屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法技术方案

屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法，其中所述屏下摄像头光学成像系统，其包括：一镜头；一相位补偿元件和一感光元件，其中所述相位补偿元件被设置于所述镜头和所述感光元件之间，对到达所述感光元件的光束进行相位补偿，所述屏下摄像头光学成像系统适于与一显示屏配合，校正显示屏引入的像差。

【技术实现步骤摘要】
屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法
本专利技术涉及光学成像领域，更进一步，涉及一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法。
技术介绍
随着智能电子设备的不断发展，用户对显示终端的要求越来越高。为了同时兼顾成像和显示，市场上出现了刘海屏、水滴屏等各种异形屏以及升降摄像头的设计，然而以上设计均无法解决前置摄像头区域不能显示的问题。用户希望能在保证前置摄像头清晰成像的同时，能将屏占比尽量做大，甚至达到真正的全面屏。目前手机的前置摄像头的模组尺寸普遍在1cmx1cmx0.5cm左右，如果采用前置双摄，那么模组尺寸还要进一步增加，采用现有的制作工艺，前置摄像头模组的尺寸很难进一步压缩，因此前置摄像头的设置成为提升手机屏占比的主要制约因素。一种能有效解决此问题的方式是将摄像头模组置于显示屏下方，但由此会带来透光率低，成像模糊等问题。因此，如何将前置摄像头做到屏下，成为各终端厂商力争攻克的技术难点。手机显示屏根据光源的种类，主要分为液晶显示(liquidcrystaldisplay，LCD)屏和有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，OLED)屏。OLED屏由于具备透光特性及自发光特性，成为实现屏下摄像头的最佳载体。OLED显示屏中存在周期排布的透光的像素结构和不透光的电路结构，在成像系统中可等效为二维光栅，因此会给成像带来极为恶劣的光栅衍射现象，导致成像MTF下降，对比度降低，图像模糊等一系列问题，无法被用户接受。为解决此问题，可以降低摄像头上方显示屏像素密度，或优化该区域像素排布和电路设计，以改善显示屏光栅带来的衍射现象，但随之而来的是该区域显示效果与其他区域相差过大，像素过低无法达到用户可接受的水平，且对成像质量的改善程度非常有限。手机成像系统结构如图1，即，摄像头还未被安装于手机时的成像系统，入射光经成像透镜系统1P后成像于感光面2P，不同视场的光会聚于感光面形成理想像点。其对应点扩散函数PSF如图2所示，几乎可以认为是完美成像。在成像系统前加入显示屏后的光学系统如图3，即，摄像头被安装于手机显示屏之后，此时由于显示屏3P的衍射作用，光束已不能完美成像于感光面，而是成一定大小的弥散斑。在屏下摄像头系统中，OLED显示屏的像素排布可能存在许多种不同的排列方式，如图4A-4C所示，包括Pentile排列(如图4A)、钻石排列(如图4B)、标准RGB排列(如图4C)等；像素形状可能是方形、矩形、圆形、椭圆形、菱形、不规则形状等，包括但不限于这几种。不同的像素排列方式、像素形状和像素周期会导致不同程度的衍射和成像虚化，如图5A至图8B所示分别为不同大小的圆孔衍射屏和方孔衍射屏导致的点扩散函数的变化。在手机摄像头上加入显示屏后，导致拍照虚化，如图9中，左图A为原成像系统拍摄图片，右图B为加入160um周期圆孔显示屏后导致的图像虚化。因此，终端市场急需一种能从根本上解决显示屏衍射问题的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中所述屏下摄像头成像系统适于校正或改善显示屏引起的成像不清楚的问题。本专利技术的一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中所述屏下摄像头成像系统通过校正显示屏带来的相位差来改善成像质量。本专利技术的一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中屏下摄像头成像系统中在预定位置设置衍射光学元件来补偿相位差。本专利技术的一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中根据摄像头设置于显示屏下方时引起的相位差来反向计算衍射光学元件的表面微结构参数。本专利技术的一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中衍射光学元件被设置于镜头和感光元件之间，靠近感光元件的位置。本专利技术的一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中通过相位压缩的方式得到衍射相位分布，由此进一步计算衍射光学元件的表面微结构参数。本专利技术的一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中在一个实施例中，以获得理想光斑为校正目标，并由此来计算补偿相位。本专利技术的另一个优势在于提供一屏下摄像头成像系统及其相位补偿元件和制造方法以及电子设备，其中在一个实施例中，以获得空不变的PSF为校正目标，由此来计算补偿相位。本专利技术的一方面提供一屏下摄像头成像系统，所述屏下摄像头成像系统适于与一显示屏配合，其包括：一镜头；一相位补偿元件；和一感光元件，其中所述相位补偿元件被设置于所述镜头和所述感光元件之间，对到达所述感光元件的光束进行相位补偿，校正显示屏引入的像差。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件到所述感光元件距离范围0-1mm。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件到所述镜头的距离范围0-1mm。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件是一衍射光学元件。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件包括一片或多片衍射光学元件。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述显示屏是OLED屏。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件的制造方法包括步骤：(A)获取入射光场分布和目标出射光场分布，计算补偿相位；(B)将补偿相位压缩成衍射相位分布；和(C)用二元光学的方法制造所述相位补偿元件。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以校正得到理想光斑为目标进行校正，由此来计算补偿相位。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以理想球面波作为各视场波前校正的目标，由此来计算补偿相位。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，对所述相位补偿元件进行视场划分。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，任一视场角的补偿相位的计算方法为：a)在预设所述相位补偿元件的位置接收到入射光经显示屏下镜头光学系统后的光场分布，包含相位分布ф1；b)于该视场角在像面的理想像点位置设一理想点光源，反向追迹该点光源在所述相位补偿元件预设位置的光场分布，包含相位分布ф2；c)计算相位补偿分布Δф＝ф2-ф1。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以校正得到空不变的PSF为目标进行校正，由此来计算补偿相位。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以介于会聚球面波和原始出射波前之间的波作为校正目标，由此来计算补偿相位。根据一个实施例所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，在理想相位补偿元件的基础上，根据加工工艺水平和精度对该元件进行调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一屏下摄像头成像系统，所述屏下摄像头成像系统适于与一显示屏配合，其特征在于，其包括：/n一镜头；/n一相位补偿元件；和/n一感光元件，其中所述相位补偿元件被设置于所述镜头和所述感光元件之间，对到达所述感光元件的光束进行相位补偿，校正显示屏引入的像差。/n

