使用应力双折射性能标准设计透镜的制作方法

专利名称：使用应力双折射性能标准设计透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学成像系统，而且更具体地涉及具有对由透射光施加的热负载导致的对应力双折射的低灵敏性的成像透镜。
背景技术：
投影和电子显示系统广泛用于显示图像内容。在投影系统的情况下，不论是传统的基于胶卷的系统，还是新型的电子系统，来自光源(通常是灯泡)的光都被引导 至将图像数据传授给透射光的图像调制元件(例如胶卷或一个或更多个空间光调制器)。通常，胶卷或光调制器阵列随后被成像到显示器表面或屏幕上。作为另一方面，对显示出三维(3D)的或感知到的立体内容以便向消费者提供增强的视觉体验的高质量投影系统的兴趣一直在增长。在历史上，剧院使用胶卷媒体来投影立体内容，例如两组胶卷被加载到两个独立的投影设备中，每个投影设备对应于一只眼睛。然后使用偏振光同时投射左眼图像和右眼图像，其中一种偏振被用于呈现给左眼的图像；而正交偏振的光被用于呈现给右眼的图像。观众佩戴相应的正交偏振眼镜，该正交偏振眼镜为每只眼睛阻挡一种偏振光图像，且同时传输正交偏振光图像。最近，提供立体投影的电子或数字影院投影仪已经商品化。特别地，由德克萨斯州达拉斯的德州仪器股份有限公司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用在剧院中。DLP装置在许多专利中都有描述，例如美国专利US 4，441，791，美国专利 US 5，535，047 和美国专利 US 5, 600, 383 (全属 Hornbeck 所有)。图IA示出使用DLP空间光调制器的投影仪100的简化框图。光源50 (通常是氙弧灯)提供多色非偏振光到棱镜组件55，例如Philips棱镜。以Philips棱镜示出的棱镜组件55将该多色光分裂成红、绿和蓝分量波长段并引导每个段到相应的空间光调制器(SLM)170r、170g或170b。然后棱镜组件55重新组合来自空间光调制器170r、170g和170b的调制光并提供这种非偏振光到成像透镜200以便投影到显示屏或其他适合的表面。基于DLP的投影仪已经显示出为从台式计算机到大型影院的大多数投影应用提供必需的光产量、对比度和色域的能力。可替换地，可以使用通过改变透射光的偏振状态来调制光的液晶装置(LCD)而非DLP装置，其带来的比较好处是更高的分辨率和更大的装置尺寸，但在传递投影图像的对比度、对比度均匀性和颜色均匀性方面具有更大的困难。从这些基于SLM的投影仪(DLP或IXD)形成立体图像的常规方法使用两种主要技术中的任一种来区分左眼内容和右眼内容。例如Dolby实验室使用的一种较不常用的技术使用颜色空间分离，例如在Maximus等人的美国专利申请公开2007/0127121中所描述。白光照明系统中使用过滤器来在一部分帧像时间内随时封闭每种原色的一部分。然后与每只眼睛相关的适当颜色调节的立体内容被呈现给针对该眼睛的每个调制器。观赏者佩戴相应的过滤器套件，该套件同样地只传输两个三色(RGB)光谱组中的一组。颜色空间分离避免了在屏幕上并通过观赏者的眼镜处理来自投影仪的偏振光的问题，但是低光效率和眼镜的成本也是个问题。
用于形成立体内容的第二种方法使用偏振光。例如Svardal等人的美国专利US6，793，341描述一种方法，其中两种正交偏振状态由分离的空间光调制器提供并同时投射到屏幕上，该屏幕通常具有保持反射光的偏振状态的特性。观赏者佩戴偏振眼镜，其针对左眼和右眼的偏振穿透轴的方向相互正交。尽管这种布置提供光的有效使用，但它仍是昂贵的配置。由加利福尼亚州Beverly Hills的Real-D公司商用化的另一种方法使用常规的投影仪，其被改进以调制从一个状态快速切换到另一个状态的交变偏振状态。特别地，如图IA所示，DLP投影仪被改进以具有放置在输出光路中例如图IA中虚线所示的位置90处的偏光器和偏光器切换装置。由于DLP投影仪输出经调制但非偏振的光，所以需要偏振切换器。该输出是非偏振的，因为使用了非偏振光源(灯泡)，而且典型的DLP装置窗口是消偏振的(由于应力导致的双折射)。消色差的偏振切换器(例如Robinson等人的美国专利US 7，528，906中的那种偏振切换器)可以放置在偏光器后面的位置90。这种类型的切换器(ZScreen )在两个正交偏振状态例如线性偏振状态之间交替旋转偏振光，从而允许呈现两个不同的图像，每个对应一只眼睛，同时用户戴着偏振眼镜观赏所投射的图像。
因为偏光器的偏振对比度规格是适中的Γ50:1)以折中偏光器效率的提高，左眼图像和右眼图像之间可能发生图像串扰。这会使得观赏者承受幻影图像，例如左眼不仅看到一个明亮的左眼图像，还能看到一个暗淡的右眼图像。Real-D提供多种方案来解决这一问题，包括使用图像内容的实时数字预处理来减少图像中的幻影。特别地，数字处理器应用串扰模型通过比较左眼图像和右眼图像来预测潜在的幻影，然后它消减所预测的幻影图像。M. Cowan 等人的标题为 “Ghost-compensation for improved stereoscopicprojection”的美国专利公开2006/0268104详细叙述了这种方案。作为另外一个示例，在Chen等人的美国专利US 7，518，662中，ZScreen切换器的偏振对比度用倾斜的偏振补偿器来改进。由于多种原因，包括提高光效率、扩大色域、增加光源寿命以及减少不断的更换费用，在投影仪中，不管是2-D投影仪或3-D投影仪，一直存在用固态光源(例如激光器或LED)取代传统灯泡(例如氙弧灯、钨卤灯或UHP)的持续动力。然而，至今对基于激光的投影系统的需求仍未满足，部分是由于紧凑、耐用、中低成本的可见波长激光技术尚未以可商用化的形式出现，特别是对于蓝光和绿光来说。随着最近出现的蓝光二极管激光器和紧凑的绿光SHG激光器，产自诸如MiciOVision公司的低成本的基于激光的微投影仪即将面向市场。同时，由于诸如Laser Light Engines (新罕布什尔州Salem)和Necsel (加利福尼亚州Milpitas)等公司已经展示了原型机或早期产品激光装置，针对能够支持数字影院投影的紧凑的高功率可见激光的相似障碍也已经开始消失。例如，Necsel (之前被称为Novalux)提供绿光(532nm)和蓝光(465nm)激光器阵列，每个激光器可以提供3_5瓦的光学输出功率。