光学装置及光学系统的制作方法

1.本技术涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学装置及光学系统。


背景技术：

2.目前，越来越多的移动终端上都配置有光学装置，通常会在移动终端的显示屏对应光学装置的地方进行开窗处理，从而形成刘海屏或其它异形屏，影响美观并导致显示屏的占比较低。为获得更高显示占比的显示屏，可以将光学装置置于显示屏下，达到全面屏的效果；但显示屏的显示区域有固定的像素排布结构，相邻像素之间透光区域较小且成规律排布，可以近似认为显示屏是有一定规律排布的光栅结构，这样导致环境光中的强点光源的光经过屏幕后会发生星芒衍射效应，严重影响光学装置的成像效果。
3.此外，显示屏是由多层膜结构叠加而成，由于材料差异和生产工艺的影响，显示屏的不同区域会存在厚度差，而现有光学装置采用的结构光源和泛光源均为单色光，当结构光源和泛光源发出的光经过显示屏的多层膜结构后会发生干涉，且经目标物体反射后的结构光和红外泛光经显示屏后会再次发生干涉，最终在接收模块的成像上会形成附加的干涉条纹(牛顿环)。其中，请参照图1(a)和图1(b)，图1(a)是泛光源发出的光两次经过屏幕后在红外接收模组上所成的红外图，图1(b)是结构光源发出的光两次经过屏幕后在红外接收模组上所成的散斑特征图，可以看出图像上都有明显的圆环干涉条纹，影响红外成像及深度图像输出精度。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种光学装置及光学系统，以解决现有技术中光学装置成像质量差的技术问题。
5.本技术第一方面的实施例提出一种光学装置，包括：投射模块，包括光源、准直镜和光学器件，所述光源用于朝第一侧发射结构光束和泛光光束至目标物体，所述准直镜和所述光学器件依次间隔地位于所述结构光束的光路上，以使所述结构光束依次经所述准直镜和所述光学器件后投射至所述目标物体上；接收模块，用于采集目标物体反射的光信号；控制模块，分别电连接于所述投射模块及所述接收模块，并根据所述接收模块采集的光信号计算目标物体的深度信息；其中，所述光学器件为衍射光学元件或投射元件，所述投射元件包括掩膜板和位于所述掩膜板的第一侧的投射物镜，所述掩膜板上具有可供所述结构光束穿过的编码图案，且所述掩膜板可位于所述投射物镜的对焦位置；所述光源包括至少一led光源。
6.在一实施例中，所述光学装置还包括电连接于所述控制模块的电路板、及位于所述电路板的第一侧且固定连接于所述电路板的镜筒，所述光源均设于所述电路板上且电连接于所述电路板，所述准直镜和所述光学器件均连接于所述镜筒。
7.在一实施例中，所述准直镜和所述光学器件均固定连接于所述镜筒。
8.在一实施例中，所述光学器件为衍射光学元件，所述光源包括第一光源和第二光
源，所述第一光源为激光光源且用于朝第一侧发射结构光束至所述目标物体，所述第二光源为led光源且用于朝第一侧发射泛光光束至所述目标物体；其中，所述第二光源通过设于所述镜筒上的金属端子电连通于所述电路板。
9.在一实施例中，所述光学器件为投射元件，所述光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源为led光源且用于朝第一侧发射结构光束至所述目标物体，所述第二光源为激光光源或led光源且用于朝第一侧发射泛光光束至所述目标物体；所述掩膜板固定设于所述投射物镜的对焦位置。
10.在一实施例中，所述光源为一led光源，所述准直镜固定连接于所述镜筒，所述光学器件为投射元件；所述光学装置还包括驱动件，所述驱动件通过设于所述镜筒上的金属端子电连通于所述电路板，且所述驱动件用于驱动所述掩膜板和所述投射物镜中的至少一者移动，使所述掩膜板位于所述投射物镜的对焦位置或位于所述投射物镜的失焦位置，从而使所述光学装置包括结构光工作模式或泛光工作模式。
11.在一实施例中，所述驱动件包括固定在所述镜筒上的音圈马达，所述投射物镜固定连接于所述音圈马达，所述掩膜板固定设于所述镜筒上；其中，所述控制模块还用于控制通过所述金属端子的电流大小，以驱动所述音圈马达带动所述投射物镜移动。
12.在一实施例中，所述驱动件包括固定在所述镜筒上的压电陶瓷，所述投射物镜固定连接于所述镜筒，所述掩膜板固定连接于所述压电陶瓷背离所述电路板的一侧；其中，所述控制模块还用于控制通过金属端子的电流大小，以驱动所述压电陶瓷带动所述掩膜板移动。
13.上述光学装置可通过控制掩膜板上所设有的编码图案密度以改变最终投射出去的光斑的密度，并结合投射物镜决定最终投射出去的光斑的质量，从而提高最终投射出去的光斑的质量；此外，光源包括至少一led光源，由于led的光谱宽度远大于vcsel的光谱宽度，不同波长光的干涉条纹间距不一样，不同波长光的干涉条纹相互叠加，可减弱干涉条纹的对比度，进而减小干涉条纹对红外图的影响，有效改善显示屏带来的干涉效应对光学装置成像质量的影响。
