コンタクトレンズに埋め込まれたホログラフィックポインター

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6919 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この論文では、強膜コンタクト レンズ (SCL) に封入された垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) と回折光学素子 (DOE) で構成される赤外線レーザー ポインターを紹介します。 VCSEL は、メガネのフレームに埋め込まれた一次アンテナからの誘導結合によって遠隔から電力を供給されます。 DOE は、レーザービームをコリメートするか、目の前の選択された距離にパターン画像を投影するために使用されます。 さまざまな SCL 構成ブロックと、その製造方法と組み立て方法について詳しく説明します。 私たちは、瞳孔を自由に保ちながら、SCL の縮小体積内にそれらをカプセル化することに関連するさまざまな技術的課題を特に強調します。 最後に、レーザー ポインターがどのように動作するか、その性能 (コリメーション、画像形成など) は何か、視覚支援や拡張現実などのさまざまな応用分野でレーザー ポインターを効率的に使用する方法について説明します。

ブレイン コンピューター インターフェイス (BCI)1 の中で、アイ トラッカーは、感覚運動機能と認知機能を評価および調整するための人気のあるインターフェイスの 1 つとなっています。 これらは、選択、操作、ナビゲーションなどの基本的なタスクを実行するために使用されてきました2、3。 アイトラッキングデータの分析により、目の動きも認知プロセス（疲労、精神的作業負荷など4）に関する重要な情報を提供できることが示され、アイトラッキングが現在のBCIアプリケーションに代替または補完的な信号を提供できる可能性があることが示唆されました5。 たとえば、将来の拡張現実システムでは、視覚的な意図やコマンドを伝え、認知負荷を識別するために、カーソル、タッチスクリーン、タッチパッド、キーボードなどの標準に代わって、目が共通の重要なユーザーインターフェイスになるでしょう。 したがって、視覚的注意と指定タスクを統合することは、多くのアプリケーションにとって非常に興味深いことです。 視覚的な指定を実行すると、オペレータの作業負荷が軽減され、計画、制御機能、および感覚調整の間に新たなリンクを確立しながら、主要な任務に集中できるようになります。 同時に、マイクロエレクトロニクスとフレキシブル基板上のナノファブリケーションの最近の進歩により、センサー、回路、その他の必須コンポーネントをコンタクトレンズに統合できるようになりました6、7。 たとえば、私たちは最近、1 つまたは 2 つの VCSEL を埋め込んだコンタクト レンズが、特にアイ トラッカーを制約された環境 (VR または AR HUD8、9、双眼ルーペなど) に統合する必要がある場合に、アイ トラッキングを容易にするのにどのように役立つかを実証しました。 。）。 しかし、私たちが使用した市販の VCSEL には大きなビーム発散がなく、目から数センチメートル以上離れたところで正確なパターンを投影するのには使用できませんでした。 さらに、眼の安全規制規則に準拠するために必要な放射電力が小さいため、このシステムは目から遠いセンサーでは実際には使用できませんでした。 この制限は、私たちの論文が目から数十センチメートルの点またはパターンを投影できるようにするデバイスを使用することで回避しようとしています。 これにより、ヒューマンマシンインタラクション、より具体的には BCI における新しいアプリケーションが開かれるでしょう。

ここでは、VCSEL の前の強膜コンタクト レンズ (SCL) 内に回折光学素子 (DOE) を導入して、レーザー ビームをコリメートしたり、選択した距離で画像を投影したりする方法を紹介します。 この光学系が SCL にカプセル化される前にどのように作成され、位置合わせされ、レーザーに取り付けられるかについて詳しく説明します。 私たちが使用したコンタクトレンズは強膜レンズであり、標準的なコンタクトレンズに比べていくつかの利点があります。目上で安定しており、角膜に接触せず、成分を封入するためのより多くの体積を提供します10。 この文書は次のように構成されています。最初に、最終的な SCL プロトタイプで得られた結果 (パターン投影、コリメーション、検出など) を示してから、それらについて「考察」セクションで説明します。 さまざまな SCL ビルディング ブロックの設計、製造、および組み立てについては、「材料と方法」セクションの最後に記載されています。