CN117270218B - 光学系统及近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学系统及近眼显示设备，所述光学系统从人眼侧到显示单元侧依次设置有：第一透镜、复合膜层、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜具有正光焦度，其出光面为凸面，其入光面为平面；所述第二透镜具有正光焦度，其出光面为平面，其入光面为凸面；所述第三透镜具有正光焦度，其出光面为凹面，其入光面为凸面；其中，所述复合膜层设置或贴附在第一透镜的入光面或第二透镜的出光面。本发明提供的近眼显示设备包括一显示单元及所述光学系统。本发明提供的光学系统及近眼显示设备采用三片正光焦度镜片，使系统具有总长短、出瞳距离大、像质高的优点，能够为用户带来极佳的感官体验。

Description

光学系统及近眼显示设备

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种光学系统及近眼显示设备。

背景技术

随着科技的发展，虚拟现实（VR）技术作为新一代信息技术的前沿方向，得到飞跃式发展，其形态与种类也日益繁多，应用领域愈加广泛。目前的VR设备，是通过光学系统将显示屏的信息进行传递和放大，最终输出到人眼，因此人眼接收到的是被显示屏放大后的虚像，从而实现大屏观看的目的。为了使VR设备更加小型化、轻薄化，同时保持较好的光学特性，折叠式光路通过增加反射增大光程，极大缩小VR设备的尺寸，并凭借其重量轻、像质高以及逐渐成熟的量产工艺，逐渐成为消费级VR光学的发展方向。

为了给用户提供极佳的感官体验，VR设备通常需要光学系统具备较小的总长、较大的视场角以及较高品质的成像，同时为了满足近视用户无需摘下眼镜即可体验，还需具有较大的眼距。然而，当前折叠式光学系统还存在体积大、眼距小或“鬼影”问题严重，导致图像质量不佳、佩戴体验感差，不能很好满足市场的需求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种光学系统及近眼显示设备，至少具有总长短、出瞳距离大、像质高的优点，能够为用户带来极佳的感官体验。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

一方面，本发明实施例提供一种光学系统，用于对显示单元发出的光信号进行调制后传入人眼，所述光学系统从人眼侧到显示单元侧依次设置有：第一透镜、复合膜层、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜各自包括一朝向显示单元侧的入光面及一朝向人眼侧的出光面，所述入光面和所述出光面相对设置在每个透镜的表面；所述第一透镜具有正光焦度，其出光面为凸面，其入光面为平面；所述第二透镜具有正光焦度，其出光面为平面，其入光面为凸面；所述第三透镜具有正光焦度，其出光面为凹面，其入光面为凸面；所述复合膜层设置或贴附在第一透镜的入光面或第二透镜的出光面；所述光学系统满足条件式：ED>14mm，90°<FOV<105°，其中，ED表示所述光学系统的出瞳距离，FOV表示所述光学系统的最大视场角。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1.1<TTL/f<1.4，其中，TTL表示所述第一透镜的出光面至所述显示单元在光轴上的距离，f 表示所述光学系统的有效焦距。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：5<f1/f<10，0.3<R1/f1<0.8，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f1表示所述第一透镜的有效焦距，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：6<f2/f<7，-0.8<R4/f2<-0.3，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：3<f3/f<6，-0.6<R6/f3<-0.1，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，R6表示所述第三透镜的入光面的曲率半径。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1<f1/f3<2，其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：-2<R1/R4<-0.5，其中，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1<f2/f3<2，2<R4/R6<5，其中，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径，R6表示所述第三透镜的入光面的曲率半径，f2表示所述第二透镜的有效焦距。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：7°/mm<FOV/IH<8°/mm，8<f1/IH<11，其中，IH表示所述显示单元的水平方向长度的一半，f1表示所述第一透镜的有效焦距，FOV表示所述光学系统的最大视场角。

在一些可选的实施方式中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜组成胶合透镜组。

另一方面，本发明还提供一种近眼显示设备，包括：显示单元、如上所述的光学系统；其中，所述显示单元用于为光学系统提供偏振光信号；所述光学系统设置于所述显示单元的出光方向上，且所述第三透镜相较于所述第一透镜更靠近所述显示单元设置，所述光学系统用于对所述显示单元发出的光信号进行调制后传入人眼。

