Puntero holográfico integrado en lente de contacto - Grupo Co., Ltd del soldador láser de Hengyang

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 6919 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

En este artículo presentamos un puntero láser infrarrojo, que consta de un láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL) y un elemento óptico difractivo (DOE), encapsulado en una lente de contacto escleral (SCL). El VCSEL se alimenta de forma remota mediante un acoplamiento inductivo desde una antena primaria integrada en la montura de las gafas. El DOE se utiliza para colimar el rayo láser o para proyectar una imagen de patrón a una distancia elegida delante del ojo. Detallamos los diferentes bloques constitutivos de SCL, cómo se fabrican y ensamblan. Destacamos especialmente los diversos desafíos tecnológicos relacionados con su encapsulación en el volumen reducido del SCL, manteniendo libre a la pupila. Finalmente, describimos cómo funciona el puntero láser, cuáles son sus prestaciones (p. ej., colimación, formación de imágenes) y cómo se puede utilizar de manera eficiente en diversos campos de aplicación, como asistencia visual y realidad aumentada.

Entre las interfaces cerebro-computadora (BCI)1, los rastreadores oculares se han convertido en una de las interfaces populares para evaluar y modular las funciones sensoriomotoras y cognitivas. Se han utilizado para realizar tareas básicas como selección, manipulación, navegación2,3. El análisis de los datos de seguimiento ocular mostró que los movimientos oculares también podrían proporcionar información importante sobre los procesos cognitivos (por ejemplo, fatiga, carga de trabajo mental, etc.4), lo que sugiere que el seguimiento ocular podría proporcionar una señal alternativa o complementaria a las aplicaciones actuales de BCI5. Por ejemplo, en futuros sistemas de realidad aumentada, los ojos se convertirán en una interfaz de usuario clave común, reemplazando estándares como cursores, pantallas táctiles, paneles táctiles o teclados para transmitir intenciones o comandos visuales e identificar cargas cognitivas. Por lo tanto, fusionar la atención visual con las tareas de designación es de gran interés para muchas aplicaciones. Realizar una designación visual puede reducir la carga de trabajo del operador, permitiéndole concentrarse en su misión principal mientras establece un nuevo vínculo entre la planificación, las funcionalidades de control y la coordinación sensorial. Paralelamente, los avances recientes en microelectrónica y nanofabricación sobre sustratos flexibles han permitido integrar sensores, circuitos y otros componentes esenciales en lentes de contacto6,7. Por ejemplo, recientemente hemos demostrado cómo una lente de contacto que incorpore uno o dos VCSEL podría ser útil para facilitar el seguimiento ocular, particularmente cuando un rastreador ocular debe integrarse en un entorno restringido (por ejemplo, VR o AR HUD8,9, lupas binoculares, etc.). .). Sin embargo, los VCSEL comerciales que utilizamos no tenían una divergencia de haz significativa y no podían usarse para proyectar un patrón preciso a una distancia de los ojos superior a unos pocos centímetros. Además, debido a la pequeña potencia emitida necesaria para cumplir con las normas de seguridad ocular, el sistema no se podía utilizar en la práctica con sensores alejados del ojo. Esta es la limitación que nuestro artículo pretende superar disponiendo de un dispositivo que permita proyectar, desde el ojo, un punto o un patrón a varias decenas de centímetros. Esto abriría nuevas aplicaciones en las interacciones hombre-máquina y, más específicamente, en BCI.

Presentamos aquí cómo se puede utilizar la introducción de un elemento óptico difractivo (DOE) dentro de la lente de contacto escleral (SCL), frente al VCSEL, para colimar el rayo láser o proyectar una imagen a una distancia elegida. Detallamos cómo se fabrica, alinea y monta esta óptica en el láser antes de encapsularla en el SCL. Las lentes de contacto que utilizamos son lentes esclerales que brindan varias ventajas sobre las lentes de contacto estándar: son estables en el ojo, no están en contacto con la córnea y ofrecen más volumen para encapsular los componentes10. El artículo está organizado de la siguiente manera: primero presentamos los resultados obtenidos con el prototipo SCL final (proyección de patrón, colimación, detección, etc.) antes de discutirlos en la sección de Discusión. El diseño, fabricación y montaje de los distintos componentes básicos de SCL se presentan al final de la sección Materiales y métodos.

