CN104614840B - 用于高动态范围投影仪的中继透镜系统 - Google Patents

用于高动态范围投影仪的中继透镜系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于高动态范围投影仪的中继透镜系统。所述中继透镜系统包括：光输入；光输出；一个或多个透镜，所述一个或多个透镜被配置成把来自光输入的光中继到光输出；和孔径光阑，所述孔径光阑被配置成向通过所述一个或多个透镜中继的光提供给定的数值孔径，给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被配置成在光输入和光输出之间、在所述光中，引入球面像差，所述球面像差把光中的像素的形状从在光输入处的近似方形改变成上边界和下边界的函数，所述函数以距像素的中心的距离，和进入光输入的光中的抖动图案的像素尺寸为基础。

Description

用于高动态范围投影仪的中继透镜系统
技术领域
本说明书涉及中继透镜，具体地，涉及用于高动态范围投影仪的中继透镜系统。
背景技术
通过利用提供低分辨率图像的第一光调制器，和提供相似图像的更高分辨率版本的第二光调制器，高动态范围投影仪能够获得期望的高动态范围。在第一光调制器和第二光调制器之间的中继透镜系统把从第一光调制器反射的光中继到第二光调制器，使照射第二光调制器的低分辨率图像模糊。不过，仅仅使光模糊不会导致最佳的高动态范围和/或最佳的对比度。
发明内容
一般来说，本公开目的在于高动态范围(HDR)投影仪用中继透镜系统。所述中继透镜系统在HDR投影仪中，把光从的第一光调制器中继到第二光调制器。在HDR投影仪中，在从第一光调制器中继到第二光调制器的图像中，本实现方式的中继光系统在光中引入球面像差，而不是仅仅使光模糊。具体地，中继透镜系统的给定数值孔径和中继透镜系统的一个或多个透镜的组合被配置成：在光输入和光输出之间的光中，引入球面像差；和抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。这种球面像差导致被中继的图像中的像素的形状从近似方形改变成在中继系统的光输出处的光中的高斯形状和/或伪高斯形状和/或具有宽阔的中央区域和延续多个像素的尾部的形状。从而，孔径光阑，孔径光阑的位置，中继透镜系统的透镜的位置和种类，和各个透镜的种类、曲率半径、厚度和材料至少之一都被配置，以导致期望的光线扇形图和/或像素的形状的期望变化。
在本说明书中，元件可被描述成“配置成”进行一种或多种功能或被“配置成用于进行”这些功能。通常，配置成进行某种功能的元件被配置成用于进行所述功能，或者适合于进行所述功能，或者适应进行所述功能，或者可操作，从而进行所述功能，或者以别的方式能够进行所述功能。
本说明书的一个方面提供一种中继透镜系统，包括：光输入；光输出；一个或多个透镜，所述一个或多个透镜被配置成把来自光输入的光中继到光输出；和孔径光阑，所述孔径光阑被配置成向通过所述一个或多个透镜中继的光提供给定的数值孔径，给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被配置成在光输入和光输出之间、在所述光中，引入球面像差，所述球面像差把光中的像素的形状从在光输入处的近似方形改变成具有如下定义的上边界和下边界的函数：LB(r)＝0.9×(1/2+1/2os(πr/N))，当r<N时，LB(r)＝0，当r≥N时，UB(r)＝1.1exp(-(r/N)2)，其中UB是上边界，LB是下边界，r是距像素的中心的距离，N是进入光输入的光中的抖动图案的像素尺寸。
给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合可被进一步配置成抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合可被进一步配置成平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。
球面像差可进一步把光中的像素的形状从在光输入处的近似方形改变成下述各项中的一个或多个：在光输出处的近似高斯形状；在光输出处的伪高斯形状；和在光输出处的与光输入相比具有宽阔的中央区域和延续光中的多个像素的尾部的形状。所述形状的半高全宽可延续所述多个像素的至少约+/-4个像素，尾部可延续所述多个像素的至少+/-10个像素。所述形状的半高全宽可延续所述多个像素的约+/-3个像素到约+/-10个像素之间，尾部可延续所述多个像素的约+/-5个像素到约+/-30个像素之间。
所述函数可在上边界和/或下边界的给定百分比之内。
球面像差可包含球面像差的光线扇形图中的三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差中的一个或多个。
给定数值孔径和一个或多个透镜的组合可被配置成进行下述各项中的一个或多个：平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：球面像差的光线扇形图上的局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点；和抑制光中的大于下述各项中的一个或多个的球面像差：三阶球面像差；五阶球面像差；和七阶球面像差。
孔径光阑的孔径可包括直径，该直径在相对于给定透镜的孔径光阑的给定位置处引入球面像差的至少一部分，和进行下述各项中的一个或多个：平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：球面像差的光线扇形图上的局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点；和抑制光中的大于下述各项中的一个或多个的球面像差：三阶球面像差；五阶球面像差；和七阶球面像差。
所述一个或多个透镜中的至少一个透镜可包含球面透镜。
给定数值孔径可包含在约F/2到约F/8的范围中的光圈值。
孔径光阑的孔径可以是：圆形；或者下述各项中的一个或多个以校正进入光输入的光的各向异性的数值孔径：椭圆形和不对称。
孔径光阑可包含下述各项中的一个或多个：可变光阑；猫眼；配置成手动调整孔径光阑的孔径的大小的设备；和配置成调整孔径光阑的孔径的大小的电动机和/或步进电动机。
中继透镜系统还可包括奇数个反射镜，所述奇数个反射镜被配置成朝着光输出中继从光输入接收的光。
中继透镜系统可以是双远心的。
所述一个或多个透镜可进一步被配置成放大从光输入到光输出的光，其中放大倍率可以大于1、小于1、或者约为1。
所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置是能够被沿着中继透镜系统的光轴调整，以致通过调整所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置，能够调整光的聚焦、变焦和像素的形状中的一个或多个。
