目镜光学系统的制作方法

本发明涉及光学系统领域，尤其涉及一种目镜光学系统。

背景技术：

虚拟现实(virtualreality,vr)是利用计算机技术仿真产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉等感官仿真，让使用者感觉身历其境。目前现有的vr装置都是以视觉体验为主。藉由对应左右眼的两个视角略有差异的分割画面来模拟人眼的视差，以达到立体视觉。为了缩小虚拟现实装置的体积，让用户藉由较小的显示画面得到放大的视觉感受，具有放大功能的目镜光学系统成了vr研究发展的其中一个主题。

现有的目镜光学系统之半眼视视角较小，让观察者感到视觉狭窄、分辨率低且像差严重到显示画面要先进行像差补偿，因此如何增加半眼视视角并加强成像质量是目镜光学系统是一个需要改善的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种目镜光学系统，其在缩短系统长度的条件下，仍能保有良好的光学成像质量与大的半眼视视角。

本发明的实施例提出一种目镜光学系统，用于成像光线从显示画面经目镜光学系统进入观察者的眼睛成像。朝向眼睛的方向为目侧，朝向显示画面的方向为显示侧。目镜光学系统从目侧至显示侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，且第一透镜、第二透镜及第三透镜各自包括一目侧面及一显示侧面。

在本发明的一实施例中，第一透镜具有屈光率。第二透镜具有正屈光率，且第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜的目侧面与显示侧面的至少其中之一为非球面。

在本发明的一实施例中，第一透镜具有屈光率。第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜具有负屈光率，第三透镜的目侧面与显示侧面的至少其中之一为非球面。

在本发明的一实施例中，第一透镜具有屈光率。第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜的目侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部，且第三透镜的目侧面与显示侧面的至少其中之一为非球面。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：2.5≦250mm/g3d≦25，其中g3d为该第三透镜到该显示画面在该光轴上的距离。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：0.5≦(t1+g12)/t2≦4.5，其中t1为该第一透镜在该光轴上的厚度，g12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，且t2为该第二透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：0.5≦t1/t2≦4，其中t1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且t2为该第二透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：2.5≦er/t3≦5，其中er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离，且t3为该第三透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：0.69≦(er+g12+t3)/t1≦2.09，其中er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离，g12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，t3为该第三透镜在该光轴上的厚度，且t1为该第一透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：0.38≦(er+g12+t3)/g3d≦1.02，其中er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离，g12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，t3为该第三透镜在该光轴上的厚度，且g3d为该第三透镜到该显示画面在该光轴上的距离。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：1.3≦dld/g3d≦5，其中dld为该观察者单一瞳孔对应之该显示画面之对角线长，且g3d为该第三透镜到该显示画面在该光轴上的距离。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：2.5≦ttl/(t2+t3)≦9，其中ttl为该第一透镜的该目侧面到该显示画面在该光轴上的距离，t2为该第二透镜在该光轴上的厚度，且t3为该第三透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：2.0≦d2/t2，其中d2为该第二透镜的该目侧面的光学有效径，且t2为该第二透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：3.5≦efl/er≦4.5，其中efl为该目镜光学系统的系统焦距，且er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：0.79≦(er+g12+t3)/t2≦3.25，其中er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离，g12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，t3为该第三透镜在该光轴上的厚度，且t2为该第二透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：1.27≦(er+g12+g3d)/t1≦7.19，其中er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离，g12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，g3d为该第三透镜到该显示画面在该光轴上的距离，且t1为该第一透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：3≦ttl/(g23+t3)≦23，其中ttl为该第一透镜的该目侧面到该显示画面在该光轴上的距离，g23为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙，且t3为该第三透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：6.0≦d3/t3，其中d3为该第三透镜的该目侧面的光学有效径，且t3为该第三透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：20≦dld/epsd≦36，其中dld为该观察者单一瞳孔对应之该显示画面之对角线长，且epsd为该观察者的该单一瞳孔的半直径。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：0.99≦(er+g12+t3)/g23≦16.16，其中er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离，g12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，t3为该第三透镜在该光轴上的厚度，且g23为该第二透镜到该第三透镜在该光轴上的空气间隙。

在本发明的一实施例中，其中该目镜光学系统符合：1.71≦(er+g12+g3d)/t2≦11.19，其中er为该观察者的该眼睛的瞳孔到该第一透镜在该光轴上的距离，g12为该第一透镜到该第二透镜在该光轴上的空气间隙，g3d为该第三透镜到该显示画面在该光轴上的距离，且t2为该第二透镜在该光轴上的厚度。

在本发明的一实施例中，第一透镜具有正屈光率。第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部，第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，第一透镜具有正屈光率。第二透镜的目侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部，第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜具有负屈光率。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部及一位于圆周附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部及一位于圆周附近区域的凸面部。第三透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部及一位于圆周附近区域的凸面部。第三透镜的显示侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜具有正屈光率。第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的显示侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的显示侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第二透镜的显示侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的显示侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜具有负屈光率。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的显示侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜的显示侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第二透镜的目侧面具有一位于圆周附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部及一位于圆周附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第二透镜具有负屈光率。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜具有正屈光率。

在本发明的一实施例中，第一透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜的目侧面具有一位于圆周附近区域的凸面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第二透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。

在本发明的一实施例中，第二透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。第三透镜的目侧面具有一位于光轴附近区域的凹面部。第三透镜的显示侧面具有一位于光轴附近区域的凸面部。

基于上述，本发明的实施例的目镜光学系统的有益效果在于：藉由上述透镜的表面形状与屈光率设计与排列，以及光学参数的设计，使目镜光学系统在缩短系统长度的条件下，仍具备能够有效克服像差的光学性能，提供良好的成像质量，且具有大的眼视视角(apparentfieldofview)。

附图说明

图1是一示意图，说明一目镜光学系统。

图2是一示意图，说明一透镜的面型结构。

图3是一示意图，说明一透镜的面型凹凸结构及光线焦点。

图4是一示意图，说明一范例一的透镜的面型结构。

图5是一示意图，说明一范例二的透镜的面型结构。

图6是一示意图，说明一范例三的透镜的面型结构。

图7是本发明之第一实施例之目镜光学系统的示意图。

图8a是第一实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图8b是第一实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图8c是第一实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图8d是第一实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图9是本发明之第一实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图10是本发明之第一实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图11是本发明的第二实施例的目镜光学系统的示意图。

