乘上相应的放大倍率，或者用波像差还是其它的评价方式； -是这样子
（2）优化速度和计算MTF时采用的空间频率有没有关系，比如1个空间频率取100线对，另1个空间频采用1个线对（假设像方放大倍为100倍）；
-优化速度和像质分析没有关系，软件不知道你要优化多少线对，除非你用了MTFT之类的操作数。

zxjoe167

楼主你好，请教两个问题；
（1）投影镜头公差分析时，是以93lp时所有视场大于0.1作为评价标准吗？在优化过程中都是采用平板来替代实际的TIR棱镜，若考虑实际使用情况和5微米的空气间隙，MTF会掉下来很多，如何综合考虑这一因素；
（2）投影镜头装进投影机中，检测方式是看投影画面能否分辨出像素点，这个如何在镜头设计中定量分析？

gdmkakaxi

zxjoe167 发表于 2020-11-15 22:01
楼主你好，请教两个问题；
（1）投影镜头公差分析时，是以93lp时所有视场大于0.1作为评价标准吗？在优化过 ...

（1）公差分析后，MTF越高越好，就我所了解到的信息（不一定是对的），能够达到0.2以上是非常优秀的，大多数能达到0.2，少数在0.1至0.2也非常不错，一般要求在0.1以上吧；这些也不是绝对的，实际中碰到那种跑完公差MTF掉到0的也在生产，而且实际解像还不错。

        这个公差分析，只分析镜头就行了，把棱镜和后面看成一个固定整体，分析时一般把后焦补偿面设置在镜头最后一枚镜片上。DMD与棱镜的位置差5个微米，实际也可以通过调整镜头位置来补偿。


（2）镜头设计要求成像光斑小于1个像素点（实际要求一般小于0.5至0.8个像素，看设计的难度）。

        把镜头放到光机看投影，是把一些图形，主要是各种线条投到墙上看。比如DMD是1280*720个像素，放到DMD里的图形也是由1280*720个点构成的，例如在0.7视场水平方向，有3条白线夹2条黑线那么这5条线会对应5排像素，解像OK的镜头，投出的这5条线是分开的。因为直线是由一排像素点构成的，所以镜头解像很锐利时，会看到一个个方格点；如果解像差一些，这些点会糊到一起，看不清方格。
（3）为什么要取小于0.8个或是小于0.5个像素，我猜测是为了补偿DMD偏转角度的误差，把这个文件按“海绵宝玉”说的把DMD当物高取物方视场，DMD微镜本来应该转17度的，如果微镜偏转的误差有0.0965度（5.8分）时，打出的像点会偏离1个像素。假设有3排DMD像素点，对应图像为白黑白3条直线，如果那一排白色的DMD小镜元全部的偏角误差都是5.8分，则在像方会全部打到了黑条的位置，若其它2排偏角误差为零，则实际成像将会变成黑白白3条直线。       DMD偏转的角度误差是多少，我找了一下资料没有找到。

更正一下：
我前面第（3）条加红字的的理解是错的：
（1）当时把DMD和保护玻璃作为一个整体固定，把棱镜和后面的部分一起坐标断点处理，把微镜元偏转角度误差*2，直接加到坐标断点面的TILT X栏上，然后得到视场（0，1）的点的投影的Y坐标偏移了0.899mm（对应一个像素），视场（0，0）点偏移了0.883mm 。偏移是人为插入坐标断点（偏折了光轴）面造成的；

（2）按实际情况，直接TILT物面，整个光学系的光轴还是直线，视场为（0，0）以及（0，1）的点在投影面上Y坐标并没有动；当一个物点和一个像点共轭后，并不会因为从物点出射光线的角度不同，而造成像点的位置变化；

gdmkakaxi

海绵宝宝 发表于 2020-11-13 13:59
（1）把DMD作为物设计后，评价镜头成像质量时，MTF的空间频率是不是除以放大倍率，点列图的大小是不是乘 ...

@海绵宝宝 ，请教一个问题，投影镜头设计时要求点列图小于0.5个像素，是不是要补偿DMD微鏡元的角度偏差（我把这个文件的DMD作为物方，视场设置成物高，模拟结果为：DMD偏角误差为5.8分时，投影出画面会偏离1个像素点），如果DMD偏角有误差，这个数字大约是多大，网上找了一圈资料没有找到。

海绵宝宝

gdmkakaxi 发表于 2020-11-16 15:01
@海绵宝宝 ，请教一个问题，投影镜头设计时要求点列图小于0.5个像素，是不是要补偿DMD微鏡元的角度偏差（ ...

DMD角度偏差是什么意思呢？是装配时候的倾斜吗？如果是这个应该看结构供应商的加工的加工水平，如果指的是偏角12°或者17°的公差，可以看下规格书。