La configuración básica de seguimiento ocular se ha descrito en detalle en otro lugar11. Asocia un SCL electrónico alimentado por acoplamiento inductivo y unas gafas con la antena primaria (Fig. 1). La lente está fabricada en PMMA y tiene un diámetro de 16,5 mm. Incorpora una antena secundaria flexible y circuitos electrónicos que incluyen un VCSEL (a 850 nm). Las gafas pueden equiparse con sensores adicionales (cámaras o dispositivos sensibles a la posición (PSD)11) para detectar el punto del haz VCSEL y seguir los movimientos oculares12.

Gafas y SCL montados en un ojo modelo.

Para controlar la divergencia del haz del VCSEL, se coloca un DOE delante del VCSEL. Se han fabricado y probado dos DOE, uno para remodelar el rayo láser en un patrón cruzado y el otro para colimar el rayo. La Figura 1 muestra el SCL final que encapsula todas las funciones mencionadas anteriormente y sus gafas de conducción.

Se llevó a cabo un experimento preliminar para escalar y probar la calidad de la formación de imágenes y la colimación a diferentes distancias antes de ensamblar y encapsular el SCL (Fig. 2). En este experimento, un VCSEL, alimentado por una fuente de alimentación regulada, ilumina un DOE grabado en una placa de vidrio de 1 mm de espesor. Se coloca un sensor CMOS después del DOE. La distancia entre el VCSEL y el DOE (eje z) es crítica para una correcta formación de la imagen (cf. Fig. 2) o colimación. El diseño difractivo se ha calculado para una distancia focal de 800 µm. Debido a esta corta distancia focal, la tolerancia en la posición z entre el VCSEL y su imagen conjugada distante a través del DOE también es muy pequeña (40 µm). Las direcciones x e y son menos críticas. Cuando el DOE se mueve en el plano (xy), la imagen se mueve en consecuencia en la misma dirección con solo una disminución en la concentración de potencia óptica. La tolerancia a lo largo de las direcciones xey se estima en 240 µm (si la desalineación entre el VCSEL y el DOE es mayor, entonces la superficie iluminada del DOE será demasiado pequeña para producir el efecto deseado).

El uso de un DOE dentro del SCL permite proyectar una cruz en el sensor CMOS a una distancia ((a) 7,5 cm, (b) 12 cm, (c) 20 cm). (d) Prueba fuera del SCL. Se puede obtener una mejor calidad de imagen en el sensor CMOS a 7,5 cm si el haz VCSEL ilumina un área más grande del DOE.

Con respecto al uso de un DOE para la formación de imágenes, la Fig. 2 ilustra la formación de imágenes en forma de cruz cuando el sensor CMOS se coloca a diferentes distancias. Se calculó que el DOE formaría una cruz en el infinito pero, como se muestra, la cruz ya se puede observar a distancias cortas. La imagen aumenta ligeramente de tamaño con la distancia porque la colimación del láser nunca es perfecta sino que está contenida en un campo de visión de 3°. Con 7,5 cm, la cruz mide 3,5 mm de largo y 0,7 mm de grosor.

La calidad reducida del patrón difractivo se debe a la parte iluminada relativamente pequeña del DOE. Actualmente el tamaño del DOE es de 225 × 225 µm. Su resolución es de 0,75 µm y el área iluminada tiene un diámetro de 95 µm. Mantener la misma resolución DOE pero iluminando un área más grande (224 µm), por ejemplo doblando la trayectoria óptica dentro de la lente para aumentar la distancia óptica entre el VCSEL y el DOE (1600 µm), daría mejores resultados como se muestra en la Fig. 2do.

