低热应力双折射成像透镜的制作方法
专利名称低热应力双折射成像透镜的制作方法
技术领域本发明涉及光学成像系统，并且更加具体地涉及对穿越光所给予的热负荷所诱导的应力双折射具有低灵敏度的成像透镜。
背景技术投影和电子显示系统被广泛用来显示图像内容。在投影系统的情况下，无论是传统的基于胶片的系统，还是较新的电子系统，来自光源(典型地为灯)的光都被引向将图像数据给予穿越光的图像调制元件(诸如胶片或者一个或多个空间光调制器)。典型地，胶片或光调制器阵列然后被成像到显示表面或屏幕。作为另一方面，对于高质量投影系统的兴趣正在增长，所述高质量投影系统显示3维(3D)或感知的立体内容，以便向消费者提供增强的视觉体验。在历史上，立体内容在使 用胶片介质的剧院中放映，使得两组胶片被加载到两个分开的投影设备，每个眼睛一个。然后使用偏振光同时投影左眼图像和右眼图像，其中一个偏振用于呈现给左眼的图像；然后正交偏振的光用于呈现给右眼的图像。观众成员佩戴相应的正交偏振眼镜，所述正交偏振眼镜针对每个眼睛阻挡一个偏振光图像，同时传送正交偏振光图像。近来，提供立体投影的电子或数字电影投影仪已被商业化。具体地，由TexasInstruments, Inc.，Dallas, TX开发的基于数字光处理器(DLP)或数字微镜装置(DMD)的投影仪以立体和非立体版本两者在剧院中使用。在若干专利例如美国专利4，441，791、美国专利5，535，047和美国专利5，600，383 (全都属于Hornbeck)中描述了 DLP装置。图IA示出了使用DLP空间光调制器的投影仪100的简化框图。光源50 (典型地为氙弧灯)将多色非偏振光提供到比如像Philips棱镜之类的棱镜组件55中。被示出为Philips棱镜的棱镜组件55将多色光分裂成红色、绿色和蓝色成分波长带，并且将每个带引向相应的空间光调制器(SLM) 170r、170g或170b。棱镜组件55然后将来自空间光调制器170r、170g和170b的调制光重新组合，并且将这个非偏振光提供给成像透镜200，以便投影到显示屏或其它合适的表面上。基于DLP的投影仪针对从桌面到大电影院的大多数投影应用已展示了提供必要光通量、对比率和色域的能力。另一方面，通过变更穿越光的偏振状态来对光进行调制的液晶装置(LCD)可以用来代替DLP装置，具有更高分辨率和更大装置尺寸的相当益处，但是在针对投影图像的递送对比、对比均匀性和颜色均匀性方面具有更大困难。用于从这些基于SLM的投影仪(DLP或IXD)中形成立体图像的传统方法使用两种主要技术中的任一种在左眼内容和右眼内容之间进行区分。例如由杜比实验室(DolbyLaboratories)使用的一种较不常用的技术使用颜色空间分离，如Maximus等人在美国专利申请公布中描述的那样。在白光照明系统中使用滤光器，以在一部分巾贞时间内瞬间遮蔽原色中的每一个的一部分。与每个眼睛相关联的适当的颜色调整的立体内容然后被呈现给用于眼睛的每个调制器。观察者佩戴相应的滤光器组，该滤光器组类似地仅传送两个3色(RGB)光谱集中的一个。颜色空间分离避免了在屏幕处以及使用观察者的眼镜处理来自投影仪的偏振光的问题，但是光效率低以及眼镜的成本是有问题的。用于形成立体图像的第二种方法使用偏振光。例如Svardal等人的美国专利6，793，341描述了这样一种方法，在所述方法中，两个正交偏振状态由分开的空间光调制器提供，并且同时投影到屏幕上，所述屏幕典型地具有保存反射光的偏振状态的性质。观察者佩戴具有相对于彼此正交取向的针对左右眼的偏振传送轴的偏振眼镜。尽管这种布置提供了对光的有效使用，但可能是昂贵的配置。由Real-D, Beverly Hills, CA商业化的另一种方法使用了传统的投影仪,该投影仪被修改，以调制从一个向另一个快速切换的交替偏振状态。具体地，如图IA所示，DLP投影仪被修改以具有偏振器和偏振器切换装置，它们放置在光的输出路径中，如图IA中的虚线所指示的位置90处那样。偏振切换器是需要的，因为DLP投影仪输出调制的但非偏振的光。这个输出是非偏振的，因为使用了非偏振的光源(灯)，并且典型的DLP装置窗口是消偏振的(由于应力诱导的双折射)。如属于Robinson等人的美国专利7，528，906中那样的消色差偏振切换器可以放置在偏振器之后的位置90处。这种类型(ZScreen )的切换器在诸如线性偏振状态之类的两个正交偏振状态之间交替地旋转偏振光，以便在用户使用偏振眼 镜观看投影图像的同时，允许呈现两个截然不同的图像，每个眼睛一个。因为针对偏振器的偏振对比规范作为对提升偏振器效率的折中是适度的Γ50:1)，所以可能发生左眼图像和右眼图像之间的图像串扰。这可能使观察者体验到幻影图像，例如使得左眼不仅看到明亮的左眼图像，而且还看到暗淡的右眼图像。Real-D针对这个问题提供了多种方案，包括使用对图像内容的实时数字预处理以减少图像中的幻影。特别地，数字处理器应用串扰模型以通过比较左眼图像和右眼图像来预测潜在的幻影，然后减去预测的幻影图像。名称为“Ghost-compensation for improvedstereoscopicprojection”的属于M. Cowan等人的美国专利公布详细叙述了这种方法。作为另一个例子，在属于Chen等人的美国专利7，518，662中，使用倾斜的偏振补偿器来改进ZScreen切换器的偏振对比。因为多种原因，包括改进光效率、扩展色域、增加光源寿命和减少正在进行的更换成本，在投影仪(无论是2D还是3D)中存在持续的动力用固态光源(诸如激光或LED)来替换传统的灯(诸如氙弧、钨卤素或UHP)。然而迄今为止，对于基于激光的投影系统的期望尚未履行，部分是因为紧致的、稳固的、低到中成本的、可见波长激光技术尚未以商业化的形式出现，特别是对绿色和蓝色而言。随着近来蓝色二极管激光器和紧致绿色SHG激光器的出现，来自诸如Microvision之类的公司的低成本的、基于激光的皮可投影仪(pico-projector)正在面市。同时，针对能够支持数字电影院投影的紧致高功率可见激光的类似障碍也已开始消失，因为诸如 Laser Light Engines (Salem, NH)和 Necsel (Milpitas, CA)之类的公司已展示了原型或早期产品激光装置。例如，Necsel(以前称之为Novalux)提供了绿色(532nm)和蓝色(465nm)激光阵列，其中的每一个提供了 3_5瓦的光输出功率。在这些功率等级，并且考虑到系统效率损失，使用每种颜色单个激光装置可以实现用于大会议室或家庭影院的尺寸适中的投影仪Γ1500流明输出)。然而，在电影院的情况下，取决于屏幕尺寸和屏幕增益，屏幕上亮度需要10，000-40，000流明或40-170瓦的组合光功率(通量)入射到屏幕。