Projekt obiektywu do korygowania aberracji o wysokiej kolejności spersonalizowanego ludzkiego oka

Jiaxu Lua, B, Chunmei Zeng*A, B, Haomo Yuc

Aschool of Optoelectronic Science and Engineering & Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, Chiny;

Bkey Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Prowince & Key Lab of Modern Optical Technologies of Education Ministerstwa Chin, Soochow University, Suzhou 215006, Chiny;

Csuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Chiny

Autor korespondent: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

ABSTRAKCYJNY

Aberracja wysokiego rzędu ludzkiego oka jest czynnikiem, którego nie można zignorować w korekcji wzrokowej. Projekt obiektywu, który może skorygować aberrację wysokiego rzędu, może zmniejszyć negatywny wpływ na ludzkie oko i poprawić jakość wizualną. W tym artykule oprogramowanie do projektowania optycznego ZEMAX jest używane do zbudowania spersonalizowanego modelu oczu opartego na danych LIOU i mierzonych danych oczu. Szczegółowy proces optymalizacji jest podawany podczas dopasowania aberracji z frontem fali, tak że aberracja fali docelowego ludzkiego oka i faktycznego ludzkiego oka była zwykle spójna. Skonstruowany spersonalizowany model oka ma takie same cechy optyczne jak rzeczywiste ludzkie oko. Na podstawie spersonalizowanego modelu oka soczewka asferyczna została zaprojektowana w celu skorygowania aberracji wysokiego rzędu. Po korekcie aberracje o wysokim rzędu oka docelowego są zmniejszone, a PV aberracji frontowych jest zmniejszone o 52,05%, RMS jest zmniejszony o 59,64%. Tymczasem MTF kierunku stycznego i strzałkowego wzrósł odpowiednio o 180% i 135% przy 100 cyklach\/mm.

Słowa kluczowe:Aberracje wysokiego rzędu, korekta, spersonalizowany model oczu, soczewka asferyczna

1. Wprowadzenie

Ludzkie oko jest stosunkowo złożonym układem optycznym, w tym zdolnością refrakcyjną i limitem dyfrakcyjnym układu optycznego ludzkiego oka, wielkości ucznia, wielkości komórek fotoreceptorów siatkówki i różnego rodzaju ludzkich aberracji oczu, które wpłyną na jego obrazowanie 1. Aby uzyskać dobre doświadczenie wizualne, ludzie od wielu lat badają i studiują, w tym korekta aberracji ludzkich oka jest ważną dziedziną, na którą naukowcy zwracają uwagę i podejmują wysiłki. Oprócz aberracji niskiego rzędu reprezentowanych przez defocus i astygmatyzm, istnieją również aberracje wysokiego rzędu, takie jak aberracja sferyczna, aberracja śpiączka i seria nieregularnych aberracji wysokiego rzędu w ludzkim oku 2-5. Te aberracje wysokiego rzędu spowodują problemy, takie jak zmniejszona ostrość wzroku, zmniejszona wrażliwość kontrastu i blask6. Dlatego nawet po naprawieniu tradycyjnych problemów z refrakcją pacjenci nadal nie mają ogólnej przejrzystości wizualnej. Dlatego aberracja wysokiego rzędu ludzkiego oka jest czynnikiem, którego nie można zignorować w korekcie.

Przez długi czas korekcja widzenia ludzi koncentruje się głównie na użyciu sferycznego lustra w celu skorygowania defocus i astygmatyzmu tradycyjnych problemów refrakcyjnych. Korygowanie aberracji wyższego rzędu w ludzkim oku nie było możliwe aż do lat 90. XX wieku, kiedy dokonano przełomu w technice dokładnie pomiaru aberracji frontowych. W 2008 r. Ophthonix, amerykańska firma, sfinansowała badania i rozwój Izon Frame Glass7, które poprawiły widzenie poprzez pomiar aberracji frontowych ludzkiego oka rzędu 2-6, a następnie dopasowanie poprawionego dioptera z optymalizowanym lustrem kulkowatym. Chociaż ta metoda wprowadza technologię aberracji frontowych, nie uwzględnia wpływu aberracji wysokiego rzędu na samą wizję. W 2012 r. Li Rui i in .8. Zastosowano powierzchnię asferyczną do projektowania okularów, które mogłyby skorygować aberracje wysokiego rzędu ludzkich oczu. Badania wykazały, że korekta soczewki asferycznej była najskuteczniejsza dla oczu z dużym astygmatyzmem i aberracją sferyczną. Jeśli jednak śpiączka i aberracje koniczyny są duże, efekt korekcji soczewki asferycznej nie jest oczywisty.

