TWI692654B - 目鏡光學系統 - Google Patents

Abstract

一種目鏡光學系統，用於使成像光線從顯示畫面經目鏡光學系統進入觀察者的眼睛而成像。朝向眼睛的方向為目側。朝向顯示畫面的方向為顯示側。目鏡光學系統由目側至顯示側沿一光軸依序包括具有屈光率的第一、第二透鏡。每一透鏡具有目側面與顯示側面。第一透鏡的顯示側面的光軸區域為凸面。第一透鏡的顯示側面為菲涅耳表面。第二透鏡的顯示側面的光軸區域或圓周區域為凸面。

Description

目鏡光學系統

本發明是有關於一種光學系統，且特別是有關於一種目鏡光學系統。

虛擬實境（virtual reality, VR）是利用電腦技術模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關於視覺、聽覺等感官模擬，讓使用者感覺身歷其境。目前現有的VR裝置都是以視覺體驗為主。藉由對應左右眼的兩個視角略有差異的分割畫面來模擬人眼的視差，以達到立體視覺。為了縮小虛擬實境裝置的體積，讓使用者藉由較小的顯示畫面得到放大的視覺感受，具有放大功能的目鏡光學系統成了VR研究發展的其中一個主題。

就現有的目鏡光學系統而言面臨以下的問題：半眼視視角較小，讓觀察者感到畫面周圍有黑幕，因此使用者對虛擬世界的沉浸感有待提升。此外，若加大半眼視視角將造成鏡片與顯示畫面的體積與重量倍增。因此，如何增加半眼視視角並降低系統的體積與重量是目鏡光學系統是一個需要改善的問題。

本發明提供一種目鏡光學系統，其具有輕薄、較大半眼視視角及良好的成像品質。

本發明的一實施例提供一種目鏡光學系統，用於使成像光線從顯示畫面經目鏡光學系統進入觀察者眼睛成像。朝向眼睛的方向為目側。朝向顯示畫面的方向為顯示側，由目側至顯示側沿光軸依序包括第一透鏡及第二透鏡。第一透鏡與第二透鏡各自包括一朝向目側且使成像光線通過的一目側面及一朝向顯示側且使成像光線通過的顯示側面。第一透鏡的顯示側面的光軸區域為凸面並且第一透鏡的顯示側面為菲涅耳表面。第二透鏡的顯示側面的光軸區域或圓周區域為凸面。目鏡光學系統具有屈光率的透鏡只有上述兩片透鏡。目鏡光學系統具符合下列條件：6.500°/mm≦ω/TL≦30.000°/mm。ω為目鏡光學系統的半眼視視角，且TL為第一透鏡的目側面到第二透鏡的顯示側面在光軸上的距離。

本發明的一實施例提供一種目鏡光學系統，用於使成像光線從顯示畫面經目鏡光學系統進入觀察者眼睛成像。朝向眼睛的方向為目側。朝向顯示畫面的方向為顯示側，由目側至顯示側沿光軸依序包括第一透鏡及第二透鏡。第一透鏡與第二透鏡各自包括一朝向目側且使成像光線通過的一目側面及一朝向顯示側且使成像光線通過的顯示側面。第一透鏡的顯示側面的光軸區域為凸面並且第一透鏡的顯示側面為菲涅耳表面。第二透鏡的顯示側面的光軸區域或圓周區域為凸面。目鏡光學系統具有屈光率的透鏡只有上述兩片透鏡。目鏡光學系統具符合下列條件：0.970≦D1/D2≦1.500。D1為第一透鏡的目側面經過菲涅耳表面的中心的最長距離，且D2為顯示畫面的最長邊。

本發明的一實施例提供一種目鏡光學系統，用於使成像光線從顯示畫面經目鏡光學系統進入觀察者眼睛成像。朝向眼睛的方向為目側。朝向顯示畫面的方向為顯示側，由目側至顯示側沿光軸依序包括第一透鏡及第二透鏡。第一透鏡與第二透鏡各自包括一朝向目側且使成像光線通過的一目側面及一朝向顯示側且使成像光線通過的顯示側面。第一透鏡的顯示側面的光軸區域為凸面並且第一透鏡的顯示側面為菲涅耳表面。第二透鏡的顯示側面的光軸區域或圓周區域為凸面。目鏡光學系統具有屈光率的透鏡只有上述兩片透鏡。目鏡光學系統具符合下列條件：0.850≦D3/D2≦1.400。D2為顯示畫面的最長邊，且D3為第一透鏡的目側面經過菲涅耳表面的中心且平行顯示畫面的最長邊方向的距離。

基於上述，在本發明的實施例的目鏡光學系統中，藉由第一透鏡及第二透鏡的面形設計，並且搭配以下三個條件式的任一條件式：(1).6.500°/mm≦ω/TL≦30.000°/mm、(2).0.970≦D1/D2≦1.500或(3).0.850≦D3/D2≦1.400，可在不增加系統體積與重量的前提下增加系統的半眼視視角並同時維持顯示畫面的大小，且具有良好的成像品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

一般而言，目鏡光學系統V100的光線方向為一成像光線VI由顯示畫面V50射出，經由目鏡光學系統V100進入眼睛V60，於眼睛V60的視網膜聚焦成像並且於虛像距離VD產生一放大虛像VV，如圖1所示。在以下說明本案之光學規格的判斷準則是假設光線方向逆追跡（reversely tracking）為一平行成像光線由目側經過目鏡光學系統到顯示畫面聚焦成像。

本說明書之光學系統包含至少一透鏡，接收入射光學系統之平行於光軸至相對光軸呈半眼視視角（ω）角度內的成像光線。成像光線通過光學系統於顯示畫面上成像。所言之「一透鏡具有正屈光率（或負屈光率）」，是指所述透鏡以高斯光學理論計算出來之近軸屈光率為正（或為負）。所言之「透鏡之目側面（或顯示側面）」定義為成像光線通過透鏡表面的特定範圍。成像光線包括至少兩類光線：主光線（chief ray）Lc及邊緣光線（marginal ray）Lm（如圖2所示）。透鏡之目側面（或顯示側面）可依不同位置區分為不同區域，包含光軸區域、圓周區域、或在部分實施例中的一個或多個中繼區域，該些區域的說明將於下方詳細闡述。

