CN117170096A - 光学系统与头戴装置 - Google Patents

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CN117170096A CN202210695541.5A CN202210695541A CN117170096A CN 117170096 A CN117170096 A CN 117170096A CN 202210695541 A CN202210695541 A CN 202210695541A CN 117170096 A CN117170096 A CN 117170096A
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杨富翔
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Abstract

本发明公开一种光学系统包含光圈、影像面、反射式偏光元件、部分反射元件、第一四分之一波板、第二四分之一波板、第一光学透镜、第二光学透镜及第三光学透镜。光圈位于光学系统的前侧。影像面位于光学系统的后侧。反射式偏光元件位于光圈与影像面之间。部分反射元件位于反射式偏光元件与影像面之间。第一四分之一波板位于反射式偏光元件与部分反射元件之间。第二四分之一波板位于部分反射元件与影像面之间。第一光学透镜位于光圈与影像面之间。第二光学透镜位于第一光学透镜与影像面之间。第三光学透镜具有负屈折力且位于第二光学透镜与影像面之间。本发明公开具有上述光学系统的头戴装置。

Description

光学系统与头戴装置
技术领域
本发明涉及一种光学系统与头戴装置，特别是一种适用于头戴装置的光学系统。
背景技术
随着半导体工艺技术更加精进，各种电子元件皆已微小化，使得微型电子元件效能相较于以往大幅提升，感光元件像素可达到更微小的尺寸，可携式装置的发展也更加蓬勃，并带动镜头元件的快速进步，使过去只存在于科幻电影的头戴式装置也开始兴起。同时，高效能微型处理器与微型显示器的普及，使得智能头戴装置的相关科技于近年来快速提升。而随着人工智能的崛起，配备光学镜头的电子装置的应用范围更加广泛，其中对于电脑视觉的需求大幅成长，对于光学镜头的要求也是更加多样化。
现今的头戴装置除了较过去大幅轻量化之外，也开始具备多种智能功能，如虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)与混合现实(MixedReality，MR)等领域的应用快速成长。其中，虚拟现实被广泛利用于医疗照护、工程、房地产、教育、电玩游戏及影音娱乐等。然而，目前的头戴式装置仍在发展中阶段，仍有许多须大幅改进的地方，例如头戴式装置的重量及体积、影像的成像品质。早期的虚拟现实头戴装置大多使用传统光学透镜或菲涅尔透镜，其中传统光学透镜虽可提供优良成像品质，却无法有效压缩体积，而菲涅尔透镜虽可达到压缩体积的效果，但成像品质往往不佳，故而现今的研究或开发者皆在寻找兼具小体积与优良成像方式的镜片组合。
发明内容
鉴于以上提到的问题，本发明揭露一种光学系统与头戴装置，可兼具较小的重量及体积以及较佳的成像品质。
本发明提供一种光学系统，其包含一光圈、一影像面、一反射式偏光元件、一部分反射元件、一第一四分之一波板、一第二四分之一波板、一第一光学透镜、一第二光学透镜以及一第三光学透镜。光圈位于光学系统的前侧。影像面位于光学系统的后侧。反射式偏光元件位于光圈与影像面之间。部分反射元件位于反射式偏光元件与影像面之间。第一四分之一波板位于反射式偏光元件与部分反射元件之间。第二四分之一波板位于部分反射元件与影像面之间。第一光学透镜位于光圈与影像面之间。第二光学透镜位于第一光学透镜与影像面之间。第三光学透镜位于第二光学透镜与影像面之间。其中，第三光学透镜具有负屈折力。
本发明另提供一种头戴装置，其包含一显示器、一数字信号处理器、一惯性测量单元、一支撑结构以及一光学系统。数字信号处理器通讯连接显示器。惯性测量单元通讯连接数字信号处理器。光学系统位于显示器的一侧，且光学系统包含一光圈、一影像面、一反射式偏光元件、一部分反射元件、一第一四分之一波板、一第二四分之一波板、一第一光学透镜、一第二光学透镜以及一第三光学透镜。光圈位于光学系统的前侧。影像面位于光学系统的后侧，且影像面位于显示器上。反射式偏光元件位于光圈与影像面之间。部分反射元件位于反射式偏光元件与影像面之间。第一四分之一波板位于反射式偏光元件与部分反射元件之间。第二四分之一波板位于部分反射元件与影像面之间。第一光学透镜位于光圈与影像面之间。第二光学透镜位于第一光学透镜与影像面之间。第三光学透镜位于第二光学透镜与影像面之间。其中，第三光学透镜具有负屈折力。
根据本发明所揭露的光学系统与头戴装置，通过设置波板、反射式偏光元件、部分反射元件以及透镜的组合配置，将成像光进行偏振态的转换，使成像光可在各元件之间进行反射，借以压缩光程并减少杂散光的产生，以此达到头戴装置体积的压缩与重量的减轻。此外，具有负屈折力的第三光学透镜可提供优良的成像品质。
以上的关于本揭露内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求保护范围更进一步的解释。
附图说明
图1绘示依照本发明第一实施例的光学系统和显示器的示意图。
图2绘示依照本发明第二实施例的光学系统和显示器的示意图。
图3绘示依照本发明第三实施例的光学系统和显示器的示意图。
图4绘示依照本发明第四实施例的光学系统和显示器的示意图。
图5绘示依照本发明第五实施例的光学系统和显示器的示意图。
图6绘示依照本发明第六实施例的光学系统、显示器、液晶对焦模块和类钻碳散热模层的示意图。
图7绘示依照本发明第七实施例的光学系统和显示器的示意图。
图8绘示依照本发明第八实施例的光学系统和显示器的示意图。
图9绘示依照本发明第九实施例的光学系统和显示器的示意图。
图10绘示依照本发明第十实施例的头戴装置的示意图。
图11绘示图10的头戴装置的上视示意图。
图12绘示依照本发明第一实施例中参数ImgH、CT1、CT2、CT3、T12、T23、ER、EPD、BL、TD、SL以及第一光学透镜的反曲点和临界点的示意图。
【符号说明】
1,2,3,4,5,6,7,8,9:光学系统
10:头戴装置
101:显示器
102:数字信号处理器
103:惯性测量单元
104:支撑结构
105:眼球追踪装置
106:光学系统
107:自动对焦装置
108:相机
109:收纳机构
100:虹膜辨识模块
ARL:抗反射层
BS:部分反射元件
BL:第三光学透镜后侧表面至影像面在光轴上的距离
C:临界点
CF:色彩滤片
CT1:第一光学透镜于光轴上的中心厚度
CT2:第二光学透镜于光轴上的中心厚度
CT3:第三光学透镜于光轴上的中心厚度
DHL:类钻碳散热模层
E1:第一光学透镜
E2:第二光学透镜
E3:第三光学透镜
ER:光圈至第一光学透镜前侧表面在光轴上的距离
EPD:光圈的大小
ImgH:影像面所呈现的像高
IMG:影像面
LFM:液晶对焦模块
P:反曲点
PM:偏光元件
QWP1:第一四分之一波板
QWP2:第二四分之一波板
RP:反射式偏光元件
ST:光圈
SC:显示器
