[发明专利]光学系统

权利要求书

1.一种用于将图像显示给观察者的光学系统，所述光学系统包括：

第一光学透镜，所述第一光学透镜具有光学各向同性、具有约1mm至7mm范围内的厚度、具有弯曲的第一主表面和弯曲的第二主表面，所述弯曲的第一主表面和弯曲的第二主表面具有在约20mm至约200mm范围内的最佳拟合球面第一曲率半径，所述弯曲的第一主表面更靠近被配置为发射光的显示器；

第二光学透镜，所述第二光学透镜与所述第一光学透镜相对、具有约0.5mm至6mm范围内的厚度、具有第三主表面和第四主表面，所述第三主表面和第四主表面具有大于约500mm的最佳拟合球面第二曲率半径，所述第四主表面更靠近所述观察者，所述第一光学透镜朝向所述第二光学透镜凹入，其中所述第一光学透镜通过空气与所述第二光学透镜分开；

部分反射器，所述部分反射器设置于且适形于所述第一光学透镜的所述弯曲的第一主表面和所述弯曲的第二主表面中的一者，并且在从约400nm到约700nm的预定波长范围内具有至少30％的平均光学反射率；

反射偏振器，所述反射偏振器设置于且适形于所述第二光学透镜的所述第三主表面和所述第四主表面中的一者，所述反射偏振器在所述预定波长范围内基本上反射具有第一偏振态的光并且基本上透射具有正交的第二偏振态的光；和

第一延迟层和第二延迟层，所述第一延迟层设置在所述显示器和所述第一光学透镜之间，所述第二延迟层设置在所述第一光学透镜和所述第二光学透镜之间。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学透镜的所述弯曲的第一主表面和所述弯曲的第二主表面具有在约20mm至约150mm范围内的最佳拟合球面第一曲率半径。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光学透镜的所述弯曲的第一主表面和所述弯曲的第二主表面由下式描述：

其中r为从光学系统的光轴到所述非球面表面的距离，c为曲率系数，k为二次曲线常数，并且D、E、F、G、H、I和J为所述非球面表面的校正系数。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第二光学透镜的所述第三主表面和所述第四主表面具有大于约750mm的最佳拟合球面第二曲率半径。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第二光学透镜具有光学双折射率，并且所述反射偏振器设置在所述第二光学透镜和所述第一光学透镜之间，其中所述光学双折射率大于约15nm/cm。

6.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统具有光轴；光线沿着所述光轴传播穿过所述第一光学透镜和所述第二光学透镜、所述部分反射器、所述反射偏振器以及所述第一延迟层和所述第二延迟层而基本上不被折射，使得所述光学系统对于下述光锥具有大于约0.5的调制传递函数(MTF)：所述光锥从对象入射到所述光学系统上，包括每毫米约11个线对的空间频率，以所述光锥的穿过出射光瞳的开口的中心的主光线填充所述出射光瞳，并且所述主光线在由所述光轴和所述第二偏振态形成的平面上的投影与所述光轴成约0度的角度，而所述主光线在由所述光轴和所述第一偏振态形成的表面上的投影与所述光轴成约25度的角度。

7.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统具有光轴；光线沿着所述光轴传播穿过所述第一光学透镜和所述第二光学透镜、所述部分反射器、所述反射偏振器以及所述第一延迟层和所述第二延迟层而基本上不被折射，使得所述光学系统对于下述光锥具有大于约0.7的调制传递函数(MTF)：所述光锥从对象入射到所述光学系统上，包括每毫米约3个线对的空间频率，以所述光锥的穿过出射光瞳的开口的中心的主光线填充所述出射光瞳，并且所述主光线在由所述光轴和所述第二偏振态形成的平面上的投影与所述光轴成约15度的角度，而所述主光线在由所述光轴和所述第一偏振态形成的表面上的投影与所述光轴成约10度的角度。