TW202303218A - 具有寬視場之光學透鏡總成 - Google Patents
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Abstract
一光學透鏡總成包括一第一光學透鏡，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二透鏡，該第二透鏡具有相對之第三主表面及第四主表面。該第二主表面與該第三主表面面向彼此。該第一主表面至第四主表面具有各別的垂度S1至S4，其中該等垂度之各者係由以下所定義：
-0.7
S1/S2
1
-0.2
S1/S4
Description
在本說明書的一些態樣中，提供一光學透鏡總成，該光學透鏡總成包括一光軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二透鏡，該第二透鏡具有相對之第三主表面及第四主表面。該第二主表面與該第三主表面面向彼此。該第一主表面至該第四主表面具有各別的垂度S1至S4，其中該等垂度之各者係由以下方程式所定義：
在本說明書的一些態樣中，提供一光學透鏡總成，該光學透鏡總成包括一光軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二光學透鏡，該第二光學透鏡具有相對之第三主表面及第四主表面。該第二主表面與該第三主表面面向彼此。該第一主表面包括由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分。該第二主表面係凸形，該第三主表面係實質上平坦，且該第四主表面係凸形。該第一主表面至該第四主表面具有各別的垂度S1至S4，該等垂度隨與該光軸之徑向距離r而變動，其中S1*S2在一第一徑向距離r1處有一第一局部峰，且S1*S2/S4在不同於r1之一第二距離r2處有一第二局部峰。當具有在約4mm與約6mm之間、或在約3mm與約7mm之間的一光束直徑的一實質準直光束沿一第一方向傳播，該實質準直光束來自具有在每毫米約15線對至約25線對之間之一空間頻率之一物體，該第一方向與該光軸之間形成至少15度的一第一角，且該實質準直光束與該光軸在距離該第一主表面大於約20mm之一第一距離處相交，並入射於該光學透鏡總成之該第一主表面側上，且在通過至少該第一光學透鏡及該第二光學透鏡之各者之後聚焦於一焦點上時，則對於靜態、前向注視光瞳的焦點處的入射光束，光
學透鏡總成的調變轉移函數(modulation transfer function,MTF)大於約0.7。
在本說明書的一些態樣中，提供一種光學透鏡總成，該光學透鏡總成包括一光軸及至少一第一光學透鏡及一第二光學透鏡。該第一光學透鏡及該第二光學透鏡包括：一第一主表面，其具有由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分；一凸形第二主表面；及一凸形第三主表面。該第一主表面至該第三主表面具有各別的垂度S1、S2、及S4，該等垂度係定義為隨與該光軸之徑向距離r而變動，其中S1*S2/S4具有一局部最小值。一部分反射器係設置於該第三主表面上且實質上適形於該第三主表面。一反射偏振器係設置於該第二主表面上且實質上適形於該第二主表面。該光學透鏡總成經組態以具有焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在該第一光學透鏡與該第二光學透鏡之間的一間距而在跨越至少從約-5屈光度延伸至約2屈光度之一屈光度範圍係可調整的，使得對於在該屈光度範圍中之各屈光度，當一視場角從約零度變為約30度時，該屈光度曲率小於約1屈光度。針對本說明書之目的，用語「屈光度曲率(diopter curvature)」應定義為意指「人眼睛或物鏡跨越視場清晰地觀看圖像之不同點所必需的焦點調節的總範圍，以屈光度為單位」。
在本說明書的一些態樣中，提供一種光學透鏡總成，該光學透鏡總成包括一光軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面及第二主表面。該第一光學透鏡面向一第二光學透鏡，該第二光學透鏡具有相對之第三主表面及第四主表面。該第二主
表面與該第三主表面面向彼此。該第一主表面至該第四主表面具有各別的垂度S1至S4，其中該等垂度之各者係由以下所定義：
在本說明書的一些態樣中，提供一種光學透鏡總成，該光學透鏡總成包括一光軸及至少一第一光學透鏡及一第二光學透鏡。該第一光學透鏡及該第二光學透鏡一起包括：至少一第一主表面；一凸形第二主表面；及一凸形第三主表面；一部分反射器，其係設置於該第三主表面上且實質上適形於該第三主表面；及一反射偏振器，其係設置於該第二主表面且實質上適形於該第二主表面。該光學透鏡總成經組態以具有一焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在該第一光學透鏡與該第二光學透鏡之間的一間距而在跨越至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍係可調整的，使得對於在該焦點調整範圍
中之各焦點位置，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約10%，或產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約5%。
10:光學系統軸
20:第一光學透鏡
21:第一主表面
22:第二主表面
23:凸形中心部分；部分
24:環形凹形外部分；部分
30:第二光學透鏡
31:第三主表面
32:第四主表面
40:部分反射器
41:影像
50:反射偏振器
55:顯示器
60:矢狀像場彎曲
61:切線像場彎曲
70:第一局部峰；虛像
71:虛像位置；第二局部峰
80:眼睛
81:物體
82:第一方向
83:位置
84:眼睛位置；焦點
85:線
90:光學延遲器
99:光線
100:光束
140:成像系統
141:成像系統軸
300:光學透鏡總成
301:眼睛側
400,400b:光學系統
a1:第一視場角；角度
d1:第一距離
D:間距
Db:光束直徑
S1,S2,S3,S4:垂度
r:徑向距離
r1:第一徑向距離
r2:第二距離
s:垂度
θFOV:角
〔圖1〕係根據本說明書之一實施例之一光學系統的側面剖視圖，該光學系統包括一光學透鏡總成；
〔圖2〕係根據本說明書之一實施例之一透鏡的一表面的前視圖，該透鏡包括由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分；
