CN112965242B - 一种屏下散斑投射模组、设计方法、显示设备及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请适用于屏下成像技术领域，提供一种散斑投射模组、设计方法、显示设备及终端设备，根据散斑发射器发射并一次衍射的至少一个第一光束的波长、投射距离及光斑直径，获取使得光斑直径小于光斑距离的像素周期；根据波长、显示屏的像素周期尺寸、光斑大小及像素周期，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度；当均匀度不在预设均匀度范围内时，调整像素周期，直到均匀度在预设均匀度范围内时为止；当均匀度在预设均匀度范围内时，输出像素周期，能够在不降低显示屏的像素密度和分辨率的情况下，降低非散斑区域的背景噪声，提高信噪比，从而提升显示效果。

Description

一种屏下散斑投射模组、设计方法、显示设备及终端设备

技术领域

本申请属于屏下成像技术领域，尤其涉及一种屏下散斑投射模组、设计方法、显示设备及终端设备。

背景技术

屏下成像技术，是将成像组件设置在显示屏的下方，无需在显示屏的正面设置成像组件，可以有效提高显示屏的屏占比，在手机、平板电脑、个人数字助理等显示设备上被广泛应用。屏下成像技术主要包括屏下3D技术，屏下3D技术包括屏下立体视觉(Stereovision)技术、屏下结构光(structured light)技术、屏下飞行时间(Time Of Flight，TOF)技术等。屏下成像技术所采用的成像组件中通常包括散斑发射器，散斑发射器发射的散斑经过显示屏会发生二次衍射，衍射光会降低散斑的强度，也会提高非散斑区域的背景噪声。现有的屏下成像技术一般是通过降低显示屏的像素密度(Pixels Per Inch，PPI)来抑制显示屏的衍射现象，然而降低像素密度会导致显示屏的分辨率降低，从而影响显示效果。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种散斑投射模组、设计方法、显示设备及终端设备，以解决现有的屏下成像技术通过降低显示屏的像素密度来抑制显示屏的衍射现象，会导致显示屏的分辨率降低，从而影响显示效果的问题。

本申请实施例的第一方面提供一种屏下散斑投射模组的设计方法，包括：

根据散斑发射器发射并一次衍射的至少一个第一光束的波长、投射距离及光斑直径，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的像素周期；其中，所述投射距离为所述散斑发射器到被投射物体的距离，所述像素周期为显示屏中任意两个相邻的像素之间的间隙宽度与单个像素的宽度之和，所述光斑距离为任一个所述第一光束经由所述显示屏二次衍射后投射在所述被投射物体上的零级光斑与一个次级光斑之间的距离；

根据所述波长、所述显示屏的宽度、所述光斑距离及所述像素周期，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度；

当所述均匀度不在预设均匀度范围内时，调整所述像素周期，直到所述均匀度在预设均匀度范围内时为止；

当所述均匀度在预设均匀度范围内时，输出所述像素周期。

本申请实施例的第二方面提供一种屏下散斑投射模组，基于本申请实施例的第一方面所述的设计方法实现，包括：

散斑发射器，用于发射至少一个第一光束并对所述至少一个第一光束进行一次衍射；

显示屏，设置于所述散斑发射器的出光侧，用于对所述至少一个第一光束进行二次衍射，每个所述第一光束经由所述显示屏二次衍射后投射在被投射物体上形成一个零级光斑和多个次级光斑。

本申请实施例的第三方面提供一种显示设备，包括：

本申请实施例的第二方面所述的屏下散斑投射模组；

光接收器，设置于散斑发射器远离显示屏的一侧，用于接收被投射物体反射的光斑中的光子并进行光电转换得到光子信号。

本申请实施例的第四方面提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请实施例的第一方面所述方法的步骤。

本申请实施例的第五方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本申请实施例的第一方面所述方法的步骤。

