CN115561958A - 微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构。包括镜头组、自发光微投影显示层以及摄像摄影用图像传感器层。镜头可采用定焦/变焦形式的球面/非球面透镜组；自发光微投影显示层有自发光显示像素阵列与镜头两部分，自发光显示像素阵列作为发光源分散排布，采用透明材质的薄膜晶体管驱动膜层与衬底基板，基板与图像传感器模块相贴合。当层叠式结构用作微型投影仪时，自发光显示像素阵列由薄膜晶体管驱动膜层进行点亮，光线经镜头投射成像；当结构用作微型摄像头时，镜头组进行整体调焦使焦面汇聚在图像传感器上，像敏单元获取的图像信息经补偿算法处理后形成数码图像。本发明能够实现微投影与便携式摄像头的快速切换。
Description
技术领域
本发明涉及照明及成像光学领域，具体涉及一种微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构。
背景技术
近年来，Micro-LED/Micro-OLED显示技术被公认为是具有革命性突破的下一代显示技术。目前常见的显示技术可以分为两大阵营：基于背光单元的LCD技术和无背光单元的OLED技术。目前市场上的显示产品依旧以LCD为主，LCD由于其高稳定性、低功耗、低成本、高亮度以及较薄的厚度一直备受市场青睐，日前基于Mini-LED背光源的LCD显示屏更是拥有了更高的对比度以及不逊色于OLED的薄度，大有取代OLED之势。然而LCD技术也有其无法解决的缺陷，由于LCD依靠液晶调控出光，背光源始终工作，因此无法达到完全的暗态，并且由于背光板和液晶层的存在，其尺寸厚度也无法微缩至近眼显示等应用场景。OLED是第一种大规模应用于消费领域的像素化自发光显示技术，广泛应用于手机屏幕。OLED结构不需要背光板和液晶层，可以做到完全暗态，相比于LCD拥有更高的对比度以及更低的功耗和尺寸，适合微型显示场景。不过寿命和亮度问题依然是OLED的最大缺点，不足以成熟应用于AR/VR和微显示等领域。Micro-LED/Micro-OLED相比于LCD和OLED显示技术，具有尺寸小、亮度高、对比度高、寿命长等特点，结合了两者的优点。Micro-LED/Micro-OLED与传统的LED/OLED结构大体相同，可以看作是缩小的超微型LED/OLED阵列。由于尺寸的减小，LED/OLED阵列的单元发光效率在不断提升，从而使得更小的显示屏具有更高的分辨率、亮度和更快的响应速度，当前已有0.13英寸的RGB三色Micro-LED芯片量产的报道，其绿色亮度高达200万尼特。因此，Micro-LED/Micro-OLED的出现为目前由于缺乏高亮度高分辨率和高响应速度的微显示屏而遭遇发展瓶颈的近眼显示及微投影显示领域提供了一个必要的技术基础。
传统的投影光学系统按光调制原理的不同可以分为三种：LCD、LCoS和DLP投影，这些技术的光路设计各有不同，但其内部的光路准直、匀光等系统非常复杂，导致现有投影系统的体积难以进一步微缩化。随着Micro-LED/Micro-OLED的出现，采用Micro-LED/Micro-OLED光源的微型投影系统将迎来空前机遇，即自发光投影。传统结构的投影引擎使用的光源是非像素化的，只有照明的功能，需要许多中继系统将杂乱的出射光斑整形成均匀、准直的光斑后调制成像。而Micro-LED/Micro-OLED光源是像素化的，出光即可以成像，因此整个投影系统的结构将大大简化，只需要显示芯片、准直结构和投影镜头三部分，体积将大大降低，真正实现微投影。当前Micro-LED/Micro-OLED自发光投影系统的合色方案有三种：单片集成、双路合色和三路合色，其中双路合色和三路合色均需要合色棱镜，将大大增加系统体积，而单片集成方案采用蓝色Micro-LED/Micro-OLED激发红绿量子点，使得RGB三色同光路出光进行混色，是实现投影系统最小化的最优解。
