CN108303795A

CN108303795A - 头戴显示设备用光学目镜镜头

Info

Publication number: CN108303795A
Application number: CN201810187470.1A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Dong Run
Current assignee: Shandong Huajian Testing Co ltd
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2035-11-16
Also published as: CN105388609A; CN108415152A; CN108398785A; CN108398784A; CN108415152B; CN108398785B; CN105388609B; CN108398784B; CN108303795B

Abstract

本发明公开了一种头戴显示设备用光学目镜镜头，从人眼观测侧至图像源侧沿光轴依序包括光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜，且该第一透镜、第二透镜和第三透镜均具有屈光率，并分别包括一朝向观测侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向图像源侧且使成像光线通过的物侧面；所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜；所述第一透镜为双凸透镜；所述第二透镜为平凹透镜、双凹透镜或弯月形透镜；所述第三透镜为非球面透镜。本发明提供了一种在缩短镜头系统长度的条件下，仍能够保有良好的光学性能的光学目镜镜头及头戴显示设备。

Description

头戴显示设备用光学目镜镜头

技术领域

本发明涉及一种光学目镜镜头，特别是涉及一种头戴显示设备用光学目镜镜头。

背景技术

头戴显示设备由于体积小、重量轻等特点广受消费者欢迎。尤其是设备的大视场角可以给使用者营造一个沉浸式的震撼的视觉效果，让使用者如同身处于电影院放映厅中观看电影一般。

现有技术的头戴显示设备的图像源器件广泛采用一整块大尺寸的OLED(OrganicLight-EmittingDiode)及LCD(LiquidCrystalDisplay)屏幕，同时搭配采用的镜头具有短工作距、短出瞳距、长焦距、低放大率等特性，但屏幕分辨率平均至单眼上则略显不足。而另一类显示屏器件如DLP(DigitalLightProcession)数字光处理和LCOS(LiquidCrystalonSilicon)液晶附硅，虽能提供小尺寸、高分辨率的显示屏，但因需另外提供照明才能显示，从而造成与其搭配的镜头必须具有较长的工作距及视场角较小的局限。

对于头戴显示设备的大视场角目镜来说，倍率色差、场曲、象散都是影响成像质量的像差，为了避免成像效果与质量下降，在缩短光学目镜镜头的长度时仍然要兼顾良好的光学性能。

中国专利公布号CN104635333A、CN104536129A、CN101887166A分别揭露了三种由三片透镜所组成的光学目镜镜头，但仍存在镜头的出瞳距较短、工作距较短、放大率小等问题，其中，中国专利公布号CN101887166A镜头出瞳距长度在11mm以内，不利于佩戴眼镜的用户使用。

目前市场上的头戴显示设备，均通过调节目镜与屏幕间距来达到满足用户不同屈光度的使用需求，但却无一款能够在用户长时间佩戴时，同时解决近视、远视及散光问题，这些问题均会影响到用户的用眼健康。

因此在搭配高像素小尺寸显示屏时，如何能够有效缩短光学镜头之系统长度并保持长工作距、长出瞳距，同时仍能够维持足够之光学性能，一直是业界亟待解决之课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种在缩短镜头系统长度的条件下，仍能够保有良好的光学性能的光学目镜镜头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种光学目镜镜头，从人眼观测侧至图像源侧沿光轴依序包括光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜，且该第一透镜、第二透镜和第三透镜均具有屈光率，并分别包括一朝向观测侧且使成像光线通过的像侧面及一朝向图像源侧且使成像光线通过的物侧面；

且该第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下要求：

Nd1>1.88，Nd2>1.94，Nd3>1.49；Vd1<40.9，Vd2<18.0，Vd3<57.4；

其中，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；Vd1、Vd2、Vd3分别表示第一透镜、第二透镜、第三透镜在d线的色散系数；