SL:光圈至影像面在光轴上的距离
T12:第一光学透镜后侧表面至第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离
T23:第二光学透镜后侧表面至第三光学透镜前侧表面在光轴上的距离
TD:第一光学透镜前侧表面至第三光学透镜后侧表面在光轴上的距离
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露之内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
本发明提供一种光学系统，其包含一光圈、一影像面、一反射式偏光元件、一部分反射元件、一第一四分之一波板、一第二四分之一波板、一第一光学透镜、一第二光学透镜以及一第三光学透镜。其中，光圈位于光学系统的前侧，且影像面位于光学系统的后侧。所述光学系统的前侧指光学系统例如靠近使用者眼睛的一侧，而所述光学系统的后侧指光学系统靠近一显示器呈现影像的一侧，其中影像面可位于显示器上，且光圈的位置可为使用者眼睛观看影像的位置。
反射式偏光元件位于光圈与影像面之间。部分反射元件位于反射式偏光元件与影像面之间。第一四分之一波板位于反射式偏光元件与部分反射元件之间。第二四分之一波板位于部分反射元件与影像面之间。第一光学透镜位于光圈与影像面之间。第二光学透镜位于第一光学透镜与影像面之间。第三光学透镜位于第二光学透镜与影像面之间。其中，第三光学透镜具有负屈折力，有助于调整成像品质。其中，第一光学透镜与第二光学透镜之间可具有一空气间隔。其中，第二光学透镜与第三光学透镜之间可具有一空气间隔。其中，部分反射元件例如可具有至少35％平均光反射率，其中所述平均光反射率可指部分反射元件对于不同波长光线的反射率的平均值。
本发明所揭露的光学系统，通过设置波板、反射式偏光元件、部分反射元件以及透镜的组合配置，将成像光进行偏振态的转换，使成像光可在各元件之间进行反射，借以压缩光程并减少杂散光的产生，以此达到头戴装置体积的压缩与重量的减轻。请参照图12，入射光会从显示器SC以纵向偏振态入射，经第二四分之一波板QWP2形成旋转偏振态，然后穿透第一四分之一波板QWP1形成横向偏振态，而反射式偏光元件RP仅供纵向偏振态的光穿透，故会使横向偏振态的光反射而再次穿透第一四分之一波板QWP1形成旋转偏振态，而后旋转偏振态的光经部分反射元件BS反射，接着第三次穿透第一四分之一波板QWP1形成纵向偏振态而可穿透反射式偏光元件RP。借此，通过这样的反射方式可以将所需光程折叠，有效缩短镜组长度。其中，第一四分之一波板、第二四分之一波板及部分反射元件分别可镀于(附接于)透镜表面上或分别可为与透镜分隔的单独元件，本发明不以此为限。其中，部分反射元件例如但不限于是具有反射面的反射镜，其能够反射一部分光。例如在一些情况中，部分反射元件可以被配置为在光线经过时让一部分光线透射并且另一部分光线被反射。
光学系统中可有至少一片光学透镜具有一反曲点。借此，有助于周边成像及像差修正。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中第一光学透镜E1前侧表面的反曲点P的示意图。图12绘示本发明第一实施例中第一光学透镜E1前侧表面的反曲点P作为示例性说明，然于本发明第一实施例和其他实施例中，各透镜也可具有一个或多个反曲点。
光学系统中可有至少一片光学透镜具有一临界点。借此，可进一步提升周边成像与像差修正。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中第一光学透镜E1前侧表面的临界点C的示意图。图12绘示本发明第一实施例中第一光学透镜E1前侧表面的临界点C作为示例性说明，然于本发明第一实施例和其他实施例中，各透镜也可具有一个或多个临界点。
第二光学透镜的阿贝数为V2，第二光学透镜的折射率为N2，其可满足下列条件：18<V2/N2<47。借此，可避免光线在反射情况下因角度不同致使折射率相差过大而影响成像品质。其中，也可满足下列条件：25<V2/N2<40.0。其中，也可满足下列条件：30<V2/N2<38。
第一光学透镜于光轴上的中心厚度为CT1，第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，第三光学透镜于光轴上的中心厚度为CT3，其可满足下列条件：CT2>CT1；以及CT2>CT3。借此，可提升光学透镜使用效率。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数CT1、CT2及CT3的示意图。
光学系统的焦距为f，第三光学透镜的焦距为f3，其可满足下列条件：-10<f/f3<0。借此，可进一步调整成像品质。其中，也可满足下列条件：-5<f/f3<0。其中，也可满足下列条件：-1<f/f3<0。
光学系统的焦距为f，第二光学透镜的焦距为f2，其可满足下列条件：0<f/f2。借此，有助于缩短整体光学系统的总长。其中，也可满足下列条件：0.28<f/f2<1。
第一光学透镜的焦距为f1，第二光学透镜的焦距为f2，第三光学透镜的焦距为f3，其可满足下列条件：1.1<(f2+f3)/f1。借此，有助于提升反射折射式光学系统的使用效率。其中，也可满足下列条件：10<(f2+f3)/f1。其中，也可满足下列条件：100<(f2+f3)/f1。
第一光学透镜后侧表面至第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，其可满足下列条件：0.55<T12/CT2<1.40。借此，有助于提升第二光学透镜的使用效率。其中，也可满足下列条件：0.57<T12/CT2<1.27。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数T12及CT2的示意图。
第一光学透镜于光轴上的中心厚度为CT1，第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，第三光学透镜于光轴上的中心厚度为CT3，第一光学透镜后侧表面至第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜后侧表面至第三光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T23，其可满足下列条件：0<(CT1+CT2+CT3)/(T12+T23)<1.75。借此，有助于缩短光学透镜组的长度。其中，也可满足下列条件：0.1<(CT1+CT2+CT3)/(T12+T23)<1.7。其中，也可满足下列条件：0.4<(CT1+CT2+CT3)/(T12+T23)<1.4。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数CT1、CT2、CT3、T12及T23的示意图。