依次地，考虑到内部光效率损失，这意味着在每个颜色信道中从激光源需要40-120瓦的光功率。目前，这些功率等级只能通过在每个颜色信道中光学组合多个激光阵列的输出来实现。最终，激光技术可能进步以使得单个紧致激光装置可以驱动每种颜色。当然，相对于简单化、成本和敏感度对激光故障的折中，每种方法都有其优点和缺点。简单地，通过使用多个激光装置来替换用于图IA的光源50的传统的灯，可以提供数字电影院投影仪。此外，因为激光是固有偏振的光源，所以可以提供更有效率的3D投影，因为在位置90处使用偏振切换器而没有伴随的偏振器。然而，这种简化的视图对于诸如数字电影院之类的高功率的基于激光的投影应用而言是不现实的。如刚才建议的那样，在屏幕上提供40-170光瓦的投影系统在内部经受高得多的光等级，其中最高光等级(以通量或瓦计)发生在光源组件处，而最低光等级则可能发生在投影透镜的输出表面处。因为空间和时间相干性，即使当通量等级可比较时，与来自不相干的(灯)源的光束相比，激光以更高的功率密度聚焦到更小的体积中。最高内部功率密度发生在光集中的地方，比如在集成条、空间光调制器、孔径光阑或中间图像处。当然，随着照明光、成像光乃至杂散光遭遇内部表面或材料，这些高光等级可能带来伴随的热问题。 在传统的基于灯的系统中已经存在由强光造成的众多问题，其中的一些在基于激光的系统中只会被放大。例如，在基于灯的系统中，从灯接收高强度聚焦光和周围杂散光的集成条的输入孔径典型地用空气冷却的散热器组件包围。作为另一个例子，在数字电影院投影系统中，空间光调制器典型地用循环冷却水进行冷却。在这样的高光等级下，强光(尤其是剩余UV光)也可能影响棱镜元件、双合透镜或液晶装置中使用的包括光粘合剂、结合剂或聚合物的材料的性能或可靠性。结果，必须认真地选择这些材料以避免从热或化学变化诱导的降级。同样地，从光学元件或它们的安装组件的热膨胀的失配系数诱导的机械应力也必须被最小化或管理以避免应力、变形或破坏。作为影响了包括用于3D投影的基于偏振的投影系统的一个具体锐敏效应，小部分的高光强度光可以被光学材料吸收，从而用元件诱导应力双折射。这又可以改变穿越光的偏振取向，从而影响图像对比度、图像对比均匀性、颜色均匀性或其它属性，这降低了感知的屏幕上图像质量。在空间光调制器装置尤其是硅上液晶(LCOS)装置的情况下，可能发生如下问题强光在装置自身内部的反电极基板中造成热负荷和应力双折射。为了给出进一步的上下文，图IB图示了现有技术的投影仪101，在该投影仪101中，入射照明光束140被引导到用于每种颜色的各个调制光学系统80中，所述调制光学系统80是投影仪子系统，包括偏振分束器60 (也被称为偏振棱镜)、偏振补偿器360和空间光调制器170g、170b或170r。来自调制光学系统80的调制束使用X棱镜65而被组合，并且被引导到投影透镜270，以便投影到显示屏(未示出)上。典型地，调制光学系统80之内的这些部件的偏振行为和性质确定了投影仪101提供的屏幕上偏振对比度。反电极基板(未示出)是光学玻璃的薄板，其放置得平行于LCD空间光调制器170g、170b和170r之内的硅基板。液晶材料以及形成到硅中(或上)的像素结构然后填充这些基板之间的间隙。反电极基板涂敷有图案化的透明电极(典型地为ΙΤ0)，以使得电场能够施加在基板之间，以在逐个像素的基础上控制液晶分子的取向。这种结构在低光强度下工作良好，使得像素命令的偏振取向在光穿越反电极基板时得以维持，并且在偏振的图像光具有想要的取向的情况下，作为结果的偏振图像光然后可以遇到下游偏振光学器件如偏振分束器、分析器或开关。然而，在高光强度下，被吸收的穿越反电极基板的光的部分可能造成足够的内部加热以诱导应力双折射，这又改变了偏振取向。认识到这个问题，属于Schmidt等人的美国专利5，576，854提议了一种用于识别优化玻璃的方法，所述优化玻璃可以被用来制作LCOS面板的反电极基板。具体地，他们提议了通过以下乘积给出的用于识别候选玻璃的指标M的图M=PEk(I)其中，P是热膨胀系数(CTE)，K是应力光学系数，并且E是弹性模数(E)。Schmidt等人识别了两种玻璃作为特别有价值的候选SchottSF-57，因为其异常低的应力光学系数；以及熔融硅石，因为其异常低的热膨胀系数。根据Schmidt等人的说法，在熔融硅石的情况下，加热造成最小化的玻璃膨胀，这又造成了很小的热诱导应力。在SF-57的情况下，热应力系数自身非常低，这意味着很少的热直接转化成应力双折射。如较早前提到的那样，使用用于DLP调制器的盖玻璃窗目前存在类似的问题；但是因为这些装置尚未一般·地被用来在期望维持偏振状态的情况下调制强烈的偏振光，所以在使应力双折射最小化的目标下既未采取玻璃选择也未采取玻璃安装设计。投影显示器中的玻璃选择和热应力双折射的关系也由R. Cline等人在论文“Thermal Stress Birefringence in LCOS Projection Displays” 中进行了探索,该论文发表在Displays, Vol. 23，pp. 151-159，2002。这篇论文牵涉到识别适合于在投影显示系统中的偏振分束器60 (图1B)或Philips棱镜组件(图1A)中使用的玻璃。具体地，作者引入了用于评估候选玻璃的指标的扩展图，该指标不仅包括热膨胀系数(P )、应力光学系数(K )和弹性模数(E)，而且还包括玻璃热导率(K)、光吸收(α )和泊松(Poisson)比(μ ):
Μ-αΡΕκΜ - τ,/λ 、
Κ(1 - μ)(2)Cline等人提议只有Schott SF-57, Ohara PBH56和熔融硅石可以在用于高功率偏振灵敏投影仪(1000+流明)的棱镜中使用，而较宽范围的玻璃包括Schott SK5或SchottBK7可以用于低功率(& 500流明)投影仪中的棱镜。与此形成对照，在属于Aastuen等人的美国专利7，357，511中，发明人提出由Cline等人提议的用于令人满意的低应力双折射的玻璃(诸如Schott SK5或Schott BK7)实际上是不足的，并且来自这些代替玻璃的对比度降级实际上太大。Aastuen等人于是提议了一种代替的调制光学系统80，其中，通过在偏振分束器60和空间光调制器170之间提供偏振补偿器360,相对于包括棱镜的玻璃中的应力双折射,包括热诱导的应力双折射，可以改进偏振分束器60的偏振对比度(参见图IB )。他们提供了证据表明，具有四分之一波长迟缓的偏振补偿器360可以为应力双折射提供足够的补偿，使得棱镜玻璃选择不再限于低应力光学系数(K )玻璃如Schott SF-57。