EP3946009A1 - Vorrichtungen zur energieversorgung eines aktiven augenimplantats - Google Patents
Vorrichtungen zur energieversorgung eines aktiven augenimplantatsInfo
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- EP3946009A1 EP3946009A1 EP20717819.5A EP20717819A EP3946009A1 EP 3946009 A1 EP3946009 A1 EP 3946009A1 EP 20717819 A EP20717819 A EP 20717819A EP 3946009 A1 EP3946009 A1 EP 3946009A1
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Definitions
- the present application relates to devices for supplying an active one
- Active eye implants are devices that are implanted in a patient's eye in order to perform certain functions there.
- An example of such active eye implants are retinal implants.
- Retinal implants are being developed to restore at least some degree of vision to people who have lost sight but who still have a connection from the optic nerve to the brain.
- Such retinal implants usually include an image sensor, by means of which - if necessary with additional circuits - electrical impulses are generated which are then registered via the optic nerve.
- active eye implants are actively accommodating intraocular lenses or implanted sensors for measuring parameters in the eye, for example the
- One way of supplying energy is to supply light, for example infrared radiation, below the visible range of the light spectrum, which is then converted into electrical energy by the active eye implant, essentially by means of a solar cell or similar device. But also a supply with others
- An interface between this external optical system and the human eye with the relevant implant must meet a number of requirements. These are based, for example, on anatomical features of the human eye, on the usual viewing habits in the application under consideration or on requirements for
- the energy transmitted by the radiation can also be used for communication with the active eye implant, for example by changing the intensity and / or frequency of the
- transmitted radiation is modulated.
- Devices for supplying the eye implant can be provided, for example, as glasses, possibly with additional components outside the glasses.
- Such a device with volume holograms for supplying active eye implants is known from DE 10 2017 107 346 A1.
- the opening angle of the light cone emanating from the device scales with the thickness of the spectacle lens, with a full opening angle of approx. 40 ° being able to be realized with a thickness of approx. 5 mm.
- volume holograms in DE 2017 107 346 A1 are illuminated with a collimated light bundle which runs in the spectacle lens. Therefore it is necessary that the
- a device for supplying an active eye implant in an eye of a user with energy is provided.
- This comprises a spectacle lens with a first main surface and a second main surface, a light source and an optical arrangement.
- the optical arrangement is set up to couple light from the light source into the spectacle lens and from that of the first main surface of the
- the optical arrangement here comprises at least one diffractive element which is arranged in the spectacle lens.
- Each diffractive element of the at least one diffractive element has an associated first end and an associated second end, the associated first end and the associated second end each having a different distance from the first main surface and / or each different distance from the second main surface .
- the at least one diffractive element is arranged obliquely in the spectacle lens.
- the at least one diffractive element can therefore be at an angle to the first
- Main surface and / or the second main surface can be arranged.
- the angle can be greater than 1 ° and / or greater than 5 ° and / or greater than 10 ° and / or greater than 30 ° and / or greater than 50 ° and / or greater than 70 ° and / or greater than 80 ° and / or greater than 85 °.
- the optical arrangement can comprise one or more further optical elements, for example one or more further diffractive elements.
- the further or the further optical elements can have a different arrangement than the at least one diffractive element.
- one or more of the optical elements can be arranged parallel or perpendicular to the first and / or the second main surface.
- the first main surface and the second main surface can each be arranged in such a way that a user of the spectacle lens, when wearing spectacles with the spectacle lens, is more neutral
- the light source can essentially emit light outside of the area visible to humans, for example an infrared light source. It can be a light-emitting diode, laser radiation or another type of light source.
- the at least one diffractive element can be any combination of different diffractive elements.
- it can be conventional diffractive elements such as cinema shapes or surface grids.
- a kinoform is understood here to be a diffractive element with a periodic height profile.
- the periodic height profile can be a sawtooth profile, for example.
- the diffractive element can be a volume hologram.
- the at least one diffractive element is arranged in the spectacle lens is understood to mean that it is at least partially, in particular completely, surrounded by the material of the spectacle lens. This type of arrangement is sometimes referred to as “buried”.
- the volume hologram can be used, for example, by means of
- volume holograms are taken for example from the
- the spectacle lens can be made of at least two different materials with different refractive indices, wherein the at least one diffractive element can be arranged such that it is arranged at the boundary between the at least two materials.
- the device can be held by a spectacle frame. It can be designed so that it can be worn on the head by a user, for example as glasses.
- the at least one diffractive element can comprise a first diffractive element. This can be set up to receive a collimated light beam and to provide it as a divergent light beam.
- the at least one diffractive element can comprise a second diffractive element.
- the expanded light bundle can run essentially parallel to the first main surface and / or the second main surface.
- the light bundle can be essentially parallel to a spectacle lens plane, which can for example run parallel to a lens plane.
- the diffractive elements can be set up and arranged in such a way that the expanded light bundle is a further collimated light bundle and is offset from the collimated light bundle.
- This offset can be essentially perpendicular to the direction of propagation of the collimated light beam along the first main surface. This can have the advantage that the angular deflection required by diffractive elements for
- Beam shaping is present. This can improve the efficiency of the system.
- the at least one diffractive element can comprise a group of diffractive elements which are each set up to receive light from a respective receiving direction and deflect it to a first part in a respective deflecting direction and to forward it to a second part in a respective forwarding direction.
- a first group element from the group of diffractive elements can be set up to receive light from the light source.
- the expanded light bundle can run in at least one of the respective receiving directions.
- the forwarding and deflecting direction defined globally above can, for example, locally for individual deflecting elements, on several forwarding and deflecting directions
- the at least one diffractive element can comprise a group of diffractive elements, which are each set up to receive light from a respective receiving direction and to a first part in at least one respective one
- a first group element from the group of diffractive elements can be set up to receive light from the light source.
- the light can be in two
- the group of diffractive elements can comprise a second group element. This can be arranged so that there is light in its forwarding direction to a third
- the device can be set up to couple the light out in the respective deflection direction towards the user.
- the group of diffractive elements can be set up in such a way that the respective ratio of the first part to the second part increases with a number of group elements of the group of diffractive elements that the light has traversed in the spectacle lens.
- the optical arrangement can comprise at least one diffractive decoupling element. This can be set up to receive light from the at least one diffractive element and to couple it out to the user.
- the at least one diffractive decoupling element can be set up to couple the light out to the user with an effective focus.
- the delivery area is concentrated on an imaginary focus area, the imaginary focus area being smaller than the imaginary output area.
- the imaginary delivery surface can be, for example, the first main surface of the spectacle lens.
- the imaginary focus area can be arranged in the direction of the active eye implant, for example an imaginary area in front of the pupil of the user's eye.
- Focus points can be reached. It can also be achieved by plane waves running from different starting points towards a center. Also a combination different variants are possible, for example from different areas of the
- the effective focusing starting from a large emission area through the first main surface, improves the supply of the eye because, for example, for larger angles of rotation of the eye, the effectively focused light can reach the active eye implant through the pupil opening.
- the light can, for example, be effectively focused on the pupil or on the pivot point of the eye or on a point on the connecting line between the pupil and the pivot point of the eye. But others too
- a device for supplying an active eye implant in an eye of a user with energy comprises a spectacle lens with a first main surface and a second main surface, a light source and an optical arrangement.
- the optical arrangement is set up, light from the light source into the spectacle lens
- the optical arrangement includes:
- At least one diffractive deflecting element which is set up to receive a light beam from a first direction and to forward it in a second direction from a number of possible directions.
- the second direction depends on:
- the switching state is understood here to mean that the diffractive deflecting element has different states that can be actively influenced, for example controlled.
- switching can be switched by means of an electro-optical process, it being possible to choose between different deflection behaviors by applying a voltage to the diffractive element. Switching can take place continuously or discretely.
- the at least one diffractive deflecting element is a volume hologram, the highly pronounced wavelength selectivity and angle of incidence selectivity of
- Volume holograms are used. But these effects can also be present in other diffractive elements, possibly to different degrees, and likewise
- the device according to the second aspect of the invention can be arranged like the device according to the first aspect of the invention.
- the number of possible directions can be a finite number, for example due to diffraction orders in the form of angles of these diffraction orders up to one
- mapping functions can have different mapping functions as a function of wavelength and angle of the incident light.
- the at least one diffractive deflecting element can be a multiply exposed one
- Volume hologram include.
- the number of possible directions can be based on the number of multiple exposures of the multiple exposed volume hologram.
- Deflection elements of this type can be produced by varying the light source, for example by means of scanning mirrors or by means of different, switchable light sources
- Illuminate solid angles be used in a targeted manner.
- the at least one diffractive deflecting element can comprise a first and a second diffractive deflecting element, wherein the first and the second diffractive deflecting element can be arranged at least partially separately in the spectacle lens and can each be set up to forward light to the at least one diffractive decoupling element.
- the at least one diffractive coupling-out element can comprise a first coupling-out element and a second coupling-out element.
- the number of possible directions can include: a direction from the at least one diffractive deflecting element to the first decoupling element and
- the first decoupling element can be arranged in the upper area of a spectacle lens, the second decoupling element in the lower area. If the user now looks up, the deflecting element can be controlled in such a way that the light only reaches the first (upper) decoupling element and the active eye implant is supplied in the user's eye. If the user now looks down, a switch can be made so that the second decoupling element transmits light to the active eye implant. The energy requirement of the device can thus be reduced.
- the at least one diffractive deflecting element can be at least one volume hologram arranged in the spectacle lens.
- a first deflecting element of the at least one diffractive deflecting element can be set up to convert the light beam into a divergent deflected light beam.
- the optical arrangement can be set up to emit the divergent deflected light bundle in the second direction.
- a device for supplying an active eye implant in an eye of a user is provided.
- the device is designed according to the first aspect of the invention and according to the second aspect of the invention.
- the at least one diffractive element of the first aspect of the invention is arranged in at least one of the number of possible directions.
- the at least one diffractive deflecting element comprises or is the at least one diffractive element.
- the at least one diffractive deflecting element of the second aspect of the invention can be implemented by one or more diffractive elements according to the first aspect of the invention.
- At least one of the diffractive elements can be a volume hologram.
- Diffractive elements can for example be: the at least one diffractive element, the at least one diffractive decoupling element, the at least one diffractive deflecting element.
- diffractive elements described above and below can also be designed as volume holograms, unless explicitly described otherwise.
- At least two of the diffractive elements can each be a volume hologram.
- one of the two diffractive elements can be a transmissive volume hologram and the other of the two diffractive elements can be a reflective volume hologram.
- transmissive and reflective volume holograms can make it possible to make the device more compact.
- the first main surface and / or the second main surface can have at least one curvature.
- the spectacle lens can be used for optical correction in the visible range, comparable to classic glasses.
- the spectacle lens can have a convex or a concave shape.
- more complex shapes are also possible, for example a free form or shapes like those of multifocal or
- the light source can comprise at least one of the following elements:
- Light distribution for other purposes, or between different light distribution for supplying the eye implant with energy, can be switched by the
- the switchover preferably takes place as a function of a viewing direction of the eye, which is detected by an eye tracker, for example.
- the eye implant can be efficiently supplied with energy in the respective direction of view.
- the eye implant can also be supplied over a large field of view.
- the spectacle lens can have a cutout. This allows some examinations of the eye with glasses being worn.
- FIG. 1A shows a device known from the prior art
- Figure 1 B shows a device according to an embodiment
- FIGS. 3A and 3B show a device known from the prior art
- FIG. 4 shows a device according to an exemplary embodiment with a deflection element
- Figure 5 and 6 further embodiments with deflection elements
- FIGS. 10 and 11 different devices according to different exemplary embodiments with groups of diffractive elements
- FIGS. 12, 13 and 14 different devices according to different exemplary embodiments with groups of diffractive elements, decoupling elements and a beam expansion optics.
- Fig. 15 is a diagram showing a tree structure in some embodiments.
- FIG. 16 shows devices in accordance with various exemplary embodiments that are multi-channel and / or switchable.
- 17A shows a side view of a device that enables an examination modality.
- Figure 17B shows a front view of the device of Figure 17A.
- Fig. 18 shows a further embodiment of an apparatus that has a
- Exemplary embodiments serve only for illustration and are not to be interpreted as restrictive. For example, a description of an exemplary embodiment with a multiplicity of elements or components should not be interpreted to the effect that all of these elements or components are necessary for implementation. Rather, others can
- Embodiments also contain alternative elements or components, fewer elements or components or also additional elements or components. Elements or components of different exemplary embodiments can be combined with one another, unless otherwise stated. Modifications and alterations which are described for one of the exemplary embodiments can also be applicable to other exemplary embodiments. To avoid repetition, elements that are the same or that correspond to one another are denoted by the same reference symbols in different figures and are not explained more than once.
- FIG. 1A shows a device 10A known from the prior art.
- the device 10A comprises a spectacle lens 100 with a first main surface 110.
- the main surface 110 here faces a user of the device 10A when the user is using the device
- the spectacle lens 100 is set up to emit a collimated light bundle 210 in a direction 710A
- the coupling-out hologram 470A provides the light to the user who is wearing an active eye implant in the eye associated with the spectacle lens 100.
- Figure 1 B shows a device 10 according to an embodiment, which a
- the spectacle lens 100 of FIG. 1B is also set up to receive a collimated light bundle 201.
- the collimated light bundle 201 of FIG. 1B can be significantly narrower.
- the light bundle is received by a first diffractive element 401.
- the first diffractive element 401 can be arranged obliquely in the spectacle lens 100.
- the diffractive element 401 is set up to receive the collimated light bundle and to provide it as a divergent light bundle 220.
- the divergent light bundle 220 is now passed on to a second diffractive element 402.
