一种虚拟现实装置的制作方法
本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种虚拟现实装置。
背景技术：
虚拟现实目视光学系统是一种利用透镜成像原理，将显示屏所产生的影像由光学系统呈一放大的虚像。同时，通过调节人眼左右眼视差，让使用者可以看到立体图像。
为了满足使用者使用虚拟现实头盔时的沉浸感，虚拟现实目视光学系统需要有足够大的视场角度，同时，为了增加使用者的舒适度，虚拟现实头盔应具备小巧以及质量轻的特点，这就要求虚拟现实的光学系统必须紧凑且质量较轻。另一方面，目前所有的虚拟现实技术都会使使用者在使用虚拟头盔时出现眩晕感以及眼疲劳现象，不利于保护使用者的视力，这也是目前虚拟现实技术的技术瓶颈。
技术实现要素：
本发明提供一种虚拟现实装置，用以解决在使用现有虚拟现实装置时容易产生视觉疲劳的技术问题。
本发明实施例提供一种虚拟现实装置，包括光学透镜及与所述光学透镜相对设置的显示屏幕，所述显示屏幕设置在所述光学透镜的焦点位置与所述光学透镜的最佳聚焦位置之间；其中，所述最佳聚焦位置为预定视场角所对应的弥散圆中直径最小的弥散圆所在平面的位置。
可选的实施例中，所述显示屏幕固定设置在所述光学透镜的焦点位置与所述光学透镜的最佳聚焦位置之间，且所述显示屏幕与所述最佳聚焦位置之间的距离为s，s的取值范围为：
可选的实施例中，所述显示屏幕可移动地设置在所述光学透镜的焦点位置与所述光学透镜的最佳聚焦位置之间；所述显示屏幕的移动使得所述显示屏幕与所述最佳聚焦位置之间的最大距离为
进一步的，所述光学透镜的焦距f的取值范围为：37mm<f<50mm。
进一步的，所述光学透镜的视场角大于或等于100°。
进一步的，所述光学透镜的有效口径大于或等于23mm。
可选的实施例中，所述光学透镜包括沿同一旋转轴旋转而成的第一面和第二面，所述第一面设置在靠近人眼的一侧，所述第二面设置在靠近所述显示屏幕的一侧，所述第一面和所述第二面为曲面，其中，所述第一面的曲率半径大于所述第二面的曲率半径。
进一步的，所述光学透镜为菲涅尔透镜，且所述第二面为菲涅尔面，所述菲涅尔面包括多个同心环，所述多个同心环等间距，或者所述多个同心环等深度。
进一步的，所述光学透镜包括第一面和第二面，所述第一面设置在靠近人眼的一侧，所述第二面设置在靠近所述显示屏幕的一侧，所述第一面为平面，所述第二面为菲涅尔面。
可选的，所述光学透镜还包括一固定框架，所述固定框架固定在所述光学透镜的外边缘，所述固定框架的厚度与所述光学透镜的边缘厚度一致。
可选的，所述光学透镜的边缘厚度d2，满足1mm≤d2≤1.5mm。
可选的，所述固定框架上覆盖有不透光介质。
本发明实施例中，为保证人眼能够看到清楚显示屏幕所成的像，将显示屏幕的位置设置在最佳聚焦位置与光学透镜的焦点位置之间，使显示屏幕所成的像既能被人眼看清，又能减对人眼的压迫感，避免人眼长时间观看产生视觉疲劳。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种虚拟现实装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种虚拟现实装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种等间距的菲涅尔面的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种等深度的菲涅尔面的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种带有固定框架的光学透镜的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种带有固定框架的光学透镜的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的第一种示例中虚拟现实装置的目视光学系统的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的第二种示例中虚拟现实装置的目视光学系统的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的第三种示例中虚拟现实装置的目视光学系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的一种虚拟现实装置进行详细说明。
