CN112147782B

CN112147782B - 光学镜头及头戴式显示设备

Info

Publication number: CN112147782B
Application number: CN202010122430.6A
Authority: CN
Inventors: 郭道宏; 庄福明
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: TW202117391A; TWI768313B; CN112147782A; US11644650B2; US20200409037A1; JP2021005084A

Abstract

本发明涉及一种光学镜头和包含光学镜头的头戴式显示设备。光学镜头包括从出光侧往入光侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜。入光侧设置影像产生器。光学镜头用于接收影像产生器所提供的影像光束。光栏形成于影像光束的出光侧。在光栏处，影像光束具有最小光束截面积。本发明的技术方案可缩短光学镜头整体的长度，使得显示器的外观体积减小。

Description

光学镜头及头戴式显示设备

技术领域

本发明涉及一种光学镜头，并且特别涉及一种具有该光学镜头的头戴式显示设备。

背景技术

具有波导(waveguide)的显示器(波导显示器)依其影像源的种类可区分为自发光面板架构、穿透式面板架构以及反射式面板架构。在自发光或穿透式面板架构的波导显示器中，面板提供的影像光束经过光学镜头，由耦合入口进入波导。接着，影像光束在波导中传递至耦合出口，再将影像光束投射至人眼的位置，形成影像。在反射式面板架构的波导显示器中，光源提供的照明光束经照明光学装置的传递后，通过照明棱镜将照明光束照射在反射式面板上，反射式面板将照明光束转换成影像光束，因此反射式面板将影像光束传递至光学镜头，影像光束经过光学镜头导入波导中。接着，影像光束在波导中传递至耦合出口，再将影像光束投射至人眼位置。光学镜头可将影像源(面板)产生的影像在一定距离处形成虚像，此虚像透过人眼成像在视网膜上。光学镜头应用在波导显示器中，光学镜头的尺寸大小重量是重要的考虑议题。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域普通技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域普通技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种光学镜头，其尺寸小、重量轻、视角大且分辨率高。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为实现上述的一个或部份或全部目的或是其他目的，本发明的实施例提出一种光学镜头，该光学镜头由从出光侧往入光侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜组成，其中该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜及该第五透镜的屈光度依序为正、负、负、正及正。入光侧设置影像产生器。光学镜头用于接收影像产生器所提供的影像光束。光栏(stop)形成于影像光束的出光侧。在光栏处，影像光束具有最小光束截面积。

为实现上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的另一实施例提出一种头戴式显示设备，包括光学镜头、影像产生器、光栏及波导元件。光学镜头由从出光侧往入光侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜组成，其中该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜及该第五透镜的屈光度依序为正、负、负、正及正。影像产生器设置于入光侧。光学镜头用于接收影像产生器所提供的影像光束。光栏形成于出光侧。在光栏处，影像光束具有最小光束截面积。光栏形成在波导元件的耦合入口。影像光束通过光栏经由耦合入口进入波导元件，并且传递至波导元件的耦合出口，再投射到目标。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的示范实施例中，光学镜头的设计使得光学镜头具有较短的长度，进而缩小显示器的外观体积。此外，考虑光学镜头中镜片的材料，可减轻光学镜头的重量，进而减轻显示器的重量。因此，本发明的光学镜头具有尺寸小、重量轻、视角大且分辨率高的优点。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示本发明一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。

图2A是图1的头戴式显示设备的光学镜头的像散场曲图及畸变图。

图2B是图1的头戴式显示设备的光学镜头的横向色差图。

图2C是图1的头戴式显示设备的光学镜头的调制转换函数曲线图。

图2D是图1的头戴式显示设备的光学镜头的光程差图。

图3绘示本发明另一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。

图4绘示本发明另一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。

图5绘示本发明另一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。

图6A是图5的头戴式显示设备的光学镜头的像散场曲图及畸变图。

图6B是图5的头戴式显示设备的光学镜头的横向色差图。

图6C是图5的头戴式显示设备的光学镜头的调制转换函数曲线图。

图6D是图5的头戴式显示设备的光学镜头的光程差图。

附图标记说明

100、200、300、400：头戴式显示设备

110、410：光学镜头

111、112、113、114、116、411、412、413、414、416、418：透镜

120：照明棱镜(第二棱镜)

