本發(fā)明涉及光學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種適用于頭戴顯示器或類似裝置的大視場角高像質(zhì)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)及頭戴顯示裝置。
背景技術(shù)：
：隨著電子器件不斷向超微型化發(fā)展，以及新的計(jì)算機(jī)、微電子、光電器件和通信理論和技術(shù)的發(fā)展，可穿戴計(jì)算這種基于“以人為本”“人機(jī)合一”的新型模式已經(jīng)成為可能。在軍事、工業(yè)、醫(yī)療、教育、消費(fèi)等領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)應(yīng)用。在一個(gè)典型的可穿戴計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)中，頭戴式顯示裝置是關(guān)鍵的組成部分。頭戴顯示裝置通過光學(xué)技術(shù)，將微型圖像顯示器(例如透射式或反射式液晶顯示屏，有機(jī)電致發(fā)光器件，DMD器件)發(fā)出的視頻圖像光引導(dǎo)到使用者的瞳孔，在使用者的近目范圍實(shí)現(xiàn)虛擬、放大圖像，為使用者提供直觀、可視的圖像、視頻、文字信息。目鏡光學(xué)系統(tǒng)是頭戴顯示裝置的核心，實(shí)現(xiàn)將微型圖像顯示在人眼前形成虛擬放大圖像的功能。頭戴顯示裝置向著體積緊湊，重量輕，便于頭戴，減輕負(fù)載等方向發(fā)展。同時(shí)，大視場角和視覺舒適體驗(yàn)也逐漸成為衡量頭戴顯示裝置優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，大視場角決定了高臨場感的視覺體驗(yàn)效果，高像質(zhì)、低畸變決定了視覺體驗(yàn)的舒適度。滿足這些要求，需要目鏡光學(xué)系統(tǒng)盡可能地實(shí)現(xiàn)大視場角、高圖像分辨力、低畸變、小場曲、小體積等指標(biāo)，同時(shí)滿足上述光學(xué)性能對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和像差優(yōu)化是很大挑戰(zhàn)。分別具有正焦距、負(fù)焦距和正焦距的三片共軸透鏡組合(簡稱“正負(fù)正”)構(gòu)成常見的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，很多文獻(xiàn)基于該結(jié)構(gòu)提出各自的設(shè)計(jì)。專利文獻(xiàn)1(中國專利公開號CN101887166B)、專利文獻(xiàn)2(中國專利公開號CN103217782A)、專利文獻(xiàn)3(中國專利公開號CN104730706A)、專利文獻(xiàn)4(中國專利公開號CN103988111A)、專利文獻(xiàn)5(中國專利公開號CN104685402A)、專利文獻(xiàn)6(中國專利公開號CN104603669A)、專利文獻(xiàn)7(美國專利公開號 US7978417B2)、專利文獻(xiàn)8(美國專利公開號US8345139B2)分別提供采用共軸正負(fù)正三片透鏡形態(tài)構(gòu)成的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了低畸變(<3％)、高像質(zhì)的效果。但上述目鏡系統(tǒng)的有效視場角較小，分別從16°～37°，沒有實(shí)現(xiàn)大視場角效果。專利文獻(xiàn)9(美國專利公開號US5815317A)提供了一種用于頭戴顯示的目鏡系統(tǒng)，由單片正透鏡、雙膠合負(fù)透鏡、單片正透鏡構(gòu)成，整體上可看作正負(fù)正的光學(xué)結(jié)構(gòu)，該目鏡系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大視場角的效果(>50°)，但其場曲和像散等像差殘留較大，邊緣視場像質(zhì)難以實(shí)現(xiàn)高分辨率的光學(xué)效果，不利于長時(shí)間舒適的視覺體驗(yàn)。正正負(fù)作為另一種共軸三片透鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)較大的視場角，應(yīng)用于目鏡光學(xué)系統(tǒng)。專利文獻(xiàn)10(中國專利公開號CN104635333A)提采用了正正負(fù)結(jié)構(gòu)供了一種目鏡光學(xué)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大視場角(>50°)的光學(xué)效果，但該目鏡系統(tǒng)的軸外慧差較大，同時(shí)殘留較大色差，降低了軸外視場的光學(xué)分辨能力，不利于舒適的視覺體驗(yàn)。專利文獻(xiàn)11(中國專利公開號CN104536130A)提供了一種目鏡光學(xué)系統(tǒng)，在正正負(fù)共軸三片透鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加入了正光焦度的第四透鏡，構(gòu)成了正正負(fù)正的光學(xué)結(jié)構(gòu)；專利文獻(xiàn)12(美國專利公開號US5877900A)提供了一種目鏡光學(xué)系統(tǒng)，從人眼觀察側(cè)到微型圖像顯示器件側(cè)沿光軸方向共軸依次排列單片正透鏡、單片正透鏡、雙膠合負(fù)透鏡、單片正透鏡，整體上看構(gòu)成了正正負(fù)正的光學(xué)結(jié)構(gòu)。上述兩篇文獻(xiàn)所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)皆可實(shí)現(xiàn)大視場角(>50°)的光學(xué)效果，同時(shí)具有更好的軸外慧差、系統(tǒng)色差等光學(xué)指標(biāo)，但場曲和像散等像差有殘留，導(dǎo)致中心視場和邊緣視場的像質(zhì)存在明顯差異，越到邊緣越視場光學(xué)分辨率越低，沒有實(shí)現(xiàn)全畫幅范圍內(nèi)的高分辨率的光學(xué)效果。專利文獻(xiàn)13(中國專利公開號CN104570323A)提供了一種目鏡光學(xué)系統(tǒng)，從人眼觀察側(cè)到微型圖像顯示器件側(cè)沿光軸方向共軸依次排列單片正透鏡、單片正透鏡、單片負(fù)透鏡、單片負(fù)透鏡，構(gòu)成正正負(fù)負(fù)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，該目鏡系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超大視場角的光學(xué)效果(>70度)，但其畸變過大(>25％),造成圖像顯示較嚴(yán)重失真。專利文獻(xiàn)14(美國專利公開號US2014/0218806A1)提供了一種用于頭戴顯示的目鏡系統(tǒng)，從人眼觀察側(cè)到微型圖像顯示器件側(cè)沿光軸方向共軸依次排列正透鏡組和負(fù)透鏡組，其正透鏡組由2～3片正透鏡構(gòu)成，負(fù)透鏡組由正負(fù) 雙膠合透鏡或正負(fù)雙膠合透鏡及單片彎月正透鏡構(gòu)成，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可看作為正正負(fù)(雙膠合)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)計(jì)采用了正正正負(fù)(雙膠合)正的光學(xué)結(jié)構(gòu)。