第一光学透镜后侧表面至第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜后侧表面至第三光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T23，第一光学透镜前侧表面至第三光学透镜后侧表面在光轴上的距离为TD，其可满足下列条件：0.37<(T12+T23)/TD<1。借此，有助于提升光学透镜组的使用效率。其中，也可满足下列条件：0.42<(T12+T23)/TD<0.8。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数T12、T23及TD的示意图。
第一光学透镜后侧表面至第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜后侧表面至第三光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T23，第三光学透镜后侧表面至影像面在光轴上的距离为BL，其可满足下列条件：1.20<(T12+T23)/BL<5.20。借此，有助于缩短光学透镜组与影像之间的距离。其中，也可满足下列条件：1.50<(T12+T23)/BL<4.20。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数T12、T23及BL的示意图。
第一光学透镜于光轴上的中心厚度为CT1，第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，第三光学透镜于光轴上的中心厚度为CT3，光圈至影像面在光轴上的距离为SL，其可满足下列条件：0.10<(CT1+CT2+CT3)/SL<0.35。借此，有助于缩短光学系统的长度。其中，也可满足下列条件：0.13<(CT1+CT2+CT3)/SL<0.27。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数CT1、CT2、CT3及SL的示意图。
第三光学透镜前侧表面的曲率半径为R5，第三光学透镜后侧表面的曲率半径为R6，其可满足下列条件：0.01<|R5/R6|<1。借此，可进一步调整成像品质。其中，也可满足下列条件：0.3<|R5/R6|<1。其中，也可满足下列条件：0.55<|R5/R6|<1。
第三光学透镜前侧表面的曲率半径为R5，第三光学透镜后侧表面的曲率半径为R6，其可满足下列条件：3.85<|(R5+R6)/(R5-R6)|。借此，有助于减少后焦长度。其中，也可满足下列条件：4<|(R5+R6)/(R5-R6)|<300。
第三光学透镜前侧表面的曲率半径为R5，第三光学透镜后侧表面的曲率半径为R6，其可满足下列条件：(R5+R6)/(R5-R6)<0。借此，有助于平衡成像品质与后焦长度。其中，也可满足下列条件：-300<(R5+R6)/(R5-R6)<-3。
光学系统的焦距为f，影像面所呈现的像高为ImgH(其可为显示器对角线总长的一半)，其可满足下列条件：0<f/ImgH<1.20。借此，可提供较大影像。其中，也可满足下列条件：0<f/ImgH<1.05。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数ImgH的示意图。
光圈至影像面在光轴上的距离为SL，影像面所呈现的像高为ImgH，其可满足下列条件：0.50<SL/ImgH<1.17。借此，可平衡影像的大小与光学系统的长度。
光圈至影像面在光轴上的距离为SL，光学系统的焦距为f，其可满足下列条件：1.08<SL/f<1.40。借此，可平衡成像品质与光学系统的长度。其中，也可满足下列条件：1.15<SL/f<1.25。
光圈的大小为EPD，影像面所呈现的像高为ImgH，其可满足下列条件：0.380<EPD/ImgH<0.476。借此，可提供使用者较佳的沉浸式体验。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数EPD及ImgH的示意图。
光学系统中最大视角的一半为HFOV，光学系统的焦距为f，其可满足下列条件：0.05<tan(HFOV)/f<0.08。借此，可提供使用者较立体的影像。
光学系统中可有至少一片光学透镜为一超颖透镜(Metalens)。借此，可缩短头戴装置的总厚度。
第一光学透镜、第二光学透镜及第三光学透镜至少其中一者的至少一表面可具有一抗反射层，且抗反射层为次波长结构。借此，可防止杂散光影响成像品质。
光学系统可进一步包含一第四光学透镜，其中第四光学透镜位于光圈与影像面之间，以进一步提高成像品质。
本发明提供一种头戴装置，其包含一显示器、一数字信号处理器、一惯性测量单元、一支撑结构以及前述的光学系统。其中，显示器用以面向使用者的眼睛以显示影像，数字信号处理器通讯连接显示器以及惯性测量单元，且支撑结构用以佩戴于使用者的头部。光学系统可供使用者的眼睛使用。在一些实施态样中，头戴装置可包含两个前述的光学系统，且两组光学系统分别可供使用者以双眼使用。
头戴装置可进一步包含一虹膜辨识模块，其中虹膜辨识模块通讯连接数字信号处理器，且虹膜辨识模块用以辨识使用者的虹膜。借此，可提供使用者在认证系统的便利性与安全性。
光学系统可进一步包含一偏光元件，其中所述偏光元件位于显示器与部分反射元件之间，且显示器可为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)面板并具有一色彩滤片(Color Filter)。借此，有机发光二极管面板可提供较佳的色彩影像。其中，有机发光二极管面板以色彩滤片进行滤光，且有机发光二极管面板内部可不含偏光元件，而通过所述位于显示器与部分反射元件之间的偏光元件对显示器发出的光线进行偏振。其中，有机发光二极管面板可例如为微型发光二极管(Micro LED)面板或次毫米发光二极管(Mini LED)面板。
头戴装置可进一步包含一收纳机构，其中收纳机构用以使头戴装置的体积被压缩。举例来说，收纳机构提供使用者在不需使用头戴装置的情况下，可将头戴装置的体积进行压缩(例如可使头戴装置折叠)。
头戴装置可进一步包含一自动对焦装置，其中自动对焦装置对应光学系统设置，且自动对焦装置用以移动光学系统的光学透镜。借此，自动对焦装置可提供光学系统对焦功能，可针对不同使用者视力做焦距调整。在部分实施态样中，光学系统的数量为两个，且自动对焦装置的数量为一个，其中自动对焦装置可同时调整两个光学系统的焦距。另外，在部分实施态样中，光学系统的数量为两个，且自动对焦装置的数量为两个以分别调整两个光学系统的焦距。
头戴装置可进一步包含一液晶对焦模块，其中液晶对焦模块设置于光圈与影像面之间，且液晶对焦模块用以可提供光学系统较大的焦距调整范围。
头戴装置可进一步包含一相机，其中相机通讯连接数字信号处理器，且相机具有拍摄外部环境影像并呈现于显示器的功能。借此，相机所拍摄的外部环境影像可即时呈现于显示器，以便于使用者在配戴头戴装置的情况下对环境做辨认。
头戴装置可进一步包含一眼球追踪装置，其中眼球追踪装置用以面向使用者的眼睛以追踪使用者的眼睛所注视的位置。借此，可提供使用者对使用情形做数据分析(例如使用者进行电玩游戏或观影时的注视目标分析或专注力分析)，并可根据眼球注视范围调整画面各位置的清晰度。
头戴装置可进一步包含一类钻碳(Diamond Like Carbon，DLC)散热模层，其中类钻碳散热模层用以对头戴装置中的发热元件(例如显示器)散热。借此，使用类钻碳散热模层可提供较佳的散热效率。其中，类钻碳散热模层可例如位于显示器的屏幕、头戴装置的散热模块以及头戴装置的外壳内表面与外表面中至少一者。