〔圖3〕係根據本說明書之一實施例之光學透鏡垂度之定義的圖示；
〔圖4〕係根據本說明書之一實施例之一光學透鏡總成之四個主表面之各者的垂度的圖；
〔圖5A〕及〔圖5B〕提供根據本說明書之一實施例之顯示在圖4中所定義之各種垂度之間關係的圖；
〔圖6〕顯示根據本說明書之一實施例之圖1之光學透鏡總成的矢狀與切線像場彎曲的圖；
〔圖7〕係根據本說明書之一實施例之圖1之光學透鏡總成之一些表面的垂度之關係的圖；
〔圖8A〕及〔圖8B〕繪示根據本說明書之一實施例之具有能夠感知虛像的成像系統之一光學系統；
〔圖9〕提供根據本說明書之一實施例之跨越一屈光度範圍在從約零度至約35度之角視場之各種屈光度值的圖，該屈光度範圍至少從約-8屈光度延伸至約4屈光度；
〔圖10〕係根據本說明書之一實施例之一光學系統的側面剖視圖，該光學系統包括一光學透鏡總成及一成像系統；
〔圖11〕提供根據本說明書之一實施例之靜態、前向注視的光瞳在一視場角範圍內的調變轉移函數(MTF)值的圖；
〔圖12A〕至〔圖12C〕說明光學透鏡總成之焦點如何藉由改變透鏡元件中之一者的位置而調整；且
〔圖13A〕至〔圖13C〕繪示根據本說明書實施例之光學系統的焦點調整曲線及放大率曲線。
以下說明係參照所附圖式進行，該等圖式構成本文一部分且在其中係以圖解說明方式展示各種實施例。圖式非必然按比例繪製。要理解的是，其他實施例係經設想並可加以實現而不偏離本說明的範疇或精神。因此，以下之詳細敘述並非作為限定之用。
根據本說明書的一些態樣，一光學透鏡總成包括一光軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二光學透鏡，該第二光學透鏡具有相對之第三主表面及第四主表面。在一些實施例中，該第二主表面與該第三主表面可面向彼此。在一些實施例中，該第一主表面至該第四主表面可具有各別的垂度S1至S4，其中該等垂度之各者可由以下方程式所定義：
在一些實施例中，該光學透鏡總成可進一步包括：一部分反射器(例如，50/50分光鏡層或塗層)，其係設置於該第四主表面上且實質上適形於該第四主表面。在一些實施例中，該光學透鏡總成可進一步包括：一反射偏振器，其係設置於該第二主表面且實質上適形於該第二主表面。在一些實施例中，對於實質上法向入射光及自約420nm延伸至約680nm之一可見(亦即，人類可見的)波長範圍，對於正交之第一偏振狀態及第二偏振狀態之各者，該部分反射器可具有至少30%之一平均反射率及至少30%之一平均透射率，且該反射偏振器對於該第一偏振狀態可具有至少60%之一平均反射率，且對於該第二偏振狀態可具有至少60%之一平均透射率。舉例而言，該反射偏
振器可對於具有一p-pol線性偏振類型的光具有至少60%、或至少65%、或至少70%、或至少75%之一平均反射率，且該反射偏振器可對於具有一s-pol線性偏振類型的光具有至少60%、或至少65%、或至少70%、或至少75%之一平均透射率。本文所討論之偏振類型僅係實例，而不意欲為具限制性。
在一些實施例中，對於最高至少約45度之一視場，該光學透鏡總成可具有變化小於約100、或小於約95、或小於約90、或小於約85微米之一單色矢狀像場彎曲。在一些實施例中，對於最高至少約45度之一視場，該光學透鏡總成可進一步具有變化小於約200、或小於約190、或小於約180、或小於約170、或小於約160、或小於約150、或小於約140、或小於約135微米之一單色切線像場彎曲。
在一些實施例中，該光學透鏡總成亦可係一光學系統之一部分，該光學系統進一步包括：一部分反射器，其係設置於該光學透鏡總成之該第四主表面上且實質上適形於該第四主表面；一反射偏振器，其係設置於該第二主表面上且實質上適形於該第二主表面；一光學系統軸；及一顯示器。在一些實施例中，該光學透鏡總成可形成由該顯示器所發射之一影像的一虛像，以用於當一觀察者之眼睛經定位為接近該光學透鏡總成之一眼睛側上的一眼睛位置時，供該眼睛觀看。在一些實施例中，對於相對於該光學系統軸在約5度與約30度之間的一第一視場角的各第一虛像位置，當一成像系統以一成像系統軸為中心且經定位為接近該眼睛位置並形成對應於該第一虛像位置之該虛像的一真實影像時，隨著該成像系統至少經旋轉使得該成像系統軸
接近該第一視場角，所形成之該影像的一解析度可增加。另一種方式，該虛像之感知解析度可隨著該成像系統從該光學系統軸旋轉朝向該第一視場角而增加。
在一些實施例中，該光學系統的該光學透鏡總成可經組態以使得其係幾乎遠心。針對本說明書之目的，用語「遠心(telecentric)」應定義為意指用以改變焦點(例如，以將該光學透鏡總成之焦點從-5屈光度改變至-4屈光度)之對該光學透鏡總成的調整將不會對該光學系統之放大率造成改變。用語「幾乎遠心(nearly telecentric)」將定義為意指用以改變焦點之對該光學透鏡總成的調整將導致放大率變化，該等放大率變化限於一個小的百分比，諸如小於5%、或小於4%、或小於3%。
針對本說明書之目的，用語「放大率(magnification)」應定義為由一光學透鏡總成角度所形成之物體影像所對向的角度與在一近點處(例如，約25cm之人類視力的近點)之物體所對向的角度的比率。舉例而言，若一物體(例如，蠟燭)在由人類觀察者觀看時在約25cm處對向於一10度之角(θ物體)，且若當該物體之影像在該物體位於光學透鏡總成之焦平面處的情況下透過該光學透鏡總成觀看時對向於一20度之角(θ影像)，則該光學透鏡總成的放大率(M)係：
M=θ影像/θ物體=20°/10°=2
亦可針對一光學透鏡總成的所欲視場而考慮放大率。舉例而言，當該光學透鏡總成位於一個焦點(例如，-5屈光度)時，透
過該光學透鏡總成觀看之一物體可產生具有一60度視場的一虛像。若該光學透鏡總成經調整至另一個焦點(例如，-4屈光度)，且產生相同視場(60度)所需之該物體的高度改變(增加或減少)，則該系統之放大率隨著焦點改變而變化，且該系統不被視為完美的遠心。
在一些實施例中，本文所描述之該光學系統可經組態以使得對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，該虛像之一放大率在一95度視場上改變小於約4.5%。在一些實施例中，本文所描述之該光學系統可經組態以使得對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約4.5%。在一些實施例中，該光學系統可經組態以使得對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約2.7%。在一些實施例中，該光學系統可經組態以使得對於至少從約-4屈光度延伸至約0屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約1.9%。