还要注意的是，不想要的双折射已在投影空间之外的领域中(包括在微平版印刷的区域中)造成了图像质量问题。例如，在属于Allan等人的美国专利6，785，051中，描述了指向200nm UV微平版印刷的折射/反射成像系统。在该频谱范围内，对可用光学材料的非常小的选择由展示了显著固有双折射的诸如氟化钙(CaF2)之类的晶体材料支配。为了减少光学器件中的累积双折射或偏振状态变化，Allan等人提供了一个或多个校正光学元件(光板或分束器)，它们也由相同类型的固有双折射材料制作。在这种情况下，校正光弹性双折射由外部施加的应力或张力(来自拉伸的、压缩的或剪切的应力)提供，所述应力或张力通过机械固定、压电激励器、热元件或其它应力诱导器被给予校正元件。同样地,属于Brunotte等人的美国专利6，879，379也公开了一种UV微平版印刷成像系统，其使用透镜元件，所述透镜元件包括固有双折射材料如CaF2和校正元件。固有双折射给予了不想要的具有位置和角度的偏振旋转效应。在这种情况下，校正元件是光板或透镜，其位于孔径光阑附近，并且也由CaF2制成。然后使用压电激励器以脉冲的方式施加机械应力，以便向针对固有双折射所造成的角度依赖偏振效应进行补偿的元件给予应力双折射。令人感兴趣的是,Brunotte等人C，379)和Allan等人C，051)的方案使用有限集合的固有双折射材料应用于成像系统。通过比较，由Schmidt等人(’ 854)、Cline等人和Aastuen等人(’ 511)提供的方案在以低功率应用为目标的基于灯的投影系统的环境中开发，但是潜在地可延伸到数字电影院。然而，这些方案狭窄地瞄准在用于投影仪101的调制 光学系统80之内的光学部件(盖玻璃和棱镜)。由于激光的相干性或聚焦功率，与白光系统相比较，在激光投影系统中局部的光强度和功率密度可能比较高，并且贯穿光学系统可能诱导热效应。在极端情况下，非线性光学材料中的光学自聚焦效应可能造成光学破坏或故障。在基于激光的数字电影院投影仪的情况下，虽然永久破坏机制如自聚焦可能没有密切关系，但是其它热效应如热诱导的应力双折射可能影响光学元件，包括除了驻留在调制光学子系统中的那些之外的部件如棱镜组件、空间光调制器或其中的盖板或反电极基板。特别地，尤其是在与针对应力双折射以前所管理的相比要高得多的数字电影院功率等级下，对成像透镜组件的设计和使用受到关注，所述成像透镜组件包括复杂的许多透镜元件，并且任务是对强激光进行成像，同时不遭受热诱导的应力双折射和作为结果的偏振效应。如透镜设计领域的技术人员所知道的那样，成像透镜组件使用非平面透镜元件的布置，这些非平面透镜元件的材料、厚度、曲率和相对位置被仔细地设计，以相对于像差和衍射提供期望的图像质量。然而，相对于成像透镜系统和构成透镜元件的设计，添加的进一步控制热诱导的应力双折射的复杂性成为在现有技术中既未教导也未预料的问题。
本发明表示了一种用于将对象平面成像到图像平面的对于热诱导的应力双折射具有减少的敏感度的成像透镜，包括孔径光阑，其安置在所述对象平面和所述图像平面之间；第一组透镜元件，其位于所述孔径光阑的对象平面侧；以及第二组透镜元件，其位于所述孔径光阑的图像平面侧，其中，使用热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射具有可忽略的敏感度的玻璃来制造在对象平面侧和图像平面侧直接相邻于所述孔径光阑的透镜元件，并且其中，使用所述热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射至多具有中等敏感度的玻璃来制造所述第一组透镜元件或所述第二组透镜元件中的并非直接相邻于所述孔径光阑的透镜元件的其它透镜元件。它具有如下优点成像透镜在它们被用来使用偏振光产生图像时的性能不会受到由成像光的吸收导致的热变化的显著影响。它具有进一步的如下优点这样的成像透镜可以用于立体投影系统，而不会产生由应力双折射诱导的消偏振引起的左眼图像和右眼图像之间的有害串扰。它具有另外的如下优点在实现可接受的图像质量水平的同时实现了减少的双折射敏感度。
从结合附图考虑的以下呈现的示例性实施例的详细描述中，将会更加容易地理解本发明，在附图中·
图IA和IB图示了现有技术数字投影系统的部分；图2图示了用于结合了本发明的成像透镜的投影仪的总体系统体系结构；图3A和3B图示了如本发明的投影系统中使用的包括多个激光装置和激光组合器的示例性光源组件；图4图示了包括中继透镜和投影透镜的本发明的成像透镜的一般构造；图5A描绘了现有技术双高斯型成像透镜；图5B描绘了玻璃图表，相对于它们的折射率和阿贝数标绘了光学玻璃；图6A描绘了具有中等热应力敏感度和良好图像质量的第一示例性投影透镜的光学设计；图6B使用MTF绘图描绘了图6A的投影透镜的光学性能；图6C描绘了具有中等热应力敏感度和良好图像质量的第一示例性中继透镜的光学设计；图6D使用MTF绘图描绘了图6C的中继透镜的光学性能；图7A和7B图示了从激光组合组件发出的光束的轮廓和横截面射束剖面图；图7C和7D图示了入射到空间光调制器的轮廓和横截面照射剖面图；图7E图示了跟随集成条的焦阑空间中的光强度分布；图7F图示了中继透镜的孔径光阑附近的光强度分布；图7G图示了投影透镜的孔径光阑附近的光强度分布；图8A-8D是示出光学玻璃性质的表格；图9A是概述图6A的第一示例性投影透镜的热应力双折射性能的表格；图9B是概述图6C的第一示例性中继透镜的热应力双折射性能的表格；图IOA描绘了具有低热应力敏感度和不良图像质量的第二示例性投影透镜的光学设计；图IOB使用MTF绘图描绘了图IOA的第二示例性投影透镜的光学性能；图IOC描绘了具有低热应力敏感度和不良图像质量的第二示例性中继透镜的光学设计；图IOD使用MTF绘图描绘了图IOC的第二示例性中继透镜的光学性能；图IlA是概述图IOA的第二示例性投影透镜的热应力双折射性能的表格；
图IlB是概述图IOC的第二示例性中继透镜的热应力双折射性能的表格；图12A描绘了具有低热应力敏感度和良好图像质量的第三示例性投影透镜的光学设计；
图12B使用MTF绘图描绘了图12A的第三示例性投影透镜的光学性能；图12C描绘了具有低热应力敏感度和良好图像质量的第三示例性中继透镜的光学设计；图12D使用MTF绘图描绘了图12C的第三示例性中继透镜的光学性能；图13A是概述图12A的第三示例性投影透镜的热应力双折射性能的表格；图13B是概述图12C的第三示例性中继透镜的热应力双折射性能的表格；图14A是指定用于图12A的第三示例性投影透镜的透镜设计参数的表格；图14B是指定用于图12C的第三示例性中继透镜的透镜设计参数的表格；图15是图示根据本发明的实施例的用于设计具有减少的热应力双折射敏感度的成像透镜的方法的流程图；图16是图示根据本发明的实施例的用于设计具有减少的热应力双折射敏感度的成像透镜的另一个方法的流程图；以及图17描绘了用于在使用本发明的投影透镜的同时减少轴向颜色的方法。要理解的是，附图的目的是为了图示本发明的概念，并且可能不是按比例绘制的。
