CN105137590A - 大视场角目镜光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于头戴显示的目镜光学系统及头戴显示装置，该目镜光学系统包括从人眼到像源沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中，第一和第二透镜组成双胶合透镜，组合光焦度为正值，且第二透镜靠近像源侧的表面凸向像源，第三透镜两个光学表面曲率方向相同并凹向像源。同时，双胶合透镜、第三透镜和目镜系统的有效焦距满足一定关系，双胶合透镜和第三透镜的间隔与系统长度满足一定关系。该头戴显示装置包括该目镜光学系统、图像显示器及结构支架，图像显示器的显示尺寸和像素大小满足一定关系，以便获得更好的体验效果。本发明的目镜光学系统及头戴显示装置具有大视场角、低畸变、低色差、成像效果均匀等特点。

Description

大视场角目镜光学系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种适用于头戴显示器或类似装置的目镜光学系统。

背景技术

高临场感显示能够给观看者身临其境的体验，在国防、医疗、教育、工业、娱乐等领域都有广泛而深入的应用。高临场感显示的要素是提供大视场角、立体、高清晰度、高画质的显示效果。传统的平板显示技术受限于制造成本、显示器体积等因素，难以实现商品化的高临场感显示，头戴显示(HeadMountedDisplay)成为实现高临场感的主要技术和方式。头戴显示的形态有多种，其基本原理都是通过目镜光学系统，将电子显示像源上的图像进行光学放大，形成虚拟的图像，呈现在人眼前。

高临场感显示器通常是通过穿戴的方式佩戴在使用者的头部，在实现大视场角、高临场感的视觉效果同时，要考虑使用者佩戴后观看显示的舒适性和便捷性，目镜光学系统的出瞳直径和出瞳距离是关键的参数。大出瞳距离可以满足视力不好――比如近视或者远视――的使用者，在佩戴头戴显示的同时仍然佩戴矫正视力的眼镜，以最大程度地增强体现效果并且使用方便。而大出瞳直径可以满足使用者能够轻松、清晰的观察体验大视场角的目镜显示画面，同时降低设备佩戴的精度要求和使用者瞳距调节的不便，大幅增强目镜观察者的使用舒适度和高临场感体验。

专利文献1(中国专利公开号CN204536648U)提供了一种头戴目镜系统和头戴显示设备，该实用新型的目镜实现了大视场角(>70度)，但出瞳距离和出瞳直径不够大，并且没能实现更大视场角的高水平光学性能。

专利文献2(美国专利公开号US5815317A)、专利文献3(美国专利公开号US5877900A)、专利文献4(美国专利公开号US6349004B1)、专利文献5(美国专利公开号US7804651B2)、专利文献6(美国专利公开号US8736967)、专利文献7(美国专利公开号US20140218806A1)分别提供了一种目镜光学系统，皆采用了胶合透镜与其它透镜组合使用的结构形态，可实现大出瞳距离(>18mm)的体验效果，但上述目镜系统的有效视场角都不够大(≦62°)，没有同时实现大出瞳距离、大出瞳直径和超广角的目镜光学效果，上述指标决定了高临场感的视觉体验效果和头戴体验的舒适度，而同时满足上述光学性能，系统的设计难度和像差的优化难度会非常大。

专利文献8(美国专利公开号US5774270A)、专利文献9(美国专利公开号US6069750A)分别提供了一种目镜光学系统，皆可以在大出瞳距离的基础上实现大视场角(65°～70°)，但上述目镜光学系统皆有多枚玻璃透镜构成，其光学元件多、重量大、结构复杂、制造成本较高，难以满足舒适头戴体验。

专利文献10(中国专利公开号CN1101470262B)、专利文献11(美国专利公开号US20130188072A1)分别提供了一种目镜光学系统，皆可以实现20mm以上的大出瞳距离，但视场角较小(<35°)，非大视场角目镜光学系统，难以实现高沉浸感。

专利文献12(中国专利公开号CN204360008U)提供了一种微显示目镜和头戴可视设备，该实用新型的目镜可实现高光学传递函数，其14mm的出瞳距离不够大，无法满足使用者佩戴视力校正眼镜的需求。另外，该实用新型使用了菲涅尔透镜，与传统球面镜片和非球面镜片相比，其加工制造难度大，对产品的装配复杂性高，不利于安定化生产。