14.本技术第二方面的实施例提出一种光学系统，包括：如第一方面任一实施例所述的光学装置；及显示屏，包括主显示区和辅显示区，所述辅显示区位于所述光学装置的第一侧，且所述辅显示区内设有多个发光单元，每个所述发光单元包括多个发光像素，所述发光像素为不透光区，所述发光像素之间的间隙为透光区，至少一个所述发光单元内的所述发光像素的形状、尺寸、相对位置中的至少一者相对于其他所述发光单元内的所述发光像素随机变化。
15.在一实施例中，每个所述发光单元内的所述发光像素的形状为菱形、方形、六边形、椭圆形、圆形中的至少一种；
16.相邻两行或两列的所述发光像素错位排列。
17.上述光学系统中光学装置可减小显示屏带来的干涉效应对光学装置成像质量的影响；此外，显示屏上辅显示区内包括多个发光单元，至少一个发光单元内的发光像素的形状、尺寸、位置中的至少一个相对于其他发光单元内发光像素随机变化，即改变显示屏上发光像素的排列方式，从而减弱显示屏的衍射效应对光学装置成像质量的影响，提升光学系统中彩色图、红外图及深度成像的准确性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1(a)为现有光学装置中红外接收模组接收到的红外图；图1(b)为现有光学装置中红外接收模组接收到的散斑特征图；
20.图2为本技术第一方面实施例一提供的光学装置的结构示意图；
21.图3为一种led光源与vcsel的发光光谱对比示意图；
22.图4为本技术提供的一种不同光谱带宽光源经过显示屏后产生的干涉条纹示意图；
23.图5为图2所示光学装置中红外接收模组接收到的红外图；
24.图6为本技术第一方面实施例二提供的光学装置的结构示意图；
25.图7为图6所示光学装置中红外接收模组接收到的散斑特征图；
26.图8为本技术第一方面实施例三提供的光学装置的结构示意图；
27.图9为本技术第一方面实施例四提供的光学装置的结构示意图；
28.图10为本技术第一方面实施例五提供的光学装置的结构示意图；
29.图11为本技术第二方面实施例提供的显示屏的结构示意图；
30.图12为现有显示屏的辅显示区的结构示意图；
31.图13为点光源照射图12所示显示屏时屏下摄像头接收到的光斑图；
32.图14为本技术实施例六提供的显示屏的辅显示区的结构示意图；
33.图15为点光源照射图14所示显示屏时屏下摄像头接收到的光斑图；
34.图16为本技术实施例七提供的显示屏的辅显示区的结构示意图；
35.图17为本技术实施例八提供的显示屏的辅显示区的结构示意图；
36.图18为点光源照射图17所示显示屏时屏下摄像头接收到的光斑图；
37.图19为本技术实施例九提供的显示屏的辅显示区的结构示意图；
38.图20为本技术实施例十提供的显示屏的辅显示区的结构示意图。
39.图中标记的含义为：
40.100、光学装置；
41.10、投射模块；11、光源；111、第一光源；112、第二光源；12、准直镜；13、衍射光学元件；14、投射元件；141、掩膜板；142、投射物镜；15、匀光片；
42.20、目标物体；
43.30、接收模块；31、红外接收模组；311、红外芯片；312、红外窄带滤光片；313、红外成像透镜；32、彩色模组；321、可见光芯片；322、红外截止滤光片；323、可见光成像透镜；
44.40、控制模块；
45.51、电路板；52、镜筒；53、金属端子；531、第一端；532、第二端；
46.61、音圈马达；611、正极端子；612、负极端子；62、压电陶瓷；
47.70、显示屏；71、主显示区；72、辅显示区；73、发光单元；731、发光像素；732、间隙。
具体实施方式
48.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
49.在本技术的描述中，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技术和简化描述，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技术的限制。
50.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个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
51.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
52.为了说明本技术所述的技术方案，下面结合具体附图及实施例来进行说明。
53.本技术第一方面的实施例，具体包括以下实施例一至实施例五，提出一种光学装置，以减小显示屏带来的干涉效应对光学装置成像质量的影响，适用于3d成像装置。
