KR20220003533A - 광 신호를 투사하는 시청 장치 및 광 신호를 투사하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음을 포함하는 시청 장치(10)에 관한 것으로서, - 제1 광학 라인(16)을 포함하되, 상기 제1 광학 라인은, - 시청 장치(10)의 착용자(12)의 눈(19) 망막의 제1 영역(23)에 광 신호를 투사하도록 구성된 투사 시스템(22), - 투사될 광 신호를 생성하는 광 신호 생성기(20), 및 - 입력 커플러(24B) 및 출력 커플러(24C)를 포함하고, 입력 커플러(24B)로부터 출력 커플러(24C)로 광을 전달하도록 구성된 도파관(24)을 포함하는, 제 1 광학 라인(16), 및 선택적으로 제2 착용자(12)의 눈(19)의 망막의 제2 영역(46)에 주변 환경의 광 신호를 투사하도록 구성된 광학 시스템(44)을 포함하는 광학 라인(18)을 포함하며, 상기 광학 시스템(44) 도파관(24)의 일부를 포함한다.

Description

광 신호를 투사하는 시청 장치 및 광 신호를 투사하기 위한 방법

본 발명은 광 신호를 투사하는 시청 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 솔루션은 광유전학 치료의 맥락에서 망막 신경절(ganglion ) 세포를 자극하는 것을 목표로 한다.

망막은 광수용체로 구성되며, 이는 광변환, 즉 시각 시스템 내에서의 이벤트의 캐스케이드를 전파하는 전기적 화학적 신호로 광을 변환하여, 궁극적으로 세상을 표현하게 되는, 광변환에 의한 망막의 감광성을 담당하는 고도로 전문화된 신경이다. 척추동물 망막에서 광변환은 빛에 민감한 수용체 단백질인 로돕신의 활성화에 의해 시작된다.

색소성 망막염(RP: retinitis pigmentosa) 또는 황반 변성(MD: macular degeneration)의 경우와 같은 광수용기 소실 또는 변성은 망막 내 시각 정보의 광변환을 완전히 억제하지는 않더라도 심각하게 손상시킨다. 광수용기 세포의 상실 및/또는 광수용기 세포 기능의 상실은 시력 감소, 감광도 감소 및 실명의 주요 원인이다.

유전자 치료, 줄기 세포 치료, 광유전학 및 망막 보철물을 포함하여 망막 퇴행성 질환에 전념하는 여러 치료 접근법이 현재 개발 중이다.　

예를 들어, 광유전학(optogenetics)이라고 하는 유전자 및 신경 공학 기술에 의해 뇌의 다른 신경에 영향을 미치지 않으면서 정의된 신경 집단의 활동을 제어함으로써 대상의 망막의 광민감성을 회복시키는 것이 제안되었다. 결함이 있는 유전자를 대체 또는 수리하거나 단백질 결핍 또는 기능 장애를 교정하여 유전적 결함을 우회하려는 전통적인 유전자 요법과 달리, 광유전학적 접근법은 망막 비감광성 세포에 광에 반응하고, 따라서 환자에게 유용한 시력을 회복하게 능력을 부여하는 데 사용할 수 있다. 양극성 또는 신경절 세포에 세포외 전기 자극을 제공하는 망막 칩 임플란트와 달리 광유전학 기반 치료법은 세포 내부에서 세포를 자극한다.

광유전학은 생체 조직의 특정 세포 내에서 잘 정의된 이벤트를 제어하기 위해 유전학과 광학의 조합하는 것을 가리킨다. 광유전학은 (i) 세포막에서 외인성 광반응성 단백질의 발현에 의해 표적 세포를 빛에 민감하게 만들기 위해 표적 세포를 유전적으로 변형시키는 것과 (ii) 상기 광반응성 단백질에 빛을 제공할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것으로 구성된다.

외인성 광반응성 단백질의 예가 WO2007024391, WO2008022772 또는 WO2009127705에 제공되어 있으며, 이는 포유동물 신경에서의 발현을 위해 엔지니어링 되었으며 바이러스 벡터를 사용하여 특정 신경 집단으로 유전적으로 표적화될 수 있는, 광 활성화 이온 채널 및 펌프(예: channelrhodopsin-2[ChR2]; 할로로돕신[NpHR])를 암호화하는 식물 및 미생물 유기체(예: 고세균, 박테리아 및 진균)로부터 유래된 옵신 유전자의 사용을 기술한다. 적절한 파장의 빛에 노출되면 활동 전위가 옵신을 발현하는 신경에서 촉발되어 이들 세포에 광 감도를 부여하게 된다. 유사하게, WO2013071231은 서로 다른 활성화 스펙트럼 및 최신 기술(예: ChR2/VChR1)과 다른 활성화 스펙트럼을 갖고 여러 개의 별개의 파장의 빛을 사용하여 다른 세포에서 유전적으로 발현되는 다른 활성화 스펙트럼을 가진 채널을 발현시킨 다음, 다른 색의 빛으로 조직을 비춤으로써 동일한 조직에서 서로 다른 세트의 세포를 탈분극시키는 새로운 채널로돕신 (Chronos 및 Chrimson)을 개시한다. WO2017187272에 개시된 광반응성 단백질은 또 다른 대안이다.

광유전학은 예를 들어 인간을 포함한 살아있는 동물, 특히 눈의 신경 기능을 복원하는 데 사용할 수 있는 선택적 신경 활성화/억제를 위한 매우 강력한 도구이다.