目前，智能手机摄像头历经多年发展，传感器像素从30万发展到今天的4800万，图像传感器尺寸由1/10英寸增大到如今的1/1.12英寸，手机摄像头的硬件素质现在已经可以与普通的数码相机相媲美，有了智能手机强大的算法加持，其成像质量也越来越好。最大的量产手机CMOS传感器大小已经接近一英寸，拥有极高的硬件成像素质。即将量产的Micro-LED芯片已经可以达到6000ppi的像素密度，这意味着即使将Micro-LED/Micro-OLED发光单元按照一英寸发光面分散排布，其阵列的分辨率也能达到高清水平，同时保持较大开口率。Micro-LED/Micro-OLED阵列的叠层结构除发光单元外均可以使用高透材料，由此可以制作透明微显示屏。由于投影成像与摄像成像的光路恰好相反，当使用同一镜头组时，通过不同的调焦方式光路聚焦在不同焦面上，投影焦面与摄像焦面可以共用光路。因此，将Micro-LED/Micro-OLED自发光透明微显示屏与图像传感器进行一体化粘合，便可实现投影与摄像的快速切换。同时，一体化结构的尺寸足以嵌入便携式设备内部，作为便携式应用场景的一项扩展功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，用于实现嵌入式微投影与便携式摄像设备的多功能模块整合，该结构能够实现投影功能与摄像功能的快速切换，且结构紧凑，设计简洁，集成度高，特别适合应用于手机等便携数码产品中。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，所述层叠式光学引擎结构包括镜头组、自发光微投影显示层以及摄像摄影用图像传感器层；所述镜头组采用球面/非球面序列式透镜组，根据具体需求可设计为定焦/变焦形式；所述自发光微投影显示层包括薄膜封装层、可作为投影图像源的自发光显示像素阵列、薄膜晶体管(TFT)驱动膜层及衬底基板；所述薄膜封装层包覆着所述自发光阵列及所述TFT驱动膜层，与所述衬底基板贴合；所述自发光显示像素阵列包括但不限于Micro-LED、Micro-OLED等分散排布的自发光显示像素单元组成，自发光显示像素间隔部分由环氧树脂填充；所述自发光显示像素单元由所述TFT驱动膜层独立控制点亮；所述图像传感器层包括但不限于采用CMOS、CCD等感光元件，且与所述衬底基板相贴合，所述感光元件层的光敏单元包括密布的图像传感像素阵列。
进一步地，镜头组调焦包括但不限于整体调焦、变焦调焦等方式。镜头光路聚焦位置的改变，可在投影显示模式和摄像模式之间进行切换。当所述层叠式光学引擎处于投影显示模式时，所述自发光微投影显示层的自发光显示像素阵列由下方所述TFT驱动膜层的主动驱动矩阵根据图像RGB信息进行选择性点亮，发出的光线经由镜头后聚焦投射在外界屏幕或人眼形成图像；当所述层叠式光学引擎处于摄像模式时，所述镜头组的全部或某些光学元件移动，例如镜头组整体移动或变焦组移动，使得光路焦距或者像距改变，外界物体的成像聚焦在所述感光元件层的光敏单元的图像传感像素阵列上，形成的电信号经图像传感像素阵列处理形成数码图像。
进一步地，所述层叠式光学引擎结构总长控制范围1mm～30mm以内，兼容于现有含摄像头的数码产品；所述镜头组的镜片主要采用玻璃、塑胶、或晶体材料，镜组兼容菲涅尔光学面、超表面、折叠光路、活动光学变焦等结构型式。
进一步地，所述薄膜封装层采用包括但不限于SiOx(氧化硅)和SiON(氮氧化硅)等材料，其厚度作为光学平板加入到镜头组设计中；所述衬底基板材料包括但不限于聚酰亚胺、亚克力等透明材料，其厚度作为控制所述自发光微投影显示层与图像传感器层的光学间隔长度；所述衬底基板与所述图像传感器层相贴合。
