CN117120906A - 具有宽视场的光学透镜组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜。该第二主表面和该第三主表面彼此面对。该第一主表面至该第四主表面具有相应的矢高S1至S4，其中这些矢高中的每个矢高由下式定义：(1)其中c为1/主表面的曲率半径，k为该表面的圆锥常数，r为距光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数。该第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，该第二主表面是凸形的，该第三主表面是基本上平面的，并且该第四主表面是凸形的，其中对于从约1mm延伸到至少约25mm的r：‑0.7≤S1/S2≤1‑0.2≤S1/S4≤0.4。

Description

具有宽视场的光学透镜组件

发明内容

在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜。该第二主表面和该第三主表面彼此面对。该第一主表面至该第四主表面具有相应的矢高S1至S4，其中这些矢高中的每个矢高由以下等式定义：

其中c为1/主表面的曲率半径，k为该表面的圆锥常数，r为距该光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数。该第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。该第二主表面是凸形的，该第三主表面是基本上平面的，并且该第四主表面是凸形的。对于从约1毫米(mm)延伸到至少约25mm的r值，S1/S2的比率大于或等于约-0.7并且小于或等于约1，并且比率S1/S4大于或等于约-0.2并且小于或等于约0.4。对该S1/S2比率和该S1/S4比率中的每一者的最佳四阶多项式拟合具有大于约0.95的r平方值。

在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜。该第二主表面和该第三主表面彼此面对。该第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。该第二主表面是凸形的，该第三主表面是基本上平面的，并且该第四主表面是凸形的。该第一主表面至该第四主表面具有作为距该光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1至S4，其中S1*S2在第一径向距离r1处具有第一局部峰值，并且S1*S2/S4在不同于r1的第二距离r2处具有第二局部峰值。来自空间频率在每毫米约15至约25个线对之间的对象的、束直径在约4mm与6mm之间、或约3mm与约7mm之间的基本上准直的光束沿着第一方向传播，在距该第一主表面大于约20mm的第一距离处与该光学轴线相交并且入射在该光学透镜组件的该第一主表面侧上，并且在穿过该第一光学透镜和该第二光学透镜中的至少每一者之后聚焦到焦斑，该第一方向与该光学轴线形成至少15度的第一角，此时对于静态、前视瞳孔，该光学透镜组件对于该焦斑处的该入射光束的调制传递函数(MTF)大于约0.7。

在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜。该第一光学透镜和该第二光学透镜包括第一主表面、凸形第二主表面和凸形第三主表面，该第一主表面具有被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。该第一主表面至该第三主表面具有被定义为距该光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1、S2和S4，其中S1*S2/S4具有局部最小值。部分反射器设置在该第三主表面上并基本上适形于该第三主表面。反射偏振器设置在该第二主表面上并基本上适形于该第二主表面。该光学透镜组件被配置为具有能够通过至少轴向地改变该第一光学透镜与该第二光学透镜之间的间隔而跨至少从约-5屈光度延伸到约2屈光度的屈光度范围进行调整的焦点，使得对于该屈光度范围中的每个屈光度，随着视场角从约0度改变为约30度，屈光度曲率小于约1屈光度。出于本说明书的目的，术语“屈光度曲率”应定义为表示“人眼或物镜跨视场清晰观察图像的不同点所需的焦点调整的总范围，以屈光度为单位测量”。

在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面。该第一光学透镜面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜。该第二主表面和该第三主表面彼此面对。该第一主表面至该第四主表面具有相应的矢高S1至S4，其中这些矢高中的每个矢高由下式定义：

其中c为1/主表面的曲率半径，k为该表面的圆锥常数，r为距该光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数。该第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，该第二主表面是凸形的，该第三主表面是基本上平面的，并且该第四主表面是凸形的。对于该第一主表面：0.0035≤c≤0.006mm^-1，-3≤k≤-1.5，并且-5E-06≤a₂≤-3E-06。对于该第二主表面：-0.006≤c≤0.004mm^-1，30≤k≤37，并且0.5E-06≤a₂≤2E-06。第四主表面是曲率半径在约-85mm与约-60mm之间的基本上球形表面。

在本说明书的一些方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜。该第一光学透镜和该第二光学透镜一起至少包括第一主表面、凸形第二主表面和凸形第三主表面、设置在该第三主表面上并基本上适形于该第三主表面的部分反射器和设置在该第二主表面上并基本上适形于该第二主表面的反射偏振器。该光学透镜组件被配置为具有能够通过至少轴向地改变该第一光学透镜与该第二光学透镜之间的间隔而跨至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围进行调整的焦点，使得对于焦点调整范围内的每个焦点位置，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约10％，或者产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约5％。

附图说明

图1是根据本说明书的一个实施方案的包括光学透镜组件的光学系统的侧面剖面图；

图2是根据本说明书的一个实施方案的透镜的表面的前视图，该表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分；