그럼에도 불구하고, 선택된 빛의 파장은 광반응성 단백질의 최적 파장에 가깝고 이러한 광반응성 단백질은 빛에 대한 민감도가 매우 낮다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 빛에 의한 단백질 활성화의 최소 수준을 얻으려면 표적 세포 또는 단백질이 받는 빛의 강도가 최소값 이상이어야 한다. 결과적으로 올바른 파장에서 충분한 복사조도를 제공하는 외부 장치가 필수적이다.

대안으로서, 시각 보철 시스템(visual prosthesis systems)을 사용하는 이러한 환자에서 적어도 부분적으로 시력을 회복하는 것이 제안되었다. 이러한 시스템은 망막 임플란트로 구성되어 있으며, 망막 조직의 일부가 망막의 대부분을 퇴화했음에도 불구하고 대부분의 망박은 손상되지 않고 여전히 빛에 의존하는 전기 자극에 의해 직접 자극될 수 있다는 사실을 이용하여 맹인 및 시각 장애가 있는 사용자를 위한 적당한 시각적 인식 및 방향 감각을 적어도 부분적으로 재구축하는 데 유용한 도구이다. 일반적으로, 망막 임플란트는 환자의 눈에 이식되어 빛 자극 시 남아 있는 신경 세포의 전기적 여기를 유발한다. 자극을 받으면 남아 있는 이 신경 세포는 인공적으로 유도된 전기 자극을 시신경을 통해 뇌의 시각 부분으로 전달한다.

망막 임플란트는 크게 두 가지 범주인 에피-망막(epi-retinal)적인 것 및 서브-망박(sub-retinal)적인 것으로 나눌 수 있다. 에피-망막 장치는 망막의 내부 표면, 즉 입사광에 처음 노출되고 신경절 세포의 신경 섬유가 시신경으로 가는 경로를 따라 통과하는 망막 측면 위 또는 근처에 배치된다. 에피-망막 임플란트는 일반적으로 눈의 수정체를 통해 망막에 외안 장치(일반적으로 카메라 및 입사광을 해독하기 위한 마이크로전자 회로)에 의해 투사된 이미지를 수신할 수 있는 복수의 픽셀 요소가 있는 칩을 포함하여, 이미지를 전기적 신호로 변환하고, 시각 장애인 또는 부분 시각 장애인 환자의 시력을 재구성하거나 개선하기 위해 칩에 인접한 망막 세포를 자극하기 위해 복수의 자극 전극을 통해 신호를 전기적 자극으로 추가로 전달하게 된다. 대조적으로, 망막하 장치는 망막 아래, 망막과 밑에 있는 망막 색소 상피 또는 기타 더 깊은 조직 사이에 배치된다. 현재 이용 가능한 망막하 기술은 단일의 단단하고 일반적으로 평면인 칩의 이식에 의존한다. 넓은 시야를 커버하기 위해 하나 이상의 칩을 이식할 수 있는 것이 바람직하다는 것이 추가로 밝혀졌다.

망막 보철물과 광유전학 요법은 두 가지 주요 구성 요소에 의존한다. 망막에 설계된 제1 구성 요소는 표적 망막 세포의 막 전위 변화를 제공하여 광 감도를 제공하게 되는데, 이는 망막 보철 시스템의 임플란트 또는 광유전학 요법에서 망막 세포에 유전적으로 도입된 광-개폐 이온 채널 단백질이다. 제2 구성 요소는 시각적 정보(일반적으로 카메라 또는 포토다이오드 어레이로 획득)를 인코딩하고 전자 구성 요소에 필요한 입력 신호로 변환하는 데 필요하다. 망막 보철물에서, 입력 신호는 능동 전극 매트릭스에 의해 전달되는 전류 또는 수동 구성 요소를 활성화할 수 있는 빛의 펄스이다. 광유전 유전자 치료에서 전달되는 입력 신호는 정의된 시공간 방식으로 광유전 단백질을 활성화하는 데 필요한 적절한 강도와 파장의 빛 펄스이다.

표준 헤드셋으로는 조명에 필요한 조도를 얻을 수 없다.

특히, 알려진 솔루션은 망막에 이미지를 투사하는 프로젝터를 포함하지만 경우에 따라 불충분한 10°이상의 시야를 허용하지 않는다.

또한 필요한 강력한 광원 및 제어 전자 장치에서 생성되는 열은 의료 전기 장비에 대한 표준 ISO 60601-1에서 설정한 범위 내에서 유지되어야 하는 온도 상승을 유발한다. 상기 장치는 또한 전기 안전(ISO 60601-1) 및 전자기 호환성(ISO 60601-1-2, ISO 60601-1-9)을 보장해야 한다.

또한, 눈 전방에서의 온도 상승 및 장치의 열전달은

안구건조증과 불편함을 유발할 수 있다. 따라서, 눈 옆에 있는 장치 부분에 추가적인 온도 제한이 필요하다.

특히, 착용자에 대한 온도 면에서 충분한 수준의 편안함을 유지하면서 충분한 광 강도로 더 넓은 시야를 전달할 수 있는 시청 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 조명 장치의 온도가 정상적인 작동에서의 최대 온도를 초과하는 것을 방지하고 고 확대된 시야를 제공하기 위해 광원 및 제어 전자 장치로부터의 과도한 열 에너지를 제한할 수 있고 및/또는 열 발산을 용이하게 할 수 있는 시청 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 인간이 일상적으로 착용할 수 있도록 소형화된 조명 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

따라서, 확대된 시야를 얻을 수 있고, 보다 컴팩트하며, 착용자에게 개선된 편안함 및 인식을 제공할 수 있는 장치의 착용자의 눈에 광 신호를 투사하도록 구성된 시청 장치가 필요하다.