圖2為透鏡100的徑向剖視圖。定義透鏡100表面上的二參考點：中心點及轉換點。透鏡表面的中心點為該表面與光軸I的一交點。如圖2所例示，第一中心點CP1位於透鏡100的目側面110，第二中心點CP2位於透鏡100的顯示側面120。轉換點是位於透鏡表面上的一點，且該點的切線與光軸I垂直。定義透鏡表面之光學邊界OB為通過該透鏡表面徑向最外側的邊緣光線Lm與該透鏡表面相交的一點。所有的轉換點皆位於光軸I與透鏡表面之光學邊界OB之間。除此之外，若單一透鏡表面有複數個轉換點，則該些轉換點由徑向向外的方向依序自第一轉換點開始命名。例如，第一轉換點TP1（最靠近光軸I）、第二轉換點TP2（如圖5所示）及第N轉換點（距離光軸I最遠）。

定義從中心點至第一轉換點TP1的範圍為光軸區域，其中，該光軸區域包含中心點。定義距離光軸I最遠的第N轉換點徑向向外至光學邊界OB的區域為圓周區域。在部分實施例中，可另包含介於光軸區域與圓周區域之間的中繼區域，中繼區域的數量取決於轉換點的數量。

當平行光軸I之光線通過一區域後，若光線朝光軸I偏折且與光軸I的交點位在透鏡顯示側A2，則該區域為凸面。當平行光軸I之光線通過一區域後，若光線的延伸線與光軸I的交點位在透鏡目側A1，則該區域為凹面。

除此之外，參見圖2，透鏡100還可包含一由光學邊界OB徑向向外延伸的組裝部130。組裝部130一般來說用以供該透鏡100組裝於光學系統之一相對應元件（圖未示）。成像光線並不會到達該組裝部130。組裝部130之結構與形狀僅為說明本發明之示例，不以此限制本發明的範圍。下列討論之透鏡的組裝部130可能會在圖式中被部分或全部省略。

參見圖3，定義中心點CP與第一轉換點TP1之間為光軸區域Z1。定義第一轉換點TP1與透鏡表面的光學邊界OB之間為圓周區域Z2。如圖3所示，平行光線211在通過光軸區域Z1後與光軸I在透鏡200的顯示側A2相交，即平行光線211通過光軸區域Z1的焦點位於透鏡200顯示側A2的R點。由於光線與光軸I相交於透鏡200顯示側A2，故光軸區域Z1為凸面。反之，平行光線212在通過圓周區域Z2後發散。如圖3所示，平行光線212通過圓周區域Z2後的延伸線EL與光軸I在透鏡200的目側A1相交，即平行光線212通過圓周區域Z2的焦點位於透鏡200目側A1的M點。由於光線的延伸線EL與光軸I相交於透鏡200目側A1，故圓周區域Z2為凹面。於圖3所示的透鏡200中，第一轉換點TP1是光軸區域與圓周區域的分界，即第一轉換點TP1為凸面轉凹面的分界點。

另一方面，光軸區域的面形凹凸判斷還可依該領域中通常知識者的判斷方式，即藉由近軸的曲率半徑（簡寫為R值）的正負號來判斷透鏡之光軸區域面形的凹凸。R值可常見被使用於光學設計軟體中，例如Zemax或CodeV。R值亦常見於光學設計軟體的透鏡資料表（lens data sheet）中。以目側面來說，當R值為正時，判定為目側面的光軸區域為凸面；當R值為負時，判定目側面的光軸區域為凹面。反之，以顯示側面來說，當R值為正時，判定顯示側面的光軸區域為凹面；當R值為負時，判定顯示側面的光軸區域為凸面。此方法判定的結果與前述藉由光線／光線延伸線與光軸的交點判定方式的結果一致，光線／光線延伸線與光軸交點的判定方式即為以一平行光軸之光線的焦點位於透鏡之目側或顯示側來判斷面形凹凸。本說明書所描述之「一區域為凸面（或凹面）」、「一區域為凸（或凹）」或「一凸面（或凹面）區域」可被替換使用。

圖4至圖6提供了在各個情況下判斷透鏡區域的面形及區域分界的範例，包含前述之光軸區域、圓周區域及中繼區域。

圖4為透鏡300的徑向剖視圖。參見圖4，透鏡300的顯示側面320在光學邊界OB內僅存在一個轉換點TP1。透鏡300的顯示側面320的光軸區域Z1及圓周區域Z2如圖4所示。此顯示側面320的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凹面。

一般來說，以轉換點為界的各個區域面形會與相鄰的區域面形相反，因此，可用轉換點來界定面形的轉變，即自轉換點由凹面轉凸面或由凸面轉凹面。於圖4中，由於光軸區域Z1為凹面，面形於轉換點TP1轉變，故圓周區域Z2為凸面。

圖5為透鏡400的徑向剖視圖。參見圖5，透鏡400的目側面410存在一第一轉換點TP1及一第二轉換點TP2。定義光軸I與第一轉換點TP1之間為目側面410的光軸區域Z1。此目側面410的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凸面。

定義第二轉換點TP2與透鏡400的目側面410的光學邊界OB之間為圓周區域Z2，該目側面410的該圓周區域Z2亦為凸面。除此之外，定義第一轉換點TP1與第二轉換點TP2之間為中繼區域Z3，該目側面410的該中繼區域Z3為凹面。再次參見圖5，目側面410由光軸I徑向向外依序包含光軸I與第一轉換點TP1之間的光軸區域Z1、位於第一轉換點TP1與第二轉換點TP2之間的中繼區域Z3，及第二轉換點TP2與透鏡400的目側面410的光學邊界OB之間的圓周區域Z2。由於光軸區域Z1為凸面，面形自第一轉換點TP1轉變為凹，故中繼區域Z3為凹面，又面形自第二轉換點TP2再轉變為凸，故圓周區域Z2為凸面。