中继透镜系统还可包括下述中的一个或多个：第一设备，所述第一设备被配置成手动调整所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置；第二设备，所述第二设备被配置成作为一组地调整所述一个或多个透镜中的至少两个透镜的位置；和电动机和/或步进电动机，其被配置成调整所述一个或多个透镜中的一个或多个透镜的位置。
中继透镜系统还可包括补偿板，所述补偿板被配置成补偿光的像散和/或慧形像散。
附图说明
为了更地理解这里说明的各种实现方式，和更清楚地表示如何实施所述各种实现方式，下面将仅通过示例的方式参考附图，附图中：
图1按照非限制性实现方式，描述包括用于高动态范围投影仪的中继透镜系统的系统。
图2按照非限制性实现方式，描述在球面透镜的不同径向光瞳坐标处与球面透镜相互作用的光，以图解说明球面透镜的球面像差。
图3按照非限制性实现方式，描述图2的球面透镜的示意性光线扇形图。
图4A按照非限制性实现方式，描述关于图1的中继透镜系统的不同模拟的不同光线扇形图和相关的像素扩散函数。
图4B按照非限制性实现方式，描述图1的中继透镜系统的像素扩散函数的上边界和下边界。
图5按照非限制性实现方式，描述图1的系统的特定非限制性实现方式的各个方面，其中第一光调制器包含2K-DMD，对应的第二光调制器包含4K-DMD，中继透镜系统在照射第二光调制器的光中引入球面像差。
图6按照非限制性实现方式，描述图1的系统及孔径光阑中的椭圆形孔径。
具体实施方式
图1按照非限制性实现方式，描述包含用于高动态范围(HDR)投影仪的中继透镜系统101的系统100。系统100可包含HDR投影仪的一部分；例如，系统100还包括：一个或多个第一光调制器103-1；一个或多个第二光调制器103-2；棱镜105-1，用于把来自光源(未图示)的光107引导向一个或多个第一光调制器103-1，和把从一个或多个第一光调制器103-1反射的光109引导向中继透镜系统101；和棱镜105-2，用于把离开中继透镜系统101的光111引导向一个或多个第二光调制器103-2，和把从一个或多个第二光调制器103-2反射的光113引导向HDR投影仪的投影光学器件(未图示)。图1还描述与一个或多个第一光调制器103-1相互作用的光107、109的光线，和与一个或多个第二光调制器103-2相互作用的光111的光线。
下面将把一个或多个光调制器103-1、103-2可互换地共同称为光调制器103，并且一般称为光调制器103。下面将把棱镜105-1、105-2可互换地共同称为棱镜105，并且一般称为棱镜105。
每个光调制器103可包括相位调制器、光调制器、反射光调制器、透射光调制器、硅基液晶(LCOS)器件、液晶显示(LCD)器件和数字微镜器件(DMD)中的一个或多个。此外，各个棱镜105可包括楔形棱镜，每组棱镜105-1、105-2可包含两个楔形棱镜，它们相对于彼此布置，以把光引导向光调制器103，或者引导向中继透镜系统101或投影光学器件。在一些实现方式中，棱镜105-1、105-2通常相对于彼此对称。此外，在描述的实现方式中，系统100包括：在每个所述一个或多个第一光调制器103-1和棱镜105-1之间的直角棱镜106-1；和在每个所述一个或多个第二光调制器103-2和棱镜105-2之间的直角棱镜106-2，以减小系统100中的空气/镜片界面。换句话说，系统100包含两个棱镜组合体，每个棱镜组合体都由多个棱镜元件构成，包括(但不限于)：棱镜105-1，在一个或多个第一光调制器103-1处的直角棱镜；和棱镜105-2，在一个或多个第二光调制器103-2处的直角棱镜106-2。不过，棱镜105和106的排列通常是非限制性的，其它棱镜和光调制器的其它排列都在本实现方式的范围之内。此外，在一些实现方式中，每个相应的光调制器103可以和它们的相关棱镜组合体作为一组地被调整。
一个或多个第一光调制器103-1可包含分别用于红光、绿光和蓝光中的每一个的3个光调制器，光107可包含红光、绿光和蓝光分量；棱镜105-1从而可把光107的相应红色、绿色和蓝色分量引导向对应的第一光调制器103-1。
一个或多个第一光调制器103-1由处理器(未图示)等控制，以形成第一分辨率的图像。从一个或多个第一光调制器103-1反射的光109从而包含第一分辨率的图像，所述第一分辨率的图像由棱镜105-1引导向中继透镜系统101。如下所述，中继透镜系统101在进入其中的光109中引入球面像差。在棱镜105-2把离开中继透镜系统101的光111的相应红色、绿色和蓝色分量引导向对应的第二光调制器103-2的情况下，光111被从一个或多个第二光调制器103-2反射。
一个或多个第二光调制器103-2由处理器等控制，以形成比在一个或多个第一光调制器103-1处形成的图像的第一分辨率高的第二分辨率的图像。实际上，一个或多个第二光调制器103-2形成由投影器件投影的图像。
从而，光111被引导向一个或多个第二光调制器103-2的需要光111的区域(例如，图像的较明亮区域)，和被引导离开一个或多个第二光调制器103-2的不需要光111的区域(例如，图像的较阴暗区域)，从而导致由投影光学仪器投影的图像中的高动态范围，因为与待投影图像的阴暗区域对应的由一个或多个第二光调制器103-2形成的图像的区域或者不被照射和/或与较明亮区域相比被照射以较少的光。此外，这种布置还可产生高的局部对比度和高的全局对比度。
例如，在一些非限制性实现方式中，在一个或多个第一光调制器103-1处形成的图像可包含在一个或多个第二光调制器103-2处形成的更高分辨率图像的半色调式版本，并且通过在光111中引入球面像差，中继透镜系统101把来自像素的光散布在更大的区域内，以确保一个或多个光调制器103-2的覆盖，减轻对准问题，和帮助提供HDR投影仪的期望的高动态范围，以及很高的对比度。
例如，在具体的非限制性实现方式中，一个或多个第一空间调制器103-1可包括2K-DMD，一个或多个第二空间调制器可包括更高分辨率的4K-DMD。尽管可在各个DMD上形成相似的图像，不过，4K-DMD图像将具有比2K-DMD图像高的分辨率。然而，在其它实现方式中，各个光调制器103可包含相似分辨率的相似光调制器，处理器(未图示)可控制所述一个或多个第一空间光调制器103-1，以形成分辨率比在所述一个或多个空间光调制器103-2处的图像低的图像。不过，可把较低分辨率的光调制器用于所述一个或多个第一光调制器103-1，以节省系统100的成本。
中继透镜系统101一般被配置成把光109中的图像的像素从近似方形转换成近似高斯形状；实际上，这种高斯形状一般提供系统100中的最佳高动态范围，还导致系统100的更好的可预测性。