进一步地，在每一颗所述自发光显示像素单元上放置准直微透镜，其作用是收缩光束及让发光单元中心的主光线偏向镜头孔径范围内；所述准直微透镜具有类半球形轮廓，其位置偏差容许在发光单元中心法线上向任意方向偏移20°之内，具体偏移量根据发光单元与发光阵列中心法线的位置不同而不同，通过修正每一颗所述自发光显示像素的发散角使得总体光线的出射角度得到准直与收缩，提高投影模式下的光效和均匀度。
进一步地，每一颗所述自发光显示像素单元均能发射RGB三色光实现全彩化；所述自发光显示像素单元可为倒装、正装、垂直结构，三个独立叠层结构的P、N电极置于底部或顶部，与下层所述TFT薄膜驱动层的薄膜晶体管焊合；所述自发光显示像素单元由主动驱动矩阵独立寻址点亮，其中正装与垂直结构需要用飞线与触点进行焊合。
进一步地，每一颗所述自发光显示像素单元实现全彩化的方式包括但不限于RGB独立芯片和量子点色转换。在RGB独立芯片中，每一颗所述自发光显示像素单元包括三个独立的叠层结构，结构中的发光量子阱层分别发射R、G、B三色光，并在叠层结构侧壁设置黑矩阵防止三色光线的串扰；在量子点色转换结构中，所述自发光显示像素单元的发光层发蓝光，顶部蓝宝石玻璃剥离后添加红色和绿色量子点转换层并预留蓝光通道；所述自发光显示像素单元通过不同强度的电流激发不同强度的蓝光，蓝光经过量子点转换层后形成不同比例的RGB三色光，这里在量子点转换层侧壁设置黑矩阵防止三色光线的串扰。
进一步地，所述自发光显示像素阵列中的像素单元分散排布，使得所述自发光微投影显示层在具有较高投影分辨率的同时留有大面积的透明间隔，不阻挡到透过所述自发光微投影显示层的外界光线；在其下方的所述图像传感器中的像敏单元密集排布，获取从外界入射经过镜头组、自发光微投影显示层的外界光。
进一步地，定义开口率为所有所述自发光显示像素单元的面积与整个所述自发光微投影显示层面积的比值，所述自发光显示像素阵列中的像素单元分散排布时，像素密度和开口率适用如下权衡方法：确定所述自发光显示像素阵列尺寸，投影画面的对角线像素数量按照人眼正常视力下的分辨能力极限60PPD进行计算，以确定像素间隔，该像素间隔将确定开口率；同时，图像传感像素与自发光显示像素形成空间错位，并使像敏单元尺寸应可能大，保证其有效像素阵列可获取较高成像质量。
进一步地，实现微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构的设计方法，包括以下步骤：首先确定合适的图像传感器，所选型号宜为市面上常见的，例如大尺寸手机CMOS传感器，其传感器尺寸应接近1英寸，像元尺寸应大于1μm，以保证其有效像素阵列可获取较高成像质量。根据选定的图像传感器，确定所述自发光显示像素阵列结构尺寸，具体尺寸因调焦方式的不同略有不同，以光学设计中的实际像高为准；接着确定投影距离及投影画面尺寸，由下列公式可以得到投影焦距f：
其中，S为所述自发光显示像素阵列尺寸，D为投影画面大小，L为投影距离，投影距离按人眼观看距离计算。以投影画面清晰度为60PPD确定投影显示尺寸。根据所述自发光显示像素阵列尺寸及投影焦距，由下列公式即可计算视场角：
其中，ω为半视场角，h为所述自发光显示像素阵列结构对角线长度的一半，f为投影焦距。根据视场角，即可计算出投影画面对角线的像素数，由下列公式给出：
其中，A取60PPD，a为投影画面对角线像素数，ω为投影画面对角线视场角。在确定投影画面对角线像素数之后，即可根据所述自发光显示像素阵列尺寸确定排布间隔，进一步确定显示芯片的像元尺寸，由下列公式得到所述镜头组所需的MTF截止频率：
其中，P为MTF截止频率，c为像元大小。由此，将所述自发光显示像素单元尺寸和所述图像传感器的像元尺寸相比较，按照较小的尺寸确定镜头的分辨率。完成所述自发光显示像素阵列结构的镜头设计之后，确定所述镜头组聚焦于所述图像传感器时的焦面位置，进行优化。