图3是根据本说明书的一个实施方案的光学透镜的矢高的定义的图示；

图4是根据本说明书的一个实施方案的光学透镜组件的四个主表面中的每个主表面的矢高的曲线图；

图5A和图5B提供了示出根据本说明书的一个实施方案的图4中定义的各种矢高之间的关系的曲线图；

图6示出了根据本说明书的一个实施方案的图1的光学透镜组件的弧矢场曲率和子午场曲率的曲线图；

图7是根据本说明书的一个实施方案的图1的光学透镜组件的一些表面的矢高的关系的曲线图；

图8A和图8B示出了根据本说明书的一个实施方案的以能够感知虚像的成像系统为特征的光学系统；

图9提供了根据本说明书的一个实施方案的跨从约0度至约35度的角场至少从约-8屈光度延伸到约4屈光度的屈光度范围的各种屈光度值的曲线图；

图10是根据本说明书的一个实施方案的包括光学透镜组件和成像系统的光学系统的侧面剖面图；

图11提供了根据本说明书的一个实施方案的对于静态、前视瞳孔在场角范围内的调制传递函数(MTF)值的曲线图；

图12A至图12C示出了如何通过改变透镜元件中的一个透镜元件的位置来调整光学透镜组件的焦点；并且

图13A至图13C示出了根据本说明书的一个实施方案的光学系统的焦点调整曲线和放大率曲线。

具体实施方式

在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。

根据本说明书的一些方面，一种光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜。在一些实施方案中，第二主表面和第三主表面可彼此面对。在一些实施方案中，第一主表面至第四主表面可具有相应的矢高(sag)S1至S4，其中这些矢高中的每个矢高可由以下等式定义：

其中c为1/主表面的曲率半径，k为表面的圆锥常数(即史瓦西常数)，r为距光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数。在一些实施方案中，第一主表面可包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。在一些实施方案中，第二主表面可以是凸形的，第三主表面可以是基本上平面的，并且第四主表面可以是凸形的。在一些实施方案中，对于从约1mm延伸到至少约25mm的r值，S1/S2的比率可大于或等于约-0.7并且小于或等于约1，并且S1/S4的比率可大于或等于约-0.2并且小于或等于约0.4。在一些实施方案中，对S1/S2比率和S1/S4比率中的每一者的最佳四阶多项式拟合可具有大于约0.95的r平方值。

在一些实施方案中，光学透镜组件还可包括设置在第四主表面上并基本上适形于该第四主表面的部分反射器(例如，50/50分束器层或涂层)。在一些实施方案中，光学透镜组件还可包括设置在第二主表面上并基本上适形于该第二主表面的反射偏振器。在一些实施方案中，对于基本上垂直的入射光和从约420nm延伸到约680nm的可见光(即，人类可见光)波长范围，部分反射器对于正交的第一偏振态和第二偏振态中的每一者可具有至少30％的平均反射率和至少30％的平均透射率，并且反射偏振器对于第一偏振态可具有至少60％的平均反射率，并且对于第二偏振态可具有至少60％的平均透射率。例如，反射偏振器可对具有p-pol线性偏振类型的光具有至少60％、或至少65％、或至少70％、或至少75％的平均反射率，并且反射偏振器可对具有s-pol线性偏振类型的光具有至少60％、或至少65％、或至少70％、或至少75％的平均透射率。在此讨论的偏振类型仅是示例，并不旨在进行限制。

在一些实施方案中，对于高达至少约45度的视场，光学透镜组件可具有变化小于约100微米、或小于约95微米、或小于约90微米、或小于约85微米的单色弧矢场曲率。在一些实施方案中，对于高达至少约45度的视场，光学透镜组件还可具有变化小于约200微米、或小于约190微米、或小于约180微米、或小于约170微米、或小于约160微米、或小于约150微米、或小于约140微米、或小于约135微米的单色子午场曲率。

在一些实施方案中，光学透镜组件还可以是光学系统的一部分，该光学系统还包括设置在光学透镜组件的第四主表面上并基本上适形于该第四主表面的部分反射器、设置在第二主表面上并基本上适形于该第二主表面的反射偏振器、光学系统轴线和显示器。在一些实施方案中，当观察者的眼睛邻近光学透镜组件的眼睛侧上的眼睛位置定位时，光学透镜组件可形成由显示器发射的图像的虚像以供该眼睛观看。在一些实施方案中，对于相对于光学系统轴线在约5度和约30度之间的第一场角处的每个第一虚像位置，当成像系统以成像系统轴线为中心并且邻近眼睛位置定位并形成对应于第一虚像位置的虚像的实像时，随着成像系统被至少旋转成使得成像系统轴线接近第一场角，所形成图像的分辨率增加。换句话说，随着成像系统从光学系统轴线朝向第一场角旋转，虚像的感知分辨率可增加。

在一些实施方案中，光学系统的光学透镜组件可被配置成使得该光学透镜组件几乎是远心的。出于本说明书的目的，术语“远心”应定义为意味着对光学透镜组件进行调整以改变焦点(例如，将光学透镜组件的焦点从-5屈光度改变为-4屈光度)不会导致光学系统的放大率发生变化。术语“近远心”将定义为意味着对光学透镜组件进行调整以改变焦点会导致放大率发生变化，这些变化仅限于小百分比，诸如小于5％、小于4％或小于3％。

出于本说明书的目的，术语“放大率”应定义为由光学透镜组件角形成的对象的图像所对向的角与对象在近点(例如，约25cm的人类视觉近点)所对向的角的比率。例如，如果当由人类观察者观看时，对象(例如，蜡烛)在约25cm处对向10度角(θ_对象)，并且当通过光学透镜组件观看时(对象在光学透镜组件的焦平面上)，对象的图像对向20度角(θ_图像)，则光学透镜组件的放大率M为：

M＝θ_图像/θ_对象＝20°/10°＝2

放大率也可根据光学透镜组件的期望视场来考虑。例如，当光学透镜组件处于一个焦点(例如，-5屈光度)时，通过光学透镜组件观看的对象可产生具有60度视场的虚像。如果将光学透镜组件调整到另一焦点(例如，-4屈光度)，并且产生相同视场(60度)所需的对象的高度发生变化(增大或减小)，则系统的放大率随着焦点变化而变化，并且系统不被视为完全远心。

在一些实施方案中，本文所述的光学系统可被配置成使得对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，虚像的放大率在95度视场上变化小于约4.5％。在一些实施方案中，光学系统可被配置成使得对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约4.5％。在一些实施方案中，光学系统可被配置成使得对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约2.7％。在一些实施方案中，光学系统可被配置成使得对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约1.9％。