54.其中，请参照图2至图10，光学装置100包括投射模块10、接收模块30和控制模块40。
55.投射模块10包括光源11、准直镜12和光学器件，光源11用于朝第一侧(光源11朝向目标物体20的一侧定义为光源11的第一侧)发射结构光束和泛光光束至目标物体20，准直镜12和光学器件依次间隔地位于结构光束的光路上，以使结构光束依次经准直镜12和光学器件后投射至目标物体20上。
56.接收模块30用于采集目标物体20反射的光信号，具体地，接收模块30包括红外接收模组31和彩色模组32。红外接收模组31包括红外芯片311、及依次设于红外芯片311的第一侧的红外窄带滤光片312、红外成像透镜313。彩色模组32包括可见光芯片321、及依次设于可见光芯片321的第一侧的红外截止滤光片322、可见光成像透镜323。
57.控制模块40分别电连接于投射模块10和接收模块30，并用于控制投射模块10和接收模块30，并根据接收模块30采集的光信号检测识别目标物体20并计算目标物体20的深度信息。
58.其中，光学器件为衍射光学元件13或投射元件14，可根据光源11进行适应性设置；投射元件14包括掩膜板141和位于掩膜板141的第一侧的投射物镜142，掩膜板141上具有可供结构光束穿过的编码图案，且掩膜板141可位于投射物镜142的对焦位置；光源11包括至少一led光源。
59.上述光学装置100可通过控制掩膜板141上所设有的编码图案密度以改变最终投
射出去的光斑的密度，并结合投射物镜142决定最终投射出去的光斑的质量，从而可提高最终投射出去的光斑的质量；此外，光源11包括至少一led光源，由于led的光谱宽度远大于vcsel的光谱宽度，不同波长光的干涉条纹间距不一样，不同波长光的干涉条纹相互叠加，可减弱干涉条纹的对比度，进而减小干涉条纹对红外图的影响，有效改善显示屏带来的干涉效应对光学装置100成像质量的影响。
60.其中，光源11发出的均匀的泛光光束照在目标物体20上，目标物体20反射的红外光最终在红外接收模组31上成红外图；目标物体20上反射的可见光最终在彩色模组32上成彩色图，控制模块40利用红外图和彩色图能在不同场景下做人脸检测、框出人脸、人脸特征对比、人脸识别等；投射模块10发出的结构光束照在目标物体20上，目标物体20反射的光最终在红外接收模组31上成像，最终控制模块40根据红外接收模组31得到的散斑特征图与系统中烧录的参考图做对比计算得到物体的深度图，深度图增加了被测物的深度信息，可有效应对平面攻击手段。
61.可以理解，光学装置100可应用于终端设备，以使终端设备具备3d成像功能。可以理解，终端设备包括显示屏70，显示屏70位于光学装置100的第一侧，即光学装置100位于屏下，光学装置100中光源11朝第一侧发射的结构光束和泛光光束均通过显示屏70至目标物体20上；目标物体20反射的红外光也通过显示屏70在红外接收模组31上成红外图、或者目标物体20上反射的可见光也通过显示屏70最终在彩色模组32上成彩色图。
62.实施例一
63.请参照图2，本技术提出一种光学装置100，包括投射模块10、接收模块30和控制模块40。
64.投射模块10包括光源11、准直镜12和光学器件。在本实施例中，光学器件为衍射光学元件13，光源11包括第一光源111和第二光源112，第一光源111用于朝第一侧发射结构光束至目标物体20，第二光源112用于朝第一侧发射泛光光束至目标物体20。
65.具体地，第一光源111为激光光源(一般为vcsel，垂直腔面发射激光器)，是波长为850nm、或940nm、或1550nm的红外单色光，且vcsel点阵为伪随机排布。其中，伪随机点阵排布的vcsel发出的结构光束经过准直镜12被准直，使各个结构光束以近似平行光束的形态进入衍射光学元件13，衍射光学元件13将vcsel发出的结构光束复制并扩散为视场角更大的结构光。
66.第二光源112为led光源，且其波长为850nm、或940nm、或1550nm。可以理解，在本技术的其他实施例中，第二光源112也可根据系统的需要选择其它中心波长的led光源，在此不作限制。
67.以中心波长为940nm的光源为例，请参照图3，为led光源与vcsel的发光光谱对比示意图(波长-归一化光强)，可以得知，led光源的光谱宽度远大于vcsel的光谱宽度。vcsel的光谱宽度为1nm～4nm，led光谱宽度一般大于35nm。由于光束经过厚度不均匀的膜层结构后，会产生干涉，其中，干涉条纹的亮条纹间距δd、以及暗条纹间距δd
′
分别由以下公式一和公式二确定：
68.[0069][0070]
其中k为干涉级次，r为显示屏某位置处的曲率半径(显示屏并非绝对的平面，是有一点曲率的曲面)，可得知条纹间距均与波长λ有关，λ越大，干涉条纹间距越大，因此用光谱宽度较宽的led替代光谱宽度窄的vcsel，不同波长光的干涉条纹间距不一样，不同波长光的干涉条纹相互叠加，减弱了干涉条纹的对比度，进而减小了干涉条纹对红外图的影响。