值得注意的是，本文中所提及的通讯连接，指两个元件例如以有线或无线传输来达到彼此间讯号交换的连接方式。
上述本发明光学系统和头戴装置中的各技术特征皆可组合配置，而达到对应的功效。
本发明所揭露的光学系统中，光学透镜的材质可为玻璃或塑胶。若光学透镜的材质为玻璃，则可增加光学系统屈折力配置的自由度，并降低外在环境温度变化对成像的影响，而玻璃透镜可使用研磨或模造等技术制作而成。若光学透镜材质为塑胶，则可以有效降低生产成本。此外，可于镜面上设置球面(SPH)或非球面(ASP)，其中球面光学透镜可减低制造难度，而若于镜面上设置非球面，则可借此获得较多的控制变数，用以消减像差、缩减透镜数目，并可有效降低本发明光学系统的总长。进一步地，非球面可以塑胶射出成型或模造玻璃透镜等方式制作而成。
本发明所揭露的光学系统中，若光学透镜表面为非球面，则表示该光学透镜表面光学有效区全部或其中一部分为非球面。
本发明所揭露的光学系统中，可选择性地在任一(以上)光学透镜材料中加入添加物，产生光吸收或光干涉效果，以改变光学透镜对于特定波段光线的穿透率，进而减少杂散光与色偏。例如：添加物可具备滤除系统中600纳米至800纳米波段光线的功能，以助于减少多余的红光或红外光；或可滤除350纳米至450纳米波段光线，以减少多余的蓝光或紫外光，因此，添加物可避免特定波段光线对成像造成干扰。此外，添加物可均匀混和于塑料中，并以射出成型技术制作成光学透镜。此外，添加物也可配置于光学透镜表面上的镀膜，以提供上述功效。
本发明所揭露的光学系统中，若光学透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该凸面可位于光学透镜表面近光轴处；若光学透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该凹面可位于光学透镜表面近光轴处。若光学透镜的屈折力或焦距未界定其区域位置时，则表示该光学透镜的屈折力或焦距可为光学透镜于近光轴处的屈折力或焦距。
本发明所揭露的光学系统中，所述光学透镜的反曲点(Inflection Point)，指光学透镜表面曲率正负变化的交界点。所述光学透镜的临界点(Critical Point)，指垂直于光轴的平面与光学透镜表面相切的切线上的切点，且临界点并非位于光轴上。
本发明所揭露的光学系统中，光学系统的影像面依其对应的显示器的不同，可为一平面或有任一曲率的曲面，特别是指凹面朝往前侧方向的曲面。
本发明所揭露的光学系统中，于成像光路上最靠近影像面的光学透镜与影像面之间可选择性配置一片以上的成像修正元件(平场元件等)，以达到修正影像的效果(像弯曲等)。该成像修正元件的光学性质，比如曲率、厚度、折射率、位置、面型(凸面或凹面、球面或非球面、衍射表面及菲涅尔表面等)可配合头戴装置需求而做调整。一般而言，较佳的成像修正元件配置为将具有朝往前侧方向为凹面的薄型平凹元件设置于靠近影像面处。
本发明所揭露的光学系统中，可设置有至少一光阑，其可位于第一光学透镜之前、各光学透镜之间或最后一光学透镜之后，该光阑的种类如耀光光阑(Glare Stop)或视场光阑(Field Stop)等，可用以减少杂散光，有助于提升影像品质。
本发明可适当设置一可变孔径元件，该可变孔径元件可为机械构件或光线调控元件，其可以电或电讯号控制孔径的尺寸与形状。该机械构件可包含叶片组、屏蔽板等可动件；该光线调控元件可包含滤光元件、电致变色材料、液晶层等遮蔽材料。该可变孔径元件可通过控制影像的进光量或曝光时间，强化影像调节的能力。此外，该可变孔径元件也可为本发明的光圈，可通过改变光圈值以调节影像品质，如景深或曝光速度等。
本发明可适当放置一个或多个光学元件，借以限制光线通过光学系统的形式，所述光学元件可为滤光片、偏光片等，但本发明不以此为限。并且，所述光学元件可为单片元件、复合组件或以薄膜等方式呈现，但本发明不以此为限。所述光学元件可置于光学系统的前端、后端或光学透镜之间，借以控制特定形式的光线通过，进而符合应用需求。
根据上述实施方式，以下提出具体实施例并配合附图予以详细说明。
<第一实施例>
请参照图1，为绘示依照本发明第一实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统1由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统1包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。
第一光学透镜E1具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为平面，其前侧表面为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其前侧表面具有至少一临界点。
第二光学透镜E2具有正屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，且其两表面皆为球面。
第三光学透镜E3具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，其两表面皆为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其后侧表面具有至少一反曲点。
反射式偏光元件RP附接于第一光学透镜E1后侧表面，且第一四分之一波板QWP1附接于反射式偏光元件RP。
部分反射元件BS附接于第三光学透镜E3后侧表面。
第二四分之一波板QWP2位于部分反射元件BS与影像面IMG之间。
上述各光学透镜的非球面的曲线方程式表示如下：
X：非球面与光轴的交点至非球面上距离光轴为Y的点平行于光轴的位移；
Y：非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；
R：曲率半径；
k：锥面系数；以及
Ai：第i阶非球面系数。
第一实施例的光学系统1中，光学系统1的焦距为f，光学系统1的光圈值(F-number)为Fno，光学系统1中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝19.09毫米(mm)，Fno＝2.12，HFOV＝45.0度(deg.)。
第二光学透镜E2的阿贝数为V2，第二光学透镜E2的折射率为N2，其满足下列条件：V2/N2＝36.269。
第一光学透镜E1于光轴上的中心厚度为CT1，第二光学透镜E2于光轴上的中心厚度为CT2，第三光学透镜E3于光轴上的中心厚度为CT3，其满足下列条件：CT1＝1.000毫米；CT2＝1.606毫米；CT3＝1.000毫米；CT2>CT1；以及CT2>CT3。
光学系统1的焦距为f，第三光学透镜E3的焦距为f3，其满足下列条件：f/f3＝-6.082E-06。
光学系统1的焦距为f，第二光学透镜E2的焦距为f2，其满足下列条件：f/f2＝0.051。
第一光学透镜E1的焦距为f1，第二光学透镜E2的焦距为f2，第三光学透镜E3的焦距为f3，其满足下列条件：(f2+f3)/f1＝41007.129。
