[0001] 本申请涉及显示技术领域，特别涉及一种透镜组件、显示模组和电子设备。

[0002] 在相关技术中，超短焦光学折叠光路(Pancake)方案由于视场角相对较小，设备轻量化、便携性优势显著，逐渐成为消费级虚拟现实光学的发展和进化方向。基于Pancake光学方案的虚拟现实设备，图像源进入分束镜后，光线在透镜组中各透镜之间多次折返，最终射出进入人眼。

[0003] 在透镜组的光路中，“有用”的光是有效地遵循镜片设计的完整折叠光路而成像的光，“有害”的光是未遵循完整折叠光路却到达人眼的光，这些“有害”光不参与成像，而是作为杂光降低对比度、作为鬼影干扰人的正常观看。其中，在光路中圆偏振光的圆偏度，是保证“有用”的光比例的重要指标。具体地，光路中圆偏振光的圆偏度越低，“有用”的光的比例就越低，相反地，光路中圆偏振光的圆偏度越高，“有用”的光的比例就越高。

[0004] 当屏幕尺寸显著缩小时，从屏幕发射的光中有相当一部分是以较大角度进入透镜组的。由于分光材料的基本特性，屏幕的入射光在透过透镜上的分光膜时，大角度入射的光会发生显著的偏振分光，使圆偏度显著降低，导致成像时鬼影严重，成像效果差。

[0034] 下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

[0035] 下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的实施方式的不同结构。为了简化本申请的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。本申请的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

[0036] 基于超短焦光学折叠光路(Pancake)光学方案的虚拟现实设备，图像源进入分束镜后，光线在透镜组中各透镜之间多次折返，最终射出进入人眼。

[0037] 在透镜组的光路中，“有用”的光是有效地遵循镜片设计的完整折叠光路而成像的光，“有害”的光是未遵循完整折叠光路却到达人眼的光，这些“有害”光不参与成像，而是作为杂光降低对比度、作为鬼影干扰人的正常观看。其中，在光路中圆偏振光的圆偏度，是保证“有用”的光比例的重要指标。具体地，光路中圆偏振光的圆偏度越低，“有用”的光的比例就越低，相反地，光路中圆偏振光的圆偏度越高，“有用”的光的比例就越高。

[0038] 可以定义圆偏度为圆偏振光在进行一次透射时，出射侧的圆偏振光的保持程度。当入射光为圆偏振光，出射光可能存在圆偏振光、椭圆偏振光，或者圆偏振光和椭圆偏振光都存在，当出射光中的圆偏振光越少，椭圆偏振光越多，则说明圆偏振光的圆偏度低；当出射光中的圆偏振光越多，椭圆偏振光越少，则说明圆偏振光的圆偏度高。

[0039] 基于Pancake光学方案主要包括分束镜、相位延时片和反射式偏振膜，光源发出右旋圆偏振光(Right Cricular Polarized，RCP)，经过分束镜后，50％的光被反射，50％的光透过分束镜，透过的右旋圆偏振光经过相位延时片后，变成P线偏振光，P线偏振光到达反射式偏振膜，反射式偏振膜反射P线偏振光，P线偏振光第二次经过相位延时片后，变回右旋圆偏振光，右旋圆偏振光被分束镜反射，变成左旋圆偏振光(Left Cricular Polarized，LCP)，左旋元偏振光第三次经过相位延时片变成S线偏振光，S线偏振光到达反射式偏振膜并透射，最终进入人眼。在此过程中，相位延时片用于转换光线的偏振态。为了保证透过相位延时片的圆偏振光能够变为线偏振光，则需要保证射向相位延时片的光都为圆偏振光，而在圆偏振光透过分束镜时，由于光源与分束镜的距离近且光源的尺寸小，入射至分束镜的光线的入射角度大，在这种情况下，就会导致透过分束镜的圆偏振光，变成椭圆偏振光，椭圆偏振光在经过相位延时片后无法变成线偏振光，从而无法被反射式偏振膜反射，而成为在光路中传播中的杂光，杂光在透镜间的光路中聚集，产生阴影，最终表现为用户看到的画面中存在鬼影，成像效果差。为了解决此问题，本申请提供了一种透镜组件10(图1所示)、显示装置100(图6所示)及电子设备(图7所示)。