- the second diffractive element 402 receives the divergent light bundle 220 and provides a widened light bundle.
- the second diffractive element 402 is a diffractive decoupling element 470, which decouples the expanded light bundle from the spectacle lens 100 and makes it available to a user.
- FIG. 2 shows various devices according to various exemplary embodiments.
- Figures (A), (B) and (C) of Figure 2 each show a side view of the lens 100.
- This lens can be the lens of Figure 1B.
- the spectacle lenses 100 shown have a first main surface 110 facing the user 600 and a second main surface 120 facing away from the user 600.
- a light source 200 provides light 201 to a diffractive element 400.
- FIGS. 2A, 2B, 2C show different exemplary embodiments of devices 10 for supplying an active eye implant in an eye of a user 600 with energy, which devices comprise different optical arrangements 300.
- the spectacle lens 100 is a planar spectacle lens, that is to say a spectacle lens without refractive power.
- the spectacle lens can also have one or more curved main surfaces and the diffractive element 400 can be arranged correspondingly obliquely with respect to the curved surfaces, for example a selected curved surface.
- FIG. 2B shows an extended light source 200. This is indicated schematically by two different light sources 200a and 200b.
- the diffractive element 400 is a diffractive deflecting element 480. Due to the expansion of the light source 200, the respective light beams of the light source 200a and 200b reach the diffractive one
- Deflection element 480 at different angles of incidence between the light bundle 270a, 270b and the diffractive deflection element 480.
- the diffractive deflection element 480 is set up to forward the light in a second direction 502a, 502b, the second direction in the example of Figure 2B depending on the angle of incidence and accordingly is different for the two light sources 200a, 200b.
- FIG. 2C shows a light source 200 which is set up to provide light with different wavelengths. Two different wavelengths are shown as an example, one as a solid line, the other as a dotted line. This is also shown in FIG. 2C by the Light bundle 270 provided by the light source is received from a first direction 501 by the diffractive element 400.
- the diffractive element 400 is also a diffractive deflecting element 480 which is set up to forward the light bundle 270 in a respective second direction 502a, 502b as a function of a wavelength of the light bundle 270.
- FIGS. 3A and 3B show a device 10A known from the prior art for supplying an active eye implant in an eye of a user with energy.
- FIG. 3A shows a side view
- FIG. 3B shows a plan view of an optical arrangement 300A of the device 10A.
- a light source 200 emits light which is converted by a collimator prism 700A into a collimated light bundle 210A.
- the collimated light bundle 210A enters a spectacle lens 100 and experiences total reflection on the second main surface 120 of the spectacle lens 100 and thus reaches a decoupling element 470A, which is designed as a surface hologram.
- the second main surface 120 can also be designed as a hologram.
- the decoupling element 470A provides a focused light beam for the user with a
- the focal point 705A can lie in a pupil plane of a user, for example.
- the extent of the beam for the user is determined by the height of the surface hologram.
- FIG. 3C and 3D show a further development of the device of Figures 3A and 3B according to various embodiments.
- FIG. 3C also shows a side view of an optical arrangement 300 of an exemplary embodiment according to the invention, which can be part of a device 10 according to the invention for supplying an active eye implant in an eye of a user with energy
- FIG. 3D shows a side view.
- the device of FIGS. 3C and 3D also has a collimator prism 700, but this is significantly smaller than the collimator prism 700A of FIG. 3A. Accordingly, the collimated light bundle 210 provided by the collimator prism 700 is narrower than the collimated light bundle 210A of FIG. 3A.
- the collimated light bundle 210 strikes a diffractive element 400 which is embedded in the spectacle lens 100 and which can be designed as a volume hologram.
- the diffractive element 400 expands the light bundle and provides a widened light bundle 230, which from the second main surface 120 of the
- Spectacle lens 100 is totally reflected and is passed to a diffractive decoupling element 470. This focuses the light in a focal point 705.
- the focal point can also lie in FIG. 3C, as in the example in FIG. 3A, for example in a pupil plane of the user.
- the optical arrangement 300 of FIGS. 3C and 3D can have various advantages. Thanks to the volume hologram embedded obliquely in the lens, it is possible, despite one
- Collimator prism 700 which in comparison with the collimator prism 700A of FIG. 3A has a smaller volume, an equally extended one, in some cases even larger
- the required volume of a device for supplying an active eye implant can be reduced, which can improve wearing comfort and aesthetics.
- the diffractive element 400 as a buried diffractive element 400, eye safety against excessive brilliance from the light source, for example in cases in which the light source 200 is a laser light source, can be more easily ensured.
- the entire optical structure 300 or parts thereof, for example the spectacle lens 100 and the collimator prism 700, can be manufactured in one piece, which can be advantageous for eye safety, for example because scattered light is present
- FIGS. 4-6 each show a spectacle lens 100 according to various configurations of devices with diffractive elements which are arranged in a spectacle lens.
- FIGS. 4-6 each show a spectacle lens 100 according to various configurations of devices with diffractive elements which are arranged in a spectacle lens.
- Embodiments of the device 10 that receive light 201 from a light source 200.
- the light 201 is received by at least one diffractive deflecting element 480, 481, 482 from a first direction 501 and passed on in a second direction 502.
- the diffractive deflecting element 480 is designed as a switchable diffractive deflecting element.
- the diffractive element 480 has three different discrete states. In each of the three states, the light bundle 270 is received by the deflecting element 480 from a first direction 501 and forwarded in a respective second direction 502 that is dependent on the switching state.
- the optical arrangement 300 comprises three diffractive decoupling elements 470, 471, 472. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, these are arranged with an overlap in the volume of the spectacle lens 100.
- the decoupling elements 470, 471, 472 pass the light on to the active eye implant of the user.
- the switchable deflecting element 480 can be switched such that the second direction 502 is in the direction of the first decoupling element 471.
- the deflecting element 480 can be switched accordingly so that the deflected light bundle reaches the decoupling element 472, and as a result the light can easily reach the active eye implant through the pupil.
- the diffractive deflecting element 480 can be switched in such a way that the light reaches the decoupling element 470 and can thus easily reach the active eye implant in the user's eye. This can have the advantage that less light cannot pass through the pupil opening, for example less light is shaded by the iris. In other words, light can be prevented from “wasting” by not even reaching the active eye implant.
- the light power that has to be provided at a point in time can be reduced, which can improve the energy efficiency of the device 10.
- the light source 201 provides the light collimated in different directions to different deflection elements 480, 481, 482.
- These deflection elements 480, 481, 482 can be in the same volume or at least partially overlapping in the volume of the
- Spectacle lenses 100 can be arranged.
- the deflecting elements 480, 481, 482 are angle-selective.
- the light is in a narrow acceptance range from only one of the deflection elements 480, 481, 482 to one of the decoupling elements 470, 471, 472 in the respective second direction 502
- the energy efficiency of the device can also be increased and / or other light sources with different collimation characteristics can be used, which can likewise increase the energy efficiency and / or reduce the installation space requirements.
- Figure 6 shows a further embodiment.
- the light source 200 provides light in different wavelength ranges in different directions 501.
- the respective light is guided by the diffractive deflecting elements 480 in the direction of an individual decoupling element 470 in the respective direction 502.
- This can have the advantage that different light sources 200 can be used and compact coupling optics can be provided, since the diffractive deflecting elements 480 can at least partially overlap in the volume of the spectacle lens 100.
- Figures 7, 8 and 9 illustrate conventional devices for supplying active eye implants. Apart from the details described, this device can correspond to the device 10A from FIGS. 3A and 3B.
- FIG. 7 shows a device 10B from the prior art, this can for example be the device 10A of FIG. 3A.
- the collimated light beam 210 is after
- FIG. 8 shows a device 10C from the prior art.
- This device 10C makes it possible to enlarge the angle ⁇ of the device 10C of FIG. 7 to a larger angle ⁇ '. For this it is necessary to increase the diameter of the collimated light bundle 210. In the device 10A, this necessarily has the consequence that the thickness 704 of the spectacle lens 100 must be increased compared to the thickness 703 in order to be able to ensure a larger angle ⁇ '.
- a spectacle lens with a thickness of 4 to 5 mm 703, 704 is required in order to achieve opening angles of 40 °.
- FIG. 9 shows a further device 10D according to the prior art. This is based on a collimated light bundle 210 with a smaller diameter and a thinner spectacle lens 709, but at the same time offers a larger opening angle a ′′ at the focal point 705. This is achieved in that the spectacle lens 100 is used in multiple total reflection as an optical waveguide through a diffractive
- Figures 10 and 11 show two different exemplary embodiments of devices according to different exemplary embodiments.
- a collimated light bundle 210 is also coupled into the spectacle lens 100. This has a thickness 101, 102 which is less than the thickness 704.
- a group of diffractive elements 530 is buried in the spectacle lens 100 and arranged at an angle with respect to the spectacle lens.
- a first group element 440 is each set up to receive the collimated light 210 from the light source.
- Each of the diffractive elements from the group of diffractive elements 430 is set up to receive the light 201 from a first direction 510 and to deflect it to a first part in a respective deflection direction 520 and to a second part in a respective one
- Forwarding direction 530 forward.
- the light is forwarded in total reflection in the respective forwarding direction 530. This arrangement allows in some
- a large angle ⁇ can be achieved without gaps 706 occurring in the deflected light 240 or these gaps are at least reduced.
- the group of diffractive elements 430 is made up of buried transmissives
- An arrangement similar to FIG. 10 is shown in FIG. In the exemplary embodiment in FIG. 11, however, the group of diffractive elements 430 is designed as buried reflection volume holograms.
- the respective diffractive elements of the group of diffractive elements 430 can be designed along the light path in such a way that the ratio of transmission and deflection changes in each case in such a way that the same light intensity is achieved over the illumination angle ⁇ and ⁇ '.
- This principle can also be used in other arrangements, for example in cases with more than one light source, for example one light source per side, the ratio of transmission and deflection towards the center of the spectacle lens 100 can be changed element by element along the respective transmission light path.
- Such groups of diffractive elements can also form a tree structure.
- Such a device 1100 is illustrated in FIG.
- FIG. 15 shows a detailed view of a device 1100 which, as for the above
- Embodiments described is arranged in a spectacle lens serving as an optical waveguide.
- a plurality of diffractive elements 1500 are shown schematically, with a first diffractive element receiving light from a light source 1440.
- the further elements of the multiplicity of diffractive elements 1500 have a tree structure 1530.
- the diffractive elements 1500 can be set up both for forwarding light in the spectacle lens to a next diffractive element 1500 in the tree structure and for coupling out light from the spectacle lens in order to direct light to an eye.
- the tree structure further increases the degree of freedom in the design of a luminous distribution of the light that can be generated by the device 1100.
- FIGS. 12, 13, 14 Further exemplary embodiments are shown in FIGS. 12, 13, 14.
- the sub-figures (A) each show a top view of a spectacle lens 100.
- the sub-figures (B) each show a side view.
- light is coupled into the spectacle lens from a light source 200 and directed to a focal point 705 by a group of diffractive elements 430 as described above.
- the light in the exemplary embodiments in FIGS. 12-14 is not guided in total resection, but rather as an expanded light bundle 230 parallel to a lens plane 150.
- a lens plane 150 For this purpose a
- Beam expansion optics 490 comprising a first diffractive element 401 and a second diffractive element 402 are used.
- the group of diffractive elements 430 is set up to receive the divergent light bundle 220 from the first diffractive element 401 and to provide it as an expanded light bundle 230.
- the light in the exemplary embodiment in FIGS. 12 to 14 is not guided in total reflection but as an expanded light bundle 230 parallel to a lens plane 150.
- a lens plane 150 For this purpose a
- Beam expansion optics 490 comprising a first diffractive element 401 and a second diffractive element 402 are used.
- the beam expansion optics 490 can serve, similar to the operating principle of a Galilean telescope, for expansion and subsequent collimation into the interior of the spectacle lens.
- the group of diffractive elements 430 can include several diffractive decoupling elements 470, for example first and second diffractive decoupling elements 471, 472.
- the group of diffractive elements 430 can also be called transmissive
- volume holograms as shown in FIGS. 12 and 13, or as reflective volume holograms, as shown in FIG. 14, or as a combination thereof.
- Expansion optics the devices and optical arrangements 300 described in connection with FIGS. 1B, 2 and 4 to 6 can also be used.
- the diffractive elements for beam shaping require a
- Angular deflection This can be the case, for example, when volume holograms are used as diffractive elements 401, 402.
- an arrangement of first and second diffractive elements 401, 402, as shown in FIG. 12 can be suboptimal, since the bundle center ray 560 is not deflected. This can be improved by a lateral offset of the light source 200 in relation to the desired bundle center beam 560, as shown in FIGS. 13 and 14.
- the offset 570 can also be chosen to be even larger (not shown), so that not only the center beam 560 is deflected, but all light of the expanded light bundle 230 by increasing the offset 570 until the light source is above the area of the expanded light bundle, for example 230 is arranged in the plan view (A) of FIGS. 12 to 14.
- 16 shows devices in accordance with various exemplary embodiments that are multi-channel and / or switchable.
- light from two different light sources can be used here.
- Light from one light source can serve, for example, to supply an eye implant with energy as described above, while light from another light source serves other purposes, for example for illuminating or projecting information.
- different wavelengths can be used Supply of eye implants can be provided. Again with others
- Embodiments can provide light with different light distributions for supplying eye implants.
- an eye tracker can be used to record a viewing direction of the eye and, depending on the viewing direction, one
- Light distribution can be selected in order to efficiently supply the eye implant with energy in the respective viewing direction.
