CN113840129A - 一种具有3d摄像模组的显示装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有3D摄像模组的显示装置和电子设备，包括深度摄像模组；所述深度摄像模组，能够安装在所述显示面板背光侧；所述深度摄像模组包括边缘发射激光器和成像模块；边缘发射激光器用于发射激光，以使激光穿透显示面板后照射到待拍摄物体上；成像模块用于接收待拍摄物体反射的穿透显示面板的激光，并根据激光获得待拍摄物体表面的深度图像。由于边缘发射激光器的输出光功率较高，因此，可以将深度摄像模组设置在显示面板的背光侧，从而不需要在显示装置的顶部设置非显示区来安装深度摄像模组，进而不会影响显示装置的美观和全面屏体验。

Description

一种具有3D摄像模组的显示装置和电子设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域，更具体地说，涉及一种具有3D摄像模组的显示装置和电子设备。
背景技术
随着市场的发展，消费者对于显示屏显示效果的要求越来越严苛，不仅要求外观设计多样化，而且要求屏占比越高越好。全面屏技术，通过超窄边框甚至无边框的设计，实现了大于90％的屏占比。其在机身不变的情况下，实现了显示面积的最大化，使得显示效果更加惊艳。现有的基于全面屏的结构设计，为了安装3D摄像模组中的深度摄像模组等器件，在显示面板的顶部设置了非显示区即刘海区，但是，这样还是会影响显示装置的美观和全面屏体验。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有3D摄像模组的显示装置和电子设备，以解决现有的安装深度摄像模组的非显示区影响显示装置的美观和全面屏体验的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有3D摄像模组的显示装置，包括显示面板以及3D摄像模组；
所述3D摄像模组包括位于所述显示面板背光侧的深度摄像模组；
所述深度摄像模组包括边缘发射激光器和成像模块；
所述边缘发射激光器用于发射激光，以使所述激光穿透所述显示面板后照射到待拍摄物体上；
所述成像模块用于接收所述待拍摄物体反射的穿透所述显示面板的激光，并根据所述激光获得所述待拍摄物体表面的深度图像。
可选地，所述深度摄像模组包括位于所述边缘发射激光器和所述显示面板之间的分光器件；
所述分光器件用于将所述边缘发射激光器发射的激光分成随机分布的多束激光。
可选地，所述深度摄像模组包括与所述边缘发射激光器和所述成像模块相连的驱动电路；
所述驱动电路用于控制所述边缘发射激光器和所述成像模块同时开启或关闭，并通过控制所述边缘发射激光器的驱动电流控制所述边缘发射激光器的输出光功率。
可选地，所述成像模块为第一成像模块；
所述第一成像模块根据接收到的所述待拍摄物体反射的激光的光斑图案，获得所述待拍摄物体表面的深度图像。
可选地，所述分光器件和所述显示面板之间具有光学镜头；
所述光学镜头用于对所述激光进行准直。
可选地，所述成像模块为第二成像模块；
所述第二成像模块根据接收到的所述待拍摄物体反射的激光的延时或相位差，获得所述待拍摄物体表面的深度图像。
可选地，所述分光器件和所述显示面板之间具有扩散器；
所述扩散器用于对所述激光进行扩散，并使所述激光泛光出射。
可选地，所述深度摄像模组包括处理模块；所述3D摄像模组还包括2D成像模组；
所述2D成像模组用于拍摄所述待拍摄物体的2D图像；
所述处理模块用于根据所述深度图像和所述2D图像得到所述待拍摄物体的3D 图像。
可选地，所述分光器件为纳米光子芯片、衍射光栅或编码结构光掩膜。
可选地，所述显示面板与所述边缘发射激光器对应的区域为显示区域或非显示区域。
一种电子设备，包括如上任一项所述的显示装置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明所提供的具有3D摄像模组的显示装置和电子设备，由于边缘发射激光器的输出光功率较高，即使在面对透射率较低的显示面板时，其穿透显示面板的激光的光功率也较高，因此，可以将深度摄像模组设置在显示面板的背光侧，从而不需要在显示装置的顶部设置非显示区来安装深度摄像模组，进而不会影响显示装置的美观和全面屏体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种显示装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的VCSEL和EEL激光器的光功率和电流曲线图；
