应用LCOS投影光路里投影镜头

分享一篇应用LCOS投影光路里的投影镜头,镜头参数如下:

图1-镜头参数

投影镜头按照视场角大小分类:

图2-视场角分类

投影镜头相对孔径大小分类:

图3-相对孔径分类

据此,本例分享FNO=2,FOV=54属于强光广角镜头

常规优化后镜头layout及性能如下:

                                 图4-1 镜头实物位置 


图4-2 镜头实物位置

 
图5-MTF>0.6@93lp/mm

图6-光学畸变<1%

图7-光学垂轴色差<3um



图7-光学点列图



图8-能量包围圆

由图8看出,投影物镜的能量集中度曲线,纵坐标表示圆内能量百分比值,横坐标表示距中心的半径尺寸,此芯片单像素按照5.4um,看出当弥散斑达到5.4um,各视场的能量集中度>80%,说明弥散斑80%以上的能量集中在像元之内,使得能量都得到了集中优化。


图8-镜头远心度CRA<1°


达到初版性能,跑了下公差:

公差分配按照元件加工公差:R值3个圈,局部0.3圈, 肉厚2丝,面偏心5um,面倾斜1′;

                       组配公差:元件偏心2丝,倾斜3′

                       材料公差:index 0.0005, abbe%0.5

MTF按照子午MTF评估,蒙特卡洛100次叠加图:


图9-镜头MTF公差叠加图



图10-公差敏感项



图11-良率


以上敏感项看出,镜片L1、L3、L4、L8偏心较敏感,多次针对性的镜片敏感性优化,逐步削弱镜片的偏心,倾斜敏感,提升公差叠加后的MTF图,这里就简单秀出初步的公差优化结果(整体偏心的几个镜片,分别多次的针对性优化来降低公差敏感):


图12-镜头敏感项优化后MTF公差叠加图



图13-公差敏感项及良率



图14- 镜片L3前后公差敏感度优化数据对比



图14- 镜头架构变更对比


小结:

  1、该投影镜头初始共计9片,左4右5,八组9片架构,后面去除光阑右侧第一镜片,

为什么首选该镜片呢,很简单,法一:直接经验角度图中看到光线比较平顺过渡该镜片,为进一步验证直接看该镜片对整体系统架构的光焦度贡献量,调出一阶镜头数据,发现该光焦度和其他8片相差一个数量级,故可尝试去掉, 记住是可尝试去,不是一定,这个也要看后续优化的情况;逐步去除整体性能仍可达标,这一过程方法很多,常规的方法:固定R值,厚度逐步减小,避免光线不能出入,系统崩溃,也可设置R值变量,操作数里直接控制光焦度为0,优化一轮后光焦度=0,即可直接删除该镜片;

2、公差敏感度优化的方法,网上及论坛有很多,个人比较倾向,一架构,二逐步针对敏感项做优化设计,如本次分享的图9、10、12、13四个图,前10项敏感项中看到镜片L3的偏心敏感,当然其他项也有比较敏感的,可一个一个来优化,一般是入射镜片的曲面尽可能平,曲率半径大会有利于入射角小,偏心倾斜敏感度降低,同时看到L3镜片左侧间隙过大,会导致出射L2光线发散严重,导致偏心敏感,故本次的方案是减小该间隙,优化后公差敏感度也如推论,降低了敏感度,提升了整体系统的公差良率。




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