常规家用投影仪如果想要投放100寸大屏，至少需要2-3米以上的距离。这对于很多小户型用户而言，非常局限，就算有心购买，也无处可供施展。且在大房间使用传统投影仪时，用户也常常面临一系列现实问题，电线的绊脚风险，投影机的来回移动，以及安装时可能破坏墙面并需要重新埋线等情况。对于一些注重细节的用户而言，这些问题显得相当不便。在这种情况下，一台超短焦投影仪更符合实际使
用需求。
图1-投影仪分类
投射比定义如下图，投射比=投影距离/画面宽度，投射比值越低，那么在同样位置投射的画面宽度越大，即投射比越小投影光机靠近投影画面更近，可投出更大的画面，给人带来的体验感会更好。
图2-投射比示意
根据投射比的不同，家用投影仪分类如下表：
图3-投影仪&长短焦分类
长焦微投与超短焦微投家庭图对比如下，优劣势一目了然，家庭选择也是考量价格，家庭户型大小，观感习惯等因素选择：
图4-超短焦镜头投影
图5-长焦镜头投影
图6-a投影机整机示意图-b投影镜头光学结构示意图
本次分享带来一款超短焦投影镜头，在距离墙面500mm，可投射出78寸画面，芯片及镜头参数如下：
图6-镜头参数
采用折反架构达到该设计目标：折射部分架构8组11片架构，光阑左侧7片，右侧4片，左侧一个双胶合镜组，一个三胶合镜组，左侧靠近棱镜为非球面，右侧靠近反射镜为非球面镜片，其余为球面镜片，架构如下：
图7-1投影镜头折射部分结构Layout
图7-2投影镜头折反整体架构
图8-镜头MTF＞0.6@allfield
图9-镜头点列图
图10-镜头场曲&畸变
图11-镜头垂轴色差
图12-镜头相对照度RI＞70%
图13-镜头像面DMD远心度＜1°
图14-镜头像面DOF
三、超短焦折反系统优化小结：
1、传统的共轴折射成像系统在一定相对孔径和视场角范围内，可满足大多数的设计目标，如常用的三片柯克镜头，双高斯镜头等，随着视场进一步加大出现了后来的反远距广角镜头架构及鱼眼镜头，如图10、11，后者的视场角可以达到180°，甚至更大，实现半球成像，极端情况超半球。这种镜头由于半视场角接近90°，传统的近轴高斯成像公式y=f*tanW已不适用，所以会产生很大的畸变，以使大视场的物点的成像光线仍能落在像面上。大视场必然带来对应的轴外像差，尤其垂轴色差，因此需要复杂的镜片架构来校正平衡轴外像差，进而带来加工工艺，装配要求的难度急剧上升，成本高，且不具备实用性。（标准镜头FOV＜60°；广角镜头（FOV 60-80°），超广角镜头（FOV 80-120°）；鱼眼镜头（FOV＞120°））
如车载广角OMS镜头—FOV166°，F-theta畸变17%
图15-FOV=166°鱼眼镜头
鱼眼航拍镜头-FOV185°，F-theta34.41%
图16-FOV=185°鱼眼镜头
考虑到投影镜头的受众者人眼观看，且投出大尺寸画面，DMD靶面上微小的畸变，经过镜头倍率放大，变形会被人眼观看到，故畸变管控严格，根据过往经验畸变＜1%目视无差异。
同时对于投影系统，像面的光亮均匀性是一个重要指标，也是用户目视体验的一个要求。而广角鱼眼镜头的边缘视场照度往往要比中心视场照度低，不均匀性严重。轴外成像照度与轴上点成像照度之间的公式为：
其中，Ew为轴外点成像照度，Eo中心视场成像照度，W是轴外成像点半视场角。对于一个全视场角FOV=120°的物镜，边缘视场照度是中心视场照度的1/16，若不考虑额外解决措施，镜头将产生严重的像面不均匀问题。
投影显示领域，使用共轴折射系统，所能达到的最大视场角一般不超过120°，市面及过往的短焦投影镜头采用类鱼眼镜头设计，可以明显看到镜头最后一篇透镜凸出来。若对视场角要求进一步增加，即投影距离更短，共轴折射系统的光学设计会面临上述广角鱼眼镜头面对的问题，这种架构下找寻问题对策，往往设计复杂难度高，加工制造成本大，效果不理想，用户体验差。因此对超过一定范围的大视场角投影成像，传统的共轴折射系统已不适用。
图17-1反远投影镜头FOV=111.6°
图18-2反远投影镜头FOV=117.4°
图19-折反超短焦成像过程
2、折反射超短焦投影物镜主要的设计思路，利用折射镜组实现投影初步的放大及校正主要像差，在通过后续的反射镜校正大视场带来的畸变和垂轴色差问题，同时达到光路转折效果，从而实现超短距离下的大画面投影效显示。对于折反系统，DMD首先被折射部分成像中间像，该中间像接下来被反射镜成像到屏幕上，如图19，在到达反射镜，经过特殊设计匹配的反射镜面型，其畸变可有效校正，并且该反射镜承担了初始折射系统较大的光焦度，故折射镜组承担较小光焦度，对应引入较小垂轴色差，其他几种基本像差也会得到一定程度的抑制，同时反射面本身在光学系统中不引入色差，因此整个系统的垂轴色差也会得到有效校正。
整个折反系统主要控制：畸变、场曲、像散和其他像差。
3、该折反系统的优化：初始采用正向优化设计即DMD为物面，投影面为像面，采用折射系统+反射镜整体一同优化，优化到一定阶段，折反系统整体翻转，更改系统的对应参数（如物高改为像高，系统孔径变更等）在进行优化，直到各个性能指标达到目标，畸变，色差，MTF，远心度，RI等。当前架构仅设计阶段的一个中间版本，非结束版本，后面还需考虑公差，不同物距的性能优化