相比于现有技术，本发明提供的光学系统及近眼显示设备，采用三片正光焦度镜片，将复合膜层设置在第一透镜的入光面，通过各个镜片的形状搭配及膜层配合实现光路的二次折返，极大的增加了光线光程，从而很好地实现了光路的折叠，使所搭载的近眼显示设备具有比较紧凑的尺寸和较轻的重量；同时由于采用三胶合透镜，可有效消除镜片间的鬼影，使系统具有较高的成像质量；而且所述光学系统具有较大的出瞳距离及较大的眼动范围，较大的眼距足以容纳近视用户佩戴眼镜体验，可减少摘下眼镜后的眩晕感，给用户带来极佳的感官体验。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明第一实施例提供的光学系统的结构示意图；

图2示出了本发明提供的近眼显示设备中光学系统的光线传递示意图；

图3示出了本发明第一实施例提供的光学系统的场曲曲线图；

图4示出了本发明第一实施例提供的光学系统的畸变曲线图；

图5示出了本发明第二实施例提供的光学系统的场曲曲线图；

图6示出了本发明第二实施例提供的光学系统的畸变曲线图；

图7示出了本发明第三实施例提供的光学系统的场曲曲线图；

图8示出了本发明第三实施例提供的光学系统的畸变曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

在本文中，近光轴处是指光轴附近的区域。如透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凸面；如透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少在近光轴区域为凹面。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供一种光学系统，用于对显示单元发出的光信号进行调制后传入人眼；所述光学系统能够对入射的光路进行多次折叠，以有效减小光学系统的厚度，具体地所述光学系统从人眼侧到显示单元侧依次设置有：第一透镜、复合膜层、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜各自包括一靠近显示单元的入光面及一靠近人眼侧的出光面，所述入光面和所述出光面相对设置在每个透镜的表面。

所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的出光面为凸面，所述第一透镜的入光面为平面。

所述第二透镜具有正光焦度，所述第二透镜的出光面为平面，所述第二透镜的入光面为凸面。

所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的出光面为凹面，所述第三透镜的入光面为凸面。在一些实施例中，部分反射膜层被配置成透射约50%的入射光并反射约50%的入射光，具体的，部分反射膜层可以是在第二透镜的入光面或第三透镜的出光面上镀设或贴附的半透半反膜层。在一些实施方式中，所述三个透镜采用合理的材质搭配，使整个系统具有良好的耐温性，在搭配高分辨率显示屏（4K）下仍可进行高质量的成像，极大提高用户的沉浸感，有效提升用户的视觉体验。

所述复合膜层设置或贴附在第一透镜的入光面或第二透镜的出光面，且所述复合膜层包括靠近第一透镜的偏振反射膜和靠近第二透镜的相位延迟片；所述偏振反射膜具有透光轴，对入射的光线具有反射和透光作用，作为一种实施方式，所述偏振反射膜可以是通过镀膜方式形成的反射式偏振膜，并被配置为允许偏振方向平行于透光轴的偏振光通过，并将偏振方向与透光轴垂直的偏振光反射。所述相位延迟片可以为1/4波片膜，能够实现线偏振光和圆偏振光的互相转换。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足以下条件式：ED>14mm，90°<FOV<105°，其中，ED表示所述光学系统的出瞳距离，FOV表示所述光学系统的最大视场角。满足上述条件，可使所述光学系统具有较大的出瞳距离及较大的视场角，较大的出瞳距离足以容纳近视用户佩戴眼镜体验，可减少摘下眼镜后的眩晕感，较大的视场角可以为用户提供较大的眼动范围，从而给用户带来极佳的感官体验。