在这些功率水平下，并且考虑到系统效率损失，用于大型会议室或家庭影院的中等尺寸的投影仪Γ1500流明输出)能够通过每种颜色使用单个激光装置来实现。然而，在电影院的情况下，根据屏幕尺寸和屏幕增益，屏上亮度需要10，000-40, 000流明或40-170瓦的组合光学功率(通量)入射到屏幕上。进而，考虑到内部光学效率损失，这意味着需要从每个颜色通道中的激光源发出40-120瓦的光学功率。目前，只有通过在光学上组合每个颜色通道中的多个激光器阵列的输出才能够实现这些功率水平。最终，激光技术可能进步，以使单个紧凑的激光装置能够驱动每种颜色。当然，涉及到简单性、成本以及对激光故障的敏感性之间的平衡，每种途径都有各自的优点和缺点。过分简单化地，可以通过用多个激光装置替换图IA中用作光源50的常规灯泡来提供数字影院投影仪。此外，因为激光器本身就是偏振光源，当在位置90处使用偏振切换器时，无须附随的偏光器即可提供更有效的3D投影。然而，对于基于高功率激光的投影应用例如数字影院来说，这种过分简单化的观点是不切实际的。如上所述，在屏幕上提供40-170瓦光功率的投影系统在内部承受更高的光水平，其中最高光水平(通量或功率)发生在光源组件上，而最低光水平可能在投影透镜的输出表面上。由于其空间和时间的相干性，即使通量水平相当，较之不相干光源(灯泡)发出的光线，激光会聚到更小的体积中且功率密度更高。最高内部功率密度发生在光聚集的地方，例如在积分棒(integrating bar)、空间光调制器、孔径光阑或者中间图像处。当然，当照明光、成像光或甚至是杂散光照射到内表面或材料时，这些高光水平会带来附随的热问题。基于常规灯泡的系统中的强光已经引起很多问题，其中一些只有在基于激光的系统中才会被放大。例如，在基于灯泡的系统中，接收来自灯泡的高强度聚焦光和周围杂散光 的积分棒的入射孔径通常被空气冷却的散热片组件包围。作为另一个示例，在数字影院投影系统中，空间光调制器通常用循环的冷却水冷却。在这种高光水平下，强光(特别是残余的UV光)也可能影响材料的性能和可靠性，包括光学粘合剂、接合剂或用在棱镜元件、双合棱镜或液晶装置中的聚合物。因此，必须精心选择这些材料以避免热变化或化学变化引起的退化。类似地，也必须最小化或管理由光学元件或其安装组件的失配热膨胀系数引起的机械应力，以避免应力、变形或破损。作为一个特别微妙的结果，其影响基于偏振的投影系统(包括用于3-D投影的投影系统)，小部分的高光强度光可能被光学材料吸收，从而导致元件的应力双折射。这反过来可能改变透射光的偏振方向，从而影响图像对比度、图像对比度均匀性、颜色均匀性或降低感知到的屏上图像质量的其他属性。在空间光调制器装置特别是硅基液晶(LCOS)装置的情况下，会出现强光在装置自身内部的对置电极衬底上引起热负荷和应力双折射的问题。为了给出进一步的背景，图IB示出了现有技术的投影仪101，其中入射照明光线140被引入针对每种颜色的相应调制光学系统80中,调制光学系统80是包括偏振分束器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的投影仪子系统。使用X棱镜65组合来自调制光学系统80的调制光线，并将其引导至投影透镜270以便投影到显示屏(未示出)上。通常，调制光学系统80中的这些部件的偏振行为和特性决定了由投影仪101提供的屏上偏振对比度。对置电极衬底(未示出)是薄的光学玻璃板，其与IXD空间光调制器170g、170b和170r中的硅衬底平行放置。液晶材料以及像素结构形成在硅内部(或上面)，然后填充这些衬底之间的窄缝。对置电极衬底涂覆有图案化透明电极(通常是ΙΤ0)，以便使得能够在衬底之间应用电场，从而在逐个像素基础上控制液晶分子的取向。这种结构在低光强的情况下效果很好，使得当光穿过对置电极衬底时可以保持由像素控制的偏振方向，而且所得到的偏振图像光可以在下游遇到偏振光学器件，例如偏振分束器、分析器或切换器，其中偏振图像光具有预期的方向。然而，在高光强下，穿过对置电极衬底且被吸收的一部分光会产生足够的内热而引起应力双折射,这反过来改变偏振方向。认识到这个问题后，Schmidt等人的美国专利US 5，576，854提出一种确认能够用于制造LCOS面板的对置电极衬底的最佳玻璃的方法。特别地，他们提出一个用于确认备选玻璃的品质因数M，该品质因数由以下乘积给出M=P Ek(I)其中P是热膨胀系数(CTE)，K是应力光学系数，E是弹性模量(E)。Schmidt等人确认了两种特别有价值的备选玻璃=Schott SF-57 (因为其通常具有低应力光学系数)和熔融石英(因为其通常具有低热膨胀系数)。根据Schmidt等人所述，在熔融石英的情况下，热量导致玻璃的最小膨胀，这进而导致小的热致应力。在SF-57的情况下，热应力系数本身是非常低的，这意味着很少有热量直接转化成应力双折射。如前面所提到，目前存在与DLP调制器的保护玻璃窗口相关的相似问题；但是因为期望保持偏振状态，所以这些装置一般不用来调制强偏振光，不管是玻璃的选择还是玻璃的安装设计都以最小化应力双折射为目的而进行。R. Cline等人在“Thermal Stress Birefringence in LCOS Projection Display”一文中讨论了投影显示器中玻璃选择与热应力双折射之间的关系，这篇文章发表在Displays, Vol. 23，pp. 151-159, 2002中。这篇文章涉及到确认适用于投影显示系统中的偏振分束器60 (图1B)或Philips棱镜组件55 (图1A)的玻璃。特别地，作者引入用于评估备选玻璃的扩展品质因数，其不仅包括热膨胀系数(P )、应力光学系数(K )和弹性模量(E)，还包括玻璃导热系数(K)、光吸收(α )和泊松比(μ )M=(2)