本申请实施例的第一方面提供的屏下散斑投射模组的设计方法，根据散斑发射器发射并一次衍射的至少一个第一光束的波长、投射距离及光斑直径，获取使得光斑直径小于光斑距离的像素周期；根据波长、显示屏的像素周期尺寸、光斑大小及像素周期，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度；当均匀度不在预设均匀度范围内时，调整像素周期，直到均匀度在预设均匀度范围内时为止；当均匀度在预设均匀度范围内时，输出像素周期，通过设计一种使得经过显示屏二次衍射后的零级光斑与次级光斑之间的均匀度在预设均匀度范围内的屏下散斑投射模组，能够在不降低显示屏的像素密度和分辨率的情况下，降低非散斑区域的背景噪声，提高信噪比，从而提升显示效果。

可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的设计方法的第一种流程示意图；

图2是本申请实施例提供的两个不同的散斑示意图；

图3是本申请实施例提供的设计方法的第二种流程示意图；

图4是本申请实施例提供的设计方法的第三种流程示意图；

图5是本申请实施例提供的显示屏沿x方向的振幅透射率的示意图；

图6是本申请实施例提供的显示屏沿x方向的光斑的光强度的示意图；

图7是本申请实施例提供的显示屏的第一种结构示意图；

图8是本申请实施例提供的显示屏的第二种结构示意图；

图9是本申请实施例提供的显示设备的第一种结构示意图；

图10是本申请实施例提供的显示设备的第二种结构示意图；

图11是本申请实施例提供的终端设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或阵列的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、阵列和/或其集合的存在或添加。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”及其变形表示“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

本申请实施例提供的屏下散斑投射模组的设计方法可以应用于平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、服务器等终端设备，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。设计方法具体可以由终端设备的处理器在运行具有相应功能的计算机程序时执行，用于调整屏下散斑投射模组的参数，以实现对衍射光斑的光强度的调控，使得投射在被投射物体上的所有光斑的均匀度在预设均匀度范围内。屏下散斑投射模组包括散斑发射器和设置于散斑发射器的出光侧的显示屏。

在应用中，处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)或图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，还可以是其他通用处理器、系统级芯片(System-on-a-Chip，SOC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件阵列等。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。

如图1所示，本申请实施例提供的屏下散斑投射模组的设计方法，包括由终端设备的处理器执行的如下步骤S101至S104：

步骤S101、根据散斑发射器发射并一次衍射的至少一个第一光束的波长、投射距离及光斑直径，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的像素周期；其中，所述投射距离为所述散斑发射器到被投射物体的距离，所述像素周期为显示屏中任意两个相邻的像素之间的间隙宽度与单个像素的宽度之和，所述光斑距离为任一个所述第一光束经由所述显示屏衍射后投射在所述被投射物体上的零级光斑与一个次级光斑之间的距离。

在应用中，第一光束的波长、投射距离及光斑直径可以根据实际需要进行设置，具体由散斑投射模组所应用的显示设备的功能需求决定，例如，当散斑投射模组应用于基于屏下3D技术的显示设备时，第一光束为非相干脉冲光束，其波长可以设置为500nm(纳米)～1200nm之间的任意值，具体可以是波长为940nm的红外光束；当散斑投射模组应用于基于屏下3D成像技术的显示设备时，第一光束可以是波长为400nm～760nm的可见光束或波长为760nm～1mm中的任意值的红外光束，具体可以是波长为850nm或940nm的红外光束。投射距离应当大于或等于散斑发射器与被投射物体之间的最大距离，光斑直径应当小于或等于被投射物体的表面面积除以所有衍射光斑的数量，所有衍射光斑的数量等于第一光束的数量乘以5。

在应用中，被投射物体可以是位于投射距离范围内的任意物体，例如，当散斑投射模组应用于基于屏下3D技术的显示设备时，被投射物体可以是显示设备的光接收器的感应距离范围内的任意物体；当散斑投射模组应用于基于屏下指纹技术的显示设备时，被投射物体可以是手指；当散斑投射模组应用于基于屏下摄像头技术的显示设备时，被投射物体可以是显示设备的拍摄距离范围内的任意物体。