图12a是第二实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图12b是第二实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图12c是第二实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图12d是第二实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图13是本发明之第二实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图14是本发明之第二实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图15是本发明的第三实施例的目镜光学系统的示意图。

图16a是第三实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图16b是第三实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图16c是第三实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图16d是第三实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图17是本发明之第三实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图18是本发明之第三实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图19是本发明的第四实施例的目镜光学系统的示意图。

图20a至图20d是第四实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图20b是第四实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图20c是第四实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图20d是第四实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图21是本发明之第四实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图22是本发明之第四实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图23是本发明的第五实施例的目镜光学系统的示意图。

图24a是第五实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图24b是第五实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图24c是第五实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图24d是第五实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图25是本发明之第五实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图26是本发明之第五实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图27是本发明的第六实施例的目镜光学系统的示意图。

图28a是第六实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图28a是第六实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图28b是第六实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图28c是第六实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图28d是第六实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图29是本发明之第六实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图30是本发明之第六实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图31是本发明的第七实施例的目镜光学系统的示意图。

图32a是第七实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图32b是第七实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图32c是第七实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图32d是第七实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图33是本发明之第七实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图34是本发明之第七实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图35是本发明的第八实施例的目镜光学系统的示意图。

图36a是第八实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图36b是第八实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图36c是第八实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图36d是第八实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图37是本发明之第八实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图38是本发明之第八实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图39是本发明的第九实施例的目镜光学系统的示意图。

图40a是第九实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图40b是第九实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图40c是第九实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图40d是第九实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。

图41是本发明之第九实施例之目镜光学系统的详细光学数据表格图。

图42是本发明之第九实施例之目镜光学系统的非球面参数表格图。

图43是本发明之第一至第五实施例之目镜光学系统的各重要参数及其关系式的数值表格图。

图44是本发明之第一至第五实施例之目镜光学系统的各重要参数及其关系式的数值表格图。

图45是本发明之第六至第九实施例之目镜光学系统的各重要参数及其关系式的数值表格图。

图46是本发明之第六至第九实施例之目镜光学系统的各重要参数及其关系式的数值表格图。

具体实施方式

为了更完整地理解说明书内容及其优点，本发明乃提供有图式。此些图式乃为本发明揭露内容之一部分，其主要系用以说明实施例，并可配合说明书之相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域具有通常知识者应能理解其他可能的实施方式以及本发明之优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

附图中的符号说明：

10、v100：目镜光学系统；100、v50：显示画面；2：瞳孔；3：第一透镜；31、41、51：目侧面；311、313、321、323、411、413、421、423、511、513、521、523：凸面部；312、314、412、414、422、424、512、514、522、524：凹面部；32、42、52：显示侧面；4：第二透镜；425、426：平面部；5：第三透镜；a：光轴附近区域；c：圆周附近区域；dld：观察者单一瞳孔对应之显示画面之对角线长；e：延伸部；epd：出瞳直径；i：光轴；lc：主光线；lm：边缘光线；m、r：点；v60：眼睛；vd：明视距离；vi：成像光线；vv：放大虚像；ω：半眼视视角。

一般而言，目镜光学系统v100的光线方向为一成像光线vi由显示画面v50射出，经由目镜光学系统v100进入眼睛v60，于眼睛v60的视网膜聚焦成像并且于明视距离vd产生一放大虚像vv，如图1所示。在以下说明本案之光学规格的判断准则是假设光线方向逆追迹(reverselytracking)为一平行成像光线由目侧经过目镜光学系统到显示画面聚焦成像。

本篇说明书所言之「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来之光轴上的屈光率为正(或为负)。该显示侧面、目侧面定义为成像光线通过的范围，其中成像光线包括了主光线(chiefray)lc及边缘光线(marginalray)lm，如图2所示，i为光轴且此一透镜是以该光轴i为对称轴径向地相互对称，光线通过光轴上的区域为光轴附近区域a，边缘光线通过的区域为圆周附近区域c，此外，该透镜还包含一延伸部e(即圆周附近区域c径向上向外的区域)，用以供该透镜组装于一光学成像镜头内，理想的成像光线并不会通过该延伸部e，但该延伸部e之结构与形状并不限于此，以下之实施例为求图式简洁均省略了部分的延伸部。更详细的说，判定面形或光轴附近区域、圆周附近区域、或多个区域的范围的方法如下：

1.请参照图2，其系一透镜径向上的剖视图。以该剖视图观之，在判断前述区域的范围时，定义一中心点为该透镜表面上与光轴的一交点，而一转换点是位于该透镜表面上的一点，且通过该点的一切线与光轴垂直。如果径向上向外有复数个转换点，则依序为第一转换点，第二转换点，而有效半效径上距光轴径向上最远的转换点为第n转换点。中心点和第一转换点之间的范围为光轴附近区域，第n转换点径向上向外的区域为圆周附近区域，中间可依各转换点区分不同的区域。此外，有效半径为边缘光线lm与透镜表面交点到光轴i上的垂直距离。

2.如图3所示，该区域的形状凹凸系以平行通过该区域的光线(或光线延伸线)与光轴的交点在显示侧或目侧来决定(光线焦点判定方式)。举例言之，当光线通过该区域后，光线会朝显示侧聚焦，与光轴的焦点会位在显示侧，例如图3中r点，则该区域为凸面部。反之，若光线通过该某区域后，光线会发散，其延伸线与光轴的焦点在目侧，例如图3中m点，则该区域为凹面部，所以中心点到第一转换点间为凸面部，第一转换点径向上向外的区域为凹面部；由图3可知，该转换点即是凸面部转凹面部的分界点，因此可定义该区域与径向上相邻该区域的内侧的区域，系以该转换点为分界具有不同的面形。另外，若是光轴附近区域的面形判断可依该领域中通常知识者的判断方式，以r值(指近轴的曲率半径，通常指光学软件中的透镜数据库(lensdata)上的r值)正负判断凹凸。以目侧面来说，当r值为正时，判定为凸面部，当r值为负时，判定为凹面部；以显示侧面来说，当r值为正时，判定为凹面部，当r值为负时，判定为凸面部，此方法判定出的凹凸和光线焦点判定方式相同。

3.若该透镜表面上无转换点，该光轴附近区域定义为有效半径的0～50％，圆周附近区域定义为有效半径的50～100％。

图4范例一的透镜显示侧表面在有效半径上仅具有第一转换点，则第一区为光轴附近区域，第二区为圆周附近区域。此透镜显示侧面的r值为正，故判断光轴附近区域具有一凹面部；圆周附近区域的面形和径向上紧邻该区域的内侧区域不同。即，圆周附近区域和光轴附近区域的面形不同；该圆周附近区域系具有一凸面部。

