Jialing Houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo Yuc aSchool of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, Chiny;bKluczowe laboratorium zaawansowanych technologii produkcyjnych optycznych w prowincji Jiangsu i kluczowych laboratorium Modern Optical Technologies of Education Ministerstwa Chin, Soochow University, Suzhou 215006, Chiny;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Chiny * Autor Autor: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
ABSTRAKCYJNY
Aby bardziej intuicyjnie oceniać związek między zapobieganiem krótkowzroczności i kontrolnym efektem okularów zapobiegania krótkowzroczności i kontrolnym oraz parametrów mikrostruktury okularów, niniejszy artykuł projektuje szklanki układu mikrostruktury na powierzchni siodła. Wyniki projektu pokazują, że w akceptowalnym zakresie sygnału obrazowania ludzkiego oka soczewki układu mikrostruktury siodłowej może sprawić, że światło przechodzą przez mikrostrukturę niezdolne do zbieżności i obrazu, co znacznie zmniejsza kontrast obrazowania siatkówki. Gdy wybrana jest pewna częstotliwość przestrzenna w zakresie {{0}} ~ 43lp/mm, maksymalna wysokość wektora mikrolenów znajduje się w zakresie 0 ~ 10 μm, a maksymalna wysokość wektora mikrolensów i wartości MTF pod maksymalnym polem off-taskim widoku pokazują nieliniową korelację ujemną. Dlatego ustalono formułę empiryczną maksymalnej wysokości wektora i wartości MTF mikrolenów soczewki spektaklu oraz zakończona jest analiza ilościowa parametrów mikrostruktury i sygnału kontrastowego soczewki spektaklu. Ta praca pomaga projektantowi obiektywu kontrolować kontrolę kontrastu zapobiegania krótkowzroczności i dokładniej kontrolować parametry mikrostruktury. Jednocześnie, poprzez analizę, stwierdzono, że w przypadku stosunkowo niewielkiej utraty światła w porównaniu z mikrostrukturą sferyczną mikrostruktura powierzchni siodłowej ma lepszy wpływ na zmniejszenie kontrastu, co jest bardziej pomocne w zmniejszeniu jakości wzroku i spowolnienia rozwoju szamiotki.
Słowa kluczowe: szklanki ramy, zapobieganie i kontrolę krótkowzroczności, mikrostrukturalne tablice, współczynnik kontrastu
1. Wprowadzenie
Według raportu World Vision opublikowanego przez Światową Organizację Zdrowia, prawie 2,6 miliarda z 7 miliardów ludzi rozwinęło krótkowzroczność jako funkcjonalną chorobę oka do 2020 r. [1]. Szacuje się, że do 2050 r. Około 5 miliardów ludzi na całym świecie rozwinie krótkowzroczność [2]-[3]. Obecnie istnieją głównie środki zapobiegania krótkowzroczności i kontroli, takie jak zajęcia na świeżym powietrzu, leczenie narkotyków i interwencja optyczna [4]. W porównaniu z trudnością działań na świeżym powietrzu, ryzyko leczenia narkotyków i kosztowna cena soczewek kontaktowych rogówki, noszenie okularów zapobiegania krótkowzroczności i kontrolnym jako interwencja optyczna, która może jednocześnie skorygować krótkowzroczność i hamować rozwój krótkowzroczności w tym samym czasie, ma charakterystykę bezpieczeństwa, komfortu, wygody i ekonomii. Dlatego w przypadku pacjentów z krótkowzrocznością na tym etapie noszenie okularów zapobiegania krótkowzroczności i kontrolnym jest łatwiej akceptowane przez większość pacjentów i ich rodzin. Obecnie soczewki mikro strukturalne wykorzystywane do opóźnienia pogłębiania krótkowzroczności u nastolatków można przenieść w soczewki oparte na zasadzie defocus lub soczewek krótkowzrocznych w oparciu o zasadę aberracji wyższego rzędu. Obiektyw oparty na zasadzie defokacji krótkowzroczności stopniowo będzie osłabia efekt dostosowania wraz z rozszerzeniem czasu noszenia. Obiektyw oparty na zasadzie aberracji wyższego rzędu ma pewną pośredność w ocenie wpływu zapobiegania i kontroli krótkowzroczności. Trudno jest bezpośrednio określić ilościowo związek między wskaźnikami aberracji wyższego rzędu a parametrami mikrostruktury soczewki z bieżącą akumulacją danych. Istnieje jednak niewiele okularów zapobiegających krótkowzroczności i kontrolnym opartym na zasadzie kontrastu. Dlatego konieczne jest użycie różnych projektów w celu pełniejszego zmniejszenia sygnału kontrastu w celu interwencji w rozwoju krótkowzroczności. Jednocześnie zapobieganie krótkowzroczności i kontrolę szklanek jest określane ilościowo w celu uzyskania sygnału kontrolnego krótkowzroczności z pacjentami z krótkowzrocznością dokładniej i szybki.