在应用中，显示屏包括以阵列形式排列的多个像素，每个像素的尺寸相同，任意两个相邻的像素之间具有一定间隙且每两个像素之间的间隙宽度相同。由于从物理角度上，显示屏可等效为一个二维周期性阵列结构光栅，散斑投射器发射的所有第一光束是平行光，因此，根据衍射光学的物理原理，散斑发射器发射的每个第一光束经由显示屏衍射后会在被投射物体上形成一个零级光斑和多个次级光斑。由于除零级光斑、正一级光斑和负一级级光斑之外的其他级数的光斑的光强度较弱，可以忽略不计，因此，仅考虑零级光斑、两个正一级光斑和两个负一级光斑，光斑距离为任一个第一光束经由显示屏衍射后投射在被投射物体上的零级光斑与一个正一级光斑之间的距离或零级光斑与一个负一级光斑之间的距离。具体的，每个光束经过显示屏衍射后会在被投射物体上形成沿显示屏的x方向的一个零级光斑、一个正一级光斑和一个负一级级光斑，以及沿显示屏的y方向的一个零级光斑、一个正一级光斑和一个负一级光斑，x方向和y方向上的零级光斑重合，x方向和y方向分别为显示屏中像素的行方向和列方向，相当于是每个光束既被x方向的一维光栅衍射又被y方向的一维光栅衍射。散斑发射器发射的每个第一光束不经过显示屏直接投射到被投射物体时在被投射物体上形成的光斑，与其经由显示屏衍射后会在被投射物体上形成的零级光斑的位置相同。

如图2所示，示例性的示出了两个不同的散斑示意图；其中，201为散斑发射器21发射的多个第一光束直接投射在被投射物体22上形成的散斑的示意图，202为发射器21发射的多个第一光束经由显示屏23衍射后投射在被投射物体22上形成的散斑的示意图，两个散斑示意图中相同位置的光斑标示为相同图案，202中的零级光斑标示为24，1级光斑和-1级光斑标示为25。

步骤S102、根据所述波长、所述显示屏的宽度、所述光斑距离及所述像素周期，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度；

步骤S103、当所述均匀度不在预设均匀度范围内时，调整所述像素周期，直到所述均匀度在预设均匀度范围内时为止；

步骤S104、当所述均匀度在预设均匀度范围内时，输出所述像素周期。

在应用中，基于二维衍射光栅的傅里叶分析方法，根据第一光束的波长、显示屏的宽度、光斑距离及像素周期，可以计算出投射至被投射物体的所有光斑的光强度，由于除零级光斑、正一级光斑和负一级光斑之外的其他级数的光斑的光强度较弱，可以忽略不计，仅有零级光斑、正一级光斑和负一级光斑会影响非散斑区域的背景噪声，因此，仅考虑零级光斑、正一级光斑和负一级光斑的光强度对背景噪声的影响。通过将的零级光斑与正一级光斑或负一级光斑之间的光强度比值控制在预设均匀度范围内，可以有效降低背景噪声，提高信噪比。

在应用中，在第一光束的波长、投射距离及光斑直径不变的情况下，改变像素周期(等效于光栅的周期宽度)，即可改变光斑距离和光斑的光强度，进而改变投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度，因此，当投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度不在预设均匀度范围内时，可以调节像素周期，以使均匀度预设均匀度范围内，从而使背景噪声和信噪比符合设计要求。预设均匀度范围可以根据实际需要设置，例如，0.8～1.2中的任意值。

在应用中，对于不同的显示设备，可以根据其对第一光束的波长、投射距离及光斑直径的要求，采用上述方法获得显示屏的像素周期，然后基于设定好的第一光束的波长和光斑直径设计散斑发射器，基于像素周期设计显示屏，从而实现对应用于不同的显示设备的散斑投射模组的设计。

如图3所示，在一个实施例中，步骤S101包括如下步骤S301和S302：

步骤S301、根据投射距离和光斑直径，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的衍射角；其中，所述衍射角为与任一个所述第一光束对应的零级光斑与一个次级光斑之间的夹角。

在应用中，为了保证相邻两个光斑不重叠，光斑直径需要小于光斑距离，而光斑距离等于投射距离与衍射角的乘积，因此，可以根据投射距离和光斑直径，获得满足光斑直径小于光斑距离这一设计要求的衍射角。