专利文献13(中国专利公开号CN104503076A)提供了一种微显示目镜和头戴设备，该发明的目镜由两片双凸透镜构成，可实现80°视场角，但其10mm的出瞳距离过小，其畸变较大(>28％)，对周边图像的显示质量会比较差，不利于使用者高临场感的视觉体验。同时，上述发明的目镜系统的两片透镜皆采用了非球面与衍射面组合的透镜形态，透镜的加工制造难度大、装配复杂性高，不利于安定化生产。

发明内容

本发明提出了一种目镜光学系统，适用于头戴显示器及类似装置。用以解决现有大视场头戴显示难以同时实现高分辨率、低色差、低畸变、长接目距离等指标的技术问题。

本发明通过如下技术方案实现：

所述目镜光学系统包括从人眼观察侧到像源侧沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中第一透镜靠近人眼侧、第三透镜靠近像源侧，像源光线先后通过第三透镜、第二透镜、第一透镜被人眼观看。所述第一透镜和第二透镜组成双胶合透镜，以更好地校正系统的色差。所述双胶合透镜的组合焦距为正值，并且可以提供足够的正光焦度以保证所示目镜光学系统可以实现大视场角。

所述双胶合透镜靠近像源侧表面凸向像源方向，第三透镜两个光学表面曲率方向相同，凹向像源方向，且所述第三透镜两个光学面的曲率半径满足下列关系式：

1)0.85≦R31/R32≦30，

其中R31代表第三透镜靠近眼睛侧的表面曲率半径，R32代表第三透镜靠近像源侧的表面曲率半径。

同时第一透镜与第二透镜组成的双胶合透镜的有效焦距为f₁₂，第三透镜的有效焦距为f₃，该目镜系统的有效焦距为f_w，且满足下列关系式：

2)0.50<f_w/f₁₂<1.3,

3)-0.45<f_w/f₃<0.5,

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜和第二透镜组成的双胶合透镜与第三透镜之间的距离间隔满足以下关系式：

4)0.04<D_a/D_w<0.44,

其中D_a表示沿光轴方向所述第二透镜靠近像源侧的光学表面与第三透镜单靠近人眼侧光学表面之间的距离，D_w表示该近眼显示目镜光学系统的总长度，即沿光轴方向第一透镜靠近人眼侧的光学表面中心至像源面之间的距离。

作为本发明的进一步改进，所述第三透镜的两个光学表面，至少一个面的面型为偶次非球面。用以控制光学系统的畸变、场曲、像散等像差。

作为本发明的进一步改进，所述第三透镜的两个光学表面的面型皆是偶次非球面。用以进一步控制优化光学系统的畸变、场曲、像散等像差。

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜靠近人眼侧的光学表面和第二透镜靠近像源侧的光学表面的面型，至少有一个是偶次非球面。用以控制优化系统高阶像差。

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的光学表面，除胶合面以外的表面面型皆是偶次非球面。用以进一步控制优化系统高阶像差，使所述目镜光学系统可以达到更大的视场角，同时具有较高的光学像质。

作为本发明的进一步改进，所述非球面的表达式为：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_2{r}^2+{\mathrm{\&alpha;}}_4{r}^4+{\mathrm{\&alpha;}}_6{r}^6+\mathrm{......}$

其中，z为光学面的矢高，c为非球面顶点处曲率，k为非球面系数,α2,4,6…为各阶系数，r为曲面上点到透镜系统光轴的距离坐标。

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜和第二透镜组成正-负形式的双胶合镜，即第一透镜光焦度为正值，第二透镜光焦度为负值。

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的材料特性满足以下要求：1.65<Nd1<1.89，1.65<Nd2<1.85，1.48<Nd3<1.84，Nd1、Nd2、Nd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的折射率；35<Vd1<60，21<Vd2<35，21<Vd3<60，Vd1、Vd2、Vd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的阿贝数。

