CN108107566A

CN108107566A - 目镜光学系统

Info

Publication number: CN108107566A
Application number: CN201711267559.0A
Authority: CN
Inventors: 马修·博恩; 林茂宗; 李凤
Original assignee: Genius Electronic Optical Xiamen Co Ltd
Current assignee: Genius Electronic Optical Xiamen Co Ltd
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2037-12-05
Also published as: TW201830080A; CN108107566B; US20180196231A1; TWI664460B; CN106970463A

Abstract

本发明公开一种目镜光学系统，用于成像光线从显示画面经该目镜光学系统进入观察者眼睛成像，目镜光学系统从目侧至显示侧沿一光轴依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜。第一透镜至第四透镜各自包括一目侧面及一显示侧面。本发明透过控制各透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化，并以至少一条件式控制相关参数，而在维持良好光学性能之条件下，增加半眼视角幅度。本发明可用于虚拟实境设备，通过控制各透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化，并以至少一条件式控制相关参数，可维持良好的光学性能，并增加半眼视角幅度。

Description

目镜光学系统

技术领域

本发明是与一种目镜光学系统相关，且尤其是与应用四片式透镜之目镜光学系统相关。

背景技术

以虚拟实境技术来说，其利用计算机技术模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉等感官模拟，让使用者感觉身历其境。目前现有的虚拟实境装置都是以视觉体验为主。藉由对应左右眼的两个视角略有差异的分割画面来模拟人眼的视差来达到立体视觉。为了缩小虚拟实境装置的体积，让使用者藉由较小的显示画面得到放大的视觉感受，具有放大功能的目镜光学系统成了虚拟实境研究发展的其中一个主题。

现有的目镜光学系统之半眼视角较小，让观察者感到视觉狭窄、分辨率低且像差严重到显示画面要先进行像差补偿，因此如何增加半眼视角并加强成像质量是目镜光学系统是一个需要改善的问题。然而，目镜光学系统设计并非单纯将成像质量佳的镜头等比例缩小就能制作出兼具成像质量与微型化的目镜光学系统，设计过程牵涉到材料特性，还必须考量到制作、组装良率等生产面的实际问题，所以其技术难度明显高出传统镜头。因此如何制作出符合应用的目镜光学系统，并持续提升其成像质量并增加半眼视角幅度，一直是业界持续精进的目标。

发明内容

本发明之一目的是在提供一种目镜光学系统，通过控制各透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化，并以至少一条件式控制相关参数，维持足够之光学性能，且同时增加半眼视角幅度。

依据本发明，提供一种目镜光学系统，用于成像光线从显示画面经其及观察者的眼睛的瞳孔进入观察者眼睛成像，其中朝向眼睛的方向为目侧，朝向显示画面的方向为显示侧。此目镜光学系统从目侧至显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜。每一透镜都具有一朝向目侧且使成像光线通过的目侧面及一朝向显示侧且使成像光线通过的显示侧面。

为了便于表示本发明所指的参数，在本说明书及图示中定义：T1代表第一透镜在光轴上的厚度、G12代表第一透镜与第二透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T2代表第二透镜在光轴上的厚度、G23代表第二透镜与第三透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T3代表第三透镜在光轴上的厚度、G34代表第三透镜与第四透镜之间在光轴上的空气间隙宽度、T4代表第四透镜在光轴上的厚度、G4D代表第四透镜之显示侧面至一显示画面在光轴上的距离、f1代表第一透镜的焦距、f2代表第二透镜的焦距、f3代表第三透镜的焦距、f4代表第四透镜的焦距、n1代表第一透镜的折射率、n2代表第二透镜的折射率、n3代表第三透镜的折射率、n4代表第四透镜的折射率、v1代表第一透镜的阿贝数、v2代表第二透镜的阿贝数、v3代表第三透镜的阿贝数、v4代表第四透镜的阿贝数、EFL代表目镜光学系统的有效焦距、TL代表第一透镜之目侧面至第四透镜之显示侧面在光轴上的距离、ER代表观察者的一瞳孔至第一透镜之目侧面的距离、SL代表观察者瞳孔到显示画面在光轴上的距离、TTL代表第一透镜之目侧面至显示画面在光轴上的距离、ALT代表第一透镜至第四透镜在光轴上的四片透镜厚度总和(即T1、T2、T3、T4之和)、AAG代表第一透镜至第四透镜之间在光轴上的所有空气间隙宽度总和(如G12、G23、G34之和)、DLD为观察者单一瞳孔对应之显示画面之对角线长。

依据本发明的所提供的目镜光学系统，第一透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，第二透镜具有正屈光率，第三透镜具有一屈光率，第四透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部，并满足下列条件式：

G4D/AAG≦7 条件式(1)。

依据本发明的所提供的另一目镜光学系统，第一透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，第二透镜具有正屈光率，第三透镜具有一屈光率，第四透镜的物侧面与该像侧面的至少其中之一为非球面，并满足下列条件式：