在一些实施方案中，本文所述的光学系统可被配置成使得对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，虚像的放大率在60度视场上变化小于约2.5％。在一些实施方案中，光学系统可被配置成使得对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约2.5％。在一些实施方案中，光学系统可被配置成使得对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约1％。在一些实施方案中，光学系统可被配置成使得对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约0.6％。

根据本说明书的一些方面，一种光学透镜组件可包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜。在一些实施方案中，第二主表面和第三主表面可彼此面对(即，第一光学透镜和第二光学透镜可设置成使得第一光学透镜的第二主表面面向第二光学透镜的第三主表面)。在一些实施方案中，第一主表面可具有被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。

在一些实施方案中，第二主表面可以是凸形的，第三主表面可以是基本上平面的，并且第四主表面可以是凸形的。在一些实施方案中，第一主表面至第四主表面可具有相应的矢高S1至S4，其中矢高S1至S4被定义为距光学轴线的径向距离r的函数。在一些实施方案中，S1*S2的曲线图可在第一径向距离r1处具有第一局部峰值(例如，局部最大值)，并且S1*S2/S4的曲线图可在不同于r1的第二距离r2处具有第二局部峰值(例如，局部最小值)。在一些实施方案中，比率S1/S2和S1/S4中的至少一者可由四阶多项式来描述。

在一些实施方案中，来自空间频率在每毫米约15至约25个线对(或约17至约23个线对、或约19至约23个线对)之间的对象的、束直径在约4mm至约6mm之间、或约3mm至约7mm之间的基本上准直的光束沿着第一方向传播并在距第一主表面大于约20mm、或约21mm、或约22mm、或约23mm、或约24mm、或约25mm、或约26mm的第一距离处与光学轴线相交并且入射在光学透镜组件的第一主表面侧上，并且在穿过第一光学透镜和第二光学透镜中的至少每一者之后聚焦到焦斑上，此时对于静态、前视瞳孔，光学透镜组件对于焦斑处的入射光束的调制传递函数(MTF)可大于约0.7、或约0.75、或约0.8、或约0.85。在一些实施方案中，第一方向可与光学轴线形成至少15度的第一角。出于本申请的目的，上面使用的MTF应指弧矢MTF值和子午MTF值的平均值。在一些实施方案中，第一距离可距第一主表面小于约30mm、或小于约29mm、或小于约28mm。在一些实施方案中，基本上准直的波束可具有小于约5度、或小于约3度、或少于约1度的全发散角。

根据本说明书的一些方面，一种光学透镜组件可包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜。第一光学透镜和第二光学透镜可包括第一主表面、凸形第二主表面和凸形第三主表面，该第一主表面具有被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。在一些实施方案中，第一主表面至第三主表面具有作为距光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1、S2和S4，使得S1*S2/S4的曲线图具有局部最小值。在一些实施方案中，部分反射器可设置在第三主表面上并基本上适形于该第三主表面。在一些实施方案中，反射偏振器可设置在第二主表面上并基本上适形于该第二主表面。在一些实施方案中，光学透镜组件可被配置成具有能够通过至少轴向地改变第一光学透镜与第二光学透镜之间的间隔D而跨至少从约-5屈光度延伸到约2屈光度的屈光度范围进行调整的焦点。在一些实施方案中，对于焦点调整范围内的每个焦点位置，随着视场角从约0度改变为约30度、或约35度，屈光度曲率可小于约1屈光度。在一些实施方案中，随着视场角从约0度改变为约15度、或约10度，屈光度曲率可小于约0.5屈光度、或小于约0.4屈光度、或小于约0.3屈光度、或小于约0.2屈光度、或小于约0.1屈光度。

根据本说明书的一些方面，一种光学透镜组件可包括光学轴线和第一光学透镜，该第一光学透镜具有相反的第一主表面和第二主表面并且面向具有相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜。在一些实施方案中，第二主表面和第三主表面可彼此面对。在一些实施方案中，第一主表面至第四主表面可具有相应的矢高S1至S4，其中这些矢高中的每个矢高由下式定义：

其中c为1/主表面的曲率半径，k为该表面的圆锥常数，r为距该光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数。在一些实施方案中，第一主表面可包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，第二主表面可以是凸形的，第三主表面可以是基本上平面的，并且第四主表面可以是凸形的。在一些实施方案中，对于第一主表面：0.0035mm^-1≤c≤0.006mm^-1，-3≤k≤-1.5，并且-5E-06≤a₂≤-3E-06。在一些实施方案中，对于第二主表面：-0.006mm^-1≤c≤0.004mm^-1，30≤k≤37，并且0.5E-06≤a₂≤2E-06。在一些实施方案中，第四表面可以是曲率半径在约-85mm与约-60mm之间的基本上球形表面。

根据本说明书的一些方面，一种光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜。在一些实施方案中，第一光学透镜和第二光学透镜一起可至少包括第一主表面、凸形第二主表面和凸形第三主表面、设置在第三主表面上并基本上适形于该第三主表面的部分反射器和设置在第二主表面上并基本上适形于该第二主表面的反射偏振器。在一些实施方案中，光学透镜组件可被配置为具有能够通过至少轴向地改变第一光学透镜与第二光学透镜之间的间隔而跨至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围进行调整的焦点，使得对于焦点调整范围内的每个焦点位置，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约10％、或小于约7％、或小于约5％、或小于约4.5％。

在一些实施方案中，第一主表面可包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。在一些实施方案中，第一主表面至第三主表面可具有作为距光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1、S2和S4，其中S1*S2/S4具有局部最小值。

