TWI845026B

TWI845026B - 光學鏡頭模組、光機模組以及頭戴式顯示裝置

Info

Publication number: TWI845026B
Application number: TW111143927A
Authority: TW
Inventors: 鍾孟峰
Original assignee: 中強光電股份有限公司
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-06-11
Also published as: TW202422195A

Abstract

一種光學鏡頭模組，用以接收來自影像源側的至少一影像光束。光學鏡頭模組包括從物側至影像源側沿光軸依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡以及第九透鏡，且第一透鏡至第九透鏡各自包括朝向物側的物側表面及朝向影像源側的像側表面。光學鏡頭模組於物側具有光圈。其中，光學鏡頭模組為二次成像光學系統，第一透鏡至第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正，且至少一影像光束於光學鏡頭模組傳遞並於光圈與影像源側之間形成中間像。

Description

光學鏡頭模組、光機模組以及頭戴式顯示裝置

本發明是有關於一種光學模組及顯示裝置，且特別是有關於一種光學鏡頭模組、光機模組以及頭戴式顯示裝置。

近眼顯示器（Near Eye Display, NED）以及頭戴式顯示器（Head-mounted Display, HMD）皆是目前極具發展潛力的產品。在近眼顯示技術的相關應用上，目前可分為擴增實境（Augmented Reality, AR）技術以及虛擬實境（Virtual Reality, VR）技術。對擴增實境技術而言，開發人員目前致力於如何在裝置輕薄化的前提下提供最佳的影像品質。

然而，在目前應用於近眼顯示器或頭戴式顯示器的光學引擎中，其光學鏡頭的視場角不超過 35度，如果光學設計要增加視場角，勢必會增加裝置的體積。若同時要提升幾何效率以及增加亮度，在光學設計上就必須加大光圈，但帶來的就是增加裝置的體積。因此，如何研發出大視場角、體積小且同時具有大光圈的光學引擎，是本領域需致力於行的目標之一。

“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種光學鏡頭模組、光機模組以及頭戴式顯示裝置，其具體積小、有效光學徑小、大光圈、大視場角以及良好的光學效果。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明提供一種光學鏡頭模組，用以接收來自影像源側的至少一影像光束。光學鏡頭模組包括從物側至影像源側沿光軸依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡以及第九透鏡，且第一透鏡至第九透鏡各自包括朝向物側的物側表面及朝向影像源側的像側表面。光學鏡頭模組於物側具有光圈。其中，光學鏡頭模組為二次成像光學系統，第一透鏡至第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正，且至少一影像光束於光學鏡頭模組傳遞並於光圈與影像源側之間形成中間像。

在本發明的一實施例中，上述的光學鏡頭模組的視場角大於65度。

本發明的一實施例中，上述中間像的成像位置位於第三透鏡及第四透鏡的範圍。

本發明的一實施例中，上述的第一透鏡至第九透鏡中的至少其中一者為非球面鏡片。

本發明的一實施例中，上述的第一透鏡至所述第九透鏡皆為塑膠鏡片，或者上述的第一透鏡至所述第九透鏡為塑膠鏡片和玻璃鏡片的組合。

本發明的一實施例中，上述的光學鏡頭模組的等效焦距為負值。

本發明的一實施例中，上述的光學鏡頭模組的光圈值為負值。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明另提供一種光機模組，包括至少一顯示元件以及光學鏡頭模組。至少一顯示元件用以提供至少一影像光束。光學鏡頭模組配置於至少一影像光束的傳遞路徑上。光學鏡頭模組包括從物側至影像源側沿光軸依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡。至少一顯示元件設置於光學鏡頭模組的影像源側，且第一透鏡至第九透鏡各自包括朝向物側的物側表面及朝向影像源側的像側表面。光學鏡頭模組於物側具有光圈。光學鏡頭模組為二次成像光學系統。第一透鏡至第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正，且至少一影像光束於光學鏡頭模組傳遞並於光圈與至少一顯示元件之間形成中間像。