因而，中继透镜系统101包括：光输入121；光输出123；配置成把光109从光输入121中继到光输出123的一个或多个透镜125-1、125-2、125-3、125-4、125-5、125-6；和配置成向通过一个或多个透镜125-1、125-2、125-3、125-4、125-5、125-6中继的光109提供给定数值孔径的孔径光阑127。下面将把一个或多个透镜125-1、125-2、125-3、125-4、125-5、125-6统称为透镜125，并且一般被称作为透镜125。给定数值孔径和一个或多个透镜125的组合被配置成：在光输入121和光输出123之间，在通过中继透镜系统101中继的光中引入球面像差；和抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点，如下详细所述。
在描述的实现方式中，中继透镜系统101还包括可选的反射镜129和/或奇数个反射镜129。(一个或多个)反射镜129可包括(但不限于)折镜、棱镜、道威棱镜等。下面更详细地说明反射镜129。
在描述的实现方式中，中继透镜系统101还包含至少一个补偿板131，补偿板131通常可沿着中继透镜系统101的光轴定位。如图所示，补偿板131位于光输出123之后，接收离开光输出123的光。不过，补偿板131可以位于光输入121之前，和/或位于两个棱镜105之间。下面更详细地说明补偿板131。
尽管在中继透镜系统101中描述了6个透镜125，不过要认识到在中继透镜系统101中，可以使用多于6个透镜和少于6个透镜。实际上，在一些实现方式中，中继透镜系统101可包含一个透镜。此外，尽管透镜125至少之一包含球面透镜，不过，透镜125中的其它透镜可以是非球面透镜。此外透镜125包括(但不限于)凸透镜、凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、负弯月透镜、正弯月透镜等等。
孔径光阑127可以位于透镜125中的两个透镜之间。此外，透镜125通常沿着中继透镜系统101的光轴同心，孔径光阑127与透镜125同心。
通常选择孔径光阑127和透镜125的组合，以致在透射过中继透镜系统101的光109中，引入球面像差，和抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。具体地，孔径光阑127的孔径包含这样的直径，该直径在相对于给定透镜125的孔径光阑127的给定位置，引入球面像差的至少一部分，并且过滤掉光中的比下述各项中的一个或多个大的像差：三阶球面像差；五阶球面像差；和七阶球面像差，如下进一步详细所述。
为了举例说明这些原理，现在参考图2，图2描述在透镜125的不同径向光瞳坐标h(径向光瞳坐标h也可被称为当各个光线201进入透镜125时，各个光线201距透镜125的中心的径向距离)。下面将把光线201-1、201-2、201-3可互换地共同称为光线201，并统称为光线201。还描述了透镜125的光轴202，光轴202包含通过透镜125的中心和透镜125的焦点203的直线，是作为表示离透镜125的中心的垂直和/或径向距离，和/或离焦点203的垂直和/或径向距离的视觉辅助而提供的。通常，光轴202与中继透镜系统101的光轴重合。
光线201与透镜125相互作用，理想地，每条光线201将被向透镜125的焦点203聚焦。不过，当光线201朝着透镜125的外缘与透镜125相互作用时，引入球面像差。例如，与光线201-2、201-3相比更接近透镜125的中心的光线201-1比光线201-2、201-3被更近地引导向焦点203。通过确定当每条光线201经过焦点203，例如通过穿过焦点203且平行于透镜125的平面205时，每条光线201离焦点203的垂直和/或径向偏差和/或横向位移ΔY，可表征这种偏差。从而，平面205仅仅是作为表示离焦点203的垂直和/或径向距离的视觉辅助而提供的，并且是以边缘(edge)(即，垂直于纸面地)图示的。此外，每条光线201的路径仅仅意图表示趋势，并不是透镜125的球面像差的精确表示。
通常，球面像差是在诸如透镜125之类的各种光学设备中观察到的光学效应，并且由于与更接近透镜125的中心，和透镜125相互作用的光线201相比，当光线201在透镜125的外缘和透镜125相互作用时，光线201的折射增大，出现球面像差。换句话说，球面像差意味透镜125与透镜125的理想操作的偏差。球面像差通常导致产生的图像(例如，光111中的图像)的缺陷。
通常，球面透镜只在透镜125的、与球体(即，透镜125的表面包含球体的一部分)的半径除以透镜材料的折射率而获得的结果相等的半径处，才具有等光程点(即，与光109不发生球面像差的点)。在一些实现方式中，透镜125可具有约1.5的折射率，这指示当避免球面像差时，通常只使用透镜125的面积的约43％(直径的67％)。不过，在本实现方式中，故意地选择在光109中引入球面像差的孔径光阑127的直径。换句话说，孔径光阑127的半径(和/或直径)被选择为包括比等光程点大的透镜125的半径(和/或直径)。
例如，光109的光线201的偏差ΔY通常如下与径向光瞳坐标h相关：
ΔY∝a3h3+a5h5+a7h7...+anhn+... 式(1)
式(1)中，“n”是奇整数，a3、a5、a7、an中的每一个等都是对于给定的球面透镜确定的和/或用于表征给定的球面透镜的常数。此外，项a3h3可被称为三阶球面像差，项a5h5可被称为五阶球面像差，项a7h7可被称为七阶球面像差等。可认识到式(1)包括比七阶球面像差高的球面像差项。
未表示项a1h，因为项a1h代表透镜125被散焦时的理想行为：即，理想地，透镜线性散焦。
此外，式(1)概括地说明了对称光学器件中，关于光轴的球面像差。在不对称器件中(例如，可以使透镜125的中心偏离中继透镜系统101的光轴)，在式(1)中可出现偶阶项。
通常，a3、a5、a7、...an一般都是这样的值，该值使得在径向光瞳坐标h高于给定值之前，例如，在径向光瞳坐标h大于等光程点之间，三阶、五阶和七阶球面像差都较小的值。换句话说，存在这样的透镜125的直径，在该直径处，三阶、五阶和七阶球面像差中的一个或多个主宰透镜125的球面像差。
在光线扇形图中可表示这种情况，如图3中所示，图3表示作为透镜125的径向光瞳坐标h的函数绘制的横向位移ΔY的曲线301。曲线301仅仅意图代表球面像差的趋势，并不意味透镜125的光线扇形图的精确表示。
显然曲线301不是线性的，不过，接近为“0”的径向光瞳坐标，曲线301可显得是线性的。换句话说，在表示成直径A的等光程点以下，曲线301似乎是线性的，然而，这种表观线性是式(1)对于数值较小的径向光瞳坐标h的行为的反映，并不反映实际的线性函数。然而，在等光程点之上，曲线301不再呈现为线性，从而在透镜125处出现球面像差。更清楚地，在径向光瞳坐标h的所有数值下，都出现球面像差，不过对数值较小的h(例如，低于等光程点的h)来说，球面像差较小和/或可以忽略。此外，显然在透镜125的直径H处，在曲线301中出现方向的变化：具体地，出现不包括局部极大值、局部极小值和光线扇形图的导数为0的点的拐折。相反地，方向的变化指示在直径H附近，曲线301的斜率的绝对值增大。换句话说，在等光程点附近和/或在大于(和/或超过)等光程点的径向光瞳坐标处，存在如用曲线301表示的光线扇形图的斜率的绝对值的增大(如图所示)。