[0071]
具体地，可参照图4，列举了四种不同光谱带宽的光源经过显示屏后产生的干涉条纹示意图。其中，图4(a)为模拟的单色光源经过显示屏后，屏下红外接收模组上显示的红外图，可以看到图像上有明显的干涉条纹，严重影响红外图的成像质量；图4(b)、图4(c)、图4(d)是依次增加屏下光源的光谱带宽后，屏下红外接收模组上显示的红外图，可以看到随着光源带宽的增加，红外图像上的干涉条纹对比度逐渐减弱，当光谱带宽达到一定程度后(具体带宽值与屏的厚度差异有关系)，屏下红外接收模组31上显示的红外图未见明显的干涉条纹，大大降低屏带来的干涉效应对最终红外图成像的影响。
[0072]
图5为本技术提供的led光源经过显示屏后，红外接收模组接收到的红外图像，与图1(a)对比可以得知使用led作为光源能明显的改善显示屏带来的干涉效应对最终红外图成像的影响。
[0073]
请参照图2，在本实施例中，光学装置100还包括电连接于控制模块40的电路板51、及位于电路板51的第一侧且固定连接于电路板51的镜筒52，光源11设于电路板51上且电连接于电路板51，即第一光源111和第二光源112均设于电路板51上且电连接于电路板51。准直镜12和光学器件均连接于镜筒52。如此，投射模块10集成在一个电路板51上，有利于光学装置100的小型化设计，并易于生产制造。
[0074]
其中，第一光源111一般通过固晶工艺、打线工艺固定在电路板51上，镜筒52一般通过aa胶水固定在电路板51上。
[0075]
在本实施例中，准直镜12和光学器件均固定连接于镜筒52，也即是说，镜筒52对准直镜12及光学器件进行结构支撑与定位，则准直镜12及光学器件与投射光源11之间的相对位置不发生变化，有利于结构光束传播的稳定。
[0076]
在本实施例中，第二光源112通过设于镜筒52上的金属端子53电连通于电路板51。如此，可通过金属端子53实现第二光源112与电路板51之间的电连通，并可通过镜筒52实现第二光源112的定位。
[0077]
具体地，镜筒52是通过模内注塑工艺注塑成型的，金属端子53的数量有两个，两个金属端子53均部分嵌设于镜筒52内，且金属端子53的两端均外漏于镜筒52以分别连接电路板51和第二光源112。其中，两个金属端子53靠近第二光源112的两个端部一般通过低温固化的导电银胶分别与第二光源112的正负极连接，即第二光源112通过导电银胶固定在镜筒52上；两个金属端子53靠近电路板51的两个端部一般通过焊料与电路板51上的正负极焊盘导通、或通过导电银胶导通，完成第二光源112的电气导通。
[0078]
实施例二
[0079]
请参照图6，本技术提出一种光学装置100，包括投射模块、接收模块和控制模块40。其中，接收模块和控制模块40的具体结构请参照实施例一，具体不再赘述。
[0080]
投射模块包括光源11、准直镜12和光学器件。在本实施例中，光学器件为投射元件
14，光源11包括第一光源111和第二光源112，第一光源111用于朝第一侧发射结构光束至目标物体20，第二光源112用于朝第一侧发射泛光光束至目标物体20。
[0081]
具体地，请参照图6，投射元件14包括掩膜板141和位于掩膜板141的第一侧的投射物镜142，掩膜板141上具有可供光束穿过的编码图案，且掩膜板141位于投射物镜142的对焦位置。如此，可通过控制掩膜板141上编码图案的密度以改变经由投射物镜142最终投射出去的光斑的密度和质量。
[0082]
其中，通常在玻璃或石英基底上，通过微纳加工工艺，在基底表面形成自定义的图案层，即可得到刻设有高密度图案的掩膜板141。平行光束穿过掩膜板141的透光部分，在掩膜板141的不透光位置被吸收或反射，透过掩膜板141的光束经投射物镜142投射出去，投射出去的图案形状与掩膜板141的图案一致，掩膜板141上图案的密度决定了最终投射出去的光斑的密度，投射物镜142的成像质量决定了最终投射出去的光斑质量。
[0083]
在本实施例中，第一光源111为led光源，第二光源112为激光光源，第一光源111固定设于准直镜12的对焦位置，掩膜板141固定设于投射物镜142的对焦位置，此时，掩膜板141及投射物镜142共同搭配led光源，可提升结构光束最终投射出去的光斑质量。如此，使用led光源作为第一光源111，其光谱宽度较传统的vcsel宽。具体请参照图6和图7，图7为本实施例所提供的光学装置100中第一光源111为led光源时，第一光源111所发出的结构光束经过显示屏70后，红外接收模组31所接收到的散斑特征图像，可以看出led光源作为第一光源111并用于发射结构光束时能够有效地改善显示屏70带来的干涉效应对散斑特征图的影响。
[0084]
