SE519851C2 - Anordning och metod för visning av bild på näthinnan - Google Patents

Description

25 30 519 851 2 Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att lösa störkänslighetsproblemet.

Detta har i enlighet med ett utförande åstadkommits medelst en anordning innefattande medel inrättade att utsända laserstrålning samt i strålgången mellan de laserstrålningen utsändande medlen och ögat anordnade modulerande medel inrättade att modulera laserstrålningen Anordningen kännetecknas av att de modulerande medlen är inrättade att modulera laserstrålningeiis fasfront så att strålningen när den träffar ögats brytande element böjs av i en riktning skild från en riktning erhållen med omodulerad strålning.

Medelst denna anordning kan en näthinnebild skapas på åtminstone två olika sätt. I enlighet med det första sättet är anordningens modulerande medel inrättade att modulera laserstrålningens fasfront så att strålningen vid avböjningen fokuseras mot en definierad punkt på ögats näthinna och dessutom är de modulerande medlen inrättade att fortlöpande ommodulera laserstrålningen för att förflytta denna punkt för att bygga upp näthinnebilderi.

Ienlighet med det andra sättet är anordningens modulerande medel inrättade att modulera fasfronten så att strålningen i varje tidsögonblick innehåller information för att bilda hela näthinnebilden.

För att eliminera behovet av att placera utrustning mitt framför ögat är i ett fördelaktigt utförande de modulerande medlen anordnade i förhållande till ögat så att den modulerade laserstrålningen infaller mot ögat i en vinkel skild från ögats optiska axel och de modulerande medlen är inrättade att modulera vågfronten så att den böjs av att strålen projiceras på näthinnan centrerat runt den optiska axeln.

För att göra anordningen mer okänslig för ögats placering i förhållande till den infallande laserstrålningen har strålloben vid ögat ett tvärsnitt som är större än 3 cmz, exempelvis 5 cmz.

I ett föredraget utförande innefattar omformningsmedlen en sk SLM eller spatiell ljusmodulator (eng spatial light modulator) och styrmedel inrättade att styra den 10 15 25 30 519 851 3 spatiella ljusmodulatorns inställning. Mycket kort beskrivet kan den spatiella ljusmodulatorn uppvisa mönster, vilka består av kvantiserade fasmönster (pixellerade) och vilka fungerar som fas/amplitudomvandlare för laserstrålning. En spatiell ljusmodulator är därmed en fas/amp!itudmodulator, där intensiteten och fasen hos infallande laserstrålning kan styras för varje pixel hos ljusmodulatorn. Genom att medelst den spatiella ljusmodulatorn i kombination fasmodulera och eventuellt amplitudmodulera infallande laserstrålnings tvärsnitt, förmås laserstrålen att brytas till en bild av ett objekt eller till en viss punkt vid passage genom ett eller flera brytande element.

Uppfinningen omfattar även en metod enligt patentkrav 9.

KORT FIGURBESKRIVN ING Fig 1 visar ett exempel på ett bildvisande system enligt föreliggande uppfinning, Fig 2a visar omodulerad laserstrålning som infaller mot ett ögas näthinna, Fig 2b visar modulerad laserstrålning som infaller mot en punkt på ett ögas näthinna, Pig 2c visar modulerad laserstrålning som infaller mot en yta på ett ögas näthinna Fig 3a,b,c visar ett exempel på styrning av den modulerade strålningen i fig 2b i ögat, Fig 4 visar ett exempel på användning av modulerad strålning för att skapa en virtuell display i en mobiltelefonapplikation, Fig 5 visar exempel på montering av det bildvisande systemet i glasögonbågar, Fig 6 visar ett exempel på användning av det bildvisande systemet i en bildskärmsapplikation, Fig 7 visar ett exempel på det bildvisande systemet i en vidvinkelapplikation.

UTFÖRINGSFORMER l fig l markerar hänvisningssiffra l en laser, vilken utsänder laserstrålning 4 mot en sk spatiell ljusmodulator 2 (eng. spatial light modulator, SLM) i en fix vinkel. Idet visade exemplet är ljusmodulatorn av reflekterande fy p, även tänka sig en ljusmodulator av transmitterande typ i vilket fall lasern l är placerad bakom ljusmodulatorn. Till den spatiella ljusmodulatorn 2 är ansluten en beräkningsenhet 3, exempelvis i form av en persondator, inrättad att påverka inställningen av 10 15 20 25 30 519 851 4 ljusmodulatorns 2 fasmönster. Lasern 1 och ljusmodulatorn 2 är så placerade i förhållande till varandra att den av ljusmodulatorn 2 modulerade strålningen infaller mot en ungefärlig position där ett öga 5 förväntas finnas. Den infallande strålningen bryts via ögats brytande element 8 för att fokuseras mot ögats näthinna. Ögats brytande element innefattar huvudsakligen ögats hornhinna och lins men även ögats kammarvätska och glaskropp.

I fig 2a infaller omodulerad strålning enligt teknikens ståndpunkt mot ögats brytande element 8 för att fokuseras mot en av geometrin hos de brytande elementen bestämd punkt på ögats näthinna. Den omodulerade strålningens intensitetsmönster i punkten är gaussiskt fördelad.