进一步地，对图像进行算法补偿的方法包括但不限于GrayWorld色彩均衡算法、基于参考白算法等光照补偿类算法，其核心在于对所述图像传感器上的被遮挡的像敏单元进行补偿，在所述需要补偿的像敏单元周围取具有完整光照信息的单元，获取其RGB灰度值，取平均值赋值到所述需要补偿的像敏单元上，最终光照信息由平均值和初值加权获得。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明的结构功能完整，能够实现投影功能与摄像功能的快速切换。投影功能由自发光像素化微显示屏经镜头组直接投影成像；摄像功能由大尺寸图像传感器成像，其结构紧凑，设计简洁，集成度高，加工工艺易于实现，特别适合应用于手机等便携数码产品中。
附图说明
图1为本发明实施例的一体化叠层结构垂直剖面示意图。
图2为本发明实施例的一体化叠层结构用作微投影仪时的光路。
图3为本发明实施例的一体化叠层结构用作便携式摄像头时的光路。
图4为本发明实施例的自发光显示像素阵列层结构拆解示意图。
图5为本发明实施例的自发光显示像素阵列层排布间隔示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例具体说明本发明提供的一种实现微型摄像头与自发光投影一体化的叠层结构。本发明提供优选实施例，只用于本发明做进一步的说明，不应该被认为仅限于在此阐述的实施例，也不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。本专利中，镜头组、自发光显示像素阵列层、图像传感器芯片等结构，不应该被认为严格规定其参数、几何尺寸。在此，参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括能够实现相同功能的其他形状。在本实施例中的配件，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
本发明实施例1中，图1示出了这种用于实现微投影显示、摄像光学模组一体化叠层结构的垂直剖面，其中包括了从上往下顺序排列的镜头组1、薄膜封装层2、自发光显示像素阵列层3、薄膜晶体管(TFT)驱动膜层4、衬底基板5以及图像传感器芯片6。其中，镜头组1可由球面/非球面透镜构成。当镜头组1在投影/摄像模式来回切换时，镜筒可活动以改变成像焦面；镜头组1下方与薄膜封装层2粘合，其材料采用常见透明材质，其厚度作为镜头组1与自发光显示像素阵列层3的光学平板加入到镜头组1的设计中，并整体包覆着自发光显示像素阵列层3和薄膜晶体管(TFT)驱动膜层4；自发光显示像素阵列层3下方的衬底基板5与图像传感器芯片6粘合，其材料采用玻璃基板、聚酰亚胺薄膜和高透塑料板中的一种，其厚度可依据镜头设计结果变化，作为自发光显示像素阵列层3与图像传感器芯片6的光学间隔。
本发明实施例2中，图2、3分别示出了叠层结构处于投影/摄像模式时的光路示意。其中，镜头组1在进行投影/摄像模式切换时，可设计成定焦/变焦的调焦形式。定焦调焦通过移动整个镜组实现，不改变焦距，因此结构相对简单易实现，但自由度较低，无法改变其投影画面的大小；变焦调焦则通过移动变焦镜头中的变焦组实现，镜头结构相对复杂，但可以通过变焦实现投影画面大小的改变，更适合便携使用场景，具体调焦方式可依据使用需求灵活设计，调焦方式包括但不限于以上两种方法。在图2所示的投影模式光路中，镜头组1采用反向设计方法，像高即为自发光显示像素阵列层3中的发光结构层311的宽度，光线由反向光路经镜头投射在外界屏幕上；在图3所示的摄像模式光路中，薄膜封装层2和衬底基板5作为光学平板，焦面后移使得光线聚焦在图像传感器芯片6上，形成的电信号经芯片处理成像；在光学设计时，为了最大化降低杂散光的影响，图像传感器芯片6接收到的边缘光线在经过自发光显示像素阵列层3后恰好不超出薄膜封装层2与TFT薄膜驱动层4的交界处，以及不超出衬底基板5的边缘；为了使叠层结构能嵌入便携式设备中，投影模式的系统总长控制在1mm～30mm之内，摄像模式的系统总长增加量不大于2mm。镜头组1的MTF截止频率按照自发光显示像素阵列层3和图像传感器芯片6两者中较小的像元尺寸进行计算；在图2、3所示的光路图中，镜头组1主要采用玻璃、塑胶、或晶体材料，镜组兼容菲涅尔光学面、超表面、折叠光路、活动光学变焦等结构型式。
