衍射抑制光学部件的制作方法

本申请是申请号为202010035985.7、申请日为2020年1月14日、申请人为嘉兴驭光光电科技有限公司、发明名称为“衍射抑制光学部件、衍射抑制显示屏和屏下摄像装置”的发明专利申请的分案申请。

本发明总体上涉及屏下摄像技术，特别是涉及可用于改善屏下摄像成像质量的衍射抑制光学部件。

背景技术：

拍照与显示当前已经成为智能手机的必备功能，而智能手机的前置摄像头更是十分重要。因为前置摄像头不仅能满足自拍需求，而且在人脸识别、内容交互方面也有较大的用途。因此，前置摄像头在手机中已经变得不可或缺。

与此同时，随着智能手机的功能性的提升，大屏幕手机更符合市场趋势。由于屏幕不能无限扩大，使得对高屏占比手机需求也较为旺盛，全面屏则顺势而生，但是由于前置摄像头的原因，完全的全面屏一直无法很好地实现。

为了解决前置摄像头影响全面屏实现的问题，目前已有技术提出将前置摄像头放置于屏幕下面来实现对前置摄像头的完全隐藏，从而完全实现全面屏。但是由于显示屏的存在，对屏下摄像头的拍摄效果有较大的影响。特别是，周期性排列的单元像素会在强光照射下形成由于衍射效应造成的星芒效应，从而影响成像质量。

因此，需要新的屏下摄像技术来抑制衍射造成的星芒效应，从而提高屏下摄像的成像质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种衍射抑制光学部件，其可用于抑制屏下摄像装置中的衍射，从而改善成像质量。

根据本发明的一个方面，提供了一种衍射抑制光学部件，其形成为片状件，该片状件包括呈二维周期性布置的第一区域和第二区域，所述第一区域为透光区域，其中，所述第二区域具有由沿着其边缘的延伸方向排列的多个单元图形在垂直于所述延伸方向的横向方向上发生随机错位而产生的形状，并且所述第二区域是不透光的。

优选，所述多个单元图形具有相似形状。

根据一些实施例，所述单元图形可以为具有一对短边和两对长边的平行六边形，并且所述平行六边形的所述一对短边平行于所述两对长边所夹的两个顶点连线得到的对角线。优选，所述平行六边形的所述对角线的方向垂直于所述条带形状的延伸方向。更优选，所述平行六边形的短边的长度为a，所述对角线的长度为d，且满足d＝5a。

在一些有利的实施例中，多个所述平行六边形在所述第二区域的边缘的横向方向上发生随机偏置且满足如下概率分布函数：

其中ξ为所述平行六边形在所述第二区域的边缘的横向方向上的偏置距离，d为所述平行六边形的所述对角线的长度。

根据另一些实施例，所述单元图形可以为长方形或线段形状，并且所述单元图形的长度方向垂直于所述第二区域的边缘的延伸方向，并且所述单元图形的长宽比大于等于2，优选地，所述长宽比大于等于5。

在一些有利的实施例中，所述多个单元图形可以具有相同的长度l和宽度τ，在所述第二区域的边缘的横向方向上所述多个单元图形发生随机偏置，且所述随机偏置满足如下概率分布函数：

其中ξ为所述单元图形在所述第二区域的边缘的横向方向上的偏置距离。

在另一些有利的实施例中，所述多个单元图形可以具有不同的长度，且所述多个单元图形的长度为大于等大于等于lmin且小于等于lmax的随机值，其中lmin为多个单元图形的最小长度，lmax为所述多个单元图形的最大长度。优选，所述多个单元图形的中心位置还可以在所述第二区域的边缘的横向方向上发生随机偏置。

根据本发明另一个方面，还提供一种衍射抑制光学部件，其形成为片状件，该片状件包括呈二维周期性布置的第一区域和第二区域，所述第二区域包括中心区域和位于所述中心区域边缘的过渡区域，所述第一区域为透光区域，所述过渡区域为不透光区域，其中，所述过渡区域具有沿着所述中心区域的边缘的延伸方向排列的多个单元图形，所述多个单元图形从所述中心区域的边缘位置处在垂直于所述延伸方向的横向方向上朝向所述第一区域延伸，所述多个单元图形在所述横向方向上具有不同的长度从而在所述横向上形成随机错位。