图4为本发明一个具体实施例提供的一种显示装置的结构示意图；
图5为本发明实施例多束激光的光斑图；
图6为本发明另一个具体实施例提供的一种显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
正如背景技术所述，现有的基于全面屏的结构设计，为了安装3D摄像模组中的深度摄像模组等器件，在显示面板的顶部设置了非显示区即刘海区，但是，这样会影响显示装置的美观和全面屏体验。
发明人研究发现，现有的深度摄像模组都是采用垂直腔表面发光激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)作为光源，但是，由于VCSEL激光器的输出光功率较低，当显示面板的透射率较低时，穿透显示面板后的激光的光功率较低，不能得到有效地深度图像，因此，需要在显示面板的顶部设置非显示区即刘海区，并对非显示区进行挖孔来安装VCSEL激光器。
基于此，本发明提供了一种具有3D摄像模组的显示装置，以克服现有技术存在的上述问题，包括显示面板以及3D摄像模组；
所述3D摄像模组包括位于所述显示面板背光侧的深度摄像模组；
所述深度摄像模组包括边缘发射激光器和成像模块；
所述边缘发射激光器用于发射激光，以使所述激光穿透所述显示面板后照射到待拍摄物体上；
所述成像模块用于接收所述待拍摄物体反射的穿透所述显示面板的激光，并根据所述激光获得所述待拍摄物体表面的深度图像。
本发明提供的具有3D摄像模组的显示装置，由于边缘发射激光器的输出光功率较高，即使在面对透射率较低的显示面板时，其穿透显示面板的激光的光功率也较高，因此，可以将该深度摄像模组设置在显示面板的背光侧，从而不需要在显示装置的顶部设置非显示区来安装深度摄像模组，进而不会影响显示装置的美观和全面屏体验。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种具有3D摄像模组的显示装置，如图1所示，包括显示面板10和3D摄像模组，该3D摄像模组包括位于显示面板10背光侧的深度摄像模组。需要说明的是，本发明实施例中的深度摄像模组为红外摄像模组，激光器为发射红外激光的红外激光器。
其中，显示面板的出光侧为可以显示图像的一侧，背光侧为不能显示图像的一侧。也就是说，本发明实施例中的深度摄像模组可以位于显示面板10的下方即可以设置在屏幕下方，而不需要破坏显示面板10的结构，如不需要在显示面板10顶部的非显示区挖孔来设置深度摄像模组。
本发明实施例中，深度摄像模组包括边缘发射激光器(Edge Emitting Laser，简称EEL)11和成像模块12。其中，边缘发射激光器11和成像模块12都位于显示面板 10的背光侧，并且，边缘发射激光器11的出光口朝向显示面板10设置，以使激光能够穿透显示面板10照射到位于显示面板10出光侧的待拍摄物体上，成像模块12的入光口朝向显示面板10设置，以使待拍摄物体反射的激光穿透显示面板10后进入成像模块 12。
其中，边缘发射激光器11用于发射激光，以使激光穿透显示面板后照射到待拍摄物体上；成像模块12用于接收待拍摄物体反射穿透显示面板10的激光，并根据该激光获得待拍摄物体表面的深度图像，该深度图像包括待拍摄物体表面不同区域的深度信息。
由于边缘发射激光器的输出光功率较高，即使在面对透射率较低的显示面板时，其穿透显示面板的激光的光功率也较高，因此，可以将该深度摄像模组设置在显示面板的背光侧，从而不需要在显示装置的顶部设置非显示区来安装深度摄像模组，进而不会影响显示装置的美观和全面屏体验。
并且，由于边缘发射激光器11和成像模块12都设置在显示面板10的背光侧，因此，使得边缘发射激光器11和成像模块12的排列组合有多种可能性，在不影响美观的前提下，可以增加边缘发射激光器11和成像模块12之间的距离，以提高深度摄像模组的拍摄精度。
可选地，如图2所示，深度摄像模组还包括位于显示面板10和边缘发射激光器11之间的分光器件13，分光器件13用于将边缘发射激光器11发射的激光分成随机分布的多束激光。
本发明实施例中，如图1和图2所示，深度摄像模组包括与边缘发射激光器11和成像模块12相连的驱动电路14。该驱动电路14用于控制边缘发射激光器11和成像模块12同时开启或关闭，并通过控制边缘发射激光器11的驱动电流控制边缘发射激光器 11的输出光功率，以通过控制边缘发射激光器11的输出光功率控制穿透显示面板10 的激光的光功率。