虚拟现实装置的目视光学系统，可以理解为人眼通过一光学透镜观察显示屏幕所显示的图像，显示屏幕为使用者所观察的物体，光学透镜相当于一个放大镜，当物体与光学透镜的距离小于光学透镜的焦距时，即显示屏幕放置在光学透镜的焦距以内时，显示屏幕经光学透镜呈放大的虚像。为了减弱使用者在使用虚拟现实装置(如虚拟头盔)时的眩晕感，在使用者通过光学透镜观察显示屏幕所成的虚像时，显示屏幕所成的虚像既要满足人眼能够看清，还要满足成像位置设计在远处，这样才能减少显示屏幕所成的虚像对人眼的压迫感，避免人眼疲劳。基于这一发明构思，本发明实施例提供一种虚拟现实装置，用以解决在使用现有虚拟现实装置时容易产生视觉疲劳的技术问题。
本发明实施例提供的一种虚拟现实装置，如图1或图2所示，包括光学透镜2及与光学透镜2相对设置的显示屏幕3，其中，在该虚拟现实装置的目视光学系统中，人眼位置1靠近光学透镜2的第一面s1设置，光学透镜2的第二面s2靠近显示屏幕3设置，显示屏幕3设置在光学透镜2的焦点位置f与光学透镜2的最佳聚焦位置p之间，最佳聚焦位置p为预定视场角所对应的弥散圆中直径最小的弥散圆所在平面的位置。
在人眼位置1、光学透镜2和显示屏幕3构成的目视光学系统中，根据人眼成像原理和放大镜原理，人眼通过光学透镜2观察显示屏幕3所成的像时，显示屏幕3发出的光经光学透镜2进行人眼1时，人眼能够观察到的视野角度称为视场角，在人眼中心位置发生变化时也即人眼处于不同位置时，它的视场角是不同的。本发明实施例中将预定视场角所对应的弥散圆中直径最小的弥散圆所在平面的位置，称作最佳聚焦位置，其中预定视场角不限，可以是任意合理的视场角，在优选的实施例中可将中心视场角设定为预定视场角，中心视场角是指人眼的中心与光学透镜2的光轴所成的夹角为零度时所成的视场角，最佳聚焦位置可参照图1或图2中的p点。可选的，本发明实施例中的最佳聚焦位置p点，可以通过以下方式确定：根据人眼成像原理对目视光学系统进行反向建模，仿真出目视光学系统中光学透镜2的最佳聚焦位置p点。参照图2所示的目镜光学系统，经过目视光学系统反向建模，光学透镜2的最佳聚焦点为p点。
第一方面，根据光路的可逆性可知，当显示屏幕3位于最佳聚焦位置p点时，显示屏幕3所成的像进入人眼时，人眼能够清楚的看到显示屏幕3所成的像。第二方面，根据放大镜成像原理，当显示屏幕3在1倍焦距以内，并且越接近焦点位置，显示屏幕3所成的像越远，显示屏幕3所成的像对人眼的压迫感越小，为了增加人眼到虚像的距离，显示屏幕3应更靠近焦点。兼顾这两个方面的成像特点，本发明实施例中，为了使显示屏幕3所成的像既能让人眼看清，又能减少显示屏幕3所成的虚像对人眼的压迫感，避免人眼疲劳，兼顾上述两个方面的成像特点，将显示屏幕3的位置设置在介于最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，而不是将显示屏幕3设置在最佳聚焦位置p点。
但是，显示屏幕3不能过于接近光学透镜2的焦点位置f，否则就会导致不同视场角所对应的弥散圆过大，因而导致人眼不能分辨清楚像的细节，由此，人眼会感觉到看到的是模糊的像。为了能够使人眼所观察的像具有足够多的细节，显示屏幕3的位置可介于最佳观察位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，并且显示屏幕3与最佳聚焦位置p点之间的距离不超过设定阈值，这个设定阈值为显示屏幕3与最佳聚焦位置p点之间的最大距离。本发明实施例中，显示屏幕3与最佳聚焦位置p点之间的最大距离，相当于显示屏幕3由最佳聚焦位置p点朝向光学透镜2的焦点位置f移动的最远距离。
物理学里，人眼看太远和太近的物体时，眼球都要进行调节，也就是改变眼球的突起程度，但是有一个距离恰能使眼球不需要调整晶状体就能看清楚，这个距离称作明视距离，约为250mm。当显示屏幕3所成像的位置能够接近明视距离，恰能使眼球不需要调整晶状体就能看清楚，使得人眼能在较为舒适、放松的情况下观看显示屏幕3显示的内容，这时人眼的调节功能不太紧张，可以长时间观察而不易疲劳。