G4D/AAG≦4 条件式(1')。

本发明可选择性地控制前述参数，额外满足下列条件式：

3≦250/EFL≦15 条件式(2)；

(AAG+G4D)/(G23+G34)≦8.2 条件式(3)；

(AAG+G4D)/(T1+T4)≦5 条件式(4)；

(G23+T4+G4D)/T1≦10 条件式(5)；

AAG/T1≦3.5 条件式(6)；

(ER+G4D)/(T2+G23)≦6 条件式(7)；

(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)≦16 条件式(8)；

SL/EFL≦1.9 条件式(9)；

SL/ALT≦4.3 条件式(10)；

(AAG+G4D)/ER≦2.5 条件式(11)；

(AAG+G4D)/(T3+G23)≦6.5 条件式(12)；

(AAG+G4D)/(T3+T4)≦5 条件式(13)；

(G23+T4+G4D)/T3≦10 条件式(14)；

AAG/G34≦6 条件式(15)；

(ER+G4D)/(T2+T4)≦4 条件式(16)；

(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)≦20 条件式(17)；

TTL/AAG≦7 条件式(18)；及/或

TTL/ALT≦2.9 条件式(19)。

前述所列之示例性限定条件式，亦可任意选择性地合并不等数量施用于本发明之实施例中，并不限于此。在实施本发明时，除了前述条件式之外，亦可针对单一透镜或广泛性地针对多个透镜额外设计出其他更多的透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化等细部结构，以加强对系统性能及/或分辨率的控制。须注意的是，此些细节需在无冲突之情况之下，选择性地合并施用于本发明之其他实施例当中。

由上述中可以得知，本发明之目镜光学系统通过控制各透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化，并以至少一条件式控制相关参数，可维持良好的光学性能，并增加半眼视角幅度。

附图说明

图1是本发明之一实施例之目镜光学系统剖面结构示意图；

图2是依据本发明之一实施例之一透镜剖面结构示意图；

图3是依据本发明之一实施例之一透镜面形与光线焦点的关系示意图；

图4是范例一的透镜面形与有效半径的关系图；

图5是范例二的透镜面形与有效半径的关系图；

图6是范例三的透镜面形与有效半径的关系图；

图7是依据本发明之第一实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图8是依据本发明之第一实施例之目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图9是依据本发明之第一实施例目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图10是依据本发明之第一实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图11是依据本发明之第二实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图12是依据本发明之第二实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图13是依据本发明之第二实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图14是依据本发明之第二实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图15是依据本发明之第三实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图16是依据本发明之第三实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图17是依据本发明之第三实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图18是依据本发明之第三实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图19是依据本发明之第四实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图20是依据本发明之第四实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图21是依据本发明之第四实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图22是依据本发明之第四实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图23是依据本发明之第五实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图24是依据本发明之第五实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图25是依据本发明之第五实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图26是依据本发明之第五实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图27是依据本发明之第六实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图28是依据本发明之第六实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图29是依据本发明之第六实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图30是依据本发明之第六实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图31是依据本发明之第七实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图32是依据本发明之第七实施例之目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图33是依据本发明之第七实施例目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图34是依据本发明之第七实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图35是依据本发明之第八实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图36是依据本发明之第八实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图37是依据本发明之第八实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图38是依据本发明之第八实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图39是依据本发明之第九实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图40是依据本发明之第九实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图41是依据本发明之第九实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图42是依据本发明之第九实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图43是依据本发明之第十实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图44是依据本发明之第十实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图45是依据本发明之第十实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图46是依据本发明之第十实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图47是依据本发明之第十一实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图；

图48是依据本发明之第十一实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图；

图49是依据本发明之第十一实施例之目镜光学系统之各透镜之详细光学数据表格图；

图50是依据本发明之第十一实施例之目镜光学系统之非球面数据表格图；

图51、51A统列出以上十一个实施例的T1、T1、G12、T2、G23、T3、G34、T4、G4D、ALT、AAG、TTL、SL、G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT值的比较表格图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。此些附图为本发明揭露内容之一部分，其主要是用以说明实施例，并可配合说明书之相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明之优点。图中的元件并未按比例绘制，而类似的元件符号通常用来表示类似的元件。

一般而言，目镜光学系统V100的光线方向为一成像光线VI由显示画面V50射出，经由目镜光学系统V100进入眼睛V60，于眼睛V60的视网膜聚焦成像并且于明视距离VD产生一放大虚像VV，如图1所示。在以下说明本案之光学规格的判断准则是假设光线方向逆追迹(reversely tracking)为一平行成像光线由目侧经过目镜光学系统到显示画面聚焦成像。

本篇说明书所言之「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来之光轴上的屈光率为正(或为负)。该目侧面、显示侧面定义为成像光线通过的范围，其中成像光线包括了主光线(chief ray)Lc及边缘光线(marginal ray)Lm，如图2所示，I为光轴且此一透镜是以该光轴I为对称轴径向地相互对称，光线通过光轴上的区域为光轴附近区域A，边缘光线通过的区域为圆周附近区域C，此外，该透镜还包含一延伸部E(即圆周附近区域C径向上向外的区域)，用以供该透镜组装于一目镜光学系统内，理想的成像光线并不会通过该延伸部E，但该延伸部E之结构与形状并不限于此，以下之实施例为求附图简洁均省略了部分的延伸部。更详细的说，判定面形或光轴附近区域、圆周附近区域、或多个区域的范围的方法如下：

1.请参照图2，其是一透镜径向上的剖视图。以该剖视图观之，在判断前述区域的范围时，定义一中心点为该透镜表面上与光轴的一交点，而一转换点是位于该透镜表面上的一点，且通过该点的一切线与光轴垂直。如果径向上向外有复数个转换点，则依序为第一转换点，第二转换点，而有效半径上距光轴径向上最远的转换点为第N转换点。中心点和第一转换点之间的范围为光轴附近区域，第N转换点径向上向外的区域为圆周附近区域，中间可依各转换点区分不同的区域。此外，有效半径为边缘光线Lm与透镜表面交点到光轴I上的垂直距离。