130、230：波导元件

150：影像产生器

140：玻璃盖

232：耦合入口

234：耦合出口

260：转折棱镜、第一棱镜

900：目标

A、C：距离

B：镜头总长

D：通光口径

ES：出光侧

IM：影像光束

IS：入光侧

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11：表面

ST：光栏

OA：光轴

X、Y、Z：坐标轴。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1绘示本发明一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。请参考图1，本实施例之头戴式显示设备100可为具有波导元件130的头戴式显示设备，但本发明不限于此。在本实施例中，头戴式显示设备100包括光学镜头110、照明棱镜(第二棱镜)120、波导元件130及影像产生器150。在光学镜头110的入光侧IS处设置影像产生器150。影像产生器150可以是数字微型反射镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)或反射式硅基液晶(Liquidcrystal on silicon，LCoS)等影像显示元件，在其他实施例中，影像产生器150可以是穿透式的空间光调制器，例如透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)等。影像产生器150也可以是有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)、微有机发光二极管(Micro Organic Light-Emitting Diode，Micro OLED)或微发光二极管(Micro LightEmitting Diode，Micro LED)。本发明对影像产生器150的型态及其种类并不加以限制。照明棱镜(第二棱镜)120可为可移除式照明棱镜120，本发明对照明棱镜(第二棱镜)120的型态及其种类并不加以限制。照明棱镜120可设置在光学镜头110与影像产生器150之间。影像产生器150所提供的影像光束IM通过照明棱镜120，进入光学镜头110。光学镜头110适于接收影像光束IM。在本实施例中，在影像产生器150与照明棱镜120之间设置玻璃盖(coverglass)140，以保护影像产生器150避免灰尘的影响。

在本实施例中，影像光束IM经过光学镜头110之后，在光学镜头110的出光侧ES形成光栏(stop)ST。在本实施例中，光栏ST形成于影像光束IM的出光侧ES。在光栏ST处，影像光束IM具有最小光束截面积。举例而言，在本实施例中，位于X轴与Y轴形成的参考平面上，光栏ST例如是圆形，并且在X轴方向上与在Y轴方向上的直径尺寸一致。在本实施例中，影像光束IM经过光学镜头110之后形成光栏ST，在光栏ST处，影像光束IM具有最小光束截面积。因此，影像光束IM在经过光学镜头110之后缩束至光栏ST，并且在通过光栏ST之后发散。在本实施例中，影像光束IM传递至波导元件130的耦合出口，再投射到默认的目标。在一实施例中，所述预设的目标例如是人眼。

在本实施例中，其中一种情况为光学镜头110符合B×D<130，其中B为光学镜头110的镜头总长，且D为光学镜头110中最大透镜的通光口径(Clear aperture)，在本实施例中，D例如为第一透镜112的通光口径。在本实施例中，另一种情况为光学镜头110符合A+C<20，其中A为光栏ST与光学镜头110在光轴OA上的距离，如图1所述，A可为光栏ST与第一透镜112的出光面S1的距离，且C为光学镜头110与影像产生器150在光轴OA上的距离，如图1所述，C可为光学镜头110最靠近入光侧IS的表面(例如，S10)与影像产生器150在光轴OA上的距离。在本实施例中，还有一种情况为光学镜头110符合FOV/(B×D)>0.4，其中FOV为光学镜头110的视场角。在本实施例中，再有一种情况为光学镜头110符合FOV>50。在本实施例中，再有一种情况为光学镜头110同时符合B×D<130，A+C<20，FOV/(B×D)>0.4，FOV>50。在本实施例中，上述参数A、B、C、D例如分别是5.8毫米(millimeters)、10.17毫米、11.76毫米、12.2毫米。这些参数的数值仅用以例示性描述，不用以限定本发明。在本实施例中，光学镜头110的视场角约为60度，例如58度。