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下关系式：

1)0.90<f1/f<1.40；2)1.40<|f2/f|<2.20；3)1.10<f3/f<2.00；

其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，，该第三透镜的焦距为f3，系统焦距为f。

作为一种优选，所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜。

作为一种优选，所述第一透镜为双凸透镜；所述第二透镜为平凹透镜、双凹透镜或弯月形透镜；所述第三透镜为非球面透镜。

作为一种优选，所述第三透镜的物侧面和像侧面的非球面表达式为：

其中，Y为非球面曲线上的点与光轴I的距离；Z为非球面的深度(非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面光轴I上顶点的切面，两者间的垂直距离)；R为透镜表面的曲率半径；K为锥面系数(conic constant)；a2i为第2i阶非球面系数。

作为一种优选，所述第三透镜物侧面至所述图像源面在光轴上的距离为BFL，所述第三透镜在光轴上的厚度为T3，所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间隙为G23，并满足下列关系式：BFL/T3<3.00；T3/G23≦71；BFL/G23≦105。

作为一种优选，所述第一透镜和所述第二透镜通过光敏胶相互粘合；该第一透镜与该第二透镜胶合成胶合镜片的焦距为f12，所述第一透镜在光轴上的厚度为T1，所述第二透镜在光轴上的厚度为T2，所述第一透镜和所述第二透镜所胶合成的胶合镜片在光轴上的厚度为T12，并还满足下列关系式：T1/T2≧3.5；T12＝T1+T2；T12/T3≧0.75；1.50<f12/f<3.20。

作为一种优选，所述第一透镜和第二透镜的材质为玻璃，所述第三透镜的材质为塑料。

作为一种优选，所述第一透镜的像侧面至所述图像源面在光轴上的距离为TTL，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜在光轴上的厚度总和为ALT，并满足下列关系式：BFL/TTL≧0.30；ALT/TTL≦0.70；ALT/T12≧1.35。

本发明光学目镜镜头的有益效果在于：所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜；所述第一透镜为双凸透镜；所述第二透镜为平凹透镜、双凹透镜或弯月形透镜；所述第三透镜为非球面透镜；借由该第一透镜、第二透镜和第三透镜的光学参数的选择与相互搭配，有助于修正像差，提升该光学目镜镜头的成像质量。此外，该第一透镜与第二透镜为玻璃材质，其较大的折射率能更好地转折光线；该第一透镜和该第二透镜胶合成为一组胶合透镜，能对色差进行较好的校正作用；该第三透镜为塑料材质，可降低制造成本及减轻该光学目镜镜头的重量。

因此，本发明之另一目的，即在提供一种应用前述光学目镜镜头的头戴显示设备。

于是，本发明的头戴显示设备，包括机壳和安装在该机壳内的显示模块。

该显示模块包括如前述所述的光学目镜镜头及设置于该光学目镜镜头物侧的图像源显示屏。

作为一种优选，所述光学目镜镜头的总长度小于45mm。所述光学目镜镜头的总长度为由所述光阑至物侧的图像源显示屏的总长度，包括预留的至少20mm的出瞳距。

作为一种优选，所述目镜镜头的用于人眼观测的观测点与所述第一透镜的像侧面在光轴上的距离大于20mm。

该图像源显示屏选用显示分辨率为WXGA(1366*768)的0.37英寸LCOS显示屏，与传统的微显示屏相比，该LCOS显示屏的像元尺寸小得多，可以有效减小被光学目镜镜头放大后产生颗粒的现象，提高用户体验。

本发明头戴显示设备的有益效果在于：借由在该设备中装载具有前述的光学目镜镜头的显示模块，以利该目镜镜头在缩短系统长度的条件下，仍能够提供良好之光学性能的优势，在不牺牲光学性能的情形下制出更为薄型轻巧的头戴显示设备，使本发明兼具良好的实用性能且有助于轻薄短小化的结构设计，以便满足更高质量的消费需求。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种光学目镜镜头及头戴显示设备不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明第一实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图2是本发明第一实施例的纵向球差与各项像差图；

图3是本发明第一实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图4是本发明第一实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图5是本发明第二实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图6是本发明第二实施例的纵向球差与各项像差图；

图7是本发明第二实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图8是本发明第二实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图9是本发明第三实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图10是本发明第三实施例的纵向球差与各项像差图；

图11是本发明第三实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图12是本发明第三实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图13是本发明第四实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图14是本发明第四实施例的纵向球差与各项像差图；