- the eye implant can also be supplied over a large field of view. For example, a
- the viewing direction of the eye can be monitored with a so-called eye tracker and the light distribution can be selected depending on the viewing direction
- FIGS. 16 (a) to 16 (g) show different examples of multi-channel or switchable devices which are set up to provide different light distributions, for example for supplying an eye implant with energy.
- the decrease in the efficiency of the element for example by 50% half width, sometimes also as width at half height (English: Full Width at Half Maximum, FWHM) with wavelength deviations from the design wavelength, for example ⁇ 40 nm, for example ⁇ 10 nm understood.
- multiple bundles of rays with different directions and / or wavelengths can propagate within the same volume of the optical waveguide 1400 and can selectively from assigned optical elements, sometimes also described as "matching", are coupled and forwarded.
- selectively acting replication regions can be provided, which can be provided by buried diffractive elements. Replication areas are set up to receive at least one associated input light bundle with an input beam profile and a plurality of associated output light bundles with respective ones
- Replication areas can work in superposition and convert the light into different light distributions for different characteristics, for example angles of incidence.
- This is sometimes also described as multiplexing, for example as spectral multiplexing, if the optical elements, for example volume holograms, are set up in such a way that they have different coupling behavior for different spectral properties of the light.
- Other types of multiplexing are also possible, for example angle-dependent or polarization-dependent multiplexing, and combinations thereof.
- the device at (a) shows a device 1100 which is set up to receive light from a first light source 1203 with a first wavelength A1 and light of a second wavelength K2 from a second light source 1204, and to a light distribution 1200 for each received wavelength produce.
- the light distribution 1200 comprises a light distribution, which is made up of the light distribution 1200, e.g. for supplying an eye implant with energy and a light distribution of fixation marks 1230.
- Such a structure can have the advantage that it is possible to provide different light distributions with the same optical waveguide 1400 in different wavelength ranges for different purposes, in the example shown, for example, the fixation marks 230 at a wavelength K2 of the second light source 1204 in the visible range and infrared light at one wavelength A1 of the first light source 1203 in the infrared. It can also send both light sources in the infrared at different wavelengths, in particular to generate different light distributions to supply the
- FIG. 16 (b) shows an alternative implementation of the device of FIG. 16 (a) with a differently configured coupling element 1440. Described with reference to FIG. 16
- Coupling elements can be implemented with diffractive elements, in particular buried diffractive elements. In this embodiment, this includes
- Coupling element 1440 two different areas, a first coupling area 1440A being set up to couple the light from the first light source 1203, and a second coupling area 1440B being set up to couple the light from the second light source 1203 into the optical waveguide 1400.
- FIGS. 16 (c) to 16 (g) show various possibilities for realizing switchable systems and / or systems that allow multiple light distributions in superposition, sometimes also referred to as superposition.
- the light sources 1203, 1204 are arranged laterally offset and are coupled by coupling elements 1440A, 1440B at different points in the
- Optical fiber 4100 coupled.
- the respective associated coupling elements 1440A, 1440B can in this way
- the device 1100 can be configured to have two
- Light distributions in the example shown, a respective light distribution per light source to be provided.
- these light distributions can be selected independently of one another, for example on the basis of those described above
- FIG. 16 (d) shows a variation of FIG. 16 (c), the two light sources 1204, 1203 impinging on a coupling element 1440 at different angles. This is set up to couple the two light sources into the optical waveguide 1400 independently of one another.
- FIG. 16 (e) only one light source 1203 is present.
- the angle of incidence of the light from the light source 1203 is varied by a scanning mirror 1460, which results in a switchable light distribution.
- a switchable optical element 1470 for example a switchable hologram, is present in the optical waveguide 1400. This also allows a superposition of different light distributions to be achieved.
- a polarization changing element 1480 changes the
- Polarization properties of the light from the light source 203 can have polarization-dependent properties, so that a variation of the polarization of the incident light on device 1100
- FIGS. 16 (a) to 16 (g) can also be combined with one another.
- Polarization directions - corresponding to the example in FIG. 16 (g) - can be combined with a scanning mirror - as shown in FIG. 16 (e). Any other combinations of the elements and procedures shown are also possible.
- an opening in the spectacle lens may be desirable, for example in order to be able to carry out examinations of the eye with an examination modality.
- a suitable luminous distribution of light for supplying an eye implant with energy such a device can then be configured as explained with reference to FIGS. 17A, 17B and 18.
- 17A shows a side view of a device 1100 according to an embodiment.
- 17B shows a front view of the device 1100.
- switchable device as explained with reference to FIG. 16
- switchable to a light distribution for illuminating the eye for an examination for example for a keratometric measurement of the cornea of the eye 800.
- the eye can also be examined through a recess 1420 in a spectacle lens serving as an optical waveguide 1400.
- keratometric for example, in the case of the above-mentioned keratometric
- Detection device 1900 detected along a detection beam path 1905 and can then be analyzed in order to infer the topology of the cornea.
- the optical waveguide 1400 of the device 1100 has the recess 1420.
- the light from two light sources 1203 , 1204 provided and by two coupling elements 1440, 1441, each of which comprises buried diffractive elements can, coupled.
- the light is replicated over a multiplicity of replication areas and is coupled out in the direction of the eye 1800 as a light distribution 1200.
- the surface normal of the optical waveguide 1400 is arranged parallel to a main visual axis of the eye 8100.
- the normal of the optical waveguide can also just not be arranged parallel to the main visual axis of the eye 1800. In this way, for example, reflections can be reduced or avoided.
- FIGS. 17A, 17B shows a further exemplary embodiment of a device 1100 as a modification of the device in FIGS. 17A, 17B.
- the multiplicity of replication regions 1500 are coupled to one another in such a way that a luminous distribution like the luminous distribution 1200 of FIG. 7A through the multiplicity of
- Replication areas 1500 can be provided.
- the exemplary embodiments shown here can provide an improved device for
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Abstract
Es werden verbesserte Vorrichtungen zur Energieversorgung eines aktiven Augenimplantats mittels Licht bereitgestellt, die mindestens ein diffraktives Element, welches in einem Brillenglas angeordnet ist, umfassen.
Description
Beschreibung
Vorrichtungen zur Energieversorgung eines aktiven Augenimplantats
Die vorliegende Anmeldung betrifft Vorrichtungen zum Versorgen eines aktiven
Augenimplantats mit Energie mittels Licht.
Aktive Augenimplantate sind hierbei Vorrichtungen, welche in ein Auge eines Patienten implantiert werden, um dort bestimmte Funktionen auszuüben. Ein Beispiel für derartige aktive Augenimplantate sind Retinaimplantate. Retinaimplantate werden entwickelt, um Personen, denen die Sehfähigkeit abhandengekommen ist, bei welchen jedoch noch eine Verbindung von dem Sehnerv zum Gehirn besteht, das Sehvermögen zumindest bis zu einem gewissen Grad wiederzugeben. Derartige Retinaimplantate umfassen üblicherweise einen Bildsensor, durch welchen - gegebenenfalls mit zusätzlichen Schaltungen - elektrische Impulse erzeugt werden, die dann über den Sehnerv registriert werden.
Andere Beispiele für aktive Augenimplantate sind aktiv akkommodierende Intraokularlinsen oder implantierte Sensoren zur Messung von Parametern im Auge, beispielsweise des
Blutzuckerspiegels im Kammerwasser. Derartige aktive Augenimplantate benötigen im
Gegensatz zu passiven Implantaten (z.B. einfachen Linsen) elektrische Energie, um betrieben zu werden.
Eine Möglichkeit der Versorgung mit Energie ist die Zuführung von Licht, beispielsweise von Infrarotstrahlung, unterhalb des sichtbaren Bereichs des Lichtspektrums, welches dann durch das aktive Augenimplantat im Wesentlichen mittels einer Solarzelle oder ähnlichen Einrichtung in elektrische Energie umgewandelt wird. Aber auch eine Versorgung mit anderen
Lichtwellenlängen ist grundsätzlich möglich.
Eine Schnittstelle zwischen diesem externen optischen System sowie dem menschlichen Auge mit dem betreffenden Implantat muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Diese basieren zum Beispiel auf anatomischen Merkmalen des menschlichen Auges, auf den üblichen Sehgewohnheiten im betrachteten Anwendungsfall oder auf Anforderungen zur
gesundheitlichen Unbedenklichkeit der eingesetzten Strahlung.
Die durch die Strahlung übertragene Energie kann auch der Kommunikation mit dem aktiven Augenimplantat dienen, beispielsweise indem die Intensität und/oder Frequenz der
übertragenen Strahlung moduliert wird.
Vorrichtungen zum Versorgen des Augenimplantats, können beispielsweise als Brillen, ggfs mit weiteren Komponenten außerhalb der Brille, bereitgestellt werden.
Aus der DE 10 2017 107 346 A1 ist eine solche Vorrichtung mit Volumenhologrammen zur Versorgung von aktiven Augenimplantaten bekannt. Bei solchen herkömmlichen Vorrichtungen skaliert der Öffnungswinkel des von der Vorrichtung ausgehenden Lichtkegels mit der Dicke des Brillenglases, wobei bei einer Dicke von ca. 5 mm ein voller Öffnungswinkel von ca. 40° realisiert werden kann.
Ferner werden die Volumenhologramme in der DE 2017 107 346 A1 mit einem kollimierten Lichtbündel, welches im Brillenglas verläuft, beleuchtet. Daher ist es erforderlich, das
Beleuchtungslicht auf der vollen Höhe der Auskoppel-Hologramme bereitzustellen, was den Aufbau vergleichsweise aufwendig gestaltet und zu relativ großen Bauraumforderungen führen kann.
Ausgehend von der DE 2017 107 346 A1 ist es eine erste Aufgabe der Erfindung,
Vorrichtungen zur Energieversorgung von aktiven Augenimplantaten mit großen
Ausleuchtungswinkeln auch bei dünnem Brillenglas bereitzustellen, flexiblere Anordnungen bezüglich dem Beleuchtungslicht zu erlauben und abgeschattete Bereiche zu vermeiden.
Diese erste Aufgabe wird von einer Vorrichtung des ersten Erfindungsaspekts gemäß Anspruch 1 gelöst. Abhängige Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Zur Energieversorgung von aktiven Augenimplantaten ist es wünschenswert, die
Energieversorgung unabhängig von der Blickrichtung des Benutzers zu gewährleisten. Dies kann bei herkömmlichen Vorrichtungen einen hohen Energieverbrauch zur Folge haben, da die Beleuchtung so eingerichtet sein muss, dass für jeden Blickwinkel und jede Pupillengröße genügend Licht für das aktive Augenimplantat zur Verfügung steht. In anderen Vorrichtungen wird die Beleuchtungsregion aktiv gesteuert, beispielsweise mittels„Eye-Tracking“. Hierfür sind allerdings herkömmlicherweise komplexe Anordnungen mit signifikantem Volumen erforderlich.
Daher ist es eine zweite Aufgabe der Erfindung, die Energieeffizienz solcher Vorrichtungen zu verbessern und verbesserte Möglichkeiten für eine wahlweise Beleuchtung von aktiven
Augenimplantaten aus verschiedenen Richtungen zu bieten.
Die zweite Aufgabe wird von einer Vorrichtung des zweiten Erfindungsaspekts gemäß Anspruch 11 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Der erste und zweite Erfindungsaspekt können dabei gemäß Anspruch 17 und nach den davon abhängigen Ansprüchen kombiniert werden.
Es wird gemäß dem ersten Erfindungsaspekt eine Vorrichtung zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie bereitgestellt.
Diese umfasst ein Brillenglas mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, eine Lichtquelle und eine optische Anordnung. Die optische Anordnung ist eingerichtet, Licht von der Lichtquelle in das Brillenglas einzukoppeln und aus der der ersten Hauptfläche des
Brillenglases zu dem Benutzer hin auszukoppeln.
Hierbei umfasst die optische Anordnung mindestens ein diffraktives Element, welches in dem Brillenglas angeordnet ist. Jedes diffraktive Element des mindestens einen diffraktiven Elements weist ein zugehöriges erstes Ende und ein zugehöriges zweites Ende auf, wobei das zugehörige erste Ende und das zugehörige zweite Ende jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der ersten Hauptfläche und/oder jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der zweiten Hauptfläche aufweisen. In anderen Worten ist das mindestens eine diffraktive Element schräg im Brillenglas angeordnet.
Das mindestens eine diffraktive Element kann also unter einem Winkel zu der ersten
Hauptfläche und/oder der zweiten Hauptfläche angeordnet sein. Der Winkel kann größer als 1 ° und/oder größer als 5° und/oder größer als 10° und/oder größer als 30° und/oder größer als 50° und/oder größer als 70° und/oder größer als 80° und/oder größer 85° sein.
Die optische Anordnung kann ein oder mehrere weitere optische Elemente, beispielsweise ein oder mehrere weitere diffraktive Elemente umfassen. Das weitere oder die weiteren optischen Elemente können eine andere Anordnung als das mindestens eine diffraktive Element aufweisen. Beispielsweise kann eines oder mehrere der optischen Elemente parallel oder senkrecht zu der ersten und/oder der zweiten Hauptoberfläche angeordnet sein.
Die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche können jeweils so angeordnet sein, dass ein Benutzer des Brillenglases, wenn er eine Brille mit dem Brillenglas trägt, bei neutraler
Blickrichtung durch die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche blickt.
Die Lichtquelle kann im Wesentlichen außerhalb des für den Menschen sichtbaren Bereichs Licht abgeben, beispielsweise eine Infrarotlichtquelle sein. Es kann sich um eine Leuchtdiode, um Laserstrahlung oder eine andere Art von Lichtquelle handeln.
Das mindestens eine diffraktive Element kann eine beliebige Kombination verschiedener diffraktiver Elemente sein. Beispielsweise kann es sich um herkömmliche diffraktive Elemente wie Kinoformen oder Oberflächengitter handeln.