第一光学透镜E1后侧表面至第二光学透镜E2前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜E2于光轴上的中心厚度为CT2，其满足下列条件：T12/CT2＝0.805。
第一光学透镜E1于光轴上的中心厚度为CT1，第二光学透镜E2于光轴上的中心厚度为CT2，第三光学透镜E3于光轴上的中心厚度为CT3，第一光学透镜E1后侧表面至第二光学透镜E2前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜E2后侧表面至第三光学透镜E3前侧表面在光轴上的距离为T23，其满足下列条件：(CT1+CT2+CT3)/(T12+T23)＝0.485。
第一光学透镜E1后侧表面至第二光学透镜E2前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜E2后侧表面至第三光学透镜E3前侧表面在光轴上的距离为T23，第一光学透镜E1前侧表面至第三光学透镜E3后侧表面在光轴上的距离为TD，其满足下列条件：(T12+T23)/TD＝0.673。
第一光学透镜E1后侧表面至第二光学透镜E2前侧表面在光轴上的距离为T12，第二光学透镜E2后侧表面至第三光学透镜E3前侧表面在光轴上的距离为T23，第三光学透镜E3后侧表面至影像面IMG在光轴上的距离为BL，其满足下列条件：(T12+T23)/BL＝4.175。
第一光学透镜E1于光轴上的中心厚度为CT1，第二光学透镜E2于光轴上的中心厚度为CT2，第三光学透镜E3于光轴上的中心厚度为CT3，光圈ST至影像面IMG在光轴上的距离为SL，其满足下列条件：(CT1+CT2+CT3)/SL＝0.158。
第三光学透镜E3前侧表面的曲率半径为R5，第三光学透镜E3后侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：|R5/R6|＝0.990。
第三光学透镜E3前侧表面的曲率半径为R5，第三光学透镜E3后侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：|(R5+R6)/(R5-R6)|＝202.318。
第三光学透镜E3前侧表面的曲率半径为R5，第三光学透镜E3后侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：(R5+R6)/(R5-R6)＝-202.318。
光学系统1的焦距为f，影像面IMG所呈现的像高为ImgH，其满足下列条件：f/ImgH＝1.009。
光圈ST至影像面IMG在光轴上的距离为SL，影像面IMG所呈现的像高为ImgH，其满足下列条件：SL/ImgH＝1.206。
光圈ST至影像面IMG在光轴上的距离为SL，光学系统1的焦距为f，其满足下列条件：SL/f＝1.195。
光圈ST的大小为EPD，影像面IMG所呈现的像高为ImgH，其满足下列条件：EPD/ImgH＝0.476。
光学系统1中最大视角的一半为HFOV，光学系统1的焦距为f，其满足下列条件：tan(HFOV)/f＝0.052。
第一光学透镜E1前侧表面的曲率半径为R1，第三光学透镜E3后侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：R1/R6＝1.160。
第一光学透镜E1前侧表面的曲率半径为R1，第一光学透镜E1后侧表面的曲率半径为R2，其满足下列条件：(R1+R2)/(R1-R2)＝-1.000。
第二光学透镜E2前侧表面的曲率半径为R3，第二光学透镜E2后侧表面的曲率半径为R4，其满足下列条件：(R3+R4)/(R3-R4)＝4.039。
第一光学透镜E1前侧表面至第三光学透镜E3后侧表面在光轴上的距离为TD，光圈ST至影像面IMG在光轴上的距离为SL，其满足下列条件：TD/SL＝0.484。
光圈ST至第一光学透镜E1前侧表面在光轴上的距离为ER，光圈ST至影像面IMG在光轴上的距离为SL，其满足下列条件：ER/SL＝0.438。请参照图12，绘示有依照本发明第一实施例中参数ER的示意图。
请配合参照下列表1A以及表1B。
/>
表1A为图1第一实施例详细的结构数据，其中曲率半径及厚度的单位为毫米(mm)，且表面23到0分别表示光线从影像面IMG至光圈ST所依序经过的表面。表1B为第一实施例中的非球面数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A16则表示各表面第4到16阶非球面系数。此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的示意图，表格中数据的定义皆与第一实施例的表1A及表1B的定义相同，在此不加以赘述。
<第二实施例>
请参照图2，为绘示依照本发明第二实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统2由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统2包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。
第一光学透镜E1具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为平面，其前侧表面为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其前侧表面具有至少一临界点。
第二光学透镜E2具有正屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为平面，其后侧表面为凸面，且其后侧表面为球面。
第三光学透镜E3具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，其两表面皆为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其后侧表面具有至少一反曲点。
反射式偏光元件RP附接于第一光学透镜E1后侧表面，且第一四分之一波板QWP1附接于反射式偏光元件RP。
部分反射元件BS附接于第三光学透镜E3后侧表面。
第二四分之一波板QWP2位于部分反射元件BS与影像面IMG之间。
请配合参照下列表2A以及表2B。
/>
第二实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下列
表2C所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。
/>
<第三实施例>
请参照图3，为绘示依照本发明第三实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统3由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统3包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。