2.如图3所示，该区域的形状凹凸是以平行通过该区域的光线(或光线延伸线)与光轴的交点在显示侧或目侧来决定(光线焦点判定方式)。举例言之，当光线通过该区域后，光线会朝显示侧聚焦，与光轴的焦点会位在显示侧，例如图3中R点，则该区域为凸面部。反之，若光线通过该某区域后，光线会发散，其延伸线与光轴的焦点在目侧，例如图3中M点，则该区域为凹面部，所以中心点到第一转换点间为凸面部，第一转换点径向上向外的区域为凹面部；由图3可知，该转换点即是凸面部转凹面部的分界点，因此可定义该区域与径向上相邻该区域的内侧的区域，系以该转换点为分界具有不同的面形。另外，若是光轴附近区域的面形判断可依该领域中通常知识者的判断方式，以R值(指近轴的曲率半径，通常指光学软件中的透镜数据库(lens data)上的R值)正负判断凹凸。以目侧面来说，当R值为正时，判定为凸面部，当R值为负时，判定为凹面部；以显示侧面来说，当R值为正时，判定为凹面部，当R值为负时，判定为凸面部，此方法判定出的凹凸和光线焦点判定方式相同。

3.若该透镜表面上无转换点，该光轴附近区域定义为有效半径的0～50％，圆周附近区域定义为有效半径的50～100％。

图4范例一的透镜显示侧表面在有效半径上仅具有第一转换点，则第一区为光轴附近区域，第二区为圆周附近区域。此透镜目侧面的R值为正，故判断光轴附近区域具有一凹面部；圆周附近区域的面形和径向上紧邻该区域的内侧区域不同。即，圆周附近区域和光轴附近区域的面形不同；该圆周附近区域系具有一凸面部。

图5范例二的透镜目侧表面在有效半径上具有第一及第二转换点，则第一区为光轴附近区域，第三区为圆周附近区域。此透镜目侧面的R值为正，故判断光轴附近区域为凸面部；第一转换点与第二转换点间的区域(第二区)具有一凹面部，圆周附近区域(第三区)具有一凸面部。

图6范例三的透镜目侧表面在有效半径上无转换点，此时以有效半径0％～50％为光轴附近区域，50％～100％为圆周附近区域。由于光轴附近区域的R值为正，故此目侧面在光轴附近区域具有一凸面部；而圆周附近区域与光轴附近区域间无转换点，故圆周附近区域具有一凸面部。

本发明之目镜光学系统，是一定焦镜头，其从目侧至显示侧沿一光轴依序设置一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜。每一透镜都具有屈光率且具有一朝向目侧且使成像光线通过的目侧面及一朝向显示侧且使成像光线通过的显示侧面。本发明之目镜光学系统通过设计各透镜之细部特征，而可在良好的光学性能的同时，提供宽广的视场角。

在此设计的前述各镜片之特性主要是考量目镜光学系统的光学特性与镜头长度，举例来说：在第一透镜的显示侧面上形成一位于光轴附近区域的凸面部、使第二透镜具有正屈光率及在第四透镜的显示侧面上形成一位于光轴附近区域的凹面部，此些特征皆可有利于放大影像。以上特征可结合将第四透镜的目侧面与显示侧面的至少其中之一者设计为非球面，如此可有利于修正像差。其次，当目镜光学系统满足条件式(1)：G4D/AAG≦7时，可有助于利用空气间隙的大小设计修正四片透镜所产生的像差，较佳的设计为满足条件式(1')：G4D/AAG≦4，最佳的设计为0.13≦G4D/AAG≦4。

考量明视距离选择接近青年人眼睛可以清楚聚焦的最近之距离，在此示例为250mm，若将系统之放大率设计为近似于250mm与EFL的比值，而满足条件式(2)：3≦250/EFL≦15时，可使得系统放大率不致过大而增加透镜厚度与制造困难度，也可使得EFL不致过长而影响系统长度。另一方面，若将观察者的一半视野角度，即半眼视角ω，设计为40°≦ω，将不致让观察者感到视觉狭窄，较佳的限制为40°≦ω≦60°，如此不致增加设计的难度。

为了一并缩短透镜系统长度，本发明适当地缩短透镜厚度和透镜间的空气间隙，但考量到透镜组装过程的难易度以及必须兼顾成像质量的前提下，透镜厚度及透镜间的空气间隙彼此需互相调配，故在满足以下至少一条件式的数值限定之下，光学成像系统能达到较佳的配置。此些条件式诸如：

条件式(3)：(AAG+G4D)/(G23+G34)≦8.2，较佳的范围介于0.5～8.2之间；

条件式(4)：(AAG+G4D)/(T1+T4)≦5，较佳的范围介于0.25～5之间；

条件式(5)：(G23+T4+G4D)/T1≦10，较佳的范围介于0.5～10之间；

条件式(6)：AAG/T1≦3.5，较佳的范围介于0.03～3.5之间；

条件式(10)：SL/ALT≦4.3，较佳的范围介于0.55～4.3之间；

条件式(12)：(AAG+G4D)/(T3+G23)≦6.5，较佳的范围介于0.32～6.5之间；

条件式(13)：(AAG+G4D)/(T3+T4)≦5，较佳的范围介于0.25～5之间；

条件式(14)：(G23+T4+G4D)/T3≦10，较佳的范围介于0.4～10之间；

条件式(15)：AAG/G34≦6，较佳的范围介于0.02～6之间；

条件式(18)：TTL/AAG≦7，较佳的范围介于0.15～7之间；及/或

条件式(19)：TTL/ALT≦2.9，较佳的范围介于0.34～2.9之间。

为了使目镜光学系统的焦距与各光学参数维持在一适当值，避免任一参数过大而不利于该目镜光学系统整体像差的修正，或是避免任一参数过小而影响组装或是提高制造上之困难度，可使其满足条件式(9)：SL/EFL≦1.9，较佳的范围介于0.2～1.9之间。