在光学透镜组件的一些实施方案中，对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约5％、或小于约4％、或小于约3％。在一些实施方案中，对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约3％、或小于约2％。在一些实施方案中，对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约5％、或小于约4％、或小于约3％、或小于约2.5％。在一些实施方案中，对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约3％、或小于约2％、或小于约1％。在一些实施方案中，对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约3％、或小于约2％、或小于约1％、或小于约0.6％。

现在转到附图，图1是根据本说明书的包括光学透镜组件300的光学系统400的侧面剖面图。在一些实施方案中，光学系统400包括光学系统轴线10、光学透镜组件300、显示器55，该显示器被配置为当观察者的眼睛80定位在光学透镜组件300的眼睛侧301上时发射图像41以供眼睛80观看。

在一些实施方案中，光学透镜系统300可包括第一光学透镜20，该第一光学透镜面向第二光学透镜30。在一些实施方案中，第一光学透镜20可包括第一主表面21和第二主表面22。在一些实施方案中，第二光学透镜30可包括第三主表面31和第四主表面32。第一光学透镜20和第二光学透镜30可设置成使得第二主表面22面向第三主表面31，如图1所示。

在一些实施方案中，第一主表面21可包括被环形凹形外部部分24包围的凸形中心部分23(还参见图2的示出部分23和24的第一主表面21的前视图)。在一些实施方案中，第二主表面22可以是凸形的，第三主表面31可以是基本上平面的，并且第四主表面32可以是凸形的。在一些实施方案中，第一主表面至第四主表面21、22、31、32中的每一者可具有相应的矢高S1、S2、S3和S4，其中这些矢高中的每个矢高由下式定义：

其中c为1/主表面的曲率半径，k为表面的圆锥常数(即史瓦西常数)，r为距光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数。有关四个主表面的矢高的更多细节，至少参见图3和图4。

在一些实施方案中，对于从约1mm延伸到至少约25mm的r值，以下关系可以成立：

-0.7≤S1/S2≤1并且

-0.2≤S1/S4≤0.4。

在一些实施方案中，对S1/S2和S1/S4中的每一者的最佳四阶多项式拟合具有大于约0.95的r平方值(还参见图5A和图5B)。

在一些实施方案中，光学系统400还包括设置在第四主表面32上并基本上适形于该第四主表面的部分反射器40(例如，50/50分束器涂层或膜)，以及设置在第二主表面22上并基本上适形于该第二主表面的反射偏振器50。在一些实施方案中，光学系统400可形成图像41的虚像70以供眼睛80观看。在一些实施方案中，光学系统400还可包括设置在第一光学透镜20与第二光学透镜30之间的光学延迟片90(例如，四分之一波片)。

出于本说明书的目的，术语“光学系统轴线”、“系统轴线”和“光学轴线”是同义的，并且这些术语将被定义为表示假想线，该假想线定义了光传播通过光学系统所沿的路径，并且光路围绕该假想线表现出某种程度的旋转对称。在一些实施方案中，光学系统轴线可被折叠(即，光可穿过一个或多个光学部件(例如，透镜、光学膜、光学延迟片等)、被该一个或多个光学部件反射、折射或以其他方式受其影响，使得光的路径是折叠的而不是严格线性的)。然而，即使在具有折叠光学轴线的系统中，如本文所用，这些术语也应被定义为在光学系统中沿其存在旋转对称的假想线。

在一些实施方案中，光学系统轴线10可以是折叠光学系统轴线。在一些实施方案中，光学系统轴线10可被折叠，使得光学系统轴线10的第一分段与光学系统轴线的不同的第二分段基本上重合。例如，光线99可从显示器55穿过部分反射器40和光学延迟片90，被反射离开反射偏振器50，返回穿过光学延迟片90，并且然后被反射离开部分反射器40，返回穿过光学延迟片90和反射偏振器50(因为在穿过光学延迟片三次之后偏振态已改变)，并且最终通过反射偏振器50朝向观察者的眼睛80离开光学透镜组件300的眼睛侧301。

图2是图1的第一光学透镜20的第一主表面21的前视图。第一主表面21包括被环形凹形外部部分24(即，具有推入图像平面中的圆形底部的“沟”)包围的凸形中心部分23(即，具有延伸出图像平面的峰的圆形“丘”)。虚线旨在指示凸形中心部分23和环形凹形外部部分24的大致边界(两个表面之间的一般关系)，并且并非旨在限制或限定具体尺寸。

图3是如在本说明书中使用的光学透镜的矢高的定义的图示。如本文所用，给定的矢高值s被定义为对于距光学系统轴线10的给定半径r，从包含透镜(诸如由图1的第四主表面32限定的透镜)的顶点的平面到透镜32的表面的距离。矢高s的值将在给定透镜形状的表面上变化。对于如图3所示的表面32，矢高s随着r(距光学系统轴线的距离)的值的增大而增大。对于其他表面(诸如图1和图2的第一主表面21)，矢高s可随着距离r交替地增大和减小。

图4是如图1所示的光学透镜组件300的四个主表面21、22、31和32中的每一者的示例性实施方案的矢高S1、S2、S3和S4的曲线图。x轴(即，曲线图的底部)示出以毫米(mm)为单位测量的矢高值，y轴(即，竖直轴线)示出以mm为单位的r值(即，距顶点的距离)。对应于第一主表面21的矢高曲线图S1示出了增加的矢高(由图2的环形凹形外部部分24产生)首次切换到减小的矢高(在环形凹形外部部分24的端部处，此时表面开始再次上升)。对应于第二主表面22和第四主表面32的矢高曲线图S2和S4示出了随着r增大而增大的矢高值(指示凸形表面)，并且第三主表面31的矢高曲线图S3示出了不变的矢高值(指示基本上平坦的表面)。