該目鏡光學(xué)系統(tǒng)，通過增加透鏡數(shù)(5片或以上)，實(shí)現(xiàn)大視場角(>50°)并校正光學(xué)系統(tǒng)殘余像差，但透鏡件數(shù)過多，增大了產(chǎn)品的外型尺寸和重量，不利于舒適的穿戴體驗(yàn)，且透鏡面型復(fù)雜，不利于批量生產(chǎn)。專利文獻(xiàn)15(中國專利公開號CN101609208B)提供了一種用于頭戴顯示的目鏡系統(tǒng)，從人眼觀察側(cè)到微型圖像顯示器件側(cè)沿光軸方向共軸依次排列單片正透鏡、單片正透鏡、正負(fù)雙膠合負(fù)透鏡、單片正透鏡、單片透鏡，同樣構(gòu)成了較為復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)大視場角的光學(xué)效果(>50度)，但上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)皆存在較大的像散，同時(shí)應(yīng)用多片透鏡原件構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)(大于5片)，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的外型尺寸和重量過大，不利于舒適的穿戴體驗(yàn)。專利文獻(xiàn)16(中國專利公開號CN104965306A)提供了一種大視場角目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中公開了從人眼觀察側(cè)到微型圖像顯示器件側(cè)沿光軸方向共軸依次排列第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡。該目鏡光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)超大視場角的光學(xué)效果(>75度)，但其邊緣視場相對于中心視場的圖像質(zhì)量有所下降，全畫幅像質(zhì)不夠均勻，同時(shí)，其需要使用折射率較大的光學(xué)材料，在現(xiàn)有已知的光學(xué)材料中，高折射率的材料導(dǎo)致產(chǎn)品的制造成本和重量增加，提升相應(yīng)光學(xué)元件的制造難度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種大視場角高像質(zhì)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)及頭戴顯示裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種大視場角高像質(zhì)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括從人眼觀察側(cè)到微型圖像顯示器件側(cè)沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且所述第一透鏡組的有效焦距為f1，f1為負(fù)值，所述第二透鏡組的有效焦距為f2，f2為正值，所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距為fw，滿足以下關(guān)系式(1)和(2)：-50<f1/fw<-0.6(1)；0.3<f2/fw<0.8(2)；其中：所述第一透鏡組由兩片透鏡構(gòu)成，分別是靠近人眼側(cè)的第一透鏡和遠(yuǎn)離人眼側(cè)的第二透鏡，且所述第一透鏡是雙凸形狀的正透鏡，所述第二透鏡 是負(fù)透鏡；所述第二透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼側(cè)，曲率半徑為負(fù)值；所述第二透鏡組由一片或多片透鏡構(gòu)成，其中所述第二鏡片組至少包括與所述第一透鏡組近鄰的第三透鏡，所述第三透鏡為正透鏡；所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡材料特性滿足以下關(guān)系式(11)、(12)和(13)：1.50<Nd11<1.82(11)；1.55<Nd12<1.75(12)；1.50<Nd23<1.78(13)；其中，上述Nd11、Nd12、Nd23分別為所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡在d線的折射率；所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡材料特性還滿足以下關(guān)系式(21)、(22)和(23)：35<Vd11<60(21)；21<Vd12<35(22)；35<Vd23<60(23)；其中，上述Vd11、Vd12、Vd23分別為所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡在d線的阿貝數(shù)；所述第二透鏡組還包含第四透鏡，所述第四透鏡位于所述第三透鏡與微型圖像顯示器件之間，所述第二透鏡組的有效焦距f2，第三透鏡的有效焦距f23，第四透鏡的有效焦距f24，滿足以下關(guān)系式(5)和(6)：1≤f23/f2≤1.4(5)；f24/f2>3.5(6)。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面為非球面，且所述第二透鏡的兩個(gè)光學(xué)面的曲率半徑滿足以下關(guān)系式(3)：-2.2<(R21+R22)/(R21-R22)<-0.45(3)；其中，R21為所述第二透鏡靠近人眼側(cè)表面曲率半徑，R22為所述第二透鏡靠近像源側(cè)表面曲率半徑。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡組的第一透鏡和第二透鏡之間的距離滿足以下關(guān)系式(4)：0.06<D12/fw<0.30(4)；其中，D12為沿光軸方向所述第一透鏡靠近像源側(cè)的光學(xué)表面中心與所述第二透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面中心距離。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡組和所述第二透鏡組的有效焦距滿足下面關(guān)系式(9)和(10)：-20.78<f1/fw<-1(9)；0.45<f2/fw<0.72(10)。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡組的有效焦距f1，第二透鏡組的有效焦距f2，以及目鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距fw滿足如下關(guān)系式(1b)、(2b)：-5<f1/fw<-1(1b)；0.35<f2/fw<0.51(2b)。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二透鏡的曲率半徑滿足以下關(guān)系式(3a)：-1<(R21+R22)/(R21-R22)<-0.5(3a)；其中，R21為所述第二透鏡靠近人眼側(cè)表面曲率半徑，R22為所述第二透鏡靠近像源側(cè)表面曲率半徑。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡組的所述第一透鏡和所述第二透鏡之間的距離滿足以下關(guān)系式(4a)：0.1<D12/fw<0.18(4a)；其中，D12為沿光軸方向第一透鏡靠近像源側(cè)的光學(xué)表面中心與第二透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面中心距離。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第四透鏡為彎月形狀透鏡，且其靠近微型圖像顯示器件的光學(xué)表面凹向微型圖像顯示器件。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述第三透鏡和所述第四透鏡為玻璃材料或者塑料材料。