CN1756980A - 衍射透镜 - Google Patents

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Abstract

提供一种供头罩显示器里使用的光学系统，其包括微显示器(4)和放大器(10)，所述放大器(10)产生微显示器的放大图像以用于人眼观察。放大器(10)包括衍射表面并且按顺序具有：第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)；光学材料块(3)，以及第二元件，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)。第一表面(S1)优选地为衍射表面。放大器用最少的组件提供了长的眼睛间隙、大的出射光瞳以及大的视场。

Description

衍射透镜
技术领域
本发明涉及使用衍射表面的光学设计，具体地，涉及使用供头罩显示系统里使用的衍射表面的光学设计。
背景技术
供头罩显示系统里使用的光学系统优选地具有以下特征：
(1)足够长的眼睛间隙，以允许佩戴眼镜的用户舒适地观察；
(2)足够大的出射光瞳，以最小化观察者眼睛放置的限制；以及
(3)足够大的视场，以提供系统微显示器的适当放大的图像。
另外，还希望光学系统重量轻，并且适合用户能够舒适地穿戴的全部封装。
最常见地，头罩显示系统中使用的微显示器是LCD光阀装置。为了确保这种类型的装置的图像的最大对比度，用于产生微显示器的放大图像的光学系统，在其短共轭一侧，亦即设置微显示器的一侧优选地是远心的。
如本领域已知的那样，远心透镜是在无穷远处具有至少一个光瞳的透镜。就主光线而言，在无穷远处具有光瞳是指主光线平行于光轴，(a)如果入射光瞳在无穷远处，则是在物空间中，或者(b)如果出射光瞳在无穷远处，则是在像空间中。
在实际应用中，由于在从透镜的光学表面足够远的距离处具有入射或出射光瞳的透镜将基本上像远心系统一样操作，所以远心光瞳实际上不需要在无穷远处。对于这样的透镜的主光线将基本上平行于光轴，并且这样一来，一般而言透镜在功能上将相当于光瞳的理论(高斯)位置是在无穷远处的透镜。
因此，如在这里使用的那样，术语“远心的”和“远心透镜”规定包括在与透镜元件相隔长距离处具有光瞳的透镜，并且术语“远心光瞳”用于描述在与透镜元件相隔远距离处的这样的光瞳。对于本发明的透镜系统，一般而言，远心光瞳距离将至少是透镜焦距的大约两倍。
发明内容
根据第一方面，本发明提供一种光学系统，其包括：
(A)微显示器(4)；以及
(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭、在微显示器方向一侧的短共轭以及用于从长共轭到短共轭通过的光线的f数目f#，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块(3)；以及
(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；
(c)第一表面(S1)是衍射表面，或者第二表面(S2)是衍射表面，或者放大器(10)包括与第一和第二表面分开的衍射表面；
(d)从长共轭到短共轭穿过光学系统并在微显微镜处会聚的轴向光线，在衍射表面处具有最大值为d的光束直径；以及
(e)光束直径值d、焦距f0和f数目满足关系：
(f#·d)/f0＞0.4(优选地，(f#·d)/f0＞0.8)。
根据第二方面，本发明提供一种光学系统，其包括：
(A)微显示器(4)；以及
(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭以及在微显示器方向一侧的短共轭，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块(3)；以及
(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；
(c)f1/f2＞1.0；以及
(d)第一表面(S1)是衍射表面，或者第二表面(S2)是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面。
根据第三方面，本发明提供一种光学系统，其包括：
(A)微显示器(4)；以及
(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭以及在微显示器方向一侧的短共轭，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块(3)；以及
(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；
(c)f1/f0＞1.3；以及
(d)第一表面(S1)是衍射表面，或者第二表面(S2)是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面。
根据第四方面，本发明提供一种光学系统，其包括：
(A)微显示器(4)；以及
(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有在人眼方向一侧的长共轭、在微显示器方向一侧的短共轭，并且从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块(3)；以及
(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；以及
(c)放大器包括到放大器的长共轭一侧比到其短共轭一侧更近的衍射表面。
优选地，第一表面(S1)是衍射表面。
本发明的各个方面的上述概要中使用的参考符号只是为了方便读者，而并不是要并且也不应当被解释为限制本发明的范围。更一般地，要理解的是，前述的普通说明和后面的详细说明二者都只是本发明的示范，并且是要提供用于理解本发明的性质和特征的总揽或框架。