[0040] 请参阅图1，本申请实施方式提供的透镜组件10包括第一透镜12和半透半反膜14。

[0041] 第一透镜12包括相背的第一面120和第二面122，半透半反膜14包括调制薄膜层140和介质薄膜层142。调制薄膜层140设置于第一透镜12的第一面120，介质薄膜层142设置于调制薄膜层140的远离第一透镜12的一侧。介质薄膜层142和调制薄膜层140用于配合调节半透半反膜14的折射率，以使以不同入射角入射至半透半反膜14的圆偏振光在进入第一透镜12后保持为圆偏振光。

[0042] 第一透镜12是由透光材料(如玻璃、塑料或水晶等)制成的光学元件，主要利用光的折射在透镜组件10的光路中传输光线，第一透镜12包括相背的第一面120和第二面122。

[0043] 半透半反膜14用于透射入射其中的圆偏振光，并能够将来自第一透镜12的第二面122的圆偏振光反射为旋转方向相反的圆偏振光。

[0044] 半透半反膜14设置在第一透镜12的第一面120，半透半反膜14包括调制薄膜层140和介质薄膜层142。半透半反膜14采用调制薄膜层140和介质薄膜层142堆叠设置的形式，可控制调制薄膜层140和介质薄膜层142的折射率不同。通过调节调制薄膜层140和介质薄膜层142的折射率以及薄膜厚度，可以改变半透半反膜14的分光效果，即能够提高圆偏振光在透射后的圆偏度。

[0045] 上述透镜组件10，利用调制薄膜层140和介质薄膜层142来配合调节半透半反膜14的折射率，从而使圆偏振光的P偏振态与S偏振态分光更加均匀，以使经过半透半反膜14的圆偏振光保持为圆偏振态，使透过的圆偏振光的圆偏度较高，减少杂光对后续光线在光路中传播的影响，从而减少鬼影，提升成像效果。

[0046] 在某些实施方式中，介质薄膜层142和调制薄膜层140用于控制半透半反膜14透过和反射的圆偏振光的P偏振态折射率与S偏振态折射率之差，以使进入其内的圆偏振光的P偏振态与S偏振态的分光量之差小于预设阈值。

[0047] 如此，通过控制圆偏振光的P偏振态折射率与S偏振态折射率之差，能够使圆偏振光的圆偏度更高。

[0048] 具体地，圆偏振光的圆偏度与圆偏振光的P偏振态折射率与S偏振态折射率之差相关，介质薄膜层142和调制薄膜层140能够将进入其内的圆偏振光的P偏振态与S偏振态的分光量之差小于预设阈值，理想状态下，若使P偏振态与S偏振态的分光量相等，能够使圆偏振光的圆偏度达到最佳，预设阈值则可使P偏振态与S偏振态的分光量接近理想状态，即，预设阈值可使P偏振态与S偏振态的分光量近似相等。预设阈值可以根据实验或经验得到的一个合理范围，在此不做具体限定。

[0049] 请参阅图2，图2为半透半反膜14上的圆偏振光的反射率与光线波长的关系示意图，在半透半反膜14中通过调整圆偏振光的P偏振态折射率与S偏振态折射率之差，使P偏振态与S偏振态的分光量更均匀，预设阈值在图2上反应为反射率RS和RP之间的距离，距离越小，圆偏振光透过半透半反膜14后的圆偏度越高。

[0050] 具体地，请参阅图1及图3，在某些实施方式中，调制薄膜层140包括多个柱状的调制单元1401，多个调制单元1401并排排列于第一透镜12的第一面120，每个调制单元1401的长轴相较于第一透镜12的光轴O倾斜。