在一些實施例中，本文所描述之該光學系統可經組態以使得對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，該虛像之一放大率在一60度視場上改變小於約2.5%。在一些實施例中，該光學系統可經組態以使得對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約2.5%。在一些實施例中，該光學系統可經組態以使得對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度
視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約1%。在一些實施例中，該光學系統可經組態以使得對於至少從約-4屈光度延伸至約0屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約0.6%。
根據本說明書的一些態樣，一光學透鏡總成可包括一光軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二光學透鏡，該第二光學透鏡具有相對之第三主表面及第四主表面。在一些實施例中，該第二主表面與該第三主表面可面向彼此(亦即，該第一光學透鏡及該第二光學透鏡可經設置，使得該第一光學透鏡之該第二主表面面向該第二光學透鏡之該第三主表面)。在一些實施例中，該第一主表面可具有由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分。
在一些實施例中，該第二主表面可係凸形，該第三主表面可係實質上平坦，且該第四主表面可係凸形。在一些實施例中，該第一主表面至該第四主表面可具有各別的垂度S1至S4，其中垂度S1至S4係定義為隨與該光軸之徑向距離r而變動。在一些實施例中，S1*S2之圖可在一第一徑向距離r1處具有一第一局部峰(例如，一局部最大值)，且S1*S2/S4之圖可在與r1不同之一第二距離r2處具有一第二局部峰(例如，一局部最小值)。在一些實施例中，S1/S2及S1/S4之比率的至少一者可由四階多項式描述。
在一些實施例中，當具有在約4mm與約6mm之間、或在約3mm與約7mm之間的一光束直徑的一實質準直光束沿一第
一方向傳播，該實質準直光束來自具有在每毫米約15線對至約25線對之間(或約17線對至約23線對之間、或約19線對至約23線對之間)之一空間頻率之一物體，且該實質準直光束與該光軸在距離該第一主表面大於約20、或約21、或約22、或約23、或約24、或約25、或約26mm之一第一距離處相交，並入射於該光學透鏡總成之該第一主表面側上，且在通過至少該第一光學透鏡及該第二光學透鏡之各者之後聚焦於一焦點上時，則對於靜態、前向注視光瞳的焦點處的入射光束，光學透鏡總成的調變轉移函數(MTF)可大於約0.7、或約0.75、或約0.8、或約0.85。在一些實施例中，該第一方向可與該光軸形成至少15度之一第一角。針對本申請案之目的，如上文所使用之MTF應指矢狀與切線MTF值之平均值。在一些實施例中，該第一距離可係距離該第一主表面小於約30mm、或小於約29mm、或小於約28mm。在一些實施例中，實質上準直光束可具有小於約5度、或小於約3度、或小於約1度之全發散角。
根據本說明書的一些態樣，一光學透鏡總成可包括一光軸及至少第一光學透鏡及第二光學透鏡。該第一光學透鏡及該第二光學透鏡可包括：一第一主表面，其具有由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分；一凸形第二主表面；及一凸形第三主表面。在一些實施例中，該第一主表面至該第三主表面具有各別的垂度S1、S2、及S4，該等垂度隨與該光軸之徑向距離r而變動，使得S1*S2/S4之圖具有一局部最小值。在一些實施例中，一部分反射器可係設置於該第三主表面上且實質上適形於該第三主表面。在一些實施例中，一反射偏
振器可係設置於該第二主表面上且實質上適形於該第二主表面。在一些實施例中，該光學透鏡總成可經組態以具有焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在該第一光學透鏡與該第二光學透鏡之間的一間距(D)而在跨越至少從約-5屈光度延伸至約2屈光度之一屈光度範圍係可調整的。在一些實施例中，對於在該焦點調整範圍中之各焦點位置，當一視場角從約零度變為約30度、或約35度時，該屈光度曲率可小於約1屈光度。在一些實施例中，當該視場角從約零度變為約15度、或約10度時，該屈光度曲率可小於約0.5屈光度、或小於約0.4屈光度、或小於約0.3屈光度、或小於約0.2屈光度、或小於約0.1屈光度。
根據本說明書的一些態樣，一光學透鏡總成可包括一光軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二透鏡，該第二透鏡具有相對之第三主表面及第四主表面。在一些實施例中，該第二主表面與該第三主表面可面向彼此。在一些實施例中，該第一主表面至該第四主表面可具有各別的垂度S1至S4，其中該等垂度之各者係由以下所定義：
根據本說明書的一些態樣，一光學透鏡總成包括一光軸及至少第一光學透鏡及第二光學透鏡。在一些實施例中，該第一光學透鏡及該第二光學透鏡一起可包括：至少一第一主表面；一凸形第二主表面；及一凸形第三主表面、一部分反射器，其係設置於該第三主表面上且實質上適形於該第三主表面；及一反射偏振器，其係設置於該第二主表面且實質上適形於該第二主表面。在一些實施例中，該光學透鏡總成可經組態以具有焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在該第一光學透鏡與該第二光學透鏡之間的一間距而在跨越至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍係可調整的，使得對於在該焦點調整範圍中之各焦點位置，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約10%、或小於約7%、或小於約5%、或小於約4.5%。
在一些實施例中，該第一主表面可包括由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分。在一些實施例中，該第一主表面至該第三主表面可具有各別的垂度S1、S2、及S4，該等垂度隨與該光軸之徑向距離r而變動，其中S1*S2/S4具有一局部最小值。