图5范例二的透镜目侧表面在有效半径上具有第一及第二转换点，则第一区为光轴附近区域，第三区为圆周附近区域。此透镜目侧面的r值为正，故判断光轴附近区域为凸面部；第一转换点与第二转换点间的区域(第二区)具有一凹面部，圆周附近区域(第三区)具有一凸面部。

图6范例三的透镜目侧表面在有效半径上无转换点，此时以有效半径0％～50％为光轴附近区域，50％～100％为圆周附近区域。由于光轴附近区域的r值为正，故此目侧面在光轴附近区域具有一凸面部；而圆周附近区域与光轴附近区域间无转换点，故圆周附近区域具有一凸面部。

图7为本发明之第一实施例之目镜光学系统的示意图，而图8a至图8d为第一实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图7，本发明的第一实施例之目镜光学系统10用于成像光线从显示画面100经目镜光学系统10及观察者的眼睛的瞳孔2进入观察者的眼睛成像，朝向眼睛的方向为目侧，朝向显示画面100的方向为显示侧。目镜光学系统10从目侧至显示侧沿目镜光学系统10的一光轴i依序包括一第一透镜3、一第二透镜4及一第三透镜5。当显示画面100所发出的光线进入目镜光学系统10，并依序经由第三透镜5、第二透镜4及第一透镜3后，会经由瞳孔2进入观察者的眼睛，而在眼睛的视网膜上形成一影像。

第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5都各自具有一朝向目侧且使成像光线通过之目侧面31、41、51及一朝向显示侧且使成像光线通过之显示侧面32、42、52。为了满足产品轻量化的需求，第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5皆为具备屈光率，且第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5都是塑料材质所制成，但第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5的材质仍不以此为限制。

第一透镜3具有正屈光率。第一透镜3的目侧面31为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部311及一位于圆周附近区域的凸面部313。第一透镜3的显示侧面32为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部321及一位于圆周附近区域的凸面部323。

第二透镜4具有正屈光率。第二透镜4的目侧面41为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部411及一位于圆周附近区域的凸面部413。第二透镜4的显示侧面42为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部421及一位于圆周附近区域的凸面部423。

第三透镜5具有负屈光率。第三透镜5的目侧面51为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部511及一位于圆周附近区域的凸面部513。第三透镜5的显示侧面52为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部522及一位于圆周附近区域的凹面部524。

此外，在本实施例中，只有上述透镜具有屈光率，且目镜光学系统10具有屈光率的透镜只有三片。

另外，第一实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图1、图43及图44所示。

其中，

epd为目镜光学系统10之出瞳直径(exitpupildiameter)，对应于观察者的瞳孔2的直径，白天约为3mm，晚上可到约7mm，如图1所绘示；

epsd为观察者的瞳孔2的半直径(semidiameter)；

er(eyerelief)为出瞳距离，即观察者瞳孔2到第一透镜3在光轴i上的距离；

ω为半眼视视角(halfapparentfieldofview)，即观察者的一半视野角度，如图1所绘示；

t1为第一透镜3在光轴i上的厚度；

t2为第二透镜4在光轴i上的厚度；

t3为第三透镜5在光轴i上的厚度；

g12为第一透镜3的显示侧面32至第二透镜4的目侧面41在光轴i上的距离，即第一透镜3到第二透镜4在光轴i上的空气间隙；

g23为第二透镜4的显示侧面42至第三透镜5的目侧面51在光轴i上的距离，即第二透镜4到第三透镜5在光轴i上的空气间隙；

g3d为第三透镜5的显示侧面52至显示画面100在光轴i上的距离，即第三透镜5到显示画面100在光轴i上的空气间隙；

dld为观察者单一瞳孔2对应之显示画面100之对角线长，如图1所绘示；

明视距离(leastdistanceofdistinctvision)为眼睛可以清楚聚焦的最近之距离，青年人通常为250毫米(millimeter,mm)，如图1所绘示之明视距离vd；

alt为第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5在光轴i上的厚度的总和，即t1与t2之和；

gaa为第一透镜3至第三透镜5在光轴i上的两个空气间隙的总和，即g12与g23之和；

ttl为第一透镜3的目侧面31到显示画面100在光轴i上的距离；

tl为第一透镜3的目侧面31至第三透镜5的显示侧面52在光轴i上的距离；

sl为系统长度，即观察者的瞳孔2到显示画面100在光轴i上的距离；以及

efl为目镜光学系统10的系统焦距。

另外，再定义：

f1为第一透镜3的焦距；

f2为第二透镜4的焦距；

f3为第三透镜5的焦距；

n1为第一透镜3的折射率；

n2为第二透镜4的折射率；

n3为第三透镜5的折射率；

ν1为第一透镜3的阿贝数(abbenumber)，阿贝数也可称为色散系数；

ν2为第二透镜4的阿贝数；

ν3为第三透镜5的阿贝数；

d1为第一透镜3的目侧面31的光学有效径(adiameterofaclearaperture)；

d2为第二透镜4的目侧面41的光学有效径；以及

d3为第三透镜5的目侧面51的光学有效径。

第一实施例的其他详细光学数据如图9所示，且第一实施例的目镜光学系统10整体的系统焦距(effectivefocallength,efl)为48.594mm，半眼视视角(halfapparentfieldofview,ω)为40.000°，ttl为56.100mm，且光圈值(f-number,fno)为9.626。具体而言，本说明书中的「光圈值」是根据光的可逆性原理，将目侧视为物侧，显示侧视为像侧，且观察者的瞳孔视为入射光瞳所计算而得的光圈值。此外，0.5倍的dld为40.459mm。其中，图9中的有效半径是指光学有效径的一半。

此外，在本实施例中，第一透镜3的目侧面31与显示侧面32及第三透镜5的目侧面51与显示侧面52共计四个面均是非球面，而第二透镜4的目侧面41与显示侧面42为球面。这些非球面是依下列公式定义：