[0051] 如此，在半透半反膜14中通过每个调制单元1401的长轴相较于第一透镜12的光轴O倾斜的角度来改变调制薄膜层140的折射率，与介质薄膜层142配合以实现保持入射光透过部分的偏振态。

[0052] 具体地，如图1所示，标记第一透镜12的光轴为O，调制单元1401的长轴为C，调制单元1401的长轴C相对于光轴O倾斜，由此能够改变调制薄膜层140的折射率，使其与介质薄膜层142的折射率形成折射角差，从而使以不同入射角入射至半透半反膜14的圆偏振光在进入第一透镜12后保持为圆偏振光。

[0053] 在某些实施方式中，调制单元1401的长轴与第一透镜12的第一面120的交点作为入射点，入射点在第一透镜12的第一面120上的法线与调制单元1401的长轴之间具有夹角，夹角与第一透镜12的曲率半径、入射点到第一透镜12的光轴O的轴上距离、在第一透镜12的光轴O上发出圆偏振光的光源到第一透镜12的第一面120的距离、以及光源在垂直第一透镜12的光轴O方向上能够发出圆偏振光的最大长度有关。

[0054] 如此，在透镜组件10中，如图3所示，沿第一透镜12的镜像方向做切线，将透镜组件10与光源的位置关系等效为平面上的几何关系。通过夹角与第一透镜12的曲率半径、入射点到第一透镜12的光轴O的轴上距离、在第一透镜12的光轴O上发出圆偏振光的光源到第一透镜12的第一面120的距离、以及光源在垂直第一透镜12的光轴O方向上能够发出圆偏振光的最大长度，能够计算确定调制单元1401的长轴与第一透镜12的光轴O之间的倾斜角度。

[0055] 具体地，如图3至图5所示，第一透镜12的曲率半径为R，调制单元1401的长轴为C，入射点为A，过入射点A做第一透镜12的第一面120的切线记为H，做第一透镜12的第一面120的法线记为V，在第一透镜12的光轴O上发出圆偏振光的光源到第一透镜12的第一面120的距离为L1，光源在垂直第一透镜12的光轴O方向上能够发出圆偏振光的最大长度为L2，过入射点A做光轴O的垂线记为D，表示入射点A到第一透镜12的光轴O的轴上距离，记2D＝L3。入射光线的入射角为∠α，调制单元1401的长轴C与第一透镜12的第一面120的法线V之间的夹角记为∠α’，记∠α的余角为∠β，D与H之间的夹角记为∠γ。根据入射点A在第一透镜12的第一面120上的位置不同，∠α的值也会有变化，如图4和图5所示。当入射的圆偏振光在靠近第一透镜12的光轴O方向入射，此时即使调制薄膜层140与介质薄膜层142的折射率相同，通过半透半反膜14的圆偏振光的圆偏度也会较高，因此，在越靠近第一透镜12的光轴O方向，圆偏振光的入射角越小，即，∠α’的值越小；相应地，在越远离第一透镜12的光轴O方向，圆偏振光的入射角越大，即，∠α’的值越大。

[0056] ∠α’与入射光线的反射角相等，因此有∠α＝∠α’，∠β为∠α的余角，因此，有∠β＝90°－∠α。

[0057] 根据上述关系进行几何计算：

[0058]

[0059]

[0060]

[0061] 通过上述几何推导可知，已知第一透镜12的光轴O上发出圆偏振光的光源到第一透镜12的第一面120的距离L1、光源在垂直第一透镜12的光轴O方向上能够发出圆偏振光的最大长度L2、入射点A到第一透镜12的光轴O的轴上距离D以及第一透镜12的曲率半径为R即可获得调制单元1401的长轴C与第一面的法线V之间的夹角∠α’，根据∠α’对第一透镜12进行镀膜加工，即可得到调制单元1401的长轴C与第一透镜12的第一面120的法线V之间具有相应角度的调制薄膜层140，以与介质薄膜层142配合调节半透半反膜14的分光效果。