W tym artykule, opartym na modelu LIOU, łącząc zmierzoną przednią i tylną powierzchnię rogówki oka, osiowe odstępy każdej części oka i dane aberracji frontowych, ustalono spersonalizowany model oczu. W

Ponadto podano szczegółowe kroki w celu dopasowania danych aberracji z frontem fali ludzkiej, które nie zostały zgłoszone w poprzedniej literaturze. Następnie, w oparciu o ten spersonalizowany model oczu, szklanki asferyczne są zoptymalizowane w celu zmniejszenia negatywnego wpływu aberracji wysokiego rzędu na ludzkie oczy i poprawy jakości wizualnej. Wszystkie powyższe zawartość są symulowane przez optyczne oprogramowanie projektowe ZEMAX.

2. Stablishment of Eye Model

2.1 Ustanowienie podstawowego modelu oka

Przed ustaleniem spersonalizowanego modelu oka powinniśmy najpierw ustalić podstawowy model oka, którego początkowe parametry strukturalne są wybrane Liou Eye Model9, który jest bardzo podobny do struktury optycznej i struktury fizjologicznej ludzkich oczu. Badania wykazały, że 10,11, zmiana promienia krzywizny krystalicznej soczewki w modelu Gullstrand-Le Grand Eye jest zgodna z regulacją ludzkiej obiektywu krystalicznego, więc do przedniej powierzchni soczewki można dodać cienką soczewkę. Promień krzywizny i współczynnik kwadraty przedniej i tylnej powierzchni obiektywu krystalicznego są wybierane z modelu Oku. Wybrana jest wartość współczynnika załamania światła gullstrand-le Grand Eye. Specyficzne parametry podstawowego modelu oka pokazano w tabeli 1, a ryc. 1 jest schematem podstawowego modelu oka.

Tabela 1 Podstawowe parametry modelu oka

Ryc. 1 Struktura podstawowego modelu oka

Analizator segmentu przedniego Allegro Oculyzer służy do pomiaru mapy topograficznej rogówki rzeczywistych ludzkich oczu, a grubość rogówki wynosi 0. 462 mm, promień krzywizny skryciowej przedniej powierzchni przedniej powierzchni rogówki wynosi 8,45 mm Wygląd przyrządu pokazano na ryc. 2.

Ryc. 2 Analizator segmentu przedniego segmentu Allegro Oculyzer

Długość osiowa między refrakcyjnymi powierzchniami oka jest mierzona za pomocą ophthalmicznej biometrycznej biometrycznej SW -9000, jak pokazano na rycinie 3. Zmierzone wyniki obejmowały grubość rogówki, głębokość przedniej komory, grubość soczewki krystalicznej i głębokość krążenia. Średnia danych jest pobierana 5 razy, jak pokazano w tabeli 2.

Rysunek 3 Suoer Ophthalmic Optical Biometrics SW -9000

Tabela 2 długość osiowa między refrakcjami oka

Gdzier jest współrzędną promieniową w jednostce długości soczewki,N jest współczynnikiem Zernike w sekwencji,A_i jest współczynnikiem wielomianu krawędzi Zernike'a,ρ jest znormalizowaną współrzędną promieniową,φ jest współrzędną promieni wyrażoną przez kąt.

Ustawiliśmy współczynnik Zenick Fringe_i Na powierzchni zwężenia Zernike jako zmienna do optymalizacji w celu dzielenia astygmatyzmu i aberracji wysokiego rzędu. Aby zapewnić sprawny postęp optymalizacji, najpierw przyjęliśmy strategię optymalizacji dopasowania aberracji niskiego rzędu, a następnie aberracje wysokiego rzędu: najpierw aberracje niskiego rzędu (C 3- C5) są zamontowane w modelu oczu, a następnie aberracje (C7, C8), łączenie koniczyny (C6, C9) i czteroomle (C10, c14), a następnie optymalizację w sekundzie, a następnie optymalizację w sekundzie. astygmatyzm (C11, C13). W tej chwili niektóre początkowe ilości są podawane aberracjom sferycznym (C12), a na koniec dopasowanie aberracji sferycznych (C12). Wykryte dane aberracji front front (zamów 2-

4) RMS to 0. 8 0 31, a wynik dopasowania wynosi 0,8089. Dlatego końcowy wynik optymalizacji prawie zbiegł do wartości docelowej, a kompletny spersonalizowany model oka jest skutecznie ustalany.

