一种光电分离显示器件结构

本发明涉及显示领域，特别是涉及一种光电分离显示器件结构。

背景技术：

1、微型投影技术（picoprojection）通过高亮度led或激光光源将图像投射至屏幕，广泛应用于便携式显示设备。近眼显示技术（near-eye display）则通过头戴式显示器或智能眼镜将图像直接投射至用户眼前，用于实现虚拟现实（vr）或增强现实（ar）体验。

2、传统微型投影系统通常采用dlp、lcos或lbs等技术，光源与像源分立，导致结构复杂、体积难以进一步缩小。近年来，利用micro-led、micro-oled等自发光显示芯片替代分立光源与像源，为投影微型化提供了新的思路。在此基础上，本技术人前期提出了一种基于传像光纤的光电分离型微型投影光学结构（如专利cn117608024a），该结构将显示模块（包含微显示芯片及其驱动电路）设置于远端，将纯光学的投影镜头设置于近端，两者通过传像光纤束连接。该方案实现了近眼显示端的极致轻薄、完全无源、防水防磁等优势，尤其适用于近眼显示设备及水下、强磁场等特殊环境。

3、然而，上述光电分离型微型投影结构在实际应用中存在一个显著缺陷：由于近端（投影端）仅包含纯光学元件，未设置任何环境光感知部件，系统无法感知环境光照条件。具体而言，当投影画面在强环境光下显示时，输出亮度不足导致画面模糊不清；在暗环境光下显示时，输出亮度过高造成刺眼及功耗浪费；在不同色温光源下，画面白平衡失真，色彩还原性差。这一缺陷严重制约了光电分离型微型投影结构在动态光照环境下的用户体验。此外，上述光电分离型微型投影结构无法实现音频的双向传输，在实际使用过程中互动性较差。

4、针对上述环境光感知缺失的问题，现有技术的解决方案是在近端增设独立的环境光传感器和音频设备。例如，在投影镜头周围安装集成了光电二极管、滤光片及信号调理电路的环境光传感器模组，以及扬声器、麦克风。然而，该方案与光电分离型微型投影结构的核心设计理念存在根本性冲突：光电分离结构的核心优势在于将近端（显示端）设计为完全无源、无电、无金属的纯光学部件，从而实现极致轻薄、可完全密封、防水防磁等特性。而增设独立的环境光传感器与音频器件必然引入有源元件（需供电）、金属导线及额外电路，这不仅破坏了近端的无源特性，还导致以下问题：（1）近端体积和重量显著增加，削弱了光电分离带来的轻薄优势；（2）金属导线和电路破坏了近端的防水密封能力和抗电磁干扰能力；（3）传感器自身的发热影响近端温度稳定性；（4）增加了系统成本和装配复杂度。

5、综上所述，如何在保持光电分离型微型投影结构“近端无源、极致轻薄、防水防磁”等核心优势的前提下，实现无源、高精度、高可靠的光自适应调节与音频交互，是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种光电分离显示器件结构，旨在光电分离的前提下，实现高精度环境光自适应调节。

2、为实现上述目的，本发明开了一种光电分离显示器件结构，所述微型投影结构包括：

3、电信号驱动的显示模块，所述显示模块包含显示芯片、音频处理电路、驱动电路，用于生成投影图像及音频信息；

4、无源的光学投影模块，包含投影镜头、声光模组、环境光采集模组，光学投影模块不包括任何金属元件，用于将图像光投射至目标面；所述声光模组用于将光信号转化为声音信号，并且可以将声音信号转化为光信号；

5、传像光纤束，所述传像光纤束分别连接所述显示模块和所述光学投影模块，所述传像光纤束由包括多根光纤的光纤阵列构成，所述光纤阵列内的光纤分为处于外围环境光传感区的环境光传感光纤、声音传输区、处于中心图像传输区的图像传输光纤，所述外围环境光传感区和所述声音传输区、中心图像传输区之间设置有用于阻断所述图像光向所述环境光传感区的横向串扰的不透明隔离层；所述环境光传感光纤位于所述光学投影模块一侧的投影端为半球结构，所述半球结构用于增大环境光的接收角，所述投影端的半球表面还镀有带通滤光膜，所述环境光传感光纤用于采集环境光并以光形式回传至所述显示模块；

6、传输损耗补偿模块，所述传输损耗补偿模块设置于所述显示模块一侧，用于向所述环境光传感光纤内注入至少两个不同预设波长的参考光，使所述参考光经投影端反射后返回，基于所述参考光发射与接收时的功率差异，计算传输损耗率；并根据所述传输损耗率，对采集到的环境光信号进行传输损耗补偿；

7、所述显示模块被配置为：根据补偿后的所述环境光信号，动态调整所述显示芯片的输出亮度和/或白平衡。

8、可选的，所述投影端的半球结构的曲率半径等于光纤包层半径，半球直径与光纤包层直径相等，以增大环境光的接收角。

9、可选的，所述投影端的半球结构表面还镀有增透膜，所述增透膜位于半球表面与带通滤光膜之间，用于提高环境光的透射率。

10、可选的，所述环境光传感光纤包括至少三组，各组投影端的半球表面分别镀有红、绿、蓝带通滤光膜，所述红、绿、蓝带通滤光膜的中心波长分别为650nm、550nm和450nm，带宽均为±30nm，用于分别测量环境光在红、绿、蓝波段的强度，以计算环境光色温。