进一步地，深度摄像模组还包括处理模块15，3D摄像模组还包括2D成像模组。2D成像模组用于拍摄待拍摄物体的2D图像。处理模块15用于根据3D摄像模组拍摄的深度图像和2D成像模组拍摄的2D图像，得到待拍摄物体的3D图像。
需要说明的是，如果将深度摄像模组放置在屏幕下方即放置在显示面板10的背光侧，为了获得屏幕上方即显示面板10出光侧的待拍摄物体(以人脸为例)的图像，深度摄像模组出射的激光必须穿过显示面板10，被待拍摄物体反射后，二次穿过显示面板 10，再被成像模块12接收。
由于显示面板10对激光的透射率很低，一般OLED显示面板10对红外激光的透射率只有不到5％，即便经过特殊设计和处理的OLED显示面板10对红外激光的透射率也只有30％，而两次穿过屏幕以后的综合透射率只有30％*30％＝9％，因此，现有的VCSEL激光器的输出光功率必须提高10倍以上，才能使深度摄像模组正常工作。
但是，VCSEL激光器的输出光功率并不能提高10倍以上。如图3所示，图3为边缘发射激光器11即EEL激光器与VCSEL激光器的光功率-电流曲线，由于VCSEL激光器在驱动电流较大时容易发热，因此，其输出光功率会随驱动电流的增大而减小，使得其最大光功率仅为10mW，使得其发射的激光穿透显示面板10后的光功率较低，也就是说，现有的VCSEL激光器不能通过提高输出光功率，来保证设置在显示面板10的背光侧的深度摄像模组的正常工作。而如图3所示，边缘发射激光器11的输出光功率会随驱动电流的增大而增大，其最大的峰值输出光功率可以达到几十W，因此，可以在显示面板 10的背光侧设置深度摄像模组，即可以不设置顶部的非显示区即刘海区，以提高显示装置的美观度和全面屏体验。
需要说明的是，本发明实施例中，显示面板10与边缘发射激光器11对应的区域为显示区域或非显示区域，也就是说，边缘发射激光器11可以从显示面板10具有像素等结构的区域即显示区出射激光，也可以从显示面板10具有黑矩阵的区域即非显示区出射激光，本发明并不对此进行限定。
还需要说明的是，本发明实施例中，显示面板10与边缘发射激光器11和成像模块12对应的区域都是显示区域，或者，与边缘发射激光器11和成像模块12对应的区域都是非显示区域，或者，与边缘发射激光器11对应的区域是显示区域、与成像模块12对应的区域是非显示区域，或者，与边缘发射激光器11对应的区域是非显示区域、与成像模块12对应的区域是显示区域。
当然，还需要说明的是，无论边缘发射激光器11和成像模块12对应的区域是显示区域还是非显示区域，为了增加激光的透射率，提高深度图像的成像效果，可以在显示面板10对应边缘发射激光器11的区域进行特殊设计和处理，在显示面板10对应成像模块12的区域进行特殊设计和处理。这里的特殊设计和处理包括对显示面板10的阵列基板做透明处理，或者，降低显示面板10上的金属走线的密度，以提高该区域的透明度等，当然，本发明并不仅限于此。
需要说明的是，为了将深度摄像模组设置在显示面板10的背光侧，可以通过驱动电路14增大驱动电流，降低边缘发射激光器11的脉冲宽度，将边缘发射激光器11的光功率大幅度提高的同时，使边缘发射激光器11的总脉冲能量基本保持不变，满足人眼安全的光功率限制。
本发明的一个实施例中，如图4所示，分光器件13和显示面板10之间还具有光学镜头16；光学镜头16用于对激光进行准直，并使准直后的激光照射到显示面板10上。成像模块12为第一成像模块，可选地，第一成像模块为红外摄像头。第一成像模块根据接收到的待拍摄物体反射的激光的光斑图案，获得待拍摄物体表面的深度图像。
具体地，分光器件13会将边缘发射激光器11发射的激光分成随机分布的多个激光，这些激光照射在平面上时，会形成一如图5所示的光斑图像，当多个激光照射到待拍摄物体上时，光斑图案会有形变或位移，第一成像模块拍摄得到待拍摄物体表面的光斑图案后，会根据光斑图案的形变或位移，得到待拍摄物体表面的深度图像，即得到待拍摄物体表面的凹凸不平的深度信息。处理模块15根据深度图像和2D图像即可获得待拍摄物体的3D图像。