作为本发明的进一步改进，所述双胶合透镜、第三透镜和所述目镜之间的有效焦距进一步满足以下关系式，以达到更好的成像效果：

5)0.98<f_w/f₁₂<1.15,

6)-0.40<f_w/f₃<-0.10。

作为本发明的进一步改进，所述双胶合透镜和第三透镜之间的距离间隔进一步满足以下关系式：

7)0.12<Da/Dw<0.32

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜和第二透镜的材料为光学玻璃，所述第三透镜的材料为光学塑料。

本发明同时包括一种头戴显示装置，所述装置包含目镜光学系、结构支架和图像显示器，且目镜位于人眼与该图像显示器之间，结构支架用于连接图像显示器和目镜，同时满足观察者佩戴使用。

所述目镜光学系统为上述发明内容中所描述的目镜光学系统。其外形可以是沿光轴中心轴对称形态，或者基于显示范围对目镜外形进行无效范围切除，以减小装置外形尺寸，降低装置重量。

所述图像显示器，可以是透射型液晶显示器，或者是有源矩阵有机发光显示器(AMOLED)。

所述头戴显示装置包含两组相同的目镜光学系统，分别给观察者左右眼使用；包含一个上述图像示器，显示图像被分割处理成两幅画面分别配合一组目镜光学系统使用，所述图像显示器沿长方向的最大尺寸大于等于4.6英寸，以提供足够的显示面积分割给双目使用，同时确保分割后的两幅显示画面之间有足够距离，用以配合人眼双目观察。

作为本发明的进一步改进，所述图像显示器可以由两块分立的显示器构成，分别配合目镜光学系统使用，用以减小装置尺寸、降低图像限制难度、增大使用灵活性。且所述两块显示器中任何一块的显示范围沿长边方向的尺寸小于等于2.5英寸。

作为本发明的进一步改进，所述图像显示器单个像素单元的物理尺寸大于等于30μm。用以保证使用者通过该头戴显示装置可以观察到足够清晰的图像。

本发明所述的目镜光学系统及其头戴显示装置，可实现大视场角、低畸变、低色差、成像效果均匀，利于人眼观看，达到高临场感的视觉体验效果。所述目镜光学系统在满足上述重要的光学指标的同时，出瞳直径大和出瞳位置远，降低了使用者佩戴时的定位难度，增加了使用舒适感。该目镜的光学系统可以采用了球面透镜与非球面透镜搭配使用、光学塑料和光学玻璃组合使用，进而可以实现达成高光学性能的同时，进一步降低制造成本和控制产品的重量。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例目镜光学系统的光路结构示意图；

图2是根据本发明第一实施例目镜光学系统的点列图示意图；

图3(a)是根据本发明第一实施例的目镜光学系统的场曲曲线示意图，图3(b)是根据本发明第一实施例的目镜光学系统的畸变曲线示意图；

图4是根据本发明第二实施例目镜光学系统的光路结构示意图；

图5是根据本发明第二实施例目镜光学系统的点列图示意图；

图6(a)是根据本发明第二实施例的目镜光学系统的场曲曲线示意图，图6(b)是根据本发明第二实施例的目镜光学系统的畸变曲线示意图图；

图7是根据本发明第三实施例目镜光学系统的光路结构示意图；

图8是根据本发明第三实施例目镜光学系统的点列图示意图；

图9(a)是根据本发明第三实施例的目镜光学系统的场曲曲线示意图，图9(b)是根据本发明第三实施例的目镜光学系统的畸变曲线示意图。

图10是根据本发明第四实施例的头戴显示装置的结构示意图。

图11是根据本发明第四实施例的头戴显示装置的分解结构示意图。

图12是根据本发明第五实施例的头戴显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明所述目镜光学系统进一步说明。