第一光学透镜E1具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为平面，其前侧表面为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其前侧表面具有至少一临界点。
第二光学透镜E2具有正屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，其两表面皆为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其后侧表面具有至少一反曲点。
第三光学透镜E3具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，且其两表面皆为非球面。
反射式偏光元件RP附接于第一光学透镜E1后侧表面，且第一四分之一波板QWP1附接于反射式偏光元件RP。
部分反射元件BS附接于第三光学透镜E3后侧表面。
第二四分之一波板QWP2位于部分反射元件BS与影像面IMG之间。
请配合参照下列表3A以及表3B。
/>
第三实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下列
表3C所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。
<第四实施例>
请参照图4，为绘示依照本发明第四实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统4由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统4包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。
第一光学透镜E1具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为平面，其前侧表面为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其前侧表面具有至少一临界点。
第二光学透镜E2具有正屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，其两表面皆为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其后侧表面具有至少一反曲点。
第三光学透镜E3具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，其两表面皆为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其后侧表面具有至少一反曲点。
反射式偏光元件RP附接于第一光学透镜E1后侧表面，且第一四分之一波板QWP1附接于反射式偏光元件RP。
部分反射元件BS附接于第三光学透镜E3后侧表面。
第二四分之一波板QWP2位于部分反射元件BS与影像面IMG之间。
请配合参照下列表4A以及表4B。
/>
第四实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下列
表4C所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。
<第五实施例>
请参照图5，为绘示依照本发明第五实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统5由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统5包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。
第一光学透镜E1具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，其前侧表面为非球面，其后侧表面为球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其前侧表面具有至少一临界点。
第二光学透镜E2具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，且其两表面皆为球面。
第三光学透镜E3具有负屈折力，且为塑胶材质，其前侧表面为凹面，其后侧表面为凸面，其两表面皆为非球面，其前侧表面具有至少一反曲点，且其后侧表面具有至少一反曲点。
反射式偏光元件RP附接于第一光学透镜E1后侧表面，且第一四分之一波板QWP1附接于反射式偏光元件RP。
部分反射元件BS附接于第三光学透镜E3后侧表面。
第二四分之一波板QWP2位于部分反射元件BS与影像面IMG之间。
请配合参照下列表5A以及表5B。
/>
第五实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下列
表5C所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。
<第六实施例>
请参照图6，为绘示依照本发明第六实施例的光学系统、显示器、液晶对焦模块和类钻碳散热模层的示意图。光学系统6由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统6包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。上述本实施例之光学系统6的元件和第三实施例之光学系统3中相同名称和符号的元件具有相同或类似的结构特征，故不再赘述。
在本实施例中，光圈ST和第一光学透镜E1之间设置有一液晶对焦模块LFM，且液晶对焦模块LFM用以提供光学系统6较大的焦距调整范围。此外，显示器SC朝向光学系统6的屏幕上设置有一类钻碳散热模层DHL，且类钻碳散热模层DHL用以对显示器SC散热。
<第七实施例>
请参照图7，为绘示依照本发明第七实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统7由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统7包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。上述本实施例之光学系统7的元件和第二实施例之光学系统2中相同名称和符号的元件具有相同或类似的结构特征，故不再赘述。
在本实施例中，第三光学透镜E3前侧表面具有一抗反射层ARL，且抗反射层ARL为次波长结构。本实施例所揭露的光学系统7中，第三光学透镜E3前侧表面配置有抗反射层ARL，但本发明不以此为限。在其他实施例中，光学系统中任一光学透镜的表面皆可依实际设计需求而配置有抗反射层。
<第八实施例>
请参照图8，为绘示依照本发明第八实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统8由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统8包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。上述本实施例之光学系统8的元件和第三实施例之光学系统3中相同名称和符号的元件具有相同或类似的结构特征，故不再赘述。