斜率的这种变化可如下反向与式(1)关联：给定数值孔径和一个或多个透镜的组合被配置成平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。从而，对于孔径光阑127，选择大于直径H的数值孔径和/或光圈值(F-stop)。对空气来说，在一些实现方式中，F/4的光圈值可以对应于这样的数值孔径，如图3中所示。不过，其它数值孔径，和/或其它光圈值在本发明的实现方式的范围内。例如，范围从约F/2到约F/8的光圈值在本发明的实现方式的范围之内。
换句话说，在中继透镜系统中，选择孔径光阑127的数值孔径，以致孔径光阑127的直径大于等光程点和/或等光程直径。
此外，下述条件的组合：引入球面像差；和抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为0的点，确保光线扇形图的斜率的绝对值增大的非线性曲线，因为球面像差的光线扇形图固有地是非线性的。此外，通过抑制局部极大值、局部极小值、和光线扇形图的导数为0的点，确保光线扇形图的斜率的绝对值的增大。
为了进一步图解说明大于一阶球面像差的球面像差对透射过中继透镜系统101的光的影响，现在参考图4A，图4A描述由一个或多个透镜125的不同模型的用401、402、403、404表示的4种光线扇形图，每个光线扇形图表示中继透镜系统101的不同设计，每种设计具有不同的球面像差。图4A中的每种光线扇形图是在光输出123处建模的，和/或代表引入透射通过中继透镜系统101的光中的总球面像差。图4A中假定光107一般是均匀的。图4A还描述表示曲线401、402、403、404的各个相应光线扇形图对中继透镜系统101的像素扩散函数(PxSF)的影响的曲线411、412、413、414；每条曲线411、412、413、414是以作为相对位置(x轴)(例如，由至少一个光调制器103-1产生的图像中的像素位置)的函数绘制的相对强度(y轴)的形式提供的。PxSF表示中继透镜系统101对光109的图像中的方形(和/或矩形)像素如何整形和/或改变；换句话说，PxSF表示中继透镜系统101如何把光输入121接收的光109改变成离开光输出123的光111。通过假定进入中继透镜系统101的像素是边缘清晰的方形，并在像素离开中继透镜系统101时，模拟和/或测量中继透镜系统101的给定设计对该像素的影响，可以确定PxSF。从而，各条曲线401、402、403、404代表整个中继透镜系统101的光线扇形图(即，所有的透镜125和孔径光阑127对从其通过的光的累积影响)，各条曲线411、412、413、414代表整个中继透镜系统101的PxSF(即，即，所有的透镜125和孔径光阑127对通过的光的累积影响)。
曲线401是线性的，表示在中继透镜系统101中未出现球面像差的理想情况：从而，曲线401表示仅仅使像素散焦和/或使像素模糊的中继透镜系统101。在曲线411中可以看出这种散焦对中继透镜系统101的PxSF的影响，在曲线411中，在PxSF中出现波纹。这种波纹是不受欢迎的，因为难以对它们对由至少一个第二光调制器103-2产生的最终图像的影响进行建模，和/或它们在由至少一个第二光调制器103-2产生的最终图像中，产生不希望有的失真。
曲线402包括中继透镜系统101中的三阶球面像差，从而假定给定数值孔径和一个或多个透镜125的组合被配置成在光输入121和光输出123之间的光和/或像素中引入三阶球面像差。在曲线412中可看出引入三阶球面像差对中继透镜系统101的PxSF的影响，在曲线412中，在PxSF中未出现波纹，但是PxSF包含半宽度较小的较大峰值。
然而，对系统100中的期望的高动态范围来说，已确定中继透镜系统101的球面像差应把从其透射通过的光中的像素的形状从在光输入121处的近似方形改变成下述各项中的一个或多个：在光输出123处的近似高斯形状；在光输出123处的伪高斯形状；和在光输出123处的具有宽阔的中央区域和延续光111中的多个像素的尾部的形状。
例如，在一些实现方式中，光109中的一个像素(例如，利用至少一个第一光调制器103-1形成的图像的一个像素)可被扩散在至少一个第二光调制器103-2上的约4到约20个像素的大小之内(不过，这样的尺寸不应被视为特别的限制)。下面参考图4B，将更详细地说明这种像素扩散。从而，由于曲线412由极窄的波峰支配，因此对系统100的一些实现方式来说并不理想。然而，对于其它实现方式，例如高亮度实现方式，利用由曲线412表示的PxSF可导致期望的高动态范围。
从而，现在参见曲线403，曲线403包括中继透镜系统101中的三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差的组合，从而假定给定数值孔径和一个或多个透镜125的组合被配置成在光输入121和光输出123之间、在光和/或像素中，引入三阶球面像差，五阶球面像差和七阶球面像差的组合，并且三阶、五阶和七阶球面像差都被平衡，以产生曲线403。通过选择和/或调整下述各项中的一个或多个，可以发生所述平衡：各个透镜125的种类、曲率半径、厚度和材料至少之一；一个或多个透镜125的位置；孔径光阑127的位置；和孔径光阑127的直径的大小。可在系统100和/或中继透镜系统101的光学模型中，和/或一旦装配和/或部署系统100和/或中继透镜系统101，发生所述选择和/或调整。此外，不必计算式(1)中的a3、a5和a7的精确值；相反，可以选择和/或调整各个透镜125的种类、曲率半径、厚度和材料至少之一，一个或多个透镜125的位置，孔径光阑127的位置，和孔径光阑127的直径的大小，直到获得期望的光线扇形图，和/或期望的像素扩散为止。
此外，三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差被“平衡”，以抑制局部极大值、局部极小值和/或光线扇形图的导数为0的点，如曲线403中一样。相反，对于“未被平衡的”三阶球面像差，五阶球面像差和七阶球面像差的影响的例子，参见下面说明的曲线404。
在曲线413中可看出引入并平衡三阶、五阶和七阶球面像差对中继透镜系统101的PxSF的影响，在曲线413中，在PxSF中未出现波纹，PxSF包含较宽的半高全宽的较大峰值。换句话说，曲线413包含具有宽阔的中央区域和延续在光输出123的光中的多个像素和/或延续至少一个第二光调制器103-2的多个像素的平滑下降尾部的形状。
现在参见曲线404，曲线404包含局部极大值、局部极小值和/或光线扇形图的导数为0的点。这样的局部极大值、局部极小值等对中继透镜系统101的PxSF具有有害的影响。具体地，当三阶、五阶和七阶球面像差未被“平衡”以抑制局部极大值、局部极小值和/或光线扇形图的导数为0的点时，产生曲线404。当在中继透镜系统101中，出现另外的更高阶的球面像差，比如阶数高于七阶球面像差的球面像差时，也会出现这样的局部极大值、局部极小值和/或光线扇形图的导数为0的点。