本发明实施例3中，图4示出了自发光显示像素阵列层的结构。自发光显示像素单元31实现全彩化的方式包括但不限于RGB独立芯片和量子点色转换。在RGB独立芯片中，每一颗自发光显示像素单元31包括三个独立的叠层结构，结构中的发光量子阱层分别发射R、G、B三色光，并在叠层结构侧壁设置黑矩阵312防止三色光线的串扰；在量子点色转换结构中，自发光显示像素单元31的发光层311发蓝光，顶部蓝宝石玻璃剥离后添加红色和绿色量子点转换层313并预留蓝光通道；自发光显示像素单元31通过不同强度的电流激发不同强度的蓝光，蓝光经过量子点转换层313后形成不同比例的RGB三色光，这里在量子点转换层313侧壁设置黑矩阵312防止三色光线的串扰；每一颗自发光显示像素单元31上放置准直微透镜314，其作用是收缩光束及让发光单元中心的主光线偏向镜头孔径范围内；准直微透镜314具有类半球形轮廓，其位置偏差容许在发光单元中心法线上向任意方向偏移20°之内，具体偏移量根据自发光显示像素单元31与发光阵列中心法线的位置不同而不同，通过修正每一颗自发光显示像素单元31的发散角使得总体光线的出射角度得到准直与收缩，提高投影模式下的光效和均匀度；自发光显示像素单元31之间的间隙由环氧树脂进行填充；自发光显示像素单元31可为倒装、正装、垂直结构，三个独立叠层结构的P、N电极置于底部或顶部，与薄膜晶体管(TFT)驱动膜层4的薄膜晶体管电路41焊合；自发光显示像素单元31由主动驱动矩阵独立寻址点亮，其中正装与垂直结构需要用飞线与触点进行焊合。
本发明实施例4中，图5示出了自发光显示像素阵列层的排布方式。自发光显示像素单元31分散排布时，排布间隔和开口率无法同时达到最优。这里定义开口率为所有自发光显示像素单元31的面积与自发光显示像素阵列层3面积的比值，自发光显示像素单元31分散排布时，像素密度和开口率适用如下权衡方法：确定自发光显示像素阵列层3的尺寸，投影画面的对角线像素数量按照人眼正常视力下的分辨能力极限60PPD进行计算，以确定像素间隔，该像素间隔将确定开口率；同时，图像传感像素与自发光显示像素形成空间错位，并使像敏单元尺寸应可能大，保证其有效像素阵列可获取较高成像质量。为了上述两者之间取得平衡最优值，采用以下设计方法：首先确定合适的图像传感器芯片6，所选型号宜为市面上常见的，例如大尺寸手机CMOS传感器，其传感器尺寸应接近1英寸，像元尺寸应大于1μm，以保证其有效像素阵列可获取较高成像质量。接着确定自发光显示像素阵列层3的尺寸、投影距离及投影画面尺寸，由下列公式可以得到投影焦距f：
其中，S为自发光显示像素阵列层3的尺寸，D为投影画面大小，L为投影距离，投影距离按人眼观看距离计算。以投影画面清晰度为60PPD确定投影显示尺寸。根据自发光显示像素阵列层3的尺寸及投影焦距，由下列公式即可计算视场角：
其中，ω为半视场角，h为自发光显示像素阵列层3的对角线长度的一半，f为投影焦距；根据视场角，即可计算出投影画面对角线的像素数，由下列公式给出：
其中，A为画面每个角度的像素数，a为投影画面对角线像素数，ω为投影画面对角线视场角，这里A值按照人眼正常视力下的分辨能力极限60PPD进行计算。在确定投影画面对角线像素数之后，即可根据确定排布间隔，进一步确定显示芯片的像元尺寸，由下列公式得到镜头组所需的MTF截止频率：