MI - μ)Cline等人提出只有Schott SF-57, Ohara PBH56和熔融石英可以用于高功率偏振敏感投影仪(大于1000流明)的棱镜中，而包括Schott SK5或Schott BK7的更大范围的玻璃可以用于低功率(< 500流明)投影仪的棱镜。与此相反,在Aastuen等人的美国专利US 7，357，511中，发明人指出Cline等人提出的用于满足低应力双折射的玻璃(例如Schott SK5或Schott BK7)实际上是不合适的，而且这些预备玻璃的对比度退化实际上非常大。然后Aastuen等人提出一种可替换的调制光学系统80，其中相对于包括棱镜的玻璃中的应力双折射(包括热致应力双折射)，可以通过在偏振分束器60和空间光调制器170 (参见图1B)之间提供偏振补偿器360来提高偏振分束器60的偏振对比度。他们证明了具有四分之一波长延迟的偏振补偿器360可以对应力双折射提供足够的补偿，以使棱镜玻璃的选择不再受限于低应力光学系数(K )玻璃，例如 Schott SF-57。还应该注意，多余的双折射已经在投影空间以外的区域(包括在显微光刻区域内)引起图像质量问题。例如，在Allan等人的美国专利US 6，785，051中描述了针对200nm UV显微光刻的折射/反射成像系统。在该光谱范围中，可用光学材料的极小选择主要受限于晶体材料，例如表现出显著的固有双折射的氟化钙(CaF2)。为了减小光学装置中累积的双折射或偏振状态改变，Allan等人提供同样由相同类型的固有双折射材料制成的一个或多个校正光学元件(光板或分束器)。在这种情况下，校正的光弹性双应力由外部施加的应力或应变(来自拉伸应力、压缩应力或剪切应力)提供，该外部施加的应力或应变是由机械夹具、压电致动器、热元件或其他应力诱发器施加给校正元件的。类似地，Brunotte等人的美国专利US 6，879，379也公开了使用包括固有双折射材料如CaF2的透镜元件和校正元件的UV显微光刻成像系统。固有双折射带来与位置和角度有关的多余的偏振旋转效应。在这种情况下，校正元件是靠近孔径光阑定位的光板或透镜，其也由CaF2制成。然后使用压电致动器以脉冲形式施加机械应力，从而对补偿由固有双折射引起的依赖角度的偏振效应的元件给予应力双折射。尽管有趣，但是Brunotte等人(‘379)和Allan等人(‘051)的解决方案适用于使用一组有限的固有双折射材料的成像系统。相比之下，Schmidt等人(‘854)、Cline等人和Aastuen等人(‘511)提供的解决方案是在针对低功率应用但可能扩展到数字影院的基于灯泡的投影系统的情况下开发出来的。然而，这些解决方案只针对投影仪101的调制光学系统80中的光学部件(保护玻璃和棱镜)。在激光投影系统中，由于激光的相干性或聚焦能力，局部光强度和功率密度可能 明显高于白光系统，并且可能在光学系统的各个部分产生热效应。在极端的情况下，非线性光学材料中的光学自聚焦效应可以导致光学损伤或崩溃。在基于激光的数字影院投影仪的情况下，尽管永久损伤机制例如自聚焦可能不是有密切关系的，但是其他热效应例如热致应力双折射会影响光学元件，包括除了那些处于调制光学子系统中的部件的部件，例如棱镜组件、空间光调制器或保护玻璃或其中的对置电极衬底。特别地，包括多个复杂的透镜元件且用于对强激光成像而无须承受热致应力双折射和由此带来的偏振效应的成像透镜组件的设计和使用是一个问题，特别是在比以前管理应力双折射所面对的功率更高的数字影院功率水平上。如透镜设计领域的技术人员所公知，成像透镜组件使用非平面透镜元件的组合，其材料、厚度、曲率和相对布局都经过精心设计以提供相对于色差和衍射而言期望的图像质量。然而，相对于成像透镜系统和透镜组元的设计，进一步控制热致应力双折射所增加的复杂性是一个现有技术既未教导也未预期的问题。

发明内容
本发明提出一种设计将物平面成像到像平面的具有减小的热致应力双折射敏感性的成像透镜的方法，该成像透镜具有位于该物平面和该像平面之间的孔径光阑、位于该孔径光阑的物平面一侧的第一组透镜元件以及位于该孔径光阑的像平面一侧的第二组透镜元件，所述方法包括定义一组透镜设计属性，所述透镜设计属性描述所述透镜的几何特性；定义一组透镜性能标准，其包括一个或更多个图像质量性能标准和热致应力双折射性能标准；定义第一组备选玻璃，其具有以热应力双折射度量标准(metric)表征的可忽略的热应力双折射敏感性；定义第二组备选玻璃，其具有以该热应力双折射度量标准表征的高于可忽略的热应力双折射敏感性，但至多是中度热应力双折射敏感性；从第一组备选玻璃中选择用于紧邻孔径光阑定位的第一组和第二组透镜元件中的透镜元件的玻璃；
从第一组或第二组备选玻璃中选择用于不紧邻孔径光阑定位的第一组和第二组透镜元件中的透镜元件；以及使用计算机处理器确定用于该成像透镜的透镜设计，该透镜设计实现透镜设计属性且同时满足所定义的透镜性能标准，其中该透镜设计规定第一组和第二组透镜元件中的透镜元件的厚度、间距、形状和玻璃。它具有以下优点当被用于使用偏振光来产生图像时，成像透镜的性能不会受到由成像光吸收导致的热变化的显著影响。它还具有以下优点这种成像透镜可以用于立体投影系统，而不会因为应力双折射诱发的解偏振而在左眼图像和右眼图像之间产生令人不快的串扰。它具有以下额外的优势实现减小的双折射敏感性，同时达到可接受的图像质量水平。


根据下面呈现的示例性实施例的详细说明连同附图，本发明将更容易理解，其中图IA和图IB示出现有技术数字投影系统的一些部分；图2示出包含本发明的成像透镜的投影仪的整体系统架构；图3A和图3B示出示例性光源组件，其包括用于本发明的投影系统的多个激光装置和激光结合器；图4示出本发明的成像透镜的整体结构，其包括中继透镜和投影透镜；图5A示出现有技术的双高斯式成像透镜；图5B示出玻璃图表，其绘制出光学玻璃与其折射率和阿贝数的关系；图6A描述第一示例性投影透镜的光学设计，其具有中度热应力敏感性和良好的图像质量；图6B使用MTF图描述图6A的投影透镜的光学性能；图6C描述第一示例性中继透镜的光学设计，其具有中度热应力敏感性和良好的图像质量；图6D使用MTF图描述图6C的中继透镜的光学性能；图7A和图7B示出激光结合组件发出的光束的周线和截面射束轮廓；图7C和图7D示出入射到空间光调制器的周线和截面照明轮廓；图7E示出积分棒后面的远心空间中的光强分布；图7F示出中继透镜的孔径光阑附近的光强分布；图7G示出投影透镜的孔径光阑附近的光强分布；图8A-8D是显不光学玻璃属性的表格；图9A是总结图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是总结图6C的第一示例性投影透镜的热应力双折射性能的表格；图IOA描述第二示例性投影透镜的光学设计，其具有低热应力敏感性和较差的图
像质量；图IOB使用MTF图描述图IOA的第二示例性投影透镜的光学性能；
图IOC描述第二示例性中继透镜的光学设计，其具有低热应力敏感性和较差的图