图15是本发明第四实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图16是本发明第四实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图17是本发明第五实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图18是本发明第五实施例的纵向球差与各项像差图；

图19是本发明第五实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图20是本发明第五实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图21是本发明第六实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图22是本发明第六实施例的纵向球差与各项像差图；

图23是本发明第六实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图24是本发明第六实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图25是本发明第七实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图26是本发明第七实施例的纵向球差与各项像差图；

图27是本发明第七实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图28是本发明第七实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图29是本发明第八实施例的光学目镜镜头的配置示意图；

图30是本发明第八实施例的纵向球差与各项像差图；

图31是本发明第八实施例的各透镜的光学数据的表格图；

图32是本发明第八实施例的各透镜的非球面系数的表格图；

图33是本发明的第一实施例至第八实施例的光学参数的表格图一；

图34是本发明的第一实施例至第八实施例的光学参数的表格图二。

具体实施方式

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

本篇说明书所言之「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜在光轴附近区域具有正屈光率(或负屈光率)而言。「透镜的物侧面(或像侧面)具有位于某区域的凸面部(或凹面部)」，是指该区域相较于径向上紧邻该区域的外侧区域，朝平行于光轴的方向更为「向外凸起」(或「向内凹陷」)而言。「光轴附近区域」是指该仅供成像光线通过之曲面之光轴附近区域。此外，该透镜还包含延伸部，用以供该透镜组装于光学目镜镜头内，理想的成像光线并不会通过延伸部，以下之实施例为求图示简洁均省略了部份的延伸部。

第一实施例

参阅图1与图3，本发明光学目镜镜头10第一实施例，从观测侧至图像源侧沿光轴I依序包含光阑2、第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5和保护玻璃6。当由显示屏100所发出的光线进入光学目镜镜头10，经由保护玻璃6之后、第三透镜5、第二透镜4、第一透镜3和光阑2，进入人眼，并形成一正立放大的影像。补充说明的是，物侧是朝向图像源的一侧，而像侧是朝向观测者的一侧。

其中，第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5和保护玻璃6都分别具有朝向像侧且使成像光线通过的像侧面31、41、51、61，及朝向物侧且使成像光线通过的物侧面32、42、52、62。其中，像侧面31、41与物侧面32、42皆为球面。像侧面51与物侧面52为非球面。

此外，为了满足产品轻量化的需求，第一透镜3与第二透镜4为具备高折射率的玻璃材质所制成，第三透镜5为具备屈光率且是塑料材质所制成，但第一透镜3与第二透镜4的材质仍不以此为限制。

第一透镜3为正屈光率的透镜。第一透镜3的像侧面31为凸面，第一透镜3的物侧面32为凸面。第二透镜4为负屈光率的透镜。第二透镜4的像侧面41为凹面，第二透镜4的物侧面42为平面。第三透镜5为正屈光率的透镜，第三透镜5的像侧面51具有位于光轴I附近区域的凸面部511及位于圆周附近区域的凸面部512，第三透镜5的物侧面52具有位于光轴I附近区域的凸面部521及位于圆周附近区域的凸面部522。

在本第一实施例中，只有上述透镜具有屈光率。

通常人眼正常观察事物时，瞳孔直径大小在2-4mm之间，为便于表述，目前瞳孔直径取均值3mm。

本第一实施例的其他详细光学数据如图3所示，且本第一实施例的整体系统焦距(effective focal length，简称EFL)为12.71mm，半视角(half field of view，简称HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，其系统长度为40.34mm。其中，该系统长度是指由光阑2的位置到图像源面100在光轴I上之间的距离。

此外，第三透镜5的像侧面51及物侧面52，共计两个面均是非球面，而该非球面是依下列公式定义：

---（1）

其中：Y：非球面曲线上的点与光轴I的距离；Z：非球面的深度(非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面光轴I上顶点的切面，两者间的垂直距离)；R:透镜表面的曲率半径；K：锥面系数(conic constant)；a2i：第2i阶非球面系数。

第三透镜5的像侧面51及物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数如图4所示。其中，图4中字段编号51表示其为第三透镜5像侧面51的非球面系数，其它字段依此类推。