圖6為透鏡500的徑向剖視圖。透鏡500的目側面510無轉換點。對於無轉換點的透鏡表面，例如透鏡500的目側面510，定義自光軸I起算至透鏡表面光學邊界OB之間距離的0~50%為光軸區域，自光軸I起算至透鏡表面光學邊界OB之間距離的50~100%為圓周區域。參見圖6所示之透鏡500，定義光軸I至自光軸I起算到透鏡500表面光學邊界OB之間距離的50%為目側面510的光軸區域Z1。此目側面510的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凸面。由於透鏡500的目側面510無轉換點，因此目側面510的圓周區域Z2亦為凸面。透鏡500更可具有組裝部（圖未示）自圓周區域Z2徑向向外延伸。

圖7A為本發明實施例的透鏡裁切形狀與透鏡參數示意圖。圖7B為本發明實施例的顯示畫面裁切形狀與顯示畫面參數示意圖。請參照圖7A與圖7B，由於本發明的實施例的目鏡光學系統具有大半眼視視角設計，透鏡與顯示畫面因為兩眼瞳距PD(Pupil Distance, PD)的因素而無法涵蓋到單眼最大視角所對應的顯示像圓ICD（image circle diameter, ICD），所以本發明實施例的透鏡的形狀需裁切且顯示畫面的形狀亦有所改變，分別如圖7A與圖7B所示，而有效的顯示畫面為兩眼的顯示像圓ICD與顯示器D的顯示區AA重疊的部分(即斜線區域標示處)。透鏡參數與顯示畫面參數於下方段落處會詳細地定義。

巨觀來看，本發明實施例的透鏡所具有的菲涅耳表面形狀的細節較為微小而較不易看出具體的形貌，為了詳細說明本發明實施例的菲涅耳表面，請參照圖8，圖8是菲涅耳表面經放大後的示意圖，例如是凸面型的菲涅耳表面的示意圖。於本發明的實施例中，菲涅耳表面F（Fresnel surface）代表的是菲涅耳透鏡（Fresnel lens）的表面。菲涅耳表面F具有以菲涅耳面中心FC環繞的多個同心環形齒，其圍繞一中央凸面PC。每一環形齒具有能夠將入射光折射至預定方向的有效子面P1以及連接相鄰兩有效子面P1的無效子面P2。這些有效子面P1與中央凸面PC將入射光線折射至預定方向。

圖9為本發明之第一實施例之目鏡光學系統的示意圖，而圖10A至圖10D為第一實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖9，本發明的第一實施例之目鏡光學系統10用於使顯示畫面99的成像光線經由目鏡光學系統10及觀察者的眼睛的瞳孔0進入觀察者的眼睛而成像，顯示畫面99為垂直光軸，以利成像光線各種像差的修正，避免與光軸I夾一不等於90度的角度時造成與光軸有傾斜角度的某一邊像差較差。目側A1是朝向觀察者的眼睛的方向的一側，而顯示側A2是朝向顯示畫面99的方向的一側。在本實施例中，目鏡光學系統10從目側A1至顯示側A2沿一光軸I依序包括一第一透鏡1及一第二透鏡2。當顯示畫面99的成像光線發出後，會依序通過第二透鏡2及第一透鏡1，然後經由觀察者的瞳孔0進入觀察者的眼睛。接著，成像光線會在觀察者的眼睛的視網膜形成一影像。

具體而言，目鏡光學系統10的第一透鏡1至第二透鏡2各自具有朝向目側A1且使成像光線通過的目側面15及25朝向顯示側A2且使成像光線通過的顯示側面16及26。

此外，為了滿足產品輕量化的需求，第一透鏡1及第二透鏡2皆具備屈光率且由塑膠材質所製成，但第一透鏡1及第二透鏡2的材質不以此為限。在本實施例中，目鏡光學系統10中具有屈光率的透鏡只有第一透鏡1及第二透鏡2。

第一透鏡1具有正屈光率。第一透鏡1的目側面15的光軸區域15p1為平面，且其圓周區域15p3為平面。第一透鏡1的顯示側面16的光軸區域161為凸面，且其圓周區域163為凸面。第一透鏡1的顯示側面16為菲涅耳表面F。

第二透鏡2具有正屈光率。第二透鏡2的目側面25的光軸區域25p1為平面，且其圓周區域25p3為平面。第二透鏡2的顯示側面26的光軸區域261為凸面，且其圓周區域263為凸面。第二透鏡2的顯示側面26為菲涅耳表面F。

第一實施例的其他詳細光學數據如圖11所示。第一實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距（effective focal length, EFL)為毫米29.969（millimeter, mm），半眼視視角（half apparent field of view, ω）為65.000 ^∘，而光圈值（f-number, Fno）為7.492。具體而言，本說明書中的「光圈值」是根據光的可逆性原理，將觀察者的瞳孔0視為入射光瞳所計算而得的光圈值。此外，第一實施例的目鏡光學系統10的像高29.157 mm，且第一實施例的目鏡光學系統10的系統長度（system length, SL）為44.890 mm，其中SL為觀察者的瞳孔0到顯示畫面99在光軸I上的距離。另外，圖11中的有效半徑是指光學有效直徑（clear aperture）的一半。

在本第一實施例中，第一透鏡1及第二透鏡2的顯示側面16、26均是非球面，並且第一透鏡1與第二透鏡2的顯示側面16、26為菲涅耳表面F，其中此菲涅耳表面F的每個齒的有效子面為非球面，而以下顯示側面的非球面係數是用來表示這些齒的有效子面，且這些非球面是依下列公式定義均以下列曲線方程式(1)表示：

…(1) Y：非球面曲線上的點與光軸的距離； Z：非球面深度(非球面上距離光軸為Y的點，與相切於非球面光軸上頂點之切面，兩者間的垂直距離)； R：透鏡表面之曲率半徑； K：圓錐係數； a _i：第i階非球面係數。