图5A和图5B提供了示出针对图4中捕获的实施方案所定义的各种矢高之间的关系的曲线图。图5A示出了关系S1/S2(即，图1的第一主表面21和图1的第二主表面22的矢高)的曲线图。如先前所讨论的，对于从约1mm延伸到至少约25mm的r值，S1/S2的值大于或等于约-0.7，并且小于或等于约1.0。图5B示出了关系S1/S4(即，图1的第一主表面21和图1的第四主表面32的矢高)的曲线图。如先前所讨论的，对于从约1mm延伸到至少约25mm的r值，S1/S4的值大于或等于约-0.2，并且小于或等于约0.4。每个曲线图(图5A和图5B)示出两条曲线。第一条线(实线)是两个表面的矢高的关系(图5A的S1/S2和图5B的S1/S4)，并且第二条线(虚线)示出了对对应关系曲线图中的每个对应关系曲线图的最佳四阶多项式拟合。图5A和图5B中提供了所使用的实施方案的曲线图方程和实际R平方值。

图6示出了根据本说明书的图1的光学透镜组件300的弧矢场曲率(虚线)和子午场曲率(实线)的曲线图。图6的曲线图是以-0.5屈光度/2.0米虚像距离的标称焦点生成的。除非本文另外指明，否则该值是用于生成本文提供的这些和其他曲线图的标称焦点。图6示出了图1的光学透镜组件300的实施方案的弧矢场曲率60(沿着穿过透镜的水平平面的曲率)的曲线图。对于图6的实施方案可以看出，光学透镜组件300具有变化小于约100微米、或小于约95微米、或小于约90微米、或小于约85微米、或小于约80微米、或小于约75微米的弧矢场曲率60。图6还示出了图1的光学透镜组件300的实施方案的子午场曲率61(沿着穿过透镜的竖直平面的曲率)的曲线图。对于图6的实施方案可以看出，光学透镜组件300具有变化小于约200微米、或小于约190微米、或小于约180微米、或小于约170微米、或小于约160微米、或小于约150微米、或小于约140微米、或小于约135微米的子午场曲率61。

图7是根据本说明书的图1的光学透镜组件300的表面的矢高S1至S4的附加关系的曲线图。作为提醒，S1表示第一主表面21(参见图1)的矢高，S2表示第二主表面22的矢高，S3表示第三主表面31的矢高，并且S4表示第四主表面32的矢高。图7中的曲线表示关系S1*S2的曲线图和关系S1*S2/S4的曲线图。在一些实施方案中，S1*S2的曲线图可在第一径向距离r1处具有第一局部峰值70(例如，局部最大值)，并且S1*S2/S4的曲线图可在不同于r1的第二距离r2处具有第二局部峰值71(例如，局部最小值)。

图8A和图8B示出了根据本说明书的以能够感知虚像的成像系统为特征的光学系统。由于图8A和图8B是图1的光学系统400的简化版本，因此为了下面的讨论，应将图1与图8A和图8B一起检查。为了简单起见，图8A/图8B中省略了一些细节，并且因此在图8A和图8B中光学系统将由400b表示。

参见图1和图8A，光学系统400b包括图1的光学透镜组件、光学系统轴线10和显示器55，该光学透镜组件包括设置在第四主表面32上并基本上适形于该第四主表面的部分反射器40和设置在第二主表面22上并基本上适形于该第二主表面的反射偏振器50。在一些实施方案中，当眼睛80邻近光学透镜组件的眼睛侧301上的眼睛位置84定位时，光学系统400b形成由显示器55发射的图像41的虚像70以供该眼睛观看。

在一些实施方案中，对于相对于光学系统轴线10在约5度和约30度之间的第一场角a1处的每个第一虚像位置71，当以成像系统轴线141为中心的成像系统140邻近眼睛位置84定位并形成对应于第一虚像位置71的虚像70的图像时，随着成像系统140被至少旋转成使得成像系统轴线141接近第一场角a1，所形成图像的分辨率增加(如图8B所示)。也就是说，在一些实施方案中，当成像系统140旋转到角a1时，虚像位置71的感知分辨率可增加(即，改善)。

图9提供了对于图1的光学透镜组件300，跨从约0度至约35度的角场延伸至少约-8屈光度至约4屈光度的屈光度范围内的各种屈光度值的曲线图。换句话说，图9提供了基于改变(增大或减小)图1所示的间隔D的各种屈光度值。

图9的数据曲线图中的每个点都是使用光学设计软件套件计算的，遵循以下过程步骤：

1)将虚像距离调整至标称屈光度设置。

2)调整透镜位置，以在0度场处实现最佳焦点，同时5mm瞳孔向前注视，不旋转。

3)围绕瞳孔后面12mm(透镜后面27mm)的点旋转5mm瞳孔至每个角场点。

4)优化虚像距离以获得每个点的最佳焦点，并根据虚像距离计算屈光度值。

图9沿着左竖直轴线示出以屈光度为单位的虚像平面焦点，并且在右竖直轴线上示出间隔距离D的变化。x轴示出了范围从约0度至约35度的变化的视场角。如图9所示，对于图1的光学透镜组件300，光学透镜组件被配置为具有能够通过至少轴向地改变第一光学透镜20与第二光学透镜30之间的间隔D而跨至少从至少约-5屈光度延伸到至少约2屈光度的屈光度范围进行调整的焦点，使得对于焦点调整范围内的每个焦点位置，随着视场角从约0度改变为约30度、或从约0度改变为约35度，屈光度曲率小于约1屈光度。