在本实施例中，光学系统8还包含一偏光元件PM，其中偏光元件PM位于显示器SC与部分反射元件BS之间。此外，本实施例的显示器SC为有机发光二极管面板并具有一色彩滤片CF。
<第九实施例>
请参照图9，为绘示依照本发明第九实施例的光学系统和显示器的示意图。光学系统9由前侧至后侧依序包含光圈ST、第一光学透镜E1、反射式偏光元件RP、第一四分之一波板QWP1、第二光学透镜E2、第三光学透镜E3、部分反射元件BS、第二四分之一波板QWP2以及影像面IMG。其中，显示器SC设置于影像面IMG上。光学系统9包含三片光学透镜(E1、E2、E3)，并且三片光学透镜之间无其他内插的光学透镜。除了第一光学透镜E1，上述本实施例的光学系统9的元件和第四实施例的光学系统4中相同名称和符号的元件具有相同或类似的结构特征，故不再赘述。
在本实施例中，第一光学透镜E1为一超颖透镜。本实施例所揭露的光学系统9中，第一光学透镜E1为超颖透镜，但本发明不以此为限。在其他实施例中，光学系统中任一光学透镜皆可依实际设计需求而为一超颖透镜。
<第十实施例>
请参照图10和图11，其中图10绘示依照本发明第十实施例的头戴装置的示意图，且图11绘示图10的头戴装置的上视示意图。
本实施例的头戴装置10包含显示器101、数字信号处理器102、惯性测量单元103、支撑结构104、眼球追踪装置105、两个光学系统106、两个自动对焦装置107、两个相机108、收纳机构109以及虹膜辨识模块100。其中，光学系统106可为前述任一实施例的光学系统，本发明不以此为限。
显示器101用以面向使用者的眼睛以显示影像。惯性测量单元103用以测量头戴装置10在三维空间中的角速度和加速度，以得出头戴装置10的姿态。支撑结构104可为至少一系带或至少一类似眼镜镜腿结构，用以佩戴于使用者的头部。眼球追踪装置105用以面向使用者的眼睛以追踪使用者的眼睛所注视的位置，可提供使用者对使用情形做数据分析，并可根据眼球注视范围调整画面各位置的清晰度。两组光学系统106分别可供使用者以双眼使用。两组自动对焦装置107分别对应两组光学系统106设置，且自动对焦装置107用以移动光学系统106的光学透镜，借以可提供光学系统106对焦功能，可针对不同使用者视力做焦距调整。相机108和显示器101各自通讯连接数字信号处理器102，且相机108可拍摄外部环境影像并通过数字信号处理器102呈现于显示器101。相机108所拍摄的外部环境影像可即时呈现于显示器101，以便于使用者在配戴头戴装置10的情况下对环境做辨认。借此，通过相机配置，可利用外部环境影像的撷取并即时呈现于显示器上，提供头戴装置VR模式、AR模式、MR模式等功能，也可在不脱下头戴装置10情况下使用外部影像即时呈现功能观看周围环境。此外，通过至少两个相机的配置，可提供多镜头配置的光学变倍，或运用电脑视觉提供辨识功能。其中，多相机配置可包含一类光达模块配置，例如结构光或飞时测距(Time ofFlight)，以提供更多样化的功能。收纳机构109提供使用者在不需使用头戴装置10的情况下，可将头戴装置10体积进行压缩，例如可使头戴装置10折叠。虹膜辨识模块100通讯连接数字信号处理器102，且虹膜辨识模块100用以辨识使用者的虹膜。
在部分实施态样中，头戴装置也可具有蓝芽或无线网络的功能，借以可通讯连接至少一外部装置。
在部分实施态样中，头戴装置也可具有至少一喇叭、至少一耳机或至少一降噪耳机，以提供使用者声音。并且，在部分实施态样中，头戴装置也可具有至少一麦克风，以接收使用者的声音。
在部分实施态样中，头戴装置也可搭配至少一控制器，其中控制器可为一摇杆、一手把或一手持装置，借以可提供使用者与头戴装置VR模式、AR模式、MR模式等互动功能。
虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然而这些实施例并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考权利要求保护范围。

Claims (31)

1.一种光学系统，其特征在于，包含：
一光圈，位于所述光学系统的前侧；
一影像面，位于所述光学系统的后侧；
一反射式偏光元件，位于所述光圈与所述影像面之间；
一部分反射元件，位于所述反射式偏光元件与所述影像面之间；
一第一四分之一波板，位于所述反射式偏光元件与所述部分反射元件之间；
一第二四分之一波板，位于所述部分反射元件与所述影像面之间；
一第一光学透镜，位于所述光圈与所述影像面之间；
一第二光学透镜，位于所述第一光学透镜与所述影像面之间；以及
一第三光学透镜，位于所述第二光学透镜与所述影像面之间；
其中，所述第三光学透镜具有负屈折力。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统中至少一片光学透镜具有一反曲点。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统中至少一片光学透镜具有一临界点。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二光学透镜的阿贝数为V2，所述第二光学透镜的折射率为N2，其满足下列条件：
18<V2/N2<47。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜于光轴上的中心厚度为CT1，所述第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，所述第三光学透镜于光轴上的中心厚度为CT3，其满足下列条件：
CT2>CT1；以及
CT2>CT3。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的焦距为f，所述第三光学透镜的焦距为f3，其满足下列条件：
-10<f/f3<0。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的焦距为f，所述第二光学透镜的焦距为f2，其满足下列条件：
0<f/f2。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜的焦距为f1，所述第二光学透镜的焦距为f2，所述第三光学透镜的焦距为f3，其满足下列条件：
1.1<(f2+f3)/f1。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜后侧表面至所述第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，所述第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，其满足下列条件：
