CN113055560B - 用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法 - Google Patents
用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明主要提供一种用于屏下摄像头的光学系统的设计方法,用于设计一用于屏下摄像头的光学系统,通过校正所述用于屏下摄像头的光学系统中的成像系统产生的点扩散函数而使所述用于屏下摄像头的光学系统实现清晰的成像效果。
Description
技术领域
本发明属于光学元件领域,具体而言,本发明涉及一种应用于屏下摄像头,能有效提升手机屏占比的摄像头光学系统及其制造方法。
背景技术
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。基于这样的要求,为了同时兼顾成像和显示,市场上出现了刘海屏、水滴屏、珍珠屏等各种各样的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被遮挡而无法显示的问题。因为站在用户的角度,是希望能在保证前置摄像头清晰成像的同时,还能将屏占比尽量做大,甚至能达到真正的全面屏。
现有技术中,手机的前置摄像头的模组尺寸普遍在1cm*1cm*0.5cm左右,如果采用前置双摄,那么模组尺寸还要进一步增加,因此如果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。
基于此,本领域技术人员提出了一种解决方法,那就是将摄像头模组设置于显示屏的下方,从而提高屏占比。但此举会带来透光率低、成像模糊等问题。因此,如何将前置摄像头做到屏幕下方,同时还能不影响手机的拍摄成像质量,成为各终端厂商力争攻克的技术难点。
同时,手机屏幕根据光源的种类,主要分为液晶显示(liquid crystal display,即LCD)屏和有机发光二极管(organic light-emitting diode,即OLED)屏。其中,OLED屏由于具备透光特性以及自发光特性,而成为实现屏下摄像头的最佳载体。
而OLED屏幕中存在周期排布的透光的像素结构和不透光的电路结构,在成像透镜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,导致成像调制传递函数(Modulation Transfer Function,即MTF)下降,并且会产生对比度降低、图像模糊等一系列问题,因此无法被用户接受。
为解决此问题,可以降低摄像头上方屏幕像素密度,或优化该区域像素排布和电路设计,以改善屏幕光栅带来的衍射现象。但随之带来的另一个问题是该区域显示效果与其他区域的显示效果相差过大,从而导致像素过低而无法达到用户能够接受的水平,且对成像质量的改善程度非常有限。
因此,本领域技术人员需要提出一种新的技术方案,以从根本上解决上述提及的屏幕衍射问题。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,适用于为电子设备提供一种屏下摄像头光学系统,从而使屏下摄像头不占用屏幕尺寸,继而提高电子设备的屏占比。
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法能够适用于不同排列方式的OLED显示屏,从而提高所述用于实现屏下摄像头的光学系统的适用范围。
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法适用于拍照的RGB摄像头,对应380-780nm的可见光波,从而提高用于拍照的RGB摄像头在电子设备中的应用范围。
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法能够适用3D传感的镜头模组,能够对应800-1100nm的近红外波段,从而进一步提高不同波段的覆盖范围。
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,其中所述用于实现屏下摄像头的光学系统通过使用补偿元件,从而改善衍射效应,进而提高屏下摄像头光学系统所拍摄的照片清晰度。
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,其中所述用于实现屏下摄像头的光学系统通过校正而得到空间不变的点扩散函数(pointspread function,即PSF),从而提高所述用于实现屏下摄像头的光学系统的成像效果。
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,其中空间不变的点扩散函数可以通过正向制造或逆向制造两种方法获得,从而增加获得空间不变的点扩散函数的获得途径。