另外，本第一实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

其中：T1为第一透镜3在光轴I上的厚度；T2为第二透镜4在光轴I上的厚度；T12为第一透镜3与第二透镜4胶合而成的胶合透镜在光轴I上的厚度；T3为第三透镜5在光轴I上的厚度；G23为第二透镜4到第三透镜5在光轴I上的空气间隙；G3CG为第三透镜5到保护玻璃6在光轴I上的空气间隙；TCG为保护玻璃6在光轴I上的厚度；GCD为保护玻璃6到图像源面100在光轴I上的空气间隙；ALT为第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5在光轴I上的厚度总和，即T1、T2、T3之和；TTL为第一透镜3的像侧面31到图像源面100在光轴I上的距离；BFL为第三透镜5的物侧面52到图像源面100在光轴I上的距离，即G3CG、TCG、GCD之和；FFL为光阑2到图像源面100在光轴I上的距离；f为光学目镜镜头10的系统焦距；f1为第一透镜3的焦距；f2为第二透镜4的焦距；f12为第一透镜3与第二透镜4胶合成胶合镜片的焦距；f3为第三透镜5的焦距。

再配合参阅图2，(a)的图示说明本第一实施例在图像源面100上的畸变像差(distor tionaber ration)，(b)与(c)的图示则分别说明本第一实施例在图像源面100上有关子午(tangential)方向的像散像差(astigmatism aberration)和弧矢(sagittal)方向的像散像差，(d)的图示则说明本第一实施例的纵向球差(longitudinal sphericalaberration)。图2(a)的畸变像差图示则显示本第一实施例的畸变像差维持在±2％的范围内，说明本第一实施例的畸变像差已符合光学系统的成像质量要求。在图2(b)与(c)的二个像散像差图示中，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，说明本第一实施例的光学系统能有效消除像差。

而本第一实施例的纵向球差图示图2(d)中，每一种波长所成的曲线皆很靠近并向中间靠近，说明每一种波长不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近，由每一波长的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±0.03mm范围内，故本实施例确实明显改善相同波长的球差，此外，三种代表波长彼此间的距离也相当接近，代表不同波长光线的成像位置已相当集中，因而使色像差也获得明显改善。据此说明本第一实施例相较于现有光学镜头，在系统长度已缩短至40.34mm同时保持出瞳距20mm的条件下，仍能提供较佳的成像质量，故本第一实施例能在维持良好光学性能的条件下，缩短镜头长度以实现更加薄型化的产品设计。

第二实施例

参阅图5，为本发明光学目镜镜头10的第二实施例，其与所述第一实施例大致相似，其中，本第二实施例与所述第一实施例的主要不同之处在于：第二透镜4的物侧面42为凸面(42)，第三透镜5的物侧面52具有位于圆周附近区域的凹面部522，在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图5中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

其详细的光学数据如图7所示，且本第二实施例的整体系统焦距为12.69mm，半视角(HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，系统长度则为41.49mm。如图8所示，则为本第二实施例的第三透镜5的像侧面51到物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，本第二实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

配合参阅图6，由(a)的畸变像差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的纵向球差图示可看出本第二实施例也能维持良好光学性能。

第三实施例

参阅图9，为本发明光学目镜镜头10的第三实施例，其与所述第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及透镜3、4、5间的参数或多或少有些不同，在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图9中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

其详细的光学数据如图11所示，且本第三实施例的整体系统焦距为12.22mm，半视角(HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，系统长度则为41.51mm。如图12所示，则为本第三实施例的第三透镜5的像侧面51到物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，本第三实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

配合参阅图10，由(a)的畸变像差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的纵向球差图示可看出本第三实施例也能维持良好光学性能。

第四实施例

参阅图13，为本发明光学目镜镜头10的第四实施例，其与所述第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及透镜3、4、5间的参数或多或少有些不同，在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图13中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

其详细的光学数据如图15所示，且本第四实施例的整体系统焦距为12.71mm，半视角(HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，系统长度则为42.38mm。如图16所示，则为本第四实施例的第三透镜5的像侧面51到物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，本第四实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

配合参阅图14，由(a)的畸变像差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的纵向球差图示可看出本第四实施例也能维持良好光学性能。