本发明的另一实施例中，如图6所示，分光器件13和显示面板10之间还具有扩散器17；扩散器17用于对分光器件13出射的激光进行扩散，使激光泛光出射到显示面板 10上。成像模块为第二成像模块，可选地，第二成像模块为TOF(Time of Flight，飞行时间)摄像头。第二成像模块根据接收到的待拍摄物体反射的激光的延时或相位差，获得待拍摄物体表面的深度图像。也就是说，第二成像模块根据发射激光的时间和接收到激光的时间的时间差，或者，根据发射的激光和接收到的激光的相位差，获得待拍摄物体表面的深度图像。之后，处理模块15根据深度图像和2D图像即可获得待拍摄物体的3D图像。
本发明实施例中，分光器件13可以是纳米光子芯片，也可以是衍射光栅(Diffractive Optics Element，DOE)或编码结构光掩膜等，本发明并不仅限于此。
本发明所提供的具有3D摄像模组的显示装置，由于边缘发射激光器的输出光功率较高，即使在面对透射率较低的显示面板时，其穿透显示面板的激光的光功率也较高，因此，可以将深度摄像模组设置在显示面板的背光侧，从而不需要在显示装置的顶部设置非显示区来安装深度摄像模组，进而不会影响显示装置的美观和全面屏体验。
并且，与采用VCSEL激光器阵列的3D摄像模组相比，本发明实施例中的3D摄像模组只采用一个边缘发射激光器11即可拍摄深度图像，成本较低；此外，由于边缘发射激光器11可以大规模量产，因此，本发明实施例提供的3D摄像模组也可以大规模量产；再次，由于边缘发射激光器11的衬底热阻抗比VCSEL激光器小很多，因此，边缘发射激光器11以及3D摄像模组的散热性能更好。
本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施例提供的显示装置，该电子设备可以为手机、平板电脑和数码相机等。本发明所提供的具有3D摄像模组的电子设备，不需要在显示装置的顶部设置非显示区来安装深度摄像模组，外观更美观和更有利于实现全面屏体验。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种3D摄像模组，其特征在于，包括深度摄像模组；
所述深度摄像模组，能够安装在显示面板背光侧；
所述深度摄像模组包括边缘发射激光器和成像模块；
所述边缘发射激光器用于发射激光，以使所述激光穿透所述显示面板后照射到待拍摄物体上；
所述成像模块用于接收所述待拍摄物体反射的穿透所述显示面板的激光，并根据所述激光获得所述待拍摄物体表面的深度图像；
所述深度摄像模组包括与所述边缘发射激光器和所述成像模块相连的驱动电路；
所述驱动电路用于控制所述边缘发射激光器和所述成像模块同时开启或关闭，并通过控制所述边缘发射激光器的驱动电流控制所述边缘发射激光器的输出光功率；
所述驱动电路，用于通过增大驱动电流，将边缘发射激光器的光功率提高，以使足够多的光功率从显示面板屏的背光侧穿透显示面板到达待拍摄物体，并使待拍摄物体反射的激光再次穿透显示面板，且降低边缘发射激光器的脉冲脉宽，从而控制边缘发射激光器的总脉冲能量保持不变保以满足人眼安全的光功率限制。
2.根据权利要求1所述的3D摄像模组，其特征在于，所述深度摄像模组包括位于所述边缘发射激光器和所述显示面板之间的分光器件；
所述分光器件用于将所述边缘发射激光器发射的激光分成随机分布的多束激光。
3.根据权利要求2所述的3D摄像模组，其特征在于，所述成像模块为第一成像模块；
所述第一成像模块根据接收到的所述待拍摄物体反射的激光的光斑图案，获得所述待拍摄物体表面的深度图像。
4.根据权利要求3所述的3D摄像模组，其特征在于，所述分光器件和所述显示面板之间具有光学镜头；
所述光学镜头用于对所述激光进行准直。
5.根据权利要求2所述的3D摄像模组，其特征在于，所述成像模块为第二成像模块；
所述第二成像模块根据接收到的所述待拍摄物体反射的激光的延时或相位差，获得所述待拍摄物体表面的深度图像。
6.根据权利要求5所述的3D摄像模组，其特征在于，所述分光器件和所述显示面板之间具有扩散器；
所述扩散器用于对所述激光进行扩散，并使所述激光泛光出射。
7.根据权利要求1所述的3D摄像模组，其特征在于，所述深度摄像模组包括处理模块；所述3D摄像模组还包括2D成像模组；
所述2D成像模组用于拍摄所述待拍摄物体的2D图像；
所述处理模块用于根据所述深度图像和所述2D图像得到所述待拍摄物体的3D图像。
8.根据权利要求2所述的3D摄像模组，其特征在于，所述分光器件为纳米光子芯片、衍射光栅或编码结构光掩膜。
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