具体实施例方式当前的描述特别针对的是这样的元件，所述元件形成根据本发明的设备的一部分，或者更加直接地与根据本发明的设备合作。要理解的是，没有具体示出或描述的元件可以采取本领域技术人员众所周知的各种形式。本发明包括在此描述的实施例的组合。对“具体实施例”等的引用指的是存在于本发明的至少一个实施例中的特征。对“实施例”或“具体实施例”等的分开引用并不一定指的是相同的一个或多个实施例；然而，这样的实施例并不相互排斥，除非这样指明或者如对于本领域技术人员而言非常明显的那样。在引用“一种方法”或“多种方法”等时对单数或复数的使用并没有限制。应当注意的是，除非另外明确地注明或者上下文要求，在非排他的意义上在本公开中使用措辞“或者”。为了更好地理解本发明，有益的是描述这样一种总体环境，在所述总体环境之内，本发明的设备和方法可以是可操作的。图2的示意图示出了用于在本发明的若干实施例中使用的投影仪102的基本布置。示出了三个照射组件IlOrUlOg和110b，每个从相应的光源组件115提供初级红、绿或蓝(RGB)色中之一。光源组件115包括一个或多个光源，其特别地为激光源装置。(激光源装置没有示出在图2中，但是以代表性的方式示出在图3A和3B 中。)图3A示出了一种用于对来自多个激光阵列120和120’的光进行组合以形成激光组合组件125的方法，所述激光组合组件125是光源组件115 (图2)的分部。许多年来在红色和红外(IR)范围内几个瓦特或更多光学输出的高功率半导体(或固态)激光阵列已容易得到。这些激光器典型地包括通过多模激光发射器122进行的单排单模式。然而，高功率紧致绿色和蓝色激光阵列只是现在才变得可用。迄今，以前提到的来自Necsel的激光器，其为IR泵送的、频率加倍的、垂直扩展空腔表面发射激光器(VECSEL)激光器的类型，已表明了特别的承诺。很大程度上由于针对关键性部件的发热和封装问题，当前可用的预商业化装置具有受约束的体系结构，其提供了两个并排的激光发射器122 (每排24个发射器)。虽然紧密地布置从构成激光阵列输出的光束在光学上是有益的，但是同样希望使激光阵列120彼此机械地分开，以减少热串扰和集中的热负荷。还可能希望将光源组件115(图2)以及电子递送和连接和相关联的热与热敏的光学投影系统分开，以允许投影引擎的最优性能。在图3A中，一个或多个散布的反射镜160可以被用来将另外的激光阵列120’的光轴放置成与激光阵列120成直线以提供多个光束140，所述光束140每个包括多个单独的光束140’，一起指向具有相关联的孔径130的照射透镜150，所述照射透镜150是相应照射组件IlOrUlOg和Ilb (图2)的部件。图3B然后描绘了根据代替实施例的示例性照射组件110的一部分。照射组件110包括用于给定颜色的光源组件115，所述光源组件115包括两个激光组合组件125。使用这样的布置，功率输出可以增加，以支持具有更高流明要求的更大屏幕。在这个例子中，两个 激光组合组件125中的每一个利用了在每一侧具有窗面和反射面(其通过全内反射进行工作)的多面棱镜127，以沿着公共光路重定向来自激光阵列120中的激光发射器122的光束140。来自两个激光组合组件125的输出光由照射束组合器135沿着公共光路指向如通过照射透镜150和光学积分器155表示的其它照射光学器件。照射束组合器135可以通过多种方法来组合光束140，包括光谱上的方法(针对其中激光组合组件125中的激光阵列120簇集在中心波长的相对侧的情况)、空间上的方法，或者通过偏振。一条路径可以具有可选的半波片137。联合考虑图2和3B，每个照射组件110r、l IOg和IlOb典型地包括一个或多个照射透镜150 ;光学积分器155 (比如像蝇眼积分器或集成条)，其对穿越的光束进行成形和指引；以及进一步的照射透镜150和反射镜160，它们一起将沿着光轴145的照射光指向相关联的空间光调制器170。例如，使用照射透镜150，可以将来自光源组件115的引入光指引到光学积分器155中。作为结果的均质光填充光学积分器155的输出孔径。输出孔径然后被重新成像到空间光调制器170与其对准的光学平面中的区域。可以使用熔融硅石来制造照射透镜150和光学积分器155，以便减少可能由于这些元件中的诱导的应力双折射而发生的任何偏振降级效应。空间光调制器170可以是微型机电系统(MEMS)装置如DLP或某种其它类型的反射式MEMS装置，包括通过反射或者通过衍射来对光进行调制的任何类型的MEMS调制器。空间光调制器170也可以是LCD类型的装置或其它技术类型的装置。在DLP类型的装置的情况下，调制提供指向显示表面的“接通”状态或图像光，以及被指引到射束收集器(未示出)中的“断开”状态光。在投影仪102切换偏振光源的取向以驱动立体图像投影(3D)的情况下，那么“偏振状态中性”的调制器装置是优选的。特别地，空间光调制器170优选的是不通过调制像素的偏振状态在每个像素处对光进行调制，使得针对任何像素的入射光的偏振状态的任何变化都被忽略并且很小。这意味着空间光调制器170将会优选地基于逐个像素等同地调制入射光，而不管入射光的偏振状态。因此，假定观众成员正在佩戴偏振敏感眼镜以便观看立体或3D图像。还应当理解的是，投影仪102可以提供被感知为二维的传统图像。与在偏振切换附件外部添加到投影仪的情况下提供3D图像的投影仪不同，在这个投影仪102中，来自照射组件110的照射光旨在被偏振。特别地，光源被布置成提供公共偏振状态，用本领域的语言称之为“s偏振”或“p偏振”。照射组件110可以包括多种光学器件，包括波片或偏振器(未示出)以对准、保持或增强光源的本地偏振状态。照射组件110还可以包括偏振开关139，其可以被电光或机电致动，以将照射空间光调制器170的光的偏振状态改变为s偏振、P偏振或对于3D图像投影有用的其它偏振状态(诸如左圆形或右圆形)。结果，优选的是包括照射透镜150和光学积分器155的各种照射部件是偏振保持的。每个照射组件I IOr、I IOg和I IOb之内的光路遵循相同的基本格局，尽管可能存在不同以容纳与另一个相比来自一个颜色通道的光源(激光)性质方面的不同。每个照射组件110可以具有它自己的偏振开关139，其可以以彼此同步的方式进行操作，或者可以具有可以用于多个颜色通道的公共偏振开关139。如图2所示，通过使用一个或多个反射镜160进行重定向，将照射光指引到空间光调制器170上。