在一些可选的实施方式中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜组成胶合透镜组，不仅可有效消除镜片反射鬼影，提高整体成像质量，还能够减小系统的敏感度，挺高产品良率及减小系统总长。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1.1<TTL/f<1.4，其中，TTL表示所述第一透镜的出光面至所述显示单元在光轴上的距离，f 表示所述光学系统的有效焦距。满足上述条件，能够使光学系统具有更小的光学总长，同时实现更大的视场角，能够更好满足近眼显示设备的发展方向。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：5<f1/f<10，0.3<R1/f1<0.8，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f1表示所述第一透镜的有效焦距，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径。满足上述条件，通过合理的设置第一透镜的屈光度及面型，可使第一透镜具有较好的聚光能力，更好收敛大视场角处的光线，有利于降低边缘视场像差的矫正难度，提升系统在大视场处的成像质量。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：6<f2/f<7，-0.8<R4/f2<-0.3，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径。满足上述条件，通过合理地控制第二透镜的焦距和面型，有利于校正镜头的像差，使从显示单元进入光学系统的入射光得到有效收敛，同时也使光线在系统内的二次折返效果更好，实现扩大光程、减少光学系统的整体厚度，提高整体的成像质量。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：3<f3/f<6，-0.6<R6/f3<-0.1，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，R6表示所述第三透镜的入光面的曲率半径。满足上述条件，通过合理控制第三透镜的焦距占比，有利于校正轴外视场的像差，提高所述光学系统在整个视场内的解像品质，同时有利于增大所述光学系统的眼动范围。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1<f1/f3<2，其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距。满足上述条件，通过合理设置第一透镜和第三透镜的焦距分配，可以使光线更平缓的进入透镜系统，能够使光路在系统内部折叠效果更好，扩大光程，降低整个系统的厚度。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：-2<R1/R4<-0.5，其中，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径。满足上述条件，通过合理地搭配第一透镜和第二透镜的面型，可使所述光学系统具有较好的聚光能力，更好收敛大视场角处的光线，有利于降低边缘视场像差的矫正难度，提升系统在大视场处的成像质量。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：1<f2/f3<2，2<R4/R6<5，其中，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径，R6表示所述第三透镜的入光面的曲率半径。通过合理地搭配第二透镜和第三透镜的焦距及面型组合，一方面可使光线更平缓的进入后续系统，同时可有效减小镜片间的鬼影反射，提高整体成像质量。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足以下条件式：3<R1/f<6；其中，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径，f表示所述光学系统的有效焦距。满足上述条件，通过合理控制第一透镜的面型，有利于校正轴外视场的像差，提高所述光学系统在整个视场内的解像品质。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：7°/mm<FOV/IH<8°/mm，8<f1/IH<11，其中，IH表示所述显示单元的水平方向长度的一半，f1表示所述第一透镜的有效焦距，FOV表示所述光学系统的最大视场角。满足上述条件，可使系统搭配高分辨率显示屏（4K）进行高质量及大视场角的成像，极大提高用户的沉浸感，有效提升用户的视觉体验。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足条件式：0.8<∑CT/TTL<0.9，其中，∑CT表示所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的中心厚度之和，TTL表示所述第一透镜的出光面至所述显示单元在光轴上的距离。满足上述条件，使第一透镜、第二透镜及第三透镜组成的透镜组具有较大的中心厚度，可更好实现扩大光程、减少光学系统的整体厚度，实现系统的小型化。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足以下条件式：20<R1/SAG1<30，其中，SAG1表示所述第一透镜的出光面的边缘矢高，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径。满足上述条件，通过合理控制第一透镜的面型，有利于系统实现大视场角，提高用户体验。

在一些可选的实施方式中，所述光学系统满足以下条件式：5<R6/SAG6<7，其中，SAG6表示所述第三透镜的入光面的边缘矢高，R6表示所述第三透镜的入光面的曲率半径。满足上述条件，通过合理控制第三透镜的面型，有利于系统实现较大的眼动范围，提高用户体验。

作为一种实施方式，第一透镜、第二透镜和第三透镜可以采用球面镜片或者非球面镜片，非球面结构相比于球面结构，能够有效减小所述光学系统的像差，从而减少透镜的个数及减小透镜的尺寸，更好实现镜头小型化。

本实施例中，作为一种实施方式，当光学系统中的透镜表面为非球面透镜时，非球面面型满足下列公式：

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率，k为二次曲面系数conic，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在以下各个实施例中，光学系统中的各个透镜的中心厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。

第一实施例

请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的光学系统100的结构示意图，从人眼侧到显示单元侧S8依次设置有：第一透镜10、复合膜层20、第二透镜30以及第三透镜40。

其中，显示单元侧S8可以是显示单元50的出光面一侧，显示单元50用于为光学系统100提供偏振光光源，具体在本实施方式中，显示单元50可以是显示屏，显示屏是自带一定厚度（如1.0mm）的保护玻璃，显示屏靠近第三透镜40的表面是S7，显示屏的出光面是显示单元侧S8；显示屏发射用于成像显示的光线，其发出的光线可以是左旋圆偏振光LCP。

第一透镜10包括朝向人眼侧的出光面S1和朝向显示单元侧的入光面S2，第二透镜30包括朝向人眼侧的出光面S3和朝向显示单元侧的入光面S4；第三透镜40包括朝向人眼侧的出光面S5和朝向显示单元侧的入光面S6。

