用Zernike自由曲面设计弯曲屏幕超薄投影系统.doc

DO I : 10 . 3785/ j . i ssn.X. 2009 . 08 . 014 用 Zern ike 自由曲面设计弯曲屏幕超薄投影系统 孙旭涛 ,郑臻荣 ,刘 旭 ,顾培夫 (浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 ,浙江 杭州 310027) 摘 要 : 基于非球面离轴反射式投影系统 ,提出了采用 Zer nike 自由曲面取代非球面进一步优化系统结构的设计 方法 ,并利用 Zer ni ke 多项式与 Seidel 像差之间的关系 ,优化系统的成像性能. 设计采用一片 Zer nike 自由曲面取代 四片非球面系统中的一片非球面 ,使投影系统的厚度从 24 cm 减为 20 cm ,边缘视场的调制传递函数 ( M T F) 在 50 lp/ mm 时由 45 %提高到 57 % ,中心视场及 01 7 视场的 M T F 由 60 %提高到了 70 % ,两系统畸变均小于 3 % ,且由于 采用柱面弯曲屏幕设计 ,场曲均在 18 mm 以下. 研究结果表明 ,应用 Zer nike 自由曲面设计投影系统不仅可以提高 光学系统的性能 ,而且可以实现更加超薄的系统结构. 关键词 : 光学设计 ;超薄投影系统 ; Zer ni ke 多项式 ;自由曲面 ;弯曲屏幕 中图分类号 : O 439 文献标志码 : A 文章编号 :X (2009) 0821428205 Design of ultra2thin projection system with curved screen ba sed on Zern ike f ree2f orm surfaces SU N Xu2t ao , Z H EN G Zhe n2ro ng , L IU Xu , GU Pei2f u ( S t ate Ke y L abo rat o r y o f M o de rn O p t i cal I nst r u me nt at i on , Z he j i an g U ni ve rs i t y , H a n g z hou 310027 , Chi n a) Abstract : Ba se d o n t he a sp he ric off2a xi s ref lectio n p rojectio n syst e m , t he Zer ni ke f ree2fo r m surf ace wa s a dop t e d to rep lace t he a sp he ric surf ace i n o r de r to f urt her op ti mize t he sy st e m st r uct ure . The relatio n ship bet wee n Zer ni ke pol yno mial a nd Sei del a be r ratio n wa s utilized to i mp ro ve t he sy st e m p erfo r ma nce . O ne a s2 p heric surf ace i n fo ur a sp he ric syst e m wa s rep lace d by o ne Zer ni ke f ree2fo r m surf ace , t h u s t he t hic k ne ss of t he p rojectio n sy st e m wa s reduced f ro m 24 c m to 20 c m ; t he mo dulatio n t ra n sf e r f u nctio n ( M T F) of ±1 fiel d wa s i mp ro ved f ro m 45 % to 57 % at 50 lp / mm , a nd t he M T F s of bo t h ce nt er fiel d a nd 01 7 fiel d were i mp ro ve d f ro m 60 % to 70 % ; t he di sto r tio n s of bo t h syst e m s were le ss t ha n 3 % , a nd t he fiel d cur vat ure wa s le ss t ha n 18 mm beca u se t he scree n wa s cyli nder . The re sult s sho w t hat t he p rojectio n syst e m wit h Zer ni ke f ree2fo