承载了通过空间光调制器170的寻址像素而给予到穿越光中的图像数据的调制图像光被组合以穿过经过成像透镜200的公共光路并到达显示表面190 (诸如投影屏幕)上。在图示的实施例中，分色组合器165包括第一组合器166和第二组合器167，其中的每一个是分色元件，所述分色元件具有根据其波长对光进行选择性地传送或反射的适当薄膜光学涂层。因为这个投影仪102被设计成使用光学偏振状态的内部调制来提供3D图像内容，所以分色组合器165和成像透镜200也应当是偏振中性的，使得这些元件诱导效率、偏振对比度或图像质量方面的很少不同或没有不同。同样地，显示表面190优选地是偏振保持屏眷。应当理解的是，反射镜160不需要位于光学系统的平面内。这样一来用于绿色通道的光路中的反射镜160就可以处于平面外，并且不妨碍光传递到投影透镜270，如否则可由图2所暗示的那样。另外，虽然分色组合器165被示出为成对的倾斜玻璃片，但是可以使用其它的示例性构造，包括X棱镜65 (图1B)、V棱镜或Philips (或Plumbicon)类型的棱镜(图1A)。在其它实施例中，反射镜160也可以以棱镜的形式提供，诸如广泛使用的全内反射(TIR)棱镜，其通常结合Philips棱镜和DLP装置使用。在图2中，成像透镜200被描绘为包括多个透镜元件205的多元件组件，其以高放大率(典型地为100 X-400 X )将它们相应对象平面处的空间光调制器170r、170g和170b直接成像到图像平面(显示表面190)上。图4对成像透镜200的设计进行了展开，描绘了这样一个实施例，其中，成像透镜200包括两个部分——中继透镜250和投影透镜270，其中的每一个包括多个透镜元件205，所述多个透镜元件205以有限共轭操作并且装配到透镜壳体240中。例如，中继透镜250被设计成收集并成像来自空间光调制器170的对象平面的F/6光，以在相应的图像平面处形成真实空中中间图像260。这个中间图像260然后是用于投影透镜270的对象平面，所述投影透镜270将中间图像的放大图像提供到允许焦深之内的作为标称图像平面的远距离图像平面(显示表面190)。亦即，空间光调制器170是共轭于中间图像260的图像，所述中间图像260又是共轭于显示表面190的图像。中继透镜250优选地提供150-200mm或更多的长工作距离245，以在空间光调制器170附近为分色组合器165和反射镜160 (图2)提供间隙。示例性的中继透镜250以I X或略微更大的横向放大率对空间光调制器170进行成像，提供真实的中间图像260，它的尺寸可与35mm电影胶片的帧的图像区域相比较。结果，投影透镜270可以潜在地成为被设计成投影35mm胶片图像的传统投影透镜,如德国Bad Kreuznach的Schneider-Kreuznach当前所制造的投影透镜那样。虽然图4中描绘的成像透镜200可能看起来比图2更加复杂，但是实际上图4的中继透镜250和投影透镜270更容易设计和生产，并且因此具有较低的成本，于是等效统一的成像透镜200今天存在于商业化的DLP电影院投影仪中。部分地这是因为与以高放大率工作时相比，当在IX放大率附近工作时更容易提供长工作距离245。另外，通过在中间图像260处或其附近为诸如移动扩散器之类的去斑器180的插入提供方便的位置，这种方法使得激光去斑成为可能。在这个系统中，去斑器180优选地是小透镜阵列，其包括具有一个或多个成像像素大小的尺度的稀疏布置的小透镜。在去斑器180工作的情况下，投影透镜270优选地是比中继透镜250更快的透镜(卞/3)。给定这个背景，要注意的是，具有图2、3A和3B中描绘的一般配置但是利用了具有中继透镜250、中间图像260和投影透镜270的图4的成像透镜200的实验性基于激光的 投影仪102已由发明人装配并测试。在操作中，系统的一个原型版本展示了偏振对比度的损失，使得蓝色通道偏振对比度在针对低流明输出(例如在3000流明)来操作投影仪时为 400:1或更大，但是当在没有去斑器180的情况下以飞000流明以上的水平来操作投影仪时降级到 100:1，并且在去斑器180工作的情况下降级到 150: I。特别地，偏振变化或损失对于蓝色成像最明显，因为蓝光经历较高的光吸收水平。偏振变化造成了佩戴偏振区别眼镜的观察者对于投影的立体图像的可察觉的串扰或幻影。虽然使用Real-D提供的幻影校正数字后处理方法可以矫正这种串扰，但是本发明提供了优选的方案，其中内部透镜设计校正可以被用来消除对这种校正的需要。特别地，随着偏振对比度以高水平降级，这与以下发现相一致问题因为热诱导的应力双折射而发生。如将会变得明显的那样，提供了一种方案，该方案涉及在中继透镜250和投影透镜270的设计中对光学玻璃的选择性使用。如图4的实施例中描绘的那样，这两个透镜都是一般双高斯类型的透镜。基本双高斯透镜可以回溯到19世纪，其中C. F. Gauss并且然后是Alvan Clark开发了原始的形式。首先，通过将弯月形透镜添加到它的单个凸凹透镜设计，C. F. Gauss针对Fraunhofer望远镜物镜进行了改进。Alvan Clark然后取出这些透镜中的两个，并且将它们背靠背地放置，以获得双高斯设计。Paul Rudolph进一步对此进行了改进，其中使用双胶合透镜来针对色差进行校正，如美国专利583，336中描述的那样。双高斯透镜由背靠背的两个高斯透镜组成，形成关于孔径光阑230安置的两组透镜元件208，其中这两组的透镜元件可以等同，如Rudolph所表明的那样。图5A描绘了现有技术的双高斯类型的成像透镜200，其将对象表面195沿着光轴145成像到远距离的图像平面(未示出)。在普通的基本形式中，它包括关于孔径光阑230安置的燧石类型玻璃的内部成对的负透镜元件206以及包括冠顶类型玻璃的外部配对的正透镜元件206a。在这个例子中，孔径光阑230任一侧的透镜元件设计(高斯透镜组件)并不等同。通过图5B所示的玻璃图表210展示了冠顶和燧石玻璃的重要性，该玻璃图表210是绘制了由Schott Glass, Inc公布的广泛认可的玻璃图表数据的“阿贝图”。冠顶玻璃215具有低的色散(由高阿贝数vd & 50指示)并且一般具有低的折射率(nd)，而燧石玻璃217则具有比较高的色散(低阿贝数Vd &50)并且一般具有较高的折射率。具有中间色散特性的弱燧石或弱冠顶被发现处于中间阿贝数附近，V厂50。在图5A中，透镜元件也被标识为使用冠顶玻璃215制成的冠顶透镜元件220或者由燧石玻璃217制成的燧石透镜元件222。双高斯设计方法的一般对称和将光功率分裂成许多元素减少了透镜系统所给予的光学像差。