이를 위하여, 본 발명은 (i) 시청 장치 착용자의 눈 망막의 제1 영역에 제1 광 신호를 투사하도록 구성된 투사 시스템, (ii) 투사된 제1 광신호를 생성하는 광신호 생성기, 및 (iii) 입력 커플러 및 출력 커플러를 포함하되, 상기 입력 커플러로부터 상기 출력 커플러로 광을 전달하도록 구성되는 도파관을 포함하는 제1 광학 라인을 구비하는 시청 장치를 제안한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 시청 장치는 착용자의 눈 망막의 제2 영역을 향해 주변의 제2 광 신호(즉, 주변 환경 광 신호)를 투사하도록 구성된 광학 시스템을 포함하는 제2 광학 라인을 더 포함한다.

유리하지만 강제적이지 않은 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 시청 장치는 기술적으로 허용되는 임의의 조합으로 취해진 다음 특징 중 하나 또는 여러 개를 통합할 수 있다.

- 상기 광 신호 생성기는 입사 광선 빔을 소정 각도로 조종하도록 구성된 내부 전반사 프리즘(TIR 프리즘)을 포함하되, 상기 각도는 바람직하게는 20°내지 40° 에 포함된다.

- 상기 광 신호 생성기는 디지털 마이크로미러 장치(DMD) 이미저가 있는 내부 전반사 프리즘(TIR 프리즘)으로 구성된다.

- 상기 제1 광학 라인 및 제2 광학 라인은 제1 영역과 제2 영역 사이의 교차점이 없게 되도록(void) 배열된다.

- 제1 광학 라인 및 제2 광학 라인은 제2 영역이 제1 영역을 둘러싸도록 배열된다.

- 광 전달의 메인 방향은 도파관에 대해 정의되고, 제2 광학 라인 및 도파관은 제2 광학 라인의 광이 도파관의 광 전달의 상기 메인 방향에 수직으로 되는 일반적인 방향을 따라 전파하도록 배열된다.

- 상기 도파관은 반투명 재료, 바람직하게는 투명 재료로 만들어진다.

- 제1 광학 라인은 접혀 있는 라인이다.

- 제2 광학 라인은 펼쳐진 라인이다.

- 광 신호 생성기는 광원을 포함한다.

- 상기 광 신호 생성기는 광원을 포함하고, 제1 광학 라인은 시준 렌즈, 내부 전반사 프리즘(TIR 프리즘), DMD(디지털 마이크로미러 장치) 이미저 및 투사 렌즈를 포함한다.

- 상기 광 신호 생성기는 광원을 포함하고 광원은 섬유 소스이다.

- 상기 광 신호 생성기는 광원을 포함하고, 사기 광원은 전계발광 다이오드, 특히 발광 다이오드(LED) 또는 LED 파생물(예: OLED)이다.

- 제2 광 신호의 광원은 착용자의 주변 환경이다.

- 상기 시청 장치는 Google의 일부이거나 Google로 구성되거나 Google과 연결된다.

- 상기 시청 장치는 광유전학 사용을 위한 장치이다.

- 상기 시청 장치는 가상 현실 장치이다.

- 상기 제2 광학 라인은 착용자의 눈의 시선 방향과 평행하다.

- 투사 시스템의 시야는 제1 방향을 따라 15°와 25° 사이, 그리고 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 25°와 35° 사이로 확장된다.

본 발명은 (i) 상기 장치 착용자의 눈 망막의 제1 영역 상에 제1 광 신호를 투사하도록 구성된 투사 시스템, (ii) 투사될 상기 제1 광 신호를 생성하는 광 신호 생성기, 및 (iii) 입력 커플러 및 출력 커플러를 포함하되, 상기 입력 커플러로부터 상기 출력 커플러로 광을 전달하도록 구성된 도파관을 포함하는 제1 광학 라인을 포함하는 시청 장치의 착용자의 눈에 광 신호를 투사하는 방법에 관한 것이다. 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 방법에 사용되는 시청 장치는 착용자의 눈 망막의 제2 영역에 주변 환경의 제2 광 신호를 투사하도록 구성된 광학 시스템을 포함하는 제2 광학 라인을 더 포함한다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 방법은 제1 광 신호를 제1 광학 라인으로 투사하는 단계와 주변 환경 광 신호를 제2 광학 라인으로 투사하는 단계를 동시에 포함한다.

본 발명에 의하면, 확대된 시야를 얻을 수 있고, 보다 컴팩트하며, 착용자에게 개선된 편안함 및 인식을 제공할 수 있는 장치의 착용자의 눈에 광 신호를 투사하도록 구성된 시청 장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 본 발명의 목적을 제한하지 않으면서 예시적인 예로서 첨부된 도면과 대응하여 제공되는 하기 설명에 기초하여 더 잘 이해될 것이다. 첨부된 도면에서:
도 1은 착용자가 사용하는 상황에서 시청 장치의 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 시청 장치의 단면 상세도이다.

시청 장치(10), 착용자(12) 및 착용자(12)의 주변 환경(14)의 일부가 도 1에 도시되고 있다. 주변 환경의 일부는 나무(14A)를 포함한다.

상기 시청 장치(10)는 주변 환경의 일부(14)를 관찰하기 위해 상기 장치(10)의 착용자(12)에 의해 사용되는 장치이다.

특정 시청 장치(10)의 예는 도 2에 더 자세히 설명되어 있다.

축 X에 평행하고 "제1 방향 X"라고 하는 제1 방향이 정의된다. 축 Y에 평행하고 축 X에 수직인 제2 방향이 정의되고 이는 "제2 방향 Y"라고 지칭된다. Z축에 평행하고 X축 및 Y축에 수직인 제3 방향이 정의되며 "제3 방향 Z"라고 지칭된다.