在本实施例中，光学镜头110包括从出光侧ES往入光侧IS依序排列的第一透镜112、第二透镜114、第三透镜116、第四透镜111及第五透镜113，其中第一透镜112、第二透镜114、第四透镜111及第五透镜113的屈光度依序为正、负、负、正及正。在本实施例中，第一透镜112可为双凸透镜，第二透镜114可为凸凹透镜，第三透镜116可为双凹透镜、第四透镜111可为双凸透镜且第五透镜113为双凸透镜。在进一步的实施例中，第三透镜116及第四透镜111可形成胶合透镜。在本实施例中，第一透镜112、第二透镜114、第四透镜111及第五透镜113可为玻璃非球面透镜，且第三透镜116可为玻璃球面透镜。在另一实施例中，第一透镜112及第二透镜114亦可为塑料非球面透镜。

以下内容将举出光学镜头110之一实施例。需注意的是，以下内容所列的数据资料并非用以限定本发明，任何所属技术领域普通技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明之范畴内。

表一

请参照图1及表一，表一中列出各个透镜(包括第一透镜112至第五透镜113)的表面。举例而言，表面S1为第一透镜112面向出光侧ES的表面，而表面S2为第一透镜112面向入光侧IS的表面，以此类推。另外，间距是指两相邻表面之间于光轴OA上的直线距离。举例来说，对应表面S1的间距，表示表面S1至表面S2于光轴OA上的直线距离，且对应表面S2的间距，表示表面S2至表面S3于光轴OA上的直线距离，以此类推。

在本实施例中，第一透镜112、第二透镜114、第四透镜111及第五透镜113可为非球面透镜。非球面透镜的公式如下所示：

上式中，X为光轴OA方向的偏移量(sag)，R是密切球面(osculating sphere)的半径，也就是接近光轴OA处的半径(如表一所列的半径倒数)。k是二次曲面系数(conic)，Y是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度，而系数A2、A4、A6、A8、A10、A12为非球面系数(aspheric coefficient)。在本实施例中，系数A2为0。以下表二所列出的是各透镜的表面的参数值。表面S5、S6、S7的系数k、A4、A6、A8、A10、A12为0。

表二

S1

S2

S3

S4

S8

S9

S10

k

0

-8.06E-01

0

A4

-2.05E-03

6.37E-04

1.10E-02

-2.30E-03

1.08E-03

-1.35E-03

-1.41E-04

A6

1.57E-04

-1.74E-05

-1.30E-03

6.04E-05

1.06E-05

-2.31E-06

-2.48E-05

A8

-1.45E-05

-4.35E-06

1.20E-04

1.66E-07

1.84E-08

1.09E-07

1.26E-06

A10

5.68E-07

9.47E-07

-5.40E-06

-9.61E-08

-1.81E-08

-3.06E-09

-3.05E-08

A12

9.18E-09

-3.69E-08

8.25E-08

2.29E-09

7.74E-10

-1.65E-10

2.12E-10

图2A是图1的头戴式显示设备的光学镜头的像散场曲(field curvature)图及畸变图。图2B是图1的头戴式显示设备的光学镜头的横向色差图，其是以波长465纳米(nm)、525纳米、620纳米的光所作出的仿真数据图，横坐标为横向色差，纵坐标为像高。图2C是图1的头戴式显示设备的光学镜头的调制转换函数曲线图，其中横坐标为焦点偏移量(focusshift)，纵坐标为光学转移函数的模数(modulus of the OTF)。图2D是图1的头戴式显示设备的光学镜头的光程差图。图2A至图2D所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的光学镜头110能够达到良好的成像效果。此外，如图2D所示，在影像产生器150的主动表面上，影像光束IM具有OPD的范围是-2.0λ<OPD<2.0λ，其中OPD为在各视场角的光程差，λ为各色光的波长，且影像光束IM包括红色光、绿色光、蓝色光。影像产生器150的主动表面是影像光束IM出射的表面。进一步说明，此光程差的设计，熟知此技术领域的人员容易可知道在设计光学镜头时，通过光学仿真的方式从物平面反推回在影像源需提供的影像光束在各视场角的光程差。在本实施例中，设计优化视场角可达60度FOV，可拥有较佳的视野涵盖。单位截面积所达视场角比值高，比值可达0.49(度/平方毫米)，使得光学镜头110在体积上较为轻薄短小，空间有效利用率高。在本实施例中，光学镜头110的设计符合预先设定的规范，可以解析至少93lp/mm分辨率的影像(如图2C所示)，因此光学镜头110的尺寸小、重量轻、视角大且具有高分辨率。