顯示側面16、26在公式(1)中的各項非球面係數如圖12所示。其中，圖12中欄位編號16表示其為第一透鏡1的顯示側面16的非球面係數，其它欄位依此類推。

另外，第一實施例之目鏡光學系統10中各重要參數與條件式間的關係如圖41所示。 EPD(Exit pupil diameter)為目鏡光學系統10之出瞳直徑，對應於觀察者的瞳孔0的直徑； ER(Eye relief)為出瞳距離，觀察者瞳孔0到第一透鏡1在光軸I上的距離； ω為半眼視視角（half apparent field of view），觀察者的一半視野角度，如圖1所繪示； T1為第一透鏡1在光軸I上的厚度； T2為第二透鏡1在光軸I上的厚度； G12為第一透鏡1到第二透鏡2在光軸I上的空氣間隙； G2D為第二透鏡2到顯示畫面99在光軸I上的距離； D1為第一透鏡1的顯示側面16經過菲涅耳表面F的中心FC的最長距離，如圖7A所繪示，其中中心FC是指菲涅耳表面F的光學中心，也就是菲涅耳表面F的環形齒所環繞的中心； D2為顯示畫面99最長邊，即顯示器D的顯示區AA的長邊，如圖7B所繪示； D3為第一透鏡1的顯示側面16經過菲涅耳表面F的中心FC且平行顯示畫面99最長邊方向的寬度，如圖7A所繪示； D4為第一透鏡1的顯示側面16從菲涅耳表面F的中心FC到第一透鏡1的圓周CF之最長距離，如圖7A所繪示； ImgH為目鏡光學系統10的像高； ALT為第一透鏡1與第二透鏡2在光軸I上的厚度總和，即T1、T2之和； TL為第一透鏡1的目側面15到第二透鏡2的顯示側面26在光軸I上的距離； TTL為第一透鏡1的目側面15到顯示畫面99在光軸I上的距離； SL為系統長度，觀察者瞳孔0到顯示畫面99在光軸I上的距離； EFL為目鏡光學系統10的系統焦距。 另外，再定義： f1為第一透鏡1的焦距； f2為第二透鏡2的焦距； n1為第一透鏡1的折射率； n2為第二透鏡2的折射率； V1為第一透鏡1的阿貝數； V2為第二透鏡2的阿貝數。

再配合參閱圖10A至圖10D，圖10A至圖10D為第一實施例之目鏡光學系統的各項像差圖，且為假設光線方向逆追跡為一平行成像光線由目側A1依序經過瞳孔0以及目鏡光學系統10到顯示畫面99聚焦成像所得的各項像差圖。在本實施例中，上述各項像差圖中呈現的各項像差表現會決定來自顯示畫面99的成像光線於觀察者的眼睛的視網膜成像的各項像差表現。也就是說，當上述各項像差圖中呈現的各項像差較小時，觀察者的眼睛的視網膜的成像的各項像差表現也會較小，使得觀察者可以觀看到成像品質較佳的影像。

具體而言，圖10A的圖式說明第一實施例的縱向球差（longitudinal spherical aberration），圖10B與圖10C的圖式則分別說明第一實施例有關弧矢（sagittal）方向的場曲（field curvature）像差及子午（tangential）方向的場曲像差，圖10D的圖式則說明第一實施例的畸變像差（distortion aberration）。本第一實施例的縱向球差圖示圖10A是在光瞳半徑（pupil radius）為2.000 mm時（即目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。另外，本第一實施例的縱向球差圖示圖10A中，每一種波長所成的曲線皆很靠近並向中間靠近，說明每一種波長不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.49 mm的範圍內，故本實施例確實明顯改善相同波長的球差，此外，486奈米、588奈米以及656奈米三種代表波長彼此間的距離也相當接近，代表不同波長光線的成像位置已相當集中，因而使色像差也獲得明顯改善。

在圖10B與圖10C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±3.00 mm的範圍內，說明本第一實施例的目鏡光學系統10能有效消除像差。而圖10D的畸變像差圖式則顯示本第一實施例的畸變像差維持在±60%的範圍內，說明本第一實施例的畸變像差已符合光學系統的成像品質要求，據此說明本第一實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至44.890 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質，故本第一實施例能在維持良好光學性能之條件下縮短目鏡光學系統，以實現薄型化的產品設計。此外，本第一實施例的目鏡光學系統10具有較大的眼視視角，且能夠修正像差而維持良好的成像品質。

圖13為本發明的第二實施例的目鏡光學系統的示意圖，而圖14A至圖14D為第二實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖13，本發明目鏡光學系統10的一第二實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述。第二實施例與第一實施例在各光學數據、非球面係數及第一透鏡1至第二透鏡2的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖13中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。

第二實施例的目鏡光學系統10詳細的光學數據如圖13所示，且第二實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距為19.795 mm，半眼視視角（ω）為68.000∘，光圈值（Fno）為4.949，像高為29.828 mm，且SL為35.565 mm。

如圖16所示，則為第二實施例的第一透鏡1至第二透鏡2的顯示側面16及26在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第二實施例之目鏡光學系統10中各重要參數間的關係如圖41所示。

本第二實施例的縱向球差圖示圖14A是在光瞳半徑為2.000 mm時（即目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。本第二實施例的縱向球差圖示圖14A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.36 mm的範圍內。在圖14B與圖14C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±13.00 mm的範圍內。而圖14D的畸變像差圖式則顯示本第二實施例的畸變像差維持在±40%的範圍內。據此說明本第二實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至35.565 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第二實施例相較於第一實施例的優點在於：第二實施例的系統長度小於第一實施例的系統長度。第二實施例的光圈比第一實施例的光圈大。第二實施例的半眼視視角大於第一實施例的半眼視視角。第二實施例的縱向球差小於第一實施例的縱向球差。第二實施例的場曲小於第一實施例的場曲。