在一个实施例中，步骤S301中使得光斑直径小于光斑距离的衍射角的计算公式为：

D＜tan(Theta)*H

其中，D为所述光斑直径，H表示所述投射距离，Theta为所述衍射角。

步骤S302、根据散斑发射器发射的至少一个第一光束的波长和所述衍射角，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的像素周期。

在应用中，在获得满足光斑直径小于光斑距离这一设计要求的衍射角之后，即根据衍射角和第一光束的波长，获得满足光斑直径小于光斑距离这一设计要求的像素周期。

在一个实施例中，步骤S302中像素周期的计算公式为：

Theta＝arcsin(λ/T)

其中，λ为所述波长，T为所述像素周期。

在应用中，显示屏沿x方向和y方向上的像素周期可以不同，可以根据实际需要将显示屏沿x方向和y方向上的像素周期设置为满足光斑直径小于光斑距离这一设计要求的不同值。

如图4所示，在一个实施例中，步骤S102包括如下步骤S401至S404：

步骤S401、根据所述显示屏的宽度和所述像素周期，获取所述显示屏的振幅透射率。

在应用中，由于从物理角度上，显示屏可以等效为一个二维周期性阵列结构光栅，散斑投射器发射的所有第一光束是平行光，因此，根据衍射光学的物理原理，第一光束经显示屏衍射投射至被投射物体的光斑的衍射角较小，属于近轴衍射，可以采用标量衍射理论，像素结构相当于是一个振幅透过率函数，相当于显示屏中像素结构的傅里叶变换就是显示屏的衍射光场。

在一个实施例中，步骤S401中显示屏的振幅透射率的计算公式如下：

f₁＝1/T

其中，t(x,y)为所述显示屏中坐标为(x,y)的像素的振幅透射率，m为小于1的正数，l为所述显示屏的宽度，f₁为振幅变化的频率，T为所述像素周期。

在应用中，显示屏包括沿x方向的宽度和像素周期，以及沿y方向的宽度和像素周期，可以分别将x方向和y方向的宽度和像素周期代入上述振幅透射率的计算公式，计算显示屏沿x方向和y方向振幅透射率。

如图5所示，示例性的示出了显示屏沿x方向的振幅透射率的示意图。

步骤S402、根据所述波长、所述光斑距离及所述显示屏的振幅透射率，获取所述至少一个第一光束经由所述显示屏衍射后投射在所述被投射物体上的所有光斑的复振幅。

在应用中，根据显示屏的振幅透射率的傅里叶变换，可以获取衍射光场的复振幅。

在一个实施例中，步骤S402中所有光斑的复振幅的计算公式为：

其中，U(x,y)为投射在所述被投射物体上的所有光斑中与所述显示屏中坐标为(x,y)的像素对应的光斑的复振幅，F()为傅里叶变换函数，L为所述光斑距离，λ为所述波长。

在应用中，可以分别根据显示屏沿x方向和y方向的宽度、像素周期及振幅透射率，获得沿x方向和y方向的所有光斑的复振幅。

步骤S403、根据投射在所述被投射物体上的所有光斑的复振幅，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的光强度。

在应用中，在获得光斑的复振幅之后，可以根据复振幅及其卷积获得光强度。

在一个实施例中，步骤S403中所有光斑的光强度的计算公式为：

其中，I(x,y)为投射在所述被投射物体上的所有光斑中与所述显示屏中坐标为(x,y)的像素对应的光斑的中的光强度，U^*(x,y)为U(x,y)的卷积，f₀为所述散斑发射器的截止频率，H为所述投射距离。

在应用中，可以分别根据显示屏沿x方向和y方向的宽度及所有光斑复振幅，获得沿x方向和y方向的所有光斑的光强度。

如图6所示，示例性的示出了沿x方向的光斑的光强度的示意图；其中，

(即光斑直径)，f₁λz＝L(即光斑距离)。

由于

(即光斑距离远大于光斑直径)，1/f₁＜＜l/2(即像素周期远小于显示屏的宽度的1/2)，因此，光强度公式中sinc函数和其他两个sinc函数的乘积均可忽略，即可得到正弦型振幅光栅的夫琅禾费衍射图样，它只由零级、正一级和负一级光斑构成，例如图6所示的示意图。

