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短投射投影鏡頭設計與溫度效應之研究

為了解決超短焦投影機4k的問題，作者方富寬 這樣論述：

為了縮短投影距離及有較大的投影畫面，目前短投射投影鏡頭設計的光學架構多以八片透鏡以上的數量來滿足所需的規格。此外，短投射投影鏡頭往往在開發設計初期時，並未進行鏡頭溫度效應的分析，因而衍生出鏡頭在試作階段，因為熱分佈之影響，降低了投影成像的品質。因此，如果能在光學設計初期，搭配機構設計，將溫度效應對鏡頭的影響一併加入分析，將可對往後每一個開發階段產生一定的幫助與貢獻，更可降低開發的成本與縮短驗證的時間。本研究採用數位微型反射鏡裝置(digital micro-mirror device，DMD)為顯示元件，設計出七片透鏡架構的短投射投影鏡頭，其應用端設定以家庭式短投射投影機為主。經由優化之過程

，得到最佳之設計參數，進而探討鏡頭受到溫度效應後，其光學品質所受之影響。首先參考美國專利(US2014029119 A1)的設計架構，此架構為十片透鏡組成的定焦式投影鏡頭。利用光學設計軟體設計，並採用0.55吋DMD的顯示元件，設計出符合設定規格的短投射投影鏡頭。新設計為七片透鏡所構成，距離投影螢幕0.8公尺處可投射出對角線58吋的畫面。評估其光學調制傳遞函數(modulation transfer function，MTF)在全視場46 lp/mm下均高於0.5，畸變量小於1%，影像呈現可接受之品質。再以機構設計軟體設計及建構鏡頭的透鏡及包覆元件等三維(3D)資料檔，並載入機構模擬軟體，模擬

溫度變化從40°C到80°C的透鏡變異。將施加溫度效應後的鏡頭參數以光學設計軟體重新模擬對MTF的相對影響。並以公差分析探討透鏡的厚度、間隔距離、偏心及傾斜等項目對MTF的相對影響以評估其結果。