圖17為本發明的第三實施例的目鏡光學系統的示意圖，而圖18A至圖18D為第三實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖17，本發明目鏡光學系統10的一第三實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的主要差異如下所述。第三實施例與第一實施例的各光學數據、非球面係數及第一透鏡1至第二透鏡2的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖17中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。

第三實施例的目鏡光學系統10詳細的光學數據如圖19所示，且第三實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距為29.530 mm，半眼視視角（ω）為65.000 ^∘，光圈值（Fno）為7.382，像高為29.009 mm，且SL為46.287 mm。

如圖20所示，則為第三實施例的第一透鏡1至第二透鏡2的顯示側面16及26在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第三實施例之目鏡光學系統10中各重要參數間的關係如圖41所示。

本第三實施例的縱向球差圖示圖18A是在光瞳半徑為2.000 mm時（即在目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。本第三實施例的縱向球差圖示圖18A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.53 mm的範圍內。在圖18B與圖18C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±2.80 mm的範圍內。而圖18D的畸變像差圖式則顯示本第三實施例的畸變像差維持在±55%的範圍內。據此說明本第三實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至46.287 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第三實施例相較於第一實施例的優點在於：第三實施例的光圈比第一實施例的光圈大。第三實施例的場曲小於第一實施例的場曲。

圖21為本發明的第四實施例的目鏡光學系統的示意圖，而圖22A至圖22D為第四實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖21，本發明目鏡光學系統10的一第四實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的主要差異如下所述。第四實施例與第一實施例的各光學數據、非球面係數及第一透鏡1至第二透鏡2的參數或多或少有些不同。此外，在第四實施例中，第二透鏡2的顯示側面26不是菲涅耳表面，而是一般的非球面。第二透鏡2的顯示側面26的光軸區域26p1為平面，且其圓周區域263為凸面。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖21中省略部分與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。

第四實施例的目鏡光學系統10詳細的光學數據如圖23所示，且第四實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距為34.077 mm，半眼視視角（ω）為69.000 ^∘，光圈值（Fno）為8.519，像高為33.665 mm，且SL為46.229 mm。

如圖24所示，則為第四實施例的第一透鏡1至第二透鏡2的顯示側面16及26在公式(1)中的各項非球面係數。應注意的是，雖然顯示側面26並非為菲涅耳面，依然可以適用公式(1)。

另外，第四實施例之目鏡光學系統10中各重要參數間的關係如圖41所示。

本第四實施例的縱向球差圖示圖22A是在光瞳半徑為2.000 mm時（即在目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。本第四實施例的縱向球差圖示圖22A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.59 mm的範圍內。在圖22B與圖22C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±4.50 mm的範圍內。而圖22D的畸變像差圖式則顯示本第四實施例的畸變像差維持在±60%的範圍內。據此說明本第四實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至46.229 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第四實施例相較於第一實施例的優點在於：第四實施例的半眼視視角大於第一實施例的半眼視視角。

圖25為本發明的第五實施例的目鏡光學系統的示意圖，而圖26A至圖26D為第五實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖25，本發明目鏡光學系統10的一第五實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的主要差異如下所述。第五實施例與第一實施例的各光學數據、非球面係數及第一透鏡1至第二透鏡2的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖25中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。

第五實施例的目鏡光學系統10詳細的光學數據如圖27所示，且第五實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距為41.848 mm，半眼視視角（ω）為65.000 ^∘，光圈值（Fno）為10.462，像高為33.636 mm，且SL為61.657 mm。

如圖28所示，則為第五實施例的第一透鏡1至第二透鏡2的顯示側面16及26在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第五實施例之目鏡光學系統10中各重要參數間的關係如圖41所示。

本第五實施例的縱向球差圖示圖26A是在光瞳半徑為2.000 mm時（即在目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。本第五實施例的縱向球差圖示圖26A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.53 mm的範圍內。在圖26B與圖26C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±13.00 mm的範圍內。而圖26D的畸變像差圖式則顯示本第五實施例的畸變像差維持在±62%的範圍內。據此說明本第五實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至61.657 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第五實施例相較於第一實施例的優點在於：第五實施例的製造之難度較低使得良率較高。

圖29為本發明的第六實施例的目鏡光學系統的示意圖，而圖30A至圖30D為第六實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖29，本發明目鏡光學系統10的一第六實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的主要差異如下所述。第六實施例與第一實施例的各光學數據、非球面係數及第一透鏡1至第二透鏡2的參數或多或少有些不同。此外，在第六實施例中，第一透鏡1的目側面15為凸面，其光軸區域151為凸面，且其圓周區域153為凸面。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖29中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。

第六實施例的目鏡光學系統10詳細的光學數據如圖31所示，且第六實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距為24.391 mm，半眼視視角（ω）為65.000 ^∘，光圈值（Fno）為6.098，像高為23.814 mm，且SL為37.789 mm。

如圖32所示，則為第六實施例的第一透鏡1至第二透鏡2的顯示側面16及26在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第六實施例之目鏡光學系統10中各重要參數間的關係如圖41所示。

本第六實施例的縱向球差圖示圖30A是在光瞳半徑為2.000 mm時（即在目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。本第六實施例的縱向球差圖示圖30A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.48 mm的範圍內。在圖30B與圖30C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±1.60 mm的範圍內。而圖30D的畸變像差圖式則顯示本第六實施例的畸變像差維持在±55%的範圍內。據此說明本第六實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至37.789 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第六實施例相較於第一實施例的優點在於：第六實施例的光圈比第一實施例的光圈大。第六實施例的系統長度小於第一實施例的系統長度。第六實施例的場曲小於第一實施例的場曲。

圖33為本發明的第七實施例的目鏡光學系統的示意圖，而圖34A至圖34D為第七實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖33，本發明目鏡光學系統10的一第七實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的主要差異如下所述。第七實施例與第一實施例的各光學數據、非球面係數及第一透鏡1至第二透鏡2的參數或多或少有些不同。此外，在第七實施例中，第一透鏡1的目側面15為凸面，其光軸區域151為凸面，且其圓周區域153為凸面。第二透鏡2的目側面25的光軸區域251為凸面，且其圓周區域253為凸面。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖33中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。