在一些該光學系統總成之實施例中，對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約5%、或小於約4%、或小於約3%。在一些實施例中，對於至少從約-4屈光度延伸至約0屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約3%、或小於約2%。在一些實施例中，對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約5%、或小於約4%、或小於約3%、或小於約2.5%。在一些實施例中，對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約3%、或小於約2%、或小於約1%。在一些實施例中，對於至少從約-4屈光度延伸至約0屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約3%、或小於約2%、或小於約1%、或小於約0.6%。
現在回到圖式，圖1係根據本說明書之光學系統400的側面剖視圖，該光學系統包括光學透鏡總成300。在一些實施例中，光學系統400包括：光學系統軸10；光學透鏡總成300；顯示器55，其經組態以發射影像41，以用於當一觀察者之眼睛80經定位在光學透鏡總成300之眼睛側301上時，供眼睛80觀看。
在一些實施例中，光學透鏡總成300可包括第一光學透鏡20，該第一光學透鏡面向第二光學透鏡30。在一些實施例中，第一光學透鏡20可包括第一主表面21及第二主表面22。在一些實施例
中，第二光學透鏡30可包括第三主表面31及第四主表面32。可設置第一光學透鏡20及第二光學透鏡30，使得第二主表面22面向第三主表面31，如圖1所示。
在一些實施例中，第一主表面21可包括由環形凹形外部24所環繞的凸形中心部分23(亦參見圖2中之第一主表面21的前視圖，其顯示部分23及部分24)。在一些實施例中，第二主表面22可係凸形，第三主表面31可係實質上平坦，且第四主表面32可係凸形。在一些實施例中，該第一主表面至該第四主表面21、22、31、32可具有各別的垂度S1、S2、S3、及S4，其中該等垂度之各者係由下式所定義：
其中c係1/主表面之曲率半徑，k係表面之圓錐常數(亦即，史瓦西常數)，r係與光學軸的距離，且a係非球面變形常數。針對四個主表面之該等垂度的額外細節，參見至少圖3及圖4。
在某些實施例中，針對從約1mm延伸至至少約25mm之r值，可保持以下關係：
-0.7
S1/S2
1且
-0.2
S1/S4
0.4
在一些實施例中，S1/S2及S1/S4比率之各者的最佳四階多項式擬合可具有大於約0.95之r平方值(亦參見圖5A及圖5B)。
在一些實施例中，光學系統400進一步包括：部分反射器40(例如，50/50分光鏡塗層或膜)，其係設實於第四主表面32上且實質上適形於該第四主表面；及反射偏振器50，其係設置於第二主表面22上且實質上適形於該第二主表面。在一些實施例中，光學系統400可形成影像41之虛像70，以供眼睛80觀看。在一些實施例中，光學系統400亦可包括：光學延遲器90(例如四分之一波片)，其係設置於第一光學透鏡20與第二光學透鏡30之間。
針對本說明書之目的，用語「光學系統軸(optical system axis)」、「系統軸(system axis)」、及「光軸(optical axis)」係同義詞，且該等用語應定義以意指定義路徑的假想線，光沿該假想線傳播通過光學系統，且光路徑圍繞該假想線展現某一程度的旋轉對稱性。在一些實施例中，光學系統軸可經摺疊(亦即，光可穿過一或多個光學組件(例如，透鏡、光學膜、光學延遲器等)、由該一或多個光學組件反射、折射、或以其他方式受影響，使得光路徑係經折疊而非絕對線性)。然而，如本文所使用，即使在具有摺疊光軸的系統中，該等用語應定義為假想線，在光學系統中沿著該假想線具有旋轉對稱性。
在一些實施例中，光學系統軸10可係折疊光學系統軸。在一些實施例中，光學系統軸10可經摺疊，使得光學系統軸10
的第一區段實質上與該光學系統軸之不同的第二區段重合。舉例而言，光線99可穿過顯示器55，通過部分反射器40及光學延遲器90、經反射離開反射偏振器50，回頭通過光學延遲器90、並接著反射離開部分反射器40，回頭通過光學延遲器90及反射偏振器50(由於偏振狀態現已在穿過光學延遲器三次之後改變)，且最終通過反射偏振器50朝向觀察者之眼睛80離開光學透鏡總成300之眼睛側301。
圖2係圖1之第一光學透鏡20的第一主表面21的前視圖。第一主表面21包括由環形凹形外部分24(亦即，一「槽溝」，其具有推入至像平面的一圓形底部)所環繞的凸形中心部分23(亦即，一圓形「丘」，其具有延伸至像平面外的一峰)。虛線意欲指示凸形中心部分23及環形凹形外部分24之近似邊界(兩個表面之間的一般關係)，且不意欲為限制或定義特定尺寸。
圖3係如本說明書所使用之一光學透鏡垂度之定義的圖示。如本文中所使用，垂度s之一給定值係定義為針對從光學系統軸10的一給定半徑r自含有該透鏡(諸如由圖1之第四主表面32所界定之一透鏡)之該頂點的一平面至透鏡32的表面的距離。垂度s之值將在一給定透鏡形狀的表面上改變。對於如圖3所示之表面32，垂度s隨著r值(與光學系統軸的距離)的增加而增加。對於其他表面，諸如圖1及圖2之第一主表面21，垂度s可隨距離r而交替地增加及降低。
圖4係垂度S1、S2、S3、及S4的圖，其分別係例如圖1所示之光學透鏡總成300之四個主表面21、22、31、及32中之各
者的實施例。x軸(亦即，圖表之底部)顯示以毫米(mm)為單位的垂度值及y軸(亦即，垂直軸)顯示以mm為單位的r值(亦即，與頂點的距離)。對應於第一主表面21之垂度圖S1最初顯示增加之垂度(由圖2之環形凹形外部分24所產生)，而當該表面再次開始上升時，則轉變成減少之垂度(在環形凹形外部分24之末端處。對應於第二主表面22及第四主表面32之垂度圖S2及S4顯示隨著r增加而增加的垂度值(意指凸形表面)，且第三主表面31之垂度圖S3顯示不改變的垂度值(意指實質上平坦表面)。
圖5A及圖5B提供顯示針對圖4所擷取之實施例所界定之各種垂度之間關係的圖。圖5A顯示S1/S2(亦即，圖1之第一主表面21及圖1之第二主表面22的垂度)關係的圖。如先前所討論，針對從約1mm延伸至至少約25mm之r值，該S1/S2值大於或等於約-0.7，且小於或等於約1.0。圖5B顯示S1/S4(亦即，圖1之第一主表面21及圖1第四主表面32的垂度)關係的圖。如先前所討論，針對從約1mm延伸至至少約25mm之r值，該S1/S4值大於或等於約-0.2，且小於或等於約0.4。各圖(圖5A及圖5B)顯示兩條圖形線。第一線(實線)係兩個表面之垂度(圖5A之S1/S2及圖5B之S1/S4)的關係，且第二線(虛線)顯示對應的關係圖之最佳四階多項式擬合。在圖5A及圖5B中提供實施例所用之實際R平方值及該等圖的方程式。