I fig 2b infaller modulerad strålning mot ögats brytande element 8 för att brytas av i en riktning bestämd av laserstrålningens fasfront mot en av riktningen bestämd punkt på ögats näthinna. I detta utförande är den modulerade strålningens intensitetsmönster i punkten gaussiskt fördelad.

I fig 2c infaller den modulerade strålningen mot de brytande elementen 8 för att i likhet med det i anslutning till fig 2b beskrivna utförandet brytas till en position vald genom fasmoduleringen. Dessutom omformas vid de brytande elementen laser- strålningen så att den får ett intensitetsmönster även det bestämt av fasmoduleringen.

Det bör tilläggas att då strålen fasmoduleras bildas ett fashologram i strålens tvärsnitt. Det gör att laserstrålningen ej behöver centreras på ögat för att en bild skall skapas på näthinnan. Det räcker att ögat befinner sig någonstans i laserloben för att bilden skall skapas på näthinnan. Hur stor del av laserloben som måste passera genom ögats pupill beror av hur bra upplösning man kan erhålla från ljusmodulatorn.

Låg upplösning i fashologrammet kräver att en större del av laserstrålningens energi träffar näthinnan, varvid en större del av strålningens fasinformation utnyttjas.

Tvärtom gäller också att med en hög upplösning i hologrammet behöver en mindre del av fasinformationen användas, dvs en mindre del av laserloben behöver användas. för att tillhandahålla -n acceptabel bild på näthinnan.

I det i fig 1 visade utförandet är laserstrålningen så modulerad, att den böjs av vid de brytande element så att strålningen fokuseras mot ögats näthinna 6 utmed en axel 10 15 20 25 30 519 851 5 sammanfallande med ögats optiska axel 7. Därmed behöver varken ljusmodulatorn eller projektionsoptik som styr den modulerade laserstrålningen från ljusmodulatorn vara anordnad utmed ögats optiska axel.

I fig 3a infaller laserstrålningen 4 mot ögat ur en vinkel oci förhållande till ögats optiska axel. Beräkningsenheten 3 är inrättad att tillhandahålla data för inställningen av ljusmodulatorn 2 så att laser-strålningen medelst ögats brytande element 8 bryter den modulerade laserstrålningen för att fokusera den mot en definierad punkt på ögats näthinna och så att laserstrålningen fortlöpande ommoduleras för att förflytta denna punkt i avsikt att bygga upp näthinnebilden. Ur fig 3b framgår hur en vinkel ß mellan infallande strålning och bruten strålning varierar med tiden i x-led med infallsvinkeln ot huvudsakligen konstant i tiden. Ur fig 3c framgår hur vinkeln ß varierar med tiden i y-led. Såsom nämnts ovan är det ej kritiskt att ögat är placerat exakt utmed den modulerade laserstrålningens symmetrilinje, utan det räcker att ögat är placerat någonstans i laserloben för att en korrekt bild ändå skall kunna fokuseras på näthinnan. Exempelvis är strållobens bredd större än 3 cm och i ett alternativt utförande där ögat inte förväntas vara helt stilla i förhållande till den infallande laserstrålningen är laserlobens bredd vid ögat större än 5cm. För att erhålla en önskad strållob kan modulatorn modulera strålen så att den har önskad bredd vid ögat och alternativt kan i strålgången efter modulatorn 2 vara anordnad en lins (ej visad) som sprider strålningen enligt önskemål.

Alternativt är inställningen av ljusmodulatorn 2 sådan att den avböjda strålningen i varje tidsögonblick bildar hela näthinnebilden. Såsom nämnts ovan är det ej heller i detta utförande avgörande att hela laserstrålen passerar ögats pupill.

Framtagande av hårdvara och/eller mjukvara till beräkningsenheten 3 för beräkning av ytmönster hos ljusmodulatorn vilka ger en önskad modulation av laserstrålningen omfattas ej av denna uppfinning. Det är för fackmannen normala åtgärder att ta fram mjukvara/hårdvara för beräkning av ljusmodulatorns fasmönster för att tillhandahålla en önskad modulation av laserstrålningcn. Utformningen av funktioner och algoritmer i mjukvaran/hårdvaran är styrd av en mängd parametrar såsom använt material för fasmönstret i ljusmodulatorn, typ av laser, använd laservåglängd osv. 10 15 20 25 519 851 I fig 4 är laserkällan 1 och ljusmodulatorn 2 inbyggda i en mobiltelefon 10, varmed modulerad laserstrålning strålas ut från mobiltelefonen 10 via en öppning 9, vilken på bilden är kvadratisk och vilken karaktäristiskt har ett tvärsnitt på 1,5 x 1,5 cm.

Den modulerade laserstrålningen ritar då upp en bild med full datorskärmupplösning på ögats 5 näthinna 6 när mobiltelefonen hålls i ett visst läge framför ögat.