Luego se llevó a cabo el mismo experimento con el DOE colimador. La luz VCSEL atraviesa el elemento difractivo y es colimada. Después de la colimación, el ángulo de divergencia medido del rayo láser es inferior a 1,8°, que es más de cuatro veces menor que la divergencia inicial del VCSEL según su hoja de datos (8°). La ventaja de colimar el haz con respecto a darle forma es facilitar su detección mediante un detector sensible a la posición (PSD). Por lo tanto, comparamos la detección del haz VCSEL, con y sin DOE, para diferentes distancias con un PSD. El PSD utilizado aquí fue un Hamamatsu S1880, asociado al circuito de control Hamamatsu C4674-01. Para cada posición, se mantuvo el promedio de 8000 valores de voltaje durante un segundo. Sin embargo, trabajos anteriores demostraron que solo se podían conservar 50 muestras sin pérdida de precisión11, lo que permitía utilizar el PSD para la detección de puntos en tiempo real (a 200 Hz). Las distancias probadas para el PSD fueron 8,5 cm, 20 cm y 40 cm. Los resultados se presentan en la Fig. 3. La distancia de 40 cm corresponde al caso de un usuario que apunta con los ojos a un objeto en una pantalla o en una computadora portátil. Los resultados muestran que en el primer caso (Fig. 3a), la colimación no tiene un efecto significativo en la resolución de la PSD pero que cuando la distancia aumenta, se vuelve, por el contrario, esencial para poder seguir detectando con precisión la rayo laser.

Respuesta de PSD (en azul para el VCSEL colimado, en rojo para el no colimado) en función de la posición del punto para diferentes distancias del PSD: (a) 8,5 cm, (b) 20 cm, (c) 40 cm. Si el tamaño del poste VCSEL en el PSD es demasiado grande (b,c), entonces el PSD no puede medir con precisión la posición del punto.

El segundo experimento se llevó a cabo con un SCL que encapsula todas las funciones (iluminación y conformación del haz). Elegimos encapsular un DOE de imágenes porque representa un caso más exigente que la colimación. La configuración óptica utilizada para validar los resultados se compone de un ojo modelo, en el que se fija el SCL. Está alimentado por la antena principal de las gafas, situada a 13 mm del SCL. Delante del SCL, a 30 cm, se coloca una pantalla que muestra varios símbolos (Fig. 4). El SCL proyecta una cruz en la pantalla como se muestra en la Fig. 2, lo que muestra que el proceso de encapsulación no distorsiona el patrón creado por el DOE. El ojo de maqueta está montado en una placa giratoria, lo que permite mover el patrón cruzado a un ícono específico, demostrando así el potencial del SCL para la designación de objetivos. Se adjunta como material complementario a este artículo un vídeo que muestra el movimiento transversal que sigue a los movimientos oculares.

(a) Configuración óptica utilizada para validar el dispositivo. (b) La cruz proyectada desde el SCL por el puntero láser es claramente visible en la pantalla cuando se toma la imagen con una cámara infrarroja.

Como se presentó en la introducción, el seguimiento ocular presenta un gran potencial para una serie de aplicaciones, pero también requiere una calibración precisa que no siempre es fácil de lograr y mantener un buen seguimiento es difícil13 debido a diferentes factores como los movimientos de la cabeza, los cambios de iluminación y la calibración. decaimiento, etc. Para recuperar la medición en el centro del problema (similar a los primeros registros de los movimientos oculares usando un puntero directamente conectado al ojo14), inicialmente habíamos construido un primer prototipo con solo un VCSEL y sin DOE10. En este primer prototipo, el haz se desvió demasiado rápido y, después de unas pocas decenas de centímetros, el punto del haz era demasiado grande y la iluminación demasiado baja para señalar eficazmente hacia dónde miraba el usuario. Los VCSEL se pueden utilizar luego como marcadores para rastrear los movimientos oculares. Esto presenta una serie de ventajas en comparación con la videooculografía estándar (por ejemplo, es más fácil rastrear un punto que la pupila), pero aún depende de una calibración válida.

El dispositivo presentado aquí es el primer verdadero puntero visual, ya que el CL permite posicionar directamente, gracias a un punto luminoso, la posición de la mirada. Además, también facilita el uso de PSD para detectar la dirección del haz.

En términos de fabricación e integración, este es, hasta donde sabemos, el primer estudio que informa la integración de un DOE en una lente de contacto.