圖6顯示根據本說明之圖1之光學透鏡總成300的矢狀(虛線)及切線(實線)像場彎曲的圖。圖6之圖係以-0.5屈光度/2.0
公尺虛像距離的標稱焦點產生。除非本文另有指定，否則該值係用以產生本文所提供之該等圖及其他圖的標稱焦點。圖6顯示圖1之光學透鏡總成300的實施例的矢狀像場彎曲60(沿穿過透鏡之水平面的曲率)的圖。如可見於圖6之實施例，光學透鏡總成300具有矢狀像場彎曲60，該矢狀像場彎曲變化小於約100微米、或小於約95微米、或小於約90微米、或小於約85微米、或小於約80微米、或小於約75微米。圖6進一步顯示圖1之光學透鏡總成300的實施例的切線像場彎曲61(沿穿過透鏡之垂直面的曲率)的圖。如可見於圖6之實施例，光學透鏡總成300具有切線像場彎曲61，該切線像場彎曲變化小於約200微米、或小於約190微米、或小於約180微米、或小於約170微米、或小於約160微米、或小於約150微米、或小於約140微米、或小於約135微米。
圖7係根據本說明書之圖1之光學透鏡總成300之該等表面的垂度S1至S4的額外關係的圖。作為提醒，S1代表第一主表面21之垂度(參見圖1)，S2代表第二主表面22之垂度，S3代表第三主表面31之垂度，且S4代表第四主表面32之垂度。圖7中的圖形線代表關係S1*S2之圖及關係S1*S2/S4之圖。在一些實施例中，S1*S2之圖可在一第一徑向距離r1處具有第一局部峰70(例如，一局部最大值)，且S1*S2/S4之圖可在與r1不同之一第二距離r2處具有第二局部峰71(例如，一局部最小值)。
圖8A及圖8B繪示根據本說明書之具有能夠感知虛像的成像系統之一光學系統。由於圖8A及圖8B係圖1之光學系統400
的簡化版本，故針對以下討論應將圖1與圖8A及圖8B一起檢視。為簡單起見，一些細節已排除在圖8A/8B之外，且因此光學系統在圖8A及圖8B中應稱為400b。
參見圖1及圖8A，光學系統400b包括圖1的光學透鏡總成，其包括：部分反射器40，其係設置於第四主表面32上且實質上適形於該第四主表面；及反射偏振器50，其係設置在第二主表面22上且實質上適形於該第二主表面；光學系統軸10；及顯示器55。在一些實施例中，光學系統400b形成由顯示器55所發射之一影像41的一虛像70，以用於當眼睛80經定位為接近該光學透鏡總成之一眼睛側301上的一眼睛位置84時，供該眼睛觀看。
在一些實施例中，對於相對於光學系統軸10在約5度與約30度之間的一第一視場角a1的各第一虛像位置71，當一成像系統140以一成像系統軸141為中心且經定位為接近該眼睛位置84並形成對應於該第一虛像位置71之該虛像70的一影像時，隨著該成像系統140至少經旋轉使得該成像系統軸141接近該第一視場角a1，所形成之該影像的一解析度增加(如圖8B所示)。亦即，在一些實施例中，當成像系統140旋轉至角度a1時，虛像位置71的感知解析度可增加(亦即，改善)。
圖9提供針對圖1之光學透鏡總成300的跨越一屈光度範圍在從約零度至約35度之角視場之各種屈光度值的圖，該屈光度範圍至少從約-8屈光度延伸至約4屈光度。換言之，圖9基於改變(增加或減少)圖1中所示之間距D的各種屈光度值。
圖9之資料圖中的各點係使用一光學設計軟體套組來計算，其遵循該等程序步驟：
1)將該虛像距離調整至標稱屈光度設定。
2)調整透鏡位置，以在0度視場有最佳焦點，其中5mm光瞳前向注視而不旋轉。
3)繞光瞳後方12mm(透鏡後方27mm)的一點，將5mm光瞳旋轉至各角視場點。
4)將該虛像距離最佳化以在各點處有最佳焦點，並從該虛像距離計算屈光度值。
圖9顯示沿著左垂直軸以屈光度為單位之虛像平面焦點、及在右垂直軸上之間距距離D的變化。x軸顯示視場角在從約零度至約35度之範圍內的改變。如圖9中所示，針對圖1之光學透鏡總成300，該光學透鏡總成經組態以具有焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在第一光學透鏡20與第二光學透鏡30之間的間距D而在跨越至少從至少約-5屈光度延伸至至少約2屈光度之一屈光度範圍係可調整的，使得對於在該焦點調整範圍中之各焦點位置，當一視場角從約零度變為約30度、或從約零度至約35度時，該屈光度曲率小於約1屈光度。
圖10係根據本說明書之光學系統400的另一側面剖視圖，該光學系統包括光學透鏡總成300。光學透鏡總成300包括光學系統軸10及第一光學透鏡20，該第一光學透鏡具有相對之第一主表面21及第二主表面22且面向第二光學透鏡30，該第二光學透鏡具有
相對之第三主表面31及第四主表面32。在一些實施例中，第二主表面22與第三主表面31可面向彼此。如本說明書別處所述，第一主表面21包括由環形凹形外部分24所環繞的凸形中心部分23，第二主表面22係凸形，第三主表面31係實質上平坦，且第四主表面32係凸形。
在一些實施例中，該第一主表面至該第四主表面21、22、31、32可具有各別的垂度S1至S4，該等垂度隨與該光軸之徑向距離r而變動。在一些實施例中，如圖7中所示，S1*S2之圖可在一第一徑向距離r1處具有第一局部峰70，且S1*S2/S4之圖可在與r1不同之一第二距離r2處具有第二局部峰71。
在一些實施例中，當來自物體81之實質上準直光束100沿著第一方向82傳播，且與光學系統軸10在距第一主表面21大於約20、或約21、或約22、或約23、或約24、或約25、或約26mm之第一距離d1處相交，並入射於光學透鏡總成300之第一主表面21側上，且在通過至少第一光學透鏡20及第二光學透鏡30之各者後聚焦於焦點84時，則對於在靜態、前向注視光瞳的焦點處的入射光束，光學透鏡總成的調變轉移函數(MTF)大於約0.70、或大於約0.75、或大於約0.80、或大於約0.85(亦參見圖11，MTF圖85)。在一些實施例中，準直光束100之光束直徑Db係在約4mm與約6mm之間、或在約3mm與約7mm之間。在一些實施例中，物體81可具有每毫米約15線對至約25線對、或約17線對至約23線對、或約19線對至約23線對之間之空間頻率。在一些實施例中，第一方向
82可與該光軸形成至少15度之第一角θ1。針對本說明書之目的，所使用之調變轉移函數(MTF)(參考數字85)係指光學透鏡總成300之矢狀及切線MTF的平均值。