优选地，所述单元图形为长方形或线段形状，且所述多个单元图形在所述横向方向上的长度为大于等于lmin且小于等于lmax的随机值，其中lmin为所述多个单元图形的最小长度，lmax为所述多个单元图形的最大长度。

所述第二区域可以是整体不透光的。

所述片状件可以例如包括透明基底和制作在透明基底上的不透光覆盖层。或者，所述片状件也可以由不透光基底材料制成，并且形成有镂空部分。

在另一些实施例中，所述片状件可以由第一片状构件和第二片状构件层叠而成，其中所述第一片状构件上形成有在第一方向上周期性布置的透光区域，所述第二片状构件在形成有在第二方向上周期性布置的透光区域，所述第一方向与第二方向彼此交叉。

根据本发明实施例的衍射抑制光学部件设计为破坏像素单元和遮光带的结构周期性，从而抑制衍射效应，尤其是改善屏下摄像装置拍摄时存在的星芒效应，提高了屏下摄像的成像质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示意性地示出结合有根据本发明实施例的屏下摄像装置的电子装置的一个示例；

图2为根据本发明实施方式一的屏下摄像装置的系统示意图；

图3示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏的示例；

图4示意性地示出图3所示衍射抑制显示屏的显示屏中的像素层的一个简化示例；

图5示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制光学部件的第一实施例；

图6示出图5所示衍射抑制光学部件的第一实施例中的单元图形；

图7示意性地示出图4所示像素层与图5所示衍射抑制光学部件第一实施例叠置后获得的不透光区域的图案；

图8示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制光学部件的第二实施例；

图9、图10和图11示意性地示出图8所示衍射抑制光学部件的第二实施例中的第二区域的不同示例；

图12示意性地示出图4所示像素层与图8所示衍射抑制光学部件第二实施例叠置后获得的不透光区域的图案；

图13示意性地示出图8所示衍射抑制光学部件的一个变型例；

图14为根据本发明实施方式二的屏下摄像装置的系统示意图；

图15示意性地示出可用于图14所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏的一个示例；

图16示意性地示出可用于图14所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏的另一个示例；

图17示意性地示出图16所示衍射抑制显示屏的像素层的一个示例；以及

图18是应用根据本发明的衍射抑制光学部件的一个具体示例的仿真数据图表。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1示意性地示出结合有根据本发明实施例的屏下摄像装置1的电子装置的一个示例，智能手机2。在图示示例中，智能手机2可以具有全面屏，屏下摄像装置1可以构造在全面屏的至少部分区域之下。

图2为根据本发明实施方式一的屏下摄像装置1的系统示意图。如图2所示，屏下摄像装置1包括显示屏10、衍射抑制光学部件20和摄像头30。显示屏10允许光从其中透过，并具有用于显示的显示表面10a。衍射抑制光学部件20设置在显示屏10的一侧，优选图2所示设置在显示屏10的与显示表面10a相反的背面一侧。显示屏10和衍射抑制光学部件20构成根据本发明实施例的衍射抑制显示屏100。显示表面10a同时也构成为衍射抑制显示屏100的显示表面。摄像头30设置在衍射抑制显示屏100的与显示表面10a相反的一侧，用于接收透过显示屏10和衍射抑制光学部件20的光并进行成像。如图2所示，摄像头30例如包括成像镜头31和图像传感器32。

来自位于显示屏10的显示表面10a一侧的物体3的光透过显示屏10和衍射抑制光学部件20，照射到设置在屏下的摄像头30，从而摄像头30可以对物体3进行成像。

图3更清晰地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏100的一个示例。如图3所示，显示屏10包括像素层11，衍射抑制光学部件20可以仅覆盖在显示屏10的部分区域上，从而仅覆盖在像素层11的部分区域上。