La configuración del haz es un elemento clave para pasar de una lente con una simple fuente de luz integrada a un verdadero puntero láser. Sin embargo, debido al volumen limitado disponible, diseñar, fabricar e incrustar dentro de la lente de contacto un elemento de conformación del haz no es trivial. En este artículo presentamos detalles técnicos sobre las diferentes soluciones estudiadas y retenidas que nos permitieron fabricar un DOE de 1,44 mm2, colocarlo a 680 µm del VCSEL con una tolerancia de posicionamiento de 40 µm y encapsularlo exitosamente en una lente de contacto. .

La calidad de imagen de nuestro sistema está relacionada con el área DOE iluminada. La mejora de la calidad del patrón proyectado supone, por tanto, un aumento de la superficie aligerada DOE, que aquí está limitada por la divergencia VCSEL (8°) y la necesidad de limitar el espesor de la lente. Una solución podría ser utilizar múltiples reflexiones de haz a través de una guía de luz, como se presenta en 15. Una cuestión clave relacionada es la robustez del ensamblaje de varios elementos ópticos junto con tolerancias pequeñas y para garantizar su rigidez. Se han probado varias técnicas de pegado, pero ninguna es realmente compatible con un proceso de fabricación. Este punto debería investigarse más a fondo con respecto a las restricciones de encapsulación en SCL rígidos y de acuerdo con las fuerzas futuras sobre ellos.

En términos de aplicaciones, la colimación demostrada del rayo láser permite una mayor flexibilidad de uso de la solución PSD (por ejemplo, en comparación con 11), en particular al relajar la elección de su posición, que puede ubicarse hasta a unas pocas decenas de centímetros de distancia. la SCL. Además, la colimación mejora la precisión del apuntamiento, lo que confirma la posibilidad de utilizar dicho puntero, como actuador o puntero visual, por ejemplo, cuando se combina con un comando de parpadeo como se muestra en 16. Alternativamente, el DOE se puede utilizar para crear un patrón, una imagen o un icono a una distancia determinada, que puede ser detectado por una cámara sin molestar al usuario porque no es visible para él. Este patrón puede reconocerse, por ejemplo, para bloquear o designar objetivos17. Podría ser útil, por ejemplo, para algunas aplicaciones de supervisión o tutoría (por ejemplo, asistencia visual), materializar precisamente hacia dónde mira el usuario.

Un método alternativo para materializar el punto de fijación podría ser utilizar un seguidor ocular estándar para controlar un puntero láser motorizado colocado, por ejemplo, en unas gafas. Hemos construido un sistema de este tipo en un estudio separado18. Sin embargo, existen tres problemas con este enfoque que se evitan con el puntero CL. En primer lugar, un puntero láser motorizado se basa en el rendimiento de un seguidor ocular estándar con todas las limitaciones enumeradas anteriormente (deterioro de la calibración, etc.). En segundo lugar, inevitablemente existe cierta latencia entre los movimientos oculares y el movimiento del láser. En tercer lugar, apuntar con precisión y rapidez requiere una calidad de motorización que puede resultar demasiado pesada para un sistema integrado.

En términos de seguridad, el prototipo presentado en este estudio no ha sido probado en ojo humano porque la presencia del DOE lleva la lente más allá de los límites de lo que puede ser aceptable en términos de espesor central (1700 μm). Por eso sugerimos utilizar una guía de ondas para doblar la trayectoria óptica y reducir el grosor de la lente. Si se puede reducir este grosor, entonces la lente podría usarse fácilmente ya que la electrónica está completamente dentro de la lente. La presencia de circuitos electrónicos dentro de la lente también implica una permeabilidad al oxígeno reducida que limita el tiempo de uso de estas lentes, pero esto podría mejorarse fácilmente usando primero un material con un Dk mejor que el PMMA. Además, las pruebas preliminares en conejos y los análisis toxicológicos (ISO 10993) como parte del actual procedimiento de marcado CE demostraron que la lente se podía utilizar de forma segura durante al menos 30 minutos. En términos de funcionamiento, la potencia emitida (120 µW a 850 nm) es demasiado baja para impactar en la córnea, incluso en el peor de los casos (NF EN 60825) y el calentamiento del VCSEL en la superficie de la lente es bajo como bien (< 0,5 °C).