第七實施例的目鏡光學系統10詳細的光學數據如圖35所示，且第七實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距為33.108 mm，半眼視視角（ω）為67.500 ^∘，光圈值（Fno）為8.277，像高為36.000 mm，且SL為50.215 mm。

如圖36所示，則為第七實施例的第一透鏡1至第二透鏡2的顯示側面16及26在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第七實施例之目鏡光學系統10中各重要參數間的關係如圖41所示。

本第七實施例的縱向球差圖示圖34A是在光瞳半徑為2.000 mm時（即在目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。本第七實施例的縱向球差圖示圖34A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.49 mm的範圍內。在圖34B與圖34C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±23.00 mm的範圍內。而圖34D的畸變像差圖式則顯示本第七實施例的畸變像差維持在±55%的範圍內。據此說明本第七實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至50.215 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第七實施例相較於第一實施例的優點在於：第七實施例的半眼視視角大於第一實施例的半眼視視角。

圖37為本發明的第八實施例的目鏡光學系統的示意圖，而圖38A至圖38D為第八實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖37，本發明目鏡光學系統10的一第八實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的主要差異如下所述。第八實施例與第一實施例的各光學數據、非球面係數及第一透鏡1至第二透鏡2的參數或多或少有些不同。此外，在第八實施例中，第一透鏡1的目側面15為凹面，其光軸區域152為凹面，且其圓周區域154為凹面。第二透鏡2的目側面25的光軸區域252為凹面，且其圓周區域254為凹面。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖37中省略與第一實施例相似的光軸區域與圓周區域的標號。

第八實施例的目鏡光學系統10詳細的光學數據如圖39所示，且第八實施例的目鏡光學系統10的整體系統焦距為32.784 mm，半眼視視角（ω）為67.500 ^∘，光圈值（Fno）為37.517，像高為35.995 mm，且SL為50.517 mm。

如圖40所示，則為第八實施例的第一透鏡1至第二透鏡2的顯示側面16及26在公式(1)中的各項非球面係數。

另外，第八實施例之目鏡光學系統10中各重要參數間的關係如圖41所示。

本第八實施例的縱向球差圖示圖38A是在光瞳半徑為2.000 mm時（即在目鏡光學系統10的出瞳直徑EPD為4.000 mm時）所模擬的。本第八實施例的縱向球差圖示圖38A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±0.49 mm的範圍內。在圖38B與圖38C的二個場曲像差圖示中，三種代表波長在整個視場範圍內的場曲像差落在±23.00 mm的範圍內。而圖38D的畸變像差圖式則顯示本第八實施例的畸變像差維持在±55%的範圍內。據此說明本第八實施例相較於現有目鏡光學系統，在SL已縮短至50.517 mm左右的條件下，仍能提供較佳的成像品質。

經由上述說明可得知，第八實施例相較於第一實施例的優點在於：第八實施例的半眼視視角大於第一實施例的半眼視視角。

再配合參閱圖41。圖41為上述第一實施例至第八實施例的各項光學參數的表格圖。其中在「EFL」至「TL」那些列的參數中，除了「ω」的單位是度(°)，且「V1」、「V2」的單位為無因次外，其他列的參數的單位為毫米（mm）。而在「ω/TL」至「EFL/TL」那些列的參數中，除了「ω/TL」的單位為°/mm外，其他列的參數的單位為無因次。

對於以下條件式，至少其中之一的目的為使系統焦距與光學各參數維持一適當值，避免任一參數過大而不利於該目鏡光學系統10整體之像差的修正，或是避免任一參數過小而影響組裝或是提高製造上之困難度。 其中， 目鏡光學系統10可符合條件式：6.000≦EFL/T1，較佳的範圍為6.000≦EFL/T1≦24.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：6.000≦EFL/T2，較佳地範圍為6.000≦EFL/T2≦24.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：4.490≦EFL/ALT，較佳的範圍為4.490≦EFL/ALT≦12.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：4.300≦   EFL/TL，較佳的範圍為4.300≦EFL/TL≦12.000。

對於以下條件式，至少其中之一的目的為使各透鏡的厚度與間隔維持一適當值，避免任一參數過大而不利於目鏡光學系統10整體之薄型化，或是避免任一參數過小而影響組裝或是提高製造上之困難度。 其中， 目鏡光學系統10可符合條件式：0.400≦T1/T2，較佳的範圍為0.400≦T1/T2≦2.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：1.500≦T1/G12，較佳的範圍為1.500≦T1/G12≦19.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：1.800≦T2/G12，較佳的範圍為1.800≦T2/G12≦19.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：4.630≦TTL/ALT，較佳的範圍為4.630≦TTL/ALT≦13.500。 目鏡光學系統10可符合條件式：4.340≦TTL/TL，較佳的範圍為4.340≦TTL/TL≦12.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：5.500≦G2D/T1，較佳的範圍為5.500≦G2D/T1≦22.000。 目鏡光學系統10可符合條件式：5.500≦G2D/T2，較佳的範圍為5.500≦G2D/T2≦22.000。

此外，另可選擇實施例參數之任意組合關係增加系統限制，以利於本發明相同架構的系統設計。有鑑於光學系統設計的不可預測性，在本發明的架構之下，符合上述條件式能較佳地使本發明長度縮短、光圈增大、成像品質提升，或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。

此外，關於前述所列之示例性限定關係式，亦可任意選擇性地合併不等數量施用於本發明之實施態樣中，並不限於此。實施本發明時，除了前述關係式之外，亦可針對透鏡額外設計出其他更多的透鏡的凹凸曲面排列等細部結構，以加強對系統性能及／或解析度的控制。須注意的是，此些細節需在無衝突之情況之下，選擇性地合併施用於本發明之其他實施例當中。

