콘택트렌즈 내장 홀로그램 포인터

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6919(2023) 이 기사 인용

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이 논문에서는 공막 콘택트 렌즈(SCL)에 캡슐화된 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)와 회절 광학 요소(DOE)로 구성된 적외선 레이저 포인터를 제시합니다. VCSEL은 안경 프레임에 내장된 기본 안테나의 유도 결합을 통해 원격으로 전원을 공급받습니다. DOE는 레이저 빔을 시준하거나 눈 앞에서 선택한 거리에 패턴 이미지를 투사하는 데 사용됩니다. 다양한 SCL 구성 블록과 이를 제조하고 조립하는 방법을 자세히 설명합니다. 우리는 특히 동공을 자유롭게 유지하면서 SCL의 감소된 볼륨에 캡슐화하는 것과 관련된 다양한 기술적 과제를 강조합니다. 마지막으로 레이저 포인터의 작동 원리와 그 성능(시준, 영상 형성 ​​등)은 어떠한지, 시각 보조, 증강 현실 등 다양한 응용 분야에서 효율적으로 활용될 수 있는 방법에 대해 설명한다.

BCI(Brain-Computer-Interfaces)1 중에서 아이트래커는 감각운동 및 인지 기능을 평가하고 조절하는 인기 있는 인터페이스 중 하나가 되었습니다. 이는 선택, 조작, 탐색2,3과 같은 기본 작업을 수행하는 데 사용되었습니다. 안구 추적 데이터 분석에 따르면 안구 움직임은 인지 과정(예: 피로, 정신적 작업량 등)에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있으며, 이는 안구 추적이 현재 BCI 애플리케이션에 대한 대안 또는 보완 신호를 제공할 수 있음을 시사합니다5. 예를 들어, 미래의 증강 현실 시스템에서 눈은 시각적 의도나 명령을 전달하고 인지 부하를 식별하기 위해 커서, 터치스크린, 터치패드 또는 키보드와 같은 표준을 대체하는 일반적인 핵심 사용자 인터페이스가 될 것입니다. 따라서 시각적 주의를 지정 작업과 병합하는 것은 많은 응용 분야에서 큰 관심을 끌고 있습니다. 시각적 지정을 수행하면 운영자 작업량이 줄어들어 계획, 제어 기능 및 감각 조정 간의 새로운 연결을 설정하는 동시에 주요 임무에 집중할 수 있습니다. 이와 병행하여 최근 마이크로 전자 공학과 유연한 기판의 나노 제조 기술이 발전하여 센서, 회로 및 기타 필수 구성 요소를 콘택트 렌즈에 통합할 수 있게 되었습니다6,7. 예를 들어, 우리는 최근 하나 또는 두 개의 VCSEL을 내장한 콘택트 렌즈가 시선 추적을 용이하게 하는 데 어떻게 유용할 수 있는지, 특히 시선 추적기가 제한된 환경(예: VR 또는 AR HUD8,9, 쌍안경 루페 등)에 통합되어야 하는 경우에 어떻게 유용할 수 있는지 시연했습니다. .). 그러나 우리가 사용한 상업용 VCSEL은 상당한 빔 발산을 갖지 않았으며 눈으로부터 몇 센티미터보다 더 먼 거리에서 정확한 패턴을 투사하는 데 사용할 수 없었습니다. 또한 안구 안전 규정 규칙을 준수하는 데 필요한 방출 전력이 작기 때문에 실제로 눈에서 멀리 떨어진 센서에서는 시스템을 사용할 수 없었습니다. 이것이 바로 우리 논문이 눈에서 수십 센티미터의 점이나 패턴을 투사할 수 있는 장치를 마련함으로써 우회하려는 한계이다. 이는 인간 기계 상호 작용, 특히 BCI에 새로운 응용 프로그램을 열어줄 것입니다.

여기서는 VCSEL 앞의 공막 콘택트 렌즈(SCL) 내에 회절 광학 요소(DOE)를 도입하여 레이저 빔을 시준하거나 선택한 거리에서 이미지를 투영하는 방법을 제시합니다. 우리는 SCL에 캡슐화되기 전에 이 광학 장치가 어떻게 만들어지고 정렬되고 레이저에 장착되는지 자세히 설명합니다. 우리가 사용한 콘택트 렌즈는 표준 콘택트 렌즈에 비해 몇 가지 장점을 제공하는 공막 렌즈입니다. 눈에 안정적이고 각막과 접촉하지 않으며 구성 요소를 캡슐화하는 데 더 많은 부피를 제공합니다10. 논문은 다음과 같이 구성됩니다. 토론 섹션에서 논의하기 전에 먼저 최종 SCL 프로토타입(패턴 투영, 시준, 감지 등)으로 얻은 결과를 제시합니다. 다양한 SCL 빌딩 블록의 설계, 제조 및 조립은 재료 및 방법 섹션의 마지막 부분에 나와 있습니다.