如附图1所示，本发明第一实施例目镜光学系统的光路结构示意图，从人眼观察侧到显示器件I侧(从左至右)，依次为光阑E、第一透镜L₁、第二透镜L₂、第三透镜L₂和显示器件I，其中显示器件I为一平面显示器件，作为像源。D_a表示沿光轴方向所述第二透镜靠近像源侧的光学表面与第三透镜单靠近人眼侧光学表面之间的距离，D_w表示该近眼显示目镜光学系统的总长度，即沿光轴方向第一透镜靠近人眼侧的光学表面中心至像源面之间的距离。在本发明中，光阑E可以为目镜光学系统成像的出瞳，为一个虚拟的出光孔径，人眼的瞳孔在光阑位置时，可以观察到最佳的成像效果。在本实施例中，第一透镜L₁和第二透镜L₂组合成正-负形式的双胶合透镜，其组合焦距为正值，以保证目镜系统足够的视场角。第三透镜L₃的光焦度为负值，且两侧光学表面的面型皆为偶次非球面，以充分地校正畸变、像散等系统像差。在此，以光阑E表面序号为101，依此类推(从左至右)，显示器I表面为107。

所述第一实施例目镜光学系统的设计参考数据如下表1所示：

表1

附图2所示根据本发明第一实施例的目镜光学系统的点列图示意图。点列图反映光学系统成像的几何结构，忽略衍射效应，以指定视场、指定波长光线聚焦像平面截面形成的弥散斑表示，可同时包含多个视场和多种波长的光线。因此，可以通过点列图弥散斑的密集程度、形状尺寸直观地衡量光学系统成像质量的优劣，通过点阵图不同波长弥散斑的错位程度直观衡量光学系统的色差，点列图的RMS半径(均方根半径)越小，光学系统的成像质量越高。从附图2所示根据本发明第一实施例的点列图可以看出，本实施例各个视场光线在像源平面(显示器件I)的弥散斑半径小而均匀，不同波长光线在同个视场聚焦形成的弥散斑错位程度低，光学系统像差得到良好校正，通过所述目镜光学系统可观察到整体均匀、高光学性能的显示画像。

附图3(a)和附图3(b)分别示出了根据本发明第一实施例的目镜的场曲和畸变曲线。其表征出本实施例的场曲、像散和畸变像差控制较好，可实现大视场角高像质效果。

如附图4所示，本发明第二实施例目镜光学系统的光路结构示意图，相对于本发明的第一实施例，本实施例在保持高光学性能的前提下，通过对透镜面型和焦距关系的调整，进一步增大了所述目镜光学系统的有效视场范围。

从人眼观察侧到显示器件I侧(从左至右)，依次为光阑E、第一透镜L₁、第二透镜L₂、第三透镜L₂和显示器件I，其中显示器件I为一平面显示器件，作为像源。D_a表示沿光轴方向所述第二透镜靠近像源侧的光学表面与第三透镜单靠近人眼侧光学表面之间的距离，D_w表示该近眼显示目镜光学系统的总长度，即沿光轴方向第一透镜靠近人眼侧的光学表面中心至像源面之间的距离。在本实施例中，第一透镜L₁和第二透镜L₂组合成正-负形式的双胶合透镜，其组合焦距为正值，以保证目镜系统足够的视场角。第三透镜L₃的光焦度为负值，且两侧光学表面的面型皆为偶次非球面，以充分地校正畸变、像散等系统像差。在此，以光阑E表面序号为101，依此类推(从左至右)，显示器I表面为107。

所述第二实施例目镜设计参考数据如下表2所示：

表2

附图5所示根据本发明第二实施例的目镜光学系统的点列图示意图。从图中可以看出，本实施例各个视场光线在像源平面(显示器件I)的弥散斑半径小而均匀，不同波长光线在同个视场聚焦形成的弥散斑错位程度低，光学系统像差得到良好校正，通过所述目镜光学系统可观察到整体均匀、高光学性能的显示画像。