步骤S404、根据投射在所述被投射物体上的所有光斑的光强度，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度。

在应用中，获得所有光斑的光强度之后，即可获得投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度。

在一个实施例中，步骤S404包括：

获取与任一个所述第一光束对应的零级光斑的光强度与一个次级光斑的光强度的比值，得到投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度；

或者，获取投射在所述被投射物体上的所有零级光斑的平均光强度与所有次级光斑的平均光强度的比值，得到投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度。

在应用中，由于所有第一光束是平行光束，因此，理论上所有零级光斑的光强度相同，所有次级光斑的光强度相同，可以将与任一个第一光束对应的零级光斑的光强度与一个次级(例如，正一级或负一级)光斑的光强度的比值，作为均匀度。为了提高计算精度，也可以将所有零级光斑的平均光强度与所有次级(例如，正一级和负一级)光斑的平均光强度的比值，作为均匀度。

本申请实施例所提供的屏下散斑投射模组的设计方法，通过设计一种使得经过显示屏衍射后的零级光斑与次级光斑之间的均匀度在预设均匀度范围内的散斑投射模组，能够在不降低显示屏的像素密度和分辨率的情况下，降低非散斑区域的背景噪声，提高信噪比，从而提升显示效果。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本申请实施例提供的基于上述设计方法实现的散斑投射模组，包括：

散斑发射器，用于发射至少一个第一光束；

显示屏，设置于所述散斑发射器的出光侧，用于衍射所述至少一个第一光束，每个所述第一光束经由所述显示屏衍射后投射在被投射物体上形成一个零级光斑和多个次级光斑。

在应用中，多个次级光斑可以包括两个正一级光斑和两个负一级光斑。散斑发射器包括第一光源单元和衍射光学器件，还可以包括准直镜，第一光源单元包括至少一个第一光源。第一光源可以是发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、激光二极管(LaserDiode，LD)、边缘发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)、垂直腔面发射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser，VCSEL)等。第一光源单元所包括的第一光源数量可以根据实际需要进行设置，第一光源单元可以是由至少两个第一光源组成的一维或二维第一光源阵列。第一光源阵列可以是在单块半导体基底上生成多个垂直腔面发射激光器形成的垂直腔面发射激光器阵列芯片，第一光源阵列中第一光源的排列方式可以是规则的也可以是不规则的。第一光源所发射的第一光束可以是可见光、红外光、紫外光等。

在应用中，显示屏可以是液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)屏、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏、发光二极管(Light EmittingDiode，LED)显示屏、量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes，QLED)显示屏等。

在应用中，显示屏包括以阵列形式排列的多个像素，每个像素可以包括以矩形阵列形式排布的四个子像素。四个子像素可以包括红色子像素、蓝色子像素、绿色子像素及白色子像素(即不设置彩色滤波光片的子像素)中的三种。

如图7所示，示例性的示出了显示屏的第二种像素结构；其中，显示屏7包括以斜向矩形阵列形式排列多个像素71，每个像素71包括一个红色(Red，R)子像素、一个蓝色(Blue，B)子像素及两个绿色(Green，G)子像素，每个像素71中四个子像素以RGGB形式排布。

如图8所示，示例性的示出了显示屏的第二种像素结构；其中，显示屏8包括以矩形阵列形式排列多个像素81，每个像素81包括一个红色(Red，R)子像素、一个蓝色(Blue，B)子像素及两个绿色(Green，G)子像素，每个像素81中四个子像素以RBGG形式排布。