图3绘示本发明另一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。请参考图3，本实施例之头戴式显示设备200类似于图1的头戴式显示设备100，惟两者之间主要的差异例如在于头戴式显示设备200的转折棱镜260(第一棱镜)以及波导元件230。在本实施例中，转折棱镜260设置在光学镜头110与光栏ST之间。影像光束IM离开光学镜头110，通过转折棱镜260后改变传递方向，而会聚至光栏ST。影像光束IM在通过光栏ST之后发散。在本实施例中，波导元件230包括耦合入口232及耦合出口234。耦合入口232及耦合出口234例如是影像光束入射至波导元件230的表面区域与影像光束离开波导元件230的表面区域。光栏ST形成在波导元件230的耦合入口232处。影像光束IM通过光栏ST经由耦合入口232进入波导元件230，并且传递至波导元件230的耦合出口234，再投射到目标900。此处的投射目标900例如是人眼。在本实施例中，波导元件230包括光学微结构(未绘示)。光学微结构设置在耦合出口234处，亦可设置于耦合入口232处。耦合出口234处的光学微结构将传递至耦合出口234的影像光束IM投射到目标900。

在本实施例中，其中一种情况为光学镜头110符合B×D<130；另一种情况为光学镜头110符合A+C<20；光学镜头110符合FOV/(B×D)>0.4；还有一种情况为光学镜头110符合FOV>50；另一种情况为光学镜头110同时符合B×D<130，A+C<20，FOV/(B×D)>0.4，FOV>50。其中A为光栏ST与光学镜头110在光轴OA上的距离。在本实施例中，A为第一透镜112的表面S1与转折棱镜260的表面S11在光轴OA上的距离以及转折棱镜260的表面S11与光栏ST的表面在光轴OA上的距离的总和。在本实施例中，上述参数A、B、C、D例如分别是5.8毫米(millimeters)、10.17毫米、11.76毫米、12.2毫米。这些参数的数值仅用以例示性描述，不用以限定本发明。

图4绘示本发明另一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。请参考图4，本实施例之头戴式显示设备300类似于图1的头戴式显示设备100，惟两者之间主要的差异例如在于波导元件230的设计。此外，在本实施例中，在光栏ST与第一透镜112之间无玻璃块或棱镜。影像光束IM离开光学镜头110后在空气中传递而会聚至光栏ST。

在本实施例中，其中一种情况为光学镜头110符合B×D<130；另一种情况为光学镜头110符合A+C<20；光学镜头110符合FOV/(B×D)>0.4；又另一种情况为光学镜头110符合FOV>50；另一种情况为光学镜头110同时符合B×D<130，A+C<20，FOV/(B×D)>0.4，FOV>50。在本实施例中，上述参数A、B、C、D例如分别是3.8毫米(millimeters)、10.17毫米、11.76毫米、12.2毫米。这些参数的数值仅用以例示性描述，不用以限定本发明。

图5绘示本发明另一实施例之头戴式显示设备的概要示意图。请参考图5，本实施例之头戴式显示设备400例如是具有波导元件130的头戴式显示设备，但本发明不限于此。在本实施例中，头戴式显示设备400包括光学镜头410、照明棱镜(第二棱镜)120、波导元件130及影像产生器150。入光侧IS设置影像产生器150。照明棱镜120设置在光学镜头410与影像产生器150之间。影像产生器150所提供的影像光束IM通过照明棱镜120，进入光学镜头410。光学镜头410适于接收影像光束IM。在本实施例中，在影像产生器150与照明棱镜120之间设置玻璃盖(cover glass)140，以保护影像产生器150。

