[发明专利]用于近眼显示的目镜光学系统及头戴显示装置

权利要求书

1.一种用于近眼显示的目镜光学系统，其特征在于，包括从人眼观察侧到微型图像显示器侧沿光轴方向共轴依次排列的第一透镜、反射单元、第二透镜和第三透镜组；所述第二透镜和第三透镜组的光轴共轴，且垂直于微型图像显示器；所述第二透镜和第三透镜组的光轴经过反射单元反射后与第一透镜的光轴共轴；所述第三透镜组至少包括第三透镜；

所述第二透镜和所述第三透镜为光学非球面面型；所述第一透镜为设置于所述反射单元与人眼观察侧之间的唯一透镜；所述第一透镜的有效焦距f₁₁、所述第二透镜的有效焦距f₂₁和所述第三透镜的有效焦距f₃₁分别与所述目镜光学系统的有效焦距f_w之间满足以下关系式(1)、(2)和(3)：

0.75f₁₁/f_w4.5 (1)；

f₂₁/f_w-0.28 (2)；

0.33f₃₁/f_w0.83 (3)；

所述第一透镜靠近人眼观察侧的光学表面凸向人眼观察方向；所述第二透镜靠近微型图像显示器侧的光学表面凹向微型图像显示器方向；所述第三透镜为双凸透镜；

其中，所述第三透镜组进一步包括靠近微型图像显示器的第四透镜；

所述第四透镜的有效焦距f₃₂与所述目镜光学系统的有效焦距f_w之间满足以下关系式(4)：

|f₃₂/f_w|0.45 (4)。

2.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜为非球面透镜。

3.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：所述反射单元为具有反射功能的薄片，所述薄片包括基底层和反射镀膜层，所述基底层为玻璃或塑料。

4.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：所述反射单元为光学棱镜。

5.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜靠近反射单元侧的光学表面为平面。

6.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第二透镜靠近反射单元侧的光学表面为平面。

7.根据权利要求1所述目镜光学系统，其特征在于：所述第四透镜靠近微型图像显示器的光学表面凹向微型图像显示器。

8.根据权利要求4所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜的光学平面与所述光学棱镜的相邻平面胶合，或所述第二透镜的光学平面与所述光学棱镜的相邻平面胶合，或所述第一透镜、第二透镜和所述光学棱镜两两胶合。

9.根据权利要求3或4所述的目镜光学系统，其特征在于：所述反射单元对所述目镜光学系统光轴的转折角θ满足以下关系式(6)：

θ＝90° (6)。

10.根据权利要求1所述的目镜光学系统，其特征在于：所述第一透镜的有效焦距f₁₁进一步满足以下关系式(7)：

1.05f₁₁/f_w2.68 (7)。