Unter einer Kinoform wird hierbei ein diffraktives Element mit einem periodischen Höhenprofil verstanden. Das periodische Höhenprofil kann beispielsweise ein Sägezahnprofil sein.
Das diffraktive Element kann ein Volumenhologramm sein.
Darunter, dass das mindestens eine diffraktive Element im Brillenglas angeordnet ist, wird verstanden, dass es zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von dem Material des Brillenglases umgeben ist. Diese Art der Anordnung wird manchmal auch als„vergraben“ bezeichnet.
In manchen Fällen, bei denen es sich bei dem mindestens einen diffraktiven Element um Volumenhologramme handelt, kann das Volumenhologramm beispielsweise mittels
Laserschreiben im Brillenglas erzeugt worden sein.
Solche Volumenhologramme sind für sich genommen beispielsweise aus der
DE 10 2016 115 938 A1 bekannt, es können aber auch andere Volumenhologramme umgesetzt werden.
In den Fällen, bei denen es sich bei dem mindestens einen diffraktiven Element um
herkömmliche diffraktive Elemente handelt, kann das Brillenglas aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Brechzahlen gefertigt sein, wobei das mindestens eine diffraktive Element so angeordnet sein kann, dass es an der Grenze zwischen den mindestens zwei Materialien angeordnet ist.
Die Vorrichtung kann von einer Brillenfassung gehalten werden. Sie kann so ausgeführt sein, dass sie von einem Benutzer auf dem Kopf getragen werden kann, beispielsweise als eine Brille.
Das mindestens eine diffraktive Element kann ein erstes diffraktives Element umfassen. Dieses kann eingerichtet sein, ein kollimiertes Lichtbündel zu empfangen und als ein divergentes Lichtbündel bereitzustellen.
Dies hat den Vorteil, dass ein kleinerer Bereich als bislang am Brillenglas zum Einkoppeln des Lichts benötigt wird, und dennoch Licht über eine größere Fläche über die erste Hauptfläche an den Benutzer ausgekoppelt werden kann, als dies ohne das schräg angeordnete erste diffraktive Element der Fall wäre.
Das mindestens eine diffraktive Element kann ein zweites diffraktives Element umfassen.
Dieses kann eingerichtet sein, das divergente Lichtbündel von dem ersten diffraktiven Element zu empfangen und als ein aufgeweitetes Lichtbündel bereitzustellen.
Das aufgeweitete Lichtbündel kann im Wesentlichen parallel zur ersten Hauptfläche und/oder zweiten Hauptfläche verlaufen. In den Fällen, in denen die Hauptflächen keine Ebenen sind, beispielsweise weil es sich bei dem Brillenglas um konvexe oder konkave Formen handelt, kann das Lichtbündel im Wesentlichen parallel zu einer Brillenglasebene sein, die beispielsweise parallel zu einer Linsenebene verlaufen kann.
Die diffraktiven Elemente können hierbei so eingerichtet und angeordnet sein, dass das aufgeweitete Lichtbündel ein weiteres kollimiertes Lichtbündel ist und einen Versatz zu dem kollimierten Lichtbündel aufweist. Dieser Versatz kann entlang der ersten Hauptfläche im Wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des kollimierten Lichtbündels sein. Dies kann den Vorteil haben, dass die von diffraktiven Elementen benötigte Winkelablenkung zur
Strahlumformung vorhanden ist. Hierdurch kann die Effizienz des Systems verbessert werden.
Bei manchen Vorrichtungen kann das mindestens eine diffraktive Element eine Gruppe von diffraktiven Elementen umfassen, welche jeweils eingerichtet sind, Licht aus einer jeweiligen Empfangsrichtung zu empfangen und zu einem ersten Teil in eine jeweilige Umlenkrichtung umzulenken und zu einem zweiten Teil in eine jeweilige Weiterleitungsrichtung weiterzuleiten.
Hierbei kann ein erstes Gruppenelement aus der Gruppe von diffraktiven Elementen eingerichtet sein, Licht von der Lichtquelle zu empfangen.
Hierdurch kann es möglich sein, eine kompakte Anordnung zum Beleuchten des Auges zu erreichen.
Das aufgeweitete Lichtbündel kann in mindestens eine der jeweiligen Empfangsrichtungen verlaufen.
Hierdurch kann es möglich sein, die einzelnen Gruppenelemente in einer Reihe miteinander zu „verschalten“ und das Licht einerseits entlang der Weiterleitungsrichtung weiterzugeben
(beispielsweise entlang einer gedachten x-Achse) und in die Umlenkrichtung (beispielsweise in Richtung einer gedachten y-Achse) teilweise umzulenken.
Die oben global definierte Weiterleitungs- und Umlenkrichtung kann, beispielsweise jeweils lokal für einzelne Umlenkelemente, auf mehrere Weiterleitungs- und Umlenkrichtungen
verallgemeinert werden. Hierdurch können Baumstrukturen oder komplexere Kombinationen aus Baum- und Reihenstrukturen realisiert werden:
Bei manchen Vorrichtungen kann das mindestens eine diffraktive Element eine Gruppe von diffraktiven Elementen umfassen, welche jeweils eingerichtet sind, Licht aus einer jeweiligen Empfangsrichtung zu empfangen und zu einem ersten Teil in mindestens eine jeweilige
Umlenkrichtung umzulenken und zu einem zweiten Teil in mindestens eine jeweilige
Weiterleitungsrichtung weiterzuleiten. Hierbei kann ein erstes Gruppenelement aus der Gruppe von diffraktiven Elementen eingerichtet sein, Licht von der Lichtquelle zu empfangen.
Hierdurch kann es möglich sein, Licht in einer Baumstruktur in Umlenkrichtungen und/oder Weiterleitungsrichtungen weiterzuleiten. Beispielsweise kann das Licht jeweils in zwei
Weiterleitungsrichtungen weitergeleitet werden, wobei sich mit der Anzahl von diffraktiven Elementen N eine 2N-Baumstrukut ergibt, aber auch andere Zahlen von
Weiterleitungsrichtungen und/oder Umlenkrichtungen sind möglich. Auch können
Reihenverbindungen, bei denen das Licht jeweils in genau eine Richtung umgelenkt und/oder weitergeleitet wird mit Baumstrukturbereichen kombiniert werden.
Die Gruppe von diffraktiven Elementen kann ein zweites Gruppenelement umfassen. Dieses kann so angeordnet sein, dass es Licht in seiner Weiterleitungsrichtung an ein drittes
Gruppenelement in der Empfangsrichtung des dritten Gruppenelements weiterleitet.
Die Vorrichtung kann hierbei eingerichtet sein, das Licht in die jeweilige Umlenkrichtung zu dem Benutzer hin auszukoppeln.
Hierdurch kann das Licht auf eine große Fläche verteilt werden, was die Energieversorgung des aktiven Augenimplantats verbessern kann.
Die Gruppe von diffraktiven Elementen kann so eingerichtet sein, dass das jeweilige Verhältnis von dem erstem Teil zu dem zweitem Teil mit einer Anzahl von Gruppenelementen der Gruppe von diffraktiven Elementen, die das Licht in dem Brillenglas durchquert hat, zunimmt.
Dies kann den Vorteil haben, dass durch die Gruppenelemente eine homogene Ausleuchtung erreicht wird, indem die Reflektivität mit der Anzahl der durchlaufenen Elemente angehoben wird.
Die optische Anordnung kann mindestens ein diffraktives Auskoppelelement umfassen. Dieses kann eingerichtet sein, Licht von dem mindestens einen diffraktiven Element zu empfangen und an den Benutzer auszukoppeln.
Das mindestens eine diffraktive Auskoppelelement kann eingerichtet sein, das Licht mit einer effektiven Fokussierung an den Benutzer auszukoppeln.
Unter effektivem Fokussieren wird verstanden, dass das Licht von einer gedachten
Abgabefläche aus auf eine gedachte Fokusfläche konzentriert wird, wobei die gedachte Fokusfläche kleiner als die gedachte Abgabefläche ist. Die gedachte Abgabefläche kann beispielsweise die erste Hauptfläche des Brillenglases sein. Die gedachte Fokusfläche kann in Richtung des aktiven Augenimplantats angeordnet sein, beispielsweise eine gedachte Fläche vor der Pupille des Auges des Benutzers, sein.
Dies kann beispielsweise durch Fokussierung auf einen Punkt erreicht werden. Es kann beispielsweise auch durch Fokussierung auf eine Vielzahl von beieinanderliegenden
Fokuspunkten erreicht werden. Es kann auch durch ebene Wellen erreicht werden, die von unterschiedlichen Ausgangspunkten auf ein Zentrum hin verlaufen. Auch eine Kombination
verschiedener Varianten ist möglich, beispielsweise von verschiedenen Bereichen des
Brillenglases aus.
Durch die effektive Fokussierung, ausgehend von einer großen Abstrahlfläche durch die erste Hauptoberfläche, kann die Versorgung des Auges verbessert werden, weil beispielsweise für größere Rotationswinkel des Auges das effektiv fokussierte Licht durch die Pupillenöffnung zu dem aktiven Augenimplantat gelangen kann. Hierfür kann das Licht beispielsweise effektiv auf die Pupille oder auf den Augendrehpunkt oder auf einen Punkt auf der Verbindungslinie zwischen Pupille und Augendrehpunkt effektiv fokussiert werden. Aber auch andere
Fokussierungen sind denkbar.
Gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt wird eine Vorrichtung zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie bereitgestellt. Diese umfasst ein Brillenglas mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, eine Lichtquelle und eine optische Anordnung.
Die optische Anordnung ist eingerichtet, Licht von der Lichtquelle in das Brillenglas
einzukoppeln und aus der der ersten Hauptfläche des Brillenglases zu dem Benutzer hin auszukoppeln. Hierbei umfasst die optische Anordnung:
mindestens ein diffraktives Umlenkelement, welches eingerichtet ist, ein Lichtbündel aus einer ersten Richtung zu empfangen und in eine zweite Richtung aus einer Anzahl von möglichen Richtungen weiterzuleiten.
Die zweite Richtung ist hierbei abhängig von:
einem Einfallswinkel zwischen dem Lichtbündel und dem mindestens einen diffraktiven Umlenkelement, und/oder
einer Wellenlänge des Lichtbündels und/oder
einem Schaltzustand des mindestens einen diffraktiven Umlenkelements.
Unter Schaltzustand wird hierbei verstanden, dass das diffraktive Umlenkelement verschiedene Zustände aufweist, die aktiv beeinflusst, beispielsweise angesteuert, werden können.
Beispielsweise kann ein Schalten mittels eines elektro-optischen Prozesses geschaltet werden, wobei durch eine angelegte Spannung am diffraktiven Element zwischen verschiedenen Ablenkverhalten ausgewählt werden kann. Das Schalten kann hierbei kontinuierlich oder diskret erfolgen.
In Fällen, in denen das mindestens eine diffraktive Umlenkelement ein Volumenhologramm ist, kann die stark ausgeprägte Wellenlängenselektivität und Einfallswinkelselektivität von
Volumenhologrammen ausgenutzt werden. Aber auch bei anderen diffraktiven Elementen können diese Effekte, ggf. in unterschiedlichem Maße, vorhanden sein und ebenfalls
ausgenutzt werden.
Die Vorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt kann wie die Vorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt angeordnet sein.
Die Anzahl der möglichen Richtungen kann eine endliche Anzahl sein, beispielsweise aufgrund von Beugungsordnungen in Form von Winkeln dieser Beugungsordnungen bis auf eine
Unschärfe definiert sein. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass diffraktive Elemente
verschiedene Abbildungsfunktionen als Funktion von Wellenlänge und Winkel des einfallenden Lichts aufweisen können.
Das mindestens eine diffraktive Umlenkelement kann ein mehrfach belichtetes
Volumenhologramm umfassen. Hierbei kann die die Anzahl der möglichen Richtungen auf der Anzahl der mehrfachen Belichtungen des mehrfach belichteten Volumenhologramms basieren.
Derartige Umlenkelemente können durch Variationen der Lichtquelle, beispielsweise mittels Scan-Spiegeln oder mittels verschiedener, schaltbarer Lichtquellen, die verschiedene
Raumwinkel beleuchten, gezielt genutzt werden.
Das mindestens eine diffraktive Umlenkelement kann ein erstes und ein zweites diffraktives Umlenkelement umfassen, wobei das erste und das zweite diffraktive Umlenkelement zumindest teilweise getrennt in dem Brillenglas angeordnet sein können und jeweils eingerichtet sein können, Licht an das mindestens eine diffraktive Auskoppelelement weiterzuleiten.
Dies kann beispielsweise den Vorteil haben, dass Licht von verschiedenen Lichtquellen und/oder aus verschiedenen Richtungen an gleiche Auskoppelelemente bereitgestellt werden kann.
Das mindestens eine diffraktive Auskoppelelement kann ein erstes Auskoppelelement und ein zweites Auskoppelelement umfassen. Hierbei kann die Anzahl von möglichen Richtungen umfassen:
eine Richtung von dem mindestens einen diffraktiven Umlenkelement zu dem ersten Auskoppelelement und
eine Richtung von dem mindestens einen diffraktiven Umlenkelement zu dem zweiten Auskoppelelement.
Beispielsweise kann das erste Auskoppelelement im oberen Bereich eines Brillenglases angeordnet sein, das zweite Auskoppelelement im unteren Bereich. Schaut der Benutzer nun nach oben, kann das Umlenkelement so angesteuert werden, dass das Licht nur das erste (obere) Auskoppelelement erreicht und das aktive Augenimplantat im Auge des Benutzers versorgt wird. Schaut der Benutzer nun nach unten, kann umgeschaltet werden, sodass das zweite Auskoppelelement Licht an das aktive Augenimplantat überträgt. Somit kann der Energiebedarf der Vorrichtung verringert werden.