如图9所示，本申请实施例提供的显示设备9，包括：

基于上述设计方法实现的散斑投射模组；

光接收器91，与散斑发射器92并排设置于显示屏93的一侧，用于接收被投射物体94反射的光斑中的光子并进行光电转换得到光子信号。

在应用中，光接收器包括感光像素单元，感光像素单元包括多个感光像素，多个感光像素可以以阵列形式排布成二维感光像素阵列。光接收器的具体实现方式由散斑投射模组所应用的显示设备的功能需求决定，例如，当散斑投射模组应用于基于屏下飞行时间技术的显示设备时，感光像素可以是单光子雪崩光电二极管(Single Photon AvalancheDiode，SPAD)，单光子雪崩光电二极管可以对入射的单个光子进行响应并输出指示光子到达单光子雪崩光电二极管处的时间的信号，利用诸如时间相关单光子计数法(Time-Correlated Single Photon Counting，TCSPC)实现对微弱光信号的采集以及飞行时间的计算；当散斑投射模组应用于基于屏下立体视觉或屏下结构光技术的显示设备时，感光像素可以是电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)、光接收器可以是CCD图像传感器，或者，感光像素可以是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)、光接收器可以是CMOS图像传感器。

在应用中，显示屏是LED、OLED、QLED等可自发光的显示屏时，显示设备不包括背光模组，光接收器设置在散斑发射器的下方。

如图10所示，在一个实施例中，显示设备9还包括背光模组95，与光接收器91和散斑发射器92并排设置于显示屏93的一侧，用于向显示屏93发射多个第二光束，多个第二光束经显示屏93中的液晶分子折射后显示画面。

在应用中，显示屏是LCD显示屏时，显示设备还包括背光模组，背光模组中通常设置有增光膜、扩散膜、导光膜、反射膜等背光膜结构以及第二光源单元。第二光源单元发出的可见光束透过背光膜结构后，配合显示面板中的液晶分子的偏转在显示屏上正常显示画面。散斑发射器发出的可见或不可见光束透过显示屏投射到被投射物体，经被投射物体反射后被光接收器接收。第二光源单元包括至少一个第二光源。第二光源可以是发光二极管、激光二极管、边缘发射激光器、垂直腔面发射激光器等。第二光源单元所包括的第二光源数量可以根据实际需要进行设置，具体可以一个第二光源对应一个显示屏的一个像素，第二光源单元可以是由多个第二光源组成二维第二光源阵列。第二光源所发射的第二光束可以是可见光。

在应用中，背光模组和散斑发射器可以并排相邻设置，也可以耦合设置。耦合设置是指散斑发射器嵌入式设置在背光模组中，第一光源单元也可以作为第二光源单元的一部分，也即第二光源单元可以既包括第一光源又包括第二光源。

图10中，示例性的示出背光模组95和散斑发射器92耦合设置。

如图11所示，本申请实施例提供的终端设备11，包括：至少一个处理器111(图11中仅示出一个处理器)、存储器112以及存储在存储器112中并可在至少一个处理器111上运行的计算机程序113，处理器111执行计算机程序113时实现上述各个设计方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图11仅仅是终端设备的举例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。

在一个实施例中，存储器在一些实施例中可以是终端设备的内部存储单元，例如，终端设备的内存。存储器在另一些实施例中也可以是终端设备的外部存储设备，例如，系统上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)、数据以及其他程序等，例如，计算机程序的程序代码等。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被终端设备执行时实现上述设计方法实施例中的步骤。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述设计方法实施例中的步骤。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种屏下散斑投射模组的设计方法，其特征在于，包括：

根据散斑发射器发射并一次衍射的至少一个第一光束的波长、投射距离及光斑直径，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的像素周期；其中，所述投射距离为所述散斑发射器到被投射物体的距离，所述像素周期为显示屏中任意两个相邻的像素之间的间隙宽度与单个像素的宽度之和，所述光斑距离为任一个所述第一光束经由所述显示屏二次衍射后投射在所述被投射物体上的零级光斑与一个次级光斑之间的距离；

根据所述波长、所述显示屏的宽度、所述光斑距离及所述像素周期，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度；

当所述均匀度不在预设均匀度范围内时，调整所述像素周期，直到所述均匀度在预设均匀度范围内时为止，所述预设均匀度范围为0.8～1.2；

当所述均匀度在预设均匀度范围内时，输出所述像素周期。

2.如权利要求1所述的屏下散斑投射模组的设计方法，其特征在于，所述根据散斑发射器发射并一次衍射的至少一个第一光束的波长、投射距离及光斑直径，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的像素周期，包括：