0.55<T12/CT2<1.40。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜于光轴上的中心厚度为CT1，所述第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，所述第三光学透镜于光轴上的中心厚度为CT3，所述第一光学透镜后侧表面至所述第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，所述第二光学透镜后侧表面至所述第三光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T23，其满足下列条件：
0<(CT1+CT2+CT3)/(T12+T23)<1.75。
11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜后侧表面至所述第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，所述第二光学透镜后侧表面至所述第三光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T23，所述第一光学透镜前侧表面至所述第三光学透镜后侧表面在光轴上的距离为TD，其满足下列条件：
0.37<(T12+T23)/TD<1。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜后侧表面至所述第二光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T12，所述第二光学透镜后侧表面至所述第三光学透镜前侧表面在光轴上的距离为T23，所述第三光学透镜后侧表面至所述影像面在光轴上的距离为BL，其满足下列条件：
1.20<(T12+T23)/BL<5.20。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光学透镜于光轴上的中心厚度为CT1，所述第二光学透镜于光轴上的中心厚度为CT2，所述第三光学透镜于光轴上的中心厚度为CT3，所述光圈至所述影像面在光轴上的距离为SL，其满足下列条件：
0.10<(CT1+CT2+CT3)/SL<0.35。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三光学透镜前侧表面的曲率半径为R5，所述第三光学透镜后侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：
0.01<|R5/R6|<1。
15.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三光学透镜前侧表面的曲率半径为R5，所述第三光学透镜后侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：
3.85<|(R5+R6)/(R5-R6)|。
16.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三光学透镜前侧表面的曲率半径为R5，所述第三光学透镜后侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：
(R5+R6)/(R5-R6)<0。
17.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的焦距为f，所述影像面所呈现的像高为ImgH，其满足下列条件：
0<f/ImgH<1.20。
18.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光圈至所述影像面在光轴上的距离为SL，所述影像面所呈现的像高为ImgH，其满足下列条件：
0.50<SL/ImgH<1.17。
19.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光圈至所述影像面在光轴上的距离为SL，所述光学系统的焦距为f，其满足下列条件：
1.08<SL/f<1.40。
20.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光圈的大小为EPD，所述影像面所呈现的像高为ImgH，其满足下列条件：
0.380<EPD/ImgH<0.476。
21.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统中最大视角的一半为HFOV，所述光学系统的焦距为f，其满足下列条件：
0.05<tan(HFOV)/f<0.08。
22.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统中至少一片光学透镜为一超颖透镜。
23.一种头戴装置，其特征在于，包含：
一显示器；
一数字信号处理器，通讯连接所述显示器；
一惯性测量单元，通讯连接所述数字信号处理器；
一支撑结构；以及
一光学系统，位于所述显示器的一侧，且所述光学系统包含：
一光圈，位于所述光学系统的前侧；
一影像面，位于所述光学系统的后侧，且所述影像面位于所述显示器上；
一反射式偏光元件，位于所述光圈与所述影像面之间；
一部分反射元件，位于所述反射式偏光元件与所述影像面之间；
一第一四分之一波板，位于所述反射式偏光元件与所述部分反射元件之间；
一第二四分之一波板，位于所述部分反射元件与所述影像面之间；
一第一光学透镜，位于所述光圈与所述影像面之间；
一第二光学透镜，位于所述第一光学透镜与所述影像面之间；以及
一第三光学透镜，位于所述第二光学透镜与所述影像面之间；
其中，所述第三光学透镜具有负屈折力。
24.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，还包含一虹膜辨识模块，其中所述虹膜辨识模块通讯连接所述数字信号处理器。
25.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，所述光学系统还包含一偏光元件，所述偏光元件位于所述显示器与所述部分反射元件之间，且所述显示器为有机发光二极管面板并具有一色彩滤片。
26.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，还包含一收纳机构。
27.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，还包含一自动对焦装置，其中所述自动对焦装置对应所述光学系统设置。
28.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，还包含一液晶对焦模块，其中所述液晶对焦模块设置于所述光圈与所述影像面之间。
29.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，还包含一相机，其中所述相机通讯连接所述数字信号处理器。
30.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，还包含一眼球追踪装置。
31.根据权利要求23所述的头戴装置，其特征在于，还包含一类钻碳散热模层。
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