在曲线414中，可以看出这种未平衡，和/或引入阶数高于七阶球面像差的球面像差对中继透镜系统101的PxSF的影响，在曲线414中，在PxSF中出现波纹，并且PxSF包含在复杂并且波纹状的基数之上的半宽度较窄的较大峰值。这样的波纹不受欢迎，因为难以对于它们对至少一个第二光调制器103-2产生的最终图像的影响进行建模，和/或它们在由至少一个第二光调制器103-2产生的最终图像中产生不希望有的失真。此外，波纹越大，它们就越难被建模，和/或它们在最终图像中引入的失真越大。
从而，在一些实现方式中，孔径光阑127的给定数值孔径和一个或多个透镜125的组合被配置成平衡三阶、五阶和七阶球面像差和/或抑制球面像差中的高于七阶球面像差的球面像差，例如，抑制九阶以上的球面像差。在这些实现方式中，孔径光阑127的孔径包含在相对于给定透镜125的孔径光阑127的给定位置，引入球面像差的至少一部分，并且有助于平衡三阶、五阶和七阶球面像差，和/或滤出光中的大于三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差中的一个或多个的像差的直径。换句话说，选择孔径光阑127的孔径的直径，以致中继透镜系统101的光线扇形图中的局部极大值、局部极小值和/或光线扇形图的导数为0的点被抑制和/或消除。
尽管这样的抑制未完全消除PxSF中的波纹，不过，所述抑制将使对光线扇形图和透射通过中继透镜系统101的光的影响降至最小。
从而，中继透镜系统101一般被配置成向从其透射通过的光引入控制良好的球面像差。具体地，中继透镜系统101被配置成：抑制关联光线扇形图中的局部极大值、局部极小值和/或光线扇形图的导数为0的点；和作为结果，抑制PxSF中的波纹。
在一些实现方式中，中继系统101被配置成在PxSF中提供平滑下降的尾部，和/或控制PxSF，以致它是下述各项中的一个或多个：高斯形状、伪高斯形状、和具有宽阔的中央区域和延续在光输出123的光中的多个像素的尾部的形状。在一些实现方式中，通过包括五阶和七阶球面像差的组合，可以获得平滑下降的尾部，并且包括三阶球面像差，以使PxSF的中央部分宽阔和平坦。为此，光线扇形图包括斜率的绝对值增大的在中央区域(例如，包括等光程区域的中央区域)之外的区域，但是排除局部极大值、局部极小值和光线扇形图的导数为0的点，以便避免PxSF中的波纹。
然而，在其中利用高得多的F/#光学器件的实现方式中，利用三阶球面像差和抑制五阶球面像差也会导致期望的高动态范围。不过，这对系统100具有其它影响，比如衍射影响、效率影响和集光影响。简而言之，可根据孔径光阑的给定孔径，调整各个透镜125的种类、曲率半径、厚度和材料至少之一，透镜125的位置，和孔径光阑127的位置，以平衡孔径的各种影响和获得高动态范围。
在一些实现方式中，可相对于上边界函数和下边界函数，定义导致期望的高动态范围的PxSF和/或球面像差。例如，现在参见图4B，图4B描述包含关于中继透镜系统101的PxSF的下边界的曲线421，包含关于中继透镜系统101的PxSF的上边界的曲线423，和包含它们的平均值的曲线425。曲线421、423、425被绘制成作为离由至少一个第一光调制器103-1产生的图像的给定像素的距离(x轴)的函数的相对强度(y轴)。此外，各条曲线421、423、425是下述各项中的一个或多个：近似高斯形状；伪高斯形状；和具有宽阔的中央区域和延续多个像素的尾部的形状。
可根据建模、模拟、经验、实验、系统100的边界条件等中的一项或多项，分别定义上边界和下边界中每一个。例如，如图所示，来自由PxSF整形的像素的光将最小散布在+/-5个像素(即，由曲线421表示的下边界)内，最多散布在约+/-10个像素(即，由曲线423表示的上边界)内。然而，在其它实现方式中，例如，在其中使用高F/#光学器件的实现方式中，可以定义表示上边界和下边界的其它曲线。
在具体的非限制性实现方式中，由中继透镜系统101引入的球面像差把光中的像素的形状从在光输入121处的近似方形改变成具有如下定义的上边界和下边界的函数：
LB(r)＝0.9×(1/2+1/2cos(πr/N))当r<N时 式(2)
LB(r)＝0 当r≥N时 式(3)
UB(r)＝1.1exp(-(r/N)2) 式(4)
其中UB是上边界，LB是下边界，r是离像素的中心的距离，N是进入光输入121中的光的抖动图案的像素尺寸。例如，在其中利用5×5像素抖动图案的实现方式中，N＝5。然而，在其它实现方式中，可以利用其它大小的抖动图案，从而利用N的其它值。此外，参见图4B，下边界曲线421可用式(2)和(3)表示，上边界曲线423可用式(4)表示。
然而，在一些实现方式中，函数可以在(例如)上曲线421、423和式(2)、(3)、(4)中的一个或多个定义的上边界和/或下边界的给定百分率之内。例如，所述给定百分率可约为10％。换句话说，PxSF可以或者较高或者较低地在曲线421、423的给定百分率内，从而能够实现系统101的高动态范围。在一些实现方式中，所述给定百分率可约为10％。
此外，尽管可以利用特定的函数来表征曲线421、423的形状(例如，关于“高斯(Gaussian)”)，不过，曲线421、423可被一般地表征为大约满足以下条件中的一个或多个条件：所述形状的半高全宽可延续所述多个像素的至少约+/-4个像素，尾部可延续所述多个像素的至少+/-10个像素；所述形状的半高全宽可延续所述多个像素的约+/-3个像素到约+/-10个像素之间，尾部可延续所述多个像素的约+/-5个像素到约+/-30个像素之间。
之后参见图5，图5描述描述系统100的具体的非限制性实现方式的各个方面，具体地，分别描述第一光调制器103-1和第二光调制器103-2的一部分。在图5中，第一光调制器103-1包含2K-DMD，对应的第二光调制器103-2包含4K-DMD。图5中进一步图解说明参考图4A、图4B讨论的原理。
在第一光调制器103-1处的像素501通常为方形，以致从第一光调制器103-1反射的光中的像素具有如曲线503中所示的方形和/或矩形形状。不过，在反射光透射通过中继透镜系统101(即，图5的“中继路径”)，并且在反射光中(例如，在曲线403的光线扇形图中)引入给定球面像差之后，反射光中的像素变成类似于曲线413的曲线505。此外，透射光中的各个像素散布在第二光调制器的比像素501的面积大的面积内，如用像素507所示，像素507是照射第二光调制器103-2的透射光中的像素，而不是第二光调制器103-2的像素。不过，像素507通常以第二光调制器103-2的与第一光调制器103-1上的像素501对应的像素为中心，但是散布在第二光调制器103-2的几个像素内，比如散布在+/-4像素到+/-30像素的范围中。
从而，第一光调制器103-1也可被称为“预调制器”，它产生分辨率较低的图像，而第二光调制器103-2可被称为“主调制器”，它产生用模糊的待投影的低分辨率图像照射的分辨率较高的图像。