第五实施例

参阅图17，为本发明光学目镜镜头10的第五实施例，其与所述第一实施例大致相似，其中，本第五实施例与所述第一实施例的主要不同之处在于：第二透镜4的物侧面42为凹面(42)，在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图17中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

其详细的光学数据如图19所示，且本第五实施例的整体系统焦距为12.78mm，半视角(HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，系统长度则为41.51mm。如图20所示，则为本第五实施例的第三透镜5的像侧面51到物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，本第五实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

配合参阅图18，由(a)的畸变像差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的纵向球差图示可看出本第五实施例也能维持良好光学性能。

第六实施例

参阅图21，为本发明光学目镜镜头10的第六实施例，其与所述第一实施例大致相似，其中，本第六实施例与所述第一实施例的主要不同之处在于：第二透镜4的物侧面42为凸面(42)，在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图21中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

其详细的光学数据如图23所示，且本第六实施例的整体系统焦距为12.72mm，半视角(HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，系统长度则为43.96mm。如图24所示，则为本第六实施例的第三透镜5的像侧面51到物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，本第六实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

配合参阅图22，由(a)的畸变像差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的纵向球差图示可看出本第六实施例也能维持良好光学性能。

第七实施例

参阅图25，为本发明光学目镜镜头10的第七实施例，其与所述第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及透镜3、4、5间的参数或多或少有些不同，在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图25中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

其详细的光学数据如图27所示，且本第七实施例的整体系统焦距为12.74mm，半视角(HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，系统长度则为44.31mm。如图28所示，则为本第七实施例的第三透镜5的像侧面51到物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，本第七实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

配合参阅图26，由(a)的畸变像差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的纵向球差图示可看出本第七实施例也能维持良好光学性能。

第八实施例

参阅图29，为本发明光学目镜镜头10的第八实施例，其与所述第一实施例大致相似，其中，本第八实施例与所述第一实施例的主要不同之处在于：第三透镜5的像侧面51为凹面，且具有位于光轴I附近区域的凹面部511，第三透镜5的物侧面52为凸面，且具有位于圆周附近区域的凹面部522，在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图29中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。

其详细的光学数据如图31所示，且本第八实施例的整体系统焦距为12.70mm，半视角(HFOV)为20.5°、出瞳直径为3mm，系统长度则为40.43mm。如图32所示，则为本第八实施例的第三透镜5的像侧面51到物侧面52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，本第八实施例的光学目镜镜头10中各重要参数间的关系如图33及图34所示。

配合参阅图30，由(a)的畸变像差、(b)、(c)的像散像差，以及(d)的纵向球差图示可看出本第八实施例也能维持良好光学性能。

再配合参阅图33及图34，为上述八个较佳实施的各项光学参数的表格图，当本发明光学目镜镜头10中的各项光学参数间的关系式满足下列关系式时，在系统长度缩短的情形下，仍然会有较佳的光学性能表现，使本发明应用于相关头戴显示设备时，能制出更加薄型化的产品：

(1)T3/G23≦71，BFL/G23≦105，G23为第二透镜4与第三透镜5在光轴I上的间隙，由于第一透镜和第二透镜胶合成的胶合镜片的屈光度及第三透镜的屈光度均为正，要想获得更大的放大率，即更小的系统焦距，需要缩小G23，但以现有加工及装配工艺G23不可无限制的缩小，所以G23较难缩小，因此较佳地T3/G23、BFL/G23要趋小设计。更佳地，7.2≦T3/G23≦71，7.5≦BFL/G23≦105。