圖11針對本說明書之至少一些實施例提供參照上文在圖10之說明中的調變轉移函數(MTF)值的圖。圖11顯示對於靜態、前向注視光瞳在21線對/毫米處之矢狀MTF、切線MTF、及平均MTF之圖(線85)。參見平均MTF圖85，可看到在15度(位置83)之視場角(圖10之θ1)及較高的旋轉角度下，MTF值大於至少0.70或0.75。
圖12A至圖12C繪示針對不同的屈光度值將透鏡總成聚焦可以如何影響使用固定視場產生虛像所需的物體高度。光學透鏡總成300的焦點可藉由改變第一光學透鏡20與第二光學透鏡30之間的間距(亦即，間隙)而改變。在圖12A中所示之實例實施例中，藉由將第一光學透鏡20與第二光學透鏡30之間的間隙改變至0.46mm，將光學透鏡總成300調整為-8屈光度(-8.0D)的焦點。在圖12B中所示之實例實施例中，藉由將第一光學透鏡20與第二光學透鏡30之間的間隙改變至4.47mm，將光學透鏡總成300調整為-0.5屈光度(-0.5D)的焦點。在圖12C中所示之實例實施例中，藉由將第一光學透鏡20與第二光學透鏡30之間的間隙改變至6.34mm，將光學透鏡總成300調整為3屈光度(+3.0D)的焦點。
在完全物空間(object-space)的遠心目鏡中，由該目鏡所形成之一固定高度物體的虛像所對向的該角度將不會隨著目鏡的焦點
受到調整而改變。換言之，在完全物空間的遠心目鏡中，放大率可透過焦點調整而係固定的。在物空間中幾乎遠心的一目鏡中，由該目鏡所形成之一給定高度物體的虛像所對象的角度將會有輕微的改變。儘管在圖12A至圖12C中不易感知，但調整焦點時，產生全視場所需的物體高度有一小變化。該小變化係以定量方式顯示於圖13B至圖13C中。
應注意，為簡單起見，圖12A至圖12C中所示之角θFOV表示全視場的一半。亦即，針對60度的全視場，例如，角θFOV會係30度(假設全視場對系統光學軸對稱)。在一真正的遠心光學系統中，將焦點從一個屈光度改變至下一個屈光度將對放大率幾乎沒有影響(亦即，無論焦點為何，相同物體高度會提供相同視場)。然而，可使用本文所述之方法來達成幾乎遠心的光學系統。
圖13A至圖13C繪示如本文所描述之光學系統的焦點調整曲線及放大率曲線，其在所欲的屈光度範圍內顯示幾乎遠心的效能。圖13A顯示本說明書之一實施例之焦點調整曲線，其繪製與在第一光學透鏡20與第二光學透鏡30之間以毫米(mm)為單位之距離(參見圖1)相關的屈光度數(屈光度焦點)。圖13A顯示在從約0.46mm至約6.34mm之透鏡之間的間隔的逐漸增加係如何使屈光度焦點從於約-8屈光度增加至約+3屈光度，其代表一典型焦點範圍，該典型焦點範圍涵蓋大部分人類族群之球形折射誤差的分布。圖13B顯示針對跨越在-8屈光度與約+3屈光度之間的焦點調整範圍內的95度視場(從光學系統軸+/- 47.5度)所計算的放大率。在該屈光度範圍內，放
大率的最大值係11.27，且此範圍內的最小值(針對95度視場而言)係10.80。藉由使用該最大值與該最小值之間的差並且將該差除以該最小值來計算屈光度範圍內之變化量。
類似地，圖13C顯示60度視場(從光學系統軸+/- 30)之放大率曲線，以用於比較目的。在該屈光度範圍內，放大率的最大值係10.43，且整個此範圍內的最小值(針對60度視場而言)係10.20。同樣地，藉由使用該最大值與該最小值之間的差並且將該差除以該最小值來計算屈光度範圍內之變化量。
計算在一較小屈光度範圍內(例如，從-5屈光度至1屈光度、或從-4屈光度至0屈光度)延伸之95度及60度視場的放大率改變可顯示為具有較小的放大率變化百分比對應值(亦即，在該較小屈光度範圍內，放大率變化較小)。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中諸如「約(about)」等用語。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中如應用以表達特徵大小、量、及實體性質的數量所使用的「約」，則「約」將應理解為意指在指定值之10百分比內。就一指定值給定的數量可精確係該指定值。例如，若所屬技術領域中具有通常知識者不清
楚在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中之具有約1的值的數量，意指該數量所具有的值在0.9與1.1之間，且該值可係1。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解在本說明書中所使用及描述之內容脈絡中諸如「實質上(substantially)」等用語。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明中所使用及描述之內容脈絡中所使用的「實質上相等(substantially equal)」，則「實質上相等」將意指約相等，其中約係如上文所述。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明中所使用及描述之內容脈絡中所使用的「實質上平行(substantially parallel)」，則「實質上平行」將意指在30度內平行。在一些實施例中，描述為實質上彼此平行的方向或表面可係在20度內、或10度內平行，或可係平行或標稱平行。若所屬技術領域中具有通常知識者不清楚在本說明中所使用及描述之內容脈絡中所使用的「實質上對準(substantially aligned)」，則「實質上對準」將意指在與所對準物體寬度之20%內對準。在一些實施例中，經描述為實質上對準的物體可在與所對準物體寬度之10%內或5%內對準。
於上文中引用的文獻、專利、及專利申請案特此以一致的方式全文以引用方式併入本文中。若併入的文獻與本申請書之間存在不一致性或衝突之部分，應以前述說明中之資訊為準。
除非另外指示，否則對圖式中元件之描述應理解成同樣適用於其他圖式中相對應的元件。雖在本文中是以具體實施例進行說明及描述，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解可以各種替代及/或均等實施方案來替換所示及所描述的具體實施例，而不偏離本揭露
的範疇。本申請案意欲涵括本文所討論之特定具體實施例的任何調適形式或變化形式。因此，本揭露意圖僅受限於申請專利範圍及其均等者。
10:光學系統軸
20:第一光學透鏡
21:第一主表面
22:第二主表面
23:凸形中心部分；部分
24:環形凹形外部分；部分
30:第二光學透鏡
31:第三主表面
32:第四主表面
40:部分反射器
41:影像
50:反射偏振器
55:顯示器
70:第一局部峰；虛像
80:眼睛
84:眼睛位置；焦點