此外，具体的非限制性成功原型利用具有约13.68μm的像素间距的1.2″2K-DMD作为预调制器，利用具有约7.56μm的像素间距的1.4″4K-DMD作为主调制器。所述成功原型的透镜中继系统把来自预调制器的像素散布在主调制器上的约137到274μm之内(就预调制器的像素间距来说，从约+/-5像素到约+/-10像素，和/或就主调制器的像素间距来说，从约+/-9像素到约+/-36像素)。
另外可认识到对于光109中的各个像素，发生所述像素扩散，从而产生光111，光111用于照射至少一个第二光调制器103-2。另外可认识到对于光109中的各个彩色像素，发生所述像素扩散。
现在返回参见图1，图中描述了系统100和中继透镜系统101的其它方面。
如上所述，至少一个透镜125包含球面透镜。球面透镜可以位于孔径光阑127之前或之后。实际上，可以利用建模、模拟、经验、实验、系统100的边界条件等中的一个或多个，确定各个透镜125的种类、曲率半径、厚度和材料至少之一，各个透镜125的位置，各个透镜125的数目，和孔径光阑127的位置和大小。
此外，在一些实现方式中，可以利用反射镜129对准和/或旋转光109中的图像，以与一个或多个第二光调制器103-2对准。例如，在具体的非限制性实现方式中，各个光调制器103可以是矩形，并且归因于安排的几何约束，以致如果中继透镜系统101不包括反射镜129，那么光109和光111中的矩形图像会与一个或多个第二光调制器103-2成90°。通过在棱镜105中利用双棱镜结构(它可以是对称的、近似对称的和/或不对称的)，可引入这样的几何约束，如在Michael Perkins,Duane Scott Dewald和Nathan Wainwright于2013年11月4日提交的同时待审的申请，“Two-stage Light Modulation for High Dynamic Range”(申请号14/070627)中所述，该申请更详细地说明了系统100。
无论如何，为了校正这种90°未对准，反射镜129可在光109中的图像中引入90°旋转，以致光111中的图像与一个或多个第二光调制器103-2对准。换句话说，反射镜129从而可被配置成朝着光输出123，中继从光输入121接收的光109。尽管图1只图示了一个反射镜129，不过在其它实现方式中，中继透镜系统101可包含不止一个反射镜129，具体地，奇数个反射镜，以校正90°未对准。奇数个反射镜129具有和一个反射镜129相同的效果。从而，中继系统101可进一步包含奇数个反射镜129，所述奇数个反射镜129被配置成把从光输入121接收的光中继到光输出123。
此外，尽管反射镜129被描述成在一个或多个透镜125中的两个特定透镜之间，不过奇数个反射镜129可以位于一个或多个透镜125中的任意两个透镜之间，只要中继透镜系统101另外在从其透射通过的光中，引入上述球面像差。实际上，当中继透镜系统101包含不止一个反射镜129时，不同的反射镜129可以位于不同对的相邻透镜125之间。另一方面，奇数个反射镜129可以位于中继透镜系统101之外，可在光进入中继透镜系统101之前，或者在光离开中继透镜系统101之后，引入图像的90°旋转。
在一些实现方式中，一个或多个透镜125可被进一步配置成放大从光输入121到光输出123的光，其中放大倍率可以：大于1，小于1，或者约为1。从而，在其中一个或多个光调制器103-1类似于一个或多个光调制器103-2的实现方式中，一个或多个透镜125的放大倍率可为1:1。然而，在其中一个或多个光调制器103-1不同于和/或小于和/或大于一个或多个光调制器103-2的实现方式中，一个或多个透镜125的放大倍率可不同于1:1。换句话说，在这些实现方式中，一个或多个透镜125可把光109中的图像放大成光111中的更大的图像或更小的图像。
在其中在中继透镜系统101中发生放大的一些实现方式中，可以存在梯形失真(keystone distortion)和Scheimpflug原理之间的折衷。在这样的实现方式中，中继透镜系统101可以是双远心的，以减小梯形失真。此外，对一个或多个第二光调制器103-2和/或棱镜105-2的位置调整可减小由Scheimpflug原理引起的聚焦问题，以便例如更好地将一个或多个第二光调制器103-2与光111中的图像的平面对准。
可认识到光输入121可在一个或多个透镜125中包含第一透镜125-1。此外，光输出123可在一个或多个透镜125中包含最后的透镜125-6。此外，尽管光中继透镜系统101被描述成被包含在箱子等中，不过对中继透镜系统101不存在这样的要求。例如，利用适当的相应保持器和/或安装设备，可把各个透镜125、孔径光阑127和反射镜129安装在系统内。
在一些实现方式中，中继透镜系统101是双远心的。此外，为了获得中继透镜系统101的期望远心度，光输入121可以是远心的，从而，光输入121可包含入射光瞳在无穷远的远心透镜。类似地，光输出123可以是远心的，从而，光输出123可包含出射光瞳在无穷远的远心透镜。在其中光输入121和光输出123都是远心的实现方式中，中继透镜系统101是双远心的。
然而，这种双远心度还取决于在中继透镜系统101之外的系统100的各个组件。例如，进入中继透镜系统101的光109可以是远心的，这可以是在中继透镜系统101之前的系统100的光学器件的功能。
尽管至此假定孔径光阑127的孔径一般为圆形，不过在其它实现方式中，孔径光阑127的孔径可以是椭圆形和/或不对称的，以校正进入光输入121的光109的各向异性的数值孔径。孔径光阑127的这种不对称性可补偿从棱镜105-1接收的光109的固有的各向异性的数值孔径。
例如，现在参见图6，图6描述了特定的非限制性实现方式中的系统100的各个组件。图6图示了如上所述的第一光调制器103-1，以及关联的棱镜组合体(包括棱镜105-1和矩形棱镜106)。图6还图示光输入107，和离开中继透镜系统101的光111。光输入121和光输出123被图示成透镜(例如，远心透镜)，还图示了透镜125，以及反射镜129。另外，孔径光阑127被图示成在透镜125中的两个透镜之间。在孔径光阑127图示了X-Y坐标系601，以供参考。此外，图示了系统100的光轴603和/或通过系统100中继的光。显然，坐标系垂直于光轴603(例如，光轴603代表“Z”方向)。
无论如何，图示的棱镜组合体会在透射通过中继透镜系统101的光中，引起各向异性的数值孔径：例如，如图所示，X方向的数值孔径可以比Y方向的数值孔径大给定百分率。为了校正这种失真，孔径光阑127的孔径可在X方向，比Y方向小大约相同的给定百分率，从而产生离开中继透镜系统101的光111的各向同性和/或对称的数值孔径。在一些实现方式中，所述给定的百分率可约为10％。
图6还图示了孔径光阑127的两种变形的细节：具有圆形孔径的孔径光阑127a，当进入中继透镜系统101的光具有各向同性和/或对称的数值孔径时，孔径光阑127a可用于孔径光阑127；和具有椭圆形和/或不对称孔径的孔径光阑127b，当进入中继透镜系统101的光具有各向异性的数值孔径时，孔径光阑127b可用于孔径光阑127。不过，其它形状的孔径也在本实现方式的范围之内，以校正例如进入光输入121的光中的其它种类的各向异性。