本發明的一實施例中，上述的光機模組還包括合光元件，配置於光學鏡頭模組與至少一顯示元件之間，至少一顯示元件的數量為複數個。

本發明的一實施例中，上述的光機模組還包括透光稜鏡，配置於光學鏡頭模組與至少一顯示元件之間，至少一顯示元件的數量為一個。

本發明的一實施例中，上述的至少一顯示元件為微發光二極管顯示元件、微有機發光二極管顯示元件、液晶顯示元件、矽基液晶顯示元件、數字微鏡顯示元件或激光束掃描儀。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明另提供一種頭戴式顯示裝置，包括波導、耦入元件、耦出元件以及光機模組。波導具有相對第一側及第二側。耦入元件及耦出元件配置於波導。耦入元件位於第一側或第二側。光機模組配置於波導的第一側且對應耦入元件。光機模組包括至少一顯示元件以及光學鏡頭模組。至少一顯示元件用以提供至少一影像光束。光學鏡頭模組配置於至少一影像光束的傳遞路徑上。光學鏡頭模組從物側至影像源側沿光軸依序包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡。至少一顯示元件設置於光學鏡頭模組的影像源側，且第一透鏡至第九透鏡各自包括朝向物側的物側表面及朝向影像源側的像側表面。光學鏡頭模組於物側具有光圈。其中，光學鏡頭模組為二次成像光學系統。第一透鏡至第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正，且至少一影像光束於光學鏡頭模組傳遞並於光圈與至少一顯示元件之間形成中間像。光學鏡頭模組傳遞至少一影像光束至波導。至少一影像光束透過耦入元件而於波導內傳遞。至少一影像光束透過耦出元件離開波導。

本發明的一實施例中，上述的光學鏡頭模組的視場角大於65度。

本發明的一實施例中，上述的光學鏡頭模組的光圈位於耦入元件上。

本發明的一實施例中，上述的第一透鏡至第九透鏡皆為塑膠鏡片，或者上述的第一透鏡至所述第九透鏡為塑膠鏡片和玻璃鏡片的組合。

本發明的一實施例中，上述的中間像的成像位置位於第三透鏡與及所述第四透鏡的範圍。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的光學鏡頭模組、光機模組以及頭戴式顯示裝置中，光學鏡頭模組包括從物側至影像源側沿光軸依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡，且第一透鏡至第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正。因此，由顯示元件提供的影像光束於光學鏡頭模組傳遞並於光圈與至少一顯示元件之間形成中間像。如此一來，可縮小光學透鏡模組的體積，並且同時具有大視場角及大光圈。

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。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。請參考圖1。本實施例提供一種應用擴增實境（Augmented Reality, AR）或虛擬實境（Virtual Reality, VR）的顯示技術的頭戴式顯示裝置200，用以提供影像畫面至人眼E，使人眼E可藉由頭戴式顯示裝置200看到虛像。頭戴式顯示裝置200包括波導210、耦入元件220、耦出元件230以及光機模組100。

波導210具有相對第一側B1及第二側B2，其中第一側B1定義為鄰近人眼E的一側，且第二側B2定義為遠離人眼E的一側。波導210例如由透明的材料（例如玻璃）製成的板狀基板，但本發明並不限制其種類及形狀。耦入元件220配置於波導210的第一側B1或第二側B2，而耦出元件230配置於波導210的第一側B1或波導210的內部。舉例而言，在本實施例中，耦入元件220配置於波導210的第一側B1，耦入元件220與耦出元件230位於波導210的同一側。在本實施例中，耦入元件220例如為反射鏡、稜鏡、浮雕光柵或全息光柵等元件，而耦出元件230例如為陣列半穿透半反射鏡、浮雕光柵或全息光柵等元件，本發明並不限於此。