Una extensión directa de esta configuración óptica consiste en dirigir el haz hacia la retina en lugar de hacerlo delante del espectador. Esto podría lograrse plegando el haz y utilizando una guía de ondas como se propone en 15. Aunque se supone el uso de VCSEL19 visible (para estimular la retina), que recién comienza a estar disponible comercialmente, dicho dispositivo representa solo una modesta mejora con respecto al SCL actual y podría ser la primera base para un sistema de comando y alerta para el futuro. Interacciones hombre-máquina.

Esta parte detalla la fabricación y montaje de los distintos bloques de construcción de SCL antes de su encapsulación.

Nuestro puntero láser está hecho de dos elementos principales, el primero es el SCL y el segundo son las gafas. Las SCL utilizadas son lentes de contacto esclerales rígidas que garantizan la estabilidad en el ojo, sin contacto directo con la córnea y que ofrecen un mayor volumen que las lentes de contacto blandas. Un parámetro clave de nuestro diseño es que la zona de la pupila se mantiene libre de cualquier elemento. Los elementos electrónicos y de captación de energía encapsulados en el SCL constan de un anillo flexible de doble cara de 4,8 mm de diámetro interior y 10,5 mm de diámetro exterior. Contiene un VCSEL infrarrojo (que emite a 850 nm), alimentado por inducción, y un condensador de acoplamiento (Fig. 5a). La potencia eléctrica que circula en la bobina primaria es de 340 mW y la potencia emitida por el VCSEL es de 120 µW. El espaciador y el DOE se montan en el VCSEL como se describe a continuación en la sección “Diseño del espaciador”. Con respecto a las gafas (Fig. 5b), incluye la bobina primaria que se utiliza para alimentar y activar el SCL. Esta parte se describe ampliamente en 10 y también podría incluir dispositivos de detección como cámaras o conjuntos PSD11.

(a) la electrónica encapsulada en el SCL con las bobinas, dos VCSEL y el condensador correspondiente, (b) la electrónica dentro de las gafas, con la bobina de la antena primaria a la izquierda y el transformador a la derecha.

Como se explicó anteriormente, los DOE se utilizan para colimar el haz VCSEL, cuando se utiliza, por ejemplo, un sensor PSD colocado a una distancia determinada del ojo11 o para proyectar un patrón (por ejemplo, en este caso una cruz) a una distancia determinada delante del ojo. , en la dirección de la mirada. Los DOE se diseñan utilizando un algoritmo de transformada iterativa de Fourier (IFTA) convencional modificado de tres etapas20,21. Los DOE son elementos de nivel multifásico, grabados en una capa (grosor ~ 1,8 µm) de fotoprotector S1813 recubierto por rotación (MicroChem) sobre sustratos de vidrio de borosilicato de 175 µm de espesor utilizando un fototrazador de escritura masivamente paralelo hecho a medida22,23. Generalmente se observan eficiencias de difracción experimentales típicas del DOE (Fig. 6) del 70 al 75%. El tamaño DOE utilizable está determinado aquí por la divergencia del haz VCSEL y la distancia VCSEL a DOE que las restricciones de encapsulación limitan a ser inferior a 1 mm. Por lo tanto, considerando nuestra divergencia VCSEL (8°) y una distancia al DOE de 680 µm (para limitar el espesor total del CLP), la superficie utilizable es de alrededor de 0,3 mm2, ya que el diámetro del punto es de 95 µm. Aquí, el tamaño del DOE es de 225 × 225 µm.

Patrón de fase del DOE utilizado para corregir la divergencia del haz VCSEL y formar una cruz en el campo lejano.