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述第三透鏡和所述第四透鏡中的一個(gè)或多個(gè)為軸對稱非球面透鏡。本發(fā)明所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二透鏡組還包括第五透鏡，所 述第三透鏡、所述第四透鏡和所述第五透鏡按從人眼側(cè)到微型顯示器側(cè)依次排列；同時(shí)，所述第四透鏡和所述第五透鏡組成雙膠合透鏡，且所述第三透鏡的有效焦距f23與所述第二透鏡組的有效焦距f2滿足下面關(guān)系式(8)：1<f23/f2<1.6(8)。本發(fā)明還提供了一種頭戴顯示裝置，包括微型圖像顯示器和目鏡，所述目鏡位于人眼與所述微型圖像顯示器之間，其中：所述目鏡為前述任一項(xiàng)所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述微型圖像顯示器是有機(jī)電致發(fā)光發(fā)光器件或透射式液晶顯示器。本發(fā)明所述的頭戴顯示裝置，其中，所述頭戴顯示裝置包含兩個(gè)相同且對稱設(shè)置的所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果在于：目鏡光學(xué)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、小尺寸、大視場、高光學(xué)分辨率等優(yōu)點(diǎn)，出瞳直徑大于一般目鏡。該目鏡的光學(xué)系統(tǒng)可以采用球面透鏡與非球面透鏡搭配使用、光學(xué)塑料和光學(xué)玻璃組合使用，進(jìn)而在降低制造成本和產(chǎn)品重量的基準(zhǔn)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)像差的大幅消除，特別是同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大視場角、低畸變、低色差、低場曲、低像散等光學(xué)指標(biāo)，是觀察者可以通過本發(fā)明所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)，觀看到全畫幅高清、無失真、像質(zhì)均勻的大幅畫面，達(dá)到高臨場感的視覺體驗(yàn)。附圖說明下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：圖1是本發(fā)明第1實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明第1實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的點(diǎn)列圖示意圖；圖3(a)是本發(fā)明第1實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的場曲曲線示意圖，圖3(b)是本發(fā)明第1實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的畸變曲線示意圖；圖4是本發(fā)明第2實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明第2實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的點(diǎn)列圖示意圖；圖6(a)是本發(fā)明第2實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的場曲曲線示意圖，圖6(b)是本發(fā)明第2實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的畸變曲線示意圖；圖7是本發(fā)明第3實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明第3實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖示意圖；圖9(a)是本發(fā)明第3實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的場曲曲線示意圖，圖9(b)是本發(fā)明第3實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的畸變曲線示意圖；圖10是本發(fā)明第4實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明第5實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明第6實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明第7實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是本發(fā)明第8實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是本發(fā)明第9實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(四片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖16是本發(fā)明的四片鏡目鏡光學(xué)系統(tǒng)的頭戴顯示裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是本發(fā)明第20實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖18是本發(fā)明第20實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的點(diǎn)列圖示意圖；圖19(a)是本發(fā)明第20實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的場曲曲線示意圖，圖19(b)是本發(fā)明第20實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的畸變曲線示意圖；圖20是本發(fā)明第21實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖21是本發(fā)明第21實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的點(diǎn)列圖示意圖；圖22(a)是本發(fā)明第21實(shí)施例目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的場曲曲線示意圖，圖22(b)是本發(fā)明第21實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(五片鏡)的畸變曲線示意圖；圖23是本發(fā)明的五片鏡目鏡光學(xué)系統(tǒng)的頭戴顯示裝置結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的大視場角高像質(zhì)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括從人眼觀察側(cè)到微型圖像顯示器件側(cè)沿光軸方向共軸依次排列的第一透鏡組和第二透鏡組，且第一透鏡組的有效焦距為f1，f1為負(fù)值，第二透鏡組的有效焦距為f2，f2為正值，目鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距為fw，滿足以下關(guān)系式(1)和(2)：-50<f1/fw<-0.6(1)