[发明专利]一种反射式目镜光学系统及头戴近眼显示装置

权利要求书

1.一种反射式目镜光学系统，其特征在于：由沿人眼光轴入射方向依次设置的第一光学元件和第二光学元件，以及位于微型图像显示器光轴上的第一透镜组构成；所述第一光学元件用于透射和反射来自于所述微型图像显示器的图像光；所述第二光学元件包含一个光学反射面，且所述光学反射面凹向人眼；所述第一光学元件将经过所述第一透镜组折射的所述图像光反射至所述第二光学元件上，再将经所述第二光学元件反射的所述图像光透射至人眼处；

所述目镜光学系统的有效焦距为f_w,所述第一透镜组的有效焦距为f₁，所述第二光学元件的有效焦距为f₂，则f_w、f₁、f₂满足下列关系式(1)、(2)：

f₁/f_w-0.50 (1)；

f₂/f_w-0.70 (2)；

所述第一透镜组由从人眼观看侧向微型图像显示器侧沿光轴方向共轴依次排列的第一子透镜组与第二子透镜组构成；所述第一子透镜组有效焦距为正；所述第二子透镜组有效焦距为负；所述第一子透镜组的有效焦距为f₁₁，所述第二子透镜组的有效焦距为f₁₂，则f₁₁、f₁₂和f₁满足下列关系式(3)、(4)：

0.63f₁₁/f₁ (3)；

f₁₂/f₁-0.90 (4)；

所述第一子透镜组由两片透镜构成，分别是远离微型图像显示器侧的第一透镜和靠近微型图像显示器侧的第二透镜；所述第一透镜为负透镜；所述第二透镜为正透镜；所述第二子透镜组由与所述第一子透镜组近邻的第三透镜构成；所述第三透镜为负透镜。

2.根据权利要求1所述的反射式目镜光学系统，其特征在于，所述第一光学元件远离人眼侧的光学面和所述第二光学元件中的所述光学反射面之间沿光轴的距离为d₁，所述第一光学元件远离人眼侧的光学面和所述第一透镜组中距离人眼观察侧最近的光学面之间沿光轴的距离为d₂，则d₁和d₂满足下列关系式(5)：

0.69d₂/d₁ (5)。

3.根据权利要求1所述的反射式目镜光学系统，其特征在于，所述第二光学元件的最大光学有效口径为φ₂，则满足下列关系式(6)：

φ₂70mm (6)。

4.根据权利要求1所述的反射式目镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距为f₁₁₁，所述第一子透镜组的有效焦距为f₁₁，则f₁₁₁、f₁₁满足下列关系式(7)：

2.41│f₁₁₁/f₁₁│ (7)。

5.根据权利要求1所述的反射式目镜光学系统，其特征在于，所述第一子透镜组的有效焦距f₁₁，所述第二子透镜组的有效焦距f₁₂，所述第一透镜组的有效焦距f₁，以及第一透镜的有效焦距f₁₁₁，进一步满足下列关系式(8)、(9)、(10)：

0.63f₁₁/f₁0.71 (8)；

2.41f₁₁₁/f₁₁5.30 (9)；

-1.16f₁₂/f₁-0.90 (10)。

6.根据权利要求1所述的反射式目镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜靠近人眼侧的光学面凸向人眼。