其中，P为MTF截止频率，c为像元大小。由此，将自发光显示像素单元31的尺寸和图像传感器芯片6的尺寸相比较，按照较小的尺寸确定镜头的分辨率。完成自发光显示像素阵列层3结构的镜头设计之后，确定镜头组聚焦于所述图像传感器时的焦面位置，进行优化。同时，构建图像补偿算法对图像传感器芯片6获取的图像进行处理，以修补部分被上层采用包括但不限于GrayWorld色彩均衡算法、基于参考白算法等光照补偿类算法，其核心在于对所述图像传感器上的被遮挡的像敏单元进行补偿，在所述需要补偿的像敏单元周围取具有完整光照信息的单元，获取其RGB灰度值，取平均值赋值到所述需要补偿的像敏单元上，最终光照信息由平均值和初值加权获得。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，包括镜头组、自发光微投影显示层以及摄像摄影用图像传感器层；所述镜头组采用球面/非球面序列式透镜组，根据具体需求可设计为定焦/变焦形式；所述自发光微投影显示层包括薄膜封装层、可作为投影图像源的自发光显示像素阵列、TFT驱动膜层及衬底基板；所述薄膜封装层包覆着所述自发光显示像素阵列及所述TFT驱动膜层，与所述衬底基板贴合；所述自发光显示像素阵列由分散排布的自发光显示像素单元组成，自发光显示像素间隔部分由环氧树脂填充；所述自发光显示像素单元由所述TFT驱动膜层独立控制点亮；所述图像传感器层包括感光元件层，且与所述衬底基板相贴合，所述感光元件层的光敏单元包括密布的图像传感像素阵列。
2.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，所述镜头组调焦包括整体调焦、变焦调焦的方式；镜头光路聚焦位置的改变，可在投影显示模式和摄像模式之间进行切换；当所述层叠式光学引擎结构处于投影显示模式时，所述自发光显示像素阵列由所述TFT驱动膜层的主动驱动矩阵根据图像RGB信息进行选择性点亮，发出的光线经由镜头后聚焦投射在外界屏幕或人眼形成图像；当所述层叠式光学引擎结构处于摄像模式时，所述镜头组的全部或部分光学元件移动，使得光路焦距或者像距改变，外界物体的成像聚焦在所述图像传感像素阵列上，形成的电信号经图像传感像素阵列处理形成数码图像。
3.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，所述层叠式光学引擎结构总长控制范围1mm～30mm以内，兼容于现有含摄像头的数码产品；所述镜头组的镜片采用玻璃、塑胶、或晶体材料，镜头组兼容包括菲涅尔光学面、超表面、折叠光路、活动光学变焦的结构型式。
4.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，所述薄膜封装层采用包括SiOx和SiON的材料，其厚度作为光学平板加入到镜头组的设计中；所述衬底基板采用材料包括聚酰亚胺、亚克力的透明材料，其厚度作为控制所述自发光微投影显示层与图像传感器层的光学间隔长度；所述衬底基板与所述图像传感器层相贴合。
5.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，在每一颗所述自发光显示像素单元上放置准直微透镜，其作用是收缩光束及让发光单元中心的主光线偏向镜头孔径范围内；所述准直微透镜具有类半球形轮廓，其位置偏差容许在发光单元中心法线上向任意方向偏移20°之内，具体偏移量根据自发光显示像素单元与自发光显示像素阵列中心法线位置的不同而不同，通过修正每一颗所述自发光显示像素单元的发散角使得总体光线的出射角度得到准直与收缩，提高投影模式下的光效和均匀度。