Antes de la encapsulación, las DOE se cortan en cuadrados pequeños (alrededor de 1 mm2). Se han probado diferentes técnicas de corte. Se ha realizado una primera prueba utilizando un láser de 1064 nm (de la empresa Laser Cheval). Un problema con la ablación láser está relacionado con el calentamiento del vidrio durante el proceso que puede dañar el DOE. Es particularmente el caso cuando se utiliza fotorresistente. La consecuencia es la necesidad de introducir una zona muerta entre el DOE y el borde del sustrato que aumenta el tamaño total del elemento y, por tanto, las limitaciones de encapsulación. En ese caso, el tamaño más pequeño que logramos cortar fue de 1,2 × 1,2 mm2. Los parámetros son duración del pulso de 50 ns, tasa de repetición de 20 kHz, potencia promedio de 20 W, velocidad de escaneo de 10 mm/s y 15 pasadas. Se han fijado tras diversos experimentos, para encontrar los valores adecuados que permitan cortar el vidrio sin quemar la capa fotorresistente depositada sobre él. También se ha probado la ablación láser con un láser de femtosegundo de 20 W, también de la empresa Laser Cheval. En ese caso, el fotorresistente se sustituye por Ormocomp, para reducir la sensibilidad de la capa al calentamiento. Ormocomp es un polímero híbrido orgánico-inorgánico (producido por la empresa Microresist) con excelentes propiedades mecánicas y de transmisión óptica. El resultado se presenta en la Fig. 7a. Podemos notar que los bordes están muy limpios y afilados. Ormocomp se quema mediante el calentamiento láser sólo alrededor de 50 µm en los bordes del cuadrado. El uso de Ormocomp permitiría entonces reducir el tamaño del cuadrado cortado a 1 × 1 mm. Se ha probado otra solución mediante chorro de arena proporcionado por Icoflex en Suiza, también con una capa de Ormocomp. En la Fig. 7b se presenta un ejemplo. El borde es menos afilado y el tamaño de la pieza granallada depende del espesor del sustrato de vidrio, reduciendo así el área utilizable. Sin embargo, aproximadamente dos meses después del recorte, el DOE se desvinculó, probablemente debido a las limitaciones. Por lo tanto, no seguimos utilizando ese método.

DOE de dimensiones 225 × 225 µm sobre un cuadrado de vidrio de 1,2 × 1,2 mm (a) con ablación láser. La flecha negra señala la zona de Ormocomp dañada por el calentamiento durante el proceso de corte. (B) Con chorro de arena.

Esta es otra parte crítica del proceso. Primero, debido a la distancia focal muy pequeña requerida para iluminar el DOE (800 µm), ya sea para colimar el rayo láser o para generar imágenes de un patrón a una distancia finita dada frente al ojo, la tolerancia de posicionamiento es pequeña (~ 40 µm ) y debe ajustarse con precisión. En segundo lugar, para estar seguros de que esta distancia no se modifica durante el proceso de ensamblaje y encapsulación, es necesario unir el VCSEL y el DOE. Para ello hemos diseñado y fabricado un espaciador específico. Este espaciador (Fig. 8a) se diseñó utilizando el software Solidworks y se fabricó mediante impresión 3D de resina 4 K (Fig. 8b). Utilizamos una resina de fotopolímero flexible para imprimir el espaciador. Esto nos permite configurar con precisión el DOE a la distancia correcta del VCSEL, ajustando así varios parámetros (por ejemplo, la altura de la cubierta del VCSEL puede variar, etc.). Diseñamos y probamos una estructura tipo acordeón para facilitar la deformación del material (Fig. 8a). La distancia entre la parte superior de la carcasa del VCSEL y el plano del DOE es de aproximadamente 680 µm. El espaciador tiene una altura de 680 µm, con disparidades debidas a la precisión de la impresora 3D. La pieza tiene patas de fijación en la parte inferior para mantenerla encima de la carcasa del VCSEL, y una placa en la parte superior sobre la que se coloca el sustrato de vidrio que contiene el DOE grabado. La superficie superior es un cuadrado de tamaño 1,2 × 1,2 mm, correspondiente a las dimensiones DOE. El espaciador tiene un orificio cilíndrico en el centro para liberar el paso de luz del VCSEL. El uso de un espaciador flexible permite obtener la distancia VCSEL-DOE requerida, comprimiendo el conjunto hasta que el patrón proyectado sea el deseado. Luego, cuando se fija la distancia, se imprime otro espaciador en resina sólida, para fijar definitivamente la distancia durante todo el proceso de montaje y encapsulado.

(a) vista 3D del espaciador, (b) fotografía del espaciador impreso.

Se puede obtener un ajuste fino del enfoque de forma dinámica utilizando un control óptico visual como se detalla en la siguiente sección.