根据投射距离和光斑直径，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的衍射角；其中，所述衍射角为与任一个所述第一光束对应的零级光斑与一个次级光斑之间的夹角；

根据散斑发射器发射的至少一个第一光束的波长和所述衍射角，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的像素周期。

3.如权利要求2所述的屏下散斑投射模组的设计方法，其特征在于，所述根据投射距离和光斑直径，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的衍射角的计算公式为：

D＜tan(Theta)*H

其中，D为所述光斑直径，H表示所述投射距离，Theta为所述衍射角；

所述根据散斑发射器发射并一次衍射的至少一个第一光束的波长和所述衍射角，获取使得所述光斑直径小于光斑距离的像素周期的计算公式为：

Theta＝arcsin(λ/T)

其中，λ为所述波长，T为所述像素周期。

4.如权利要求1所述的屏下散斑投射模组的设计方法，其特征在于，所述根据所述波长、所述显示屏的宽度、所述光斑距离及所述像素周期，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度，包括：

根据所述显示屏的宽度和所述像素周期，获取所述显示屏的振幅透射率；

根据所述波长、所述光斑距离及所述显示屏的振幅透射率，获取所述至少一个第一光束经由所述显示屏二次衍射后投射在所述被投射物体上的所有光斑的复振幅；

根据投射在所述被投射物体上的所有光斑的复振幅，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的光强度；

根据投射在所述被投射物体上的所有光斑的光强度，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度。

5.如权利要求4所述的屏下散斑投射模组的设计方法，其特征在于，所述根据所述显示屏的宽度和所述像素周期，获取所述显示屏的振幅透射率的计算公式为：

f₁＝1/T

其中，t(x,y)为所述显示屏中坐标为(x,y)的像素的振幅透射率，m为小于1的正数，l为所述显示屏的宽度，f₁为振幅变化的频率，T为所述像素周期；

所述根据所述波长、所述光斑距离及所述显示屏的振幅透射率，获取所述至少一个第一光束经由所述显示屏二次衍射后投射在所述被投射物体上的所有光斑的复振幅的计算公式为：

其中，U(x,y)为投射在所述被投射物体上的所有光斑中与所述显示屏中坐标为(x,y)的像素对应的光斑的复振幅，F()为傅里叶变换函数，L为所述光斑距离，λ为所述波长；

所述根据投射在所述被投射物体上的所有光斑的复振幅，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的光强度的计算公式为：

其中，I(x,y)为投射在所述被投射物体上的所有光斑中与所述显示屏中坐标为(x,y)的像素对应的光斑的中的光强度，U^*(x,y)为U(x,y)的卷积，f₀为所述散斑发射器的截止频率，H为所述投射距离。

6.如权利要求4所述的屏下散斑投射模组的设计方法，其特征在于，所述根据投射在所述被投射物体上的所有光斑的光强度，获取投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度，包括：

获取与任一个所述第一光束对应的零级光斑的光强度与一个次级光斑的光强度的比值，得到投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度；

或者，获取投射在所述被投射物体上的所有零级光斑的平均光强度与所有次级光斑的平均光强度的比值，得到投射在所述被投射物体上的所有光斑的均匀度。

7.一种屏下散斑投射模组，其特征在于，基于如权利要求1至6任一项所述的设计方法实现，包括：

散斑发射器，用于发射至少一个第一光束并对所述至少一个第一光束进行一次衍射；

显示屏，设置于所述散斑发射器的出光侧，用于对所述至少一个第一光束进行二次衍射，每个所述第一光束经由所述显示屏二次衍射后投射在被投射物体上形成一个零级光斑和多个次级光斑。

8.一种显示设备，其特征在于，包括：

如权利要求7所述的屏下散斑投射模组；

光接收器，设置于散斑发射器远离显示屏的一侧，用于接收被投射物体反射的光斑中的光子并进行光电转换得到光子信号。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

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