本發明之各個實施例所揭露之光學參數的組合比例關係所得的包含最大最小值以內的數值範圍皆可據以實施。

綜上所述，本發明的實施例的目鏡光學系統10可獲致下述的功效及優點：

一、本發明各實施例的縱向球差、像散像差、畸變皆符合使用規範。另外，紅、綠、藍三種代表波長在不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一曲線的偏斜幅度可看出不同高度的離軸光線的成像點偏差皆獲得控制而具有良好的球差、像差、畸變抑制能力。進一步參閱成像品質數據，紅、綠、藍三種代表波長彼此間的距離亦相當接近，顯示本發明在各種狀態下對不同波長光線的集中性佳而具有優良的色散抑制能力，而能產生優異的成像品質。

二、本發明的實施例的目鏡光學系統10藉由以下透鏡設計組合：(1) 第一透鏡1的顯示側面16的光軸區域161為凸面並且顯示側面16為菲涅耳表面F。(2)第二透鏡2的顯示側面26的光軸區域261或圓周區域263為凸面。並且，搭配條件式6.500°/mm≦ω/TL≦30.000°/mm、0.970≦D1/D2≦1.500或0.850≦D3/D2≦1.400將使得目鏡光學系統10的聚焦成像分擔在兩片傾向具有正屈光率的透鏡上，有利於在不增加系統體積與重量的前提下增加系統的半眼視視角並同時維持顯示畫面99的大小。

三、當第二透鏡2的顯示側面26為菲涅耳表面F時，可解決增加鏡片圓周區域的屈光率以達到大半眼視視角的前提下造成圓周區域變薄不易組裝的問題，並且可降低第二透鏡2的體積與重量。

四、當第一透鏡1的目側面15為凸面時顯示畫面99中間的成像品質較好，可降低顯示側面16之菲涅耳表面F的屈光率以提高良率。當第一透鏡1的目側面15為凹面時，因凹面符合人眼凸面的構造，可提高觀察者的舒適度，此外顯示畫面99周邊的成像品質較好，半眼視視角較容易提高。當第一透鏡1的目側面15為平面時，較容易平衡顯示畫面99中間與周邊的成像品質，此外製造上較容易，易於提高良率。

五、當滿足條件式4.000≦D4/ALT或條件式3.750≦D4/TL並配合以上面形組合時，有利於增加透鏡的光學有效徑，且不提高透鏡的厚度。上述的條件式較佳地限制分別為4.000≦D4/ALT≦19.500與3.750≦D4/TL≦17.400。

六、當滿足條件式1.100≦ω/arctan(D4/EFL)並配合以上面形組合時，有利於增加系統的半眼視視角並同時降低顯示畫面99的大小，條件式較佳地限制為1.100≦ω/arctan(D4/EFL)≦2.250。其中，arctan代表的是反正切函數。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

0：瞳孔 1：第一透鏡 10、V100：目鏡光學系統 100、200、300、400、500：透鏡 130：組裝部 15、25、110、410、510：目側面 16、26、120、320：顯示側面 2：第二透鏡 211、212：平行光線 AA：顯示區 F：菲涅耳表面 FC：菲涅耳表面的中心 99、V50：顯示畫面 A1：目側 A2：顯示側 CP：中心點 CF：圓周 CP1：第一中心點 CP2：第二中心點 D：顯示器 D1、D3、D4：透鏡參數 D2：顯示畫面參數 EL：延伸線 EPD：出瞳直徑 I：光軸 ImgH：像高 ICD：顯示像圓 Lm：邊緣光線 Lc：主光線 OB：光學邊界 M、R：相交點 PC：中央凸面 PD：瞳距 P1：有效子面 P2：無效子面 TP1：第一轉換點 TP2：第二轉換點 V60：眼睛 VD：虛像距離 VI：成像光線 VV：放大虛像 Z1、15p1、151、152、161、25p1、251、252、261、26p1：光軸區域 Z2、15p3、153、154、163、25p3、253、254、263：圓周區域 ω：半眼視視角 Z3：中繼區域

圖1是一示意圖，說明一目鏡光學系統。 圖2是一示意圖，說明一透鏡的面型結構。 圖3是一示意圖，說明一透鏡的面型凹凸結構及光線焦點。 圖4是一示意圖，說明一範例一的透鏡的面型結構。 圖5是一示意圖，說明一範例二的透鏡的面型結構。 圖6是一示意圖，說明一範例三的透鏡的面型結構。 圖7A是一示意圖，說明本發明實施例的透鏡裁切形狀與透鏡參數。 圖7B是一示意圖，說明本發明實施例的顯示畫面裁切形狀與顯示畫面參數。 圖8是一示意圖，說明本發明實施例的菲涅耳表面的示意圖。 圖9為本發明之第一實施例之目鏡光學系統的示意圖。 圖10A至圖10D為第一實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖11示出本發明之第一實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖12示出本發明之第一實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖13為本發明的第二實施例的目鏡光學系統的示意圖。 圖14A至圖14D為第二實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖15示出本發明之第二實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖16示出本發明之第二實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖17為本發明的第三實施例的目鏡光學系統的示意圖。 圖18A至圖18D為第三實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖19示出本發明之第三實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖20示出本發明之第三實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖21為本發明的第四實施例的目鏡光學系統的示意圖。 圖22A至圖22D為第四實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖23示出本發明之第四實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖24示出本發明之第四實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖25為本發明的第五實施例的目鏡光學系統的示意圖。 圖26A至圖26D為第五實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖27示出本發明之第五實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖28示出本發明之第五實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖29為本發明的第六實施例的目鏡光學系統的示意圖。 圖30A至圖30D為第六實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖31示出本發明之第六實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖32示出本發明之第六實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖33為本發明的第七實施例的目鏡光學系統的示意圖。 圖34A至圖34D為第七實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖35示出本發明之第七實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖36示出本發明之第七實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖37為本發明的第八實施例的目鏡光學系統的示意圖。 圖38A至圖38D為第八實施例之目鏡光學系統的縱向球差與各項像差圖。 圖39示出本發明之第八實施例之目鏡光學系統的詳細光學數據。 圖40示出本發明之第八實施例之目鏡光學系統的非球面參數。 圖41示出本發明之第一至第八實施例之目鏡光學系統的各重要參數及其關係式的數值。