其中：

y：非球面曲线上的点与光轴i的距离；

z：非球面之深度(非球面上距离光轴i为y的点，与相切

于非球面光轴i上顶点之切面，两者间的垂直距离)；

r:透镜表面近光轴i处的曲率半径；

k：锥面系数(conicconstant)；

ai：第i阶非球面系数。

目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数如图10所示。其中，图10中字段编号31表示其为第一透镜3的目侧面31的非球面系数，其它字段依此类推。在图10中，目侧面41与显示侧面42的非球面系数皆为零，其代表目侧面41与显示侧面42为球面。

再配合参阅图8a至图8d，图8a至图8d为第一实施例之目镜光学系统10的各项像差图，且为假设光线方向逆追迹为一平行成像光线由目侧依序经过瞳孔2及目镜光学系统10到显示画面100聚焦成像所得的各项像差图。在本实施例中，上述各项像差图中呈现的各项像差表现会决定来自显示画面100的成像光线于观察者的眼睛的视网膜成像的各项像差表现。也就是说，当上述各项像差图中呈现的各项像差较小时，观察者的眼睛的视网膜的成像的各项像差表现也会较小，使得观察者可以观看到成像质量较佳的影像。图8a的图式说明第一实施例当其光瞳半径(pupilradius)为2.5000mm时且当波长为450纳米(nm)、540nm及630nm时的纵向球差(longitudinalsphericalaberration)，图8b与图8c的图式则分别说明第一实施例当其波长为450nm、540nm及630nm时在显示画面100上有关弧矢(sagittal)方向的场曲(fieldcurvature)像差及子午(tangential)方向的场曲像差，图8d的图式则说明第一实施例当其波长为450nm、540nm及630nm时在显示画面100上的畸变像差(distortionaberration)。本第一实施例的纵向球差图示图8a中，每一种波长所成的曲线皆很靠近并向中间靠近，说明每一种波长不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近，由每一波长的曲线的偏斜幅度可看出，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±1毫米的范围内，故本实施例确实明显改善相同波长的球差，此外，三种代表波长彼此间的距离也相当接近，代表不同波长光线的成像位置已相当集中，因而使色像差也获得明显改善。

在图8b与图8c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±5.9毫米内，说明本第一实施例的光学系统能有效消除像差。而图8d的畸变像差图式则显示本第一实施例的畸变像差维持在±2.2％的范围内，说明本第一实施例的畸变像差已符合光学系统的成像质量要求，据此说明本第一实施例相较于现有目镜光学系统，在其ttl已缩短至56.100mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量，故本第一实施例能在维持良好光学性能之条件下，缩短光学系统长度以及扩大眼视视角，以实现小型化、低像差且大眼视视角的产品设计。

图11为本发明的第二实施例的目镜光学系统的示意图，而图12a至图12d为第二实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图11，本发明目镜光学系统10的一第二实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同。此外，在本实施例中，第一透镜3的目侧面31为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部312及一位于圆周附近区域的凹面部314。第二透镜4具有负屈光率。第二透镜4的目侧面41为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部412及一位于圆周附近区域的凹面部414。第二透镜4的显示侧面42为一平面，且具有一位于光轴i附近区域的平面部425及一位于圆周附近区域的平面部426。第三透镜5具有正屈光率。另外，在本实施例中，第三透镜5的显示侧面52为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图11中省略部分与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52皆为球面。

第二实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图13所示，且第二实施例的目镜光学系统10整体的efl为44.658mm，ω为45.000°，ttl为57.500mm，fno为8.864，且0.5倍的dld为31.563mm。

如图14所示，则为第二实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第二实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图43及图44所示。

本第二实施例在其光瞳半径为2.5000mm时的纵向球差图示图12a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±2毫米的范围内。在图12b与图12c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±17毫米内。而图12d的畸变像差图式则显示本第二实施例的畸变像差维持在±30％的范围内。据此说明本第二实施例相较于现有的目镜光学系统，在ttl已缩短至57.500mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第二实施例相较于第一实施例的优点在于：第二实施例的fno小于第一实施例的fno。第二实施例的ω大于第一实施例的ω。

图15为本发明的第三实施例的目镜光学系统的示意图，而图16a至图16d为第三实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图15，本发明目镜光学系统10的一第三实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同，此外，在本实施例中，第一透镜3的目侧面31具有一位于光轴i降近区域的凹面部312及一位于圆周附近区域的凹面部314。第二透镜4的目侧面41具有一位于光轴i附近区域的凸面部411及一位于圆周附近区域的凹面部414。第二透镜4的显示侧面42具有一位于光轴i附近区域的凹面部422及一位于圆周附近区域的凸面部423。第三透镜5的目侧面51具有一位于光轴i附近区域的凸面部511及一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的显示侧面52具有一位于光轴i附近区域的凹面部522及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图15中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51及显示侧面32、42及52皆为非球面。

第三实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图17所示，且第三实施例的目镜光学系统10整体的efl为48.338mm，ω为45.000°，ttl为53.228mm，fno为8.024，且0.5倍的dld为35.333mm。

如图18所示，则为第三实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第三实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图43及图44所示。

本第三实施例在其光瞳半径为3.0000mm时的纵向球差图示图16a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.6毫米的范围内。在图16b与图16c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.5毫米内。而图16d的畸变像差图式则显示本第三实施例的畸变像差维持在±28％的范围内。据此说明本第三实施例相较于现有光学镜头，在ttl已缩短至53.228mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第三实施例相较于第一实施例的优点在于：第三实施例的目镜光学系统10的ttl小于第一实施例的ttl，第三实施例的fno小于第一实施例的fno，第三实施例的半眼视视角ω大于第一实施例的半眼视视角ω。第三实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差。第三实施例的场曲小于第一实施例的场曲。

图19为本发明的第四实施例的目镜光学系统的示意图，而图20a至图20d为第四实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图19，本发明目镜光学系统10的一第四实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同。此外，在本实施例中，第二透镜4的目侧面41具有一位于光轴i附近区域的凸面部411及一位于圆周附近区域的凹面部414。第二透镜4的显示侧面42具有一位于光轴i附近区域的凹面部422及一位于圆周附近区域的凸面部423。第三透镜5的目侧面51为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部512及一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的显示侧面52为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图19中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52皆为非球面。

第四实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图21所示，且第四实施例的目镜光学系统10整体的efl为49.996mm，ω为45.000°，ttl为61.224mm，fno为12.430，且0.5倍的dld为35.638mm。

如图22所示，则为第四实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第四实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图43及图44所示。

