[发明专利]基于视网膜扫描的眼内显示装置

说明书

基于视网膜扫描的眼内显示装置，包括：与眼睑同侧的第一柔性基底、与角膜同侧的第二柔性基底以及设置于其间的发光二极管阵列、光线准直器、用于调节光线方向的电控液晶光栅、和控制单元，其中：发光二极管阵列与光线准直器相连，控制单元与发光二极管阵列和电控液晶光栅相连并收发图像信息和光线角度信息；本发明通过将装置穿戴在人眼角膜上，因而无需出瞳扩大和人眼跟踪，简化了系统复杂度；通过匹配发光二极管数量与视锥细胞密度，以环状的扫描方式，实现了中央凹化成像，其优势在于在满足人眼最高角分辨率的同时，减少了总像素数量、降低了处理高分辨率图像的时延及装置功耗；本发明适用于面向增强现实、虚拟现实和混合现实的智能隐形眼镜。

技术领域

本发明涉及的是一种可穿戴设备领域的技术，具体是一种基于视网膜扫描的眼内显示装置。

背景技术

近年来，随着增强现实和虚拟现实概念的兴起，近眼显示(Near-Eye Display，简称NED)技术成为了当前显示领域的焦点。自1968年美国人Ivan Sutherland发明第一款近眼显示器以来，陆续出现了不计其数的近眼显示方案，包括：(1)基于合束器的近眼显示；(2)基于波导的近眼显示；(3)基于视网膜投影的近眼显示。前两者是通过合束器或波导行成虚像，再通过人眼观看该虚像，问题在于光路复杂、视场角(Field of View，简称FOV)小。视网膜投影则是直接将图像投影在视网膜上，优点在于光路简单、视场角(FOV)大。视网膜投影又可分为非扫描式的视网膜投影和扫描式的视网膜投影(即视网膜扫描)。前者是将图像整体投影在视网膜上，后者则是将图像逐点依次扫描在视网膜上。

无论是非扫描式的还是扫描式的视网膜投影，都存在一个严重的技术缺陷，即出瞳极小，造成眼球必须固定位置，甚至在固定位置后仍不能转动；成像质量和大小随着人眼晶状体的屈光度(或焦距)改变而改变；并且由于人眼在视网膜中央凹(Foveat)中心处的最高角分辨率在理论上可达到0.38’，使用传统的视网膜投影需要极高分辨率的微显示屏，例如8K分辨率以上的显示屏，如此高分辨率的图像必然会导致图像处理的时间延迟，并会伴随着很高的装置功耗。尤其对于可穿戴设备而言，时延和功耗问题都极其严重地制约了系统性能。如果简单地使用低分辨率图像，对于增强现实和虚拟现实而言，则将大大影响画质和相关的用户体验。

为解决高分辨率图像的时延问题，在计算机图形领域，一个名为中央凹化成像(Foveated Imaging)的方法被提出。该方法是将图像的分辨率做了中央凹化处理，即图像的分辨率呈现中心区域为最高，从中心区域开始至图像边缘，分辨率逐渐下降。这个方法很好地匹配了人眼的角分辨率分布特性----主要是视锥细胞的密度分布----降低了图像的有效分辨率，改善了时延和功耗。但该方法并未改变图像的实际物理分辨率，即总像素数，且必须外加一个人眼跟踪装置，因此实际的改善效果并不理想，甚至更加恶化。因为外加的人眼跟踪装置也会产生相应的时延和功耗。

现有已公开的视网膜扫描装置，如没有外加人眼跟踪装置，则无法实现中央凹化成像。即使外加人眼跟踪装置，如上所述，也无法根本性地解决高分辨率图像处理的时间延迟以及装置功耗。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于视网膜扫描的眼内显示装置，通过将显示装置穿戴在人眼角膜上，以环状扫描方式通过匹配发光二极管数量与视锥细胞密度，在满足人眼最高角分辨率的同时，可极大减少总像素数量，实现所谓的中央凹化成像(Foveated Imaging)。这样既降低了处理高分辨率图像的时间延迟，也减少了装置功耗，适用于面向增强现实、虚拟现实和混合现实的智能穿戴设备，例如智能隐形眼镜。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：与人眼眼睑同侧的第一柔性基底、与人眼角膜同侧的第二柔性基底以及设置于其间的发光二极管阵列、光线准直器、用于调节光线方向的电控液晶光栅、和控制单元，其中：发光二极管阵列的发光端面与光线准直器相连，控制单元与发光二极管阵列和电控液晶光栅相连。