상기 시청 장치(10)는 2개의 광학 라인, 즉 제1 광학 라인(16) 및 제2 광학 라인(18)을 포함한다.

광학 라인은 광 신호 소스를 착용자(12)의 눈(19)에 연결하는 광학 라인을 따른 요소 세트이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 광 신호는 이미지이다.

제1 광학 라인(16)은 접힌 라인이다.

"접는 선"은 요소들이 제1 광학 경로를 따른 광선이 다각형 체인(16A)을 갖는 방식으로 배열된다는 것으로 이해된다.

상기 제1 광학 라인(16)은 광 신호 생성기(20), 투사 시스템(22), 및 도파관(24)을 포함한다.

상기 광 신호 생성기(20)는 투사될 제1 광 신호를 생성하도록 구성된다.

상기 광 신호 생성기(20)는 광원(26), 시준 렌즈(28), 내부 전반사(TIR) 프리즘(30) 및 참조 부호가 32인 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 포함한다.

어떤 경우에는 요소 32에 대해 DMD 이미저(imager)라는 문구를 찾을 수 있다.

도 2의 예에 따르면, 제1 광학 라인(16)의 빛의 경로는 요소(26, 28, 30, 32, 30)의 경로를 따른다.

상기 광원(26)은 광을 생성하도록 구성된 발광 소자(34)를 포함한다.

생성되는 광은 본 발명의 시청 장치의 사용에 따라 선택된다. 예를 들어, 포토다이오드가 있는 망막 임플란트를 장착한 사람이 시청 장치를 사용하는 경우, 임플란트의 포토다이오드를 자극하는 광 강도를 생성하도록 발광 소자가 조정될 것이다. 유사하게, 광유전학적 치료의 혜택을 받은 사람이 시청 장치를 사용하는 경우, 발광 소자는 치료 영역을 자극하는 이 용도에 특정한 파장에서 광 강도를 제공하도록 조정될 것이다.

따라서, 상기 발광 소자(34)는 특히 예상되는 적용에 대응하는 스펙트럼 범위 및/또는 강도로 선택된다. 상기 발광 소자(34)는 예를 들어 레이저 소스 또는 비간섭성 광원일 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 발광 소자(34)는 비간섭성 광원이다.

예를 들어, 상기 발광 소자(34)는 전계발광 다이오드, 보다 구체적으로 발광 다이오드(LED) 또는 LED 파생물(예를 들어, OLED)을 포함한다.

특정 예에서, 광원(26)은 또한 광을 발광 소자(34)에 전달하기 위한 광 섬유(36)를 포함한다.

보다 정확하게 그리고 특정 예로서, 상기 광원(26)은 광섬유(36)가 뒤따르는 전기발광 다이오드(미도시)이다.

즉, 광원(26)은 섬유 LED이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 발광 소자(34)는 광 활성화 이온 채널 폴리펩타이드를 포함하는 세포를 탈분극시킬 수 있는 파장의 광을 제공하도록 구성된다. 광 활성화 이온 채널 폴리펩타이드를 발현하는 세포를 탈분극시키기 위해 사용될 수 있는 예시적인 광 파장은 적어도 약 365 nm, 385 nm, 405 nm, 425 nm, 445 nm, 465 nm, 485 nm, 505 nm, 525nm, 545nm, 565nm, 585nm; 590 nm, 605 nm, 625 nm, 645 nm, 665 nm, 685 nm; 및 700 nm(사이의 모든 파장 포함)의 파장을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 발광 소자(34)는 365 nm 내지 700 nm 범위, 바람직하게는 530 nm 내지 640 nm 범위, 바람직하게는 580 nm 내지 630 nm 범위, 바람직하게는 530 nm 내지 610 nm, 보다 구체적으로 광 파장은 약 595 nm의 범위의 파장에서 광 강도를 제공하도록 구성된다.

본 발명에 사용된 바와 같이, 수치적 양과 관련하여 사용될 때 용어 "약"은 그 수치적 양의 플러스 또는 마이너스 10%를 의미한다.

상기 시준 렌즈(28)는 광원(26)으로부터 나오는 입사 광선(31)을 시준하도록 되어 있다.

상기 시준 렌즈(28)로부터 나오는 광선(31)들은 제1 방향(X)을 따라 서로 실질적으로 평행하다.

예를 들어, 시준 렌즈(28)는 2밀리미터(mm) 및 20mm 범위, 보다 구체적으로 3mm 및 18mm 범위에서 선택된 초점 거리를 가지며, 더욱 특히 시준 렌즈(28)는 약 5.9mm의 초점 거리를 가진다.

내부 전반사 프리즘은 종종 Total Internal Reflection의 약어를 사용하여 TIR 프리즘으로 명명된다. TIR 프리즘은 당업계에 잘 알려져 있다.

TIR 프리즘(30)은 입사광(31) 빔을 각도 α로 조정하도록 구성되며, "조향 각도 α"로 지칭된다.

상기 TIR 프리즘(30)은 입사면(30A), 출사면(30B), 반사면(30C), 입사 프리즘(301) 및 출력 프리즘(302)을 포함한다.

상기 입사면(30A)은 입사 광선을 받아들인다.

광선은 출사면(30B)에 의해 TIR 프리즘(30)을 출력한다.

입사면(30A)과 출사면(30B)은 예를 들어 서로 수직이다.

조향 각도(α)는 프리즘(301)으로부터 나오는 광선과 디지털 마이크로미러 장치(32)에 대한 법선 사이의 각도이다.

상기 조향각(α)은 예를 들어 20°와 40° 사이로 구성된다.