像质量；图IOD使用MTF图描述图IOC的第二示例性中继透镜的光学性能；图IlA是总结图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是总结图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描述第三示例性投影透镜的光学设计，其具有低热应力敏感性和良好的图
像质量；图12B使用MTF图描述图12A的第三示例性投影透镜的光学性能；图12C描述第三示例性中继透镜的光学设计，其具有低热应力敏感性和良好的图
像质量；图12D使用MTF图描述图12C的第三示例性中继透镜的光学性能；图13A是总结图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是总结图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是规定图12A的第三示例性投影透镜的透镜设计参数的表格；图14B是规定图12C的第三示例性中继透镜的透镜设计参数的表格；图15是示出根据本实施例的实施例用于设计具有减小的热应力双折射敏感性的成像透镜的方法的流程图；图16是示出根据本实施例的实施例用于设计具有减小的热应力双折射敏感性的成像透镜的另一种方法的流程图；和图17描述在使用本发明的投影透镜的同时减少轴向颜色的方法。应当理解，附图仅为图示说明本发明的概念，并且可以不成比例。
具体实施例方式本说明具体地涉及形成根据本发明的装置的一部分或更直接与该装置合作的元件。应当理解，未具体示出或描述的元件可以采用本领域技术人员所公知的各种形式。本发明包括在此描述的实施例的组合。提到“一个特别实施例”等指的是出现在本发明的至少一个实施例中的特征。单独提到“一个实施例”或“特殊实施例”等并不一定指的是相同的一个或更多个实施例；然而，此类实施例并不是彼此排斥的，除非这样指明或对本领域技术人员而言很清楚是这样。提及“一种方法”或“多个方法”等时所用的单数或复数并不是限制性的。应当注意，除非特别说明或上下文要求，在本公开中以非排他的意义使用词语“或”。 为了更好地理解本发明，描述本发明的装置和方法可在其中操作的整体背景是有益的。图2的示意图示出在本发明的若干实施例中所使用的投影仪102的基本布置。示出了三个照明组件I IOr、110g和110b，每个提供来自相应光源组件115的红、绿或蓝原色中的一种。光源组件115包括一个或更多个光源，特别是激光光源装置。(激光光源装置未在图2中示出，但是在图3A和图3B中以代表性的形式示出。)图3A示出用于组合来自多个激光器阵列102和120’的光以形成激光结合组件125的一种途径，其中激光结合组件125是光源组件115(图2)的子部分。数年前就可轻易在红光或红外线区段获得几瓦或更大光学输出的高功率半导体(或固态)激光器阵列。这些激光器通常包括单排单模-多模(single mode by multimode)激光发射器122。然而,高功率紧凑的绿光和蓝光激光器阵列仅现在才变得可用。到目前为止，之前提到的来自Necsel的激光器已显示出特别大的前景，其为一种IR泵浦的双频VECSEL(垂直扩展腔表面发射激光器)激光器。主要因为关键部件的发热和封装问题，当前可用的准商品化的装置具有受限制的体系架构，其提供平行的两排激光发射器122 (每排24个发射器)。尽管紧密布置来自成分激光器阵列(constituent laser array)的输出光束在光学上是有益的，但是也期望将激光器阵列120彼此机械隔离以减少热串扰和集中的热负载。可能也期望光源组件115 (图2)以及电子发送和连接及相关热量与热敏感的光学投影系统隔开，以允许实现投影引擎的最佳性能。在图3A中，一个或更多个分散的镜子160可以被用来使附加激光器阵列120’的光轴与激光器阵列120的光轴成直线，从而提供多个光束140，每个光束包含多个单独光束140’，一起被引导至具有相关孔径130的照明透镜150，照明透镜是各个照明组件IlOrUlOg和IlOb (图2)的部件。图3B描述了根据可替换实施例的示例性照明组件110的一部分。该照明组件110 包括给定颜色的光源组件115，其包括两个激光结合组件125。使用这种布置，可以增加功率输出，从而支持具有更高屏幕流明需求的更大屏幕。在这个示例中，两个激光结合组件120中的每一个都使用在每侧都具有窗口棱面和反射棱面(通过全内反射来工作)的多面体棱镜127，以便沿着公共光路重新定向来自激光器阵列120中的激光发射器122的光束140。来自两个激光结合组件120的输出光被照明光束结合器135沿着公共光路引导到例如由照明透镜150和光学积分器155所代表的另一个照明光学元件。照明光束结合器135可以通过各种途径结合光束140，包括光谱上结合(针对激光结合组件125中的激光器阵列120聚集在中心波长的相反侧上的情况)、空间上结合或通过偏振结合。一个路径可以具有可选的半波片137。图2B和图3B结合起来考虑，每个照明组件110r、l IOg和IlOb通常包括一个或更多个照明透镜150、定形并定向透射光束的光学积分器155 (例如复眼积分器或积分棒)以及额外的照明透镜150和镜子160，其一起引导照明光沿着光轴145到达相关联的空间光调制器170。例如，可以使用照明透镜150将来自光源组件115的入射光引导至光学积分器155。所产生的均匀光线充满光学积分器155的输出孔径。然后该输出孔径被重新成像到与空间光调制器170对准的光学平面中的区域。照明透镜150和光学积分器155可以用熔融石英制造，以便减小这些元件中可能由于诱导应力双折射而发生的任何偏振退化效应。空间光调制器170可以是微电子机械系统(MEMS)装置，例如DLP或某些其他类型的反射MEMS装置，包括任何一种通过反射或衍射调制光的MEMS调制器。空间光调制器170也可以是LCD类装置或其他技术。在LCD类装置的情况下，调制提供被引导至显示器表面的“打开”状态光或图像光以及，和被引导至束流捕集器(未示出)的“关闭”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，优选“偏振状态中性的”调制器装置。特别地，空间光调制器170优选不通过调制像素的偏振状态来调制每个像素处的光，从而针对任何像素的入射光的偏振状态的任何改变都是可忽略的和小的。这意味着空间光调制器170将优选在逐个像素的基础上等同地调制入射光，而不管与入射光的偏振状态如何。因此，推测观众佩戴偏振敏感的眼镜来观赏立体图像或3D图像。还应当理解，投影仪102可以提供感知为二维的常规图像。