Das mindestens eine diffraktive Umlenkelement kann mindestens ein in dem Brillenglas angeordnetes Volumenhologramm sein.
Ein erstes Umlenkelement des mindestens einen diffraktiven Umlenkelements kann eingerichtet sein, das Lichtbündel in ein divergentes umgelenktes Lichtbündel umzuwandeln. Hierdurch kann die optische Anordnung eingerichtet sein, das divergente umgelenkte Lichtbündel in die zweite Richtung abzugeben.
Hierdurch kann das Lichtbündel aufgeweitet werden. Dies kann es erlauben, mit einer kleinen, kompakten, beispielsweise in einem Brillenscharnier angebrachten, Einkoppeloptik dennoch einen großen Teil des Brillenglases auszuleuchten. Hierdurch kann die benötigte Größe des Lichts von der Lichtquelle verringert werden, was dazu führen kann, dass das Gewicht der Vorrichtung reduziert werden kann, beispielsweise indem ein mögliches Kollimatorprisma zur Strahlformung der Lichtquelle kleiner ausgelegt werden kann.
Gemäß der Kombination von erstem und zweitem Erfindungsaspekt wird eine Vorrichtung zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie bereitgestellt. Die Vorrichtung ist dabei nach dem ersten Erfindungsaspekt und nach dem zweiten Erfindungsaspekt ausgestaltet.
Hierbei ist das mindestens eine diffraktive Element des ersten Erfindungsaspekts in mindestens einer der Anzahl von möglichen Richtungen angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich umfasst oder ist das mindestens eine diffraktive Umlenkelement das mindestens eine diffraktive Element. In anderen Worten kann das mindestens eine diffraktive Umlenkelement des zweiten Erfindungsaspekts durch eines oder mehrere diffraktive Elemente gemäß dem ersten Erfindungsaspekt realisiert sein.
Durch diese Kombination von erstem Erfindungsaspekt und zweitem Erfindungsaspekt können verschiedene vorteilhafte Vorrichtungen bereitgestellt werden. So kann der erste
Erfindungsaspekt verwendet werden, um verschiedene diffraktive Elemente im zweiten
Erfindungsaspekt bereitzustellen.
Mindestens eines der diffraktiven Elemente kann ein Volumenhologramm sein.
Diffraktive Elemente können beispielsweise sein: das mindestens eine diffraktive Element, das mindestens eine diffraktive Auskoppelelement, das mindestens eine diffraktive Umlenkelement. Aber auch andere zuvor und nachfolgend beschriebene diffraktive Elemente können als Volumenhologramme ausgeführt sein, sofern nicht explizit anders beschrieben.
Mindestens zwei der diffraktiven Elemente können jeweils ein Volumenhologramm sein. Hierbei kann eines der zwei diffraktiven Elemente ein transmissives Volumenhologramm sein und das andere der zwei diffraktiven Elemente kann ein reflektives Volumenhologramm sein.
Durch solche Kombinationen von transmissiven und reflektiven Volumenhologrammen kann es möglich sein, die Vorrichtung kompakter auszuführen.
Die erste Hauptfläche und/oder die zweite Hauptfläche kann mindestens eine Krümmung aufweisen.
Dies kann den Vorteil haben, dass das Brillenglas im sichtbaren Bereich, vergleichbar einer klassischen Brille, zur optischen Korrektur verwendet werden kann. Beispielsweise kann das Brillenglas eine konvexe oder eine konkave Form aufweisen. Aber auch komplexere Formen sind möglich, beispielsweise eine Freiform oder Formen wie sie von Multifokal- oder
Gleitsichtlinsen bekannt sind.
Die Lichtquelle kann mindestens eines der folgenden Elemente umfassen:
zwei Einzellichtquellen, die eingerichtet sind Licht in unterschiedlichen Richtungen und/oder in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen und/oder an unterschiedliche
Beleuchtungspositionen mindestens eines Einkopplungselements der optischen Anordnung bereitzustellen,
einen Strahlteiler,
einen Scanspiegel,
ein schaltbares Element.
Auf diese Weise kann zwischen verschiedenen Leuchtverteilungen des Lichts, beispielsweise einer Leuchtverteilung zum Versorgen des Augenimplantats mit Energie und eine
Leuchtverteilung für andere Zwecke, oder zwischen verschiedenen Leuchtverteilungen zum Versorgen des Augenimplantats mit Energie, umgeschaltet werden, indem die
Einzellichtquellen, der Strahlteiler, der Scanspiegel und/oder das schaltbare Element entsprechend angesteuert werden.
Bevorzugt erfolgt dabei das Umschalten in Abhängigkeit von einer Blickrichtung des Auges, die beispielsweise von einem Eyetracker erfasst wird. So kann das Augenimplantat bei der jeweiligen Blickrichtung effizient mit Energie versorgt werden. Hierdurch kann auch eine Versorgung des Augenimplantats über einen großen Blickwinkelbereich (field of view) erfolgen.
Das Brillenglas kann eine Aussparung aufweisen. Hierdurch können manche Untersuchungen des Auges bei getragener Brille ermöglicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detailliert erläutert. Es zeigen:
Figur 1A eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung,
Figur 1 B eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 2 verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen,
Figur 3A und 3B eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung,
Figur 3C und 3D eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Umlenkelement,
Figur 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele mit Umlenkelementen,
Figur 7, 8, 9 verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen,
Figur 10 und 11 verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit Gruppen von diffraktiven Elementen,
Figur 12, 13 und 14 verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit Gruppen von diffraktiven Elementen, Auskoppelelementen und einer Strahlexpansionsoptik.
Fig. 15 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Baumstruktur bei manchen
Ausführungsbeispielen.
Fig.16 zeigt Vorrichtungen gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele, die mehrkanalig und/oder schaltbar sind.
Fig. 17A zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung, die eine Untersuchungsmodalität ermöglicht.
Fig. 17B zeigt eine Frontalansicht der Vorrichtung der Fig. 17A.
Fig. 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die eine
Untersuchungsmodalität ermöglicht.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese
Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere
Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente oder Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder auch zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein.
Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht mehrmals erläutert.
Die Figuren zielen auf die Darstellung der zugrunde liegenden Prinzipien ab. Beispielsweise Oberflächenformen und Brechungen können daher schematisch angedeutet sein. Brechungen können beispielsweise übertrieben dargestellt oder vernachlässigt werden.
Die beschriebenen Techniken sind für eine Vielzahl von verschiedenen aktiven
Augenimplantaten, wie eingangs erwähnt, anwendbar.
Im Folgenden werden beispielhaft verschiedene Vorrichtungen zur Versorgung eines
Augenimplantats mit Energie beschrieben. Hierbei werden insbesondere bekannte
Vorrichtungen erfindungsgemäßen Vorrichtungen gegenübergestellt.
Figur 1A zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung 10A. Die Vorrichtung 10A umfasst ein Brillenglas 100 mit einer ersten Hauptfläche 110. Die Hauptfläche 110 ist hierbei einem Benutzer der Vorrichtung 10A zugewandt, wenn dieser die Vorrichtung, die
beispielsweise in eine Brillenfassung eingebaut sein kann, trägt. Das Brillenglas 100 ist eingerichtet, ein kollimiertes Lichtbündel 210 in einer Richtung 710A an ein
Auskoppelhologramm 470A zu leiten. Das Auskoppelhologramm 470A stellt das Licht an den Benutzer, der ein aktives Augenimplantat in dem zu dem Brillenglas 100 zugehörigen Auge trägt, bereit.
Figur 1 B zeigt eine Vorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches eine
Weiterentwicklung der Vorrichtung 10A der Figur 1A zeigt. Auch das Brillenglas 100 der Figur 1 B ist eingerichtet, ein kollimiertes Lichtbündel 201 zu empfangen. Im Gegensatz zu dem kollimierten Lichtbündel der Figur 1A kann das kollimierte Lichtbündel 201 der Figur 1 B deutlich schmaler sein. Das Lichtbündel wird von einem ersten diffraktiven Element 401 empfangen.
Das erste diffraktive Element 401 kann hierbei schräg im Brillenglas 100 angeordnet sein.
Das diffraktive Element 401 ist eingerichtet, das kollimierte Lichtbündel zu empfangen und als ein divergentes Lichtbündel 220 bereitzustellen. Das divergente Lichtbündel 220 wird nun an ein zweites diffraktives Element 402 weitergeleitet. Das zweite diffraktive Element 402 empfängt das divergente Lichtbündel 220 und stellt ein aufgeweitetes Lichtbündel bereit. Im gezeigten Beispiel der Figur 1 B handelt es sich bei dem zweiten diffraktiven Element 402 um ein
diffraktives Auskoppelelement 470, welches das aufgeweitete Lichtbündel aus dem Brillenglas 100 ausgekoppelt und an einen Benutzer bereitstellt.
Figur 2 zeigt verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Figuren (A), (B) und (C) der Figur 2 zeigen jeweils eine Seitenansicht des Brillenglases 100. Dieses Brillenglas kann das Brillenglas der Figur 1 B sein. Die gezeigten Brillengläser 100 weisen eine dem Benutzer 600 zugewandte erste Hauptfläche 110 und eine dem Benutzer 600 abgewandte zweite Hauptfläche 120 auf. Eine Lichtquelle 200 stellt Licht 201 an ein diffraktives Element 400 bereit.
Die Figuren 2A, 2B, 2C zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen 10 zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers 600 mit Energie, die verschiedene optische Anordnungen 300 umfassen.
Figur 2A zeigt ein diffraktives Element 400 mit einem ersten Ende 410 und einem zweiten Ende 420. Das diffraktive Element 400 ist schräg in dem Brillenglas 100 vergraben, sodass das erste Ende 410 einen anderen Abstand zu der ersten Hauptfläche 110 als das zweite Ende 420 aufweist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Brillenglas 100 um ein planares Brillenglas, also um ein Brillenglas ohne Brechkraft. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Brillenglas auch eine oder mehrere gekrümmte Hauptflächen aufweisen und das diffraktive Element 400 entsprechend schräg bezüglich den gekrümmten Oberflächen, beispielsweise einer ausgewählten gekrümmten Oberfläche, angeordnet sein.
Figur 2B zeigt eine ausgedehnte Lichtquelle 200. Dies ist schematisch durch zwei verschiedene Lichtquellen 200a und 200b angedeutet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2B ist das diffraktive Element 400 ein diffraktives Umlenkelement 480. Aufgrund der Ausdehnung der Lichtquelle 200 erreichen die jeweiligen Lichtstrahlen der Lichtquelle 200a und 200b das diffraktive
Umlenkelement 480 unter unterschiedlichem Einfallswinkel zwischen dem Lichtbündel 270a, 270b und dem diffraktiven Umlenkelement 480. Das diffraktive Umlenkelement 480 ist eingerichtet, das Licht in eine zweite Richtung 502a, 502b weiterzuleiten, wobei die zweite Richtung im Beispiel der Figur 2B von dem Einfallswinkel abhängt und entsprechend für die beiden Lichtquellen 200a, 200b verschieden ist.
Figur 2C zeigt eine Lichtquelle 200, die eingerichtet ist, Licht mit verschiedenen Wellenlängen bereitzustellen. Exemplarisch sind zwei verschiedene Wellenlängen gezeigt, eine als durchgezogene Linie, die andere als gepunktete Linie. Auch in der Figur 2C wird das von der
Lichtquelle bereitgestellte Lichtbündel 270 aus einer ersten Richtung 501 von dem diffraktiven Element 400 empfangen. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2C handelt es sich bei dem diffraktiven Element 400 ebenfalls um ein diffraktives Umlenkelement 480, welches eingerichtet ist, das Lichtbündel 270 in Abhängigkeit von einer Wellenlänge des Lichtbündels 270 in eine jeweilige zweite Richtung 502a, 502b weiterzuleiten.
Die Figuren 3A und 3B zeigen eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung 10A zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie. Figur 3A zeigt eine Seitenansicht, Figur 3B eine Aufsicht einer optischen Anordnung 300A der Vorrichtung 10A. Eine Lichtquelle 200 sendet Licht aus, welches von einem Kollimatorprisma 700A in ein kollimiertes Lichtbündel 210A umgeformt wird. Das kollimierte Lichtbündel 210A tritt in ein Brillenglas 100 ein und erfährt an der zweiten Hauptfläche 120 des Brillenglases 100 eine Totalreflexion und erreicht so ein Auskoppelelement 470A, welches als Oberflächenhologramm ausgeführt ist. Auch die zweite Hauptfläche 120 kann als Hologramm ausgeführt sein. Das Auskoppelelement 470A stellt ein fokussiertes Lichtbündel für den Benutzer mit einem
Fokuspunkt 705A bereit. Der Fokuspunkt 705A kann beispielsweise in einer Pupillenebene eines Benutzers liegen. Die Ausdehnung des Strahlbündels für den Benutzer wird hierbei durch die Höhe des Oberflächenhologramms bestimmt.
Die Figuren 3C und 3D zeigen eine Weiterentwicklung der Vorrichtung der Figuren 3A und 3B gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele. Figur 3C zeigt ebenfalls eine Seitenansicht einer optischen Anordnung 300 eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, die Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie sein kann, und Fig. 3D zeigt eine Seitenansicht.