光機模組100配置於波導210的第一側B1，且對應耦入元件220。光機模組100提供影像光束L至耦入元件220，此影像光束L藉由耦入元件220的引導而進入波導210內部，以進行全反射傳遞，而在波導210內部傳遞的影像光束L傳遞至耦出元件230並藉由耦出元件230的導引而從波導210的第一側B1離開波導210，進而傳遞至人眼E中。亦即，影像光束L由光機模組100依序傳遞至耦入元件220以及耦出元件230。值得一提的是，在本實施例中，光機模組100的視場角大於65度，且此光機模組100為二次成像光學系統。

圖2為本發明一實施例的光機模組的示意圖。請參考圖2。詳細而言，在本實施例中，光機模組100包括至少一顯示元件30（於圖2中以出光面99顯示）以及光學鏡頭模組10。至少一顯示元件30用以提供含有顯示內容的至少一影像光束L。舉例而言，在本實施例中，可使用三個顯示元件30（為方便說明，圖2中僅顯示一個）用以分別提供紅色、藍色、綠色的影像光束L，但本發明並不限於此。在不同的實施例中，顯示元件30可使用單一個，提供含有紅色、藍色及綠色的影像光束L，並簡化光機模組100中的光學元件（例如是分光鏡）。在本實施例中，顯示元件30可以是自發光的顯示面板，例如是有機發光二極體顯示面板（Organic Light-Emitting Diode display，LED display）、有機微發光二極體顯示面板（Micro Organic Light-Emitting Diode display，LED display）或微發光二極體顯示面板（Micro Light-Emitting Diode display，Micro LED display）。另外，也可以使用需額外配置外部照明光源的顯示裝置，例如是透射式的液晶顯示面板（Liquid-Crystal Display, LCD）、反射式的液晶覆矽面板（Liquid Crystal On Silicon panel, LCoS panel）、數字微鏡元件（Digital Micro-mirror Device, DMD）或雷射掃描儀（Laser Beam Scanning, LBS），但本發明並不限於此。

光機模組100還包括合光元件20，配置於光學鏡頭模組10與顯示元件30之間，且顯示元件30的數量為複數個，其中在本實施例中，顯示元件30的數量例如為三個，合光元件20例如是X cube 或 X plate，用以將來自不同顯示元件的不同顏色的影像光束引導至光學鏡頭模組100。但在其他實施例中，合光元件20可選用透光稜鏡（未顯示）配置於光學鏡頭模組10與顯示元件30之間，以應用於單一個顯示元件30的架構中，本發明並不限於此。另外，在本實施例中，可在顯示元件30的出光面99及合光元件20之間配置保護蓋板40，用以覆蓋顯示元件30的出光面以防止灰塵進入。

光學鏡頭模組10配置於影像光束L的傳遞路徑上，用以接收來自影像源側A2的至少一影像光束L，其中顯示元件30位於光學鏡頭模組10的影像源側A2。光學鏡頭模組10包括從物側A1至影像源側A2沿光軸I依序排列的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7、第八透鏡8以及第九透鏡9，且光學鏡頭模組10於物側A1具有光圈0。影像光束L於光學鏡頭模組10傳遞且於光圈0與影像源側A1之間形成一個中間像IM。具體而言，在本實施例中，中間像IM位於第三透鏡3與第四透鏡4的範圍內。請參考圖1及圖2。當由顯示元件30所發出的影像光束L進入光學鏡頭模組10，並經由第九透鏡9、第八透鏡8、第七透鏡7、第六透鏡6、第五透鏡5、第四透鏡4、第三透鏡3、第二透鏡2、第一透鏡1、光圈0之後，藉由耦入元件220傳遞進入波導210，最後形成虛像。其中，在本實施例中，光圈0的位置位於耦入元件220上。

在本實施例中，光學鏡頭模組10的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7、第八透鏡8、第九透鏡9以及光機模組100的合光元件20、保護蓋板40都各自具有朝向物側A1且使影像光束L通過的物側表面15、25、35、45、55、65、75、85、95、105、115及朝向影像源側A2且使影像光束L通過的像側表面16、26、36、46、56、66、76、86、96、106、116。