El último punto crítico antes de encapsular el circuito es el sellado del conjunto VCSEL, espaciador y DOE. Probamos varios pegamentos que eran demasiado fluidos (pegamento óptico UV Norland Optical Adhesivo 65 o pegamento UV UVS 91) de modo que cuando se depositaba con una aguja, la gota de pegamento se extendía y llenaba el orificio central del espaciador, o con una viscosidad demasiado alta. (pegamento SU8) para que fuera imposible que goteara un poco sobre el espaciador. Finalmente, la solución más adecuada fue una pequeña gota de esmalte de uñas elaborado con nitrocelulosa (Rimmel 60 Seconds Super Shine, como se usa en24) en cada extremo longitudinal del espaciador. El esmalte de uñas presenta buena viscosidad y se seca sin exposición a los rayos UV, lo que resulta más útil para nuestro propósito. Después de unos minutos de dejar secar el esmalte, se depositó otra gota en cada extremo lateral de la superficie de la placa, para proporcionar una ligera adherencia. Luego se colocó el DOE encima del espaciador y se repitió la misma operación. Se depositó una gota de esmalte de uñas a cada lado del espaciador para pegar el sustrato de vidrio. En esta etapa, se aplicó presión sobre la estructura para ajustar con precisión el enfoque y obtener la mejor colimación o imagen del patrón (como se muestra en la Fig. 9). En cada paso se verificó la propagación de la luz a través de la estructura. Se utilizó una cámara de infrarrojos para comprobar finalmente que se proyecta el patrón correcto cuando la luz pasa por el DOE.

Circuito con un DOE montado en el VCSEL izquierdo.

Una vez que el DOE se fija al VCSEL, toda la electrónica se intercala entre dos discos prefabricados que se sellan entre sí antes de tornear las superficies superior e inferior para fabricar las curvaturas de la lente y obtener la lente de contacto portátil final. Durante la prefabricación, inicialmente se graba un anillo hueco en la superficie superior del disco inferior para acomodar el sistema óptico (VCSEL + espaciador + DOE) Fig. 10.

Vista OCT del circuito dentro de la lente de contacto con una representación esquemática del DOE.

Para ensamblar los dos discos, se deposita cola UV (Loctite AA 3301) con una aguja en el borde de la parte inferior, luego la parte superior se comprime con la prensa. Durante la compresión, el pegamento se cura con rayos UV. Todo el conjunto forma un nuevo disco, con el circuito encapsulado en su interior. Finalmente, a este disco se le da forma de SCL con un torno, como se muestra en la Fig. 11.

(a) Vista de los discos SCL antes del torneado, y (b) del SCL torneado final.

El proceso general para fabricar este puntero láser para lentes de contacto se muestra en la Fig. 12.

Diagrama que representa los principales pasos para la fabricación del puntero holográfico incorporado en lente de contacto.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado. Los conjuntos de datos sin procesar para la Fig. 3 están disponibles a pedido del autor correspondiente.

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Descargar referencias

La investigación ha sido posible gracias a una subvención del programa de investigación IMT Carnot.

Departamento de Óptica, IMT Atlantique, Technopôle Brest-Iroise, 655 Avenue du Technopôle, CS 83818 – 29238, Brest Cedex 3, Francia

François-Maël Robert, Bernard Abiven, Maïna Sinou, Kevin Heggarty, Vincent Nourrit y Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye

LCS, 14 Place Gardin, 14000, Caen, Francia

Laura Adán

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

François-Maël Robert: investigación y contribución al diseño Bernard Abiven: diseño y fabricación de espaciadores Maïna Sinou: proceso de fabricación y realización DOE Kevin Heggarty: diseño DOE Laure Adam: fabricación SCL Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye y Vincent Nourrit: concepción y supervisión. Todos los autores contribuyeron en la redacción del artículo.

Correspondencia a Vincent Nourrit.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Vídeo complementario 1.

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Reimpresiones y permisos

Robert, FM., Abiven, B., Sinou, M. et al. Puntero holográfico integrado en lente de contacto. Informe científico 13, 6919 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33420-8

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Recibido: 27 de noviembre de 2022

Aceptado: 12 de abril de 2023

Publicado: 27 de abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33420-8

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