Auch die Vorrichtung der Figur 3C und 3D verfügt über ein Kollimatorprisma 700, dieses ist jedoch deutlich kleiner als das Kollimatorprisma 700A der Figur 3A. Entsprechend ist das vom Kollimatorprisma 700 bereitgestellte kollimierte Lichtbündel 210 schmaler als das kollimierte Lichtbündel 210A der Figur 3A. Das kollimierte Lichtbündel 210 trifft im Brillenglas 100 auf ein in das Brillenglas 100 eingebettetes diffraktives Element 400, welches als Volumenhologramm ausgeführt sein kann. Das diffraktive Element 400 weitet das Lichtbündel auf und stellt ein aufgeweitetes Lichtbündel 230 bereit, welches von der zweiten Hauptfläche 120 des
Brillenglases 100 totalreflektiert wird und an ein diffraktives Auskoppelelement 470 geleitet wird. Dieses fokussiert das Licht in einem Fokuspunkt 705. Der Fokuspunkt kann auch in der Fig. 3C, wie im Beispiel der Figur 3A, beispielsweise in einer Pupillenebene des Benutzers liegen.
Die optische Anordnung 300 der Figur 3C und 3D kann verschiedene Vorteile haben. Durch das schräg in das Brillenglas eingebettete Volumenhologramm ist es möglich, trotz eines
Kollimatorprismas 700, welches im Vergleich mit dem Kollimatorprisma 700A der Figur 3A ein kleineres Volumen hat, ein gleich ausgedehntes, in manchen Fällen sogar größer
ausgedehntes, Strahlbündel an den Benutzer zur Verfügung zu stellen. Hierdurch kann das benötigte Volumen einer Vorrichtung zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats verkleinert werden, was den Tragekomfort und die Ästhetik verbessern kann.
Durch die Ausführung des diffraktiven Elements 400 als ein vergrabenes diffraktives Element 400 kann die Augensicherheit gegenüber zu hoher Brillanz von der Lichtquelle, beispielsweise in den Fällen, in dem es sich bei der Lichtquelle 200 um eine Laserlichtquelle handelt, einfacher zu gewährleisten. Der gesamte optische Aufbau 300 oder Teile davon, beispielsweise das Brillenglas 100 und das Kollimatorprisma 700, können hierbei einstückig hergestellt werden, was für die Augensicherheit vorteilhaft sein kann, beispielsweise weil Streulicht an
Materialübergangsstellen vermieden werden kann und/oder weil durch Verklebung die Gefahr der Trennung der unterschiedlichen Optikteile minimiert wird.
Weitere mögliche Ausgestaltungen von Vorrichtungen mit diffraktiven Elementen, die in einem Brillenglas angeordnet sind, werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren 4-6 erläutert. Die Figuren 4-6 zeigen jeweils ein Brillenglas 100 gemäß verschiedener
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10, die Licht 201 von einer Lichtquelle 200 empfangen. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 4-6 wird das Licht 201 von mindestens einem diffraktiven Umlenkelement 480, 481 , 482 aus einer ersten Richtung 501 empfangen und in eine zweite Richtung 502 weitergeleitet.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist das diffraktive Umlenkelement 480 als ein schaltbares diffraktives Umlenkelement ausgeführt. Im gezeigten Beispiel hat das diffraktive Element 480 drei verschiedene diskrete Zustände. In jedem der drei Zustände wird das Lichtbündel 270 von dem Umlenkelement 480 aus einer ersten Richtung 501 empfangen und in eine jeweilige schaltzustandsabhängige zweite Richtung 502 weitergeleitet. Die optische Anordnung 300 umfasst drei diffraktive Auskoppelelemente 470, 471 , 472. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 4 sind diese mit einem Überlapp in dem Volumen des Brillenglases 100 angeordnet. Die Auskoppelelemente 470, 471 , 472 leiten das Licht an das aktive Augenimplantat des Benutzers weiter. Blickt der Nutzer beispielsweise nach oben, kann dies von einer Steuerung der Vorrichtung 10 detektiert werden, und das schaltbare Umlenkelement 480 so geschaltet werden, dass die zweite Richtung 502 in Richtung des ersten Auskoppelelements 471 ist.
Hierdurch kann bei einem Blick des Benutzers nach oben das Licht das aktive Augenimplantat gut erreichen. Schaut der Benutzer nach unten, kann das Umlenkelement 480 entsprechend geschaltet werden, sodass das umgelenkte Lichtbündel das Auskoppelelement 472 erreicht, und hierdurch das Licht das aktive Augenimplantat durch die Pupille gut erreichen kann. Schaut der Benutzer in einer Neutralblickrichtung, kann das diffraktive Umlenkelement 480 so geschaltet werden, dass das Licht das Auskoppelelement 470 erreicht, und so das aktive Augenimplantat im Auge des Benutzers gut erreichen kann. Dies kann den Vorteil haben, dass weniger Licht nicht durch die Pupillenöffnung treten kann, z.B. weniger Licht durch die Iris abgeschattet wird. Mit anderen Worten kann vermieden werden, dass Licht„verschwendet“ wird, indem es das aktive Augenimplantat gar nicht erst erreicht.
Hierdurch kann die Lichtleistung, die zu einem Zeitpunkt bereitgestellt werden muss, verringert werden, was die Energieeffizienz der Vorrichtung 10 verbessern kann.
In Figur 5 stellt die Lichtquelle 201 das Licht in verschiedene Richtungen kollimiert an verschiedene Umlenkelemente 480, 481 , 482 bereit. Diese Umlenkelemente 480, 481 , 482 können im gleichen Volumen oder zumindest teilweise überlappend im Volumen des
Brillenglases 100 angeordnet sein. Die Umlenkelemente 480, 481 , 482 sind winkelselektiv.
Daher wird je nach Richtung des Lichts 201A, 201 B, 201C von der Lichtquelle 200 das Licht in einem schmalen Akzeptanzbereich von jeweils nur einem der Umlenkelemente 480, 481 , 482 an eines der Auskoppelelemente 470, 471 , 472 in die jeweilige zweite Richtung 502
weitergeleitet. Hierdurch ist es möglich, durch eine Steuerung des Einfallswinkels,
beispielsweise durch eine Optik zwischen der Lichtquelle 200 und dem Brillenglas 100, gezielt nur eines oder aber auch mehrere der Auskoppelelemente 470, 471 , 472 mit Licht zu versorgen. Hierdurch kann ebenfalls die Energieeffizienz der Vorrichtung gesteigert werden und/oder andere Lichtquellen mit anderen Kollimationscharakteristiken verwendet werden, was ebenfalls die Energieeffizienz steigern kann und/oder Bauraumanforderungen verringern kann.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Lichtquelle 200 stellt im Beispiel der Figur 6 Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen in verschiedene Richtungen 501 zur Verfügung. Das jeweilige Licht wird von den diffraktiven Umlenkelementen 480 jeweils in Richtung eines einzelnen Auskoppelelements 470 in die jeweilige Richtung 502 geleitet. Dies kann den Vorteil haben, dass verschiedene Lichtquellen 200 verwendet werden können und eine kompakte Einkoppeloptik bereitgestellt werden kann, da sich die diffraktiven Umlenkelemente 480 zumindest teilweise im Volumen des Brillenglases 100 überlappen können.
Die Figuren 7, 8 und 9 veranschaulichen herkömmliche Vorrichtungen zur Versorgung von aktiven Augenimplantaten. Abgesehen von den beschriebenen Details kann diese Vorrichtung der Vorrichtung 10A aus der Figur 3A und Figur 3B entsprechen.
Um es dem Benutzer zu ermöglichen, möglichst frei umherzuschauen, ist es erforderlich, dass auch bei verschiedenen Drehpositionen des Auges Licht das aktive Augenimplantat erreicht. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn das Licht den Fokuspunkt 705 aus einem möglichst großen Winkelbereich a, a', a" erreicht. Dieser Winkelbereich wird manchmal auch als Öffnungswinkel der Vorrichtung bezeichnet.
Gleichzeitig ist es wünschenswert, die Dicke 703, 704, 709 des Brillenglases 100 niedrig zu halten.
Figur 7 zeigt eine Vorrichtung 10B aus dem Stand der Technik, diese kann beispielsweise die Vorrichtung 10A der Figur 3A sein. Hierbei wird das kollimierte Lichtbündel 210 nach
Totalreflexion an der zweiten Hauptfläche 120 des Brillenglases 100 von einem diffraktiven Oberflächenelement 701 zum Fokuspunkt 705 fokussiert. Für eine gegebene Dicke 703 des Brillenglases 100 kann hierbei prinzipbedingt nur ein bestimmter Winkel a erreicht werden.
Figur 8 zeigt eine Vorrichtung 10C aus dem Stand der Technik. Diese Vorrichtung 10 C ermöglicht es, den Winkel a der Vorrichtung 10C der Figur 7 zu einem größeren Winkel a' zu vergrößern. Hierfür ist es erforderlich, den Durchmesser des kollimierten Lichtbündels 210 zu erhöhen. Dies hat in der Vorrichtung 10A notwendigerweise zur Folge, dass die Dicke 704 des Brillenglases 100 gegenüber der Dicke 703 gesteigert werden muss, um einen größeren Winkel a' gewährleisten zu können. Zur Realisierung von Öffnungswinkeln von 40° wird im Stand der Technik ein Brillenglas mit 4 bis 5 mm Dicke 703, 704 benötigt.
Figur 9 zeigt eine weitere Vorrichtung 10D gemäß dem Stand der Technik. Diese basiert auf einem kollimierten Lichtbündel 210 mit einem geringeren Durchmesser und einem dünneren Brillenglas 709, bietet zugleich aber einen größeren Öffnungswinkel a" am Fokuspunkt 705. Dies wird dadurch erreicht, dass das Brillenglas 100 in mehrfacher Totalreflexion als ein Lichtwellenleiter verwendet wird. Das Auskoppeln erfolgt durch ein diffraktives
Oberflächenelement, welches entlang der ersten Hauptfläche 110 des Brillenglases 100 angeordnet ist. Aufgrund der geometrischen Beschränkung beim Einkoppeln in das Brillenglas
100 treten im Stand der Technik jedoch unerwünschterweise zwingend Lücken 706 entlang der Mehrfachauskopplung auf.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass in Vorrichtungen zur Versorgung von aktiven Augenimplantaten es häufig notwendig ist, die kollimierten Lichtbündel 210 aus einem festen Winkelbereich bereitzustellen. Da die auskoppelnden diffraktiven Elemente 702 nur einen sehr geringen Winkelakzeptanzbereich aufweisen, können die sich ergebenden Lücken 706 noch problematischer sein, da diese bei Implantaten mit geringen Abmessungen zu
Versorgungsproblematiken und schlimmstenfalls zum Funktionsausfall führen können.
Die Figuren 10 und 11 zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele. Wie aus den Figuren zu ersehen ist, wird ebenfalls ein kollimiertes Lichtbündel 210 in das Brillenglas 100 eingekoppelt. Dieses weist eine Dicke 101 , 102 auf, die geringer ist als die Dicke 704.
In das Brillenglas 100 ist jeweils eine Gruppe von diffraktiven Elementen 530 vergraben und geneigt gegenüber dem Brillenglas angeordnet. Ein erstes Gruppenelement 440 ist jeweils eingerichtet, das kollimierte Licht 210 von der Lichtquelle zu empfangen.
Jedes der diffraktiven Elemente aus der Gruppe von diffraktiven Elementen 430 ist eingerichtet, das Licht 201 aus einer ersten Richtung 510 zu empfangen und zu einem ersten Teil in eine jeweilige Umlenkrichtung 520 umzulenken und zu einem zweiten Teil in eine jeweilige
Weiterleitungsrichtung 530 weiterzuleiten. Hierbei wird das Licht in Totalreflexion in die jeweilige Weiterleitungsrichtung 530 weitergeleitet. Durch diese Anordnung kann in manchen
Ausführungsbeispielen ein großer Winkel ß erreicht werden, ohne dass Lücken 706 bei dem umgelenkten Licht 240 auftreten oder diese Lücken zumindest vermindert werden. In Figur 10 ist die Gruppe von diffraktiven Elementen 430 aus vergrabenen transmissiven
Volumenhologrammen ausgeführt. In Figur 11 ist eine der Figur 10 ähnliche Anordnung dargestellt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 11 ist die Gruppe von diffraktiven Elementen 430 hingegen als vergrabene Reflexions-Volumenhologramme ausgeführt.
Die jeweiligen diffraktiven Elemente der Gruppe von diffraktiven Elementen 430 können entlang des Lichtweges so ausgeführt sein, dass sich das Verhältnis von Transmission und Umlenkung jeweils so ändert, dass eine gleiche Lichtintensität über den Beleuchtungswinkel ß und ß' erreicht wird.
Dieses Prinzip kann auch bei anderen Anordnungen angewendet werden, beispielsweise in Fällen mit mehr als einer Lichtquelle, beispielsweise eine Lichtquelle pro Seite, kann das Verhältnis von Transmission und Umlenkung jeweils zum Zentrum des Brillenglases 100 hin elementweise entlang des jeweiligen Transmissionslichtwegs entsprechend geändert werden.
Auch die - nicht gezeigte - Kombination von vergrabenen Reflexions- und
Transmissionshologrammen ist möglich.
Derartige Gruppen von diffraktiven Elementen können auch eine Baumstruktur bilden. Eine derartige Vorrichtung 1100 ist in der Fig. 15 veranschaulicht.
Fig. 15 zeigt hierbei eine Detailansicht einer Vorrichtung 1100, die wie für die obigen
Ausführungsbeispiele beschrieben in einem als Lichtwellenleiter dienenden Brillenglas angeordnet ist. Es wird eine Vielzahl von diffraktiven Elementen 1500 schematisch gezeigt, wobei ein erstes diffraktives Element Licht von einer Lichtquelle 1440 empfängt. Die weiteren Elemente der Vielzahl von diffraktiven Elementen 1500 weisen eine Baumstruktur 1530 auf.