为了确定显示屏幕3由最佳聚焦位置p点朝向光学透镜2的焦点位置f移动的最远距离，本发明的发明人发现，如果用肉眼观察物体，当物体由远移近时，当到达明视距离s0以后，继续往人眼方向移动，眼睛将会感觉疲劳甚至看不清，因此可以认为眼睛的晶状体对观察的物体的调节范围在无穷大∞～s0之间，且越靠近s0越能看清细节。将这一发现应用在虚拟现实装置的目视光学系统中时，本发明的发明人发现，假设眼睛靠近光学透镜2，显示屏幕3设置在光学透镜2与光学透镜2的焦点位置f之间，且显示屏幕3位于可允许移动的一个焦深大小的范围内时，可以使光学透镜2所成的像在人眼的调焦范围内，并且此时所成的像为清晰的像。这是因为焦深是指保持物体所成的像为清晰的像的基础上，焦点位置f(焦平面)沿着光学透镜光轴所允许移动的最大距离。在焦点位置f允许移动的距离内，物体位置，以及物体所成的像的位置在原位置的基础上，也有一个可以允许移动的距离，将这一发现应用在本发明实施例的目视光学系统中时，在将显示屏幕3的位置设置在介于最佳聚焦位置p点与焦点位置f之间，且显示屏幕3位于可允许移动的一个焦深大小的范围内时，能够使光学透镜2所成的像在人眼的调焦范围内，并且此时所成的像为清晰的像。进一步的，在将显示屏幕3的位置设置在介于最佳聚焦位置p点与焦点位置f之间时，为了使人眼能够看清显示屏幕3所成的像的细节，可以根据光学透镜2的焦深δx来确定显示屏幕3的位置由最佳聚焦位置p点朝向光学透镜2的焦点位置f移动的最远距离。
可选的，光学透镜2的焦深δx可以根据牛顿公式确定。
根据牛顿公式x*x'＝f*f'，其中，x表示物点到物方焦点的距离，x'表示为像点的位置，f、f'分别表示物方焦距和像方焦距。根据放大镜原理，当像点位置x'从-∞向-s0移动时，相应的物点到物方焦点的距离从0到
根据牛顿公式，
综上，在本发明实施例提供的虚拟现实装置的目视光学系统中，为保证人眼能够看到清楚显示屏幕3所成的像，需将显示屏幕3设置在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，为保证显示屏幕3所成的像对人眼的压迫感最小，令显示屏幕3距离最佳聚焦位置p点的最远距离为光学透镜2的焦深的大小，相当于显示屏幕3可以以最佳聚焦位置p点为起始点朝向焦点位置f的方向移动，且显示屏幕3可移动的最大距离满足
基于上述实施例中显示屏幕3与光学透镜2的焦点位置f、光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间的位置关系，一种可选的实施例中，显示屏幕3固定设置在光学透镜2的焦点位置f与所述光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间，若显示屏幕3与最佳聚焦位置p之间的距离为s，则s的取值范围为：
本发明实施例中，并不限于将显示屏幕3设置在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，理论上也可以包括将显示屏幕3设置在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的第二面s2之间，令显示屏幕3距离最佳聚焦位置p点的最远距离等于光学透镜2的焦深的大小，即相当于显示屏幕3可以以最佳聚焦位置p点为起始点朝向光学透镜2的第二面s2的方向移动，且显示屏幕3可移动的最大距离满足
进一步的，由于光学透镜2的焦距f远远小于s0，因此当显示屏幕3由最佳聚焦位置p点朝向焦点位置f移动的最大距离可近似为：
本发明实施例中，并不限于显示屏幕3固定设置在光学透镜2的焦点位置与所述光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间。另一种可选的实施例中，所述显示屏幕3可移动地设置在所述光学透镜2的焦点位置f与所述光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间。例如，在虚拟现实装置中设计一个滑动部件来实现显示屏幕3在焦点位置f与所述光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间移动。为了使显示屏幕3所成的像既能被人眼看清，又能减小对人眼的压迫感，避免人眼长时间观看产生视觉疲劳，在所述显示屏幕3的移动过程中所述显示屏幕3与所述最佳聚焦位置p点之间的最大距离为