；0.3<f2/fw<0.8(2)；其中：第一透鏡組由兩片透鏡構(gòu)成，分別是靠近人眼側(cè)的第一透鏡和遠(yuǎn)離人眼側(cè)的第二透鏡，且第一透鏡是雙凸形狀的正透鏡，第二透鏡是負(fù)透鏡；第二透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼側(cè)，曲率半徑為負(fù)值；第二透鏡組由一片或多片透鏡構(gòu)成，其中第二鏡片組至少包括與第一透鏡組近鄰的第三透鏡，第三透鏡為正透鏡；第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡材料特性滿足以下關(guān)系式(11)、(12)和(13)：1.50<Nd11<1.82(11)；1.55<Nd12<1.75(12)；1.50<Nd23<1.78(13)；其中，Nd11、Nd12、Nd23分別為第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡在d線的折射率；第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡材料特性滿足式(21)、(22)和(23)：35<Vd11<60(21)；21<Vd12<35(22)；35<Vd23<60(23)；其中，Vd11、Vd12、Vd23分別為第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡在d線的阿貝數(shù)；第二透鏡組還包含第四透鏡，所述第四透鏡位于所述第三透鏡與微型圖像顯示器件之間，所述第二透鏡組的有效焦距f2，第三透鏡的有效焦距f23，第四透鏡的有效焦距f24，滿足以下關(guān)系式(5)和(6)：1≤f23/f2≤1.4(5)；f24/f2>3.5(6)。在上述實(shí)施例中，第一透鏡組通過正負(fù)透鏡的組合充分地校正了系統(tǒng)的像差，提升了系統(tǒng)的光學(xué)分辨力。其中，通過采用雙凸表面的第一透鏡組合靠近人眼側(cè)的表面凹向人眼的第二透鏡，有效地減小了目鏡光學(xué)系統(tǒng)的整體尺寸。而且，第二透鏡組可提供足夠的正光焦度，以保證目鏡光學(xué)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)足夠大的視場角。更重要的是，在上述特征的基礎(chǔ)上，通過采用在d線的折射率為1.50<Nd23 <1.78的第三透鏡，即采用較低折射率的第三透鏡與第一透鏡組的正負(fù)透鏡相結(jié)合，有效改善了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了大視場角、低畸變、高光學(xué)分辨率，從而降低了所述光學(xué)系統(tǒng)的制造難度、制造成本和產(chǎn)品重量，大大提升了產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)；并通過對材料色散系數(shù)的組合，改善了光學(xué)系統(tǒng)的色差，提升了系統(tǒng)的光學(xué)性能。同時(shí)，加入正光焦度的第四透鏡，有利于實(shí)現(xiàn)更大的視場角和更高的光學(xué)分辨率。關(guān)系式(5)的取值大于等于1，用以降低第三透鏡的加工制造難度和對材料高折射率的要求，其取值小于等于1.4，有利于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)像方遠(yuǎn)心，關(guān)系式(6)的取值大于3.5，用以保證系統(tǒng)有足夠大的后焦距，有利于目鏡光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大范圍的視度調(diào)整。其中，Nd11可以是1.50、1.52、1.57、1.62、1.70、1.73、1.79、1.80、1.82等。Nd12可以是1.55、1.58、1.62、1.65、1.66、1.68、1.70、1.73、1.75等。Nd23可以是1.50、1.52、1.57、1.60、1.63、1.65、1.70、1.73、1.78等。Vd11可以是35、36.2、37.4、38.1、40.3、46.8、57.4、60等。Vd12可以是21、26.2、27.4、28.5、30.3、32.8、33.4、35等。Vd13可以是35、36.2、37.4、38.1、40.3、46.8、57.4、60等。f23/f2的取值可以是1、1.1、1.2、1.3、1.4等等。f24/f2的取值可以是3.5、3.6、3.7、3.8、4.7、5.8、6.9、12.5等等。在上述實(shí)施例基礎(chǔ)上，優(yōu)選地，第一透鏡組的有效焦距f1，第二透鏡組的有效焦距f2，以及目鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距fw滿足如下關(guān)系式(1a)、(2a)：-20.78<f1/fw<-1(1a)；0.3<f2/fw<0.526或0.700<f2/fw<0.8(2a)。上述關(guān)系式(1a)、(2a)中f1/fw和f2/fw的取值范圍對系統(tǒng)像差的校正、光學(xué)元件的加工難度、以及光學(xué)元件裝配偏差的靈敏度密切相關(guān)，關(guān)系式(1a)中f1/fw的取值大于-20.78，使系統(tǒng)像差得以充分校正，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的光學(xué)效果，其取值小于-1，改善了所述系統(tǒng)中光學(xué)元件的可加工性；關(guān)系式(2a)中的f2/fw取值大于0.3，改善了所述系統(tǒng)中光學(xué)元件的可加工性，其取值小于0.8，使系統(tǒng)像差得以充分校正，從而實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的光學(xué)效果。其中，f1/fw的取值可以是-20.78、-19.22、-18.74、-12.4、-10.56、-5、 -6.6、-3.43、-2、-1等等。f2/fw的取值可以是0.3、0.4、0.51、0.526、0.7、0.75、0.78、0.8等等。在上述實(shí)施例基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，第一透鏡組的有效焦距f1，第二透鏡組的有效焦距f2，以及目鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距fw滿足關(guān)系式(1b)、(2b)：-5<f1/fw<-1(1b)；0.35<f2/fw<0.51(2b)。通過進(jìn)一步優(yōu)選第一透鏡組、第二透鏡組和系統(tǒng)有效焦距的取值范圍，更好地平衡了所述光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能和加工制造難度。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)中：第二透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面為非球面，很好地校正了系統(tǒng)的畸變，且第二透鏡的兩個(gè)光學(xué)面的曲率半徑滿足以下關(guān)系式(3)：-2.2<(R21+R22)/(R21-R22)<-0.45(3)；其中，R21為第二透鏡靠近人眼側(cè)表面曲率半徑，R22為第二透鏡靠近像源側(cè)表面曲率半徑。其中關(guān)系是(3)中(R21+R22)/(R21-R22)的下限取值條件大于-2.2，使第二透鏡可以提供足夠的負(fù)光焦度，從而可以更好地平衡校正系統(tǒng)像差，實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)效果，其取值小于-0.45，降低了球差的校正難度，便于實(shí)現(xiàn)大光學(xué)孔徑。