本发明的另外的特征和优点在随后的详细说明中进行了阐述，并且根据该说明其对本领域技术人员而言将会是部分地很明显的，或者通过实施如在这里所述的本发明其可以被认识。附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入且组成了本说明书的一部分。
附图说明
图1到3是根据本发明构造的代表性的光学系统的示意性侧视图。图1主要显示了例子1A到1F的结构，而图2和图3分别显示了例2和例3的结构。
附图中使用的参考数字对应如下：
1   第一元件
2   第二元件
3   光学材料块
4   微显示器
5   孔径光阑(用户眼睛的瞳孔)
6   轴向光束
10  放大器
具体实施方式
如上面讨论的那样，本发明提供在例如头罩显示系统里使用的光学系统。在Spitzer的名为“用于眼镜或其他头戴结构的紧密图像显示系统”的美国专利No.6,384,982中可以发现能够使用本发明的系统的类型的例子。
在某些实施例中，本发明的光学系统的放大器部分包括被光学材料块分开的两个正元件。在某些优选实施例中，放大器部分仅仅由两个正元件和光学材料块组成。
光学材料块能够接合到正光学元件中的一个或两个。可选择地，光学材料块和正光学元件中的一个或两个能够形成(例如模制)为一个固体片。将整个光学系统形成为单个组件能够在生产期间极大地简化装配头罩显示系统的过程。
正光学元件之间的光学材料块用于以和组成块的材料的折射率成比例的系数拉长元件之间的间隔。这样做以产生适合于头罩显示系统中的封装的光学系统。为了满足不同的封装需求，能够折叠通过固体块的光路。
为了最小化光学器件的总重量，所有的光学部件，亦即第一和第二元件以及固体块，优选地由例如丙烯酸树脂的塑料制成。
非球面表面用于校正单色像差，衍射表面用于提供色差校正，而不必在系统中包括另外的元件。例如，每个正元件都能够包括非球面表面，并且正元件中的一个能够包括衍射表面。如果希望的话，衍射表面同样能够是非球面的。
对于正元件是分离部件的系统，非球面和衍射表面能够在元件的任一侧，亦即光学系统的面对长共轭端或短共轭端的一侧。当正元件和光学材料的固体块联合时，元件的空闲表面(亦即不和块联合的表面)或者是非球面的，或者是非球面且衍射的。对于固体块具有空闲端面的系统，能够在光学材料的固体块的端面上形成衍射表面。
能够在任一正元件上，或者，对于具有两个空闲端面的块，能够在光学材料块的任一空闲端面上使用衍射表面。当衍射表面更加远离微显示器时，和寄生衍射状态中的二次图像相关的重像被最小化。这样一来，衍射表面的优选位置是在使用头罩显示系统期间最接近观察者的眼睛的元件或光学材料块的空闲表面。对于正元件和固体块是单个部件的系统，衍射表面优选地在离微显示器最远的部件的末端。
由于多个衍射表面的存在能够导致衍射相互作用，这会降低提供给用户的图像的质量，所以系统优选地只包括一个衍射表面。
不打算以任何方式进行限制，通过下面的例子将会更加充分地说明本发明。
例子
下面的例子1A-1F、2和3显示了适合于在头罩显示系统中使用的光学系统，其中，所述光学系统具有以下特征：
(1)18°的视场，其对应于在从观察者1米远处观看12.5英寸对角图像；
(2)6.0毫米的出射光瞳直径，用于从微显示器向用户的眼睛传播的光线；以及
(3)25.0毫米的眼睛间隙距离。
用于例子1A-1F、2和3的规定表中列举的非球面系数用于下面的方程：
z = cy 2 1 + [ 1 - ( 1 - k ) c 2 y 2 ] 1 / 2 + Dy 4 + Ey 6 + Fy 8 + Gy 10 + Hy 12 + Iy 14
其中，z为与系统的光轴相距y处的表面垂度，c为光轴处的表面曲率，而k为圆锥常数，除了表1A-1F、2和3的规定中指示的地方之外k为零。
和表中的不同表面有关的标识“a”表示上述方程中的D、E、F、G、H或I中的至少一个不为零的表面；而标识“c”指示上述方程中的k不为零的表面。如权利要求中使用的那样，非球面表面是k、D、E、F、G、H或I中的至少一个不为零的表面。和表中的不同表面一起使用的标识“p”表示衍射(相位)表面。
在光线在附图中从左向右传播的假定之下构造规定表。在实际实施中，用户的眼睛将在左边而微显示器将在右边，并且光线将从右向左传播。特别地，规定表中对物/像和入射/出射光瞳的基准被从余下的本申请中使用的那些颠倒过来。下面的规定中和表4中给出的所有尺寸都是以毫米为单位的。例子1A-1F的规定中的表面7、例2的规定中的表面6和例3的规定中的表面8是微显示器(成像仪)的盖玻片。例3中的表面6是和成像仪一起使用的偏振器。例3中的光学材料块的折射和色散率以标准6位数字形式，亦即abcxyz给出，其中n＝1.abc，并且v＝xy.z。
在例子1A-1D中的表面5上，以及例子1E-1F、2和3中的表面2上形成衍射。对于例子1A-1D，在ZEMAX术语中衍射表面的特征是：差额阶数：1，定标(标准化)rad ap：10，以及二次相位项：-1907.1553；而对于例1E和3，特征为：差额阶数：1，定标(标准化)rad ap：10，以及P2&P4相位项分别为：-800.0&100.0；并且对于例1F和2，特征为：差额阶数：1，定标(标准化)rad ap：10，以及P2&P4相位项分别为：-1200.0&100.0。
在表4中列出了组成例子1A-1F、2和3的放大器的元件的焦距和选择的其他特性，其中，f0是系统的焦距，f1是最接近用户眼睛的元件的焦距，f2是最接近微显示器的元件的焦距，BFL是不包括微显示器的面板的在无穷远处的傍轴后焦距，亦即，从最接近微显示器的元件到用于在附图中从左向右传播的光线的焦平面的距离，而d是在衍射表面处的轴向光束的直径。
至于“T”，这个参数是光学系统的第一和最后的光学表面之间的距离。为了达到优选的用于头罩显示系统的封装结构，希望将光学系统的部件分开约30mm到35mm，这大约是用户眼睛的光轴和他或她相应的鬓角之间的距离。因此，光学系统的第一和最后的表面之间的总的距离优选地大于30mm。另一方面，因此光学系统不是太长，T优选地小于45mm。