I fig 5a är lasern 1 och den spatiella ljusmodulatorn 2 fästa i en glasögonbåges 12 skalm 13. Den modulerade laserstrålningen reflekteras mot ögat i en spegel 11 anordnad på glasögonbågen 12 ungefär framför ögat. Fig 5b visar ett biokulärt utförande, där varje skalm 13 innefattar en laser 1 och ljusmodulator 2 och där framför varje öga är anordnad en spegel 11 för reflexion mot tillhörande öga.

I fig 6 används lasern I och ljusmodulatorn 2 för att bilda en virtuell bildskärm. En företrädesvis mörk skiva 14 är i det visade exemplet placerad framför användaren för att öka bildkontrasterna. l detta utförande kan en sk eyetracker (ej visad) vara kopplad till beräkningsenheten. Beräkningsenheten är då inrättad att beräkna utstyrningsvinkeln från lj usmodulatorn titifrån ögats position för att placera bilden på skivan i ögonhöjd. Tänkbara applikationer är PC-skärmar och displayer inbyggda i flygstolar. Om man har en laser med tillhörande ljusmodulator för varje öga tillhandahålls en display för tredimensionell visning.

I fig 7 är sex lasrar med tillhörande ljusmodulatorer anordnade på en halvcirkel runt en persons huvud. Två sk eyetrackers l5 är dessutom anordnade framför användaren.

Dessa sk eyetrackers 15 och lasrar med ljusmodulatorn används för att bygga upp en vidvinkelbild, där även det perifera seendet ser bilden. Lasrar, ljusmodulatorer och eyetrackers är exempelvis fast monterade i ett flygplans cockpit.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 519 851 PATENTKRAV Anordning för att visa en bild direkt på ett ögas (5) näthinna (6) innefattande: - medel ( 1) inrättade att utsända laserstrålning samt - i strålgången mellan de laserstrålnin gen utsändande medlen (1) och ögat (5) anordnade modulerande medel (2) inrättade att modulera laserstrålningen, k ä n n e t e c k n a d a v, att de modulerande medlen (2) är inrättade att modulera laserstrålningens fasfront så att strålningen när den träffar ögats brytande element böjs av i en riktning skild från riktningen erhållen med omodulerad strålning. Anordning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d a v, att de modulerande medlen (2) är inrättade att modulera laserstrålningens fasfront så att strålningen vid avböjningen fokuseras mot en definierad punkt på ögats näthinna och att de modulerande medlen är inrättade att fortlöpande ommodulera laserstrålningen för att förflytta denna punkt för att bygga upp näthinnebilden. Anordning enligt patentkrav 1, k n n e t e c k n a d a v, att de modulerande medlen (2) är inrättade att modulera fasfronten så att strålningen i varje tidsögonblick innehåller information för att bilda hela näthinnebilden. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v, att de modulerande medlen (2) är anordnade i förhållande till ögat så att den modulerade laserstrålningeri infaller mot ögat i en vinkel skild från ögats optiska axel och att de modulerande medlen är inrättade att modulera vågfronten så att den böjs av så att strålen projiceras på näthinnan centrerat runt den optiska axeln. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v, att de modulerande medlen innefattar ett arrangemang med åtminstone en sk SLM. 10 15 20 25 30 10. ll. 12. 13. 519 851 . . - t .- t , 8 Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v, att den har medel för att sprida den modulerade strålloben så att dess tvärsnitt vid ogat ar storre an 3 cm . Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d a v, att tvärsnittet vid ögat .. .. .. 2 ar storre an 5 cm . Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d a v, att spridningsmedlen utgörs av nämnda SLM-arrangemang. Metod att visa en bild direkt på ett ögas (5) näthinna (6) innefattande att laserstrålning moduleras och riktas i mot ögat, k ä n n e t e c k n a d a v, att laserstrålningens fasfront moduleras så att strålningen när den träffar ögats brytande element böjs av i en riktning skild från den erhållen med omodulerad strålning. Metod enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d a v, att fasfronten moduleras så att strålningen vid avböjningen fokuseras mot en definierad punkt på ögats näthinna och att fasfronten fortlöpande ommoduleras så att den definierade punkten förflyttas, varvid näthinnebilden byggs upp. Metod enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d a v, att fasfronten moduleras så att strålningen i varje tidsögonblick innehåller information för att bilda hela näthinnebilden. Metod enligt något av patentkraven 9-11, k ä n n e t e c k n a d a v, att den modulerade laserstrålningen infaller mot ögat i en vinkel skild från ögats optiska axel och att fasfronten moduleras så att vid avböjningen strålningen projiceras på näthinnan centrerat runt den optiska axeln. Metod enligt något av patentkraven 9-12, k ä n n e t e c k n a d a v, att vid modulationen strålens strållob sprids så att dess tvärsnitt vid ögat är större än 3 2 Cm. n. .n - . u n n :I 1 u .u n » v g n :u 1 I ' 1 -, - v u s a v n = v . . - . .. a. . n n »a | . n 1 ß u v 1 u n ~ n I 9 14. Metod enligt patentkrav 13, k ä n n e te c k n a d a v, att tvärsnittet vid ögat är .. .. 2 storre an 5 cm .