它形成了针对如今使用中的许多摄影机透镜的基础，尤其是35mm和其它小格式摄影机上使用的宽孔径标准透镜。完全对称的设计免于彗差、失真和TCA (横向色差或横向色)。存在设计的许多变体，其中额外透镜元件被添加，或者其中关于孔径光阑230进行非对称设计，其中对称被牺牲以实现其它目的。作为例子，属于R. Mercado的美国专利4，704，011描述了双高斯类型的照相物镜，而属于I Reinecke等人的美国专利6，795，255则描述了用于从胶片投影图像的双高斯类型的电影透镜，并且属于D. DeJager的共同赋予的美国专利5，172，275描述了可适用于电影胶片扫描的复杂双高斯类型的透镜。图6A图示了具有双高斯透镜设计的第一示例性投影透镜270的设计，所述双高斯透镜设计具有两组透镜元件208，其类似于图4所示的成像透镜200之内的投影透镜270。投影透镜270具有关于孔径光阑230安置的两个内负透镜元件402和403，它们是燧石透镜元件222，使用SchottSFl玻璃来制造负透镜元件402，并且使用SF2玻璃来制造负透镜元·件403。投影透镜270还具有4个外正透镜元件400、401、404和405，它们全部都是冠顶透镜兀件220。使用来自Ohara Glass Inc的Ohara S-BSM-10来制造最右方的最大正透镜兀件405，而使用Ohara S-LAM-60来制造全部的其它正透镜元件400、401和404。这些玻璃具有接近的Schott玻璃等价物，它们分别是N-SK 10和N-LAF 35。光线235被示出，对光线通过投影透镜270的路径进行示踪。图6B示出了调制传递函数(MTF)绘图300，其描绘了图6A中的示例性投影透镜270的广谱MTF性能。虽然没有衍射限制，但是可以看到的是，MTF在成像场之上的50cy/mm处平均为 65%。图6C描绘了第一示例性中继透镜250的设计，其为双高斯透镜设计的拉伸版本，类似于图4所示的中继透镜250。具有两组透镜元件208加上场透镜(透镜元件416)的中继透镜250被用来形成空间光调制器170 (其安置在对象平面处)的中间图像260 (在图像平面处)。这个透镜设计包括安置在孔径光阑230周围的一对负透镜元件412和413，它们是使用Schott SF4玻璃来制造的燧石透镜元件222。中继透镜250还包括正透镜元件410、411、414和415的集合，它们是冠顶透镜元件220。使用Ohara S-BAL 35来制造正透镜元件410和411。使用Ohara S-LAM 54来制造正透镜元件414，并且使用Ohara S-NSL 3来制造正透镜元件415。中继透镜250还包括安置在中间图像260附近的正场透镜元件416，其也使用Ohara S-LAM 54来制造。分色组合器165也被示出，通过非倾斜的平坦元件来表达。图6D使用MTF绘图300描绘了来自图6C的中继透镜250的光学性能。光学性能几乎衍射受限，具有成像场之上的50cy/mm处的 79%的平均MTF。如以前提到的那样，与低屏幕流明水平下的 400:1的偏振对比度相比，当针对适度高屏幕亮度水平(6，000-11, 000流明)将激光传送到显示表面190时，包括传统中继透镜250 (亦即图6C中示出的那个)和传统投影透镜270 (亦即图6A中示出的那个)的组合的传统成像透镜200被发现经历了在蓝光偏振图像对比度方面至 150:1或以下的下降以及蓝色图像幻影。当成像透镜组件不存在时进行的输出光的偏振对比度的分开测量表明了照度水平的很小变化，从而确认了中继透镜250和投影透镜270是主要肇因。特别地，这些测量结果表明蓝色通道(465nm)偏振对比度降级到 100:1，而绿色和红色对比度水平则保持较高Γ300:1)。合起来看，这个数据强烈地暗示偏振对比度是由于热诱导的应力双折射效应而降级，这在仍然更高的功率水平下只会更坏。因为大多数光学玻璃(除了最显著的熔融硅石之外)经历较高的蓝色吸收，所以通过蓝光吸收可以更加容易地诱导应力双折射。结果，应力双折射可能在变化的程度上影响不同颜色通道中的图像质量。热诱导的应力双折射是具有温度(T)的玻璃中诱导的折射率的变化(Λη( λ，T))，并且它在函数上取决于许多参数，包括波长λ、玻璃的吸收率(α)、玻璃的光学应力敏感度(K )和热膨胀系数(P )。它还取决于针对穿越玻璃的光的光强(辐照度)或功率密度(例如以W/mm2、流明/mm2或勒克斯为单位)的时空分布。图7A-7F图示了可以穿越图2、3A、3B和4中描绘的投影仪102的光学器件的示例性光强分布。如图3A和3B中描绘的那样，激光组合组件125可以产生多个输出光束140，所述输出光束140进行组合以填充或部分填充孔径130。因为可以具有一个或多个隔开阵 列的偏移激光发射器122的激光阵列120的结构，获得了描绘的光束140之内的多个单独的光束140’。对来自多个激光阵列120的射束进行组合增加了多个单独的光束140’，其中的许多在到达孔径130时已穿过了不同的光路长度。随着单独的光束140’传播，它们彼此融合并交迭。取决于光学系统中的位置、不同单独光束140’所穿过的相对光路长度以及光均质器、积分器或扩散器的使用，与其它单独光束140’或其组合相比，激光阵列120的某些光束140’或图像或其组合可能更加可区别。最终结果是，取决于光学系统之内的位置，光强分布的横截面可以示出结构的变化量。为了在这最后一点上进行扩展，图7A图示了光源组件115的孔径130附近的模型光强分布320，其中，与来自最外的激光阵列的光束相比，来自最内的激光阵列120的单独光束140’更加散焦。图7B图示了在切片位置321处通过图7A的光强分布320的两个横截面剖面322。这些光强分布320是高度结构化的，而不是空间均匀的，因为多个光束140’只是部分彼此交迭，并且交迭量从中心到边缘不同。与图7A所示相类似的图案遍及光学系统重复发生。例如，在光学积分器155 (图3B)的角远场中，类似图案化的光强分布326如图7E所示地显现，尽管集成条之内的多个弹跳已使其更加复杂。根据设计意图，集成条在它的输出面产生名义上均匀的光强分布323，如图7C的轮廓图中示出的那样。图7D示出了与图7C所示的切片位置324相对应的相应横截面剖面325。集成条的输出面处的光强分布323然后被重新成像以照射该颜色通道的空间光调制器170。中继透镜250 (图4)对空间光调制器170进行重新成像以形成组合的白光图像(取决于图像内容)作为真实空中中间图像260，投影透镜270随后将所述真实空中中间图像260重新成像到显示表面190上。在中继透镜250和投影透镜270的孔径光阑230处或其附近，重复图7E的光强分布326的高度结构化的光强图案可以取决于系统中应用的光扩散或角平均而出现。例如，图7F图示了中继透镜250的孔径光阑230附近的示例性模型光强分布327，而图7G则图示了投影透镜270 (没有包括去斑器180)的孔径光阑230附近的不例性模型光强分布328。