其中(R21+R22)/(R21-R22)的取值可以是-2.2、-1.8、-1.2、-1、-0.8、-0.6、-0.5等等。優(yōu)選地，上述第二透鏡的曲率半徑滿足以下關(guān)系式(3a)：-1<(R21+R22)/(R21-R22)<-0.5(3a)。關(guān)系式(3a)是對關(guān)系式(3)中(R21+R22)/(R21-R22)的取值范圍進(jìn)一步的優(yōu)選，使得光學(xué)系統(tǒng)的各級像差得到良好優(yōu)化的同時(shí)，又保證了第二透鏡具有良好的制造性。進(jìn)一步地，第一透鏡組的第一透鏡和第二透鏡之間的距離滿足關(guān)系式(4)：0.06<D12/fw<0.30(4)；其中，D12為沿光軸方向第一透鏡靠近像源側(cè)的光學(xué)表面中心與第二透鏡靠近人眼側(cè)的光學(xué)表面中心距離。上述關(guān)系式(4)中D12/fw的下限取值大于0.06，降低了系統(tǒng)離軸像差的 校正難度，確保中心視場和邊緣視場同時(shí)達(dá)到較高的圖像質(zhì)量，使全畫幅內(nèi)像質(zhì)均勻，其取值小于0.3，便于減小系統(tǒng)總長度，有利于產(chǎn)品的小型化。其中D12/fw取值可以是0.06、0.08、0.1、0.14、0.15、0.18、0.20、0.24、0.26、0.30等等。優(yōu)選地，第一透鏡組的第一透鏡和第二透鏡之間的距離滿足關(guān)系式(4a)：0.1<D12/fw<0.18(4a)。關(guān)系式(4a)是對關(guān)系式(4)中D12/fw的范圍進(jìn)一步的優(yōu)選，有利于更好地優(yōu)化各級像差，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)總長度的小型化。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第四透鏡為彎月形狀的透鏡，且其靠近微型圖像顯示器件的光學(xué)表面凹向微型圖像顯示器件。進(jìn)一步改善了系統(tǒng)的像散和場曲等像差，有利于目鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全畫幅均勻像質(zhì)的高分辨率光學(xué)效果。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第四透鏡的材料特性滿足以下要求(71)和(72)：1.50<Nd24<1.75(71)；40<Vd24<65(72)；其中，Nd24為第四透鏡在d線的折射率；Vd24為第四透鏡在d線的阿貝數(shù)。例如，Nd24可以是1.50、1.52、1.54、1.60、1.62、1.65、1.70、1.75。Vd24可以是40、44、47、50、51、52、61、65。優(yōu)選地，上述第四透鏡的材料特性滿足以下要求(71a)和(72a)：1.6<Nd24<1.65(71a)；50<Vd24<61(72a)；其中，Nd24為第四透鏡在d線的折射率，Vd24為第四透鏡在d線的阿貝數(shù)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第二透鏡組還包括第四透鏡和第五透鏡，第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡按從人眼側(cè)到微型顯示器側(cè)依次排列；同時(shí)，第四透鏡和第五透鏡組成雙膠合透鏡，且第三透鏡的有效焦距f23與第二透鏡組的有效焦距f2滿足下面關(guān)系式(8)：1<f23/f2<1.6(8)。關(guān)系式(8)中f23/f2的下限取值大于1，用以降低第三透鏡的加工制造難 度和對材料高折射率的要求，其取值范圍小于1.6，有利于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)像方遠(yuǎn)心光路。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第一透鏡組和第二透鏡組的有效焦距進(jìn)一步滿足下面關(guān)系式(9)和(10)：-21<f1/fw<-1.5(9)；0.45<f2/fw<0.72(10)。通過進(jìn)一步優(yōu)選第一透鏡組、第二透鏡組和系統(tǒng)有效焦距的取值范圍，更好地平衡了所述光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能和加工制造難度。其中，f1/fw取值可以是-21、-18.2、-15.7、-10.1、-8.5、-7.3、-6.1、-5.1、-2、-1、-1.5等。f2/fw的取值可以是0.45、0.52、0.63、0.68、0.70、0.72等。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡為玻璃材料或者塑料材料。使得所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的各級像差得到充分校正的同時(shí)，又控制了光學(xué)元件的制造成本和光學(xué)系統(tǒng)的重量。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的光學(xué)面都是軸對稱非球面。非球面的表達(dá)式為式(a)：其中，z為光學(xué)面的矢高，c為非球面頂點(diǎn)處曲率，k為非球面系數(shù),α2,4,6…為各階系數(shù)，r為曲面上點(diǎn)到透鏡系統(tǒng)光軸的距離坐標(biāo)。使所述光學(xué)系統(tǒng)的像差(包括球差、慧差、畸變、場曲、像散、色差和其它高階像差)得到充分的校正，有利于所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)大視場角、大孔徑的同時(shí)，進(jìn)一步提升中心視場和邊緣視場的圖像質(zhì)量、縮小中心視場和邊緣視場圖像質(zhì)量的差別，實(shí)現(xiàn)全畫幅內(nèi)更均勻的圖像質(zhì)量和低畸變。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡中的一個(gè)或多個(gè)為軸對稱非球面透鏡，其中多個(gè)是指兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)。使所述光學(xué)系統(tǒng)的各級像差得到進(jìn)一步的優(yōu)化校正。進(jìn)一步提升所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能。下面通過更加具體的實(shí)施例對上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的原理、方案及顯示結(jié)果 進(jìn)行更進(jìn)一步的闡述。以下實(shí)施例中，光闌E可以為目鏡光學(xué)系統(tǒng)成像的出瞳，為一個(gè)虛擬的出光孔徑，人眼的瞳孔在光闌位置時(shí)，可以觀察到最佳的成像效果。[實(shí)施例1]如附圖1所示，本發(fā)明第1實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖，從人眼觀察側(cè)到顯示器件I側(cè)(從左至右)，依次為光闌E、第一透鏡組G1、第二透鏡組G2和顯示器件I。其中，第一透鏡組G1由第一透鏡L1和第二透鏡L2構(gòu)成，第二透鏡組G2由第三透鏡L3和第四透鏡L4構(gòu)成。在本實(shí)施例中，第一透鏡L1為正透鏡，第二透鏡L2為負(fù)透鏡，構(gòu)成具有負(fù)光焦度的第一透鏡組G1，其中第一透鏡L1為雙凸形狀的面型，第二透鏡L2朝向人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼方向，且為第一透鏡L1和第二透鏡L2皆為偶次非球面面型，以充分的校正系統(tǒng)的畸變、色差和場曲等像差。