[0062] 在某些实施方式中，夹角的取值范围为[5°，80°]。

[0063] 如此，在此范围内能够使透镜组件10尺寸较小的同时保持半透半反膜14的效果较好。

[0064] 具体地，在上述透镜组件10用于显示设备1000(图6或图7所示)的情况下，根据透镜组件10尺寸要求，对透镜组件10中的相关尺寸有一定限制，因此，根据上述计算夹角的方法和透镜组件10尺寸要求的综合考虑，夹角的取值范围为[5°，80°]，且在从靠近光轴O方向至远离光轴O方向，夹角的值逐渐增大，如此，能够使透镜组件10尺寸较小而成像效果好。当夹角∠α’小于5°时或当夹角∠α’大于80°时，可能导致透镜组件10的成像效果符合要求但透镜组件10尺寸更大，或者透镜组件10尺寸较小但透镜组件10的成像效果变差。因此，夹角的取值范围为[5°，80°]，例如，夹角的取值可以是5°、10°、20°、30°、40°、45°、50°、60°、70°或者80°，或者是范围[5°，80°]中的其他任意值。

[0065] 在某些实施方式中，介质薄膜层142的厚度的取值范围为[20nm，2000nm]。

[0066] 在某些实施方式中，调制薄膜层140的厚度的取值范围为[20nm，2000nm]。

[0067] 如此，在取值范围内选择介质薄膜层142和调制薄膜层140的厚度，能够保证半透半反膜14的特性，并控制透镜组件10的整体尺寸。

[0068] 具体地，介质薄膜层142和调制薄膜层140通过其材料特性和薄膜的厚度，影响其反射率，从而影响半透半反膜14的性能，当入射的圆偏振光入射于膜面时，介质薄膜层142和调制薄膜层140之间具有折射角差，通过控制该折射角差能够控制圆偏振光的P偏振态与S偏振态的分光特性，使圆偏振光的P偏振态与S偏振态的分光更加均匀。

[0069] 调制薄膜层140的厚度的取值范围为[20nm，2000nm]，例如，调制薄膜层140的厚度可以是20nm、50nm、100nm、300nm、500nm、1000nm、1200nm、1500nm、1800nm或者2000nm，或者是在范围[20nm，2000nm]中的其他任意值。若调制薄膜层140的厚度小于20nm，加工难度高，可能会使调制薄膜层140的调制单元1401无法成型，或由于厚度过小而影响调制薄膜层140的折射率；若调制薄膜层140的厚度大于2000nm，可能影响调制薄膜层140的折射率以及第一透镜12的整体厚度。

[0070] 介质薄膜层142的厚度的取值范围为[20nm，2000nm]，例如，介质薄膜层142的厚度可以是20nm、50nm、100nm、300nm、500nm、1000nm、1200nm、1500nm、1800nm或者2000nm，或者是在范围[20nm，2000nm]中的其他任意值。若介质薄膜层142的厚度小于20nm，加工难度高，可能会使调制薄膜层140的调制单元1401无法成型，或由于厚度过小而影响介质薄膜层142的折射率；若介质薄膜层142的厚度大于2000nm，可能影响介质薄膜层142的折射率以及第一透镜12的整体厚度。

[0071] 在某些实施方式中，介质薄膜层142的材料为氧化物。

[0072] 在某些实施方式中，调制薄膜层140的材料为氧化物或金属。

[0073] 如此，通过介质薄膜层142和调制薄膜层140的材料特性，实现对入射光的半透半反效果。

[0074] 具体地，半透半反膜14通常采用镀膜工艺设置在第一透镜12的第一面120。在镀膜材料中，根据镀膜材料的折射率、加工工艺对材料的要求等，选取能够实现半透半反膜14功能的氧化物或金属材料作为介质薄膜层142和调制薄膜层140的材料。