【技术特征摘要】
1.一屏下摄像头成像系统，所述屏下摄像头成像系统适于与一显示屏配合，其特征在于，其包括：
一镜头；
一相位补偿元件；和
一感光元件，其中所述相位补偿元件被设置于所述镜头和所述感光元件之间，对到达所述感光元件的光束进行相位补偿，校正显示屏引入的像差。


2.根据权利要求1所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件到所述感光元件距离范围0-1mm。


3.根据权利要求1所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件到所述镜头的距离范围0-1mm。


4.根据权利要求1所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件是一衍射光学元件。


5.根据权利要求1所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件包括一片或多片衍射光学元件。


6.根据权利要求1所述的屏下摄像头成像系统，其中所述显示屏是适用于不同像素形状、像素周期和排列方式的OLED屏。


7.根据权利要求1-6任一所述的屏下摄像头成像系统，其中所述相位补偿元件的制造方法包括步骤：
(A)获取入射光场分布和目标出射光场分布，计算补偿相位；
(B)将补偿相位压缩成衍射相位分布；和
(C)用二元光学的方法制造所述相位补偿元件。


8.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以校正得到理想光斑为目标进行校正，由此来计算补偿相位。


9.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以理想球面波作为各视场波前校正的目标，由此来计算补偿相位。


10.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，对所述相位补偿元件进行视场划分。


11.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，任一视场角的补偿相位的计算方法为：a)在预设所述相位补偿元件的位置接收到入射光经显示屏下镜头光学系统后的光场分布，包含相位分布ф1；b)于该视场角在像面的理想像点位置设一理想点光源，反向追迹该点光源在所述相位补偿元件预设位置的光场分布，包含相位分布ф2；c)计算相位补偿分布Δф＝ф2-ф1。


12.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以校正得到空不变的PSF为目标进行校正，由此来计算补偿相位。


13.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，以介于会聚球面波和原始出射波前之间的波作为校正目标，由此来计算补偿相位。


14.根据权利要求12所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(A)中，在理想相位补偿元件的基础上，根据加工工艺水平和精度对该元件进行调整，使元件相位变化趋缓，达到可加工水平，根据PSF变化进行迭代调整。


15.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(C)中根据加工能力，确定所述相位补偿元件的最大台阶数量。


16.根据权利要求7所述的屏下摄像头成像系统，其中所述步骤(C)中根据校正主波长以及所用材料折射率，确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅琴，楼歆晔，林涛，
申请(专利权)人：上海鲲游科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31