基于上述任一实施例，当显示屏幕3由最佳聚焦位置p点朝向焦点位置f移动的最大距离与光学透镜2的焦距f的平方成正比时，焦距f越大，光学透镜的焦深越长。因此为了使像距足够远，应采用焦距较长的透镜，但为了保证光学系统的紧凑感，光学透镜2的焦距又不能过长，否则会导致光学系统过于笨重，增加使用者的负担。为了使光学透镜2兼备小体积和对人眼压迫小，光学透镜2的焦距f的取值范围为：37mm＜f＜50mm。
基于光学透镜2的最佳聚焦位置p点与显示屏幕3的上述位置关系，以及光学透镜2的焦距的取值范围，本发明实施例的光学透镜2具有以下特点：
可选的，光学透镜2包括第一面s1和第二面s2，第一面s1设置在靠近人眼的一侧，第二面s2设置在靠近显示屏幕3的一侧，第一面s1和第二面s2为沿同一旋转轴旋转而成的曲面，可参见图2，其中，第一面s1的曲率半径大于第二面s2的曲率半径。其中，第一面s1可以为非球面或者球面，第二面s2可以为非球面或者菲涅尔面，第一面s1为非球面，第二面s2为菲涅尔面的光学透镜2参见图1。
可选的，为了进一步提高成像质量，第一面s1和第二面s2为非球面。非球面相对于球面可以有效的校正像差，第一面s1和第二面s2都为非球面时，光学透镜2所成的虚像的边缘也是清晰的，光学透镜2具有较好的成像质量。
基于第一面s1和第二面s2为非球面，光学透镜2可以具备较大的视场角，进一步的，光学透镜2的视场角大于或等于100°时，可满足较大的沉浸感。
为了使虚拟现实装置的目视光学系统更为紧凑、轻薄，可选的，光学透镜2采用菲涅尔透镜。
由于菲涅尔透镜的菲涅尔面在短焦下依然可以做得很薄，为了使光学透镜2的整体厚度变薄，使光学透镜2同时具备短焦和小尺寸，可选的，光学透镜2的第二面s2为菲涅尔面。
可选的，光学透镜2的第二面s2为菲涅尔面时，第一面s1可以是球面或者非球面。
本发明实施例中，并不限于第一面s1和第二面s2为曲面，可选实施例中，光学透镜包括第一面和第二面，第一面设置在靠近人眼的一侧，第二面设置在靠近所述显示屏幕的一侧，第一面为平面，第二面为菲涅尔面。
最佳实施例中，光学透镜2采用基面为非球面的菲涅尔透镜，即第一面s1为非球面，第二面s2为菲涅尔面，非球面相对于球面可以很好的校正像差，在此基础上，光学透镜2边缘的图像也能看清楚，进而可制备出大视场角的光学透镜2。可选的，在光学透镜2的第一面s1为非球面时，为了满足较大的沉浸感，光学透镜2的最大视角至少为100°。
可选的，光学透镜2的视场角大于或等于100°时，光学透镜2的有效口径大于或等于23mm。
可选的，光学透镜2的第二面s2为菲涅尔面时，第二面s2可以制作成等间距或者等深度的菲涅尔面。
通常，菲涅尔面上设有多个依次连接的锯齿同心环，每一个锯齿同心环包括非工作面和工作面，考虑到加工及非工作面光损失率，非工作面与菲涅尔透镜的光轴所形成的锐角为0至5度，即菲涅尔透镜的光轴在非工作面22上的投影与与菲涅尔透镜的光轴所形成的锐角为0至5度，非工作面的一端连接菲涅尔面，另一端连接工作面，工作面为弧形。
可选的，光学透镜2的第二面s2为菲涅尔面时，第二面s2制作成等间距的菲涅尔面，参照图3，菲涅尔面的多个锯齿同心环的环间距相等。在多个锯齿同心环等间距时，锯齿同心环的内径越大，加工非工作面时的环带深度越深，但环带深度越深，加工越困难。可选的，每个锯齿同心环的环带深度不大于0.25mm。
可选的，光学透镜2的第二面s2为菲涅尔面时，第二面s2制作成等深度的菲涅尔面，参照图4，多个锯齿同心环的环间距不相等，而且环带深度h相等。当菲涅尔面制作成等间距时，同心环越靠近边缘，其环带深度越深，但过深的环带深度会导致加工难度增加以及成像质量变差。为了保证菲涅尔面具有较好的成像质量，将菲涅尔面制作成等深度，可以有效减小非工作面的面积和边缘环带的深度，进而提高光利用率，并且还有助于减小非工作面对工作面的成像串扰，有利于提高菲涅尔面的成像质量。
根据透镜加工工艺，光学透镜2的边缘厚度应大于0.04d，因本发明实施例中，d≥23mm，因此光学透镜2的边缘厚度d2满足：d2>0.92mm。但从加工的难易程度来看，光学透镜2的边缘厚度d2不宜太薄，为使透镜容易加工且保证面型精度，光学透镜2的边缘厚度d2至少为1mm～1.5mm。为了进一步减轻光学透镜2的重量，整体缩小光学透镜2的厚度，光学透镜2的边缘厚度d2最大为2.5mm。可选的，本发明实施例中，光学透镜2的边缘厚度d2满足：1mm≤d2≤2.5mm。