如能够从表4看到的那样，f0、f1和f2优选地满足以下关系：
f1/f2＞1.0；并且/或者
f1/f0＞1.3。
为了使衍射表面在色差校正方面有效，衍射表面处的轴向光束的最小直径优选地满足以下关系：
(f#·d)/f0＞0.4，
其中，f#是光学系统的f数目，亦即，焦距f0除以用于从长共轭向短共轭传播的光线的入射光瞳直径。对于例子1A-1F、2和3中的每一个，f#为5。最优选地，衍射表面被设置在使(f#·d)/f0比率大于0.8的位置。
尽管已说明并显示了本发明的特定实施例，但是要理解的是，不背离本发明的范围和精神的多种修改，从前述披露中，对本领域技术人员而言，将会是明显的。
                                      表1A
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  12345678 acpa   孔径光阑23.2851∞∞∞-21.0877∞∞   25.000005.0000028.000000.500005.0000011.700001.00000-0.01315 丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酸树脂BSC7   6.0914.2914.2814.2214.2214.3010.2010.00
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号26   k-1.0000E+00   D1.8457E-051.1792E-04   E-1.1805E-06-1.9097E-06   F3.2326E-083.9462E-08
  表面编号26   G-2.9215E-10-4.0048E-10   H-1.9562E-124.3344E-13   I3.4875E-141.5072E-14
   一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001000.0430.0003-131546E-011   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -923.85176.186876.20000.0059.82326.0930.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2   35   6   倍率0.21206E-010.26471E-01   f’47.15737.778
                                表1B
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  12345678 acpa   孔径光阑23.3136∞∞∞-21.0877∞∞   25.000005.0000028.000000.500005.0000011.734601.000000.00420 丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酸树脂BSC7   6.0914.2914.2814.2414.2414.1110.159.95
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号26   k-1.0000E+00   D1.4796E-051.1792E-04   E-9.7462E-07-1.9097E-06   F3.1044E-083.9462E-08
  表面编号26   G-3.3642E-10-4.0048E-10   H-2.0677E-124.3344E-13   I4.4089E-141.5072E-14
一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001000.2830.00780.419694E-021   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -924.04576.238876.23460.0059.85116.0950.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2   35   6   倍率0.21180E-010.26471E-01   f’47.21537.778
                                表1C
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  12345678 acpa   孔径光阑23.2851∞∞∞-21.0877∞∞   25.000003.5000031.000000.650003.5000011.700001.00000-0.00967 丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酸树脂BSC7   6.0914.2914.2814.2214.2214.0910.1310.00
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号26   k-1.0000E+00   D1.8457E-051.1792E-04   E-1.1805E-06-1.9097E-06   F3.2326E-083.9462E-08
  表面编号26   G-2.9215E-10-4.0048E-10   H-1.9562E-124.3344E-13   I3.4875E-141.5072E-14