要注意的是，去斑器180的使用可以使传播的光在投影透镜之内被时空平均化或角度拓宽，或者造成这两者。结果，投影透镜270的孔径光阑230处或其附近的光强分布320的微结构可能不会如清晰限定的那样，也不会在时间上固定。但是，中继透镜250和投影透镜270之内的透镜元件205可能经历具有高光功率密度的穿越光，尤其是在孔径光阑230附近，其中光强分布326和327可能具有在光强分布的微结构中以众多峰值集中的光。遍及这些透镜组件，但尤其是在孔径光阑230附近的透镜元件205中，这些光能量的集中可能造成热诱导的光学应力双折射。作为理解双折射的进一步的背景，已知的是光的传播可以通过包括方程(3)的波动方程来描述，所述方程(3)描述了作为距离X和时间t的函数的平面偏振波Ψ (X，t)，其中，A(x，t)是振幅函数，并且Φ (x, t)是扰动的相位Ψ(χ, t) = A(x, t)ei$(x,t)(3)传播波的相位可以书写如下
φ (X，t) = ω t-kx = ω (t_x/v)(4)其中，ω是相位随时间的变化率，k是相位随距离的变化率，并且V是波速。值ω也被称为角频率，其中ω =2 Ji/V，并且值k也被称为传播数，其中k=2 /λ μ自由空间中的光的频率V和波长λ ο通过光速C= λ V V相关联。随着光进入并穿过光学材料，取决于入射角、入射光相对于介质的偏振取向、光学材料的折射率η以及材料的厚度，光可能经历可变的反射率和相变△ Φ。对表面反射或传输进行建模的菲涅尔方程影响方程(3)的振幅项。材料或介质中的折射率η基本上是光在真空中的速度c与在介质中的速度V的比率(n=c/v)。代入到方程(4)中依据折射率使相位Φ (X, t) = ω t_(2 π η/λ 0) X(5)甚至在恒定折射率的各向同性材料中，跨越不同的射束传播角度也可能发生差动相变△ Φ，因为材料中的光路长度(d/n)从一个角度到另一个角度而变化，其中d是材料的厚度。然而，在诸如双折射材料之类的复合结构的情况下，可能在穿越光中诱导差动旋转量和椭圆率。这样一来，就可能取决于入射光的角度和偏振状态而发生差动相变A Φ(Δ φ = Δ Φ3Ρ=ΦΡ-ΦΡ)0在这个术语中，“ s”和“P”指示光的电场矢量是垂直于入射平面(s偏振)振荡至表面，还是P偏振光，其中电场矢量在入射角度的整个范围之上平行于入射平面振荡。双折射材料相对于偏振是非各向同性的材料。亦即，双折射是折射率的定向变异(Ansp=ns-np=nx-ny)，并且它可以通过固有材料性质提供，通过形成双折射子波长结构提供，或者通过诱导的机械应力提供。迟滞是被表达为距离的作为结果的相变Δ φ (R= Δ φ λ ),其中相变Δ φ (X，d, λ )=2 (1(Δη/λ )。例如通过适当取向的具有四分之一波长λ /4迟滞(其在550nm处等于 138nm迟滞)的双折射元件(波片)可以提供π /2(或90° )相变Λ φ。特别地，由于元件和/或安装材料之间的热膨胀系数的不匹配，均匀温度的施加产生了诸如胶合元件之类的光学部件的机械应力σ的变化。温度梯度，如可以与以前讨论的光强分布微结构相关联的那样，也诱导了单个均质元件中的应力。在制造或制作过程期间给予的剩余应力，或者来自压力、惯性或振动负载的应力的状态，可能造成光学元件中的双折射。实质上，无论是机械诱导的还是剩余的应力的影响都会改变光学材料的折射率。在这种情况下，投影仪102的中继和投影透镜元件之内的足够温度的施加(尤其是在局部区域中)造成热诱导的光学应力双折射。诱导的双折射差直接成比例于诱导的两个空间接近位置之间的主机械应力或应力张量之差Δ σ 1;2=( σ Jx，y，ζ)-σ 2 (χ, y, z)),如通过方程(4)给出的那样；Δη = Δ nh2 (x, y, z) = κ Δ σ h2(6)其中，κ是以mm2/N为单位给出的材料的应力光学系数，并且诱导的机械应力σ典型地以N/mm2 (或MPa)给出。诱导的应力σ，或者等效地诱导的应力双折射Λη，可以依据通过加热诱导的材料温度变化来写出Δη ^ P ΕΔΤ κ /(l-μ )(7)其中，AT是诱导的温度变化。在这个方程中，P是热膨胀系数(CTE)，其针对室·温范围玻璃典型地以10_6/° K为单位给出。变量E是杨氏模量，其为各向同性弹性材料的刚度的度量，并且常常以N/mm2为单位给出。泊松比——不含单位的变量μ——是用于材料对应变(拉伸或收缩)的正交响应的度量。诱导的温度变化ΛΤ可以与光吸收率相关。振幅函数A(x，t)可以被扩展以表明它对光吸收率α的依赖A(x, t) =A(x) = A0e_ax/2(8)其中，Atl是初始振幅。这导致比尔定律，其描述了光吸收率的指数函数性质I (χ) = I 0e-ax(9)其中，I(x)是以W/m2为单位的光强度(或辐照度)，并且Itl是初始光强度。作为光强度I(X)和内透射比\或吸收系数a的函数，来自材料的厚度χ之内吸收的光的以W/m3为单位的体积热生成Q(x)为Q(x) = I (χ) (l-tj) /χ = I (χ) (l_e_ax) /χ (10)一维形式的热传导定律或傅里叶定律通过qx=_K dT/dx给出，其中，qx是以W/m2为单位局部热通量，并且K是热导率(以为单位)。要注意的是，虽然热传递与平衡(稳态)取决于热传导、对流和辐射，但是对于光学结构，传导是确定温度梯度或变化时最重要的因素。而且，包括玻璃的大多数材料的热导率K在宽范围或温度之上相当恒定。傅里叶定律可以被积分以导出影响来自光吸收率的区域的温度变化AT :I0Lx a /4K(11)其中，L是光学元件的轴向厚度。将方程(11)代入到方程(7)中使应力诱导的双折射链接到入射光强度和材料吸收率
, τ τ ρ κ a EΔη
I0 Lx —— -
4Κ(1-μ ) (12)这个方程暗示了可用于本发明的几个品质因数或规格。第一个热应力双折射规格
ρ κ oc EM1 ---
MJ-μ)(13)
是材料(玻璃)仅只应力双折射规格，其在选择候选玻璃时可用。第二强度加权热应力双折射规格
1.一种用于将对象平面成像到图像平面的对于热诱导的应力双折射具有减少的敏感度的成像透镜，包括
孔径光阑，其安置在所述对象平面和所述图像平面之间；
第一组透镜元件，其位于所述孔径光阑的对象平面侧；以及
第二组透镜元件，其位于所述孔径光阑的图像平面侧，