具体地，投射模块10还包括设于第二光源112的第一侧的匀光片15，匀光片15对第二光源112发出来的泛光光束进行扩束和整形，最终得到一定形状光强均匀的光束。
[0085]
在本实施例中，第一光源111和第二光源112分别电连接于控制模块40，即第一光源111和第二光源112相独立设置。
[0086]
可以理解，在本技术的其他实施例中，光学装置100还包括电连接于控制模块40的电路板51、及位于电路板51的第一侧且固定连接于电路板51的镜筒52，第一光源111和第二光源112均集成在该电路板51上。其中，第一光源111和第二光源112均设于电路板51上且电连接于电路板51，准直镜12、掩膜板141和投射物镜142均固定连接于镜筒52。如此，有利于光学装置100的小型化设计，并易于生产制造，在此不作限制。
[0087]
实施例三
[0088]
请参照图8，本技术提出一种光学装置100，包括投射模块10、接收模块和控制模块40。其中，接收模块和控制模块40的具体结构请参照实施例一，具体不再赘述。
[0089]
投射模块10包括投射光源、准直镜12和光学器件。在本实施例中，光学器件为投射元件14，光源包括第一光源111和第二光源112，第一光源111用于朝第一侧发射结构光束至目标物体20，第二光源112用于朝第一侧发射泛光光束至目标物体20。
[0090]
在本实施例中，投射元件14包括掩膜板141和位于掩膜板141的第一侧的投射物镜142。其中，掩膜板141和投射物镜142的具体结构请参照实施例二，具体不再赘述。
[0091]
在本实施例中，光学装置100还包括电连接于控制模块40的电路板51、及位于电路板51的第一侧且固定连接于电路板51的镜筒52，第一光源111和第二光源112均集成在该电路板51上。其中，第一光源111和第二光源112均设于电路板51上且电连接于电路板51，准直
镜12、掩膜板141和投射物镜142均固定连接于镜筒52。如此，有利于光学装置100的小型化设计，并易于生产制造。
[0092]
在本实施例中，第一光源111和第二光源112均为led光源，相较于传统的vcsel光源，led光源的光谱更宽。
[0093]
其中，光学装置100还包括设于镜筒52上的两个金属端子53，金属端子53用于电连通第二光源112与电路板51。金属端子53可通过模内注塑工艺注塑成型并嵌设在镜筒52的内部、或者采用金属镭雕工艺镭射在镜筒52的表面。此外，两个金属端子53朝向第二光源112的端部分别通过导电胶与第二光源112的正负极连接，两个金属端子53朝向电路板51的端部分别通过焊接或导电胶与电路板51进行电气连通，控制模块40通过控制第二光源112和第一光源111在不同时间间隔发光，使得在同一模组上既能发出结构光束、又能发出均匀的泛光光束，结合图4所示的原理，该发射模组能有效的改善屏带来的干涉效应对红外图和散斑特征图的影响，且本实施例将第一光源111和第二光源112集成在一个模块上，有利于光学装置100的小型化设计，并易于模组的生产制造。
[0094]
实施例四
[0095]
请参照图9，本技术提出一种光学装置100，包括投射模块10、接收模块和控制模块40。其中，接收模块和控制模块40的具体结构请参照实施例一，具体不再赘述。
[0096]
请参照图9，在本实施例中，光源11为一led光源，该光源11用于朝第一侧发射结构光束和泛光光束至目标物体20，则该led光源可实现红外泛光照明和结构光照明功能；光学器件为投射元件14，投射元件14包括掩膜板141和位于掩膜板141的第一侧的投射物镜142。其中，掩膜板141的具体结构请参照实施例二，具体不再赘述。
[0097]
在本实施例中，光学装置100还包括电连接于控制模块40的电路板51、及位于电路板51的第一侧且固定连接于电路板51的镜筒52，投射模块10集成在该电路板51上。其中，光源11设于电路板51上且电连接于电路板51。如此，有利于光学装置100的小型化设计，并易于生产制造。
[0098]
其中，准直镜12及掩膜板141均固定连接于镜筒52，光学装置100还包括驱动件，驱动件通过设于镜筒52上的金属端子53电连通于电路板51，且驱动件用于驱动投射物镜142移动，使掩膜板141位于投射物镜142的对焦位置或位于投射物镜142的失焦位置，从而使光学装置100包括结构光工作模式或泛光工作模式。
[0099]
在本实施例中，驱动件包括固定在镜筒52上的音圈马达61，音圈马达61的相对两端上分别设有正极端子611和负极端子612，投射物镜142通过螺纹和胶水固定连接于音圈马达61。音圈马达61通过导电胶固定在镜筒52上，且通过正极端子611和负极端子612分别与镜筒52的两个金属端子53电气导通。金属端子53可采用模内注塑工艺内嵌在镜筒52内部，也可采用金属镭雕的工艺镭射在镜筒52的表面。
[0100]