本实施例之头戴式显示设备400类似于图1所示实施例之头戴式显示设备100，惟两者之间主要的差别例如在于，第一透镜112及第二透镜114为塑料非球面透镜，第三透镜116为玻璃球面透镜，且第四透镜111及第五透镜113为玻璃非球面透镜。第一透镜112及第二透镜114使用塑料镜片，可降低第一透镜112及第二透镜114使用模造玻璃的制作困难度。

以下内容将举出光学镜头410之一实施例。需注意的是，以下内容所列的数据资料并非用以限定本发明，任何所属技术领域普通技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明之范畴内。

表三

请参照图5及表三，表三中列出各个透镜(包括第一透镜412至第五透镜413)的表面。举例而言，表面S1为第一透镜412面向出光侧ES的表面，而表面S2为第一透镜412面向入光侧IS的表面，以此类推。另外，间距是指两相邻表面之间于光轴OA上的直线距离。举例来说，对应表面S1的间距，表示表面S1至表面S2于光轴OA上的直线距离，而对应表面S2的间距，表示表面S2至表面S3于光轴OA上的直线距离，以此类推。

在本实施例中，第一透镜412、第二透镜414、第四透镜411及第五透镜413可为非球面透镜。非球面透镜的公式如下所示：

上式中，X为光轴OA方向的偏移量(sag)，R是密切球面(osculating sphere)的半径，也就是接近光轴OA处的半径(如表一所列的半径的倒数)。k是二次曲面系数(conic)，Y是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度，而系数A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16为非球面系数(aspheric coefficient)。在本实施例中，系数A2为0。以下表四所列出的是各透镜的表面的参数值。表面S5、S6、S7的系数k、A4、A6、A8、A10、A12为0。

表四

S1

S2

S3

S4

S8

S9

S10

k

-4.68E+01

-2.72E-01

-8.61E-01

-4.78E+01

-4.13E+00

-9.47E-01

-9.90E+01

A4

-1.97E-03

3.99E-03

1.95E-02

-3.47E-03

9.24E-05

-1.72E-03

8.76E-04

A6

-2.65E-06

6.63E-04

-1.28E-03

-1.17E-04

-2.40E-05

1.76E-05

-1.06E-04

A8

1.47E-05

-4.59E-04

-7.25E-04

-1.69E-05

8.08E-08

4.65E-07

6.47E-06

A10

3.56E-06

9.52E-05

2.12E-04

6.81E-06

2.13E-08

-8.60E-08

-3.21E-07

A12

-1.42E-06

-8.68E-06

-2.33E-05

-6.32E-07

-8.25E-10

2.12E-09

9.53E-09

A14

1.77E-07

3.27E-07

1.13E-06

2.44E-08

1.92E-11

5.86E-13

-1.48E-10

A16

-6.74E-09

-1.94E-09

-1.96E-08

-3.46E-10

-1.61E-13

-2.61E-13

9.90E-13

图6A是图5的头戴式显示设备的光学镜头的像散场曲(field curvature)图及畸变图。图6B是图5的头戴式显示设备的光学镜头的横向色差图，其是以波长465纳米(nm)、525纳米、620纳米的光所作出的仿真数据图，横坐标为横向色差，纵坐标为像高。图6C是图5的头戴式显示设备的光学镜头的调制转换函数曲线图，其中横坐标为焦点偏移量(focusshift)，纵坐标为光学转移函数的模数(modulus of the OTF)。图6D是图5的头戴式显示设备的光学镜头的光程差图。图6A至图6D所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的光学镜头410能够达到良好的成像效果。此外，如图6D所示，在影像产生器150的主动表面上，影像光束IM具有OPD的范围是-2.0λ<OPD<2.0λ，其中OPD为在各视场角的光程差，λ为各色光的波长，且影像光束IM包括红色光、绿色光、蓝色光。在本实施例中，光学镜头410的设计符合预先设定的规范，因此光学镜头410的尺寸小、重量轻、视角大且分辨率高。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的示范实施例中，光学镜头的设计符合预先设定的规范，因此光学镜头的尺寸小、重量轻、视角大且分辨率高。