第一透鏡1具有正屈光率。第一透鏡1的物側表面15為朝向物側A1的凸面，且第一透鏡1的像側表面16為朝向影像源側A2的凸面。在本實施例中，第一透鏡1的物側表面15與像側表面16皆為非球面（aspheric surface），但本發明並不以此為限。

第二透鏡2具有負屈光率。第二透鏡2的物側表面25為朝向物側A1的凸面，且第二透鏡2的像側表面26為朝向影像源側A2的凹面。在本實施例中，第二透鏡2的物側表面25與像側表面26皆為非球面，但本發明並不以此為限。

第三透鏡3具有正屈光率。第三透鏡3的物側表面35為朝向物側A1的凸面，且第三透鏡3的像側表面36為朝向影像源側A2的凸面。在本實施例中，第三透鏡3的物側表面35與像側表面36皆為非球面，但本發明並不以此為限。

第四透鏡4具有負屈光率。第四透鏡4的物側表面45為朝向物側A1的凸面，且第四透鏡4的像側表面46為朝向影像源側A2的凹面。在本實施例中，第四透鏡4的物側表面45與像側表面46皆為非球面，但本發明並不以此為限。

第五透鏡5具有正屈光率。第五透鏡5的物側表面55為朝向物側A1的凸面，且第五透鏡5的像側表面56為朝向影像源側A2的凸面。在本實施例中，第五透鏡5的物側表面55與像側表面56皆為非球面，但本發明並不以此為限。

第六透鏡6具有負屈光率。第六透鏡6的物側表面65為朝向物側A1的凹面，且第六透鏡6的像側表面66為朝向影像源側A2的凸面。在本實施例中，第六透鏡6的物側表面65與像側表面66皆為非球面，但本發明並不以此為限。

第七透鏡7具有正屈光率。第七透鏡7的物側表面75為朝向物側A1的凸面，且第七透鏡7的像側表面76為朝向影像源側A2的凸面。在本實施例中，第七透鏡7的物側表面75與像側表面76皆為非球面，但本發明並不以此為限。

第八透鏡8具有負屈光率。第八透鏡8的物側表面85為朝向物側A1的凹面，且第八透鏡8的像側表面86為朝向影像源側A2的凹面。在本實施例中，第八透鏡8的物側表面85與像側表面86皆為非球面，但本發明並不以此為限。

第九透鏡9具有正屈光率。第九透鏡9的物側表面95為朝向物側A1的凸面，且第九透鏡9的像側表面96為朝向影像源側A2的凸面。在本實施例中，第九透鏡9的物側表面95與像側表面96皆為非球面，但本發明並不以此為限。

在本實施例中，光學鏡頭模組10的透鏡只有上述九片，且第一透鏡1至第九透鏡9皆為塑膠鏡片。此外，在本實施例中，光機模組100的總長為25.0毫米，光學鏡頭模組10的視場角大於65度，且最佳視場角為70度，光圈值(F/#)為-1.6，且等效焦距為負值。需說明的是，光圈值與等效焦距為負值為方向定義所致。另外，本實施例中，圖1的波導210例如設計為將動眼眶範圍(戴上頭戴式顯示裝置200之後，人眼E在系統中心點周圍移動仍然能夠清晰地看到虛像的範圍）擴大至10毫米以上，搭配光學鏡頭模組10的的光圈0的直徑為1.47毫米(mm)，可有效減小光波導的厚度。其他詳細光學數據如表一所示。在其他實施例中，第一透鏡1至所述第九透鏡9可為塑膠鏡片和玻璃鏡片的組合，即九片透鏡中部分透鏡為塑膠鏡片，另一部分為玻璃鏡片。