本发明的一个优势在于提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法,其中所述用于实现屏下摄像头的光学系统通过将各视场相位校正为相近的波前,从而使各视场内的点扩散函数比较接近,并以此结合算法进行图像重建,从而获得较好的成像效果。
为达上述至少一发明优势,本发明主要提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统的制造方法,包括步骤:通过提供一相位补偿元件于所述用于实现屏下摄像头的光学系统的一感光元件和一成像透镜系统之间,以对所述用于实现屏下摄像头的光学系统的出射光束的相位进行补偿。
在其中一些实施例中,所述相位补偿元件被进行视场划分多个视场,并使各视场校正为相近的波前。
在其中一些实施例中,将所述光学系统产生的点扩散函数设置为空间不变的点扩散函数并且均匀分布于各视场。
在其中一些实施例中,所述相位补偿元件被进行等距视场划分,从而使不同视场的光经过所述相位补偿元件的相位补偿后到达所述光学系统的像面时被调整为会聚球面波。
在其中一些实施例中,所述相位补偿元件沿多个同心圆被进行等距视场划分。
在其中一些实施例中,所述相位补偿元件被进行不等距视场划分,从而使不同视场的光经过所述相位补偿元件的相位补偿后到达所述成像透镜系统的像面时被调整为会聚球面波。
在其中一些实施例中,所述相位补偿元件包括一片或多片相位板,各所述相位板分别通过模拟或仿真而得到不同视场的相位补偿分布,各相位板共同作用进行相位补偿。
在其中一些实施例中,所述相位补偿元件与所述感光元件之间的距离范围为0-1mm。
在其中一些实施例中,所述相位补偿元件到所述成像透镜系统之间的距离范围为0-1mm。
在其中一些实施例中,相对于所述成像透镜系统而言,所述相位补偿元件被设置为更靠近所述感光元件。
在其中一些实施例中,为了使所述光学系统得到空间不变的点扩散函数,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以制造得到所述相位补偿元件。
在其中一些实施例中,为了使所述光学系统得到空间不变的点扩散函数,以理想相位补偿元件为基础,对相位变化较大的区域进行调整以减小该区域相位变化的趋势,并且调整其他区域的结构使各视场PSF趋近均匀分布。
在其中一些实施例中,所述用于实现屏下摄像头的光学系统被设置于一电子设备的屏幕下方,并且所述屏幕为有机发光二极管屏,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法能够适用于不同像素形状、像素周期和排列方式的OLED显示屏。
在其中一些实施例中,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法适用于用于拍照的RGB摄像头,对应380-780nm的可见光波。
在其中一些实施例中,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法适用于用于3D传感的镜头模组,能够对应800-1100nm的近红外波段。
在其中一些实施例中,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法能够覆盖380nm-1100nm的波长范围。
附图说明
图1为现有技术中的手机成像系统结构示意图。
图2为图1中的成像系统对应点扩散函数示意图。
图3为在成像系统前加上显示屏之后的光学系统结构示意图。
图4为OLED显示屏的不同排列方式和像素形状示意图。
图5A和图5B为160um周期圆孔衍射屏及其点扩散函数示意图。
图6A和图6B为160um周期方孔衍射屏及其点扩散函数示意图。
图7A和图7B为60um周期圆孔衍射屏及其点扩散函数示意图。
图8A和图8B为60um周期方孔衍射屏及其点扩散函数示意图。
图9A和图9B为原手机成像系统和加入160um周期圆孔衍射屏后拍摄的图像。
图10A和图10B为本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统经相位补偿元件校正后的光学系统结构示意图及A处局部结构放大示意图。
图11为图10中的相位补偿元件的视场被划分为N等分的结构示意图。
图12A至图12C为某一视场下的补偿相位分布结构示意图。
图13A至13C分别为原成像系统产生的点扩散函数示意图、加入显示屏后的成像系统产生的点扩散函数的示意图、以及本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统经相位板矫正后的产生的点扩散函数的示意图。
图14为利用图13C的屏下摄像头的光学系统拍摄的图像。
图15A至15E为普通非球面透镜形成的点扩散函数和具有空间不变透镜形成的点扩散函数的示意图,以及原始图像、普通非球面透镜对应的图像和具有空间不变的点扩散函数透镜对应的图像。