图10是根据本说明书的包括光学透镜组件300的光学系统400的替代侧面剖面图。光学透镜组件300包括光学系统轴线10和第一光学透镜20，该第一光学透镜具有相反的第一主表面21和第二主表面22并且面向具有相反的第三主表面31和第四主表面32的第二光学透镜30。在一些实施方案中，第二主表面22和第三主表面31可彼此面对。如本文其他地方所讨论的，第一主表面21包括被环形凹形外部部分24包围的凸形中心部分23，第二主表面22是凸形的，第三主表面31是基本上平面的，并且第四主表面32是凸形的。

在一些实施方案中，第一主表面至第四主表面21、22、31、32可具有作为距光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1至S4。在一些实施方案中，如图7所示，S1*S2的曲线图可在第一径向距离r1处具有第一局部峰值70，并且S1*S2/S4的曲线图可在不同于r1的第二距离r2处具有第二局部峰值71。

在一些实施方案中，来自对象81的基本上准直的光束100沿着第一方向82传播并且在距第一主表面21大于约20mm、或约21mm、或约22mm、或约23mm、或约24mm、或约25mm、或约26mm的第一距离d1处与光学系统轴线10相交并且入射在光学透镜组件300的第一主表面21侧上并且在穿过第一光学透镜20和第二光学透镜30中的至少每一者之后聚焦到焦斑84，此时对于静态、前视瞳孔，光学透镜组件对于焦斑处的入射光束的调制传递函数(MTF)大于约0.70、或大于约0.75、或大于约0.80、或大于约0.85(也参见图11，MTF曲线图85)。在一些实施方案中，准直光束100的束直径D_b在约4mm和约6mm之间、或在约3mm和约7mm之间。在一些实施方案中，对象81可具有每毫米约15至约25、或约17至约23、或约19至约23个线对之间的空间频率。在一些实施方案中，第一方向82可与光学轴线形成至少15度的第一角θ1。出于本说明书的目的，所使用的调制传递函数(MTF)(附图标记85)是指光学透镜组件300的弧矢MTF和子午MTF的平均值。

图11提供了针对本说明书的至少一些实施方案的以上在图10的描述中引用的调制传递函数(MTF)值的曲线图。图11示出了针对静态、前视瞳孔在21个线对/毫米处的弧矢MTF、子午MTF和平均MTF(线85)的曲线图。查看平均MTF曲线图85，可以看到在15度的场角(图10的θ1)(位置83)和更高的旋转角下，MTF值至少大于0.70或0.75。

图12A至图12C示出了针对不同屈光度值对透镜组件进行聚焦可如何影响产生具有固定视场的虚像所需的对象高度。可通过改变第一光学透镜20与第二光学透镜30之间的间隔(即，间隙)来改变光学透镜组件300的焦点。在图12A所示的示例性实施方案中，通过将第一光学透镜20与第二光学透镜30之间的间隙改变为0.46mm来将光学透镜组件300的焦点调整为-8屈光度(-8.0D)。在图12B所示的示例性实施方案中，通过将第一光学透镜20与第二光学透镜30之间的间隙改变为4.47mm来将光学透镜组件300的焦点调整为-0.5屈光度(-0.5D)。在图12C所示的示例性实施方案中，通过将第一光学透镜20与第二光学透镜30之间的间隙改变为6.34mm来将光学透镜组件300的焦点调整为3屈光度(+3.0D)。

在完美对象空间远心目镜中，由固定高度的对象的目镜形成的虚像所对向的角度不会随着目镜的焦点的调整而改变。换句话讲，在完美对象空间远心目镜中，通过焦点调整，放大率将保持恒定。在对象空间中近远心的目镜中，由给定高度的对象通过目镜形成的虚像所对向的角会发生轻微的变化。尽管在图12A至图12C中不是很明显，但随着焦点的调整，产生全视场所需的对象高度发生小的变化。图13B至图13C中定量地示出这种小的变化。

应当指出的是，为了简单起见，图12A至图12C中所示的角θ_FOV表示全视场的一半。也就是说，例如对于60度的全视场，角θ_FOV将为30度(假设全视场关于系统光学轴线对称)。在真正远心光学系统中，将焦点从一个屈光度改变为下一个屈光度对放大率几乎没有影响(即，无论焦点如何，相同对象高度将提供相同的视场)。然而，使用本文描述的方法可实现近远心的光学系统。

图13A至图13C示出了如本文所述的光学系统的焦点调整曲线和放大率曲线，示出了在期望的屈光度范围上的近远心性能。图13A示出了本说明书的一个实施方案的焦点调整曲线，绘制了与第一光学透镜20和第二光学透镜30(也参见图1)之间的以毫米(mm)为单位的距离相关的屈光度数(屈光度焦点)。图13A示出了透镜之间的间距从约0.46mm至约6.34mm的逐渐增加如何将屈光度焦点从约-8屈光度增加到约+3屈光度，这代表了适应大部分人口的球面屈光不正分布的典型焦点范围。图13B示出了跨-8屈光度与约+3屈光度之间的焦点调整范围针对95度视场(与光学系统轴线成+/-47.5度)计算的放大率。屈光度范围内的放大率的最大值为11.27，并且该范围内的最小值(对于95度视场)为10.80。通过取最大值和最小值之间的差值并将该差值除以最小值来计算屈光度范围内的变化量。

95°全视场的放大率变化＝(11.27-10.80)/10.80≈4.35％

类似地，出于比较目的，图13C示出了60度视场(与光学系统轴线成+/-30度)的放大率曲线。屈光度范围内的放大率的最大值为10.43，并且该范围内的最小值(对于60度视场)为10.20。再次，通过取最大值和最小值之间的差值并将该差值除以最小值来计算屈光度范围内的变化量。