本第四实施例在光瞳半径为2.0000mm时且当波长为486nm、587nm及656nm时的纵向球差图示图20a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.65毫米的范围内。在图20b与图20c当波长为486nm、587nm及656nm时的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.1毫米内。而图20d的畸变像差图式则显示本第四实施例的畸变像差维持在±29％的范围内。据此说明本第四实施例相较于现有光学镜头，在ttl已缩短至61.224mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第四实施例相较于第一实施例的优点在于：第四实施例的ω大于第一实施例的ω。第四实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差。第四实施例的场曲小于第一实施例的场曲。第四实施例的透镜的光轴与圆周附近区域的厚薄差异比第一实施例小，因此第四实施例比第一实施例易于制造，所以良率较高。

图23为本发明的第五实施例的目镜光学系统的示意图，而图24a至图24d为第五实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图23，本发明目镜光学系统10的一第五实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同，此外，在本实施例中，第二透镜4的目侧面41具有一位于光轴i附近区域的凸面部411及一位于圆周附近区域的凹面部414。第二透镜4的显示侧面42具有一位于光轴i附近区域的凹面部422及一位于圆周附近区域的凸面部423。第三透镜5的目侧面51为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部512及一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的显示侧面52为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图23中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52为非球面。

第五实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图25所示，且第五实施例的目镜光学系统10整体的efl为50.117mm，ω为45.000°，ttl为61.318mm，fno为12.460，且0.5倍的dld为35.857mm。

如图26所示，则为第五实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第五实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图43及图44所示。

本第五实施例在其光瞳半径为2.0000mm时的纵向球差图示图24a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±0.62毫米的范围内。在图24b与图24c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.2毫米内。而图24d的畸变像差图式则显示本第五实施例的畸变像差维持在±29％的范围内。据此说明本第五实施例相较于现有光学镜头，在ttl已缩短至61.318mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第五实施例相较于第一实施例的优点在于：第五实施例的ω小于第一实施例的ω。第五实施例的纵向球差小于第一实施例的纵向球差。第五实施例的场曲小于第一实施例的场曲。第五实施例的透镜的光轴与圆周附近区域的厚薄差异比第一实施例小，因此第五实施例比第一实施例易于制造，所以良率较高。

图27为本发明的第六实施例的目镜光学系统的示意图，而图28a至图28d为第六实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图27，本发明目镜光学系统10的一第六实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同。第二透镜4的显示侧面42为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部422及一位于圆周附近区域的凹面部424。第三透镜5的目侧面51为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部512及一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的显示侧面52为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图27中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52皆为非球面。

第六实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图29所示，且第六实施例的目镜光学系统10整体的efl为50.272mm，ω为45.000°，ttl为62.697mm，fno为8.306，且0.5倍的dld为35.286mm。

如图30所示，则为第六实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第六实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图45与图46所示。

本第六实施例在其光瞳半径为3.0000mm时的纵向球差图示图28a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±135毫米的范围内。在图28b与图28c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.2毫米内。而图28d的畸变像差图式则显示本第六实施例的畸变像差维持在±21％的范围内。据此说明本第六实施例相较于现有光学镜头，在ttl已缩短至62.697mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第六实施例相较于第一实施例的优点在于：第六实施例的fno小于第一实施例的fno。第六实施例的ω小于第一实施例的ω。第六实施例的场曲小于第一实施例的场曲。第六实施例的透镜的光轴与圆周附近区域的厚薄差异比第一实施例小，因此第六实施例比第一实施例易于制造，所以良率较高。

图31为本发明的第七实施例的目镜光学系统的示意图，而图32a至图32d为第七实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图31，本发明目镜光学系统10的一第七实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同。第二透镜4的目侧面41具有一位于光轴i附近区域的凸面部411及一位于圆周附近区域的凹面部414。第二透镜4的显示侧面42具有一位于光轴i附近区域的凹面部422及一位于圆周附近区域的凸面部423。第三透镜5的目侧面51为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部512及一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的显示侧面52为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图31中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52皆为非球面。

第七实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图33所示，且第七实施例的目镜光学系统10整体的efl为50.090mm，ω为45.000°，ttl为63.000mm，fno为8.225，且0.5倍的dld为35.192mm。

如图34所示，则为第七实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第七实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图45与图46所示。

本第七实施例在光瞳半径为3.0000mm时的纵向球差图示图32a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±1.1毫米的范围内。在图32b与图32c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.9毫米内。而图32d的畸变像差图式则显示本第七实施例的畸变像差维持在±30％的范围内。据此说明本第七实施例相较于现有光学镜头，在ttl已缩短至63.000mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第七实施例相较于第一实施例的优点在于：第七实施例的fno小于第一实施例的fno。第七实施例的ω大于第一实施例的ω。第七实施例的场曲小于第一实施例的场曲。第七实施例的透镜的光轴与圆周附近区域的厚薄差异比第一实施例小，因此第七实施例比第一实施例易于制造，所以良率较高。

图35为本发明的第八实施例的目镜光学系统的示意图，而图36a至图36d为第八实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图35，本发明目镜光学系统10的一第八实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同。此外，在本实施例中，第一透镜3的目侧面31为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部312及一位于圆周附近区域的凹面部314。第二透镜4的显示侧面42具有一位于光轴i附近区域的凹面部422及一位于圆周附近区域的凸面部423。第三透镜5的目侧面51为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部512及一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的显示侧面52为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图35中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52皆为非球面。

第八实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图37所示，且第八实施例的目镜光学系统10整体的efl为50.327mm，ω为45.000°，ttl为63.000mm，fno为8.092，且0.5倍的dld为34.974mm。

如图38所示，则为第八实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第八实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图45与图46所示。

本第八实施例在光瞳半径为3.0000mm时的纵向球差图示图36a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±1.35毫米的范围内。在图36b与图36c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±0.98毫米内。而图36d的畸变像差图式则显示本第八实施例的畸变像差维持在±30％的范围内。据此说明本第八实施例相较于现有光学镜头，在ttl已缩短至63.000mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第八实施例相较于第一实施例的优点在于：第八实施例的fno小于第一实施例的fno。第八实施例的ω大于第一实施例的ω。第八实施例的场曲小于第一实施例的场曲。第八实施例的透镜的光轴与圆周附近区域的厚薄差异比第一实施例小，因此第八实施例比第一实施例易于制造，所以良率较高。