此外，孔径光阑127可包含下述各项中的一个或多个：其中孔径光阑包含下述各项中的一个或多个：可变光阑(iris)；猫眼(cat's eye)；配置成手动调整孔径光阑127的孔径大小的设备(未图示)；和配置成调整孔径光阑127的孔径大小的电动机和/或步进电动机(未图未)。换句话说，孔径光阑127的孔径大小是可手动或者利用电动机调整的。对孔径光阑127的孔径大小的这种调整可用调谐中继系统101的PxSF。
进一步参考图1，在其中中继透镜系统101包含补偿板131的实现方式中，补偿板131可被配置成补偿光111中的图像中的其它种类的像差，例如，会在投影图像中导致不需要的像差的像散和慧形像散。例如，补偿板131可包含具有与楔形棱镜105-1、105-2类似的像差的倾斜平行板；从而，通过调整补偿板131的诸如厚度、倾斜角和/或倾斜方向之类的参数，补偿板131可被用于抵消棱镜中的不需要的像差。
实际上，在另外的实现方式中，一个或多个透镜125和/或孔径光阑127被配置成调整下述各项中的一个或多个：光的聚焦、变焦和像素(例如，PxSF)的形状。例如，可沿着中继透镜系统101的光轴，调整一个或多个透镜125中的至少一个的位置，以致通过调整一个或多个透镜125至少之一的位置，可调整光111的聚焦、变焦和像素的形状中的一个或多个。例如，中继透镜系统101的光轴包含光109、111沿其传播通过中继透镜系统101的轴线。从而，例如，一个或多个透镜125中的一个或多个可被安装在保持器中，所述保持器转而又被安装在中继透镜系统101内的轨道上，以致可沿中继透镜系统101的光轴的方向，顺着所述轨道移动透镜125中的一个或多个透镜。
在一些实现方式中，可手动地调整一个或多个透镜125中的至少一个透镜的位置。在其它实现方式中，中继透镜系统101可进一步包含用于例如沿着中继透镜系统101的光轴和/或上所述轨道，调整一个或多个透镜125至少之一的位置的电动机和/或步进电动机(未图示)。从而，在这些实现方式中，电动机和/或步进电动机被配置成移动保持器，该保持器转而保持一个或多个透镜125中的一个或多个透镜。在一些实现方式中，一个或多个透镜125中的至少两个透镜是可作为一组，手动和/或利用适当的电动机调整的。
从而，尽管未图示，不过中继透镜系统101还可包含下述各项中的一个或多个：配置成手动调整一个或多个透镜125中的至少一个透镜的位置的第一设备；配置成作为一组地调整一个或多个透镜125中的至少两个透镜的位置的第二设备；和配置成调整一个或多个透镜125中的一个或多个透镜的位置的电动机和/或步进电动机。
例如，可沿着光轴移动透镜125-1，以调整在孔径光阑127和一个或多个光调制器103-2上的光109、111的聚焦，从而也调整投影光113的聚焦。
此外，一个或多个透镜125中的至少两个透镜是可作为一组调整的。例如，一个或多个透镜125中的至少第一子集是可作为一组调整的，以调整聚焦，一个或多个透镜125中的至少第二子集是可作为一组调整的，以调整变焦，一个或多个透镜125中的至少第三子集是可作为一组调整的，以调整像素扩散函数的形状。
在一些实现方式中，可沿着光轴，作为一组地调整透镜125-5、125-6，以调整中继透镜系统101，和/或系统100中的变焦。
类似地，可沿着光轴，作为一组地调整透镜125-3、125-4，以调整像素扩散函数的形状。例如，当孔径光阑127位于透镜125-4和透镜125-5之间时，例如通过改变光照射在孔径光阑127上的角度和/或通过改变照射在孔径光阑127上的光的空间分布，透镜125-3、125-4的位置可影响透射通过孔径光阑127的光的PxSF的形状。
在另外的实现方式中，如上所述，孔径光阑127可包含可变光阑、猫眼等中的一个或多个，以致孔径光阑127的孔径的大小是可以调整的。从而，由于孔径大小可被调整，从而PxSF的形状也可被调整。例如，如上所述，相对于球面透镜的直径的孔径，光阑127的孔径的直径影响PxSF。从而，可以调整所述直径，直到获得期望的PxSF为止。
如上所述，补偿板131可用于调整像散和/或慧形像差。在一些实现方式中，补偿板131可被配置成绕倾斜轴旋转，以调整像散和/或慧形像差。在其它实现方式中，补偿板131可被配置成调整其厚度，和/或系统100可是以模块化的，以致不同厚度的补偿板可代替补偿板131。
在另一些实现方式中，系统100可被配置成调整其它像差。例如，可以绕斜轴、纵轴和/或横轴，作为一组地旋转一个或多个光调制器103-2，以及关联的棱镜组合体，以调整像面倾斜。类似地，可沿着系统100的光轴，移动一个或多个光调制器103，以调整轴向色像差。
在一些实现方式中，例如当准备系统100时，可以一次地进行对系统100的各个组件的调整，并锁定它们的各个位置。在其它实现方式中，可在准备系统100之后和/或在部署系统100之后，例如当各个组件老化，从而它们的性质改变时，和/或当由于系统100(例如，HDR投影仪)移动，从而各个组件的位置变动时，可进行对系统100的各个组件的调整。
总之，这里公开一种中继透镜系统，所述中继透镜系统在HDR投影仪中，从第一光调制器透射到第二光调制器的光中引入球面像差，其中第一光调制器被控制，以提供第一分辨率的图像，第二光调制器被控制，以提供分辨率更高的相似图像。第一分辨率的图像被用于照射第二光调制器，以按照在投影图像中产生高动态范围的方式引导所述光。中继透镜系统的孔径光阑的给定数值孔径和中继透镜系统的一个或多个透镜的组合被配置成：在光输入和光输出之间，在所述光中，引入球面像差；和抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为0的点。这导致把透射的低分辨率图像中的像素从大体方形(和/或矩形)改变成在光输出处的具有宽阔的中央区域和延续光中的多个像素的尾部的形状，已确定所述形状提供在系统模拟方面的良好可预测性，并且此外与当简单地模糊像素(例如，像素包括在投影图像中导致其它像差的波纹等)时相比，能够更好地控制照射第二光调制器的光。这可通过利用具有直径大于系统的一个或多个透镜的等光程点的孔径的孔径光阑来实现；孔径光阑可被进一步配置成抑制导致局部极大值、局部极小值和/或中继透镜系统的光线扇形图的导数为0的点，和/或导致系统的像素扩散函数中的波纹的各阶球面像差。
此外，在一些实现方式中，系统和/或中继透镜系统的各个组件的位置是可调整的，以补偿不需要的像差(例如，在投影图像中产生视觉分心的像差)，例如，相对于系统的光轴和/或中继透镜系统的光轴，移动各个组件。所述调整可用于改变变焦、聚焦、像素扩散函数、像散、慧形像散、像面倾斜、轴向和/或横向色像差等。所述调整可包括(但不限于)沿着光轴，移动中继透镜系统的透镜，改变补偿板的倾斜和/或厚度，旋转光调制器及其关联的棱镜组合体，沿着光轴移动光调制器，和改变孔径光阑的孔径的大小。可以手动地和/或借助电动机和/或步进电动机的帮助，进行所述调整。此外，可在准备系统时，进行所述调整，和/或可在准备系统之后，进行所述调整。