[0075] 其中，介质薄膜层142的材料为氧化物，调制薄膜层140的材料可以为氧化物或金属，当介质薄膜层142和调制薄膜层140的材料都选取氧化物的情况下，在加工后，氧化物材料形成的介质薄膜层142和调制薄膜层140能够与第一透镜12结合更加紧密，不易脱落。氧化物可以是以下材料中的任一种：Al2O3、Bi2O3、CeO2、Cr2O3、HfO2、In2O3、MgO、MoO3、La2O3、Nd2O3、PbO、SiO2、Sm2O3、SnO2、Ta2O5、TiO2、Ti4O7、Ti3O5、Ti2O3、TiO、WO3、Y2O3、ZrO2或ZnO。

[0076] 在其他实施方式中，调制薄膜层140可以选取金属材料，金属材料可以是以下材料中的任一种：Ag、Au或Al。

[0077] 在某些实施方式中，调制薄膜层140的材料为金属，调制薄膜层140的厚度的取值范围为[50nm，2000nm]。

[0078] 如此，调制薄膜层140选取金属材料，与介质薄膜层142的氧化物材料相配合调控折射率之差，能够更好控制半透半反膜14的分光效果。

[0079] 具体地，调制薄膜层140的材料可以选取金属材料，金属材料与氧化物材料的折射率差异更大，调制薄膜层140的材料选择金属材料能够更好地与介质薄膜层142的氧化物材料相配合，调控二者的折射率之差。调制薄膜层140的厚度的取值范围为[50nm，2000nm]，例如，调制薄膜层140的厚度可以是50nm、100nm、150nm、300nm、500nm、1000nm、1200nm、1500nm、1800nm或者2000nm，或者是在范围[50nm，2000nm]中的其他任意值。若调制薄膜层
140的厚度小于50nm，加工难度高，可能会使调制薄膜层140无法成型，若调制薄膜层140的厚度大于2000nm，可能影响调制薄膜层140的折射率以及第一透镜12的整体厚度。

[0080] 在某些实施方式中，透镜组件10还包括相位延迟层16，相位延迟层16设置在第一透镜12的第二面122，相位延迟层16用于改变穿过相位延迟层16的光线的偏振态。

[0081] 如此，能够使通过的光在圆偏振光和线偏振光之间转换。

[0082] 具体地，相位延迟层16是指能够转换光线的偏振态的器件。相位延迟层16使偏振光两个振动方向相互垂直的偏振分量间产生一个相对的相位延迟，从而改变光的偏振特性。

[0083] 相位延迟层16设置在第一透镜12的第二面122，相位延迟层16用于改变折叠光路中光线的偏振态，例如，能够将线偏振光转换为圆偏振光，或者将圆偏振光转换为线偏振光。

[0084] 在图1示的实施方式中，相位延迟层16为设置在第一透镜12的第二面122的一层相位延迟膜。在其他实施方式中，相位延迟层16可以是四分之一波片，设置在靠近第一透镜12的第二面122的一侧。

[0085] 在某些实施方式中，透镜组件10还包括第二透镜18和反射偏振膜19。

[0086] 第二透镜18包括相背的第一面180和第二面182，第二透镜18的第一面180朝向第一透镜12的第二面122，反射偏振膜19设置于第二透镜18的第一面180，反射偏振膜19用于将来自于相位延迟层16的P偏振态的线偏振光朝相位延迟层16反射、及将来自于相位延迟层16的S偏振态的线偏振光透过。