本實(shí)施例所述第三透鏡L3為雙凸的正透鏡，且為偶次非球面面型，用以提供足夠的正向光焦度，實(shí)現(xiàn)大視場角，第四透鏡L4為彎月形態(tài)的玻璃球面鏡，其有效焦焦距為正值，且其兩側(cè)光學(xué)表面皆凹向顯示器I側(cè)，更加充分的校正了系統(tǒng)的場曲等像差，提高的系統(tǒng)地遠(yuǎn)心度，在保持高成像質(zhì)量的同時(shí)，降低了光學(xué)系統(tǒng)裝配敏感度，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的有效視場角。在此，以靠近光闌E側(cè)的光學(xué)表面序號為1，依此類推(從左至右依次為2、3、4、5、6、7、8)，顯示器I表面為9。所述第1實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表1所示：表1附圖2所示根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖示意圖。點(diǎn)列 圖反映光學(xué)系統(tǒng)成像的幾何結(jié)構(gòu)，忽略衍射效應(yīng)，以指定視場、指定波長光線聚焦像平面截面形成的彌散斑表示，可同時(shí)包含多個(gè)視場和多種波長的光線。因此，可以通過點(diǎn)列圖彌散斑的密集程度、形狀尺寸直觀地衡量光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的優(yōu)劣，通過點(diǎn)陣圖不同波長彌散斑的錯(cuò)位程度直觀衡量光學(xué)系統(tǒng)的色差，點(diǎn)列圖的RMS半徑(均方根半徑)越小，光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量越高。從附圖2所示根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的點(diǎn)列圖可以看出，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。附圖3(a)和附圖3(b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的目鏡的場曲和畸變曲線。其表征出本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)超大視場及高成像質(zhì)量等特征。[實(shí)施例2]如附圖4所示，本發(fā)明第2實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖，從人眼觀察側(cè)到顯示器件I側(cè)(從左至右)，依次為光闌E、第一透鏡組G1、第二透鏡組G2和顯示器件I。其中，第一透鏡組G1由第一透鏡L1和第二透鏡L2構(gòu)成，第二透鏡組G2由第三透鏡L3和第四透鏡L4構(gòu)成。在本實(shí)施例中，第一透鏡L1為正透鏡，第二透鏡L2為負(fù)透鏡，構(gòu)成具有負(fù)光焦度的第一透鏡組G1，其中第一透鏡L1為雙凸形狀的面型，第二透鏡L2朝向人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼方向，且為第一透鏡L1和第二透鏡L2皆為偶次非球面面型，以充分的校正系統(tǒng)的畸變、色差和場曲等像差。本實(shí)施例所述第三透鏡L3為雙凸的正透鏡，且為偶次非球面面型，用以提供足夠的正向光焦度，實(shí)現(xiàn)大視場角，第四透鏡L4為彎月形態(tài)的玻璃球面鏡，其有效焦焦距為正值，且其兩側(cè)光學(xué)表面皆凹向顯示器I側(cè)。本實(shí)施例第二透鏡L2和第三透鏡L3的材料皆選用了光學(xué)塑料，從而大幅降低了系統(tǒng)的重量和制造成本。在此，以靠近光闌E側(cè)的光學(xué)表面序號為1，依此類推(從左至右依次為2、3、4、5、6、7、8)，顯示器I表面為9。所述第2實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表2所示：表2附圖5所示根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)陣圖示意圖。從圖中可以看出，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。附圖6(a)和附圖6(b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的目鏡的場曲和畸變曲線。其表征出本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)超大視場及高成像質(zhì)量等特征。[實(shí)施例3]如附圖7所示，本發(fā)明第3實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖，從人眼觀察側(cè)到顯示器件I側(cè)(從左至右)，依次為光闌E、第一透鏡組G1、第二透鏡組G2和顯示器件I。其中，第一透鏡組G1由第一透鏡L1和第二透鏡L2構(gòu)成，第二透鏡組G2由第三透鏡L3和第四透鏡L4構(gòu)成。在本實(shí)施例中，第一透鏡L1為正透鏡，第二透鏡L2為負(fù)透鏡，構(gòu)成具有負(fù)光焦度的第一透鏡組G1，其中第一透鏡L1為雙凸形狀的面型，第二透鏡L2朝向人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼方向，且為第一透鏡L1和第二透鏡L2皆為偶次非球面面型，以充分的校正系統(tǒng)的畸變、色差和場曲等像差。本實(shí)施例所述第三透鏡L3為雙凸的正透鏡，且為偶次非球面面型，用以提供足夠的正向光焦度，實(shí)現(xiàn)大視場角，第四透鏡L4為彎月形態(tài)的玻璃球面鏡，其有效焦焦距為正值，且其兩側(cè)光學(xué)表面皆凹向顯示器I側(cè)。與本發(fā)明所述的第1實(shí)施例相比，本實(shí)施例第二透鏡L2和第三透鏡L3的材料皆選用了光學(xué)塑料，從而大幅降低了系統(tǒng)的重量 和制造成本。在此，以靠近光闌E側(cè)的光學(xué)表面序號為1，依此類推(從左至右依次為2、3、4、5、6、7、8)，顯示器I表面為9。所述第3實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表3所示：表3附圖8所示根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)陣圖示意圖。從圖中可以看出，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。附圖9(a)和附圖9(b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的目鏡的場曲和畸變曲線。其表征出本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)超大視場及高成像質(zhì)量等特征。以下實(shí)施例4-9中，目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)如圖10-15所示，其中，從人眼觀察側(cè)到顯示器件I側(cè)(從左至右)，依次為光闌E、第一透鏡組G1、第二透鏡組G2和顯示器件I。其中，第一透鏡組G1由第一透鏡L1和第二透鏡L2構(gòu)成，第二透鏡組G2由第三透鏡L3和第四透鏡L4構(gòu)成。