Tabela 3 aberracje z frontem falowym i ich fizyczne znaczenie, które należy zamontować

Tabela 4 zoptymalizowane parametry soczewki żywicy

3.2 Wyniki i analiza

Początkowa aberracja fali ludzkiej PV =7. 3457, RMS =1. 6661. Po korekcie, PV =3. 5225, RMS =0. 6725, ten pierwszy zmniejsza się o 52,05%, a drugi zmniejsza się o 59,64%, które są znacznie ulepszone. Tabela 5 pokazuje współczynnik Zernike systemu po korekcie. W porównaniu z korektą przed korektą można zauważyć, że wszystkie aberracje Zernike zmniejszają się, a styczny i strzałkowy MFT wzrósł odpowiednio o 180% i 135% przy 100 cyklach\/mm. Rycina 4 pokazuje porównanie MTF przed i po optymalizacji. Udowodniono, że zaprojektowany soczewka asferyczna może skutecznie zmniejszyć aberracje o wysokim rzędu ludzkich oczu i poprawić jakość wizualną.

Tabela 5 Wynik optymalizacji

Rycina 4 Porównanie MTF przed i po optymalizacji

4. Konkuzja

W tym artykule oprogramowanie do projektowania optycznego ZEMAX służy do zbudowania spersonalizowanego modelu oczu opartego na Oku Liou i mierzonych danych. Ponadto szczegółowy proces optymalizacji jest podawany przy dopasowaniu aberracji czoła fali, co sprawia, że ​​wyniki symulacji są zgodne z faktycznymi aberracjami ludzkimi oczu. Korzystając z uzyskanego spersonalizowanego modelu oka, soczewka asferyczna jest zoptymalizowana i zaprojektowano soczewkę zdolną do korygowania aberracji ludzkich oczu wysokiego rzędu. Wyniki projektu zmniejszyły aberracje wysokiego rzędu ludzkich oczu, co okazuje się pomocne w poprawie wizualnej jakości ludzkich oczu, i ma pewną wartość referencyjną dla korygowania aberracji wysokiego rzędu ludzkich oczu. Niedobór tego artykułu polega na tym, że nie uwzględnia błędu spowodowanego ruchem ludzkich oczu w projekcie, a także nie ma analizy wykonalności przetwarzania. Mam nadzieję kontynuować dyskusję w przyszłych pracach.

Odniesienia

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Czynniki optyczne i siatkówki wpływające na rozdzielczość wzrokową. The Journal of Physiology, 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Koomen, M., Tousyy, R., Sclnik, R. (1950) The sferyczna aberracja oka. Optometry and Vision Science, 7: 370-376. doi: 10.1097\/00006324-195007000-00012.
3. Howland, HC, Howland B. (1977). Subiektywna metoda pomiaru monochromatycznych* aberracji oka. Journal of Optical Society of America, 11: 1508-1518. doi: 10.1364\/josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Wpływ aberracji sferycznych i innych na modulację przeniesienia zdeponowanego ludzkiego oka. OphTalmic i fizjologiczna optyka, 6: 504-513. https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/j. ((5} }.1998.00391.x
5. Wang, Y., Wang ZQ, Guo, HQ, Quan W. (2005). Wpływ zaawansowanej aberracji ludzkiego oka na funkcję wizualną. Acta Optica, 11: 1519-1525. https:\/\/www.researching.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb ((7} }.pdf.
6. Liang, J., Williams, Dr, Miller, DT (1997). Supernormalne widzenie i obrazowanie siatkówki o wysokiej rozdzielczości poprzez adaptacyjne optyki. Josa A, 11: 2884-2892. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fullText.cfm?uri ((4} }Josaa ((5} }&id ((6} }&ibsearch ({7} }false.
7. Seiple, WH, Szlyk, JP (2008). Wydajność widzenia dostarczona przez system obiektywu Izon®. Recenzja Optometry, 2. Https:\/\/chicagolighthouse.org\/wp-content\/uploads\/2015\/11\/1015\/10
8. Li, R., Wang, ZQ, Liu, YJ, Mu, GG (2012) Metoda projektowania asferycznych okularów do korekcji aberracji o wysokiej kolejności ludzkiego oka. Science China Technological Sciences, 55: 1391–1401. 10.1007\/s 11431-012- 4762-4.
9. Liou, HL, Brennan, Na (1997). Anatomicznie dokładne, skończone modele oka do modelowania optycznego. Josa A, 8: 1684-1695. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri ((3} }Josaa (4} }&id ((5 }&ibsearch ({6} }false.
10. Garner, LF, Smith, G. (1997). Zmiany równoważnego i gradientu współczynnika załamania światła krystalicznego z zakwaterowaniem. Optometry and Vision Science, 2: 114-119. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/abstract\/1997\/02000\/changes ({5 }in (6} }Equvivallent {7} }and {8} gradient (9} }refactive.24.a SPX.
11. Koretz, JF, Cook, CA, Kaufman, PL (2002). Starzenie się soczewki ludzkiej: zmiany kształtu obiektywu po zakwaterowaniu i ze stratą akomodacyjną. Josa A, 1: 144-151. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri ((3} }Josaa (4} }&id ((5 }&ibsearch ({6} }false.