表一

元件	表面	曲率半徑 (mm)	厚度 (mm)	折射率	阿貝數
光圈0		無限大	1.50
第一透鏡1	物側表面15	27.02	1.82	1.71300	53.87
	像側表面16	-1.89	0.10
第二透鏡2	物側表面25	9.62	0.75	1.84666	23.78
	像側表面26	2.34	0.46
第三透鏡3	物側表面35	23.24	1.74	1.71291	53.87
	像側表面36	-2.18	0.10
第四透鏡4	物側表面45	1.73	1.30	1.74071	49.67
	像側表面46	0.71	0.70
第五透鏡5	物側表面55	3.00	1.41	1.84666	23.78
	像側表面56	-8.60	1.34
第六透鏡6	物側表面65	-0.75	0.83	1.52485	64.44
	像側表面66	-1.90	0.10
第七透鏡7	物側表面75	2.19	1.64	1.74325	49.32
	像側表面76	-2.64	0.29
第八透鏡8	物側表面85	-2.88	0.75	1.82784	24.47
	像側表面86	3.09	0.24
第九透鏡9	物側表面95	6.58	1.92	1.71291	53.87
	像側表面96	-2.26	1.00
合光元件20	物側表面105	無限大	5.00	1.51680	64.17
	像側表面106	無限大	0.69
保護蓋板40	物側表面115	無限大	0.30	1.50847	61.19
	像側表面116	無限大	0.01
顯示元件30	出光面99	無限大	0.00

因此，藉由上述的配置，本實施例的光機模組100可形成為二次成像光學架構，並在光圈0與顯示元件30之間形成中間像IM。詳細而言，顯示元件30提供影像光束L，並依序傳遞通過保護蓋板40、合光元件20、第九透鏡9、第八透鏡8、第七透鏡7、第六透鏡6、第五透鏡5、第四透鏡4、第三透鏡3、第二透鏡2、第一透鏡1以及光圈0。如此一來，可提供體積小、有效光學徑小、大光圈、大視場角以及良好的光學效果。

此外，在本實施例中，第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7、第八透鏡8以及第九透鏡9的物側表面15、25、35、45、55、65、75、85、95及像側表面16、26、36、46、56、66、76、86、96共計十八個面均是非球面，其中物側表面15、25、35、45、55、65、75、85、95與像側表面16、26、36、46、56、66、76、86、96為一般的非球面（asphere surface）。而這些非球面是依下列公式(1)定義： (1) 其中： Z為光軸I方向的偏移量（sag）； r為接近光軸I處的曲率半徑； k為二次曲面常數（conic constant）； c為非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度； A~F為非球面係數（aspheric coefficient）。

第一透鏡1的物側表面15到第九透鏡9的像側表面96在公式(1)中的各項非球面係數如表二所示。其中，表二中欄位編號15表示其為第一透鏡1的物側表面15的非球面係數，其它欄位依此類推。在本實施例及以下各實施例中，第2階非球面係數皆為0。

表二

表面	K	A	B
15	7.72062	1.6473E-03	4.8139E-04
16	-1.62101	4.7462E-03	2.6299E-04
25	5.30696	2.9776E-03	-5.9594E-04
26	-3.71242	2.1509E-03	-4.2761E-04
35	-9.25027	1.0917E-02	5.3627E-04
36	-1.30083	9.0382E-03	2.6987E-03
45	-0.89624	-3.0659E-02	3.2865E-03
46	-2.01043	-1.9643E-02	4.3787E-03
55	-3.53455	2.4661E-02	-3.1991E-03
56	-9.80852	1.6244E-02	5.9849E-06
65	-2.23058	-2.8237E-02	7.1570E-03
66	-3.00241	-1.1380E-02	4.9267E-03
75	-7.33855	3.2260E-04	1.6734E-03
76	-4.86720	6.3369E-04	1.2424E-03
85	-2.83145	4.6433E-04	-6.7774E-04
86	-9.99895	-2.4130E-03	1.3828E-04
95	-6.61671	2.1917E-04	-1.4409E-04
96	-1.98742	-3.4757E-03	-2.7737E-05