90:光學延遲器
99:光線
300:光學透鏡總成
301:眼睛側
400:光學系統
D:間距
r:徑向距離
Claims (35)
- 一種光學透鏡總成，其包含一光學軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡包含相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二透鏡，該第二透鏡包含相對之第三主表面及第四主表面，該第二主表面與該第三主表面面向彼此，該第一主表面至該第四主表面具有各別的垂度S1至S4，其中該等垂度之各者係由以下所定義：
其中c係1/主表面之曲率半徑，k係該表面之圓錐常數，r係與該光學軸的距離，且a係非球面變形常數，其中該第一主表面包含由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分，該第二主表面係凸形，該第三主表面係實質上平坦，且該第四主表面係凸形，其中對於從約1mm延伸至至少約25mm的r：-0.7S1/S2
1；
-0.2S1/S4
0.4；且
S1/S2及S1/S4之各者的一最佳四階多項式擬合具有大於約0.95之一r平方值。 - 一種光學系統，其包含：如請求項1之光學透鏡總成；一部分反射器，其係設置於該第四主表面上且實質上適形於該第四主表面；及一反射偏振器，其係設置在該第二主表面上且實質上適形於該第二主 表面；一光學系統軸；及一顯示器，該光學系統形成由該顯示器所發射之一影像的一虛像，以用於當一眼睛經定位為接近該光學透鏡總成之一眼睛側上的一眼睛位置時，供該眼睛觀看，使得對於相對於該系統軸在約5度與約30度之間的一第一視場角的各第一虛像位置，當以一成像系統軸為中心之一成像系統經定位為接近該眼睛位置並形成對應於該第一虛像位置之該虛像的一影像時，隨著該成像系統至少經旋轉使得該成像系統軸接近該第一視場角，所形成之該影像的一解析度增加。
- 如請求項2之光學系統，其中該光學系統軸經摺疊。
- 如請求項2之光學系統，其中該光學系統軸經摺疊，使得該光學系統軸之一第一區段實質上與該光學系統軸之一不同的第二區段重合。
- 如請求項1之光學透鏡總成，其進一步包含：一部分反射器，其係設置於該第四主表面上且實質上適形於該第四主表面；及一反射偏振器，其係設置於該第二主表面上且實質上適形於該第二主表面，其中對於一實質上法向入射光及自約420nm延伸至約680nm的一可見波長範圍：對於正交之第一偏振狀態與第二偏振狀態之各者，該部分反射器具有至少30%之一平均反射率及至少30%之一平均透射率；且該反射偏振器對於該第一偏振狀態具有至少60%之一平均反射率，且對於該第二偏振狀態具有至少60%之一平均透射率；且其中，對於最高至少約45度之一視場，該光學透鏡總成具有變化小於約100微米之一矢狀像場彎曲。
- 如請求項5之光學透鏡總成，其中對於最高至少約45度之該視場，該光學透鏡總成具有變化小於約200微米之一切線像場彎曲。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，該虛像之一放大率在一95度視場上改變小於約4.5%。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約4.5%。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約2.7%。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-4屈光度延伸至約0屈光度之一屈光度範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約1.9%。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，該虛像之一放大率在一60度視場上改變小於約2.5%。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約2.5%。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約1%。
- 如請求項2之光學系統，其中對於至少從約-4屈光度延伸至約0屈光度之一屈光度範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約0.6%。
- 一種光學透鏡總成，其包含一光學軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡包含相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二光學透鏡，該第二光學透鏡包含相對之第三主表面及第四主表面，該第二主表面與該第三主表面面向彼此，其中該第一主表面包含由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分，該第二主表面係凸形，該第三主表面係實質上平坦，且該第四主表面係凸形，該第一主表面至該第四主表面具有各別的垂度S1至S4，該等垂度隨與該光學軸之徑向距離r而變動，其中S1*S2在一第一徑向距離r1處有一第一局部峰，且 S1*S2/S4在不同於r1之一第二距離r2處有一第二局部峰；使得當具有在約4mm與6mm之間的一光束直徑的一實質準直光束沿一第一方向傳播，該實質準直光束來自包含在每毫米約15線對至約25線對之間之一空間頻率之一物體，該第一方向與該光學軸之間形成至少15度的一第一角，且該實質準直光束與該光學軸在距離該第一主表面大於約20mm之一第一距離處相交，並入射於該光學透鏡總成之該第一主表面側上，且在通過至少該第一光學透鏡及該第二光學透鏡之各者之後聚焦於一焦點上時，則對於靜態、前向注視光瞳的焦點處的入射光束，該光學透鏡總成的調變轉移函數(modulation transfer function,MTF)大於約0.7。
- 如請求項15之光學透鏡總成，其中該第一距離係距離該第一主表面小於約30mm。
- 如請求項15之光學透鏡總成，其中比率S1/S2及S1/S4中之至少一者係由一四階多項式所描述。
- 如請求項15之光學透鏡總成，其中該第一局部峰係一局部最大值，且該第二局部峰係一局部最小值。
- 如請求項15之光學透鏡總成，其中該實質上準直光束具有小於約5度之全發散角。