可选的，在光学透镜2的第二面s2不是菲涅尔面时，光学透镜2的边缘厚度d2满足：1.5mm≤d2≤2.5mm。
可选的，在光学透镜2的第二面s2为菲涅尔面时，光学透镜2的边缘可以做得更薄，光学透镜2的边缘厚度d2满足：1mm≤d2≤1.5mm。
可选的，为了便于透镜安装，参照图5和图6，本发明实施例中的光学透镜2还包括一固定框架20，固定框架20固定在光学透镜2的外边缘。
可选的，固定框架20的厚度与光学透镜2的边缘厚度一致。
可选的，为了进一步减轻光学透镜2的重量，固定框架20的安装直径比光学透镜2的有效口径大1mm～3mm。
可选的，本发明实施例中，固定框架20的外沿可以是圆形、椭圆、多边形的任意一种。本实施例的固定框架20首选圆形。
可选的，光学透镜2的固定框架20上覆盖有不透光介质，可以防止显示屏幕3发出的光通过光学透镜2的固定框架20产生折反射光线，因此可减少折反射光线对显示屏幕3成像时造成的干扰。
可选的，光学透镜2的色散系数大于50。
可选的，光学透镜2的材质为pmma。
基于本发明上述实施例中光学透镜2的最佳聚焦位置p点与显示屏幕3的上述位置关系，光学透镜2的焦距的取值范围，以及光学透镜2的面型等特点，本发明实施例提供了虚拟现实装置目视光学系统中的三种应用示例。
对于第一种示例，可参见如图7所示的一种虚拟现实装置的目视光学系统，包括人眼位置1、光学透镜2和显示屏幕3，光学透镜2包括第一面s1和第二面s2，第一面s1与第二面s2为旋转对称面，第一面s1与第二面s2沿同一旋转轴旋转而成。第一面s1设置在靠近人眼位置1一侧，第二面s2设置在靠近显示屏幕3的一侧，第一面s1与第二面s2都成外凸状，第一面s1为非球面，第二面s2为菲涅尔面，且第一面s1的曲率半径较大，第二面s2的曲率半径较小。
经过目视光学系统反向建模，光学透镜2的最佳聚焦位置为p点。假如光学透镜2的焦距为f。为保证人眼能够看到清楚显示屏幕3所成的像，显示屏幕3的位置位于p点与f点之间(显示屏幕3可以固定在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，也可以在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间移动)，为保证屏幕所成的像对人眼的压迫感最小，像的距离应该在最远处，显示屏幕3与最佳聚焦位置p点的最远距离为
在第一面s1为非球面，第二面s2为菲涅尔面时：
可选的，所以菲涅尔透镜的最大视角至少为100°。
可选的，光学透镜的有效口径大于或等于23mm。
可选的，第二面s2为等间距的菲涅尔面。
可选的，第二面s2为等深度的菲涅尔面。
可选的，光学透镜2的边缘厚度d2满足：1mm≤d2≤1.5mm。
可选的，还包括一固定框架20，固定框架20固定在光学透镜2的外边缘。
可选的，固定框架20的厚度与光学透镜2的边缘厚度一致。
可选的，固定框架20的安装直径比光学透镜2的有效口径大1mm～3mm。
可选的，光学透镜2的固定框架20上覆盖有不透光介质，可以防止显示屏幕3发出的光通过光学透镜2的固定框架20产生折反射光线，因此可减少折反射光线对显示屏幕3成像时造成的干扰。
可选的，光学透镜2的色散系数大于50。
可选的，光学透镜2的材质为pmma。
在第一种示例中，光学透镜2的第一面s1为非球面，第二面s2为菲涅尔面，具有较高的成像质量和至少100°的视场角，显示屏幕3与光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间的相对位置关系为：显示屏幕3的位置位于最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间(显示屏幕3可以固定在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，也可以在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间移动)，并且显示屏幕3距离最佳聚焦位置p点的最远距离为光学透镜2的焦深的大小