为了使目镜光学系统的出瞳距离与各光学参数维持在一适当值，避免任一参数过大而不利于目镜光学系统离眼睛距离太远或太近造成眼睛不适，或是避免任一参数过小而影响组装或是提高制造上之困难度，可使其满足以下至少一条件式的数值限定之下，光学成像系统能达到较佳的配置。此些条件式诸如：

条件式(7)：(ER+G4D)/(T2+G23)≦6，较佳的范围介于0.35～6之间；

条件式(8)：(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)≦16，较佳的范围介于0.7～16之间；

条件式(11)：(AAG+G4D)/ER≦2.5，较佳的范围介于0.25～2.5之间；

条件式(16)：(ER+G4D)/(T2+T4)≦4，较佳的范围介于0.3～4之间；及/或

条件式(17)：(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)≦20，较佳的范围介于0.8～20之间。

有鉴于目镜光学系统设计的不可预测性，在本发明的架构之下，符合上述的条件式时，能较佳地使本发明的视场角增加、成像质量提升及/或目镜光学系统长度缩短、组装良率提升，而改善先前技术的缺点。

在实施本发明时，除了上述条件式之外，亦可如以下实施例针对单一透镜或广泛性地针对多个透镜额外设计出其他更多的透镜的凹凸曲面排列或屈光率变化等细部结构，以加强对系统性能及/或分辨率的控制以及制造上良率的提升。须注意的是，此些细节需在无冲突之情况之下，选择性地合并施用于本发明之其他实施例当中，并不限于此。

为了说明本发明确实可在提供良好的光学性能的同时，增加视场角及降低光圈值，以下提供多个实施例以及其详细的光学数据。首先请一并参考图7至图10，其中图7是依据本发明之第一实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图8是依据本发明之第一实施例之目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图9是依据本发明之第一实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图10是依据本发明之第一实施例目镜光学系统之各透镜之非球面数据。

如图7所示，本发明的第一实施例之目镜光学系统1用于成像光线从显示画面150经目镜光学系统1及观察者的眼睛的瞳孔100进入观察者的眼睛成像，朝向瞳孔100的方向为目侧，朝向显示画面150的方向为显示侧。本实施例之目镜光学系统1从目侧A1至显示侧A2依序包括一第一透镜110、一第二透镜120、一第三透镜130及一第四透镜140。在本实施例中，目镜光学系统1系设计为4mm的出瞳直径(exit pupil diameter,简称EPD)，并设计明视距离为250mm。

目镜光学系统1之第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140在此示例性地以塑料材质所构成，然不限于此，亦可为玻璃等透光材质制作。第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140并形成细部结构如下：第一透镜110具有正屈光率，并具有一朝向目侧A1的目侧面111及一朝向显示侧A2的显示侧面112。目侧面111为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部1111及一位于圆周附近区域的凸面部1112。显示侧面112为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部1121及一位于圆周附近区域的凸面部1122。第一透镜110的目侧面111与显示侧面112皆为球面。

第二透镜120具有正屈光率，并具有一朝向目侧A1的目侧面121及一朝向显示侧A2的显示侧面122。目侧面121为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部1211及一位于圆周附近区域的凹面部1212。显示侧面122为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部1221及一位于圆周附近区域的凸面部1222。第二透镜120的目侧面121与显示侧面122皆为非球面。

第三透镜130具有负屈光率，并具有一朝向目侧A1的目侧面131及一朝向显示侧A2的显示侧面132。目侧面131包括一位于光轴附近区域的凸面部1311以及一位于圆周附近区域的凹面部1312。显示侧面132为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部1321及一位于圆周附近区域的凹面部1322。第三透镜130的目侧面131与显示侧面132皆为非球面。

第四透镜140具有负屈光率，并具有一朝向目侧A1的目侧面141及具有一朝向显示侧A2的显示侧面142。目侧面141为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部1411以及一位于圆周附近区域的凹面部1412。显示侧面142包括一位于光轴附近区域的凹面部1421及一位于圆周附近区域的凸面部1422。第四透镜140的目侧面141与显示侧面142皆为非球面。

在本实施例中，设计各透镜110、120、130、140及影像传感器的显示画面150之间存在空气间隙，如：第一透镜110与第二透镜120之间存在空气间隙G12、第二透镜120与第三透镜130之间存在空气间隙G23、第三透镜130与第四透镜140之间存在空气间隙G34、第四透镜140与影像传感器的显示画面150之间存在空气间隙G4D。在其他实施例中，可将两相对的透镜对应表面轮廓设计为彼此相应，而可彼此贴合，以消除其间之空气间隙。

关于本实施例之目镜光学系统1中的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图9，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51。

第二透镜120的目侧面121及显示侧面122、第三透镜130的目侧面131及显示侧面132、第四透镜140的目侧面141及显示侧面142，共六个非球面皆是依下列非球面曲线公式定义：

Y表示非球面曲面上的点与光轴的垂直距离；Z表示非球面之深度(非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；R表示透镜表面之曲率半径；K为锥面系数(Conic Constant)；a_i为第i阶非球面系数。各个非球面之参数详细数据请一并参考图10。