6.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，每一颗所述自发光显示像素单元均能发射RGB三色光实现全彩化；所述自发光显示像素单元可为倒装、正装、垂直结构，三个独立叠层结构的P、N电极置于底部或顶部，与下层所述TFT驱动膜层的薄膜晶体管焊合；所述自发光显示像素单元由主动驱动矩阵独立寻址点亮，其中正装与垂直结构需要用飞线与触点进行焊合；每一颗所述自发光显示像素单元实现全彩化的方式包括RGB独立芯片和量子点色转换；在RGB独立芯片中，每一颗所述自发光显示像素单元包括三个独立的叠层结构，结构中的发光量子阱层分别发射R、G、B三色光，并在叠层结构侧壁设置黑矩阵防止三色光线的串扰；在量子点色转换结构中，所述自发光显示像素单元的发光层发蓝光，顶部蓝宝石玻璃剥离后添加红色和绿色量子点转换层并预留蓝光通道；所述自发光显示像素单元通过不同强度的电流激发不同强度的蓝光，蓝光经过量子点转换层后形成不同比例的RGB三色光，这里在量子点转换层侧壁设置黑矩阵防止三色光线的串扰。
7.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，所述自发光显示像素阵列中的像素单元分散排布，使得所述自发光微投影显示层在具有较高投影分辨率的同时留有大面积的透明间隔，不阻挡到透过所述自发光微投影显示层的外界光线；在其下方的所述图像传感像素阵列中的像敏单元密集排布，获取从外界入射经过镜头组、自发光微投影显示层的外界光。
8.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，定义开口率为所有所述自发光显示像素单元的面积与整个所述自发光微投影显示层面积的比值，所述自发光显示像素阵列中的自发光显示像素单元分散排布时，像素密度和开口率适用如下权衡方法：确定所述自发光显示像素阵列尺寸，投影画面的对角线像素数量按照人眼正常视力下的分辨能力极限60PPD进行计算，以确定像素间隔，该像素间隔将确定开口率；同时，图像传感像素阵列中像敏单元与自发光显示像素单元形成空间错位，并使像敏单元尺寸应可能大，保证其有效像素阵列可获取较高成像质量。
9.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，所述层叠式光学引擎结构的设计方法步骤如下：
1)首先确定图像传感器，图像传感器尺寸应接近1英寸，像元尺寸应大于1μm，以保证其有效像素阵列可获取较高成像质量；
2)根据选定的图像传感器，确定所述自发光显示像素阵列结构尺寸，具体尺寸因调焦方式的不同进行调整，以光学设计中的实际像高为准；接着确定投影距离及投影画面尺寸，由下列公式得到投影焦距f：
其中，S为所述自发光显示像素阵列尺寸，D为投影画面大小，L为投影距离，投影距离按人眼观看距离计算；以投影画面清晰度为60PPD确定投影显示尺寸；
3)根据所述自发光显示像素阵列尺寸及投影焦距，由下列公式即可计算视场角：
其中，ω为半视场角，h为所述自发光显示像素阵列结构对角线长度的一半，f为投影焦距；
4)根据视场角，即可计算出投影画面对角线的像素数，由下列公式给出：
其中，A取60PPD，a为投影画面对角线像素数，ω为投影画面对角线视场角；在确定投影画面对角线像素数之后，即可根据所述自发光显示像素阵列尺寸确定排布间隔，进一步确定显示芯片的像元尺寸，由下列公式得到所述镜头组所需的MTF截止频率：
其中，P为MTF截止频率，c为像元大小；由此，将所述自发光显示像素单元尺寸和图像传感器的像元尺寸相比较，按照较小的尺寸确定镜头的分辨率；
5)完成所述自发光显示像素阵列结构的镜头设计之后，确定所述镜头组聚焦于所述图像传感器时的焦面位置，进行优化。
10.根据权利要求1所述的微投影显示与摄像光学模组一体化的层叠式光学引擎结构，其特征在于，所述层叠式光学引擎结构中图像传感器所采用的补偿算法，采用包括GrayWorld色彩均衡算法、基于参考白算法的光照补偿类算法，其核心在于对图像传感器层上的被遮挡的像敏单元进行光照信息补偿，在需要补偿的像敏单元周围取具有完整光照信息的单元，获取其RGB灰度值，取平均值赋值到需要补偿的像敏单元上，最终光照信息由平均值和初值加权获得。
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