再配合參閱圖3至圖6，圖3及圖4分別為圖2的光機模組在顯示元件的成像面的不同表示方式的調制轉換函數（Modulation Transfer Function, MTF）曲線圖。圖5為圖2的光機模組的縱向球差與各項像差圖。圖6為圖2的光機模組的光束扇形圖。其中，圖3及圖4說明了本實施例的光學鏡頭模組10具有良好的光學效果。圖5說明了本實施例的光學鏡頭模組10的縱向球差（longitudinal spherical aberration）圖、像散場曲（astigmatic field curvature）圖以及畸變（distortion）圖，由圖中可看出誤差度小，故具有良好的光學效果。圖6則說明了本實施例的光學鏡頭模組10的光束扇形圖（ray fan plot），所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例的光學鏡頭模組10能夠達到良好的光學成像品質。

綜上所述，在本發明的光學鏡頭模組、光機模組以及頭戴式顯示裝置中，光學鏡頭模組包括從物側至影像源側沿光軸依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡，且第一透鏡至第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正。因此，由顯示元件提供的影像光束於光學鏡頭模組傳遞並於光圈與至少一顯示元件之間形成中間像。如此一來，可縮小光學透鏡模組的體積，並且同時具有大視場角及大光圈。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件（element）的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

0:光圈 1:第一透鏡 2:第二透鏡 3:第三透鏡 4:第四透鏡 5:第五透鏡 6:第六透鏡 7:第七透鏡 8:第八透鏡 9:第五透鏡 10:光學鏡頭模組 15,25,35,45,55,65,75,85,95,105,115:物側表面 16,26,36,46,56,66,76,86,96,106,116:像側表面 20:合光元件 30:顯示元件 40:保護蓋板 99:出光面 100:光機模組 200:頭戴式顯示裝置 210:波導 220:耦入元件 230:耦出元件 A1:物側 A2:影像源側 B1:第一側 B2:第二側 E:人眼 I:光軸 IM:中間像 L:影像光束

圖1為本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。圖2為本發明一實施例的光機模組的示意圖。圖3及圖4分別為圖2的光機模組在顯示元件的成像面的不同表示方式的調制轉換函數曲線圖。圖5為圖2的光機模組的縱向球差與各項像差圖。圖6為圖2的光機模組的光束扇形圖。

0:光圈 1:第一透鏡 2:第二透鏡 3:第三透鏡 4:第四透鏡 5:第五透鏡 6:第六透鏡 7:第七透鏡 8:第八透鏡 9:第五透鏡 10:光學鏡頭模組 15,25,35,45,55,65,75,85,95,105,115:物側表面 16,26,36,46,56,66,76,86,96,106,116:像側表面 20:合光元件 30:顯示元件 40:保護蓋板 99:出光面 100:光機模組 A1:物側 A2:影像源側 I:光軸 IM:中間像 L:影像光束