附图6(a)和附图6(b)分别示出了根据本发明第一实施例的目镜的场曲和畸变曲线。其表征出本实施例的场曲、像散和畸变像差控制较好，可实现大视场角高像质效果。

如附图7所示，本发明第三实施例目镜光学系统的光路结构示意图，相对于本发明的第二实施例，本实施例通过调整镜片的面型，进一步增大了所述目镜光学系统的有效视场范围。

从人眼观察侧到显示器件I侧(从左至右)，依次为光阑E、第一透镜L₁、第二透镜L₂、第三透镜L₂和显示器件I，其中显示器件I为一平面显示器件，作为像源。D_a表示沿光轴方向所述第二透镜靠近像源侧的光学表面与第三透镜单靠近人眼侧光学表面之间的距离，D_w表示该近眼显示目镜光学系统的总长度，即沿光轴方向第一透镜靠近人眼侧的光学表面中心至像源面之间的距离在本实施例中，第一透镜L₁和第二透镜L₂组合成正-负形式的双胶合透镜，其组合焦距为正值，以保证目镜系统足够的视场角，其第二透镜L₂的非胶合面的面型为偶次非球面，以进一步校正系统高阶像差。第三透镜L₃的光焦度为负值，且两侧光学表面的面型皆为偶次非球面，以充分地校正畸变、像散等系统像差。在此，以光阑E表面序号为101，依此类推(从左至右)，显示器I表面为107。

所述第三实施例目镜设计参考数据如下表3所示：

表3

附图8所示根据本发明第二实施例的目镜光学系统的点阵图示意图。从图中可以看出，本实施例各个视场光线在像源平面(显示器件I)的弥散斑半径小而均匀，不同波长光线在同个视场聚焦形成的弥散斑错位程度低，光学系统像差得到良好校正，通过所述目镜光学系统可观察到整体均匀、高光学性能的显示画像。

附图9(a)和附图9(b)分别示出了根据本发明第一实施例的目镜的场曲和畸变曲线。其表征出本实施例的场曲、像散和畸变像差控制较好，可进一步实现大视场角高像质效果。

上述发明实施例的各项数据均满足本发明前述关系要求，结果如下表4：

表4

	faw/fa	fbw/fb	Da/Dw	R31/R32
					实施1	1.07	-0.38	0.32	1.36
实施2	1.11	-0.37	0.20	1.33
					实施3	0.98	-0.24	0.14	1.35

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明所述的头戴显示装置进一步说明。

需要说明的是，本发明所提供关于头戴显示装置的图示仅以示意方式说明基本结构构想，所以图示中仅显示与本发明所述头戴显示装置有关的组件，而且并非按照实际实施的组件数目、形状、尺寸绘制，其具体实施时各个组件的形态、数量及比例均可以发生改变，且其整体结构布局可以更加细化、复杂。

附图10和附图11分别示出本发明第四实施例的头戴显示装置的结构示意图和分解结构示意图。所述装置包括两个目镜11、结构支架12、图像显示器13。其中，目镜11使用本发明实施例二所述目镜光学系统。图像显示器13使用对角尺寸大于或等于4.6英寸的显示屏，显示屏可以是液晶显示屏或者有机发光二极管显示屏。

具体实施过程，两个目镜11和图像显示器13前后放置，分别固定在结构支架12上，且两个目镜11与图像显示器13之间的间隔相等，同时沿光轴方向图像显示画面落在目镜11光学系统的像面位置。两个目镜11分居左右两侧，形成左右视窗，且光轴平行放置，距离为64mm。观察使用时，人眼与图像显示器13分别位于目镜11沿光轴方向的两侧，观察者透过目镜11可观察到等效在2米距离处看不小于130英寸的虚拟放大图像。

结构支架12内部沿光轴平行方向设有挡板，在人眼视野内将图像显示器13的显示画面从中间分割成两幅画面，分别配合左右目镜11使用，且内部环境做消光处理，以更好地增强虚拟现实体验感。

附图12所示为本发明第五实施例的头戴显示装置的结构示意图。所述装置包括两个目镜21、结构支架22、两个图像显示器23。与本发明的实施例四相比，本实施例使用了两块独立小尺寸的图像显示器23，两块独立图像显示器具有相同的尺寸和分辨率，分别配合左右两个目镜21使用，且每一个显示器显示范围沿长边方向的尺寸小于等于2.5英寸，显示器单个像素单元的物理尺寸大于等于30μm，用以保证使用者通过该头戴显示装置可以观察到足够清晰的图像。相对实施例四，实施例五特点是减小了装置尺寸、降低图像限制难度、增大了系统灵活性。