图8(a)绘示本实施例的纵向球差的示意图，横轴为焦距，纵轴为视场。图8(b)绘示本实施例的弧矢方向的像散像差的示意图，图8(c)绘示本实施例的子午方向的像散像差的示意图，横轴为焦距，纵轴为像高。图8(d)绘示本实施例的畸变像差的示意图，横轴为百分比，纵轴为像高。三种代表波长(486nm,587nm,656nm)在不同高度的离轴光线皆集中于的成像点附近，每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.5mm，明显改善不同波长的球差，弧矢方向的像散像差在整个视场范围内的焦距变化量落在±1mm内，子午方向的像散像差落在±8mm内，而畸变像差维持于±40％内。

从上述数据中可以看出目镜光学系统1的各种光学特性已符合光学系统的成像质量要求。据此说明本第一较佳实施例之目镜光学系统1相较于现有光学镜头，在镜头长度缩短至68.706mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供较佳的成像质量。故本第一较佳实施例能在维持良好光学性能之条件下，提供开阔视野的目镜光学系统。

参考图11至图14，图11是依据本发明之第二实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图12是依据本发明之第二实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图13是依据本发明之第二实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图14是依据本发明之第二实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为2，例如第三透镜目侧面为231，第三透镜显示侧面为232，其它元件标号在此不再赘述。如图11中所示，本实施例之目镜光学系统2从朝向瞳孔200的目侧A1至朝向显示画面250的显示侧A2依序包括一第一透镜210、一第二透镜220、一第三透镜230及一第四透镜240。

第二实施例之朝向显示侧A2的显示侧面212、222、232之表面凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第二实施例的各曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面211、221、231、241和显示侧面242之表面凹凸配置与第一实施例不同。在此为了更清楚显示图面，表面凹凸配置的特征仅标示与第一实施例不同之处，而省略相同之处的标号，且以下每个实施例的透镜表面凹凸配置的特征，亦仅标示与第一实施例不同之处，省略相同处的标号，并不再赘述。详细地说，表面凹凸配置差异之处在于，目侧面211为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部2111及一位于圆周附近区域的凹面部2112；目侧面221为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部2111及一位于圆周附近区域的凸面部2112；目侧面231包括一位于光轴附近区域的凹面部2311；目侧面241包括一位于圆周附近区域的凸面部2412；显示侧面242包括一位于圆周附近区域的凹面部2422。关于本实施例之目镜光学系统2的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图13，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51。

从图12(a)的纵向球差中，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.3mm以内。从图12(b)的弧矢方向的像散像差中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.4mm内。从图12(c)的子午方向的像散像差中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1mm内。图12(d)显示目镜光学系统2的畸变像差维持在±40％的范围内。第二实施例与第一实施例相比较，纵向球差和弧矢方向、子午方向的像散像差皆较小，且镜头长度较短。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统2相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至61.328mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供较佳的成像质量。

参考图15至图18，其中图15是依据本发明之第三实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图16是依据本发明之第三实施例目镜光学系统之各项像差图示意图，图17是依据本发明之第三实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图18是依据本发明之第三实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为3，例如第三透镜目侧面为331，第三透镜显示侧面为332，其它元件标号在此不再赘述。如图15中所示，本实施例之目镜光学系统3从朝向瞳孔300的目侧A1至朝向显示画面350的显示侧A2依序包括一第一透镜310、一第二透镜320、一第三透镜330及一第四透镜340。

第三实施例之朝向目侧A1的目侧面311、321、341及朝向显示侧A2的显示侧面312、322、342等透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第三实施例的各曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面331和显示侧面332透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同，且第四透镜340具有正屈光率。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异目侧面331包括一位于光轴附近区域的凹面部3311；显示侧面332为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部3321及一位于圆周附近区域的凸面部3322。在于关于本实施例之目镜光学系统3的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图17。关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51。

从图16(a)当中可以看出，在本实施例的纵向球差中，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±1mm以内。从图16(b)的弧矢方向的像散像差中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±3mm内。从图16(c)的子午方向的像散像差中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±4mm内。图16(d)显示目镜光学系统3的畸变像差维持在±35％的范围内。第三实施例与第一实施例相比较，子午方向的像散像差和畸变像差较低。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统3相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至77.5303mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供优良的成像质量。

另请一并参考图19至图22，其中图19是依据本发明之第四实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图20是依据本发明之第四实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图21是依据本发明之第四实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图22是依据本发明之第四实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为4，例如第三透镜目侧面为431，第三透镜显示侧面为432，其它元件标号在此不再赘述。如图19中所示，本实施例之目镜光学系统4从朝向瞳孔400的目侧A1至朝向显示画面450的显示侧A2依序包括一第一透镜410、一第二透镜420、一第三透镜430及一第四透镜440。

第四实施例之朝向目侧A1的目侧面421、441及朝向显示侧A2的显示侧面412、422、442等透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第四实施例的各曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面421、431和显示侧面432透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面411为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部4111及一位于圆周附近区域的凹面部4112；目侧面431为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部4311；显示侧面432为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部4321及一位于圆周附近区域的凸面部4322。关于本实施例之目镜光学系统4的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图21，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51。

从图20(a)可以看出纵向球差，每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±1.2mm以内。从图20(b)可看出弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±2mm内，从图20(c)可看出子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±3mm内。从图20(d)可看出目镜光学系统4的畸变像差维持在±35％的范围内。第四实施例与第一实施例相比较，子午方向的像散像差和畸变像差较低。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统4相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至73.670mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供优良的成像质量。