11、可选的，所述传输损耗补偿模块包括二向色性高反膜，所述二向色性高反膜设置于所述投影端的半球表面，所述二向色性高反膜对参考光波长反射率大于99%，对环境光波长透射率大于90%。

12、可选的，所述传输损耗补偿模块包括光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅写入所述投影端内部，所述光纤布拉格光栅的中心波长为参考光波长，对参考光波长进行反射、对环境光波长进行透射。

13、可选的，所述结构还包括串扰抑制模块，所述串扰抑制模块设置于所述显示模块一侧，用于抑制图像光对环境光传感信号的串扰，所述串扰抑制模块包括时间编码与锁相放大结构，所述时间编码与锁相放大结构对显示芯片的输出亮度进行频率为fm、调制深度小于5%的微幅调制，并设置锁相放大器以调制频率fm为参考，从环境光传感光纤的回传信号中提取与图像光串扰相关的成分，并从总信号中扣除。

14、可选的，所述串扰抑制模块还包括多通道空间分集结构，所述多通道空间分集结构设置多根所述环境光传感光纤，布置于所述外围环境光传感区的不同位置，各通道输出经自适应加权融合算法处理，根据当前图像内容动态调整权重，优先采用串扰小的通道。

15、可选的，所述声音传输区内包括第一声音传感光纤和第二声音传感光纤，所述光学投影模块还包括无源声光传感器件和声音感知薄膜；

16、所述第一声音传感光纤和所述无源声光传感器件相连接，所述第一声音传感光纤用于将所述显示模块生成的承载声音信息的第一光信号传输至所述无源声光传感器件，所述无源声光传感器件用于将所述第一光信号转化为振动，从而进行发声；

17、所述第二声音传感光纤在所述光学投影模块的一端设置声音感知薄膜，所述声音感知薄膜用于感知所述光学投影模块一侧的声音而产生振动，所述第二声音传感光纤用于传输所述显示模块产生的固定频率的激光脉冲信号，所述激光脉冲信号经所述声音感知薄膜反射后会携带对应的振动信息至所述显示模块，进而实现收声。

18、可选的，所述光学投影模块的投影端被配置为以下至少一种投射方式：直接投射至实体屏幕或幕布；直接投射至人眼，形成近眼显示；或者通过光波导器件耦入并传输后投射至人眼，形成增强现实或虚拟现实显示。

19、本发明的有益效果：1、本发明通过对传像光纤束中部分光纤进行结构改进（半球形端面、带通滤光膜），使环境光感知功能完全集成于现有光纤束中，无需在近端增设任何独立传感器、有源元件、金属导线或电路。因此，本发明完整保留了原光电分离架构“近端无源、极致轻薄、可完全密封、防水防磁、无发热”等核心优势，同时解决了传统光电分离型微型投影结构无法感知环境光照条件的固有缺陷。2、本发明采用半球形端面结构，使环境光传感光纤的接收角接近180°，克服了平端面光纤接收角窄（仅约30°）的局限，确保投影端无论朝向如何均能稳定采集环境光。通过将环境光传感光纤分为三组并分别镀制红、绿、蓝带通滤光膜，可同时测量环境光照度和色温，为自适应调节提供精确的输入参数。3、本发明通过空间分区隔离（图像传输区与环境光传感区之间设置不透明隔离层）与时间编码锁相放大（对图像光进行微幅调制，以调制频率为参考提取并扣除串扰成分）的多维协同机制，在保持近端无源特性的前提下，实现了串扰抑制，解决了高亮度图像光淹没微弱环境光信号的技术难题。4、本发明通过双波长参考法，向环境光传感光纤中注入至少两个不同预设波长的参考光，利用参考光经投影端反射后的功率变化实时计算传输损耗率，并对环境光信号进行动态补偿。该方案有效消除了因光纤弯折、拉伸或温度变化引起的传输损耗漂移，保证了长期使用中环境光测量的准确性和稳定性。5、显示模块根据补偿后的环境光照度动态调整显示芯片的输出亮度，使投影画面在强光下清晰可见、在暗光下不刺眼；同时根据环境光色温动态调整红、绿、蓝通道的驱动增益，使画面白平衡适应不同光源环境，显著提升了用户在动态光照条件下的观看体验。5、本发明通过在传像光纤束中增设声音传输区，利用第一声音传感光纤配合无源声光传感器件实现光信号到振动的转换发声，利用第二声音传感光纤配合声音感知薄膜实现振动到光信号的转换收声，从而在完全保持投影端无源、无电、无金属、防水防磁、极致轻薄等光电分离核心优势的前提下，集成了环境光感知、投影显示与双向音频传输功能，实现了视听一体化交互，且不增加近端体积、抗电磁干扰、支持远距离语音传输，显著拓展了微型投影结构在近眼显示、水下、强磁场等特殊场景下的适用性。综上所述，本发明在保持光电分离型微型投影结构核心优势的前提下，以全光纤、无源化的方式实现了高精度、高可靠的环境光自适应调节，为近眼显示设备及水下、强磁场等特殊环境下的微型投影应用提供了兼具交互智能性与环境适应性的解决方案。