[发明专利]使用应力双折射性能标准设计透镜

说明书

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1A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LCD）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US 6,793,341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1A所示，DLP投影仪被改进以具有放置在输出光路中例如图1A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^TM）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。