如图4所示，显示屏10的像素层11包括周期性布置的像素单元11a和围绕着像素单元11a布置的遮光带11b。遮光带11b可以包括例如沿相互交叉(优选垂直)的两个不同方向的多个遮光带。遮光带11b例如由像素层11中的金属栅线构成，例如数据线或寻址线。

由于像素单元11a的周期性布置，遮光带11b的布置对应地也呈现出周期性，所以对于透过显示屏10的光会产生衍射作用，从而影响摄像头30的成像效果。为此，根据本发明实施例，提供了衍射抑制光学部件20。

如以下将结合不同实施例将详述的，衍射抑制光学部件20形成为片状件，该片状件包括呈二维周期性布置的第一区域21和围绕着第一区域21布置的大致呈条带形状的第二区域22(参见图5、图8和图13)。第一区域21为透光区域，第二区域22具有由沿着所述条带形状的延伸方向排列的多个单元图形22a、22b在垂直于延伸方向的横向方向上发生随机错位而产生的形状，并且第二区域22至少在其两个侧缘部分上是不透光的。优选，多个单元图形具有相似形状。

应该注意的是，这里的第一区域21包括多个第一区域21，而第二区域22也包括了多个呈条带形状的、沿着不同延伸方向的第二区域22，每个条带形状的第二区域22的延伸方向和横向方向都是相对于该第二区域22自身的条带形状而定义的。

根据本发明实施例的衍射抑制光学部件设计为破坏像素单元和遮光带的结构周期性，从而抑制衍射效应，尤其是改善现有屏下摄像装置拍摄时存在的星芒效应，提高了屏下摄像的成像质量。

图5示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置1的衍射抑制光学部件的第一实施例，衍射抑制光学部件20a。如图5所示，衍射抑制光学部件20a的第二区域22中的单元图形22a为平行六边形，并且多个单元图形22a是相同的。在本实施例中，第二区域22整体上为不透光的。

如图6中的(a)图更加清楚地示出的，单元图形22a为具有一对短边和两对长边的平行六边形，并且该平行六边形的一对短边平行于所述两对长边所夹的两个顶点连线得到的对角线。如图6中的(a)图进一步示出的，平行六边形的短边的长度为a，对角线的长度为d，根据本实施例，优选满足d＝5a。

根据本实施例，单元图形22a的平行六边形的所述对角线的方向垂直于第二区域22的条带形状的延伸方向x，并且在垂直于延伸方向x的横向方向y上发生随机错位，如图6中的(b)图所示。

根据本实施例，优选地，作为单元图形22a的多个平行六边形在横向方向y上发生随机偏置且满足如下概率分布函数：

其中ξ为所述平行六边形在所述条带形状的横向方向上的偏置距离，d为所述平行六边形的所述对角线的长度。

使用时，衍射抑制光学部件20a覆盖在显示屏10的至少部分区域上，从而仅覆盖在像素层11的至少部分区域上，使得衍射抑制光学部件20a的第二区域22与显示屏10中的遮光带11b相互对应。图7示意性地示出图4所示显示屏10中的像素层11与图5所示衍射抑制光学部件20a叠置后获得的不透光区域的图案。可以看到，不透光的第二区域22叠加在像素层11的遮光带11b上，形成了随机不规则的遮光边缘，破坏了遮光带结构的周期性，从而实现衍射抑制效果，尤其是对高级次的衍射的抑制效果，例如屏下摄像装置拍摄时的星芒效应。

图8示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制光学部件的第二实施例，即衍射抑制光学部件20b。如图8所示，衍射抑制光学部件20b的第二区域22中的单元图形22b为长方形或线段形状，并且单元图形22b的长度方向垂直于第二区域22的条带形状的延伸方向。优选，单元图形22b的长宽比大于等于2；更优选地，所述长宽比大于等于5。如图8所示，根据本实施例，多个单元图形22b垂直于条带形状的延伸方向发生随机错位，形成了向衍射抑制光学部件20b的透光的第一区域21突伸出的一系列具有随机长度的毛刺。