另请一并参考图23至图26，其中图23是依据本发明之第五实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图24是依据本发明之第五实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图25是依据本发明之第五实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图26是依据本发明之第五实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为5，例如第三透镜目侧面为531，第三透镜显示侧面为532，其它元件标号在此不再赘述。如图23中所示，本实施例之目镜光学系统5从朝向瞳孔500的目侧A1至朝向显示画面550的显示侧A2依序包括一第一透镜510、一第二透镜520、一第三透镜530及一第四透镜540。

第五实施例之朝向显示侧A2的显示侧面512、532、542的透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第五实施例的各曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面511、521、531、541和显示侧面522透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面511为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部5111及一位于圆周附近区域的凹面部5112；目侧面521为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部5211及一位于圆周附近区域的凸面部5212；显示侧面522包括一位于圆周附近区域的凹面部5222；目侧面531包括一位于光轴附近区域的凹面部5311及一位于圆周附近区域的凸面部5312；目侧面541包括一位于圆周附近区域的凸面部5412。关于本实施例之目镜光学系统5的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图25，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51。

从图24(a)当中可以看出本实施例的纵向球差，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.6mm以内。从图24(b)当中可以看出本实施例的弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.6mm内。从图24(c)当中可以看出在子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1mm内。从图24(d)当中可以看出目镜光学系统5的畸变像差维持在±35％的范围内。第五实施例与第一实施例相比较，弧矢方向、子午方向的像散像差和畸变像差较低。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统5相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至48.560mm、半眼视角放大为45mm的同时，仍能有效提供良好的成像质量。

另请一并参考图27至图30，其中图27是依据本发明之第六实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图28是依据本发明之第六实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图29是依据本发明之第六实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图30是依据本发明之第六实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为6，例如第三透镜目侧面为631，第三透镜显示侧面为632，其它元件标号在此不再赘述。如图27中所示，本实施例之目镜光学系统6从朝向瞳孔600的目侧A1至朝向显示画面650的显示侧A2依序包括一第一透镜610、一第二透镜620、一第三透镜630及一第四透镜640。

第六实施例之朝向显示侧A2的显示侧面612、622、632、642的透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第六实施例的各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面611、621、631、641透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同，且第四透镜640具有正屈光率。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面611为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部6111及一位于圆周附近区域的凹面部6112；目侧面621为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部6211及一位于圆周附近区域的凸面部6212；目侧面631为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部6311；目侧面641包括一位于光轴附近区域的凸面部6411。关于本实施例之目镜光学系统6的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图29，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51。

从图28(a)当中可以看出本实施例的纵向球差，每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.3mm以内。图28(b)的弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.4mm内。图28(c)的子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1mm内。图28(d)显示目镜光学系统6的畸变像差维持在±16％的范围内。第六实施例与第一实施例相比较，纵向球差、弧矢方向、子午方向的像散像差及畸变像差较小，且镜头长度较短。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统6相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至40.863mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供优良的成像质量。

另请一并参考图31至图34，其中图31是依据本发明之第七实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图32是依据本发明之第七实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图33是依据本发明之第七实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图34是依据本发明之第七实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为7，例如第三透镜目侧面为731，第三透镜显示侧面为732，其它元件标号在此不再赘述。如图31中所示，本实施例之目镜光学系统7从朝向瞳孔700的目侧A1至朝向显示画面750的显示侧A2依序包括一第一透镜710、一第二透镜720、一第三透镜730及一第四透镜740。

第七实施例之朝向目侧A1的目侧面741及朝向显示侧A2的显示侧面712、722、742的透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第七实施例的各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面711、721、731和显示侧面732透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面711为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部7111及一位于圆周附近区域的凹面部7112；目侧面721包括一位于光轴附近区域的凸面部7211；目侧面731为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部7311；显示侧面732为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部7321及一位于圆周附近区域的凸面部7322。关于本实施例之目镜光学系统7的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图33，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51A。

从图32(a)当中可以看出，本实施例的纵向球差中，每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.5mm以内。从图32(b)当中可以看出弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1mm内。从图32(c)当中可以看出子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±5mm内。图32(d)显示目镜光学系统7的畸变像差维持在±35％的范围内。第七实施例与第一实施例相比较，子午方向的像散像差和畸变像差均较小，且镜头长度较短。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统7相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至66.377mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供良好的成像质量。

另请一并参考图35至图38，其中图35是依据本发明之第八实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图36是依据本发明之第八实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图37是依据本发明之第八实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图38是依据本发明之第八实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为8，例如第三透镜目侧面为831，第三透镜显示侧面为832，其它元件标号在此不再赘述。如图35中所示，本实施例之目镜光学系统8从朝向瞳孔800的目侧A1至朝向显示画面850的显示侧A2依序包括一第一透镜810、一第二透镜820、一第三透镜830及一第四透镜840。

第八实施例之朝向目侧A1的目侧面841及朝向显示侧A2的显示侧面812、822、842的透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第八实施例的各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面811、821、831和显示侧面832透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面811为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部8111及一位于圆周附近区域的凹面部8112；目侧面821为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部8211及一位于圆周附近区域的凸面部8212；目侧面831为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部8311；显示侧面832为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部8321及一位于圆周附近区域的凸面部8322。关于本实施例之目镜光学系统8的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图37，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51A。

从图36(a)当中可以看出本实施例的纵向球差中，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.6mm以内。从图36(b)当中可以看出弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.6mm内。从图36(c)当中可以看出子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.6mm内。图36(d)显示目镜光学系统8的畸变像差维持在±40％的范围内。第八实施例与第一实施例相比较，子午方向的像散像差较小。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统8相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至78.000mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供良好的成像质量。