图16为本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统的制造方法中的正向制造中轴上和轴外的相位校正示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是,在本发明的揭露中,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系,其仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是,术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”,即在一个实施例中,一个元件的数量可以为一个,而在另外的实施例中,该元件的数量可以为多个,术语“一”不能理解为对数量的限制。
本发明主要提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统,从而一方面为一电子设备提供能清晰显示成像效果的摄像头光学系统,另一方面,还能提高电子设备的屏占比。
以手机为例,如图1至图9所示,为现有技术中的手机成像透镜系统结构示意图,现有技术中,手机摄像头都是被设置于屏幕的上方的。如图所示,入射光线经过成像透镜系统11后成像于感光面12,不同视场下的光会聚于感光面12从而形成理想像点,其对应点扩散函数PSF如图2所示。因此,现有技术中的手机成像透镜系统能够实现相对完美的成像效果。
在此基础上,若将现有技术中的手机成像透镜系统直接放置于手机的显示屏20后面,那么被设置于显示屏20下方的摄像头成像透镜系统如图3所示,此时由于显示屏20的衍射作用,入射光线已经不能完美成像于感光面12,而是形成一定大小的弥散斑。
同时,由于有机发光二极管屏,即OLED屏具有透光特性及自发光特性等特点,成为实现屏下摄像头的最佳载体。但是如图4所示,现有技术中的有机发光二极管屏的像素排布可能存在许多种不同的排列方式,包括Pentile排列、标准RGB排列以及钻石排列等,无法穷举。而像素形状包括但不限于方形、矩形、圆形、椭圆形、菱形、不规则形状等等。而不同的像素形状和不同的排列方式以及像素周期的混搭会导致不同程度的衍射和成像虚化,如图5至图8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。
如图9所示,为将摄像头设置于屏幕前和在手机摄像头上加显示屏20之后,即,将手机摄像头设置于显示屏20的下方之后拍出来的照片显示,由图9可知,将手机摄像头设置于显示屏20的下方会导致拍摄的照片显示虚化,从图片中可知,若在现有技术中的摄像头和显示屏20的基础上,直接将摄像头设置于显示屏20的下方,那么拍摄出来的照片效果虚化严重,无法达到客户想要的水平。
基于上述问题,本发明提出了两种用于实现屏下摄像头的光学系统及其相应的制造方法。
制造方法1
如图10至图14所示,本发明提供一种用于实现屏下摄像头的光学系统30,所述用于实现屏下摄像头的光学系统30包括一相位补偿元件33,所述相位补偿元件33被设置于所述用于实现屏下摄像头的光学系统30的一成像透镜系统31和一感光元件32之间并且靠近所述感光元件32,用于对出射光束相位进行补偿,使其整形成会聚球面波。
详细而言,由光学成像原理可知,光束经过光学系统,须以会聚球面波出射到达像面,才能实现相对完美的成像效果,呈现理想像点。而感光面12通常被实施为傅里叶频谱面,通过将不同视场的光在空间上被分开,从而使成像透镜系统11最后一面到像面可近似认为是会聚球面波,因此可认为是近似完美成像。
由于在摄像头的前面加上显示屏20,因此光束已不能完美地成像于感光面12,相应地,其形成的波前也不再是“理想球面波前”,因此本发明提供一种新的形成所述用于实现屏下摄像头的光学系统30的结构及其制造方法,通过在所述用于实现屏下摄像头的光学系统30中加入所述相位补偿元件33。由于不同视场相位的不同,以及其在感光面12附近形成空间错位的特性,在本发明的制造方法1的具体实施方式中,所述相位补偿元件33被设置于所述感光元件32前并保持一适应距离。
如图10所示,在此位置,各个不同视场的光可认为是近似空间错位,仅存在少量的空间重叠。因此,可根据该空间错位,对所述相位补偿元件33进行视场划分。
优选地,在本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30的制造方法1中,视场被进行等距划分,不同的区域Σ1…Σn分别对应不同的视场F1…Fn,然后对各视场分别进行所述相位补偿元件33的实施,从而使得不同视场的光经过所述相位补偿元件33的相位补偿后到达像面时均变为会聚球面波,以此提高成像效果,从而使本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30的最后成像能够达到用户的要求。