(2)T1/T2≧3.50，T12/T3≧0.75，ALT/T12≧1.70，ALT/TTL≦0.70，BFL/T3≧1.00，BFL/TTL≧0.30，由于成像质量的要求越来越高，光学目镜镜头10的长度又需越做越小，所以各透镜在光轴I附近与圆周附近区域的面型往往会因为考虑光线的路径而有不同的变化，因此在光学目镜镜头10中心与边缘的厚度大小也会有所差异，考虑到光线的特性，越是边缘的光线越需要在光学目镜镜头10内部经过较大角度的折射才会与在光轴I附近入射的光聚焦到图像源面100，所以各透镜的厚度及各空气间隙需要相互搭配，才可以使光学目镜镜头10具有良好的成像质量，而焦距和光学目镜镜头10长度及厚度、间隙大小都有关，故满足此些关系式时可以让光学目镜镜头10的各厚度、间隙、焦距有良好的配置。较佳地，3.50≦T1/T2≦8.00，0.75≦T12/T3≦3.00，1.35≦ALT/T12≦2.30，0.55≦ALT/TTL≦0.70，1.00≦BFL/T3≦3.00，0.30≦BFL/TTL≦0.45。

归纳上述，本发明光学目镜镜头10，可获下述的功效及优点，故能达到本发明的目的：

一、借由第一透镜3的高折射率及物侧面、像侧面均为凸面，可有效转折光线角度，可帮助光学目镜镜头聚光；进一步搭配第二透镜4的负屈光度，可有效校正过于收敛的外围视场光线，避免外围视场产生较大场曲；且第三透镜5的材质为塑料，有利于减轻光学目镜镜头10的重量及减少成本。

二、借由第一透镜3的像侧面31具有凸面，能较大保证观测点距透镜在光轴上的距离大于20mm，从而有效提升体验感。

三、第一透镜3和第二透镜4胶合成的胶合透镜、第三透镜5的像侧面51的非球面表面、第三透镜5的物侧面52的非球面表面，相互搭配有助修正像差，提升光学目镜镜头10的成像质量。

四、本发明借由相关设计参数的控制，使整个系统具有较佳的消除像差能力，例如消除球差的能力，再配合透镜3、4、5像侧面31、41、51或物侧面32、42、52的凹凸形状设计与排列，使光学目镜镜头10在缩短系统长度的条件下，仍具备能够有效克服色像差的光学性能，并提供较佳的成像质量。

五、由前述八个实施例的说明，显示本发明光学目镜镜头10的设计，前述八个实施例的系统长度皆可以缩短到45mm以下，相较于现有的光学目镜镜头，应用本发明的镜头能制造出更薄型化的产品，使本发明具有符合市场需求的经济效益。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种光学目镜镜头及头戴显示设备，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种光学目镜镜头，其特征在于：从人眼观测侧至图像源侧沿光轴依序包括光阑、以及具有聚光率的三个透镜，将这三个透镜分别为第一透镜、第二透镜和第三透镜，且该第一透镜、第二透镜和第三透镜分别包括一朝向观测侧且使成像光线通过的像侧面，及一朝向图像源侧且使成像光线通过的物侧面；

且该第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下要求：

Nd1=1.88，Nd2=1.94，Nd3=1.49；

Vd1=40.8，Vd2=17.9，Vd3=57.3；

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜满足以下关系式：

1)0.93≤f1/f≤1.33；

2)1.45≤|f2/f|≤2.13；

3)1.19≤f3/f≤1.76；

其中，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，系统焦距为f；

所述第一透镜的像侧面至所述图像源面在光轴上的距离为TTL，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜在光轴上的厚度总和为ALT，并满足下列关系式：

BFL/TTL≧0.30；

ALT/TTL≦0.70。

2.根据权利要求1所述的一种光学目镜镜头，其特征在于：所述第一透镜为双凸透镜；所述第二透镜为平凹透镜、双凹透镜或弯月形透镜；所述第三透镜为非球面透镜；所述第三透镜的物侧面和像侧面的非球面表达式为：

其中，Y为非球面曲线上的点与光轴I的距离；Z（Y）为非球面的深度，即非球面上距离光轴I为Y的点与相切于非球面光轴I上顶点的切面间的垂直距离；R为透镜表面的曲率半径；K为锥面系数(conic constant)；a_2i为第2i阶非球面系数；n为自然数，Y²ⁱ为第2i阶非球面曲线上的点与轴I的距离。

3.根据权利要求1所述的一种光学目镜镜头，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜的材质为玻璃，所述第三透镜的材质为塑料。

4.根据权利要求1所述的一种光学目镜镜头，其特征在于：所述第一透镜和第三透镜为正透镜；所述第二透镜为负透镜。