与使用在外部添加到投影仪上的偏振切换附件来提供3D影像的投影仪不同的是，在这种投影仪102中，来自照明组件110的照明光被确定为是偏振的。特别地，光源被布置为提供公共偏振状态，以本领域的术语称为“s-偏振”或“P-偏振”。照明组件110可以包括各种光学兀件，包括波片或偏光器(未不出)，以便排列、保持或突出光源本身的偏振状态。照明组件Iio还可以包括电光致动的或电机械致动的偏振切换器139，以将照亮空间光调制器170的光的偏振状态变成S-偏振状态、P-偏振状态或对3D图像投影有益的其他偏振状态(例如左圆偏振或右圆偏振)。因此，优选的是包括照明透镜150和光学积分器155在内的各种照明部件是保持偏振的。每个照明组件IlOrUlOg和IlOb中的光路遵循相同的基本模式，尽管可以存在差异以适应一种颜色通道与其他颜色通道相比其光源(激光器)属性的差异。每个照明组件110可以各自具有以相互同步的方式操作的偏振切换器139，或者公共偏振切换器139可以用于多个颜色通道。如图2所示，通过用一个或更多个镜子160重新定向来将照明光引导到空间光调制器170上。承载由空间光调制器170的寻址像素施加到透射光中的图像信息的经调制的图像光被结合以横贯穿过成像透镜200的公共光路并投射到显示器表面190 (例如投影屏幕)。在图不的实施例中，二向色结合器165包括第一结合器166和第二结合器167, 二者都 是根据光的波长选择性地透射或反射光的具有适当薄膜光学涂层的二向色元件。因为该投影仪102被设计用于使用光学偏振状态的内部调制来提供3D图像内容，二向色结合器165和成像透镜20也应该是偏振中性的，从而这些元件在效率、偏振对比度或图像质量上引起很小的差别或无差别。类似地，显示器表面190优选是偏振保持屏幕。应当理解，镜子160不必位于光学系统的平面内。因此针对绿光通道的光路中的镜子160可以在平面外，并且不阻碍传输到投影透镜207的光，如图2所暗示。另外，虽然二向色结合器165被显示为一对倾斜的玻璃板，但是可以使用其他示例性结构，例如X-棱镜65 (图IB) V-棱镜或Philips (或氧化铅光导摄像管(Plumbicon))类棱镜(图1A)。在其他实施例中，镜子160也能够以棱镜的形式提供，例如广泛使用的TIR (全内反射)棱镜，其经常与Philips棱镜和DLP装置结合使用。在图2中，成像透镜200被描述成包括多个透镜元件205的多元件组件，其以高放大倍数(通常是100倍-400倍)将其各自物平面处的空间光调制器170r、170g和170b直接成像到像平面(显不器表面1900)。图4详述了成像透镜200的设计，其描述了一个实施例，其中成像透镜200包括两个部分，即中继透镜250和投影透镜270，二者均包括以有限共轭操作并组装在透镜外壳240中的多个透镜元件205。例如，中继透镜250被设计成采集和成像来自空间光调制器170的物平面的F/6光以在对应的像平面处形成真实的空间中间图像260。然后该中间图像260成为投影透镜270的物平面，其提供中间图像的放大图像到允许的焦深范围内的远处的像平面(显示器表面190)，即标准像平面。更确切地说，空间光调制器170是与中间图像260共轭的图像，而中间图像260进而是与显示器表面190共轭的图像。中继透镜优选地提供150_200mm或更长的长工作距离245，以便为空间光调制器170附近的二向色结合器165和镜子160 (图2)提供间隙。示例性中继透镜250以I倍或稍微更大的横向放大率对空间光调制器170进行成像，提供尺寸可以与一帧35_电影胶卷的成像区域相比较的真实的中间图像260。因此，投影透镜270可能是设计成投射35mm电影图像的常规投影透镜，例如目前由德国Bad Kreuznach的Schneider-Kreuznach生产的投影透镜。尽管图4描述的成像透镜200看起来比图2的成像透镜更复杂，但是实际上图4的投影透镜270和中继透镜250更容易设计和生产，因此成本更低，于是现在等效的统一成像透镜200存在于商用DLP影院投影仪中。部分是因为以近I倍放大率工作比以高放大率工作更容易提供长工作距离245。另外，这种途径使得能够通过在中间图像260处或其附近提供方便插入去斑器180例如移动扩散器的位置来实现激光去斑。在此系统中，去斑器180优选是包括分散布置的小透镜的小透镜阵列，所述小透镜具有一个或更多个成像像素的尺寸。在使用去斑器180时，投影透镜270优选是比中继透镜250更快的透镜(卞/3)。在此背景下，应当注意，发明者已经组装并测试了具有图2、图3A和图3B所描述的一般结构但是使用图4的成像透镜200以及中继透镜250、中间图像260和投影透镜270的基于激光的实验性投影仪102。在操作中，系统的一种原型机型显示出偏振对比度的损失，从而当投影仪用于低亮度输出(例如3000流明)时，蓝光通道偏振对比度是 400:1或更大， 但是当投影仪在高于飞000流明的水平操作时，无去斑器180的情况下该偏振对比度退化为 100:1，有去斑器的情况下该偏振对比度退化为 150:1。特别地，对于蓝色影像，偏振改变或偏振损失最明显，因为蓝光表现出更高的光吸收水平。对于佩戴偏振识别镜的观众，偏振的改变引起所投影立体图像的可感知的干扰或幻影。尽管使用Real-D提供的幻影校正数字后期处理方法可以补救这种干扰，但本发明提供更优选的解决方案，其中可以使用内部透镜设计校正来消除对这种校正的需求。特别地，由于偏振对比度随着光级退化，这与问题起源于热致应力双折射的发现是一致的。将变得明显的是，提供一种涉及在中继透镜250和投影透镜270的设计中选择地使用光学玻璃的解决方案。如图4的实施例所描述，这两种透镜通常是双高斯型透镜。基本高斯透镜追溯到1800年代，C.F. Gauss和后来的Alvan Clark发明了原始的形式。首先，C. F. Gauss通过在单个凸透镜和凹透镜设计上附加新月形透镜改进了 Fraunhofer望远镜物镜。后来Alvan Clark将两个这种透镜背靠背放置，从而获得了双高斯设计。