60°全视场的放大率变化＝(10.43-10.20)/10.20≈2.25％

计算在较小屈光度范围(例如，从-5屈光度至1屈光度、或从-4屈光度至0屈光度)上延伸的95度和60度视场的放大率变化可被示出为放大率变化百分比的对应值较小(即，在较小的屈光度范围内放大率变化较小)。

诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征大小、数量和物理特性的量的使用不清楚，则“约”将被理解为是指在指定值的10％以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值，并且该值可为1。

本领域普通技术人员将在本说明书中使用和描述的上下文中理解术语诸如“基本上”。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上相等”的使用不清楚，则“基本上相等”将指约大致为如上所述的约的情况。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上平行”的使用不清楚，则“基本上平行”将指在平行的30度以内。在一些实施方案中，描述为彼此基本上平行的方向或表面可以在平行的20度以内或10度以内，或者可以是平行的或标称平行的。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上对准”的使用不清楚，则“基本上对准”将指在对准对象的宽度的20％以内对准。在一些实施方案中，描述为基本上对准的对象可在对准对象的宽度的10％以内或5％以内对准。

上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。

除非另外指出，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样适用于其他附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims (35)

1.一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，所述第一光学透镜包括相反的第一主表面和第二主表面并且面向包括相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜，所述第二主表面和所述第三主表面彼此面对，所述第一主表面至所述第四主表面具有相应的矢高S1至S4，其中所述矢高中的每个矢高由下式定义：

其中c为1/主表面的曲率半径，k为所述表面的圆锥常数，r为距所述光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数，

其中所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，所述第二主表面是凸形的，所述第三主表面是基本上平面的，并且所述第四主表面是凸形的，

其中对于从约1mm延伸到至少约25mm的r：

-0.7≤S1/S2≤1；

-0.2≤S1/S4≤0.4；并且

对所述S1/S2和所述S1/S4中的每一者的最佳四阶多项式拟合具有大于约0.95的r平方值。

2.一种光学系统，所述光学系统包括根据权利要求1所述的光学透镜组件、设置在所述第四主表面上并基本上适形于所述第四主表面的部分反射器、设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面的反射偏振器、光学系统轴线和显示器，

当眼睛邻近所述光学透镜组件的眼睛侧上的眼睛位置定位时，所述光学系统形成由所述显示器发射的图像的虚像以供所述眼睛观看，

使得对于相对于所述系统轴线在约5度和约30度之间的第一场角处的每个第一虚像位置，当以成像系统轴线为中心的成像系统邻近所述眼睛位置定位并形成对应于所述第一虚像位置的所述虚像的图像时，随着所述成像系统被至少旋转成使得所述成像系统轴线接近所述第一场角，所形成图像的分辨率增加。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述光学系统轴线被折叠。

4.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述光学系统轴线被折叠，使得所述光学系统轴线的第一分段与所述光学系统轴线的不同的第二分段基本上重合。

5.根据权利要求1所述的光学透镜组件，所述光学透镜组件还包括：

部分反射器，所述部分反射器设置在所述第四主表面上并基本上适形于所述第四主表面；以及

反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面，其中对于基本上垂直的入射光和从约420nm延伸到约680nm的可见光波长范围：

所述部分反射器对于正交的第一偏振态和第二偏振态中的每一者具有至少30％的平均反射率和至少30％的平均透射率；并且

所述反射偏振器对于所述第一偏振态具有至少60％的平均反射率并且对于所述第二偏振态具有至少60％的平均透射率；

并且其中对于高达至少约45度的视场，所述光学透镜组件具有变化小于约100微米的弧矢场曲率。

6.根据权利要求5所述的光学透镜组件，其中对于高达至少约45度的所述视场，所述光学透镜组件具有变化小于约200微米的子午场曲率。

7.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，所述虚像的放大率在95度视场上变化小于约4.5％。

8.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约4.5％。

9.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约2.7％。

10.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约1.9％。

11.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，所述虚像的放大率在60度视场上变化小于约2.5％。

12.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约2.5％。

13.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约1％。

14.根据权利要求2所述的光学系统，其中对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的屈光度范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约0.6％。

15.一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，所述第一光学透镜包括相反的第一主表面和第二主表面并且面向包括相反的第三主表面和第四主表面的第二光学透镜，所述第二主表面和所述第三主表面彼此面对，其中所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，所述第二主表面是凸形的，所述第三主表面是基本上平面的，并且所述第四主表面是凸形的，所述第一主表面至所述第四主表面具有作为距所述光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1至S4，其中S1*S2在第一径向距离r1处具有第一局部峰值，并且S1*S2/S4在不同于r1的第二距离r2处具有第二局部峰值；

来自空间频率在每毫米约15至约25个线对之间的对象的、束直径在约4mm与6mm之间的基本上准直的光束沿着第一方向传播，在距所述第一主表面大于约20mm的第一距离处与所述光学轴线相交并且入射在所述光学透镜组件的所述第一主表面侧上，并且在穿过所述第一光学透镜和所述第二光学透镜中的至少每一者之后聚焦到焦斑，所述第一方向与所述光学轴线形成至少15度的第一角，此时使得对于静态、前视瞳孔，所述光学透镜组件对于所述焦斑处的所述入射光束的调制传递函数(MTF)大于约0.7。