Claims

一種光學鏡頭模組，用以接收來自影像源側的至少一影像光束，所述光學鏡頭模組包括：從物側至所述影像源側沿光軸依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡，且所述第一透鏡至所述第九透鏡各自包括朝向所述物側的物側表面及朝向所述影像源側的像側表面，所述光學鏡頭模組於所述物側具有光圈；其中，所述光學鏡頭模組為二次成像光學系統，所述第一透鏡至所述第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正，且所述至少一影像光束於所述光學鏡頭模組傳遞並於所述光圈與所述影像源側之間形成中間像。
如請求項1所述的光學鏡頭模組，其中所述光學鏡頭模組的視場角大於65度。
如請求項1所述的光學鏡頭模組，其中所述中間像的成像位置位於所述第三透鏡及所述第四透鏡的範圍。
如請求項1所述的光學鏡頭模組，其中所述第一透鏡至所述第九透鏡中的至少其中一者為非球面鏡片。
如請求項1所述的光學鏡頭模組，其中所述第一透鏡至所述第九透鏡皆為塑膠鏡片，或者所述第一透鏡至所述第九透鏡為塑膠鏡片和玻璃鏡片的組合。
如請求項1所述的光學鏡頭模組，其中所述光學鏡頭模組的等效焦距為負值。
如請求項1所述的光學鏡頭模組，其中所述光學鏡頭模組的光圈值為負值。
一種光機模組，包括：至少一顯示元件，用以提供至少一影像光束；以及光學鏡頭模組，配置於所述至少一影像光束的傳遞路徑上，所述光學鏡頭模組包括從物側至影像源側沿光軸依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡，所述至少一顯示元件設置於所述光學鏡頭模組的所述影像源側，且所述第一透鏡至所述第九透鏡各自包括朝向所述物側的物側表面及朝向所述影像源側的像側表面，所述光學鏡頭模組於所述物側具有光圈；其中，所述光學鏡頭模組為二次成像光學系統，所述第一透鏡至所述第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正，且所述至少一影像光束於所述光學鏡頭模組傳遞並於所述光圈與所述至少一顯示元件之間形成中間像。
如請求項8所述的光機模組，還包括合光元件，配置於所述光學鏡頭模組與所述至少一顯示元件之間，所述至少一顯示元件的數量為複數個。
如請求項8所述的光機模組，還包括透光稜鏡，配置於所述光學鏡頭模組與所述至少一顯示元件之間，所述至少一顯示元件的數量為一個。
如請求項8所述的光機模組，其中所述至少一顯示元件為微發光二極管顯示元件、微有機發光二極管顯示元件、有機發光二極管顯示元件、液晶顯示元件、矽基液晶顯示元件、數字微鏡顯示元件或激光束掃描儀。
一種頭戴式顯示裝置，包括：波導、耦入元件、耦出元件以及光機模組，其中所述波導具有相對第一側及第二側；所述耦入元件及所述耦出元件配置於所述波導，所述耦入元件位於所述第一側或所述第二側；所述光機模組配置於所述波導的所述第一側且對應所述耦入元件，所述光機模組包括：至少一顯示元件，用以提供至少一影像光束；以及光學鏡頭模組，配置於所述至少一影像光束的傳遞路徑上，所述光學鏡頭模組從物側至影像源側沿光軸依序包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡及第九透鏡，所述至少一顯示元件設置於所述光學鏡頭模組的所述影像源側，且所述第一透鏡至所述第九透鏡各自包括朝向所述物側的物側表面及朝向所述影像源側的像側表面，所述光學鏡頭模組於所述物側具有光圈；其中，所述光學鏡頭模組為二次成像光學系統，所述第一透鏡至所述第九透鏡的屈光率依序分別為正、負、正、負、正、負、正、負、正，且所述至少一影像光束於所述光學鏡頭模組傳遞並於所述光圈與所述至少一顯示元件之間形成中間像，所述光學鏡頭模組傳遞所述至少一影像光束至所述波導，所述至少一影像光束透過所述耦入元件而於所述波導內傳遞，所述至少一影像光束透過所述耦出元件離開所述波導。
如請求項12所述的頭戴式顯示裝置，其中所述光學鏡頭模組的視場角大於65度。
如請求項12所述的頭戴式顯示裝置，其中所述光學鏡頭模組的所述光圈位於所述耦入元件上。
如請求項12所述的頭戴式顯示裝置，其中所述第一透鏡至所述第九透鏡中的至少其中一者為非球面鏡片。
如請求項12所述的頭戴式顯示裝置，其中所述第一透鏡至所述第九透鏡皆為塑膠鏡片，或者所述第一透鏡至所述第九透鏡為塑膠鏡片和玻璃鏡片的組合。
如請求項12所述的頭戴式顯示裝置，其中所述光學鏡頭模組的等效焦距為負值。
如請求項12所述的頭戴式顯示裝置，其中所述光學鏡頭模組的光圈值為負值。
如請求項12所述的頭戴式顯示裝置，其中所述中間像的成像位置位於所述第三透鏡及所述第四透鏡的範圍。