衍射抑制光学部件20b形成为第二区域22整体上都不透光的。

以下将结合图9、图10和图11介绍衍射抑制光学部件20b不同示例。

图9示出了衍射抑制光学部件20b的示例一。如图9中的(a)图所示，多个单元图形22b-1具有相同的长度l和宽度τ(见图9中的(a)图)；如图9中的(b)图所示，在第二区域22的条带形状的横向方向y上多个单元图形22b-1发生随机偏置(位置偏移)。

优选地，单元图形22b-1的随机偏置满足如下概率分布函数：

其中ξ为单元图形22b-1在条带形状的横向方向y上的偏置距离。

图10示出了衍射抑制光学部件20b的示例二。在图10所示示例中，多个单元图形22b-2具有不同的长度，且多个单元图形22b-2的长度为大于等于lmin且小于等于lmax的随机值，其中lmin为所述多个单元图形的最小长度，lmax为所述多个单元图形的最大长度。lmin例如可以为零。

图9和图10所示示例中，由于随机偏置或者随机长度而形成的“随机毛刺”在第二区域的相反两个边缘处是互补或对称关系。为了得到更为随机的边缘结构，进一步提出了图11所示的构造，其中如图11所示，多个单元图形22b-3不仅具有随机的长度值，而且它们的中心位置在横向方向y上发生随机偏置。这有利于进一步提高衍射抑制效果。

使用时，衍射抑制光学部件20b的第二区域22与显示屏10中的遮光带11b相互对应叠置。图12示意性地示出图4所示显示屏10中的像素层11与图8所示衍射抑制光学部件20b叠置后获得的不透光区域的图案。可以看到，不透光的第二区域22叠加在像素层11的遮光带11b上，形成了具有随机毛刺的遮光边缘，破坏了遮光带结构的周期性，从而实现衍射抑制效果，尤其是对高级次的衍射的抑制效果，例如屏下摄像装置拍摄时的星芒效应。

图13进一步示出图8所示衍射抑制光学部件的一个变型例，衍射抑制光学部件20c。衍射抑制光学部件20c具有与衍射抑制光学部件20b基本上相同的构造，不同之处仅在于衍射抑制光学部件20c中的第二区域22’仅在其两个侧缘部分处是不透光的。结合参考图12可以知道，衍射抑制显示屏100在使用时实际上对光发生遮挡作用的区域是由像素层中的遮光带与衍射抑制光学部件中的第二区域中的不透光部分叠置之后共同决定的，第二区域只要能够为整体形成的遮光区域提供随机不规则的遮光边缘，即能实现衍射抑制的效果。

结合考虑图8和图13所示的衍射抑制光学部件的不同示例，可以看到，根据本发明实施例的衍射抑制光学部件中，第二区域可以进一步包括中心区域和位于中心区域边缘的过渡区域；衍射抑制光学部件的第一区域为透光区域，第二区域的过渡区域为不透光区域；过渡区域具有沿着第二区域条带形状的延伸方向排列的多个单元图形，所述多个单元图形从第二区域的中心区域的边缘位置处在垂直于所述延伸方向的横向方向上朝向所述第一区域延伸，所述多个单元图形在所述横向方向上具有不同的长度从而在所述横向上形成随机错位。

第二区域的中心区域可以是不透光的，也可以是透光的。

例如，单元图形可以为图9、图10、图11所示长方形或线段形状。多个单元图形可以在所述横向方向上的长度为大于等于lmin且小于等于lmax的随机值，其中lmin为所述多个单元图形的最小长度，lmax为所述多个单元图形的最大长度。

在一些实施例中，衍射抑制光学部件20的片状件可以包括透明基底和制作在透明基底上的不透光覆盖层。例如，可以在透明的玻璃基底上覆盖一层不透光的金属材料，如镉，然后在镉层上旋涂uv胶，利用激光直写技术或者掩膜曝光技术将不透明区域上的uv胶固化保留，然后清洗掉透明区域上的uv胶，之后通过干法或湿法刻蚀将透明区域的金属去除从而形成透明区域。作为替代，片状件可以由不透光基底材料制成，并且形成有镂空部分。

在一些实施例中，尽管未示出，衍射抑制光学部件20的片状件可以由第一片状构件和第二片状构件层叠而成，其中第一片状构件上形成有在第一方向上周期性布置的透光区域，第二片状构件在形成有在第二方向上周期性布置的透光区域，第一方向与第二方向彼此交叉。