本发明实施例还提供了第二种示例，可参见如图8所示的一种虚拟现实装置的目视光学系统，包括人眼位置1、光学透镜2和显示屏幕3，光学透镜2包括第一面s1和第二面s2。第一面s1设置在靠近人眼位置1的一侧，第二面s2设置在靠近显示屏幕3的一侧，第一面s1为平面，第二面s2为菲涅耳面。
与第一种示例相比，不同之处在于，第一面s1的面型由非球面替换成了平面。
在此示例中其他光学参数的选取与第一示例相同，此处不再详细描述。
在第二种示例中，显示屏幕3与光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间的相对位置关系、光学透镜2的第二面s2、光学透镜2的有效口径、光学透镜2的边缘厚度、光学透镜2的固定框架、光学透镜2的材质、光学透镜的安装直径的具体内容与第一种示例相同，具体参见第一种示例，此处不再累述。
在第二种示例中，光学透镜2的第一面s1为平面，第二面s2为菲涅尔面，具有较高的成像质量和至少100°的视场角，显示屏幕3与光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间的相对位置关系为：显示屏幕3的位置位于最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间(显示屏幕3可以固定在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，也可以在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间移动)，并且显示屏幕3距离最佳聚焦位置p点的最远距离为光学透镜2的焦深的大小
本发明实施例还提供了第三种示例，可参见如图9所示的一种虚拟现实装置的目视光学系统，包括人眼位置1、光学透镜2和显示屏幕3，光学透镜2包括第一面s1和第二面s2，第一面s1与第二面s2为旋转对称面。第一面s1与第二面s2都成外凸状，第一面s1设置在靠近人眼位置1的一侧，第二面s2设置在靠近显示屏幕3的一侧，第一面s1和第二面s2都为非球面，第一面s1的曲率半径较大，第二面s2的曲率半径较小。
与第一种示例相比，不同之处在于，第二面s2的面型由菲涅尔面替换成了非球面。
经过光学系统反向建模，光学透镜2的最佳聚焦位置为点p。假如光学透镜2的焦距为f。为保证人眼能够看到清楚显示屏幕3所成的像，显示屏幕3的位置位于p点与f点之间，为保证屏幕所成的像对人眼的压迫感最小，像的距离应该在最远处，显示屏幕3与p点的最远距离为
在第一面s1和第二面s2都为非球面时：
可选的，光学透镜2的最大视角至少为100°。
可选的，光学透镜2的有效口径大于或等于23mm。
可选的，光学透镜2的边缘厚度d2满足：1.5mm≤d2≤2.5mm。
可选的，还包括一固定框架20，固定框架20固定在光学透镜2的外边缘。
可选的，固定框架20的厚度与光学透镜2的边缘厚度一致。
可选的，固定框架20的安装直径比光学透镜2的有效口径大1mm～3mm。
可选的，光学透镜2的固定框架20上覆盖有不透光介质，可以防止显示屏幕3发出的光通过光学透镜2的固定框架20产生折反射光线，因此可减少折反射光线对显示屏幕3成像时造成的干扰。
可选的，光学透镜2的色散系数大于50。
可选的，光学透镜2的材质为pmma。
在第三种示例中，光学透镜2的第一面s1和第二面s2都为非球面，具有较高的成像质量和至少100°的视场角，显示屏幕3与光学透镜2的最佳聚焦位置p点之间的相对位置关系为：显示屏幕3的位置位于最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间(显示屏幕3可以固定在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间，也可以在最佳聚焦位置p点与光学透镜2的焦点位置f之间移动)，并且显示屏幕3距离最佳聚焦位置p点的最远距离为光学透镜2的焦深的大小
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。
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