- 一種光學透鏡總成，其包含一光學軸及至少第一光學透鏡及第 二光學透鏡，其等包含：一第一主表面、一凸形第二主表面、及一凸形第三主表面，該第一主表面包含由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分，該第一主表面至該第三主表面具有各別的垂度S1、S2、及S4，該等垂度隨與該光學軸之徑向距離r而變動，其中S1*S2/S4具有一局部最小值；一部分反射器，其係設置於該第三主表面上且實質上適形於該第三主表面；及一反射偏振器，其係設置於該第二主表面上且實質上適形於該第二主表面，其中，該光學透鏡總成經組態以具有一焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在該第一光學透鏡與該第二光學透鏡之間的一間距而在跨越至少從約-5屈光度延伸至約2屈光度之一焦點調整範圍係可調整的，使得對於在該焦點調整範圍中之各焦點位置，當一視場角從約零度變為約30度時，該屈光度曲率小於約1屈光度。
- 如請求項20之光學透鏡總成，其中對於該屈光度範圍中之各屈光度，當一視場角從約零度變為約15度時，該屈光度曲率小於約0.5屈光度。
- 一種光學透鏡總成，其包含一光軸及一第一光學透鏡，該第一光學透鏡包含相對之第一主表面及第二主表面且面向一第二透鏡，該第二透鏡包含相對之第三主表面及第四主表面，該第二主表面與該第 三主表面面向彼此，該第一主表面至該第四主表面具有各別的垂度S1至S4，其中該等垂度之各者係由下式所定義：
其中c係1/主表面之曲率半徑，k係該表面之圓錐常數，r係與該光學軸的距離，且a係非球面變形常數，其中該第一主表面包含由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分，該第二主表面係凸形，該第三主表面係實質上平坦，且該第 四主表面係凸形，其中：對於該第一主表面：0.0035c
0.006mm-1，-3
k
-1.5，且-5E-06
a2
-3E-06；
對於該第二主表面：-0.006c
0.004mm-1，30
k
37，且0.5E-06
a2
2E-06；且
該第四表面實質上係具有在約-85mm與約-60mm之間的曲率半徑之一球形表面。 - 如請求項22之光學透鏡總成，其中對於從約1mm延伸至至少約25mm的r：-0.7S1/S2
1；
-0.2S1/S4
0.4；且
S1/S2及S1/S4之各者的一最佳四階多項式擬合具有大於約0.95之一r平方值。 - 如請求項22之光學透鏡總成，其進一步包含：一部分反射器，其係設置於該第四主表面上且實質上適形於該第四主表面；及一反射偏振器，其係設置於該第二主表面上且實質上適形於該第二主表面，其中對於一實質上法向入射光及自約420nm延伸至約680nm的一可見波長範圍：對於正交之第一偏振狀態與第二偏振狀態之各者，該部分反射器具有至少30%之一平均反射率及至少30%之一平均透射率；且該反射偏振器對於該第一偏振狀態具有至少60%之一平均反射率，且對於該第二偏振狀態具有至少60%之一平均透射率；且其中，對於最高至少約45度之一視場，該光學透鏡總成具有變化小於約100微米之一單色矢狀像場彎曲。
- 如請求項24之光學透鏡總成，其中對於最高至少約45度之該視場，該光學透鏡總成具有變化小於約200微米之一單色切線像場彎曲。
- 一種光學透鏡總成，其包含一光學軸及至少第一光學透鏡及第二光學透鏡，該第一光學透鏡及該第二光學透鏡包含：一第一主表面、一凸形第二主表面、及一凸形第三主表面；一部分反射器，其係設置於該第三主表面上且實質上適形於該第三主表面；及一反射偏振器，其係設置於該第二主表面上且實質上適形於 該第二主表面，其中該光學透鏡總成經組態以具有一焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在該第一光學透鏡與該第二光學透鏡之間的一間距而在跨越至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一焦點調整範圍係可調整的，使得對於在該焦點調整範圍中之各焦點位置，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約10%。
- 如請求項26之光學透鏡總成，其中該第一主表面包含由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分。
- 如請求項26之光學透鏡總成，其中該第一主表面至該第三主表面具有各別的垂度S1、S2、及S4，該等垂度隨與該光學軸之徑向距離r而變動，其中S1*S2/S4具有一局部最小值。
- 如請求項26之光學透鏡總成，其中對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一焦點調整範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約5%。
- 如請求項26之光學透鏡總成，其中對於至少從約-4屈光度延伸至約0屈光度之一焦點調整範圍，產生具有一95度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約3%。
- 一種光學透鏡總成，其包含一光學軸及至少第一光學透鏡及第二光學透鏡，該第一光學透鏡及該第二光學透鏡包含：一第一主表面、一凸形第二主表面、及一凸形第三主表面；一部分反射器，其係設置於該第三主表面上且實質上適形於該第三主表面；及一反射偏振器，其係設置於該第二主表面上且實質上適形於該第二主表面，其中，該光學透鏡總成經組態以具有一焦點，該焦點藉由至少軸向地改變在該第一光學透鏡與該第二光學透鏡之間的一間距而在跨越至少從約-8屈光度延伸至約3屈光度之一焦點調整範圍係可調整的，使得對於在該焦點調整範圍中之各焦點位置，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約5%。
- 如請求項31之光學透鏡總成，其中該第一主表面包含由一環形凹形外部分所環繞的一凸形中心部分。
- 如請求項31之光學透鏡總成，其中該第一主表面至該第三主表面具有各別的垂度S1、S2、及S4，該等垂度隨與該光學軸之徑向距離r而變動，其中S1*S2/S4具有一局部最小值。
- 如請求項31之光學透鏡總成，其中對於至少從約-5屈光度延伸至約1屈光度之一焦點調整範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約3%。
- 如請求項31之光學透鏡總成，其中對於至少從約-4屈光度延伸至 約0屈光度之一焦點調整範圍，產生具有一60度視場之一虛像所需的一物體高度變化小於約2%。
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