정의에 따르면, 값 A와 B 사이에 포함된 α는 한편으로 α가 값 A보다 높거나 같고 α가 값 B보다 열등하거나 같음을 의미한다.

특정 실시예에서, 조향각(α)은 24°와 같다.

상기 입사면(30A)은 입력 프리즘(301)에 속하고 출사면(30B)은 출력 프리즘(302)에 속한다.

상기 반사면(30C)은 입력 프리즘(301)에 속한다.

상기 입력 프리즘(301) 및 출력 프리즘(302)은 상보적인 면을 갖는다.

상기 입력 프리즘(301)과 출력 프리즘(302) 사이에 작은 갭(40)이 정의된다. 작은 갭(40)은 그들의 상보적인 면들 사이에 정의된다.

상기 디지털 마이크로미러 장치(32)는 종종 디지털 마이크로 미터 장치(Digital Micromirror Device)의 약어를 사용하여 DMD로 명명된다.

DMD는 당업계에 잘 알려져 있다. DMD는 ON과 OFF로 명명된 두 개의 개별 각도 위치 사이에서 규칙적으로(예: 0.35밀리초(ms)마다) 전환할 수 있는 미러 배열체(예: 608x684 배열체 또는 912x1140 배열체)로 구성되며, ON 위치는 대상을 향해 들어오는 빛을 반사한다. 처리된 이벤트는 해당 미러를 ON으로 설정하여 인코딩된다.

디지털 마이크로미러 장치(32)는 입력 프리즘(301)의 반사면(30C)에 의해 반사된 광선의 광학 경로에 배열되고 광선의 적어도 일부를 출력 프리즘(302) 쪽으로 반사시키도록 적응된다.

상기 디지털 마이크로미러 장치(32)는 투사될 광 신호를 형성하기 위해 특정 수의 픽셀을 인에이블 또는 디스에이블한다.

상기 디지털 마이크로미러 장치(32)는 마이크로미러 배열체를 형성하는 복수의 미러를 포함한다.

각 미러에는 최소 두 개의 위치가 있다.

제1 위치에서, 미러는 광이 출력 프리즘(302)으로 전달되고 출사면(30B)으로부터 나오도록 출력 프리즘(302)을 향해 광선을 반사한다.

제2 위치에서, 미러는 광이 출사면(30B)으로부터 출력되지 않는 방식으로 광선을 반사한다.

투사 시스템(22)은 시청 장치(10)의 착용자(12)의 눈(19)의 망막(19A)의 제1 영역(23)에 제1 광 신호를 투사하도록 구성된다.

이 예에서, 투사 시스템(22)은 투사 렌즈(42)이다.

상기 투사 시스템의 시야는 제1 방향을 따라 15°내지 25°, 그리고 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 25° 내지 35°로 확장된다.

상기 도파관(24)은 본체(24A), 입력 커플러(24B) 및 출력 커플러(24C)를 포함한다.

도파관(24)은 입력 커플러(24B)로부터 출력 커플러(24C)로 광을 전달하도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 도파관(24)의 본체(24A)의 전부 또는 일부는 반투명 재료로 만들어진다.

이하의 설명에서, "반투명"이라는 용어는 광투과율이 5% 내지 100%인 광투과체를 의미한다.

보다 바람직하게는, 본체(24A)의 전부 또는 일부가 투명한 재료로 제조된다.

"투명한"이라는 용어는 95% 초과, 예를 들어 100%에 가까운 광 투과율을 갖는 광 투과체를 지칭한다. 특히 이러한 "투명한" 본체는 굴절에 의해 빛을 투과하고 이를 통해 물체를 명확하게 볼 수 있다.

상기 도파관(24)의 광은 파장이 500나노미터(nm)와 700nm 사이인 전자기파로 구성된다.

또한, 도파관의 본체(24A)는 평행 육면체이다.

도 2의 예에서, 상기 도파관(24)의 본체(24A)의 길이에 의해 정의되는 도파관(24)에 대한 메인 방향이 정의된다. 이러한 메인 방향은 도파관(24)에 의한 광 전달을 위한 메인 방향이다.

내측면(24D) 및 외측면(24E)은 본체에 대해 정의된다. 상기 내측면(24D) 및 외측면(24E)은 제2 방향(Y)에 수직이다.

상기 내측면(24D)은 시청 장치가 착용될 때 시청 장치의 프로젝터 시스템(22) 및 착용자의 눈(19)을 향하도록 의도된다.

상기 외부면(24E)은 주변 환경(14)의 일부를 향하도록 의도된다.

도 2의 특정 예에서, 메인 방향은 제1 방향 X를 따른다.

상기 입력 커플러(24B) 및 출력 커플러(24C)는 본체(24A)의 내면(24D)에 배치된다.

예를 들어, 상기 입력 커플러(24B)는 내측면(24D)의 말단에 배열되고 출력 커플러(24C)는 메인 방향을 따라 내측면(24D)의 다른 말단에 배열된다.

상기 입력 커플러(24B)는 투사 렌즈(42)를 향하고 있다.

상기 입력 커플러(24B)는 도파관(24)의 입사 구역을 형성하여, 프로젝터 시스템(22)을 빠져나가는 광선이 진입한다.

이러한 입력 커플러(24B)는 본체(24A)의 내면(24D)의 일부의 표면 처리를 포함한다.

상기 입력 커플러(24B)는 폴리머의 박막으로 만들어진다.

정의에 따르면 박막은 두께가 10마이크로미터(μm) 이하인 필름이다.

정의에 따르면, 중합체에서 물체의 재료의 함량이 80% 이상일 때 물체가 중합체로 만들어진다.

특별한 실시양태에 따르면, 상기 중합체는 할로겐화은이다.

