DE102019108679A1

DE102019108679A1 - Vorrichtungen zur Energieversorgung eines aktiven Augenimplantats

Info

Publication number: DE102019108679A1
Application number: DE102019108679.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nobis; Tobias Schmitt-Manderbach; Matthias Hillenbrand
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US20220203105A1; EP3946009A1; WO2020201426A1

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

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 2^N-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 Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detailliert erläutert. Es zeigen:

1A eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung,
1B eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen,
3A eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung,
3B eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4 eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Umlenkelement,
5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele mit Umlenkelementen,
7, 8, 9 verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen,
10 und 11 verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit Gruppen von diffraktiven Elementen,
12, 13 und 14 verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit Gruppen von diffraktiven Elementen, Auskoppelelementen und einer Strahlexpansionsoptik.

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.

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.
1B zeigt eine Vorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches eine Weiterentwicklung der Vorrichtung 10A der 1A zeigt. Auch das Brillenglas 100 der 1B ist eingerichtet, ein kollimiertes Lichtbündel 201 zu empfangen. Im Gegensatz zu dem kollimierten Lichtbündel der 1A kann das kollimierte Lichtbündel 201 der 1B 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 1B 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.
2 zeigt verschiedene Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Figuren (A), (B) und (C) der 2 zeigen jeweils eine Seitenansicht des Brillenglases 100. Dieses Brillenglas kann das Brillenglas der 1B 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 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.
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.
2B zeigt eine ausgedehnte Lichtquelle 200. Dies ist schematisch durch zwei verschiedene Lichtquellen 200a und 200b angedeutet. Im Ausführungsbeispiel der 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 2B von dem Einfallswinkel abhängt und entsprechend für die beiden Lichtquellen 200a, 200b verschieden ist.
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 2C wird das von der Lichtquelle bereitgestellte Lichtbündel 270 aus einer ersten Richtung 501 von dem diffraktiven Element 400 empfangen. Im Ausführungsbeispiel der 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 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. 3A zeigt eine Aufsicht, 3B eine Seitenansicht 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 3B und 3C zeigen eine Weiterentwicklung der Vorrichtung der 3A und 3B gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele. 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.
Auch die Vorrichtung der 3B verfügt über ein Kollimatorprisma 700, dieses ist jedoch deutlich kleiner als das Kollimatorprisma 700A der 3A. Entsprechend ist das vom Kollimatorprisma 700 bereitgestellte kollimierte Lichtbündel 210 schmaler als das kollimierte Lichtbündel 210A der 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, wie im Beispiel der 3A, beispielsweise in einer Pupillenebene des Benutzers liegen.
Die optische Anordnung 300 der 3B 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 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 4-6 erläutert. Die 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 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 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 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 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, 201B, 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.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Lichtquelle 200 stellt im Beispiel der 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 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 3A und 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 α, α', α'' 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.
7 zeigt eine Vorrichtung 10B aus dem Stand der Technik, diese kann beispielsweise die Vorrichtung 10A der 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 α erreicht werden.
8 zeigt eine Vorrichtung 10C aus dem Stand der Technik. Diese Vorrichtung 10 C ermöglicht es, den Winkel α der Vorrichtung 10C der 7 zu einem größeren Winkel α' 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 α' 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.
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 α'' 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 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 β erreicht werden, ohne dass Lücken 706 bei dem umgelenkten Licht 240 auftreten oder diese Lücken zumindest vermindert werden. In 10 ist die Gruppe von diffraktiven Elementen 430 aus vergrabenen transmissiven Volumenhologrammen ausgeführt. In 11 ist eine der 10 ähnliche Anordnung dargestellt. Im Ausführungsbeispiel der 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 β und β' 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.
Weitere Ausführungsbeispiele sind in den 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 10 und 11 wird das Licht in den Ausführungsbeispielen der 12-14 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 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 10 und 11 wird das Licht in dem Ausführungsbeispiel der 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 12 und 13 gezeigt, oder als reflektives Volumenhologramm, wie in 14 gezeigt, oder als eine Kombination davon, ausgeführt sein. Für die Expansionsoptik können auch die im Zusammenhang mit den 1B, 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 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 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 12 bis 14 angeordnet ist.
Durch die hier gezeigten Ausführungsbeispiele kann eine verbesserte Vorrichtung zur Versorgung von aktiven Augenimplantaten mit Energie bereitgestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017107346 A1 [0008]
DE 2017107346 A1 [0009, 0010]
DE 102016115938 A1 [0028]

Claims

Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3 und Anspruch 4, wobei das aufgeweitete Lichtbündel (230) in mindestens eine der jeweiligen Empfangsrichtungen (510) verläuft.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Vorrichtung (10) eingerichtet ist, das Licht in die jeweilige Umlenkrichtung (520) zu dem Benutzer hin auszukoppeln.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei das mindestens eine diffraktive Auskoppelelement (470) eingerichtet ist, das Licht mit einer effektiven Fokussierung an den Benutzer auszukoppeln.
Vorrichtung (10) 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).
Vorrichtung (10) 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.
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.
Vorrichtung (10) 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).
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11-14, wobei das mindestens eine diffraktive Umlenkelement (480) mindestens ein in dem Brillenglas (100) angeordnetes Volumenhologramm ist.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eines der diffraktiven Elemente (400, 401, 402, 430, 440, 450, 460, 470, 41, 472) ein Volumenhologramm ist.
Vorrichtung (10) 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.
Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Hauptfläche (110) und/oder die zweite Hauptfläche (120) mindestens eine Krümmung aufweist.