具体地，金属端子53采用模内注塑工艺内嵌在镜筒52内部，且金属端子53的相对两端，即第一端531和第二端532均外露于镜筒52，金属端子53靠近电路板51的一端，即第一端531可以凸出于镜筒52表面，也可与镜筒52表面齐平，并通过焊接或导电胶的方式固定在电路板51上；金属端子53朝向音圈马达61的一端，即第二端532可以凸出于镜筒52表面，也可与镜筒52表面齐平。可以理解，音圈马达61的正极端子611和负极端子612也可以与音圈马达61的底座面齐平，或突出于音圈马达61的底座面，然后通过导电胶实现与对应的金属
端子53的第二端532之间的电连通。控制模块40还用于控制通过金属端子53的电流大小，以驱动音圈马达61带动投射物镜142移动不同的距离。
[0101]
其中，当掩膜板141位于投射物镜142的对焦位置，即掩膜板141在投射物镜142的焦平面上时，光学装置100处于结构光工作模式，led光源发出的光经过准直镜12被准直为平行光，再经过掩膜板141形成带有一定特征的结构光斑，通过投射物镜142在目标物体20上形成清晰的散斑特征图；当掩膜板141位于投射物镜142的失焦位置，即掩膜板141在投射物镜142的虚焦平面上时，光学装置100处于泛光工作模式，led光源发出的光经过准直镜12被准直为平行光，再经过掩膜板141形成带有一定特征的结构光斑，因为掩膜板141处于投射物镜142的虚焦平面上，此时的结构光斑经过投射物镜142后投射在物体上，光斑相互重叠模糊一片，最终成像为均匀的红外图。也即是说，控制模块40通过控制音圈马达61的电流，控制投射物镜142与掩膜板141的相对位置，使得在同一模组上既能发出结构光斑、又能发出均匀红外光。
[0102]
led光源相较于传统的vcsel光源，led光源的光谱更宽，结合图4所示的原理，该光学装置100能有效的改善屏带来的干涉效应对红外图和散斑特征图的影响，且本技术将投射模块10集成在一个模块上，有利于光学装置100的小型化设计，并易于模组的生产制造。
[0103]
实施例五
[0104]
请参照图10，本技术提出一种光学装置100，包括投射模块10、接收模块和控制模块40。其中，接收模块和控制模块40的具体结构请参照实施例一，具体不再赘述。
[0105]
请参照图10，在本实施例中，光源11为一led光源，该光源11用于朝第一侧发射结构光束和泛光光束至目标物体20，则该led光源可实现红外泛光照明和结构光照明功能；光学器件为投射元件14，投射元件14包括掩膜板141和位于掩膜板141的第一侧的投射物镜142。其中，掩膜板141的具体结构请参照实施例二，具体不再赘述。
[0106]
请参照图10，在本实施例中，光学装置100还包括电连接于控制模块40的电路板51、及位于电路板51的第一侧且固定连接于电路板51的镜筒52，投射模块10集成在该电路板51上。其中，光源11设于电路板51上且电连接于电路板51。如此，有利于光学装置100的小型化设计，并易于生产制造。
[0107]
其中，准直镜12及投射物镜142均固定连接于镜筒52，光学装置100还包括驱动件，驱动件通过设于镜筒52上的金属端子53电连通于电路板51，且驱动件用于驱动掩膜板141移动，使掩膜板141位于投射物镜142的对焦位置或位于投射物镜142的失焦位置，从而使光学装置100包括结构光工作模式或泛光工作模式。
[0108]
在本实施例中，镜筒52内设有两个金属端子53，金属端子53可采用模内注塑工艺内嵌在镜筒52内部，也可采用金属镭雕的工艺镭射在镜筒52的表面。驱动件包括固定在镜筒52上的压电陶瓷62，压电陶瓷62的正负极分别与两个金属端子53靠近掩膜板141的一端相连，掩膜板141通过胶水固定连接于压电陶瓷62背离电路板51的一侧，金属端子53朝向电路板51的另一端通过焊接或导电银胶的方式与电路板51电气导通。可以理解，控制模块40还用于控制通过金属端子53的电流大小，并根据不同电流对应压电陶瓷62不同的形变量，以驱动压电陶瓷62带动掩膜板141移动。
[0109]
当金属端子53未通电时，掩膜板141位于投射物镜142的对焦位置，即掩膜板141在投射物镜142的焦平面上，光学装置100处于结构光工作模式，光源11发出的光经过准直镜
12被准直为平行光，再经过掩膜板141形成带有一定特征的结构光斑，通过投射物镜142在目标物体20上形成清晰的散斑特征图；当给金属端子53供电到一定大小时，掩膜板141移动并位于投射物镜142的失焦位置，即掩膜板141处在投射物镜142的虚焦平面上，光学装置100处于泛光工作模式，光源11发出的光经过准直镜12被准直为平行光，再经过掩膜板141形成带有一定特征的结构光斑，因为掩膜板141处于投射物镜142的虚焦平面上，此时的结构光斑经过投射物镜142后投射在物体上，光斑相互重叠模糊一片，最终成像为均匀的红外图。也即是说，控制模块40通过控制金属端子53的电流，来改变掩膜板141与投射物镜142的相对位置，使得在同一模组上既能发出结构光斑、又能发出均匀红外光。