출력 커플러(24C)는 착용자(12)의 눈(19)을 향하고 있다.

상기 출력 커플러(24C)는 도파관(24)의 출력 영역을 형성한다.

상기 출력 커플러(24C)는 본체(24A)의 내면(24D)의 일부의 표면 처리를 포함한다.

상기 출력 커플러(24C)는 폴리머의 박막으로 만들어진다.

제2 광학 라인(18)은 펼쳐진 라인이다.

접혀지지 않은 전개된 선에 의해, 제2 광학 라인(18)을 따른 광선이 제1 광학 라인(16)을 따른 광선의 경로와 비교하여 실질적으로 직선 경로(18A)를 갖는 것과 같이 제2 광학 라인(18)의 요소가 정렬된다는 것으로 이해된다.

특히, 제2 광학 라인(18)은 착용자의 눈(19)의 시선 방향과 평행하다. 예를 들어, 상기 제2 광학 라인은 제2 방향(Y)에 평행하다.

상기 제2 광학 라인(18)은 착용자의 눈의 망막(19A)의 제2 영역(46)에 주변 환경의 제2 광 신호를 투사/전송하도록 구성된 광학 시스템(44)을 포함한다.

특별한 실시예에 따르면, 광학 시스템(44)은 25로 표시된 도파관(24)의 일부이다. 그것은 상기 도파관(24)으로부터 더 독립적일 수 있다. 대안적으로, 상기 제2 광학 라인(18)은 주변 환경으로부터 착용자의 눈으로 직접 도달한다.

상기 도파관(24)의 이러한 부분(25)의 한계는 착용자(12)의 광학 시야각에 의해 정의된다.

보다 정확하게는, 상기 부분(25)은 착용자(12)의 시야각과 도파관의 교차점이다.

상기 부분(25)은 출력 커플러(24C)를 포함한다.

상기 제2 광학 라인(18) 및 도파관(24)은 제2 광학 라인(18)의 광이 도파관(24)의 메인 방향에 수직인 일반적인 방향을 따라 전파하도록 배열된다. 예를 들어, 일반적인 방향은 제2 방향 Y를 따르도록 된다.

2개의 광학 라인(16, 18)은 망막(19A)의 제1 영역(23)과 제2 영역(46) 사이의 교차점이 없도록(void) 배열된다. 제1 영역(23)과 제2 영역(46) 사이의 공간을 "공극 영역(48)"이라고 한다.

대안적으로 또는 이전 배열과 조합하여, 2개의 광학 라인(16, 18)은 제2 영역(46)이 제1 영역(23)을 둘러싸도록 배열된다.

특별한 실시예에 따르면, 상기 시청 장치(10)는 예를 들어 안경 렌즈와 같은 시력 결함을 교정하기 위한 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 시력 결함을 교정하기 위한 그러한 렌즈는 바람직하게는 출력 커플러(24C)와 착용자의 눈 사이의 광학 라인(16) 및/또는 착용자의 눈 앞의 광학 라인(18)에 위치된다.

특별한 실시예에 따르면, 상기 시청 장치(10)는 적어도 하나의 광학 필터, 예를 들어 컬러 광학 필터를 포함한다. 그러한 필터는 광학 라인(16)을 따라(예를 들어, 시준 렌즈(28)와 내부 전반사 프리즘(30) 사이, 및/또는 내부 전반사 프리즘(30)과 디지털 마이크로미러 장치(32) 사이, 및/또는 DMD 사이에 및 투사 렌즈(42), 및/또는 투사 렌즈와 도파관(24) 사이) 및/또는 광학 라인(18)을 따라 위치할 수 있다.

이제 착용자의 눈에 광 신호를 투사하는 방법을 참조하여 시청 장치(10)의 작동이 설명된다.

특별한 실시예에 따르면, 상기 시청 장치(10)는 한 쌍의 안경의 형태이다.

이 방법은 제공하는 단계, 위치를 지정하는 단계 및 투사하는 2단계를 포함한다.

제공하는 단계 동안, 시청 장치(10)는 착용자(12)에게 제공된다.

구체적인 예로서, 안과 전문가는 착용자(12)에게 시청 장치(10)를 제공한다.

위치 결정 단계에서 착용자는 시청 장치를 가져와 눈 앞에서 머리에 위치시킨다.

예를 들어, 상기 시청 장치(10)는 고정 밴드를 포함하며, 착용자(12)는 고정 밴드를 사용하여 시청 장치(10)가 머리에 고정되게 한다.

투사하는 두가지 단계는 동시에 달성된다.

제1 투사 단계에 따르면, 제1 광 신호는 망막(19A)의 제1 영역(23)에 제1 광학 라인(16)으로 투사된다.

투사될 제1 광 신호는 광 신호 생성기(20)에 의해 생성된다.

보다 정확하게는, 섬유 LED(26)에서 생성된 입사 광선(31)이 TIR 프리즘(30)으로 전달된다.

광선(31)은 마이크로미러 장치(32)를 향해 입력 프리즘(30)의 반사면(30C)에 의해 반사된다.

마이크로미러 장치(32)의 마이크로미러 위치의 함수에서, 광선은 선택된 부분으로 분할되어, 투사될 광 신호와 폐기된 부분을 재생한다.

선택된 부분은 출력 프리즘(302)을 통해 투사된다.

출사면(30B)으로부터 나오는 광선은 투사 렌즈(42)로 투과된다.

투사된 렌즈(42)를 빠져나가는 광선은 입력 커플러(24B)를 통해 도파관(24)으로 전달된다.

상기 도파관(24)의 본체(24A)는 광 빔을 출력 커플러(24C)로 전달함으로써 광 빔이 도파관(24)을 빠져나가고 있다.