PaulRudolph通过使用双胶透镜校正色差而作出进一步改进，如美国专利US 583, 336中所描述。如Rudolph所演示，双高斯透镜由背靠背的两个高斯透镜组成，形成位于孔径光阑230附近的两组透镜元件208，其中这两组的透镜元件可以相同。图5A描述了现有技术的双高斯类成像透镜200，其沿着光轴145将物表面195成像到远处的像平面(未示出)。在普通的基本形式中，它由位于孔径光阑230附近的由火石类玻璃制成的一对内部负透镜元件206b和由冕牌玻璃组成的一对外部正透镜元件206a组成。在该示例中，孔径光阑230 (高斯透镜组件)两侧的透镜元件设计是不相同的。图5B所示的玻璃表格210示出了冕牌玻璃和火石玻璃的重要特征，该表是绘制出由Schott Class公司出版的广泛认可的玻璃表格数据的“阿贝(Abbe)表”。冕牌玻璃215具有低色散(用高阿贝数vd > 50表示)并且一般具有低折射率(nd)，而火石玻璃217具有相对较高的色散(低阿贝数vd <50)并且一般具有较高的折射率。在中间阿贝数V厂50附近发现具有中间色散属性的弱火石玻璃或冕牌玻璃。在图5A中，透镜元件也被确定为用冕牌玻璃215制造的冕牌透镜元件220或用火石玻璃217制造的火石透镜元件222。双高斯设计途径的一般对称性和光学功率分散到许多元件中减小了由透镜系统带来的光学象差。它形成了如今使用中的许多相机透镜的基础，尤其是用于35mm和其他小格式相机中的大孔径标准透镜。完全对称的设计不会出现彗形象差、失真和TCA (横向色差或横向颜色)。存在很多设计的变体，其中添加了额外的透镜元件，或具有关于孔径光阑230的不对称设计，其牺牲对称性以实现其他目的。例如，R. Mercado的美国专利US4，704，011描述了双高斯式摄影物镜，而W. Reineckle等人的美国专利US 6，795，255描述了用于从胶卷投影图像的双高斯式电影透镜，并且D. DeJager所属且共同授让的美国专利US 5，172，275描述了应用于电影胶片扫描的复杂的双高斯式透镜。图6A图示了具有带有两组透镜元件208的双高斯透镜设计的第一示例性投影透镜270的设计，其类似于图4所示的成像透镜200中的投影透镜270。投影透镜270具有位于孔径光阑230附近的两个内部负透镜元件402和403，其为火石透镜元件222，其中负透镜元件402使用Schott SFl玻璃制造，而负透镜元件403使用SF2玻璃制造。投影透镜270还具有4个外部正透镜元件400、401、404和405，其均为冕牌透镜元件220。最右端的最大的正透镜元件405使用Ohara S-BSM-10制造，而其他的正透镜元件400、401和404使用来自Ohara Glass公司的Ohara S-LAM-60制造。这些玻璃具有近似的Schott玻璃等 价物，其分别为N-SKlO和N-LAF35。沿着穿过投影透镜270的光线的路径显示出光学射线235。图6B示出了描述图6A中的示例性投影透镜270的广谱MTF性能的调制传递函数(MTF)图300。尽管不受衍射所限，还是可以看出MTF在成像区域内50cy/mm处平均达到大约 65%。图6C描述了第一示例性中继透镜250的设计，它是双高斯透镜设计的伸长版本，类似于图4所示的中继透镜250。具有两组透镜元件208加上物镜(透镜元件416)的中继透镜250被用来形成空间光调制器170 (其位于物平面处)的中间图像260 (在像平面处)。该透镜设计包括位于孔径光阑230附近的一对负透镜元件412和413，其为使用Schott SF4制造的火石透镜元件222。该中继透镜250还包括一组正透镜元件410、411、414和415，其为冕牌透镜元件220。正透镜元件410和411使用Ohara S-BAL35制造。正透镜元件414使用Ohara S-LAM54制造，而正透镜元件415使用Ohara S-NSL3制造。中继透镜250还包括位于中间图像260附近的正物镜元件416，其也使用Ohara S-LAM54制造。也示出由非倾斜平面元件表示的二向色结合器165。图6D用MTF图300描述了图6C的中继透镜250的光学性能。该光学性能几乎是衍射限制的，其在成像区域内50cy/mm处的平均MTF大约是79%。如前所述，已经发现当为了适度高的屏幕亮度水平(6000-11000流明)而发射激光到显示器表面190时，与低屏幕亮度水平下大约400:1的偏振对比度相比，包括常规中继透镜250 (即如图6C所示)和常规投影透镜270 (即如图6A所示)的常规成像透镜200将承受蓝光偏振图像对比度降至大约150:1或更小和蓝光图像幻影。当不存在成像透镜组件时，输出光的偏振对比度的单独测量显示亮度水平几乎未变化，因此确认中继透镜250和投影透镜270是罪魁祸首。特别地，这些测量显示蓝光通道(465nm)偏振对比度退化至大约100:1，而绿光和红光对比度水平仍然较高(大约300:1)。一并考虑，该数据有力地显示出偏振对比度退化是因为热致应力双折射效应，该效应在更高的功率水平下只会恶化。由于大多数光学玻璃(除了最显著的熔融石英)承受较高的蓝光吸收，因此蓝光吸收可能更容易地引起应力双折射。因此，应力双折射可能不同程度地影响不同颜色通道中的图像质量。热致应力双折射是在玻璃中由温度(T)引起的折射率(Λη ( λ，T ))的变化，而且它在功能上取决于许多参数，包括波长λ、玻璃的吸收(α )、玻璃的光学应力敏感性(K )和热膨胀系数(P )。它还取决于穿过玻璃的光的光强(辐照度)或功率密度(例如，以瓦/平方毫米、流明/平方毫米或勒克斯为单位)的空间-时间分布。图7A-7F示出能够透过图2、图3Α、图3Β和图4所示的投影仪102的光学装置的示例性光强分布。如图3Α和图3Β所示，激光结合组件125可以产生多个输出光束140，其结合以充满或部分充满孔径130。由于激光器阵列120的结构可以具有一个或更多个分隔的偏移激光发射器阵列122，因此在所描述的光束140中获得多个个体光束140’。结合来自多个激光器阵列120的光束增加了个体光束140’的数量，其中许多光束已经横穿不同的光程长度达到孔径130。随着个体光束140’传播，它们融合并相互重叠。根据在光学系统中的位置、各种个体光束140’横穿的相对光程长度以及光线均化器、积分器或扩散器的使用，某些光束140’或激光器阵列120的图像或其结合可能比其他个体光束140’或其结合更可辨识。