图39为本发明的第九实施例的目镜光学系统的示意图，而图40a至图40d为第九实施例之目镜光学系统的纵向球差与各项像差图。请先参照图39，本发明目镜光学系统10的一第九实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异如下所述：各光学数据、非球面系数及这些透镜3、4及5间的参数或多或少有些不同。此外，在本实施例中，第一透镜3的目侧面31具有一位于光轴i附近区域的凹面部312及一位于圆周附近区域的凸面部313。第二透镜4的显示侧面42具有一位于光轴i附近区域的凹面部422及一位于圆周附近区域的凸面部423。第三透镜5的目侧面51为一凹面，且具有一位于光轴i附近区域的凹面部512及一位于圆周附近区域的凹面部514。第三透镜5的显示侧面52为一凸面，且具有一位于光轴i附近区域的凸面部521及一位于圆周附近区域的凸面部523。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图39中省略与第一实施例相同的凹面部与凸面部的标号。在本实施例中，目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52皆为非球面。

第九实施例的目镜光学系统10详细的光学数据如图41所示，且第九实施例的目镜光学系统10整体的efl为51.558mm，ω为45.000°，ttl为61.921mm，fno为8.324，且0.5倍的dld为35.043mm。

如图42所示，则为第九实施例的目侧面31、41及51与显示侧面32、42及52在公式(1)中的各项非球面系数。

另外，第九实施例之目镜光学系统10中各重要参数间的关系如图45与图46所示。

本第九实施例在光瞳半径为3.0000mm时的纵向球差图示图40a中，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在±1.4毫米的范围内。在图40b与图40c的二个场曲像差图示中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在±1.2毫米内。而图40d的畸变像差图式则显示本第九实施例的畸变像差维持在±32％的范围内。据此说明本第九实施例相较于现有光学镜头，在ttl已缩短至61.921mm左右的条件下，仍能提供良好的成像质量。

经由上述说明可得知，第九实施例相较于第一实施例的优点在于：第九实施例的fno小于第一实施例的fno。第九实施例的ω大于第一实施例的ω。第九实施例的场曲小于第一实施例的场曲。此外，第九实施例的透镜的光轴与圆周附近区域的厚薄差异比第一实施例小，因此第九实施例比第一实施例易于制造，所以良率较高。

再配合参阅图43至图46，为上述九个实施例的各项光学参数的表格图，当本发明的实施例的目镜光学系统10中的各项光学参数间的关系式符合下列条件式的至少其中之一时，可协助设计者设计出具备良好光学性能、整体长度有效缩短、眼视视角有效增加、且技术上可行之目镜光学系统：

一、为了达成缩短目镜光学系统10的系统长度且眼视视角有效扩大的功效，适当地缩短透镜厚度和透镜间的空气间隙，但考虑到透镜组装过程的难易度以及必须兼顾成像质量的前提下，透镜厚度及透镜间的空气间隙彼此需互相调配，故在满足以下条件式的至少其中之一之下，目镜光学系统10可达到较佳的配置：

(a)满足1.0≦ttl/g3d，较佳是满足1.0≦ttl/g3d≦4.5。当满足1.0≦ttl/g3d≦1.5时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.5≦ttl/g3d≦4.5时，纵向球差可获得较明显的改善。

(b)满足0.5≦(t1+g12)/t2，较佳是满足0.50≦(t1+g12)/t2≦4.50。

(c)满足1.5≦ttl/(t1+t2)，较佳是满足1.50≦ttl/(t1+t2)≦6.00。当满足3.0≦ttl/(t1+t2)≦6.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.5≦ttl/(t1+t2)≦3.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(d)满足2.5≦ttl/(t2+t3)，较佳是满足2.50≦ttl/(t2+t3)≦9.00。

(e)满足3.0≦ttl/(g23+t3)，较佳是满足3.00≦ttl/(g23+t3)≦23.00。当满足6.0≦ttl/(g23+t3)≦23.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足3.0≦ttl/(g23+t3)≦6.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(f)满足1.0≦d1/t1，较佳是满足1.00≦d1/t1≦5.00。当满足4.0≦d1/t1≦5.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.0≦d1/t1≦4.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(g)满足2.0≦d2/t2，较佳是满足2.00≦d2/t2≦19.00。

(h)满足6.0≦d3/t3，较佳是满足6.00≦d3/t3≦21.00。

(i)满足t1/t2≦6，较佳是满足0.50≦t1/t2≦6.00。当满足1.4≦t1/t2≦6.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足0.5≦t1/t2≦4.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(j)满足1≦t1/(g12+t3)，较佳是满足1.00≦t1/(g12+t3)≦8.00。当满足1.0≦t1/(g12+t3)≦3.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足3.0≦t1/(g12+t3)≦8.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(k)满足0.25≦t2/(g12+t3)，较佳是满足0.25≦t2/(g12+t3)≦8.00。当满足0.25≦t2/(g12+t3)≦2.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.4≦t2/(g12+t3)≦8.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(l)满足g3d/t1≦7，较佳是满足0.5≦g3d/t1≦7.00。当满足4.0≦g3d/t1≦7.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足0.5≦g3d/t1≦1.5时，纵向球差可获得较明显的改善。

(m)满足g3d/t2≦22，较佳是满足0.9≦g3d/t2≦22.00。当满足7.0≦g3d/t2≦22.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足0.9≦g3d/t2≦3.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(n)满足3≦g3d/t3，较佳是满足3.0≦g3d/t3≦18.00。当满足5.0≦g3d/t3≦18.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足3.0≦g3d/t3≦8.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(o)满足g3d/gaa≦430，较佳是满足1.0≦g3d/gaa≦430.00。当满足30.0≦g3d/gaa≦430.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.0≦g3d/gaa≦2.4时，纵向球差可获得较明显的改善。

(p)满足g3d/alt≦3.5，较佳是满足0.4≦g3d/alt≦3.5。当满足2.00≦g3d/alt≦3.5时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足0.4≦g3d/alt≦0.8时，纵向球差可获得较明显的改善。

(q)满足sl/t1≦11，较佳是满足3.0≦sl/t1≦11.0。当满足8.00≦sl/t1≦11.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足3.0≦sl/t1≦6.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

二、调整efl有助于眼视视角的扩大，若满足以下条件式的至少其中之一，在目镜光学系统10的系统长度缩短时，也可帮助扩大眼视视角：

(a)满足1.0≦efl/(t1+g12+t2)，较佳是满足1.00≦efl/(t1+g12+t2)≦4.50。当满足2.0≦efl/(t1+g12+t2)≦4.5时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.0≦efl/(t1+g12+t2)≦2.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(b)满足2.0≦efl/t1，较佳是满足2.00≦efl/t1≦7.00。当满足5.0≦efl/t1≦7.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足2.0≦efl/t1≦5.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(c)满足2.5≦efl/t2，较佳是满足2.50≦efl/t2≦25.00。当满足10.0≦efl/t2≦25.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足2.5≦efl/t2≦10.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