출력 커플러를 빠져나가는 광선은 착용자(12)의 망막의 제1 영역(23)에 투사된다.

동시에, 방법은 투사의 제2 단계를 포함한다.

제2 투사 단계에 따르면, 주변 광 신호(즉, 제2 광 신호)가 제2 광학 라인(18)으로 투사된다.

주변으로부터의 광선은 도파관(24)의 본체(24A)를 통과하여 망막(19A)의 제2 영역(46)에 도달한다.

주변 환경으로부터의 광선은 외부면(24E)에 의해 본체(24A)로 투과되고, 본체(24A)를 가로질러 출력 커플러(24C)에 의해 도파관을 빠져나와 망막(19A)의 제2 영역(46)에 투사된다.

상기 도파관(24)은 광 신호 생성기(20)가 착용자의 시야로부터 떨어져 배치될 수 있게 하면서 환자의 주변 시야를 온전하게 유지할 것이다.

상기 반사 프리즘(30)과 함께 섬유 LED(26)를 사용하는 것은 또한 LED를 투사 시스템으로부터 멀리 떨어뜨리는 것을 가능하게 하여 착용자(12)에 대한 가열 문제를 감소시킨다.

또한, 제2 광학 라인(18)으로 투사된 제2 광 신호는 주변 환경의 일부를 재건하기 위해 제1 광학 라인으로 투사된 광 신호를 완성한다.

또한, 상기 제2 광학 라인(18) 덕분에, 망막(19A)의 제1 영역(23)과 중첩 영역이 없는 망막(19A)의 제2 영역(46)에 제2 광 신호가 투사되는 것이 보장된다.

또한, 본 발명의 시청 장치(10)는 특히 동공 크기가 직경이 3밀리미터(mm) 이상인 경우 동공 크기와 무관한 장치를 얻을 수 있다.

상기 시청 장치(10)는 또한 착용자(12)의 망막(19A)에 필요한 조사조도를 전달하는 것을 허용한다.

상기 시청 장치(10)도 컴팩트하다. 특히, 제1 광학 라인(16)이 접힌 라인이기 때문에, 제1 광학 라인(16)의 요소들을 도파관(24)에 더 가깝게 가져오는 것이 가능하게 된다.

따라서, 제2 방향을 따른 시청 장치의 치수는 공지된 시청 장치에 비해 감소된다.

이러한 시청 장치는 또한 전체 장치(10) 및 특히 디지털 마이크로미러 장치(32)가 있는 TIR 프리즘(30)의 사용으로 인해 착용자에게 20° x 30°의 시야를 제공한다.

상기 시청 장치(10)는 환자의 시야를 가리지 않는다.

특정 실시예에 따르면, 상기 투사 시스템(22) 및/또는 광 신호 생성기(20)는 한 쌍의 안경의 프레임에 장착된다.

상기 시청 장치(10)는 망막 임플란트와 같은 시력 보철물을 이용한 시력 회복 분야에서 사용될 수 있다.

특정 실시예에 따르면, 상기 시청 장치(10)는 광유전학에 적합한 장치이다.

위에 정의된 상기 시청 장치(10)는 색소성 망막염(RP) 또는 황반 변성(MD)의 경우와 같이 광수용기 손실 또는 변성을 겪는 대상(즉, 착용자)을 위해 사용될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 이러한 어펙션(affection)은 시력을 감소시키거나, 광 감도를 감소시키거나, 대상의 시야의 일부를 실명하게 만든다.

위에서 설명한 바와 같이, 일부 요법은 광선으로 망막 및/또는 망막 임플란트의 형질감염된 세포를 자극하는 것으로 구성된다.

상기 제1 광학 라인(16)을 갖는 광 신호가 투사되도록 의도된 망막의 제1 영역(23)은 광유전 요법을 위한 광-개폐 이온 채널 단백질을 발현하도록 유전적으로 변형된 세포, 보다 구체적으로 망막 세포를 포함한다.

특별한 구체적 실시예에 따르면, 상기 광-개폐 이온 채널 단백질은 Chrimson, ChrimsonR, (WO2013/71231), ChrimsonR-tdT (WO2017/187272), Catch, Channelrhodopsin (US20140121265, US89) 및 그 파생 기술로 이루어진 군에서 선택된다.

상기 제1 광학 라인(16)을 갖는 광 신호가 투사되도록 된 망막의 제1 영역(23)은 자극되어야 하는 망막 임플란트를 포함한다.

망막 영역은 주변 환경의 광 신호, 보다 구체적으로 이미지를 재생하는 광선에 의해 자극된다.

투사된 광 신호는 광수용체 손실 또는 피사체의 시선 방향 기능의 퇴화로 인해 손실된 시야를 재구성한다.

제1 광학 라인으로 얻은 광선으로 망막의 일부를 자극하는 광선은 위에서 설명한 방법으로 얻어진다.

상세한 실시예에서, 상기 제2 광학 라인(18)으로 투사된 주변 환경 광 신호, 보다 구체적으로 이미지는 착용자가 주변 환경의 재구성된 광 신호, 보다 구체적으로 이미지를 보게 되는 방식으로 제1 라인으로 투사된 광 신호, 보다 구체적으로는 이미지를 완성하는 주변 환경의 부분에 대응하게 된다.

또한, 망막의 제1 영역(23)은 동공 크기와 무관하게 요구되는 광 특성으로 자극된다.