一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001003.5530.1001-967404E-021   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -927.21076.340376.35000.0059.32446.1150.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2   35   6   倍率0.21206E-010.26549E-01   f’47.15737.667
                                表1D
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  12345678 acpa   孔径光阑23.3136∞∞∞-21.0877∞∞   25.000003.5000031.000000.650003.5000011.734601.000000.00784 丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酸树脂BSC7   6.0914.2914.2814.2414.2414.1110.1510.00
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号26   k-1.0000E+00   D1.4796E-051.1792E-04   E-9.7462E-07-1.9097E-06   F3.1044E-083.9462E-08
  表面编号26   G-3.3642E-10-4.0048E-10   H-2.0677E-124.3344E-13   I4.4089E-141.5072E-14
一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001003.7930.10750.783791E-021   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -927.39876.392476.38460.0059.35076.1160.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2   35   6   倍率0.21180E-010.26549E-01   f’47.21537.667
                            表1E
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  12345678 acpa   孔径光阑23.3136∞∞∞-21.0877∞∞   25.000003.5000031.000000.650003.5000011.100001.000000.02818 丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酸树脂BSC7   6.0914.2914.2814.3014.2414.1110.1510.00
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号26   k-1.0000E+00   D1.4796E-051.1792E-04   E-9.7462E-07-1.9097E-06   F3.1044E-083.9462E-08
  表面编号26   G-3.3642E-10-4.0048E-10   H-2.0677E-124.3344E-13   I4.4089E-141.5072E-14
一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001032.3831.05790.281843E-011   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -956.59875.778275.75000.0075.70066.2900.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2    35    6   倍率0.22570E-010.23415E-01   f’44.30642.707
                                表1F
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  12345678 acpa   孔径光阑23.3136∞∞∞-21.0877∞∞   25.000003.5000031.000000.650003.5000010.500001.00000-0.02904 丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酸树脂BSC7   6.0914.2914.2814.3014.2414.1110.1510.00
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号26   k-1.0000E+00   D1.4796E-051.1792E-04   E-9.7462E-07-1.9097E-06   F3.1044E-083.9462E-08
  表面编号26   G-3.3642E-10-4.0048E-10   H-2.0677E-124.3344E-13   I4.4089E-141.5072E-14