[0087] 如此，第二透镜18能够反射P线偏振光，透射S线偏振光，最终使S线偏振光射出。

[0088] 具体地，第二透镜18是由透光材料(如玻璃、塑料或水晶等)制成的光学元件，主要利用光的折射在透镜组件10的光路中折射光线。

[0089] 反射偏振膜19可以选择性透过光线。反射偏振膜19具有透振轴，偏振方向与透振轴方向平行的光线可透过反射偏振膜19，偏振方向与透振轴方向垂直的光线可被反射偏振膜19反射。在一个实施方式中，反射偏振膜19用于透射S线偏振光，反射P偏振光，P线偏振光与S线偏振光的偏振方向垂直。也就是说，S线偏振光的偏振方向与反射偏振膜19的透振轴方向平行，P线偏振光的偏振方向与反射偏振膜19的透振方向垂直。

[0090] 透镜组件10还包括第二透镜18和反射偏振膜19，第二透镜18包括相背的第一面180和第二面182，第二透镜18的第一面180朝向第一透镜12的第二面122，反射偏振膜19设置于第二透镜18的第一面180，反射偏振膜19用于将来自于相位延迟层16的P线偏振光朝相位延迟层16反射，通过相位延迟层16，变回右旋圆偏振光，右旋圆偏振光被分束镜反射，变成左旋圆偏振光，左旋元偏振光第三次经过相位延迟层16变成S线偏振光，最终反射偏振膜
19将来自于相位延迟层16的S线偏振光透过。

[0091] 综上所述，透镜组件10包括第一透镜12和第二透镜18，第一透镜12包括相背的第一面120和第二面122，第二透镜18包括相背的第一面180和第二面182，第二透镜18设置在第一透镜12的第二面122所在的一侧，第一透镜12的第一面120上设置半透半反膜14，第一透镜12的第二面122设置相位延迟层16，第二透镜18的第二面182设置反射偏振膜19。光源发出圆偏振光，根据射向半透半反膜14的圆偏振光的不同入射角，控制调制薄膜层140的调制单元1401的角度以改变调制薄膜层140的折射率，从而控制介质薄膜层142和调制薄膜层140的折射率差，最终能够控制半透半反膜14上透过的圆偏振光的P偏振态与S偏振态的分光特性，使圆偏振光的P偏振态与S偏振态分光更加均匀，从而保证从不同角度透过半透半反膜14的圆偏振光的圆偏度，减少椭圆偏振光的产生，进而减少后续光路中杂光的产生，提升成像效果。

[0092] 本申请实施方式提供的显示模组100包括上述任一实施方式的透镜组件10和显示屏20，显示屏20用于向透镜组件10发出光线。

[0093] 具体地，显示屏20作为光源，用于向透镜组件10发出光线。显示屏20可以采用有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)显示面板、硅基OLED显示面板、微型有机发光二极管(MicroOLED)显示面板、微型发光二极管(Mini LED)显示面板、液晶显示面板、硅基液晶显示面板等中的一种。

[0094] 在一个实施方式中，显示屏20出射线偏振光，显示模组100还可以包括设置于显示屏20的光线出射侧的四分之一波片，四分之一波片能够将显示屏20出射的线偏振光转化为圆偏振光。

[0095] 在其他实施方式中，显示屏20被配置为出射圆偏振光，从而无需在显示屏20前设置四分之一波片，有利于精简显示模组100的结构，减小尺寸。

[0096] 请参阅图6和图7，本申请实施方式提供的电子设备1000包括本体200和上述实施方式的显示模组100，显示模组100与本体200结合。

[0097] 本申请的透镜组件10、显示模组100和电子设备1000，利用调制薄膜层140和介质薄膜层142来配合调节半透半反膜14的折射率，从而使圆偏振光的P偏振态与S偏振态分光更加均匀，以使经过半透半反膜14的圆偏振光保持的圆偏振态，使透过的圆偏振光的圆偏度较高，减少杂光对后续光线在光路中传播的影响，从而减少鬼影，提升成像效果。

[0098] 具体地，电子设备1000可以是穿戴式电子设备，包括但不限于头戴式显示器、智能眼镜、智能手表或手环等等。

[0099] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

[0100] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。