另请一并参考图39至图42，其中图39是依据本发明之第九实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图40是依据本发明之第九实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图41是依据本发明之第九实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图42是依据本发明之第九实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为9，例如第三透镜目侧面为931，第三透镜显示侧面为932，其它元件标号在此不再赘述。如图39中所示，本实施例之目镜光学系统9从朝向瞳孔900的目侧A1至朝向显示画面950的显示侧A2依序包括一第一透镜910、一第二透镜920、一第三透镜930及一第四透镜940。

第九实施例之朝向目侧A1的目侧面941及朝向显示侧A2的显示侧面912、922、942的透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第九实施例的各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面911、921、931和显示侧面932透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面911为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部9111及一位于圆周附近区域的凹面部9112；目侧面921为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部9211及一位于圆周附近区域的凸面部9212；目侧面931为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部9311；显示侧面932为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部9321及一位于圆周附近区域的凸面部9322。关于本实施例之目镜光学系统9的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图41，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51A。

从图40(a)当中可以看出本实施例的纵向球差中，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.3mm以内。从图40(b)当中可以看出弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.4mm内。从图40(c)当中可以看出子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.5mm内。图40(d)显示目镜光学系统9的畸变像差维持在±35％的范围内。第九实施例与第一实施例相比较，弧矢方向、子午方向的像散像差和畸变像差较小。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统9相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至68.706mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供良好的成像质量。

另请一并参考图43至图46，其中图43是依据本发明之第十实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图44是依据本发明之第十实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图45是依据本发明之第十实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图46是依据本发明之第十实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为10，例如第三透镜目侧面为1031，第三透镜显示侧面为1032，其它元件标号在此不再赘述。如图43中所示，本实施例之目镜光学系统10从朝向瞳孔1000的目侧A1至朝向显示画面1050的显示侧A2依序包括一第一透镜1010、一第二透镜1020、一第三透镜1030及一第四透镜1040。

第十实施例之朝向目侧A1的目侧面1011、1031及朝向显示侧A2的显示侧面1012、1022、1042的透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第十实施例的各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面1021、1041及显示侧面1032透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面1021包括一位于光轴附近区域的凸面部10211；显示侧面1032包括一位于圆周附近区域的凸面部10322；目侧面1041为一凸面，且包括一位于光轴附近区域的凸面部10411及一位于圆周附近区域的凸面部10412。关于本实施例之目镜光学系统10的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图45，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51A。

从图44(a)当中可以看出本实施例的纵向球差中，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.5mm以内。从图44(b)当中可以看出弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.2mm内。从图44(c)当中可以看出子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.6mm内。图44(d)显示目镜光学系统10的畸变像差维持在±30％的范围内。第十实施例与第一实施例相比较，子午方向的像散像差和畸变像差均较小，且镜头长度较短。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统10相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至53.034mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供良好的成像质量。

另请一并参考图47至图50，其中图47是依据本发明之第十一实施例之目镜光学系统之四片式透镜之剖面结构示意图，图48是依据本发明之第十一实施例目镜光学系统之纵向球差与各项像差图示意图，图49是依据本发明之第十一实施例之目镜光学系统之详细光学数据，图50是依据本发明之第十一实施例之目镜光学系统之各透镜之非球面数据。在本实施例中使用与第一实施例类似的标号标示出相似的元件，唯在此使用的标号开头改为11，例如第三透镜目侧面为1131，第三透镜显示侧面为1132，其它元件标号在此不再赘述。如图47中所示，本实施例之目镜光学系统11从朝向瞳孔1100的目侧A1至朝向显示画面1150的显示侧A2依序包括一第一透镜1110、一第二透镜1120、一第三透镜1130及一第四透镜1140。

第十一实施例之朝向显示侧A2的显示侧面1112、1122、1142的透镜表面的凹凸配置大致上与第一实施例类似，唯第十一实施例的各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、非球面系数、后焦距等相关光学参数及目侧面1111、1121、1131、1141及显示侧面1132透镜表面的凹凸配置与第一实施例不同。详细地说，透镜表面的凹凸配置差异在于，目侧面1111为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部11111及一位于圆周附近区域的凹面部11112；目侧面1121包括一位于光轴附近区域的凸面部11211；目侧面1131为一凹面，且包括一位于光轴附近区域的凹面部11311；显示侧面1132包括一位于光轴附近区域的凸面部11321；目侧面1141包括一位于圆周附近区域的凸面部11412。关于本实施例之目镜光学系统11的各透镜之各光学特性及各空气间隙之宽度，请参考图49，关于G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT之值，请参考图51A。

从图48(a)当中可以看出本实施例的纵向球差中，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.5mm以内。从图48(b)当中可以看出弧矢方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.8mm内。从图48(c)当中可以看出子午方向的像散像差，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.6mm内。图48(d)显示目镜光学系统11的畸变像差维持在±35％的范围内。第十一实施例与第一实施例相比较，弧矢方向、子午方向的像散像差和畸变像差均较小。因此，由上述中可以得知，本实施例之目镜光学系统11相较于现有光学镜头，在将镜头长度缩短至77.650mm、半眼视角放大为45度的同时，仍能有效提供良好的成像质量。

图51、51A统列出以上十一个实施例的G4D/AAG、250/EFL、(AAG+G4D)/(G23+G34)、(AAG+G4D)/(T1+T4)、(G23+T4+G4D)/T1、AAG/T1、(ER+G4D)/(T2+G23)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)、SL/EFL、SL/ALT、(AAG+G4D)/ER、(AAG+G4D)/(T3+G23)、(AAG+G4D)/(T3+T4)、(G23+T4+G4D)/T3、AAG/G34、(ER+G4D)/(T2+T4)、(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)、TTL/AAG及TTL/ALT值，可看出本发明之目镜光学系统确实可满足前述条件式(1)及/或条件式(2)～(19)。