一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001023.9830.7991-290390E-011   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -948.86175.121075.15000.0073.82766.2390.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2   35   6   倍率0.23266E-010.23415E-01   f’42.98242.707
                                    表2
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  1234567 acpa   孔径光阑23.3136∞∞-21.0877∞∞   25.000003.5000031.000003.5000010.500001.000000.31123 丙烯酸树脂丙烯酸树脂丙烯酸树脂BSC7   6.0914.2914.2814.2414.1110.1510.00
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号25   k-1.0000E+00   D1.4796E-051.1792E-04   E-9.7462E-07-1.9097E-06   F3.1044E-083.9462E-08
  表面编号25   G-3.3642E-10-4.0048E-10   H-2.0677E-124.3344E-13   I4.4089E-141.5072E-14
一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001012.7430.46680.3112331   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -937.92974.811274.50000.0074.47436.1710.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2   34   5   倍率0.23266E-010.23415E-01   f’42.98242.707
                                表3
  表面编号   类型   半径   厚度   玻璃   通光孔径直径
  123456789 acpa   孔径光阑23.3136∞∞-21.0877∞∞∞∞   25.000003.5000034.000003.500007.670001.000002.600000.700000.00187 丙烯酸树脂533558丙烯酸树脂BSC7BSC7   6.5514.3814.3313.7113.6611.1210.9410.2110.09
符号说明
a——多项式非球面
c——圆锥截面
p——相位表面
平滑多项式非球面和圆锥常数
  表面编号25   k-1.0000E+00   D1.4796E-051.1792E-04   E-9.7462E-07-1.9097E-06   F3.1044E-083.9462E-08
  表面编号25   G-3.3642E-10-4.0048E-10   H-2.0677E-124.3344E-13   I4.4089E-141.5072E-14
一阶数据
  f/数目放大倍率物高度物距有效焦距像距光圈表面数目   5.000.0305160.001045.8431.45550.187063E-021   总长度向前顶点距离镜筒长度入射光瞳距离出射光瞳距离光圈孔径距光圈的距离   -967.86977.971977.97000.0075.23976.3720.00
元件的一阶特性
  元件数目13   表面数目2   34   5   倍率0.22570E-010.23415E-01   f’44.30642.707
                                表4
  Ex.No.   f0   f1   f2   T   BFL   d
  1A1B1C1D1E1F23   30.030.030.130.131.130.830.531.5   47.1647.2147.1647.2144.3142.9842.9844.31   37.7837.7837.6737.6742.7142.7142.7142.71   38.5038.5038.6538.6538.6538.6538.0041.00   13.2613.3113.2713.3212.9412.0712.4012.35   3.002.972.822.836.126.246.176.20

Claims (41)

1.一种光学系统，包括：
(A)微显示器；以及
(B)放大器，其产生微显示器的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭、在微显示器方向一侧的短共轭以及用于从长共轭到短共轭通过的光线的f数目f#，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块；以及
(III)第二元件，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；
(c)第一表面是衍射表面，或者第二表面是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面；
(d)从长共轭到短共轭穿过光学系统并在微显示器处会聚的轴向光线，在衍射表面处具有最大值为d的光束直径；以及
(e)光束直径值d、焦距f0和f数目满足关系：
(f#·d)/f0＞0.4。
2.如权利要求1所述的光学系统，其中，光束直径值d、焦距f0和f数目满足关系：
(f#·d)/f0＞0.8。
3.如权利要求1所述的光学系统，其中，
f1/f2＞1.0。
4.如权利要求1所述的光学系统，其中，
f1/f0＞1.3。
5.如权利要求1所述的光学系统，其中，
f1/f2＞1.0；以及