第一透镜10具有正光焦度，其出光面S1为凸面，其入光面S2为平面，在第一透镜的入光面S2上贴附有复合膜层20；具体地，所述复合膜层20可以是偏振反射膜和相位延迟片，第一透镜的入光面S2采用平面，平面贴膜技术工艺简单，可提高偏振元件贴附精度，提高良率及可加工性。所述偏振反射膜具有透光轴，对入射的光线具有反射和透光作用，作为一种实施方式，所述偏振反射膜可以是通过镀膜方式形成的反射式偏振膜，并被配置为允许偏振方向平行于透光轴的偏振光通过，并将偏振方向与透光轴垂直的偏振光反射。相位延迟片可以为1/4波片膜，能够实现线偏振光和圆偏振光的互相转换。

第二透镜30具有正光焦度，其出光面S3为平面，其入光面S4为凸面，且第二透镜的入光面S4上设置有部分反射膜层。具体在本实施例中，部分反射膜层可以是镀设或贴附在入光面S4的半透半反射膜。

第三透镜40具有正光焦度，其出光面S5为凹面，其入光面S6为凸面。

为更好实现系统小型化和高品质成像质量的均衡，光学系统中的第一透镜10、第二透镜30和第三透镜40采用塑胶非球面镜片。并且第一透镜10、第二透镜30、第三透镜40组成胶合透镜组，不仅可有效消除镜片反射鬼影，还能够减小敏感度，提高整体成像质量。

将本实施例的光学系统100应用在近眼显示设备400中，请参阅图2，所示为近眼显示设备400中的光线传递示意图，其中，物面为近眼显示设备400中人眼所观察到的虚像面。

所述光学系统100沿光线入射方向OX从显示单元侧到人眼侧依次包括显示单元50、第三透镜40、第二透镜30、复合膜层20以及第一透镜10。其中，显示单元50用于为光学系统100提供偏振光光源；第三透镜40、第二透镜30、复合膜层20以及第一透镜10组成光学系统100。

所述光学系统100的光线传递过程为：从显示单元50发出左旋圆偏振光LCP，LCP光依次透射经过第三透镜和第二透镜，然后第一次经过1/4波片膜后，转换为S线偏振光；S线偏振光传播到反射偏振膜时发生全反射，被反射为沿反方向行进的S线偏振光；S线偏振光第二次经过1/4波片膜后，再次转换为LCP光；LCP光经过第二透镜的出光面S3后传播到第二透镜的入光面S4，由于第二透镜的入光面S4镀设有半透半反射膜，LCP光被第二透镜的入光面S4反射为右旋圆偏振光RCP；RCP光经过第二透镜后，然后第三次经过1/4波片膜后，被转换为P线偏振光；该P线偏振光经过反射偏振膜后，经过第一透镜传播进入人眼，从而得到放大后的虚像。为更好过滤掉其它方向偏振态的光，只透过P线偏振光，复合膜片还可以包括偏振片，所述偏振片设置在反射偏振膜远离所述相位延迟片一侧。

本发明第一实施例提供的光学系统100中各个镜片的相关参数如表1所示。

表1

本发明第一实施例提供的光学系统100的各非球面的面型系数如表2所示。

表 2

请参照图3，所示为光学系统100的场曲曲线图，图中横轴表示偏移量（单位：mm），纵轴表示视场角（单位：度）。从图中可以看出，不同波长的子午场曲和弧矢场曲均在±0.3mm以内，说明场曲得到良好的校正。

请参照图4，所示为光学系统100的畸变曲线图，图中横轴表示畸变百分比，纵轴表示视场角（单位：度）。从图中可以看出，成像面上不同像高处的f-tan(θ)畸变控制在-35%以内且为负值，说明光学系统100的畸变得到良好的矫正。

第二实施例

本发明第二实施例提供的光学系统与第一实施例提供的光学系统100的结构大致相同，不同之处主要在于各透镜的曲率半径、材质以及透镜之间的间距不同。

请参照表3，所示为本发明第二实施例提供的光学系统中各个镜片的相关参数。

表 3

请参照表4，所示为本发明第二实施例提供的光学系统的各非球面的面型系数。

表 4

请参照图5，所示为本实施例中光学系统的场曲曲线图，从图中可以看出，不同波长的子午场曲和弧矢场曲均在±0.2mm以内，说明场曲得到良好的校正。

请参照图6，所示为本实施例中光学系统的畸变曲线图，从图中可以看出，成像面上不同像高处的f-tan(θ)畸变控制在-35%以内且为负值，说明光学系统的畸变得到良好的矫正。