上述实施例四和实施例五在具体实施过程中，图像显示器皆封闭在结构支架内部，仅通过左右目镜的通光孔径出射显示画面的光线，同时也防止外界环境光从目镜以外的位置入射到结构内部环境中。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种超大视场角的用于近眼显示的目镜光学系统，包括沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中第一透镜靠近人眼侧，第三透镜靠近像源侧，像源光线先后通过第三透镜、第二透镜、第一透镜被人眼观看，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜组成双胶合透镜，组合光焦度为正值，且第二透镜靠近像源侧的表面凸向像源方向；所述第三透镜的两个光学表面曲率方向相同，均凹向像源方向，且所述第三透镜两个光学面的曲率半径满足以下关系式：

0.85≦R31/R32≦30，

其中，R31为第三透镜靠近人眼侧的表面曲率半径，R32为第三透镜靠近像源侧的表面曲率半径；同时，第一透镜与第二透镜组成的双胶合透镜的有效焦距为f₁₂，第三透镜的有效焦距为f₃，所述目镜光学系统的有效焦距为f_w，且f_w满足以下关系式：

0.50<f_w/f₁₂<1.3,

-0.45<f_w/f₃<0.5。

2.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜组成的双胶合透镜与第三透镜之间的距离间隔满足以下关系式：

0.04<D_a/D_w<0.44,

其中D_a为沿光轴方向所述第二透镜靠近像源侧的光学表面中心与第三透镜靠近人眼侧的光学表面中心的距离，D_w为所述目镜光学系统的总长度，即D_w为沿光轴方向第一透镜靠近人眼侧的光学表面中心至像源面之间的距离。

3.根据权利要求2所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第三透镜的两个光学表面，至少一个面的面型为偶次非球面；或者，所述第三透镜的两个光学表面的面型皆是偶次非球面。

4.根据权利要求3所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜靠近人眼侧的光学表面和第二透镜靠近像源侧的光学表面的面型，至少有一个是偶次非球面。

5.根据权利要求4所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的光学表面，除胶合面以外的表面面型皆是偶次非球面。

6.根据权利要求1至5任一项所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜组成正-负形式的双胶合镜，即第一透镜光焦度为正值，第二透镜光焦度为负值。

7.根据权利要求6所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的材料特性满足以下要求：

1.65<Nd1<1.89，1.65<Nd2<1.85，1.48<Nd3<1.84，其中，Nd1、Nd2、Nd3分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的折射率；35<Vd1<60，21<Vd2<35，21<Vd3<60，其中，Vd1、Vd2、Vd3分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的阿贝数。

8.根据权利要求7所述的目镜光学系统，其特征在于：所述双胶合透镜、第三透镜的有效焦距和所述目镜光学系统的有效焦距进一步满足以下关系式：

0.98<f_w/f₁₂<1.15,

-0.40<f_w/f₃<-0.10。

9.根据权利要求8所述的目镜光学系统，其特征在于：所述双胶合透镜和第三透镜之间的距离间隔进一步满足以下关系式：

0.12<D_a/D_w<0.32。

10.根据权利要求9所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜的材料为光学玻璃，所述第三透镜的材料为光学塑料。

11.一种头戴显示装置，包括图像显示器、目镜光学系统和结构支架，其中目镜位于人眼与所述图像显示器之间，结构支架用于连接图像显示器和目镜光学系统，同时满足观察者佩戴使用，其特征在于：所述目镜光学系统为根据权利要求1-10任一项所述的目镜光学系统。

12.根据权利要求11所述的头戴显示装置，其特征在于：所述目镜光学系统是沿着光轴中心轴对称形态，或者所述目镜光学系统是基于显示范围对目镜外形进行无效范围切除。

13.根据权利要求12所述的头戴显示装置，其特征在于：所述头戴显示装置包含两组相同的目镜光学系统，分别给观察者左右眼使用。

14.根据权利要求13所述的头戴显示装置，其特征在于：所述图像显示器包括一个显示器，显示范围沿长方向的最大尺寸大于等于4.6英寸；或者，所述图像显示器是两个尺寸和分辨率相同的显示器，分别与两组目镜光学系统搭配使用，且所述每一个显示器显示范围沿长边方向的尺寸小于等于2.5英寸。

15.根据权利要求14或15所述的头戴显示装置，其特征在于：所述图像显示器单个有效像素单元的物理尺寸大于等于30μm。