f1/f0＞1.3。
6.如权利要求1所述的光学系统，其中，衍射表面与放大器的短共轭一侧相比更接近其长共轭一侧。
7.如权利要求6所述的光学系统，其中，第一表面是衍射表面。
8.如权利要求7所述的光学系统，其中，第一表面既是衍射的，又是非球面的。
9.如权利要求1所述的光学系统，其中，第一和第二表面是非球面的。
10.如权利要求1所述的光学系统，其中，放大器在其短共轭一侧是远心的。
11.如权利要求1所述的光学系统，其中，第一元件、光学材料块和第二元件被模制为一个固体片。
12.如权利要求1所述的光学系统，其中，通过光学材料块的光路被折叠。
13.如权利要求1所述的光学系统，其中，第一和第二表面之间的距离T满足关系：
30毫米≤T≤45毫米。
14.一种光学系统，包括：
(A)微显示器；以及
(B)放大器，其产生微显示器的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭以及在微显示器方向一侧的短共轭，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块；以及
(III)第二元件，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；
(c)f1/f2＞1.0；以及
(d)第一表面是衍射表面，或者第二表面是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面。
15.如权利要求14所述的光学系统，其中：
f1/f0＞1.3。
16.如权利要求14所述的光学系统，其中，衍射表面与放大器的短共轭一侧相比更接近其长共轭一侧。
17.如权利要求16所述的光学系统，其中，第一表面是衍射表面。
18.如权利要求17所述的光学系统，其中，第一表面既是衍射的，又是非球面的。
19.如权利要求14所述的光学系统，其中，第一和第二表面是非球面的。
20.如权利要求14所述的光学系统，其中，放大器在其短共轭一侧是远心的。
21.如权利要求14所述的光学系统，其中，第一元件、光学材料块和第二元件被模制为一个固体片。
22.如权利要求14所述的光学系统，其中，通过光学材料块的光路被折叠。
23.如权利要求14所述的光学系统，其中，第一和第二表面之间的距离T满足关系：
30毫米≤T≤45毫米。
24.一种光学系统，包括：
(A)微显示器；以及
(B)放大器，其产生微显示器的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭以及在微显示器方向一侧的短共轭，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块；以及
(III)第二元件，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；
(c)f1/f0＞1.3；以及
(d)第一表面是衍射表面，或者第二表面是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面。
25.如权利要求24所述的光学系统，其中，衍射表面与放大器的短共轭一侧相比更接近其长共轭一侧。
26.如权利要求25所述的光学系统，其中，第一表面是衍射表面。
27.如权利要求26所述的光学系统，其中，第一表面既是衍射的，又是非球面的。
28.如权利要求24所述的光学系统，其中，第一和第二表面是非球面的。
29.如权利要求24所述的光学系统，其中，放大器在其短共轭一侧是远心的。
30.如权利要求24所述的光学系统，其中，第一元件、光学材料块和第二元件被模制为一个固体片。
31.如权利要求24所述的光学系统，其中，通过光学材料块的光路被折叠。
32.如权利要求24所述的光学系统，其中，第一和第二表面之间的距离T满足关系：
30毫米≤T≤45毫米。
33.一种光学系统，包括：
(A)微显示器；以及
(B)放大器，其产生微显示器的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有在人眼方向一侧的长共轭、在微显示器方向一侧的短共轭，并且从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：
(I)第一元件，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面，所述第一元件具有焦距f1；
(II)光学材料块；以及
(III)第二元件，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面，所述第二元件具有焦距f2；
其中：
(a)f1＞0；
(b)f2＞0；以及
(c)放大器包括到放大器的长共轭一侧比到其短共轭一侧更近的衍射表面。
34.如权利要求33所述的光学系统，其中，第一表面是衍射表面。
35.如权利要求34所述的光学系统，其中，第一表面既是衍射的，又是非球面的。
36.如权利要求33所述的光学系统，其中：
(a)光学材料块具有长共轭表面；
(b)第一元件具有长共轭表面和短共轭表面，长共轭表面为第一表面；
(c)从光学材料块的长共轭表面隔开第一元件的短共轭表面；以及
(d)第一元件的短共轭表面或光学材料块的长共轭表面是衍射表面。
37.如权利要求33所述的光学系统，其中，第一和第二表面是非球面的。
38.如权利要求33所述的光学系统，其中，放大器在其短共轭一侧是远心的。
39.如权利要求33所述的光学系统，其中，第一元件、光学材料块和第二元件被模制为一个固体片。
40.如权利要求33所述的光学系统，其中，通过光学材料块的光路被折叠。
41.如权利要求33所述的光学系统，其中，第一和第二表面之间的距离T满足关系：
30毫米≤T≤45毫米。
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