第三实施例

本发明第三实施例提供的光学系统与第一实施例提供的光学系统100的结构大致相同，不同之处主要在于，各透镜的曲率半径、材质以及各透镜之间的间距不同。

请参照表5，所示为本发明第三实施例提供的光学系统中各个镜片的相关参数。

表 5

请参照表6所示，所示为本发明第三实施例提供的光学系统的各非球面的面型系数。

表 6

请参照图7，所示为本实施例中光学系统的场曲曲线图，从图中可以看出，不同波长的子午场曲和弧矢场曲均在±0.25mm以内，说明场曲得到良好的校正。

请参照图8，所示为本实施例中光学系统的畸变曲线图，从图中可以看出，成像面上不同像高处的f-tan(θ)畸变控制在-35%以内且为负值，说明光学系统的畸变得到良好的矫正。

请参照表7，所示是上述三个实施例提供的光学系统分别对应的光学特性，主要包括光学系统的视场角FOV、焦距f、出瞳距离ED、入瞳直径EPD、光学总长TTL及像高IH，以及与上述每个条件式对应的相关数值。

表7

综上，本发明提供的光学系统及近眼显示设备至少具有以下的优点：

（1）采用三个正光焦度的镜片及复合膜层的合理设置，并且各个透镜通过特定的表面形状搭配及膜层配合实现光路的二次折返，有效扩大光路总长，使得光学系统具有较大的视场角和较短的光学总长，有效减小了整个近眼显示设备的体积，有利于近眼显示设备的轻薄化；光学系统具有较大的视场角（可达96°），可以提高用户的沉浸感，给用户带来更好的体验感。

（2）本发明通过设置较大的出瞳距离（ED可达15mm），可满足各类用户（如近视用户配戴眼镜使用等）的需求，同时所述光学系统还具有较大的眼动范围，能够为用户带来极佳的感官体验。

（3）本发明通过将三个镜片粘合在一起，不仅可有效消除镜片反射鬼影，提高整体成像质量，还能够减小敏感度，提高光学镜头的生产良率及减小系统的总长。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光学系统，用于对显示单元发出的光信号进行调制后传入人眼，其特征在于，所述光学系统从人眼侧到显示单元侧依次设置有：第一透镜、复合膜层、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜各自包括一朝向显示单元侧的入光面及一朝向人眼侧的出光面，所述入光面和所述出光面相对设置在每个透镜的表面；

所述第一透镜具有正光焦度，其出光面为凸面，其入光面为平面；

所述第二透镜具有正光焦度，其出光面为平面，其入光面为凸面；

所述第三透镜具有正光焦度，其出光面为凹面，其入光面为凸面；

所述复合膜层设置或贴附在第一透镜的入光面或第二透镜的出光面；

所述光学系统满足条件式：ED>14mm，90°<FOV<105°，其中，ED表示所述光学系统的出瞳距离，FOV表示所述光学系统的最大视场角；

所述光学系统满足条件式：1.1<TTL/f<1.4，其中，TTL表示所述第一透镜的出光面至所述显示单元在光轴上的距离，f表示所述光学系统的有效焦距。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：5<f1/f<10，0.3<R1/f1<0.8，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f1表示所述第一透镜的有效焦距，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：6<f2/f<7，-0.8<R4/f2<-0.3，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：3<f3/f<6，-0.6<R6/f3<-0.1，其中，f表示所述光学系统的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，R6表示所述第三透镜的入光面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：1<f1/f3<2，其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：-2<R1/R4<-0.5，其中，R1表示所述第一透镜的出光面的曲率半径，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：1<f2/f3<2，2<R4/R6<5，其中，R4表示所述第二透镜的入光面的曲率半径，R6表示所述第三透镜的入光面的曲率半径，f2表示所述第二透镜的有效焦距。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足条件式：7°/mm<FOV/IH<8°/mm，8<f1/IH<11，其中，IH表示所述显示单元的水平方向长度的一半，f1表示所述第一透镜的有效焦距，FOV表示所述光学系统的最大视场角。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜组成胶合透镜组。

10.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：

显示单元，所述显示单元用于为光学系统提供偏振光信号；

如权利要求1-9任一项所述的光学系统，所述光学系统设置于所述显示单元的出光方向上，且所述第三透镜相较于所述第一透镜更靠近所述显示单元设置，所述光学系统用于对所述显示单元发出的光信号进行调制后传入人眼。