[0110]
光源11包括的led光源相较于传统的vcsel光源，led光源的光谱更宽，结合图4所示的原理，该光学装置100能有效的改善屏带来的干涉效应对红外图和散斑特征图的影响，且本技术将投射模块10集成在一个模块上，有利于光学装置100的小型化设计，并易于模组的生产制造。
[0111]
上述光学装置100可通过控制掩膜板141上所设有的编码图案密度以改变最终投射出去的光斑的密度，并结合投射物镜142决定最终投射出去的光斑的质量，从而提高最终投射出去的光斑的质量；此外，光源11包括至少一led光源，由于led的光谱宽度远大于vcsel的光谱宽度，不同波长光的干涉条纹间距不一样，不同波长光的干涉条纹相互叠加，可减弱干涉条纹的对比度，进而减小干涉条纹对红外图的影响，有效改善显示屏带来的干涉效应对光学装置100成像质量的影响。
[0112]
本技术第二方面的实施例，具体包括以下实施例六至实施例十，提出一种光学系统，以减小显示屏带来的衍射效应及干涉效应对光学装置100成像质量的影响，可适用于手机、笔记本等移动终端，以及需要进行3d成像识别的装置。
[0113]
请参照图11至图20，光学系统包括第一方面任一实施例中提到的光学装置100和显示屏70。
[0114]
显示屏70包括主显示区71和辅显示区72，辅显示区72位于光学装置100的第一侧，且辅显示区72内设有多个发光单元73，每个发光单元73包括多个发光像素731，发光像素731为不透光区，发光像素731之间的间隙732为透光区。也即是说，光学装置100发射的结构光束和泛光光束均从发光单元73的透光区，即从间隙732通过后照在目标物体20上。
[0115]
其中，辅显示区72的尺寸和位置根据光学装置100的成像视场角和位置决定，形状可以是圆形、椭圆形或其它形状，在此不作限制。
[0116]
具体地，每个发光单元73包括一个蓝色发光像素、两个绿色发光像素、一个红色发光像素，每个发光像素731的形状为圆形，且大小各不相同。通过驱动电压控制蓝色发光像素、绿色发光像素、及红色发光像素的亮度，使得发光单元73发出不同颜色的光。
[0117]
请参照图12和图13，现有显示屏上等间隔排列着多个发光单元73，每个发光单元73同样由一个蓝色发光像素、两个绿色发光像素、一个红色发光像素组成，每个发光像素731的形状为圆形，大小各不相同，通过驱动电压控制发光像素731的亮度，使得发光单元73发出不同颜色的光，发光像素731之间的间隙732为透光区，一般间隙732在1um-100um不等，这样在xy方向上形成了多个规律排布的类方形的孔。请再次参照图13，当环境中强点光源经过显示屏后，在屏下接收模块的图像上会产生多个衍射光斑，一般称这种衍射光斑为星芒衍射，会严重影响成像效果。
[0118]
请再次参照图11、图14至图20，在本技术中，至少一个发光单元73内的发光像素731的形状、尺寸、相对位置中的至少一者相对于其他发光单元73内的发光像素731随机变化。
[0119]
上述光学系统中光学装置可减小显示屏70带来的干涉效应对光学装置100成像质量的影响；此外，显示屏70上辅显示区72内包括多个发光单元73，每个发光单元73包括多个发光像素731，至少一个发光单元73内的发光像素731的形状、尺寸、相对位置中的至少一个相对于其他发光单元73内发光像素731随机变化，即改变显示屏70上发光像素731的排列方式，从而减弱显示屏70的衍射效应对光学装置100成像质量的影响，提升光学系统中彩色图、红外图及深度成像的准确性。
[0120]
其中，主显示区71和辅显示区72可以是集成在同一基板上的显示层，拥有相同发光像素731分布形态，发光像素731的排列方式可以是delta排列、rgb排列、钻石排列或是珍珠排列；主显示区71和辅显示区72也可以是相互独立的两个显示区域拼接在一起，具有不同的发光像素731分布形态。为了兼顾显示屏70的显示效果和光学装置100的成像效果，本技术优选主显示区71和辅显示区72集成在同一基板上，但具有不同的发光像素731分布形态，通过减小辅显示区72中发光像素731的密度或是发光像素731大小，或是优化辅显示区72中电路走线布局，提高辅显示区72的透光率，从而在不影响显示屏70显示效果的基础上，最大程度地确保光学装置100的工作性能。
[0121]
可以理解，显示屏70的类型可以是led(light-emitting diode，发光二极管)显示屏、oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)显示屏或micro-led(microlight-emitting diode，微米发光二极管)显示屏。