根据在光学系统中的位置，净结果是光强分布的横断面可以显示出不同量的结 构。为了详细描述这最后一点，图7Α示出了光源组件115的孔径130附近的模拟光强分布320，其中来自最里面的激光器阵列120的个体光束140’比来自最外面的激光器阵列的光束更散焦。图7Β示出了图7Α的光强分布320在切片位置321处的两个横断面轮廓322。这些光强分布320是高度结构化而非空间均匀的，因为多个光束140’只是部分相互重叠，而且从中心到边缘的重叠量不同。与图7Α不出的相似的图案遍及光学系统。例如在光积分器155 (图3Β)的远角视场中，出现了如图7Ε所示的类似图案化的光强分布326，尽管积分棒内的多重反弹使它更复杂。根据设计意图，如图7C所示的轮廓视图，积分棒在其输出面上产生名义上均匀的光强分布323。图7D示出了对应于图7C所示的切片位置324的相应横断面轮廓。然后积分棒的输出表面上的光强分布323被重新成像以照明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重新成像以形成结合的白光图像(取决于图像内容)作为真实的空间中间图像260，随后投影透镜270将该真实的空间中间图像投影到显示器表面190上。在中继透镜250和投影透镜270的孔径光阑处或其附近，根据应用在系统上的光散射或角平均，会出现仿效图7Ε的光强分布326的高度结构化的光强图案。例如，图7F示出了中继透镜250的孔径光阑230附近的示例性模拟光强分布327，而图7G示出了投影透镜270的孔径光阑230附近的示例性模拟光强分布328(没有包括去斑器180)。应当注意，去斑器180的使用可能导致传播光的角度扩大，或导致传播光在投影透镜中被空间-时间上平均，或同时导致两种效果。因此，投影透镜270的孔径光阑230处或附近的光强分布320的微观结构可能难以清晰地定义，也不是时间上静止的。虽然如此，中继透镜250和投影透镜270中的透镜元件205可以承受具有高光学功率密度的透射光，特别是在孔径光阑320附近，此处光强分布326和327可能具有会聚在光强分布的微观结构的多个峰值中的光。这些光能的会聚可能在所有这些透镜组件中引起热致光学应力双折射，但是在孔径光阑230附近的透镜元件205中尤其如此。
为了进一步理解双折射的背景，应当了解，可以用波动方程来描述光的传播，包括描述作为距离X和时间t的函数的平面偏振波ψ (X，t)的方程(3)，其中A(x，t)是振幅函数，和(p(X，t)是扰动的相位
权利要求
1.一种设计将物平面成像到像平面的具有减小的热致应力双折射敏感性的成像透镜的方法，所述成像透镜具有位于所述物平面和所述像平面之间的孔径光阑、位于所述孔径光阑的物平面一侧的第一组透镜元件以及位于所述孔径光阑的像平面一侧的第二组透镜元件，所述方法包括 定义一组透镜设计属性，所述透镜设计属性描述所述透镜的几何特性； 定义一组透镜性能标准，其包括一个或更多个图像质量性能标准和热致应力双折射性能标准； 定义第一组备选玻璃，其具有以热应力双折射度量标准表征的可忽略的热应力双折射敏感性； 定义第二组备选玻璃，其具有以所述热应力双折射度量标准表征的高于可忽略的热应力双折射敏感性，但至多具有中度热应力双折射敏感性； 从所述第一组备选玻璃中选择用于紧邻所述孔径光阑定位的所述第一组和第二组透镜元件中的透镜元件的玻璃； 从所述第一组或第二组备选玻璃中选择用于不紧邻所述孔径光阑定位的所述第一组和第二组透镜元件中的透镜元件；以及 使用计算机处理器确定用于所述成像透镜的透镜设计，所述透镜设计实现所述透镜设计属性且同时满足所定义的透镜性能标准，其中所述透镜设计规定所述第一组和第二组透镜元件中的透镜元件的厚度、间距、形状和玻璃。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准包括与所述玻璃的热膨胀系数、所述玻璃的应力光学系数和所述玻璃的光吸收系数相关的因素。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准进一步包括与所述玻璃的弹性模量、所述玻璃的导热系数、所述玻璃的泊松比、所述玻璃中的光学功率密度、所述透镜元件的厚度或者所述透镜元件的光圈尺寸相关的至少一个额外因素。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准由下式给出M/ =P K α 其中P是热膨胀系数，K是应力光学系数，α是光吸收系数。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准由下式给出 M1= P K a E/ (K · (I- μ )) 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是弹性模量，K是导热系数，μ是泊松比。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一组备选玻璃满足M1< O. I X IO-6W-1的条件，所述第二组备选玻璃满足O. IX KT6W4 ^ M1 ^ I. 60 X KT6W4的条件。
7.根据权利要求I所述的方法，其中描述所述几何特性的所述透镜设计属性包括透镜焦距、F/#、透镜放大倍率和透镜工作距离。
8.根据权利要求I所述的方法，其中所述图像质量性能标准包括调制传递函数标准或点扩散函数标准。
9.根据权利要求I所述的方法，其中所述热致应力双折射性能标准基于组合了为所述成像透镜中的每个透镜元件确定的强度加权的热应力双折射度量标准的总热应力双折射度量标准。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述强度加权的热应力双折射度量标准由下式给出M2=I0LP K a E/(K · (l-μ )) 其中Itl是所述玻璃的光学功率密度，L是所述透镜元件的厚度，P是热膨胀系数，K是应力光学系数，α是光吸收系数，E是弹性模量，K是导热系数，μ是泊松比。
11.根据权利要求I所述的方法，其中选择用于所述透镜元件的玻璃的步骤包括 规定标称透镜设计，所述标称透镜设计实现所述透镜设计属性，但包括使用不在所述第一组和第二组备选玻璃中的玻璃的透镜元件； 从所述第一组和第二组备选玻璃中识别最接近地匹配不在所述第一组和第二组备选玻璃中的所述玻璃的折射率和色散特性的玻璃；和 用所识别的玻璃替换不在所述第一组和第二组备选玻璃中的所述玻璃。