0：瞳孔 1：第一透鏡 10：目鏡光學系統 15、25：目側面 16、26：顯示側面 2：第二透鏡 F：菲涅耳表面 99：顯示畫面 A1：目側 A2：顯示側 I：光軸 15p1、161、25p1、261：光軸區域 15p3、163、25p3、263：圓周區域 ω：半眼視視角

Claims (20)

1. 一種目鏡光學系統，用於使成像光線從一顯示畫面經該目鏡光學系統進入觀察者眼睛成像，朝向眼睛的方向為一目側，朝向顯示畫面的方向為一顯示側，由該目側至該顯示側沿一光軸依序包括一第一透鏡及一第二透鏡，該第一透鏡與該第二透鏡各自包括一朝向該目側且使成像光線通過的目側面及一朝向該顯示側且使成像光線通過的顯示側面；該第一透鏡的該顯示側面的光軸區域為凸面並且該第一透鏡的該顯示側面為一菲涅耳表面；該第二透鏡的該顯示側面的光軸區域或圓周區域為凸面；該目鏡光學系統具有屈光率的透鏡只有上述兩片透鏡；以及該目鏡光學系統符合下列條件式：0.970≦D1/D2≦1.500，其中，D1為該第一透鏡的該目側面經過該菲涅耳表面的中心的一最長距離，且D2為該顯示畫面的一最長邊。
2. 一種目鏡光學系統，用於使成像光線從一顯示畫面經該目鏡光學系統進入觀察者眼睛成像，朝向眼睛的方向為一目側，朝向顯示畫面的方向為一顯示側，由該目側至該顯示側沿一光軸依序包括一第一透鏡及一第二透鏡，該第一透鏡與該第二透鏡各 自包括一朝向該目側且使成像光線通過的目側面及一朝向該顯示側且使成像光線通過的顯示側面；該第一透鏡的該顯示側面的光軸區域為凸面並且該第一透鏡的該顯示側面為一菲涅耳表面；該第二透鏡的該顯示側面的光軸區域或圓周區域為凸面；該目鏡光學系統具有屈光率的透鏡只有上述兩片透鏡；該目鏡光學系統符合下列條件式：0.850≦D3/D2≦1.400，0.970≦D1/D2≦1.500，其中，D1為該第一透鏡的該目側面經過該菲涅耳表面的中心的一最長距離，D2為該顯示畫面的一最長邊，且D3為該第一透鏡的該目側面經過該菲涅耳表面的中心且平行該顯示畫面的最長邊方向的一距離。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該第一透鏡的該目側面為凸面。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：4.000≦D4/ALT，其中，D4為該第一透鏡的該顯示側面從該菲涅耳表面的中心到該第一透鏡的圓周的一最長距離，且ALT為該第一透鏡與該第二透鏡在該光軸上的一厚度總和。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：1.500≦T1/G12≦19.000，T1 為該第一透鏡在該光軸上的一厚度，且G12為該第一透鏡到該第二透鏡在該光軸上的一空氣間隙。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：4.630≦TTL/ALT，其中，TTL為該第一透鏡的該目側面到該顯示畫面在該光軸上的一距離，且ALT為該第一透鏡與該第二透鏡在該光軸上的一厚度總和。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：6.000≦EFL/T1，EFL為該目鏡光學系統的一系統焦距，且T1為該第一透鏡在該光軸上的一厚度。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：5.500≦G2D/T1，G2D為該第二透鏡到該顯示畫面在該光軸上的一距離，且T1為該第一透鏡在該光軸上的一厚度。
9. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該第一透鏡的該目側面為凹面。
10. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：3.750≦D4/TL，D4為該第一透鏡的該顯示側面從該菲涅耳表面的中心到該第一透鏡的圓周之一最長距離，且TL為該第一透鏡的該目側面到該第二透鏡的該顯示側面在該光軸上的一距離。
11. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：1.800≦T2/G12≦19.000，T2為該第二透鏡在該光軸上的一厚度，且G12為該第一透鏡到該第二透鏡在該光軸上的一空氣間隙。
12. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：4.340≦TTL/TL，TTL為該第一透鏡的該目側面到該顯示畫面在該光軸上的一距離，且TL為該第一透鏡的該目側面到該第二透鏡的該顯示側面在該光軸上的一距離。
13. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：6.000≦EFL/T2，EFL為該目鏡光學系統的一系統焦距，且T2為該第二透鏡在該光軸上的一厚度。
14. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：5.500≦G2D/T2，G2D為該第二透鏡到該顯示畫面在該光軸上的一距離，且T2為該第二透鏡在該光軸上的一厚度。
15. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該第二透鏡的該顯示側面為一菲涅耳表面。
16. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：1.100≦ω/arctan(D4/EFL)，ω為該目鏡光學系統的半眼視視角，D4為該第 一透鏡的該顯示側面從該菲涅耳表面的中心到該第一透鏡的圓周之一最長距離，EFL為該目鏡光學系統的一系統焦距，且arctan代表反正切函數。
17. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：0.400≦T1/T2≦2.000，T1為該第一透鏡在該光軸上的一厚度，且T2為該第二透鏡在該光軸上的一厚度。
18. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：4.300≦EFL/TL，EFL為該目鏡光學系統的一系統焦距，且TL為該第一透鏡的該目側面到該第二透鏡的該顯示側面在該光軸上的一距離。
19. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：4.490≦EFL/ALT，EFL為該目鏡光學系統的一系統焦距，且ALT為該第一透鏡與該第二透鏡在該光軸上的一厚度總和。
20. 如申請專利範圍第1或2項所述的目鏡光學系統，其中該目鏡光學系統更符合以下的條件式：3.350≦G2D/(T1+G12+T2)≦7.569，G2D為該第二透鏡到該顯示畫面在該光軸上的一距離，G12為該第一透鏡到該第二透鏡在該光軸上的一空氣間隙，且T2為該第二透鏡在該光軸上的一厚度。

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