本发明涉及光学，更具体地说，涉及一种大视场角的目镜光学系统及头戴显示装置。
背景技术：
1、随着电子器件不断向超微型化发展，以及新的计算机、微电子、光电器件和通信理论和技术的发展，可穿戴计算这种基于“以人为本”“人机合一”的新型模式已经成为可能。在军事、工业、医疗、教育、消费等领域不断涌现应用。在一个典型的可穿戴计算系统架构中，头戴式显示装置是关键的组成部分。头戴显示装置通过光学技术，将微型图像显示器(例如透射式或反射式液晶显示屏，有机电致发光器件，dmd器件)发出的视频图像光引导到使用者的瞳孔，在使用者的近目范围实现虚拟、放大图像，为使用者提供直观、可视的图像、视频、文字信息。目镜光学系统是头戴显示装置的核心，实现将微型图像显示在人眼前形成虚拟放大图像的功能。
2、头戴显示装置向着体积紧凑，重量轻，便于头戴，减轻负载等方向发展。同时，大视场角和视觉舒适体验也逐渐成为衡量头戴显示装置优劣的关键因素，大视场角决定了高临场感的视觉体验效果，高像质、低畸变决定了视觉体验的舒适度。满足这些要求，需要目镜光学系统尽可能地实现大视场角、高图像分辨力、低畸变、小场曲、小体积等指标，同时满足上述光学性能对系统的设计和像差优化是很大挑战。
3、专利文献1(中国专利公开号cn109416469a)、专利文献2(中国专利公开号cn105759424b)、专利文献3(中国专利公开号cn107015361b)、专利文献4(中国专利公开号cn111381371a)分别采用的菲涅尔结构在光学系统中虽然都可以实现很好的聚焦效果，但是专利文献1和专利文献3完全依赖菲涅尔透镜，专利文献2和专利文献4则是菲涅尔透镜与单片、双片正透镜组合，其不可避免的在光学系统的像差上难以有所建树，存在很大的畸变及球差。
4、专利文献5(中国专利公开号cn105278109a)提供的是采用了正、负、正透镜组组合的光学系统，提供的是采用了正、负、正透镜组组合的光学系统，但专利文献5采用的是传统的球面、偶次非球面的光学系统，虽然其在像差的校正上具有很大的优势，但在相同的光学系统参数下就显得极其笨重。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，采用新型光学面型菲涅耳面，与传统的球面、非球面面型进行创造性的合理的搭配，构造一种大视场角的目镜光学系统及头戴显示装置，实现大视场角、高图像分辨力、低畸变、小场曲、小体积等指标。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大视场角的目镜光学系统，其中：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组、第二透镜组和第三透镜组，且所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组的有效焦距为正、负、正组合；所述第一透镜组由两片光学透镜构成，分别是靠近人眼侧的第一透镜和远离人眼侧的第二透镜；所述第一透镜组包括至少两个菲涅耳光学面；所述第一透镜包括至少一个所述菲涅耳光学面；
3、所述第二透镜组由两片光学透镜构成；其中所述第二透镜组包括与所述第一透镜组相邻且沿光轴依次排列的第三透镜；所述第三透镜为负透镜；
4、所述第三透镜组由两片光学透镜构成；其中所述第三透镜组包括与所述第二透镜组相邻且沿光轴依次排列的第四透镜和第五透镜；所述第四透镜为正透镜；所述第五透镜为负透镜。
5、本发明所述的大视场角的目镜光学系统，其中，所述第一透镜与所述第二透镜中分别包含一个所述菲涅耳光学面。
6、本发明所述的大视场角的目镜光学系统，其中，所述两个菲涅耳光学面为相邻设置。
7、本发明所述的大视场角的目镜光学系统，其中，所述两个菲涅耳光学面的基底面为平面或非球面。
8、本发明所述的大视场角的目镜光学系统，其中，所述第三透镜与所述第五透镜均为双凹透镜；所述第四透镜为双凸透镜。
9、本发明所述的大视场角的目镜光学系统，其中，所述第一透镜与所述第二透镜中的一个或多个光学面为偶次非球面；所述第三透镜的光学面均为偶次非球面。
10、本发明所述的大视场角的目镜光学系统，其中，所述第三透镜和所述第五透镜的材料为光学玻璃或光学塑胶。
11、本发明还提供了一种头戴显示装置，包括微型图像显示器和目镜；所述目镜位于人眼与所述微型图像显示器之间；其中，所述目镜为前述任一项所述的目镜光学系统。
12、本发明所述的头戴显示装置，其中，所述头戴显示装置包含两个相同且对称设置的所述目镜光学系统。
13、本发明的有益效果在于：采用了一种双菲涅耳光学面型与传统光学球面及非球面面型的组合，结合正、负、正的透镜组组合以及各透镜的焦距在满足特定搭配条件的情况下实现其所具有的大视场角、高像质、低畸变、小场曲、小体积等指标优势的同时，也极大的减小光学系统的重量，系统像差得到大幅消除，降低各光学部件的感度，易于部件的加工及组装，进一步提高了光学系统中的视场角、场曲、畸变等指标，极大的提高的用户的视觉舒适体验。观察者可以通过本发明的目镜光学系统，观看到全画幅高清、无失真、像质均匀的大幅画面，达到高临场感的视觉体验。
1.一种大视场角的目镜光学系统，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组、第二透镜组和第三透镜组，且所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组的有效焦距为正、负、正组合；所述第一透镜组由两片光学透镜构成，分别是靠近人眼侧的第一透镜和远离人眼侧的第二透镜；所述第一透镜组包括至少两个菲涅耳光学面；所述第一透镜包括至少一个所述菲涅耳光学面；
2.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜中分别包含一个所述菲涅耳光学面。
3.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于，所述两个菲涅耳光学面为相邻设置。
4.根据权利要求3所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于，所述两个菲涅耳光学面的基底面为平面或非球面。
5.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于，所述第三透镜与所述第五透镜均为双凹透镜；所述第四透镜为双凸透镜。
6.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜中的一个或多个光学面为偶次非球面；所述第三透镜的光学面均为偶次非球面。
7.根据权利要求1所述的大视场角的目镜光学系统，其特征在于，所述第三透镜和所述第五透镜的材料为光学玻璃或光学塑胶。
8.一种头戴显示装置，包括微型图像显示器和目镜；所述目镜位于人眼与所述微型图像显示器之间；其特征在于，所述目镜为权利要求1-8中任一项所述的目镜光学系统。
9.根据权利要求8所述的头戴显示装置，其特征在于，所述头戴显示装置包含两个相同且对称设置的所述目镜光学系统。