本领域的技术人员会认识到可存在更多的备选实现方式和变形例，上述例子仅仅是一种或多种实现方式的举例说明。于是，本公开的范围只由附加的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种中继透镜系统，包括：
光输入；
光输出；
一个或多个透镜，所述一个或多个透镜被配置成把来自光输入的光中继到光输出；和
孔径光阑，所述孔径光阑被配置成向通过所述一个或多个透镜中继的光提供给定数值孔径，
所述给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被配置成在所述光输入和所述光输出之间，在所述光中引入球面像差，所述球面像差把所述光中的像素的形状从在所述光输入处的近似方形改变成具有如下定义的上边界和下边界的函数：
LB(r)＝0.9×(1/2+1/2cos(πr/N))，当r＜N时，
LB(r)＝0，当r≥N时，
UB(r)＝1.1exp(-(r/N)2)，
其中UB是上边界，LB是下边界，r是距像素的中心的距离，N是进入所述光输入的光中的抖动图案的像素尺寸。
2.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被进一步配置成抑制球面像差的光线扇形图中的下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。
3.按照权利要求2所述的中继透镜系统，其中给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合被进一步配置成平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点。
4.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中球面像差把所述光中的像素的形状从在所述光输入处的近似方形改变成下述各项中的一个或多个：
在所述光输出处的近似高斯形状；
在所述光输出处的伪高斯形状；和
在所述光输出处的与所述光输入相比具有宽阔的中央区域和延续光中的多个像素的尾部的形状。
5.按照权利要求4所述的中继透镜系统，其中所述形状的半高全宽延续所述多个像素的至少+/-4个像素，所述尾部延续所述多个像素的至少+/-10个像素。
6.按照权利要求4所述的中继透镜系统，其中所述形状的半高全宽延续所述多个像素的+/-3个像素到+/-10个像素之间，所述尾部延续所述多个像素的+/-5个像素到+/-30个像素之间。
7.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述函数比所述上边界低上边界的给定百分比之内和/或比所述下边界高下边界的给定百分比之内。
8.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中球面像差包含球面像差的光线扇形图中的三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差中的一个或多个。
9.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述给定数值孔径和所述一个或多个透镜的组合可被配置成进行下述各项中的一个或多个：
平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：球面像差的光线扇形图上的局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点；和
抑制所述光中的大于下述各项中的一个或多个的球面像差：三阶球面像差；五阶球面像差；和七阶球面像差。
10.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述孔径光阑的孔径包括直径，该直径在相对于给定透镜的孔径光阑的给定位置处引入球面像差的至少一部分，和进行下述各项中的一个或多个：
平衡三阶球面像差、五阶球面像差和七阶球面像差，以抑制下述各项中的一个或多个：球面像差的光线扇形图上的局部极大值和局部极小值；和光线扇形图的导数为零的点；和
抑制光中的大于下述各项中的一个或多个的球面像差：三阶球面像差；五阶球面像差；和七阶球面像差。
11.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述一个或多个透镜中的至少一个透镜包含球面透镜。
12.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述给定数值孔径包含在F/2到F/8的范围中的光圈值。
13.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述孔径光阑的孔径是：
圆形；或者
下述各项中的一个或多个以校正进入所述光输入的光的各向异性的数值孔径：椭圆形和不对称。
14.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述孔径光阑包含下述各项中的一个或多个：
可变光阑；
猫眼；
配置成手动调整所述孔径光阑的孔径的大小的设备；和
配置成调整所述孔径光阑的孔径的大小的电动机和步进电动机中的一个或多个。
15.按照权利要求1所述的中继透镜系统，还包括奇数个反射镜，所述奇数个反射镜被配置成向所述光输出中继从所述光输入接收的光。
16.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述中继透镜系统是双远心的。
17.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述一个或多个透镜被进一步配置成放大从光输入到光输出的光，其中放大倍率能够为：大于1、小于1、或者为1。
18.按照权利要求1所述的中继透镜系统，其中所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置能够被沿着所述中继透镜系统的光轴调整，使得通过调整所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置，能够调整所述光的聚焦、变焦和像素的形状中的一个或多个。
19.按照权利要求1所述的中继透镜系统，还包括下述中的一个或多个：
第一设备，所述第一设备被配置成手动调整所述一个或多个透镜中的至少一个透镜的位置；
第二设备，所述第二设备被配置成作为一组地调整所述一个或多个透镜中的至少两个透镜的位置；和
电动机和步进电动机中的至少一个，其被配置成调整所述一个或多个透镜中的一个或多个透镜的位置。
20.按照权利要求1所述的中继透镜系统，还包括补偿板，所述补偿板被配置成补偿光的像散和慧形像散中的一个或多个。
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