Die diffraktiven Elemente 1500 können hierbei sowohl zur Weiterleitung von Licht im Brillenglas an ein nächstes diffraktives Element 1500 in der Baumstruktur als auch zur Auskopplung von Licht aus dem Brillenglas, um Licht zu einem Auge zu lenken, eingerichtet sein. Durch die Baumstruktur wird der Freiheitsgrad beim Design einer Leuchtverteilung des Lichts, die von der Vorrichtung 1100 erzeugt werden kann, weiter gesteigert.
Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 12, 13, 14 gezeigt. Die Unterfiguren (A) zeigen jeweils eine Aufsicht auf ein Brillenglas 100. Die Unterfiguren (B) zeigen jeweils eine Seitenansicht. In den Ausführungsbeispielen wird Licht von einer Lichtquelle 200 in das Brillenglas eingekoppelt und von einer Gruppe von diffraktiven Elementen 430 wie zuvor beschrieben auf einen Fokuspunkt 705 hingelenkt.
Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 10 und 11 wird das Licht in den Ausführungsbeispielen der Figuren 12-14 nicht in Totalresektion, sondern als aufgeweitetes Lichtbündel 230 parallel zu einer Brillenglasebene 150 geführt. Hierzu wird eine
Strahlexpansionsoptik 490, die ein erstes diffraktives Element 401 und ein zweites diffraktives Element 402 umfasst, verwendet. Die Gruppe von diffraktiven Elementen 430 ist eingerichtet, das divergente Lichtbündel 220 von dem ersten diffraktiven Element 401 zu empfangen und als ein aufgeweitetes Lichtbündel 230 bereitzustellen.
Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 10 und 11 wird das Licht in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 12 bis 14 nicht in Totalreflektion, sondern als aufgeweitetes Lichtbündel 230 parallel zu einer Brillenglasebene 150 geführt. Hierzu wird eine
Strahlexpansionsoptik 490, die ein erstes diffraktives Element 401 und ein zweites diffraktives Element 402 umfasst, verwendet.
Die Strahlexpansionsoptik 490 kann, ähnlich dem Wirkprinzip eines Galilei-Teleskops, zur Aufweitung und anschließenden Kollimierung in das Innere des Brillenglases dienen. Die Gruppe von diffraktiven Elementen 430 kann mehrere diffraktive Auskoppelemente 470, beispielsweise erste und zweite diffraktive Auskoppelemente 471 , 472 umfassen.
Die Gruppe von diffraktiven Elementen 430 kann ebenfalls als transmissive
Volumenhologramme, wie in Figur 12 und 13 gezeigt, oder als reflektives Volumenhologramm, wie in Figur 14 gezeigt, oder als eine Kombination davon, ausgeführt sein. Für die
Expansionsoptik können auch die im Zusammenhang mit den Figuren 1 B, 2 und 4 bis 6 beschriebenen Vorrichtungen und optischen Anordnungen 300 angewendet werden.
In einigen Beispielen benötigen die diffraktiven Elemente zur Strahlumformung eine
Winkelablenkung. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn Volumenhologramme als diffraktive Elemente 401 , 402 verwendet werden. In diesen Fällen kann eine Anordnung von erstem und zweitem diffraktiven Element 401 , 402, wie in Figur 12 gezeigt, suboptimal sein, da der Bündelmittenstrahl 560 keine Ablenkung erfährt. Dies kann durch einen seitlichen Versatz der Lichtquelle 200 zu dem gewünschten Bündelmittelstrahl 560 verbessert werden, wie in den Figuren 13 und 14 gezeigt.
Der Versatz 570 kann auch noch größer gewählt werden (nicht gezeigt), sodass nicht nur der Mittenstrahl 560 umgelenkt wird, sondern sämtliches Licht des aufgeweiteten Lichtbündels 230, indem der Versatz 570 so weit erhöht wird, bis die Lichtquelle beispielsweise oberhalb des Bereiches des aufgeweiteten Lichtbündels 230 in der Aufsicht (A) der Figuren 12 bis 14 angeordnet ist.
Fig. 16 zeigt Vorrichtungen gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele, die mehrkanalig und/oder schaltbar sind. Hier kann zum Beispiel Licht von zwei verschiedenen Lichtquellen verwendet werden. Licht von einer Lichtquelle kann beispielsweise zum Versorgen eines Augenimplantats mit Energie wie oben beschrieben dienen, während Licht von einer anderen Lichtquelle anderen Zwecken dient, beispielsweise zur Beleuchtung oder Projektion von Informationen. Bei anderen Ausführungsbeispielen können verschiedene Wellenlängen zum
Versorgen von Augenimplantaten bereitgestellt werden. Bei wieder anderen
Ausführungsbeispielen kann Licht mit verschiedenen Leuchtverteilungen zum Versorgen von Augenimplantaten bereitgestellt werden. Beispielsweise kann mittels eines Eyetrackers eine Blickrichtung des Auges erfasst werden und abhängig von der Blickrichtung eine
Leuchtverteilung ausgewählt werden, um das Augenimplantat bei der jeweiligen Blickrichtung effizient mit Energie zu versorgen. Hierdurch kann auch eine Versorgung des Augenimplantats über einen großen Blickwinkelbereich (field of view) erfolgen. Beispielsweise kann eine
Blickrichtung des Auges mit einem so genannten Eyetracker überwacht werden und die Leuchtverteilung in Abhängigkeit von der Blickrichtung gewählt werden, um eine
Energieversorgung des Implantats zu optimieren und/oder sicherzustellen, dass ein möglichst großer Teil der abgestrahlten Energie das Augenimplantat erreicht.
Hierbei zeigen die Unterfiguren Fig. 16(a) bis Fig. 16(g) verschiedene Beispiele mehrkanaliger bzw. schaltbarer Vorrichtungen, die eingerichtet sind, unterschiedliche Leuchtverteilungen bereitzustellen, beispielsweise zum Versorgen eines Augenimplantats mit Energie.
Nachfolgend werden anhand von Vorrichtungen 1100 bei (a) bis (g) verschiedene Konzepte mehrkanaliger Wellenleitersysteme beschrieben. Die Konzepte können sich hohe spektrale und/oder angulare Selektivität von diffraktiven Elementen wie bereits bei den obigen
Ausführungsbeispielen erläutert, beispielsweise Volumenhologrammen oder anderen mikrostrukturierten optischen Elementen, zunutze machen, um mehrere Strahlenbündel unabhängig voneinander innerhalb desselben Volumens eines als ein Lichtleiter 1400 dienenden Brillenglases übertragen zu können. Unter einer hohen spektralen Selektivität wird hierbei der Abfall der Effizienz des Elements beispielsweise um 50 % Halbwertsbreite, manchmal auch als Breite bei halber Höhe (Englisch: Full Width at Half Maximum, FWHM) bei Wellenlängenabweichungen von der Designwellenlänge beispielsweise < 40 nm, beispielsweise < 10 nm, verstanden.
Unter einer hohen angularen Selektivität wird ein Abfall der Effizienz des Elements um 50 % FWHM bei einer Abweichung des Strahleinfallswinkels von einem Designwinkel, für den das jeweilige optische Element ausgelegt ist, beispielsweise um ein zugehöriges
Eingangslichtbündel aus diesem Winkel zu empfangen, von beispielsweise < 10°,
beispielsweise < 2° verstanden. In solchen Fällen, aber nicht darauf beschränkt, können mehrere Strahlenbündel mit unterschiedlichen Richtungen und/oder Wellenlängen innerhalb des gleichen Volumens des Lichtwellenleiters 1400 propagieren und können selektiv von
zugeordneten, manchmal auch als„passenden“ beschriebenen, optischen Elementen gekoppelt werden und weitergeleitet werden. Mit anderen Worten können innerhalb eines identischen Volumens des Lichtleiters 1400 selektiv wirkende Replikationsbereiche bereitgestellt werden, die durch vergrabene diffraktive Elemente bereitgestellt sein können. Replikationsbereiche sind eingerichtet, mindestens ein zugehöriges Eingangslichtbündel mit einem Eingangsstrahlprofil zu empfangen und eine Vielzahl von zugehörigen Ausgangslichtbündeln mit jeweiligen
Ausgangsstrahlprofilen bereitzustellen, beispielsweise ein Lichtbündel aus einem Brillenglas auszukoppeln und ein anderes Lichtbündel in dem Brillenglas weiterzuleiten. Diese
Replikationsbereiche können in Superposition arbeiten und das Licht für unterschiedliche Charakteristiken, beispielsweise Einfallswinkel, in unterschiedliche Leuchtverteilungen umwandeln. Dies wird manchmal auch als Multiplexing beschrieben, beispielsweise als spektrales Multiplexing, wenn die optischen Elemente, beispielsweise Volumenhologramme, so eingerichtet sind, dass sie verschiedene Kopplungsverhalten für verschiedene spektrale Eigenschaften des Lichts aufweisen. Auch andere Arten von Multiplexing sind möglich, beispielsweise Winkel- oder polarisationsabhängiges Multiplexing, sowie Kombinationen davon.
Nachfolgend wird diese Grundidee am Beispiel von Seitenansichten von Vorrichtung 1100 in Fig. 16 kurz erläutert. Es werden hierbei nur maximal zwei Lichtquellen beispielhaft gezeigt, dies ist natürlich nicht als einschränkend auszulegen, auch komplexere Systeme zum Beispiel mit mehr als zwei Lichtquellen sind möglich.
Die Vorrichtung bei (a) zeigt eine Vorrichtung 1100, die eingerichtet ist, Licht von einer ersten Lichtquelle 1203 mit einer ersten Wellenlänge A1 und Licht von einer zweiten Wellenlänge K2 von einer zweiten Lichtquelle 1204 zu empfangen, und für jede empfangene Wellenlänge eine Leuchtverteilung 1200 zu erzeugen. Im gezeigten Beispiel umfasst die Leuchtverteilung 1200 eine Leuchtverteilung, welche sich aus der Leuchtverteilung 1200 z.B. zum Versorgen eines Augenimplantats mit Energie sowie einer Leuchtverteilung von Fixationsmarken 1230 zusammensetzt. Ein solcher Aufbau kann den Vorteil haben, dass es möglich ist, mit demselben Lichtwellenleiter 1400 in verschiedenen Wellenlängenbereichen für verschiedene Zwecke verschiedene Leuchtverteilungen bereitzustellen, im gezeigten Beispiel beispielsweise die Fixationsmarken 230 bei einer Wellenlänge K2 der zweiten Lichtquelle 1204 im sichtbaren Bereich und Infrarotlicht bei einer Wellenlänge A1 der ersten Lichtquelle 1203 im Infraroten. Es können auch beide Lichtquellen im Infraroten bei verschiedenen Wellenlängen senden, insbesondere zur Erzeugung verschiedener Leuchtverteilungen zum Versorgen des
Augenimplantats mit Energie.
Fig. 16 (b) zeigt eine alternative Implementierung der Vorrichtung der Fig.16 (a) mit einem anders gestalteten Einkopplungselement 1440. In Bezug auf die Fig. 16 beschriebene
Einkopplungselemente können mit diffraktiven Elementen, insbesondere vergrabenen diffraktiven Elementen, realisiert sein. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das
Einkopplungselement 1440 zwei verschiedene Bereiche, wobei ein erster Einkopplungsbereich 1440A eingerichtet ist, das Licht der ersten Lichtquelle 1203 einzukoppeln, und ein zweiter Einkopplungsbereich 1440B eingerichtet ist, das Licht der zweiten Lichtquelle 1203 in den Lichtwellenleiter 1400 einzukoppeln.
Die Fig. 16 (c) bis Fig. 16 (g) zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung von schaltbaren Systemen und/oder Systemen, die mehrere Leuchtverteilungen in Überlagerung, manchmal auch als Superposition bezeichnet, ermöglichen.
Im Beispiel der Fig. 16 (c) sind die Lichtquellen 1203, 1204 lateral versetzt angeordnet und werden von Einkopplungselementen 1440A, 1440B an unterschiedlichen Stellen in den
Lichtwellenleiter 4100 eingekoppelt.
Die jeweiligen zugehörigen Einkopplungselemente 1440A, 1440B können hierbei so
ausgestaltet sein, dass selbst bei gleichartigen Lichtquellen 1203, 1204 unterschiedliche Einkopplungen in den Lichtwellenleiter 1400 erreicht werden, beispielsweise unterschiedliche Einkopplungswinkel. Somit kann die Vorrichtung 1100 eingerichtet sein, zwei
Leuchtverteilungen, im gezeigten Beispiel eine jeweilige Leuchtverteilung pro Lichtquelle, bereitzustellen. Diese Leuchtverteilungen können in manchen Beispielen unabhängig voneinander gewählt werden, beispielsweise aufgrund der zuvor beschriebenen
Winkelselektivität und/oder Wellenlängenselektivität der verwendeten optischen Elemente.
Fig. 16 (d) zeigt eine Variation der Fig. 16 (c), wobei die beiden Lichtquellen 1204, 1203 unter unterschiedlichen Winkeln auf ein Einkopplungselement 1440 treffen. Dieses ist eingerichtet, die beiden Lichtquellen unabhängig voneinander in den Lichtwellenleiter 1400 einzukoppeln. Im Beispiel der Fig. 16 (e) ist nur eine Lichtquelle 1203 vorhanden. Der Einfallwinkel des Lichtes der Lichtquelle 1203 wird hierbei durch einen Scanspiegel 1460 variiert, wodurch eine schaltbare Leuchtverteilung entsteht. Im Beispiel der Fig. 16 (f) ist ein schaltbares optisches Element 1470, beispielsweise ein schaltbares Hologramm, im Lichtwellenleiter 1400 vorhanden. Auch hierdurch kann eine Superposition verschiedener Leuchtverteilungen erreicht werden. Im Beispiel der Fig. 16 (g) verändert ein polarisationsveränderndes Element 1480 die
Polarisationseigenschaften des Lichts von der Lichtquellel 203. Die optischen Elemente der
Vorrichtung 1100 können polarisationsabhängige Eigenschaften aufweisen, sodass auch durch eine Variation der Polarisation des einfallenden Lichtes auf die Vorrichtung 1100
unterschiedliche Leuchtverteilungen herbeigeführt werden können.
