商家特别喜欢用迎宾广告灯招徕顾客，大多都投射在店铺门口，也有投射在墙壁上的，如果图案和色彩设计得当，则会和商铺风格相得益彰。

投影灯现在也广泛应用在了乘用车中，很多年轻人喜欢后装此类迎宾灯，把车子装扮得非常酷炫，甚至于有些车主已经不满足静态的投影图案，动态投影由此开始风靡。

商铺和车用投影灯大体原理一样，但是结构上还是有区别。

商铺广告灯一般投影距离远，很多在2米甚至5米以上，对投影亮度要求很高，照明必须选用大尺度大功率LED，导致镜头同比例比放大，对投影清晰度的要求，造成光学设计上要求相应更高。同时针对高功率的照明系统，必须做相应的散热设计，确保投影灯能够持续稳定工作。

投影灯的原理介绍

咱们把这只奔跑的皮卡丘投影灯拆解后发现，投影灯有两个独立的投影通道，每个通道的光学系统可以拆解为以下几部分：

1、LED灯

2、准直透镜（或透镜组）

3、菲林图案

4、投影透镜组

两个通道用不同的菲林图，LED交替点亮，让投影效果在两个图案之间交替切换，从而实现动态投影效果，并且交替点亮的频率也可以调整，从而让皮卡丘跑地更欢实。

我们经常看到，有些商家的投影灯投射的广告是不停旋转的，这个也不复杂，我们在结构上加一个旋转电机，带动照明的菲林片旋转就可以啦。

投影灯设计规格

大家了解原理之后，接下来唯比君带大家搞下投影灯的光学设计。我们给定的设计规格如下表所示：

根据投射尺寸和投射距离的比值，我们可以推算出对应的视场角是28度。

根据视场角和菲林的尺寸，我们推算出投影镜组对应的焦距在9.5mm左右。

镜组为了实现较好的清晰度和焦深，光圈不能太大，F数我们设定为2.8。

高低折射率材料搭配使用消色差，这里采用APL5514和EP6000两种材料，其中第一片和第三片用APL5514，第二片用EP6000，具体架构如下所示。

整个系统的TTL做到10.3mm，全视场相对照度80%以上，MTF在200线对达到0.4以上，这个分辨率已经非常好了。

照明镜组设计结果

照明镜组采用2P架构设计，为了提升光效，可以选用带球头的LED。在光学软件中，我们通过把平面光源浸没在球顶中来实现LED的建模。光源加准直对应的角度分布如下所示。

光学投影镜组设计完成之后，导入光线追击软件中，然后把照明模块也拼接进来。光设文档不仅可以通过STEP等格式转档后导入，也可以另存为.osf文档来到导入，第二种方式优势明显，可以保留光学面的参数。

在系统中加入两个带有圆形透光孔的遮光板，第一个作为投影镜的光阑，第二个作为菲林片的透光孔，该孔要对应到最大的投影范围。

投影模块设计OK后，照明镜组的优化，就以最大投影范围做参考。镜片厚度的微调对光斑均匀性影响不大；镜片间距相互靠近，微调对光斑均匀性影响不大。这两个镜片在优化的时候，conic设定为-1，调整几次曲率半径就可以达成我们需要的结果。

每调整1次参数，就跑1次模拟，直至投影出来的光斑满足均匀性指标。

我们在2米处应该投射1米的光斑，由于投影镜组分辨率设计到位，所以投影出来的最大视场半径在500mm处截止，截止非常利索，并且光斑的均匀性大于80%。

两个镜片有2种架构，一种是面对面，一种是叠罗汉。在参数优化调整过程中，发现第一种的面对面架构要么视场不匹配，要么就容易把LED裸Die的形状投射出去；第二种就很容易满足均匀性需求，而且不论照明镜片和投影镜片是否镀增透膜，都可以通过调整曲率半径获得相对较好的均匀性，两种性能对比如下：

从光线追迹的角度来讲，显然叠罗汉架构更具优势：

实际的菲林片通过镀膜和光刻工艺在玻璃基板上来制作需要的投影图案。这里我们利用图像处理工具，输入需要投影的图案，生成空间灰度滤光片，把这个属性贴在玻璃表面。大家注意在进行图案制作的时候，要注意菲林方向和目视方向不一致，需要对图案进行镜像。

把菲林放在正确的位置，利用白光LED光源进行光线追迹，我们看到投影图像边缘非常清晰，没有明显色差，并且结构遮光合理没有明显杂散光，达到设计要求。

经常有朋友问LED建模的时候如何建立光谱分布，唯比君这里补充说明一下。

Step1：我们在网上找到自己需要的LED光谱分布图

Step2：在工具库里面打开数据化工具，导入图片并设定好横纵坐标轴位置。

Step3：鼠标采点，并把数据类型设定为Source Spectral Data，然后保存为txt文档。

Step4：在光源的光谱设定界面，点击load加载保存的txt文档即可导入光谱信息。

Step5：加载完成就可以在光源光谱图页面中，查看光谱分布是否正常。

我们本次投影角度是0度，也就是正向投影，然而在实际场景中，为了结构排布更合理避免遮挡，或者出于特定的拉伸投影图案的目的，会选择倾斜额投影，比如倾斜30度投影，此时图案会有明显的梯形畸变，该如何处理呢？

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