本发明目镜光学系统各实施例的纵向球差、像散像差、畸变皆符合使用规范。另外，三种代表波长在不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差皆获得控制而具有良好的球差、像差、畸变抑制能力。进一步参阅成像质量数据，三种代表波长彼此间的距离亦相当接近，显示本发明在各种状态下对不同波长光线的集中性佳而具有优良的色散抑制能力。综上所述，本发明藉由透镜的设计与相互搭配，能产生优异的成像质量。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种目镜光学系统，用于将成像光线从一显示画面经该目镜光学系统进入一观察者眼睛成像，朝向该眼睛的方向为一目侧，朝向该显示画面的方向为一显示侧，该目镜光学系统从该目侧至该显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，每一透镜都具有一朝向该目侧且使该成像光线通过的目侧面及一朝向该显示侧且使该成像光线通过的显示侧面，其中：

该第一透镜的该显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部；

该第二透镜具有一正屈光率；

该第三透镜具有一屈光率；

该第四透镜的该显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部；且

该目镜光学系统只有该四片具有屈光率的第一、第二、第三及第四透镜，且满足下列条件式：G4D/AAG≦7；

其中，G4D代表该第四透镜之该显示侧面至该显示画面在该光轴上的距离，AAG代表该第一透镜至该第四透镜之间在该光轴上的所有空气间隙宽度总和。

2.一种目镜光学系统，用于将成像光线从一显示画面经该目镜光学系统进入一观察者眼睛成像，朝向该眼睛的方向为一目侧，朝向该显示画面的方向为一显示侧，该目镜光学系统从该目侧至该显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，每一透镜都具有一朝向该目侧且使该成像光线通过的目侧面及一朝向该显示侧且使该成像光线通过的显示侧面，其中：

该第二透镜具有一正屈光率；

该第三透镜具有一屈光率；

该第四透镜的该物侧面与其该像侧面的至少其中之一者为非球面；且

该目镜光学系统只有该四片具有屈光率的第一、第二、第三及第四透镜，且满足下列条件式：G4D/AAG≦4；

3.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足3≦250/EFL≦15，EFL代表该目镜光学系统的一有效焦距。

4.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(AAG+G4D)/(G23+G34)≦8.2，G23代表该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度，G34代表该第三透镜与该第四透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度。

5.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(AAG+G4D)/(T1+T4)≦5，T1代表该第一透镜在该光轴上的一厚度，T4代表该第四透镜在该光轴上的一厚度。

6.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(G23+T4+G4D)/T1≦10，G23代表该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度，T4代表该第四透镜在该光轴上的一厚度，T1代表该第一透镜在该光轴上的一厚度。

7.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足AAG/T1≦3.5，T1代表该第一透镜在该光轴上的一厚度。

8.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(ER+G4D)/(T2+G23)≦6，ER代表该观察者的一瞳孔至第一透镜之该目侧面的距离，T2代表该第二透镜在该光轴上的一厚度，G23代表该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度。

9.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(ER+G12+G23+G4D)/(T1+T3)≦16，ER代表该观察者的一瞳孔至第一透镜之该目侧面的距离，G12代表该第一透镜与该第二透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度，G23代表该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度，T1代表该第一透镜在该光轴上的一厚度，T3代表该第三透镜在该光轴上的一厚度。

10.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足SL/EFL≦1.9，SL代表该观察者的一瞳孔到该显示画面在该光轴上的距离，EFL代表该目镜光学系统的一有效焦距。

11.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足SL/ALT≦4.3，SL代表该观察者的一瞳孔到该显示画面在该光轴上的距离，ALT代表该第一透镜至该第四透镜在该光轴上的四片透镜厚度总和。

12.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(AAG+G4D)/ER≦2.5，ER代表该观察者的一瞳孔至第一透镜之该目侧面的距离。

13.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(AAG+G4D)/(T3+G23)≦6.5，T3代表该第三透镜在该光轴上的一厚度，G23代表该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度。

14.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(AAG+G4D)/(T3+T4)≦5，T3代表该第三透镜在该光轴上的一厚度，T4代表该第四透镜在该光轴上的一厚度。

15.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(G23+T4+G4D)/T3≦10，G23代表该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度，T4代表该第四透镜在该光轴上的一厚度，T3代表该第三透镜在该光轴上的一厚度。

16.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足AAG/G34≦6，G34代表该第三透镜与该第四透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度。

17.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(ER+G4D)/(T2+T4)≦4，ER代表该观察者的一瞳孔至第一透镜之该目侧面的距离，T2代表该第二透镜在该光轴上的一厚度，T4代表该第四透镜在该光轴上的一厚度。

18.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足(ER+G12+G23+G4D)/(T1+G34)≦20，ER代表该观察者的一瞳孔至第一透镜之该目侧面的距离，G12代表该第一透镜与该第二透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度，G23代表该第二透镜与该第三透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度，T1代表该第一透镜在该光轴上的一厚度，G34代表该第三透镜与该第四透镜之间在该光轴上的一空气间隙宽度。

19.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足TTL/AAG≦7，TTL代表该第一透镜之该目侧面至该显示画面在该光轴上的距离。

20.如权利要求1或2所述的目镜光学系统，其特征在于：该目镜光学系统更满足TTL/ALT≦2.9，TTL代表该第一透镜之该目侧面至该显示画面在该光轴上的距离，ALT代表该第一透镜至该第四透镜在该光轴上的四片透镜厚度总和。