[0122]
实施例六
[0123]
请参照图11和图14，在本实施例中，相邻两发光单元73对应位置的发光像素731的大小不相等，且辅显示区72中包含多个发光像素731大小不一的发光单元73，通过改变各发光像素731的相对大小，打乱了发光像素731之间间隙732的规律性。请参照图15，当环境中强点光源经过显示屏后，与图12相比，显示屏的衍射效应带来的星芒衍射现象减弱，大大降低了显示屏的结构对摄像头成像质量的影响。
[0124]
具体地，相邻两个发光单元73(a)和发光单元73(b)对应位置的发光像素731大小不相等。
[0125]
实施例七
[0126]
请参照图11和图16，在本实施例中，显示屏70上等间隔排列着多个发光单元73，发光像素731的形状为方形或圆形，如此，可打乱相邻发光像素731之间间隙732的规律性。
[0127]
具体地，间隔分布的两个发光单元73(a)和发光单元73(b)对应位置的发光像素731形状不同，从而打乱发光像素731之间间隙732形状的规律性。
[0128]
可以理解，发光像素731的形状也可以是菱形、六边形、椭圆形或其它形状；此外，每个发光单元73也可以由其它数量的发光像素731构成，发光像素731颜色也可以是其它搭配，如rgbw(即一个绿色发光像素、一个红色发光像素、一个蓝色发光像素和一个白色发光像素)或rgbb(即一个红色发光像素、一个绿色发光像素和两个蓝色发光像素)等其他，在此不作限定。
[0129]
实施例八
[0130]
请参照图11和图17，在本实施例中，相邻两发光单元73中包含的发光像素731的大小一样，但是相邻发光像素731之间的间距不一样，即相邻发光像素731的间隙732的尺寸不一样，且各发光单元73之间的距离也不一样，如此，同样可打乱发光像素731之间间隙732的规律性。请参照图18，当环境中强点光源经过显示屏后，屏的衍射效应带来的星芒衍射现象减弱，大大降低了屏的结构对摄像头成像质量的影响。
[0131]
具体地，间隔分布的两个发光单元73(a)和发光单元73(b)中对应位置的发光像素731的大小相等，但是发光像素731之间的间隙732不一样，且各发光单元73之间的距离也不一样。
[0132]
实施例九
[0133]
请参照图11和图19，在本实施例中，显示屏70由多个发光单元73组成，各发光单元73包含的发光像素731的大小是变化的，即不同发光单元73中对应位置的发光像素731的大小是变化的，如此，可进一步打乱发光像素731之间间隙732的规律性，减弱屏的衍射效应对摄像头成像质量的影响。
[0134]
具体地，间隔分布的两个发光单元73(a)和发光单元73(b)包含的发光像素731大小是变化的，即发光单元73(a)和发光单元73(b)对应位置的像素大小是变化的。
[0135]
实施例十
[0136]
请参照图11和图20，在本实施例中，显示屏70由多个发光单元73组成，相邻发光像素731之间的间距变大，即单位面积内发光像素731的占比减小，发光像素731密度小。如此，一方面增加了显示屏70的透光率，另一方面发光像素731之间间距的增大也能削弱显示屏70的衍射效应对红外模组成像的影响。
[0137]
在本实施例中，发光单元73中包含的发光像素731大小是不固定的，形状可以为椭圆、方形、圆形等。
[0138]
此外，相邻两行的发光像素731错位排列，例如，在本实施例中，发光单元73(a)和发光单元73(b)对应位置的发光像素731相同，但发光单元73(a)和发光单元73(b)内相邻两行的发光像素731错位排列，且每行发光像素731都存在1/2的错位排列，即每行某一发光像素731相对于相邻行对应位置发光像素沿左或右错开预设距离，此时预设距离是每行相邻两个发光像素731之间距离的一半。可以理解，也可为1/3、1/4等其他错位比例，打乱发光像素731之间间隙732的规律性，可进一步减弱了显示屏70的衍射效应对摄像头成像质量的影响。可以理解，在其他实施例中，也可相邻两列的发光像素731错位排列，在此不再赘述。
[0139]
本技术提出的光学系统中光学装置可减小显示屏70带来的干涉效应对光学装置100成像质量的影响；此外，显示屏70上辅显示区72内包括多个发光单元73，每个发光单元73包括多个发光像素731，每个发光像素731包括邻接的透光区和不透光区，至少一个发光单元73内的发光像素731的形状、尺寸、位置中的至少一个相对于其他发光单元73内发光像素731随机变化，即改变显示屏70上发光像素731的排列方式，从而减弱显示屏70的衍射效应对光学装置100成像质量的影响，提升光学系统中彩色图、红外图及深度成像的准确性。
[0140]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围，均应
包含在本技术的保护范围之内。