作为本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30的制造方法1的上述具体实施例的一种变形,本领域技术人员也可以根据实际情况或具体应用的不同对各不同视场的划分方法进行调整或修改。比如根据不同视场对相位误差的敏感程度,而对不同的视场进行不等距划分,比如内疏外密或者内密外疏等,均属于本发明的保护范围之内。
换句话说,在本发明上述制造方法1揭露的方法和结构的前提下,只要采用与本发明相同或近似的技术方案,解决了与本发明相同或近似的技术问题,并且达到了与本发明相同或近似的技术效果,都属于本发明的保护范围之内,本发明的具体实施方式并不以此为限。
值得注意的是,在本发明上述制造方法1中,所述相位补偿元件33被实施为包括一片或多片相位板,如图12所示,以F1视场为例,经过所述相位补偿元件33补偿后的相位分布如图所示,该视场对应区域为Σ1。
同理,通过上述方法,可分别以模拟或仿真而得到F2…Fn的相位补偿分布,并合理分配相应的区域Σ2…Σn,得到不同的区域Σ1…Σn后,通过进行各区域的拼接,即可得到整个视场范围内的补偿分布。
值得一提的是,在本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30中,所述相位补偿元件33与所述感光元件32之间的距离范围被实施为0-1mm,而所述相位补偿元件33到所述手机的成像透镜系统31之间的距离范围也被实施为0-1mm。
作为本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30及其制造方法的一种变形,本领域技术人员也可以根据不同的情况对所述相位补偿元件33与所述感光元件32之间的距离以及所述相位补偿元件33与所述成像透镜系统31之间的距离进行调整或改变。也就是说,只要在本发明上述揭露的基础上,采用了与本发明相同或近似的技术方案,解决了与本发明相同或近似的技术问题,并且达到了与本发明相同或近似的技术效果,都属于本发明的保护范围之内,本发明的具体实施方式并不以此为限。
如图13A至图13C所示,为原光学系统(即单独的摄像头模组形成的光学系统)、加入显示屏20后的光学系统(即摄像头模组被设置于显示屏20下方的光学系统)以及由本发明上述制造方法1制造的经所述相位补偿元件33进行相位补偿并分布校正后的光学系统分别产生的点扩散函数PSF。
其中如图13C所示,在本发明上述制造方法1得到的所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30中,尽管因为将显示屏20设置于所述光学系统的前面而导致从所述光学系统出射的光产生了非常明显的衍射旁瓣,但是经过本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30中的所述相位补偿元件33进行相位校正后,出射光的衍射效应被极大地得到了改善,因此通过本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30进行拍摄能够将拍摄图像虚化的问题得以解决。
如图14所示,为通过本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30进行拍摄的照片,由该照片显示可知,经过本发明所述的用于实现屏下摄像头的光学系统30中的所述相位补偿元件33的相位校正后,所述用于实现屏下摄像头的光学系统30所拍摄的照片清晰度被还原,因此不再存在图像模糊的问题。
因此,通过将本发明上述制造方法1获得的所述用于实现屏下摄像头的光学系统30用于手机,一方面保证了用户对手机摄像头的拍摄清晰度要求,同时还能满足客户对屏占比的追求。
制造方法2
理想情况下,本领域技术人员在制造用于实现屏下摄像头的光学系统30时,期望不同的视场下产生的不同的波长都能被校正为理想光光斑,从而在不同的情况下都能得到完美成像的点扩散函数。
然而实际上由于在设计过程中相位的变化剧烈,以及受到加工工艺精度的限制,因此无论用衍射光学元件DOE,还是利用超表面(metasurface)实现相位校正功能,均较难完美复刻制造精度的相位板,因此在实际生产中的使用效果较难达到理论效果。
传统光学制造中,像差都是随着视场角度的增大而变大,在成像中的具体表现为,从中心到边缘的成像模糊程度会越来越严重,因此计算光学的目的是通过逆处理的方式后期处理而消除这些像差。而能够实现该逆处理的前提在于各视场角的像差能够尽量接近。
而为了实现较大的视场角,可以在一定程度上对目标点扩散函数进行调整,并且不再以得到最小的光斑尺寸为目标,而是以点扩散函数均匀分布于各视场为目标进行制造。
根据目前技术中的关于计算成像光学和图像处理领域的研究结果显示,即使点扩散函数显示出较大的光斑尺寸,但若保证各视场中的点扩散函数基本一致,那么相较于普通的轴外像差比轴上像差大很多的光学系统而言,会更适于进行深度学习图像重建,从而进行算法校正,因此如图15至图16所示,本发明通过该制造方法2制造出了一种用于实现屏下摄像头的光学系统30。