16.根据权利要求15所述的光学透镜组件，其中所述第一距离距所述第一主表面小于约30mm。

17.根据权利要求15所述的光学透镜组件，其中比率S1/S2和S1/S4中的至少一者由四阶多项式描述。

18.根据权利要求15所述的光学透镜组件，其中所述第一局部峰值为局部最大值，并且所述第二局部峰值为局部最小值。

19.根据权利要求15所述的光学透镜组件，其中所述基本上准直的光束具有小于约5度的全发散角。

20.一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜，所述第一光学透镜和所述第二光学透镜包括：

第一主表面、凸形第二主表面和凸形第三主表面，所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，所述第一主表面至所述第三主表面具有作为距所述光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1、S2和S4，其中S1*S2/S4具有局部最小值；

部分反射器，所述部分反射器设置在所述第三主表面上并基本上适形于所述第三主表面；以及

反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面，

其中所述光学透镜组件被配置为具有能够通过至少轴向地改变所述第一光学透镜与所述第二光学透镜之间的间隔而跨至少从约-5屈光度延伸到约2屈光度的焦点调整范围进行调整的焦点，使得对于所述焦点调整范围中的每个焦点位置，随着视场角从约0度改变为约30度，屈光度曲率小于约1屈光度。

21.根据权利要求20所述的光学透镜组件，其中对于所述屈光度范围中的每个屈光度，随着视场角从约0度改变为约15度，所述屈光度曲率小于约0.5屈光度。

22.一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线和第一光学透镜，所述第一光学透镜包括相反的第一主表面和第二主表面并且面向包括相反的第三主表面和第四主表面的第二透镜，所述第二主表面和所述第三主表面彼此面对，所述第一主表面至所述第四主表面具有相应的矢高S1至S4，其中所述矢高中的每个矢高由下式定义：

其中c为1/主表面的曲率半径，k为所述表面的圆锥常数，r为距所述光学轴线的距离，并且a为非球面变形常数，

其中所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分，所述第二主表面是凸形的，所述第三主表面是基本上平面的，并且所述第四主表面是凸形的，

其中：

对于所述第一主表面：0.0035≤c≤0.006mm^-1，-3≤k≤-1.5，并且-5E-06≤a₂≤-3E-06；

对于所述第二主表面：-0.006≤c≤0.004mm^-1，30≤k≤37，并且0.5E-06≤a₂≤2E-06；并且

所述第四表面是曲率半径在约-85mm与约-60mm之间的基本上球形表面。

23.根据权利要求22所述的光学透镜组件，其中对于从约1mm延伸到至少约25mm的r：

-0.7≤S1/S2≤1；

-0.2≤S1/S4≤0.4；并且

对所述S1/S2和所述S1/S4中的每一者的最佳四阶多项式拟合具有大于约0.95的r平方值。

24.根据权利要求22所述的光学透镜组件，所述光学透镜组件还包括：

部分反射器，所述部分反射器设置在所述第四主表面上并基本上适形于所述第四主表面；以及

反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面，其中对于基本上垂直的入射光和从约420nm延伸到约680nm的可见光波长范围：

所述部分反射器对于正交的第一偏振态和第二偏振态中的每一者具有至少30％的平均反射率和至少30％的平均透射率；并且

所述反射偏振器对于所述第一偏振态具有至少60％的平均反射率并且对于所述第二偏振态具有至少60％的平均透射率；

并且其中对于高达至少约45度的视场，所述光学透镜组件具有变化小于约100微米的单色弧矢场曲率。

25.根据权利要求24所述的光学透镜组件，其中对于高达至少约45度的所述视场，所述光学透镜组件具有变化小于约200微米的单色子午场曲率。

26.一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜，所述第一光学透镜和所述第二光学透镜包括：

第一主表面、凸形第二主表面和凸形第三主表面；

部分反射器，所述部分反射器设置在所述第三主表面上并基本上适形于所述第三主表面；以及

反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面，

其中所述光学透镜组件被配置为具有能够通过至少轴向地改变所述第一光学透镜与所述第二光学透镜之间的间隔而跨至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的焦点调整范围进行调整的焦点，使得对于所述焦点调整范围中的每个焦点位置，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约10％。

27.根据权利要求26所述的光学透镜组件，其中所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。

28.根据权利要求26所述的光学透镜组件，其中所述第一主表面至所述第三主表面具有作为距所述光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1、S2和S4，其中S1*S2/S4具有局部最小值。

29.根据权利要求26所述的光学透镜组件，其中对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的焦点调整范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约5％。

30.根据权利要求26所述的光学透镜组件，其中对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的焦点调整范围，产生具有95度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约3％。

31.一种光学透镜组件，所述光学透镜组件包括光学轴线以及至少第一光学透镜和第二光学透镜，所述第一光学透镜和所述第二光学透镜包括：

第一主表面、凸形第二主表面和凸形第三主表面；

部分反射器，所述部分反射器设置在所述第三主表面上并基本上适形于所述第三主表面；以及

反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第二主表面上并基本上适形于所述第二主表面，

其中所述光学透镜组件被配置为具有能够通过至少轴向地改变所述第一光学透镜与所述第二光学透镜之间的间隔而跨至少从约-8屈光度延伸到约3屈光度的焦点调整范围进行调整的焦点，使得对于所述焦点调整范围中的每个焦点位置，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约5％。

32.根据权利要求31所述的光学透镜组件，其中所述第一主表面包括被环形凹形外部部分包围的凸形中心部分。

33.根据权利要求31所述的光学透镜组件，其中所述第一主表面至所述第三主表面具有作为距所述光学轴线的径向距离r的函数的相应矢高S1、S2和S4，其中S1*S2/S4具有局部最小值。

34.根据权利要求31所述的光学透镜组件，其中对于至少从约-5屈光度延伸到约1屈光度的焦点调整范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约3％。

35.根据权利要求31所述的光学透镜组件，其中对于至少从约-4屈光度延伸到约0屈光度的焦点调整范围，产生具有60度视场的虚像所需的对象的高度变化小于约2％。