三、为使出瞳距离er与光学各参数维持一适当值，避免任一参数过大而不利于该目镜光学系统10整体之薄型化，或是避免任一参数过小而影响组装或是提高制造上之困难度，可满足下列条件式的至少其中之一：

(a)满足0.5≦alt/er，较佳是满足0.50≦alt/er≦3.00。当满足0.5≦alt/er≦1.5时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.5≦alt/er≦3.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(b)满足3.5≦ttl/er，较佳是满足3.50≦ttl/er≦5.50。当满足3.5≦ttl/er≦4.5时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足4.5≦ttl/er≦5.5时，纵向球差可获得较明显的改善。

(c)满足1.1≦g3d/er，较佳是满足1.10≦g3d/er≦3.50。当满足2.5≦g3d/er≦3.5时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足1.1≦g3d/er≦2.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(d)满足er/t1≦2.3，较佳是满足0.50≦er/t1≦2.30。当满足1.5≦er/t1≦2.3时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足0.5≦er/t1≦1.2时，纵向球差可获得较明显的改善。

(e)满足er/t2≦8，较佳是满足0.60≦er/t2≦8.00。当满足2.5≦er/t2≦8.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足0.6≦er/t2≦2.5时，纵向球差可获得较明显的改善。

(f)满足2≦er/t3，较佳是满足2.00≦er/t3≦7.00。当满足2.0≦er/t3≦6.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足2.5≦er/t3≦5.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(g)满足efl/er≦4.5，较佳是满足2.00≦efl/er≦4.50。当满足3.5≦efl/er≦4.5时，纵向球差可获得较明显的改善。

四、借着限制epsd与各光学参数的大小的关系，使得半眼视视角不致过小而视觉狭窄：

(a)满足dld/epsd≦36，较佳是满足20.0≦dld/epsd≦36.00。当满足20.0≦dld/epsd≦28.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足22.0≦dld/epsd≦36.0时，纵向球差可获得较明显的改善。另外，当满足6≦0.5dld/epsd≦20时，也可明显改善像差。

(b)满足dld/g3d≦5，较佳是满足1.30≦dld/g3d≦5.00。当满足1.3≦dld/g3d≦2.2时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足3.3≦dld/g3d≦5.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

(c)满足efl/dld≦0.8，较佳是满足0.6≦efl/dld≦0.80。当满足0.65≦efl/dld≦0.75时，纵向球差可获得较明显的改善。

五、当目镜光学系统10满足f2/f1≦15条件式，有利于在第二透镜4修正第一透镜3的像差条件下不过多影响目镜光学系统10的efl或影像放大率，较佳为满足(-3)≦f2/f1≦15，以避免第二透镜4屈光率太小不足以修正第一透镜3的像差。当满足(-3.0)≦f2/f1≦3.0时，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足3.0≦f2/f1≦15.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

六、250mm为青年人的明视距离，即青年人眼睛可以清楚聚焦的最近之距离，则系统之放大率可近似于250毫米(mm)与g3d的比值，因此当系统满足250mm/g3d≦25时，使得系统放大率不致过大而增加透镜厚度与制造困难度。若进一步满足2.5≦250mm/g3d≦25，则使得g3d不致过长而影像系统长度。当满足2.5≦250mm/g3d≦10.0，畸变与像散像差可获得较明显的改善。当满足10.0≦250mm/g3d≦25.0时，纵向球差可获得较明显的改善。

七、在满足以下条件式的至少其中之一之下，可有效加强物体局部成像的清晰度，并可有效修正物体局部成像之像差：

(a)满足0.8≦ν1/ν2，较佳是满足0.80≦ν1/ν2≦3.0。当满足0.8≦ν1/ν2≦1.2时，纵向球差可获得较明显的改善。

(b)对于第二实施例，当︱ν1-ν2︱≧20及︱ν1-ν3︱≦5两者都满足时，可有效修正物体局部成像之像差。对于其他实施例，当︱ν1-ν2︱≦5及︱ν1-ν3︱≧20两者都满足时，可有效修正物体局部成像之像差。

八、当系统满足40°≦ω时，可使观察者更具有沉浸感。

九、若系统可满足下列条件式的至少其中之一：0.69≦(er+g12+t3)/t1≦2.09、0.79≦(er+g12+t3)/t2≦3.25、0.99≦(er+g12+t3)/g23≦16.16、0.38≦(er+g12+t3)/g3d≦1.02、1.27≦(er+g12+g3d)/t1≦7.19、1.71≦(er+g12+g3d)/t2≦11.19、1.81≦(er+g12+g3d)/gaa≦49.2、1.03≦(er+t2+t3)/t1≦2.72、0.49≦(er+t2+t3)/g3d≦1.71、1.84≦(er+t3+g3d)/t2≦11.72、0.7≦(er+g23+alt)/g3d≦3.82、0.43≦(er+t2+gaa)/g3d≦2.23及0.7≦(er+tl)/g3d≦3.82，则使出瞳距离与光学各参数维持一适当值，避免任一参数过大而不利于该目镜光学系统10离眼睛距离太远或太近造成眼睛不适，或是避免任一参数过小而影响组装或是提高制造上之困难度。

十、若系统可满足下列条件式的至少其中之一：1.06≦(er+g12+t3)/t1≦2.77、0.79≦(er+g12+t3)/t2≦11.05、1.63≦(er+g12+t3)/g23≦55.25、0.38≦(er+g12+t3)/g3d≦0.83、2.08≦(er+g12+g3d)/t1≦7.19、1.71≦(er+g12+g3d)/t2≦27.55、3.49≦(er+g12+g3d)/gaa≦110.2、2.1≦(er+t2+t3)/t1≦3、1.84≦(er+t3+g3d)/t2≦31、0.7≦(er+g23+alt)/g3d≦2.87、0.43≦(er+t2+gaa)/g3d≦2.05及0.7≦(er+tl)/g3d≦2.87，则有利于降低场曲。