以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，所有依本发明专利的权利要求书及说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求的方案不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文献检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims

1.一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头由从出光侧往入光侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜所组成，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜及所述第五透镜的屈光度依序为正、负、负、正及正，且

所述入光侧设置影像产生器，且所述光学镜头用于接收所述影像产生器所提供的影像光束，且光栏形成于所述影像光束的所述出光侧，在所述光栏处，所述影像光束具有最小光束截面积。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头符合B×D<130，其中B为所述光学镜头的镜头总长，单位为毫米，且D为所述光学镜头中最大透镜的通光口径，单位为毫米。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头符合A+C<20，其中A为所述光栏与所述光学镜头在光轴上的距离，单位为毫米，且C为所述光学镜头与所述影像产生器在所述光轴上的距离，单位为毫米。

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头符合FOV/(B×D)>0.4，其中B为所述光学镜头的镜头总长，单位为毫米，D为所述光学镜头中最大透镜的通光口径，单位为毫米，且FOV为所述光学镜头的视场角，单位为度。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头符合FOV>50，其中FOV为所述光学镜头的视场角，单位为度。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为凸凹透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜，且所述第五透镜为双凸透镜。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜为玻璃非球面透镜，所述第三透镜为玻璃球面透镜，所述第四透镜为玻璃非球面透镜，且所述第五透镜为玻璃非球面透镜。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜为塑料非球面透镜，所述第二透镜为塑料非球面透镜，所述第三透镜为玻璃球面透镜，所述第四透镜为玻璃非球面透镜，且所述第五透镜为玻璃非球面透镜。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜与所述第四透镜形成胶合透镜。

10.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头还包括设置在所述光学镜头与所述光栏之间的第一棱镜，所述影像光束离开所述光学镜头，通过所述第一棱镜，并且会聚至所述光栏，其中所述影像光束在通过所述光栏之后发散。

11.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光栏形成在波导元件的耦合入口，所述影像光束通过所述光栏经由所述耦合入口进入所述波导元件，并且传递至所述波导元件的耦合出口，再投射到目标。

12.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头符合以下条件：

B×D<130，

A+C<20，

FOV/(B×D)>0.4，

FOV>50，

其中A为所述光栏与所述光学镜头在光轴上的距离，单位为毫米，B为所述光学镜头的镜头总长，单位为毫米，C为所述光学镜头与所述影像产生器在所述光轴上的距离，单位为毫米，D为所述光学镜头中最大透镜的通光口径，单位为毫米，且FOV为所述光学镜头的视场角，单位为度，其中所述光栏的形状为圆形。

13.一种头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备包括：光学镜头、影像产生器、光栏和波导元件；其中，

所述光学镜头由从出光侧往入光侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜组成，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜及所述第五透镜的屈光度依序为正、负、负、正及正；

所述影像产生器设置于所述入光侧，且所述光学镜头用于接收所述影像产生器所提供的影像光束；

所述光栏形成于所述出光侧，在所述光栏处，所述影像光束具有最小光束截面积；以及

其中所述光栏形成在所述波导元件的耦合入口，所述影像光束通过所述光栏经由所述耦合入口进入所述波导元件，并且传递至所述波导元件的耦合出口，再投射到目标。

14.根据权利要求13所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括设置在所述光学镜头与所述光栏之间的第一棱镜，所述影像光束离开所述光学镜头，通过所述第一棱镜，并且会聚至所述光栏，其中所述影像光束在通过所述光栏之后发散。

15.根据权利要求13所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述波导元件包括光学微结构，设置在所述耦合出口及所述耦合入口处，且所述耦合出口处的所述光学微结构将传递至所述耦合出口的所述影像光束投射到所述目标。