接下来将结合图14至图17介绍根据本发明实施方式二的屏下摄像装置和其中应用的衍射抑制显示屏。

图14所示根据本发明实施方式二的屏下摄像装置1’与图2所示根据本发明实施方式一的屏下摄像装置1具有基本上相同的结构，不同之处在于，屏下摄像装置1’中采用了本身具有衍射抑制作用的衍射抑制显示屏100’。

图15示意性地示出可用于屏下摄像装置1’的衍射抑制显示屏100’a。如图15所示，衍射抑制显示屏100’a具有与显示屏10基本上相同的构造，包括结构相同的像素层11，不同之处在于，衍射抑制显示屏100’a中集成了衍射抑制光学部件20’。该衍射抑制光学部件20’具有以上结合图5至图13所介绍的结构，并且设置为使得其中的第二区域与显示屏像素层中的遮光带对应。衍射抑制光学部件20’可以独立地形成并被夹置在显示屏的多层结构之间，也可以与显示屏的其它部分一体地形成，例如在像素层一体地形成。如图15所示，优选，该衍射抑制光学部件20’仅设置在显示屏中的部分区域中。

图16示意性地示出可用于屏下摄像装置1’的衍射抑制显示屏100’b。该衍射抑制显示屏100’b的像素层11’包括周期性布置的像素单元和围绕着像素单元布置的遮光带，遮光带呈条带形状，其中在像素层的至少部分区域处，遮光带具有由沿着所述条带形状的延伸方向排列的多个单元图形在垂直于所述延伸方向的横向方向上发生随机错位而产生的形状。换句话说，衍射抑制显示屏100’b的像素层11’中的遮光带具有根据本发明实施例的衍射抑制光学部件中的第二区域的构造。

图17示出了像素层11’的一个示例，其中围绕着像素单元11’a布置的遮光带11’b具有与图8所示衍射抑制光学部件20b中的第二区域22对应的构造。像素层11’还可以构造为具有与其它衍射抑制光学部件第二区域对应的构造，例如以上结合图5至图12所介绍的，在此不再赘述。

可以看到，根据本发明实施例的这种衍射抑制显示屏允许光从其中透过并包括像素层，像素层包括周期性布置的像素单元和围绕着像素单元布置的遮光带，遮光带呈条带形状，其中在像素层的至少部分区域处，遮光带具有沿着所述条带形状的延伸方向排列的多个单元图形，所述多个单元图形从遮光带的边缘位置处在垂直于所述延伸方向的横向方向上朝向像素单元延伸，所述多个单元图形在所述横向方向上具有不同的长度从而在所述横向上形成随机错位。

例如，所述单元图形可以为长方形或线段形状。优选地，所述多个单元图形的长度为大于等大于等于lmin且小于等于lmax的随机值，其中lmin为所述多个单元图形的最小长度，lmax为所述多个单元图形的最大长度。

图18是应用根据本发明的衍射抑制光学部件的一个具体示例的仿真数据图表。在该具体示例中，衍射抑制光学部件具有如图8所示的“随机毛刺”，该“随机毛刺”是图9所示方式构造的，其中构成“随机毛刺”的单元图形的长度l＝28μm，宽度τ＝1μm；应用上述衍射抑制光学部件的显示屏中的像素层具有如图4所示的构造，并且其中像素单元在彼此垂直的两个方向上的排列周期p1＝p2＝100μm，像素单元的透光区域在这两个方向上的宽度t1＝t2＝80μm，即遮光带的宽度为20μm。基于该具体示例得到的衍射抑制仿真结果如图18所示。图18的上半部分示出了仿真数据，下半部分示出了对应于该仿真数据的图表，图表中横坐标表示衍射级次的位置，纵坐标表示衍射级次的振幅，实线表示调制前的振幅比例，点划线表示连续振幅调制后的振幅比例。从图中可见，本发明的衍射抑制光学部件对三级以上的衍射级次的抑制效果明显，因此整体上对星芒效应有所减弱。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。