12.根据权利要求I所述的方法，其中使用所述计算机处理器确定用于所述成像透镜的透镜设计的步骤包括迭代地调整所选择的玻璃并优化所述透镜设计直到满足所定义的性能标准。
13.根据权利要求I所述的方法，其中用于具有最高光学功率密度的透镜元件的玻璃是从所述第一组备选玻璃中选择的。
14.根据权利要求I所述的方法，其中用于最薄的透镜元件的玻璃是从所述第二组备选玻璃中选择的。
15.根据权利要求I所述的方法，其中使用所述计算机处理器确定用于所述成像透镜的透镜设计的步骤包括确定一个或更多个所述透镜元件的非球形表面轮廓或衍射光学表面轮廓。
16.根据权利要求I所述的方法，其中所述透镜设计包括偏振补偿器。
17.根据权利要求I所述的方法，其中所述透镜设计包括具有多层电介质涂层的镜子，所述多层电介质涂层有差别地改变不同波长段的路径长度，从而减小色差。
18.根据权利要求I所述的方法，其中所述成像透镜被用于对偏振光进行成像。
19.根据权利要求I所述的方法，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。
20.一种用于设计具有减小的热致应力双折射敏感度的透镜系统的方法，该方法包括 定义一组透镜设计属性，所述透镜设计属性描述所述透镜的几何特性； 定义一组透镜性能标准，包括一个或更多个图像质量性能标准和热致应力双折射性能标准； 定义第一组备选玻璃，其具有以热应力双折射度量标准表征的可忽略的热应力双折射敏感性； 定义第二组备选玻璃，其具有以热应力双折射度量标准表征的高于可忽略的热应力双折射敏感性，但至多具有中度热应力双折射敏感性； 定义透镜元件相对于孔径光阑的布置，其中所述透镜元件被布置成至少一组透镜元件； 从所述第一组备选玻璃中为所述至少一组透镜元件中承受来自透射光的最高光学功率密度或位于所述孔径光阑附近的透镜元件选择玻璃； 从所述第一组或第二组备选玻璃中为所述至少一组透镜元件中的其他透镜元件选择玻璃； 使用计算机处理器确定用于所述透镜系统的透镜设计，所述透镜设计实现所述透镜设计属性且同时满足所定义的透镜性能标准，其中所述透镜设计规定所述至少一组透镜元件中的透镜元件的厚度、间距、形状和玻璃。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准包括与所述玻璃的热膨胀系数、所述玻璃的应力光学系数和所述玻璃的光吸收系数相关的因素。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准还包括与所述玻璃的弹性模量、所述玻璃的导热系数、所述玻璃的泊松比、所述玻璃中的光学功率密度、所述透镜元件的厚度或者所述透镜元件的光圈尺寸相关的至少一个额外因素。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准由下式给出 M1= P K a E/ (K · (I- μ )) 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是弹性模量，K是导热系数，μ是泊松比。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述透镜设计属性和所述透镜性能标准中的至少一些在透镜设计优值函数中表达，所述透镜设计优值函数在透镜设计优化过程中被所述计算机处理器使用。
25.根据权利要求18所述的方法,其中热机械建模被用于评估由于吸收部分透射光而施加到一个或更多个所述透镜元件的热负载，所述热机械建模考虑了热传导、热对流和热辐射的作用，并且根据需要包括透镜系统冷却。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述热机械建模估算在一个或更多个透镜元件中热致的应力双折射水平。
27.根据权利要求23所述的方法，其中所述玻璃的选择至少部分基于所述透镜元件的热机械建模的结果。
28.根据权利要求18所述的方法，其中所述透镜系统是具有多个透镜组的扫描透镜或变焦透镜。
29.根据权利要求18所述的方法，其中透镜系统包括位于所述孔径光阑一侧的第一组透镜元件以及位于所述孔径光阑另一侧的第二组透镜元件。
30.根据权利要求18所述的方法，其中基于所述透镜元件的厚度为所述透镜系统的至少一个透镜元件选择相对于热致应力双折射而言较不限制的玻璃。
31.一种设计具有用于将物平面成像到像平面的多个透镜元件的成像透镜的方法，所述成像透镜具有减小的热致应力双折射敏感性，所述方法包括 定义一组透镜设计属性，所述透镜设计属性描述所述透镜的几何特性； 定义优值函数，其包括一个或更多个图像质量性能项和热致应力双折射性能项； 定义第一组备选玻璃，其具有以热应力双折射度量标准表征的可忽略的热应力双折射敏感性； 定义第二组备选玻璃，其具有以热应力双折射度量标准表征的高于可忽略的热应力双折射敏感性，但至多具有中度热应力双折射敏感性；以及使用计算机处理器确定用于所述成像透镜的透镜设计，所述透镜设计通过应用响应于所述优值函数的优化过程来实现所规定的透镜设计属性，其中所述透镜设计规定所述透镜 元件的厚度、间距、形状和玻璃，并且其中用于所述透镜元件的玻璃选自所述第一组和第二组备选玻璃，并且其中用于至少一个所述透镜元件的玻璃选自所述第一组备选玻璃。
全文摘要
本发明涉及一种设计具有减小的热致应力双折射敏感性的成像透镜，该成像透镜具有位于孔径光阑两侧的第一组和第二组透镜元件，该方法包括定义一组透镜设计属性；定义包括热致应力双折射性能标准的一组透镜性能标准；定义具有可忽略的热致应力双折射敏感性的第一组备选玻璃和具有至多中度热致应力双折射敏感性的第二组备选玻璃；从第一组备选玻璃中选择用于邻近孔径光阑定位的透镜元件的玻璃；从第一组或第二组备选玻璃中选择用于其余透镜元件的玻璃；以及使用计算机处理器来确定用于成像透镜的透镜设计。
文档编号G02B13/16GK102906616SQ201180025303
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月9日 优先权日2010年5月21日
发明者J·R·比尔特雷, A·F·库尔茨, B·D·西尔弗斯坦, J·马扎雷拉 申请人:伊斯曼柯达公司