如图15所示,为基于此方法制造出的用于实现屏下摄像头的光学系统30中的透镜与普通非球面透镜之间的点扩散函数的表现的比较图和相应的成像图像比较。
如图所示,采用普通非球面透镜的成像效果表现为中心视场成像清晰度明显高于边缘视场,而采用本发明的制造方法2制造出来的所述用于实现屏下摄像头的光学系统30的透镜为具有点扩散函数空间不变特性的透镜,其成像效果表现为中心视场和边缘视场成像一致性较好。
此外,再分别对使用普通非球面透镜和本发明制造方法2制造出来的具有点扩散函数空间不变特性的透镜拍摄的图像进行图像重建,并对重建图像质量进行比较。
采用本发明制造方法2制造的所述用于实现屏下摄像头的光学系统30的透镜,其为具有点扩散函数空间不变的透镜。该透镜在离轴区能表现出更好的质量。
而为了得到空间不变的点扩散函数,可通过包括正向制造和逆向制造两种方法获得。
如图16所示,正向制造是在制造时不再以理想会聚球面波作为各视场波前校正的目标,而是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,从而使得校正相位变化不会太过剧烈。
此外,通过正向制造所获得的空间不变的点扩散函数的相位分布变化趋缓,相对而言更容易加工。
而逆向制造是在理想相位补偿元件33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,从而达到可加工水平。并且在逆向制造中,对不同的视场,其调整程度会并不相同,而是会根据点扩散函数的变化进行迭代调整。
具体地,以DOE为例,根据点扩散函数的变化进行迭代调整包括如下步骤:
(1)以实际相位分布产生的元件作为初始结构,此结构会获得各个视场都表现较好的PSF分布。
(2)将初始结构中对加工要求较高(对应相位变化剧烈,需要台阶数较多)的区域做调整,如使其台阶数减少,相位变化趋缓。此时,PSF分布会呈现调整过的区域对应的PSF模糊,未调整过的区域对应的PSF锐利。则须要将锐利PSF对应区域的结构也做少许调整,使得其PSF也变模糊。
(3)观察整体视场中各个区域的PSF,按照步骤2不断对各区域对应结构进行调整,最终使得各视场PSF趋近均匀分布。
如图16所示,根据以上方法将各视场相位校正为相近的波前,从而使得各视场的PSF比较接近,成像表现为相似大小的弥散斑。之后在所获得的点扩散函数的基础上,结合算法进行图像重建,从而获得较好的成像效果。
本领域的技术人员应理解,上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明,在没有背离所述原理下,本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (15)
1.一种用于实现屏下摄像头的光学系统的制造方法,其特征在于,包括步骤:通过提供一相位补偿元件于所述用于实现屏下摄像头的光学系统的一感光元件和一成像透镜系统之间,以对所述用于实现屏下摄像头的光学系统的出射光束的相位进行补偿;
其中所述相位补偿元件被进行视场划分多个视场,各个视场被配置为分别进行相位的补偿,以使各视场校正为相近的波前,进而使各视场校正后到达像面时均变为会聚球面波。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其中将所述光学系统产生的点扩散函数设置为空间不变的点扩散函数并且均匀分布于各视场。
3.根据权利要求1所述的制造方法,其中所述相位补偿元件被进行等距视场划分,从而使不同视场的光经过所述相位补偿元件的相位补偿后到达所述光学系统的像面时被调整为会聚球面波。
4.根据权利要求1所述的制造方法,其中所述相位补偿元件沿多个同心圆被进行等距视场划分。
5.根据权利要求1所述的制造方法,其中所述相位补偿元件被进行不等距视场划分,从而使不同视场的光经过所述相位补偿元件的相位补偿后到达所述光学系统的像面时被调整为会聚球面波。
6.根据权利要求1至5中任一所述的制造方法,其中所述相位补偿元件包括一片或多片相位板,各所述相位板共同作用从而对不同视场进行相位补偿。
7.根据权利要求1至5中任一所述的制造方法,其中所述相位补偿元件与所述感光元件之间的距离范围为0-1mm。
8.根据权利要求7所述的制造方法,其中所述相位补偿元件到所述成像透镜系统之间的距离范围为0-1mm。
9.根据权利要求8所述的制造方法,其中相对于所述成像透镜系统而言,所述相位补偿元件被设置为更靠近所述感光元件。
10.根据权利要求2所述的制造方法,其中为了使所述光学系统得到空间不变的点扩散函数,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以制造得到所述相位补偿元件。