Die in den Fig. 16 (a) bis Fig. 16 (g) gezeigten Beispiele können auch miteinander kombiniert werden. So können beispielswiese verschiedene Lichtquellen mit unterschiedlichen
Polarisationsrichtungen - entsprechend dem Beispiel der Fig. 16 (g) - mit einem Scanspiegel - wie in Fig. 16 (e) gezeigt - kombiniert werden. Aber auch beliebige andere Kombinationen der gezeigten Elemente und Vorgehensweisen sind möglich.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann eine Öffnung in dem Brillenglas wünschenswert sein, beispielsweise um Untersuchungen des Auges mit einer Untersuchungsmodalität durchführen zu können. Um dennoch eine passende Leuchtverteilung von Licht zum Versorgen eines Augenimplantats mit Energie bereitzustellen, kann eine solche Vorrichtung dann wie unter Bezugnahme auf Fig. 17A, 17B und 18 erläutert ausgestaltet sein.
Fig. 17A zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Fig. 17B zeigt eine Frontalansicht der Vorrichtung 1100.
Mit der Vorrichtung 1100 wird eine Leuchtverteilung 1200 zur Versorgung eines
Augenimplantats eines Auges 1800 mit Energie bereitgestellt, wobei vergrabene diffraktive Elemente wie oben erläutert zum Einsatz kommen. Mit einer schaltbaren Vorrichtung wie unter Bezugnahme auf Fig. 16 erläutert kann bei manchen Ausführungsbeispielen schaltbar auf eine Leuchtverteilung zum Beleuchten des Auges für eine Untersuchung, beispielsweise für eine keratometrischen Vermessung der Hornhaut des Auges 800 bereitgestellt. Das Auge kann zudem durch eine Aussparung 1420 in einem als Lichtwellenleiter 1400 dienenden Brillenglas untersucht werden. Beispielsweise kann im Falle der oben erwähnten keratometrischen
Untersuchung das von der Hornhaut des Auges 1800 reflektierte Licht wird von einer
Detektionsvorrichtung 1900 entlang eines Nachweisstrahlengangs 1905 nachgewiesen und kann anschließend analysiert werden, um auf die Topologie der Hornhaut zu schließen. Der Lichtwellenleiter 1400 der Vorrichtung 1100 weist wie erwähnt die Aussparung 1420 auf. Um trotz der Aussparung 1420 eine zur Versorgung eines Augenimplantats mit Energie oder ggfs auch zur Beleuchtung wie zur Keratometrie geeignete Leuchtverteilung 1200 zu erreichen, die möglichst ein gesamtes Blickfeld des Auges 800 abdeckt oder das gesamte zu untersuchende Auge beleuchtet, wird das Licht von zwei Lichtquellen 1203, 1204 bereitgestellt und von zwei Einkopplungselementen 1440, 1441 , die jeweils vergrabene diffraktive Elemente umfassen
können, eingekoppelt. Ausgehend von den jeweiligen Einkopplungselementen 1440, 1441 , wird das Licht über eine Vielzahl von Replikationsbereichen repliziert und in Richtung des Auges 1800 als Leuchverteilung 1200 ausgekoppelt. In dem gezeigten Beispiel der Vorrichtung ist die Flächennormale des Lichtwellenleiters 1400 parallel zu einer Hauptsehachse des Auges 8100 angeordnet. In anderen
Ausführungsbeispielen kann die Normale des Lichtwellenleiters aber auch gerade nicht parallel zu der Hauptsehachse des Auges 1800 angeordnet sein. Hierdurch können beispielsweise Reflexe reduziert oder vermieden werden.
Fig. 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1100 als Abwandlung der Vorrichtung der Fig. 17A, 17B.
In der Vorrichtung 1100 der Fig. 18 sind vier Einkopplungselemente 1440 bis 1443 vorhanden, die wiederum wie oben erläutert mit vergrabenen diffraktiven Elementen realisiert sein können. Die Vielzahl von Replikationsbereichen 1500 sind hierbei so miteinander gekoppelt, dass eine Leuchtverteilung wie die Leuchtverteilung 1200 der Fig. 7A durch die Vielzahl von
Replikationsbereichen 1500 bereitgestellt werden kann. Durch die hier gezeigten Ausführungsbeispiele kann eine verbesserte Vorrichtung zur
Versorgung von aktiven Augenimplantaten mit Energie bereitgestellt werden.
Claims
Patentansprüche
1. Vorrichtung (10; 1100) zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie, umfassend:
ein Brillenglas (100) mit einer ersten Hauptfläche (110) und einer zweiten Hauptfläche
(120),
eine Lichtquelle (200),
eine optische Anordnung (300), die eingerichtet ist, Licht (201) von der Lichtquelle (200) in das Brillenglas (100) einzukoppeln und aus der der ersten Hauptfläche (110) des
Brillenglases (100) zu dem Benutzer hin auszukoppeln,
wobei die optische Anordnung (300) mindestens ein diffraktives Element (400), welches in dem Brillenglas (100) angeordnet ist, umfasst, wobei jedes des mindestens einen diffraktiven Elements (400) ein zugehöriges erstes Ende (410) und ein zugehöriges zweites Ende (420) aufweist, wobei
das zugehörige erste Ende (410) und das zugehörige zweite Ende (420) jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der ersten Hauptfläche (110) und/oder jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der zweiten Hauptfläche (120) aufweisen.
2. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 1 , wobei das mindestens eine diffraktive Element (400) ein erstes diffraktives Element (401) umfasst, welches eingerichtet ist, ein kollimiertes Lichtbündel (210) zu empfangen und als ein divergentes Lichtbündel (220) bereitzustellen.
3. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine diffraktive Element (400) ein zweites diffraktives Element (402) umfasst, welches eingerichtet ist, das divergente Lichtbündel (220) von dem ersten diffraktiven Element (401) zu empfangen und als ein aufgeweitetes Lichtbündel (230) bereitzustellen.
4. Vorrichtung (10; 1100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das mindestens eine diffraktive Element (400) eine Gruppe von diffraktiven Elementen (430) umfasst, welche jeweils eingerichtet sind, Licht (201) aus einer jeweiligen Empfangsrichtung (510) zu empfangen und zu einem ersten Teil (240) in eine jeweilige Umlenkrichtung (520) umzulenken und zu einem zweiten Teil (250) in eine jeweilige Weiterleitungsrichtung (530) weiterzuleiten,
wobei ein erstes Gruppenelement (440) aus der Gruppe von diffraktiven Elementen (430) eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (200) zu empfangen.
5. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 3 und Anspruch 4, wobei das aufgeweitete Lichtbündel (230) in mindestens eine der jeweiligen Empfangsrichtungen (510) verläuft.
6. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Gruppe von diffraktiven Elementen (430) ein zweites Gruppenelement (450) umfasst, welches so angeordnet ist, dass es Licht in seiner Weiterleitungsrichtung (530) an ein drittes Gruppenelement (460) in der Empfangsrichtung (510) des dritten Gruppenelements (460) weiterleitet.
7. Vorrichtung (10; 1100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Vorrichtung (10; 1100) eingerichtet ist, das Licht in die jeweilige Umlenkrichtung (520) zu dem Benutzer hin auszukoppeln.
8. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Gruppe von diffraktiven Elementen (430) so eingerichtet ist, dass das jeweilige Verhältnis von dem erstem Teil (240) zu dem zweitem Teil (250) mit einer Anzahl von Gruppenelementen der Gruppe von diffraktiven Elementen (430), die das Licht in dem Brillenglas (100) durchquert hat, zunimmt.
9. Vorrichtung (10; 1100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die optische Anordnung (300) mindestens ein diffraktives Auskoppelelement (470) umfasst, welches eingerichtet ist, Licht von dem mindestens einen diffraktiven Element 400 zu empfangen und an den Benutzer auszukoppeln.
10. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 9, wobei das mindestens eine diffraktive
Auskoppelelement (470) eingerichtet ist, das Licht mit einer effektiven Fokussierung an den Benutzer auszukoppeln.
11. Vorrichtung (10; 1100) zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie, umfassend:
ein Brillenglas (100) mit einer ersten Hauptfläche (110) und einer zweiten Hauptfläche
(120),
eine Lichtquelle (200),
eine optische Anordnung (300), die eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (200) in das Brillenglas (100) einzukoppeln und aus der der ersten Hauptfläche (110) des Brillenglases (100) zu dem Benutzer hin auszukoppeln, wobei die optische Anordnung (300) umfasst:
mindestens ein diffraktives Umlenkelement (480), welches eingerichtet ist, ein
Lichtbündel (270) aus einer ersten Richtung (501) zu empfangen und in eine zweite Richtung
(502) aus einer Anzahl von möglichen Richtungen weiterzuleiten, wobei die zweite Richtung (502) abhängig ist von:
einem Einfallswinkel zwischen dem Lichtbündel (270) und dem mindestens einen diffraktiven Umlenkelement (480), und/oder
einer Wellenlänge des Lichtbündels (270) und/oder
einem Schaltzustand des mindestens einen diffraktiven Umlenkelements (480).
12. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 11 , wobei das mindestens eine diffraktive Umlenkelement (480) ein mehrfach belichtetes Volumenhologramm umfasst, wobei die die Anzahl der möglichen Richtungen auf der Anzahl der mehrfachen Belichtungen des mehrfach belichteten Volumenhologramms basiert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 und Anspruch 11 oder 12, wobei das mindestens eine diffraktive Umlenkelement (480) ein erstes diffraktives Umlenkelement (483) und ein zweites diffraktives Umlenkelement (484) umfasst, wobei das erste und das zweite diffraktive
Umlenkelement (483, 484) zumindest teilweise getrennt in dem Brillenglas (100) angeordnet sind und jeweils eingerichtet sind, Licht an das mindestens eine diffraktive Auskoppelelement (470) weiterzuleiten.
14. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 9 und Anspruch 11 oder 12, wobei das mindestens eine diffraktive Auskoppelelement (470) ein erstes Auskoppelelement (471) und ein zweites Auskoppelelement (472) umfasst und wobei
die Anzahl von möglichen Richtungen umfasst:
eine Richtung von dem mindestens einen diffraktiven Umlenkelement (480) zu dem ersten Auskoppelelement (471) und
eine Richtung von dem mindestens einen diffraktiven Umlenkelement (480) zu dem zweiten Auskoppelelement (472).
15. Vorrichtung (10; 1100) nach einem der Ansprüche 11-14, wobei das mindestens eine diffraktive Umlenkelement (480) mindestens ein in dem Brillenglas (100) angeordnetes
Volumenhologramm ist.
16. Vorrichtung (10; 1100) nach einem der Ansprüche 11-15, wobei ein erstes
Umlenkelement (481) des mindestens einen diffraktiven Umlenkelements (480) eingerichtet ist, das Lichtbündel (270) in ein divergentes umgelenktes Lichtbündel (260) umzuwandeln, sodass
die optische Anordnung (300) eingerichtet ist, das divergente umgelenkte Lichtbündel (260) in die zweite Richtung (502) abzugeben.
17. Vorrichtung (10; 1100) zur Versorgung eines aktiven Augenimplantats in einem Auge eines Benutzers mit Energie, wobei die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10 und nach einem der Ansprüche 11-16 ausgestaltet ist,
wobei das mindestens eine diffraktive Element (400) in mindestens einer der Anzahl von möglichen Richtungen angeordnet ist und/oder wobei das mindestens eine diffraktive
Umlenkelement (480) das mindestens eine diffraktive Element (400) umfasst oder ist.
18. Vorrichtung (10; 1100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eines der diffraktiven Elemente (400, 401 , 402, 430, 440, 450, 460, 470, 41 , 472) ein
Volumenhologramm ist.
19. Vorrichtung (10; 1100) nach Anspruch 18, wobei mindestens zwei der diffraktiven Elemente (400, 401 , 402, 430, 440, 450, 460, 470, 41 , 472) jeweils ein Volumenhologramm sind, und wobei eines der zwei diffraktiven Elemente ein transmissives Volumenhologramm ist und das andere der zwei diffraktiven Elemente ein reflektives Volumenhologramm ist.
20. Vorrichtung (10; 1100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste
Hauptfläche (110) und/oder die zweite Hauptfläche (120) mindestens eine Krümmung aufweist.
21. Vorrichtung (1100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lichtquelle mindestens eines der folgenden Elemente umfasst:
zwei Einzellichtquellen (1203, 1204), die eingerichtet sind Licht in unterschiedlichen Richtungen und/oder in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen und/oder an unterschiedliche Beleuchtungspositionen mindestens eines Einkopplungselements (1440; 1441-1443) der optischen Anordnung (300) bereitzustellen,
einen Strahlteiler (1450),
einen Scanspiegel (1460),
ein schaltbares Element (1470).
22. Vorrichtung (1100) nach Anspruch 21 , wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, in
Abhängigkeit von einer Blickrichtung des Auges zwischen mindestens zwei verschiedenen Leuchtverteilungen des Lichts (201) umzuschalten.
23. Vorrichtung (1100) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Brillenglas (100) eine Aussparung (1420) aufweist.
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