그러한 경우, 광도의 임계값(최대 및 최소)은 광독성(phototoxicity) 표준에 의해 주어지며 안과 또는 광유전학 치료를 위한 광 자극 적용과 관련된 문헌에서 추가로 분석된다는 점에 유의해야 한다(Yan 등. 2016 ; Delori, Webb 및 Sliney 2007, Sliney 등. 2005). 예를 들어, 파장이 595 nm인 빛의 경우,

o 망막의 최대 광도는 7mW/mm²(ISO 15004-2 2007, ISO 62471 2006)이며,

o 각막(전안부)에서 최대 광도는 직경 1mm 디스크에 대해 32mW이다(ISO 15004-2 2007).

또한, 휘도 선량 제한(luminance dose restriction)을 고려할 때 망막 복사 노출 제한(the retinal radiant exposure limit)은 48시간 동안 6.6 J.cm^-2이다(휘도 선량 제한, ANSI Z136.1 2014).

다른 특정 예에 따르면, 상기 시청 장치는 가상 현실 장치에 적합하다. 머리 장착형 디스플레이는 예를 들어 증강 현실, 가상 현실 또는 영화 디스플레이에 사용된다.

그러한 경우에, 제2 광학 라인(18)으로 투사된 광 신호는 일반적으로 주변 환경과의 특정한 연결이 없다.

상기 시청 장치(10)와 관련하여 개시된 시청 장치 및 방법은 가상 현실 또는 광유전학 응용에 사용될 수 있다.

10: 시청 장치 12: 착용자
16: 제 1 광학 라인 18: 제 2 광학 라인
19: 눈 20 : 광 신호 생성기
23: 제 1 영역 46: 제 2 영역

Claims (17)

1. 시청 장치(10)에 있어서, 상기 시청 장치는,
   - 제1 광학 라인(16)을 포함하되, 상기 제1 광학 라인은,
   - 상기 시청 장치(10)의 착용자(12)의 눈(19)의 망막의 제1 영역(23)에 제1 광 신호를 투사하도록 된 투사 시스템(22);
   - 투사될 제1 광 신호를 생성하는 광 신호 생성기(20); 및
   - 입력 커플러(24B) 및 출력 커플러(24C)를 포함하되, 상기 입력 커플러(24B)로부터 출력 커플러(24C)로 광을 전달하도록 된 도파관(24);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
2. 제1항에 있어서,
   상기 시청 장치(10)는 착용자(12)의 눈(19)의 망막의 제2 영역(46) 상에 주변 환경의 광 신호를 투사하도록 된 광학 시스템(44)을 포함하는 제2 광학 라인(18)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 도파관(24)은 반투명하고, 바람직하게는 투명한 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광 신호 생성기(20)는 입사 광선(30)을 각도(α)로 조종하도록 된 내부 전반사 프리즘(30)을 포함하되, 상기 각도(α)는 바람직하게는 20°내지 40° 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2항에 따른 경우,
   2개의 상기 광학 라인(16, 18)은 상기 제 1 영역(23)과 상기 제 2 영역(46) 사이의 교차점이 없게 되도록(void) 배열되는 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2항에 따른 경우,
   2개의 상기 광학 라인(16, 18)은 상기 제 2 영역(46)이 상기 제 1 영역(23)을 둘러싸도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2항에 따른 경우,
   광 전달의 메인 방향(X)은 도파관(24)에 대해 정의되고, 제2 광학 라인(18) 및 도파관(24)은 제2 광학 라인(18)의 광이 상기 도파관(24)의 광 전달의 메인 방향(X)에 수직한 일반 방향(Y)을 따라 전파되도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 광학 라인(16)은 접힌 라인인 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제2항을 따른 경우,
   상기 제2 광학 라인(18)은 펼쳐진 라인인 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
10. 제9항에 있어서,
    상기 광 신호 생성기(20)는 광원(26) 및 제 1 광학 라인(16) 시준 렌즈(28), 내부 전반사 프리즘(30), 디지털 마이크로미러 장치(32) 및 투사 렌즈(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 신호 생성기(20)는 광원(26)을 포함하고, 상기 광원(26)은 섬유 광원 및 전계발광 다이오드 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시청 장치(10)는 광유전학 사용을 위한 장치인 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시청 장치는 가상 현실 장치인 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
14. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 광학 라인(18)은 착용자(12)의 눈(19)의 시선 방향에 평행한 것을 특징으로 하는, 시청 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    투사 시스템(22)의 시야는 제1 방향(X)을 따라 15° 내지 25° 이며, 제1 방향(X)에 수직인(Y) 제2 방향을 따라 25° 내지 35° 인 것을 특징으로 하는, 시청 장치(10).
16. 제1 광학 라인(16)을 포함하는 시청 장치(10)의 착용자의 눈에 광 신호를 투사하기 위한 방법으로서, 상기 제1 광학 라인(16)은,
    - 상기 시청 장치(10)의 착용자(12)의 눈(19)의 망막의 제1 영역(23)에 제1 광 신호를 투사하도록 구성된 투사 시스템(22);
    - 투사될 제1 광 신호를 생성하는 광 신호 생성기(20); 및
    - 입력 커플러(24B) 및 출력 커플러(24C)를 포함하되, 상기 입력 커플러(24B)로부터 출력 커플러(24C)로 광을 전달하도록 된 도파관(24);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 신호를 투사하기 위한 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 시청 장치(10)는 주변 환경의 광 신호를 착용자(12)의 눈(19)의 망막의 상기 제2 영역(46) 상에 투사하도록 된 광학 시스템(44)을 포함하는 제2 광학 라인(18)을 추가로 포함하되, 제1 광학 라인(16)으로 광 신호를 투사하는 단계와 제2 광학 라인(18)으로 주변 환경 광 신호를 투사하는 단계를 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 신호를 투사하기 위한 방법.

Images