在本實(shí)施例中，第一透鏡L1為正透鏡，第二透鏡L2為負(fù)透鏡，構(gòu)成具有負(fù)光焦度的第一透鏡組G1，其中第一透鏡L1為雙凸形狀的面型，第二透鏡L2朝向人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼方向，且為第一透鏡L1和第二透鏡L2皆為偶次非球面面型，以充分的校正系統(tǒng)的畸變、色差和場曲等像差。第三透鏡L3為雙凸的正透鏡，且為偶次非球面面型，用以提供足夠的正向光焦度，實(shí)現(xiàn)大視場角，第四透鏡L4為彎月形態(tài)的玻璃球面鏡，其有效焦焦距為正值，且其兩側(cè)光學(xué)表面皆凹向顯示器I側(cè)。[實(shí)施例4]目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖10所示，第4實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表4所示：表4經(jīng)測試，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。[實(shí)施例5]目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖11所示，第5實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表5所示：表5經(jīng)測試，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像 差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。[實(shí)施例6]目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖12所示，第6實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表6所示：表6經(jīng)測試，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。[實(shí)施例7]目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖13所示，第7實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表7所示：表7經(jīng)測試，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。[實(shí)施例8]目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖14所示，第8實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表8所示：表8經(jīng)測試，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。[實(shí)施例9]目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖15所示，第9實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表9所示：表9經(jīng)測試，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。上述實(shí)施例1-9的目鏡光學(xué)系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足
發(fā)明內(nèi)容中所記錄的參數(shù)要求，結(jié)果如下表10所示：表10f1/fwf2/fwD12/fwf23/f2f24/f2(R21+R22)/(R21-R22)實(shí)施11-1.700.450.131.208.47-0.71實(shí)施12-17.500.670.181.344.69-1.83實(shí)施13-0.620.310.171.1510.01-0.88實(shí)施14-50.000.760.171.266.62-2.20實(shí)施15-4.140.580.061.207,75-0.45實(shí)施16-6.250.560.301.1514.61-1.57實(shí)施17-50.000.630.101.413.51-0.43實(shí)施18-0.580.380.091.0210.15-0.40實(shí)施19-1.450.520.171.285.23-0.99在進(jìn)一步提供的實(shí)施例10-19中目鏡光學(xué)系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足
發(fā)明內(nèi)容中所記錄的參數(shù)要求，結(jié)果如下表11所示：表11f1/fwf2/fwD12/fwf23/f2f24/f2(R21+R22)/(R21-R22)實(shí)施10-1.800.520.111.407.97-0.93實(shí)施11-0.630.380.141.245.09-0.88實(shí)施12-1.440.460.301.259.81-1.31實(shí)施13-1.870.520.311.167.42-2.24實(shí)施14-3.940.580.101.168.05-0.45實(shí)施15-1.720.570.151.0513.41-1.12實(shí)施16-0.800.440.071.314.21-0.67實(shí)施17-0.610.350.171.1210.65-0.93實(shí)施18-3.020.620.061.386.23-0.73實(shí)施19-50.990.690.111.207.47-1.40由于篇幅限制，實(shí)施例10-19的目鏡光學(xué)系統(tǒng)具體光路圖和點(diǎn)列圖示等結(jié)果示意圖不再一一列出。經(jīng)測試，實(shí)施例10-19目鏡光學(xué)系統(tǒng)中各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。[實(shí)施例20]如附圖17所示，本發(fā)明第20實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖，從人眼觀察側(cè)到顯示器件I側(cè)(從左至右)，依次為光闌E、第一透鏡組G1、第二透鏡組G2和顯示器件I。其中，第一透鏡組G1由第一透鏡L1和第二透鏡L2構(gòu)成，第二透鏡組G2由第三透鏡L3、第四透鏡L4和第五透鏡L5構(gòu)成。在本發(fā)明中，光闌E可以為目鏡光學(xué)系統(tǒng)成像的出瞳，為一個(gè)虛擬的出光孔徑，人眼的瞳孔在光闌位置時(shí)，可以觀察到最佳的成像效果。在本實(shí)施例中，第一透鏡L1為正透鏡，第二透鏡L2為負(fù)透鏡，構(gòu)成具有負(fù)光焦度的第一透鏡組G1，其中第一透鏡L1為雙凸形狀的面型，第二透鏡L2朝向人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼方向，且為第一透鏡L1和第二透鏡L2皆為偶次非球面面型，以充分的校正系統(tǒng)的畸變、色差和場曲等像差。本實(shí)施例所述的第二透鏡組G2由第三透鏡L3、第四透鏡L4和第五透鏡L5構(gòu)成，其中第四透鏡L4和第五透鏡L5構(gòu)成雙結(jié)合透鏡，以充分地校正系統(tǒng)色差，且第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3皆為偶次非球面面型，用以提供足夠的正向光焦度，實(shí)現(xiàn)大視場角。在此，以靠近光闌E側(cè)的光學(xué)表面序號為1，依此類推(從左至右依次為2、3、4、5、6、7、8、9)，顯示器I表面為10。所述第20實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表12所示：表12附圖18所示根據(jù)本發(fā)明第20實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖示意圖。