11.根据权利要求2所述的制造方法,其中为了使所述光学系统得到空间不变的点扩散函数,以理想相位补偿元件为基础,对相位变化较大的区域进行调整以减小该区域相位变化的趋势,并且调整其他区域的结构使各视场PSF趋近均匀分布。
12.根据权利要求1至5和10至11中任一所述的制造方法,其中所述用于实现屏下摄像头的光学系统被设置于一电子设备的屏幕下方,并且所述屏幕为有机发光二极管屏,所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法能够适用于不同像素形状、像素周期和排列方式的OLED显示屏。
13.根据权利要求1至5和10至11中任一所述的制造方法,其中所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法适用于用于拍照的RGB摄像头,对应380-780nm的可见光波。
14.根据权利要求1至5和10至11中任一所述的制造方法,其中所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法适用于用于3D传感的镜头模组,能够对应800-1100nm的近红外波段。
15.根据权利要求1至5和10至11中任一所述的制造方法,其中所述用于实现屏下摄像头的光学系统及其制造方法能够覆盖380nm-1100nm的波长范围。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109708842A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-05-03 | 北京航空航天大学 | 一种基于单像素成像的相机镜头点扩散函数测量方法 |
CN110017969A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-16 | 清华大学 | 透明oled的参数确定方法和装置 |
CN110099201A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-06 | 浙江大学 | 一种基于超表面透镜的屏下摄像头装置及其集成方法 |
CN111402712A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-07-10 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | 衍射抑制光学部件设计方法、显示屏和屏下摄像装置 |
CN111552138A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-18 | Oppo广东移动通信有限公司 | 一种屏下摄像头、成像方法及终端 |
CN111725286A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 武汉天马微电子有限公司 | 一种显示模组以及电子设备 |
-
2020
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109708842A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-05-03 | 北京航空航天大学 | 一种基于单像素成像的相机镜头点扩散函数测量方法 |
CN110099201A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-06 | 浙江大学 | 一种基于超表面透镜的屏下摄像头装置及其集成方法 |
CN110017969A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-16 | 清华大学 | 透明oled的参数确定方法和装置 |
CN111402712A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-07-10 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | 衍射抑制光学部件设计方法、显示屏和屏下摄像装置 |
CN111552138A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-18 | Oppo广东移动通信有限公司 | 一种屏下摄像头、成像方法及终端 |
CN111725286A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 武汉天马微电子有限公司 | 一种显示模组以及电子设备 |
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