Image Focus in a Contact Lens Display

Problem Definition:

Contact lenses are used for decades to correct vision, which is also their only function. Recently, however, research is being conducted to expand this functionality by integrating optical and electronic components inside the lens (see figures below). The first applications are relatively simple, such as a lens with a small optical warning signal or with automatic dimming function (automatic sunglasses). The final application could be a genuine Contact Lens Display (CLD). The pixels in such a CLD, however, are outside the focus of the human eye and therefore, no sharp image can be projected on the retina. Moreover, the image of the CLD should be superimposed on the normal vision, which requires a dual focus lens. If one wants to achieve this eventually, solutions to this problem must be put forward first. 

Objectives:

In this master thesis, the student will conduct a thorough study of solutions of the focusing problem in a Contact Lens Display. Starting with a literature study of projection techniques (e.g. holography) and passive and active optical elements (e.g. microlenses, phased arrays, microLEDs and VCSELs), the student will develop possible solutions and designs and investigate them quantitatively using simulation programs. In one of such programs, ZEMAX, one can already start from an existing eye model (see figure beneath). Exploratory work with this model indicated the pixel size should be at least 1 micron to attain an acceptable resolution on the retina. This means a considerable amount of attention will need to be given to diffraction effects and their influence on the resolution of the display. Potentially, other simulation programs such as Lumerical could also be explored. At the end of the master thesis, recommendations should be formulated which can serve as a guide for further technological developments of the CLD.


Keywords:

contact lens, display, focusing, simulation

Location:

Zwijnaarde, thuis

Beeldfocus in een Contact Lens Display

Probleemstelling:

Contactlenzen worden al decennia lang gebruikt om aan gezichtscorrectie te doen, hetgeen ook hun enige functionaliteit is. Sinds kort wordt er echter onderzoek verricht naar het uitbreiden van deze functionaliteit door integratie van elektronische en optische componenten binnenin de lens (zie onderstaande figuren). In eerste instantie wordt er aan eenvoudige toepassingen gedacht, zoals bijvoorbeeld een lens met een klein optisch waarschuwingssignaal of met een automatische zonnebrilwerking. De eindtoepassing zou echter een heus Contact Lens Display (CLD) zijn. De pixels in zo een CLD bevinden zich echter buiten de focusafstand van het menselijk oog en bijgevolg kan er geen scherp beeld op het netvlies geprojecteerd worden. Daarenboven zou het beeld van het CLD gesuperponeerd moeten worden op het normale zicht, wat een lens met dubbele focus vereist. Wil men hier op termijn naar evolueren, dan moeten er eerst oplossingen voor dit probleem naar voren worden gebracht.

Doelstelling:

In deze masterproef zal de student een diepgaande studie verrichten naar oplossingen voor het focusprobleem bij een Contact lens Display. Beginnend met een literatuurstudie van projectietechnieken (oa. holografie, phased arrays) en van passieve en actieve optische elementen (o.a. microlenzen, phased arrays, microLED's en VCSEL's) zal de student mogelijke oplossingen en ontwerpen ontwikkelen en deze dan uitgebreid quantitatief onderzoeken met behulp van verscheidene simulatieprogramma's. In één van deze programma's, ZEMAX, kan al gestart worden van een bestaand oogmodel (zie onderstaande figuur). Verkennend werk met dit model heeft er al op gewezen dat de pixelgrootte in de orde van 1 micrometer zal moeten zijn om een aanvaardbare resolutie op de retina te krijgen. Dit wil zeggen dat de student een aanzienlijke aandacht zal moeten besteden aan diffractie-effecten en hun invloed op de resolutie van het beeldscherm. Andere simulatieprogramma's zoals Lumerical kunnen mogelijks ook verkend worden. Aan het eind van deze masterproef moeten dan aanbevelingen geformuleerd worden die een leidraad vormen voor de verdere technologische ontwikkeling van het CLD.

























Trefwoorden:

contact lens, display, focusing, simulatie

Locatie:

Zwijnaarde, thuis