點(diǎn)列圖反映光學(xué)系統(tǒng)成像的幾何結(jié)構(gòu)，忽略衍射效應(yīng)，以指定視場、指定波長光線聚焦像平面截面形成的彌散斑表示，可同時(shí)包含多個(gè)視場和多種波長的光 線。因此，可以通過點(diǎn)列圖彌散斑的密集程度、形狀尺寸直觀地衡量光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的優(yōu)劣，通過點(diǎn)陣圖不同波長彌散斑的錯(cuò)位程度直觀衡量光學(xué)系統(tǒng)的色差，點(diǎn)列圖的RMS半徑(均方根半徑)越小，光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量越高。從附圖18所示根據(jù)本發(fā)明第20實(shí)施例的點(diǎn)列圖可以看出，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。附圖19(a)和附圖19(b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明第20實(shí)施例的目鏡的場曲和畸變曲線。其表征出本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)超大視場及高成像質(zhì)量等特征。[實(shí)施例21]如附圖20所示，本發(fā)明第21實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖，從人眼觀察側(cè)到顯示器件I側(cè)(從左至右)，依次為光闌E、第一透鏡組G1、第二透鏡組G2和顯示器件I。其中，第一透鏡組G1由第一透鏡L1和第二透鏡L2構(gòu)成，第二透鏡組G2由第三透鏡L3、第四透鏡L4和第五透鏡L5構(gòu)成。在本實(shí)施例中，第一透鏡L1為正透鏡，第二透鏡L2為負(fù)透鏡，構(gòu)成具有負(fù)光焦度的第一透鏡組G1，其中第一透鏡L1為雙凸形狀的面型，第二透鏡L2朝向人眼側(cè)的光學(xué)表面凹向人眼方向，且為第一透鏡L1和第二透鏡L2皆為偶次非球面面型，以充分的校正系統(tǒng)的畸變、色差和場曲等像差。本實(shí)施例所述的第二透鏡組G2由第三透鏡L3、第四透鏡L4和第五透鏡L5構(gòu)成，其中第四透鏡L4和第五透鏡L5構(gòu)成雙結(jié)合透鏡，以充分地校正系統(tǒng)色差，且第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3皆為偶次非球面面型，用以提供足夠的正向光焦度，實(shí)現(xiàn)大視場角。本實(shí)施例第一透鏡L1、第二透鏡L2和第三透鏡L3的材料皆選用了光學(xué)塑料，從而大幅降低了系統(tǒng)的重量和制造成本。在此，以靠近光闌E側(cè)的光學(xué)表面序號為1，依此類推(從左至右依次為2、3、4、5、6、7、8、9)，顯示器I表面為10。第21實(shí)施例目鏡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表13所示：表13附圖21所示根據(jù)本發(fā)明第21實(shí)施例的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)陣圖示意圖。從圖中可以看出，本實(shí)施例各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。附圖22(a)和附圖22(b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明第21實(shí)施例的目鏡的場曲和畸變曲線。其表征出本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)超大視場及高成像質(zhì)量等特征。上述實(shí)施例20-21的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足
發(fā)明內(nèi)容中所記錄的參數(shù)要求，結(jié)果如下表14所示：表14f1/fwf2/fwD12/fwf23/f2(R21+R22)/(R21-R22)實(shí)施20-1.910.480.161.23-0.92實(shí)施21-20.780.710.221.36-2.79進(jìn)一步地測試證明，采用以下表15中的各項(xiàng)參數(shù)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)施例22-27，各個(gè)視場光線在像平面(顯示器件I)的彌散斑半徑小而均勻，不同波長光線在同個(gè)視場聚焦形成的彌散斑錯(cuò)位程度低，光學(xué)系統(tǒng)像差得到良好校正，通過所述目鏡光學(xué)系統(tǒng)可觀察到整體均勻、高光學(xué)性能的顯示畫像。具體參數(shù)如下表15所示：表15f1/fwf2/fwD12/fwf23/f2(R21+R22)/(R21-R22)實(shí)施22-0.650.320.191.12-0.95實(shí)施23-51.000.780.151.29-2.22實(shí)施24-5.180.550.061.24-0.47實(shí)施25-7.210.620.301.14-1.52實(shí)施26-37.200.690.111.57-0.42實(shí)施27-0.580.360.081.03-0.41下面結(jié)合附圖說明及具體實(shí)施方式對本發(fā)明的頭戴顯示裝置進(jìn)一步說明。圖16、圖23分別表示本實(shí)施方式的雙目頭戴顯示裝置的構(gòu)成示意圖。所述雙目頭戴顯示裝置20包括微型圖像顯示器22和目鏡，目鏡位于人眼與微型圖像顯示器22之間，其中：目鏡為前述任一實(shí)施例中所述的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。具體地，上述雙目頭戴顯示裝置20包括目鏡光學(xué)系統(tǒng)21、微型圖像顯示器22、目鏡鏡筒23、雙目鏡筒固定板24、瞳距調(diào)整機(jī)構(gòu)25。與觀察者的左右眼睛對應(yīng)，分別是雙目頭戴顯示裝置20的左右觀察鏡筒201、202，且通過瞳距調(diào)整機(jī)構(gòu)25分別連接固定在雙目鏡筒固定板24上，在觀察鏡筒內(nèi)部，從觀察側(cè)起沿著光軸分別具備：目鏡光學(xué)系統(tǒng)21、微型圖像顯示器22。同時(shí)，目鏡光學(xué)系統(tǒng)21的光學(xué)元件和微型圖像顯示器22裝配在目鏡鏡筒23內(nèi)部。優(yōu)選地，微型圖像顯示器22是有機(jī)電致發(fā)光發(fā)光器件或透射式液晶顯示器。優(yōu)選地，頭戴顯示裝置20包含兩個(gè)相同且對稱設(shè)置的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。具體實(shí)施應(yīng)用過程中，微型圖像顯示器22上的顯示內(nèi)容，通過目鏡光學(xué)系統(tǒng)21分別被觀察者左右眼睛觀看，形成清晰放大的視覺體驗(yàn)。觀察者可通過瞳距調(diào)整機(jī)構(gòu)25，調(diào)節(jié)左右觀察鏡筒的相對距離，以匹配適應(yīng)觀察者的實(shí)際瞳距需求，形成好的雙目觀察效果。本實(shí)施例中，作為雙目頭戴顯示裝置20可搭載符合本發(fā)明所述權(quán)利特征的目鏡光學(xué)系統(tǒng)21，以同時(shí)獲得大視場、高分辨率、低畸變、小尺寸等性能的頭戴顯示效果。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3