十一、若系统可满足下列条件式的至少其中之一：2.08≦(er+g12+t3)/t1≦2.77、3.24≦(er+g12+t3)/t2≦11.05、16.15≦(er+g12+t3)/g23≦55.25、0.38≦(er+g12+t3)/g3d≦0.56、6.88≦(er+g12+g3d)/t1≦7.19、11.18≦(er+g12+g3d)/t2≦27.55、49.19≦(er+g12+g3d)/gaa≦110.2、2.71≦(er+t2+t3)/t1≦3、0.49≦(er+t2+t3)/g3d≦0.6、11.71≦(er+t3+g3d)/t2≦31、0.7≦(er+g23+alt)/g3d≦0.81、0.43≦(er+t2+gaa)/g3d≦0.46及0.7≦(er+tl)/g3d≦0.82，则有利于降低纵向球差。

十二、若系统可满足下列条件式的至少其中之一：1.1≦ttl/efl≦1.29、1.34≦sl/efl≦1.63、1.35≦dld/efl≦1.47及1.2≦(t1+g23)/t2≦6.06，则可使efl或光学各参数维持一适当值，避免任一参数过大而不利于该目镜光学系统10整体之像差的修正，或是避免任一参数过小而影响组装或是提高制造上之困难度。当满足1.2≦ttl/efl≦1.29、1.43≦sl/efl≦1.63、1.29≦dld/efl≦1.47及1.2≦(t1+g23)/t2≦4.2的至少其中之一时，则有利于降低场曲。当满足1.75≦(t1+g23)/t2≦4.2时，则有利于降低纵向球差。

然而，有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的实施例的架构之下，符合上述条件式能较佳地使本发明的实施例的系统长度缩短、可用光圈增大、眼视视角增加、er>8mm、成像质量提升，或组装良率提升而改善先前技术的缺点。

综上所述，本发明的实施例的目镜光学系统10可获致下述的功效及优点：

一、本发明各实施例的纵向球差、场曲、畸变皆符合使用规范。另外，450纳米、540纳米及630纳米，或486纳米、587纳米及656纳米三种代表波长在不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差皆获得控制而具有良好的球差、像差、畸变抑制能力。进一步参阅成像质量数据，450纳米、540纳米及630纳米，或486纳米、587纳米及656纳米三种代表波长彼此间的距离亦相当接近，显示本发明的实施例在各种状态下对不同波长光线的集中性佳而具有优良的色散抑制能力，故透过上述可知本发明的实施例具备良好光学性能。

二、第一透镜3具有正屈光率、第二透镜4的显示侧面42具有位于光轴i附近区域的凸面部421及第三透镜5的目侧面51具有位于光轴i附近区域的凸面部511，搭配第二透镜4的目侧面41具有位于光轴i附近区域的凸面部411或第二透镜4的目侧面41具有位于圆周附近区域的凸面部413，则有利于降低场曲。或者，选择第二透镜4的显示侧面42具有位于光轴i附近区域的凸面部421及第三透镜5的目侧面51具有位于圆周附近区域的凸面部511及位于圆周附近区域的凸面部513，搭配第三透镜5具有负屈光率、第三透镜5的显示侧面52具有位于光轴i附近区域的凹面部522或第三透镜5的显示侧面52具有位于圆周附近区域的凹面部524等面形特征也可有利于降低场曲。第二透镜4的目侧面41具有位于光轴i附近区域的凸面部411、第三透镜5的目侧面51具有位于光轴i附近区域的凸面部511及第三透镜5的显示侧面52具有位于圆周附近区域凹面部524，搭配第二透镜4具有正屈光率、第二透镜4的显示侧面42具有位于光轴i附近区域的凸面部421、第二透镜4的显示侧面42具有位于圆周附近区域的凸面部423或第三透镜5具有负屈光率，则有利于降低畸变。

三、第一透镜3的目侧面31具有位于光轴i附近区域的凹面部312，搭配第三透镜5的显示侧面52具有位于圆周附近区域的凸面部523，则有利于降低场曲。第一透镜3的目侧面31具有位于光轴i附近区域的凹面部312，搭配第二透镜4的目侧面41具有位于圆周附近区域的凹面部414或第三透镜5的目侧面51具有位于光轴i附近区域的凸面部511，则有利于降低纵向球差。第一透镜3的目侧面31具有位于光轴i附近区域的凹面部312，搭配第一透镜3的目侧面31具有位于圆周附近区域的凸面部313、第二透镜4具有负屈光率、第二透镜4的目侧面41具有位于光轴i附近区域的凹面部412、第三透镜5具有正屈光率或第三透镜5的目侧面51具有位于圆周附近区域的凸面部513等面形特征有利于成像光线进入眼睛成像。

四、第二透镜4的显示侧面42具有位于光轴i附近区域的凹面部422搭配第二透镜4具有正屈光率，则有利于降低畸变。第二透镜4的显示侧面42具有位于光轴i附近区域的凹面部422及第二透镜4的目侧面41具有位于光轴i附近区域的凸面部411搭配第三透镜5具有负屈光率或第三透镜5的目侧面51具有位于圆周附近区域的凹面部514，则有利于降低纵向球差。具有第二透镜4的目侧面41具有位于光轴i附近区域的凸面部411、第二透镜4的显示侧面42具有位于光轴i附近区域的凹面部422及第三透镜5的目侧面41具有位于光轴i附近区域的凹面部512的特征，或具有第二透镜4的目侧面41具有位于光轴i附近区域的凸面部411、第三透镜5的目侧面51具有位于光轴i附近区域的凹面部512及第三透镜5的显示侧面52具有位于光轴i附近区域的凸面部521的特征，则有利于降低场曲。

五、此外，另可选择实施例参数之任意组合关系增加系统限制，以利于本发明实施例相同架构的系统设计。有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的实施例的架构之下，符合上述条件式能较佳地使本发明的实施例的系统长度缩短、出瞳直径增大、成像质量提升，或组装良率提升而改善先前技术的缺点。

六、前述所列之示例性限定关系式，亦可任意选择性地合并不等数量施用于本发明之实施态样中，并不限于此。在实施本发明时，除了前述关系式之外，亦可针对单一透镜或广泛性地针对多个透镜额外设计出其他更多的透镜的凹凸曲面排列等细部结构，以加强对系统性能及/或分辨率的控制，举例来说，第一透镜的目侧面上可选择性地额外形成有一位于光轴附近区域的凸面部。须注意的是，此些细节需在无冲突之情况之下，选择性地合并施用于本发明之其他实施例当中。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。