其中，使用热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射具有可忽略的敏感度的玻璃来制造在对象平面侧和图像平面侧直接相邻于所述孔径光阑的透镜元件，并且
其中，使用所述热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射至多具有中等敏感度的玻璃来制造所述第一组透镜元件或所述第二组透镜元件中的并非直接相邻于所述孔径光阑的透镜元件的其它透镜元件。
2.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，所述热应力双折射规格包括与玻璃的热膨胀系数、玻璃的应力光学系数和玻璃的光吸收系数相关的因子。
3.根据权利要求2所述的成像透镜，其中，所述热应力双折射规格进一步包括与玻璃的弹性模数、玻璃的热导率、玻璃的泊松比、玻璃中的光功率密度、透镜元件的厚度或透镜 元件的通光孔径尺寸相关的至少一个另外的因子。
4.根据权利要求2所述的成像透镜，其中，所述热应力双折射规格通过M/=PK α给出，其中，P是热膨胀系数，K是应力光学系数，并且α是光吸收系数。
5.根据权利要求2所述的成像透镜，其中，所述热应力双折射规格通过M/=PK αΕ/(Κ·(1_μ))给出，其中，P是热膨胀系数，K是应力光学系数，α是光吸收系数，E是弹性模数，K是热导率，并且μ是泊松比。
6.根据权利要求5所述的成像透镜，其中，对于热应力双折射具有可忽略的敏感度的玻璃满足条件M1 ( O. I X KT6W'并且对于热应力双折射至多具有中等敏感度的玻璃满足条件 M1 彡 I. 60X10、'
7.根据权利要求6所述的成像透镜，其中，全部的透镜元件都满足条件M1 ( O. 80 X IO-V10
8.根据权利要求6所述的成像透镜，其中，透镜元件中的至少一个是使用其中O. 80 X KTfrT1彡M1彡I. 60 X KTfrT1的玻璃制造的。
9.根据权利要求2所述的成像透镜，其中，所述热应力双折射规格通SM2=IciLP K αΕ/(Κ· (l-μ))给出，其中，Itl是玻璃中的光功率密度，L是透镜元件的厚度，P是热膨胀系数，K是应力光学系数，α是光吸收系数，E是弹性模数，K是热导率，并且μ是泊松比。
10.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，还针对包括折射率和色散性质在内的与实现足够图像质量性能相关的性质来选择用于制造透镜元件的玻璃。
11.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，一个或多个透镜元件的一个或多个表面具有非球面表面剖面。
12.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，所述成像透镜进一步包括衍射光学元件或偏振补偿器。
13.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，所述成像透镜进一步包括具有多层介电涂层的反射镜，其针对不同的波长带不同地改变路径长度，从而减少色差。
14.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，所述成像透镜具有经典双高斯透镜的形式。
15.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，所述成像透镜具有经典双高斯透镜的形式，但是其中相邻于所述孔径光阑的透镜元件中之一是使用冠顶玻璃制造的。
16.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，所述成像透镜被用来对偏振光进行成像。
17.根据权利要求I所述的成像透镜，其中，所述成像透镜是用于数字投影系统的中继透镜或投影透镜。
18.一种用于将对象平面成像到图像平面的对于热诱导的应力双折射具有减少的敏感度的透镜系统，包括
孔径光阑，其安置在所述对象平面和所述图像平面之间；以及
多个透镜兀件，
其中，使用热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射具有可忽略的敏感度的玻璃来制造至少当所述成像透镜被用来将所述对象平面成像到所述图像平面时经历来自穿越光的最高光功率密度的透镜元件，并且
其中，使用所述热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射至多具有中等敏感度的玻璃来制造其它透镜兀件。
19.根据权利要求18所述的透镜系统，其中，所述热应力双折射规格通过札=P K αΕ/(Κ·(1_μ))给出，其中，P是热膨胀系数，K是应力光学系数，α是光吸收系数，E是弹性模数，K是热导率，并且μ是泊松比。
20.根据权利要求18所述的透镜系统，其中，对于热应力双折射具有可忽略的敏感度的玻璃满足条件M1 ( O. I X KT6W'并且对于热应力双折射至多具有中等敏感度的玻璃满足条件 M1 ^ I. 60X10、'
21.根据权利要求18所述的透镜系统，其中，以所述孔径光阑的每一侧至少一个透镜组的方式，将所述透镜元件布置成至少两个透镜组。
22.根据权利要求21所述的透镜系统，其中，使用所述热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射至多具有中等敏感度的玻璃来制造任一透镜组中最接近所述孔径光阑的透镜元件。
23.根据权利要求18所述的透镜系统，其中，所述透镜元件中的一个或多个被装配到至少一个壳体中，并且其中透镜元件壳体或所述透镜元件中的至少一个被冷却，以改变通过施加的光功率诱导的所述至少一个透镜元件上的热负荷。
一种用于将对象平面成像到图像平面的对于热诱导的应力双折射具有减少的敏感度的成像透镜，包括孔径光阑，其安置在所述对象平面和所述图像平面之间；第一组透镜元件，其位于所述孔径光阑的对象平面侧；以及第二组透镜元件，其位于所述孔径光阑的图像平面侧，其中，使用热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射具有可忽略的敏感度的玻璃来制造直接相邻于所述孔径光阑的透镜元件，并且其中，使用所述热应力双折射规格所表征的对于热应力双折射至多具有中等敏感度的玻璃来制造所述第一组透镜元件或所述第二组透镜元件中的其它透镜元件。
文档编号G02B13/16GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者安德鲁·弗雷德里克·库尔茨, 约瑟夫·雷蒙德·比耶特里, 巴里·D·西尔弗斯坦 申请人:伊斯曼柯达公司