2. Zasada kontrastu
Podczas procesu oglądania obiektów oko zawsze próbuje skupić się na siatkówce, aby osiągnąć maksymalny kontrast. Jednak centralny punkt padającego światła wokół siatkówki normalnego oka lub oka krótkowzroczności w konwencjonalnych okularach krótkowzrocznych znajduje się za siatkówką. Dlatego, aby uzyskać maksymalny kontrast, oczy sprawi, że siatkówka będzie próbowała zbliżyć się do punktu centralnego światła padającego, co powoduje wzrost długości osiowej, co prowadzi do stopniowego rozwoju krótkowzroczności lub pogłębienia krótkowzroczności. Eksperymenty dotyczące rozwoju krótkowzroczności wykazały, że występowanie i rozwój krótkowzroczności są wyzwalane przez sygnały rozmycia siatkówki [5]-[9]. Sygnał kontrastowy w bipolarnych komórkach dzieci jest sygnałem wzrostu oczu, a zmniejszenie sygnału kontrastu spowolni szybkość wzrostu oczu [10]. Obecnie soczewki oparte na zasadzie kontrastu na rynku rozważają głównie stosowanie nie-przenoszących mikrostruktur w celu zablokowania przejścia niektórych światła, aby zmniejszyć kontrast wokół soczewek. Tego rodzaju metoda jest stosunkowo trudna do ilościowej oceny związku między zapobieganiem krótkowzroczności a efektem kontrolnym soczewek a parametrami mikrostruktury. Jeśli do soczewki spektaklu dodana jest mikrostruktura z naprzemienną krzywizną dodatnią i ujemną, bardziej nieregularne zmiany, takie jak zbieżność lub pergencja światła poprzez mikrostrukturę, a obrazowanie nie może być zbieżne w akceptowalnym zakresie sygnału obrazowania, tak aby zmniejszyć kontrast obrazowania siatkówki, aby ogólnie nie będzie już rosło w celu uzyskania koncentracji instalacji luzu, a także w celu zmniejszenia postępu. Myopia można również osiągnąć. Dlatego niniejszy artykuł projektuje soczewkę układu mikrostruktury na powierzchni siodła oparta na zasadzie kontrastu. Mikrolen służy do rozproszenia padającego światła, aby zmniejszyć stymulację padającego światła na obrzeżach siatkówki, zmniejszyć kontrast siatkówki i osiągnąć efekt hamowania wzrostu osi oka.
3. Projektowanie soczewek okularów
3.1 Układ mikrostruktury i oznaczanie parametrów projektowych
Aby zapewnić stabilność dynamicznej jakości wizualnej i upewnić się, że liczba mikrolensów we szczelinie nie zmieni się znacznie wraz ze zmianą pozycji soczewki spektaklu, niniejszy artykuł wybiera tryb tablicy bliskiej układu mikrostruktury, to znaczy, że obszar mikrostruktury jest wyprzedzany przez ścisłe składanie regularnego sześciokątnego, a następnie mikrostruktury wypełniono mikrolomatyczną hexagon. Ułożony [11]. Tablica mikrostruktury jest rozmieszczona poza środkowym pustym obszarem przedniej powierzchni soczewki macierzystej, a średnica centralnego obszaru pustego wynosi 6 mm. Średnica promieniowa mikrolenów jest wybierana na 1 mm. Aby ułatwić omówienie ustanowienia prostokątnego układu współrzędnych, jako pochodzenie jest traktowane środek optyczny przedniej powierzchni soczewki macierzystej. Dwa kierunki wzdłuż kierunku promieniowego soczewki macierzystej to oś x i oś y trójwymiarowego układu współrzędnych, a oś Z trójwymiarowego układu współrzędnych znajduje się wzdłuż kierunku osi optycznej. Obszar kontrolny o średnicy około 25 mm jest dodawany do przedniej powierzchni soczewki macierzystej. Uzyskany widok z przodu soczewki spektaklu pokazano na rysunku. 1, a regularna siatka sześciokątna obszaru kontrolnego pokazano na rysunku. 1. Aby maksymalne pola widzenia poza osi całkowicie pokrywają zwykłą sześciokątną siatkę i spraw, aby wybrana średnica ucznia ludzkiego oka w zakresie 2 ~ 3 mm z stosunkowo dobrymi warunkami oświetlenia, średnica ucznia modelu krótkowzrocznego jest wybierana jako 2,8 mm, a pełne pole widzenia wynosi 33 ⁰. Trzy pola widzenia są ustawione odpowiednio na 0 ⁰, 8 ⁰ i 16,5 ⁰, a długość fali stosowana w systemie oczu soczewki wynosi 550 nm.
Ryc. 1. Widok przedni soczewek okularów.
3.2 Obliczanie parametrów soczewki macierzystej i konstrukcja oczu modelu krótkowzroczności
Zgodnie z wymaganiami technologii przetwarzania średnica D jest ustawiona na 60 mm, środkowa grubość soczewki wynosi 1,3 mm, a kształt jest soczewką kulinarną, która później nazywana jest soczewką macierzystą. Wskaźnik załamania wybranego obiektywu żywicy wynosi 1,56, a liczba abbe wynosi 32. Według stopnia miopii - 3 d, moc ogniskowa przedniej powierzchni soczewki macierzystej jest ustawiona na 2D, a moc ogniskowa tylnej powierzchni wynosi - 5 d. Zatem można obliczyć promień krzywizny przedniej i tylnej powierzchni soczewki macierzystej.
Standardowe oko LIOU zastosowano jako początkową strukturę oka krótkowzroczności. Obiektyw macierzysty odpowiadający korekcie krótkowzrocznej ametropii wstawiono przed standardowym modelem LIOU. Odległość od wierzchołka tylnej powierzchni soczewki do wierzchołka przedniej powierzchni rogówki wynosiła 12 mm. Średnica źrenicy, długość fali i pole widzenia układu ustawiono zgodnie z określonymi parametrami systemu. Grubość szklistej standardowego oka Liou zastosowano jako zmienną do optymalizacji modelu odpowiadającego formie krótkowzroczności.
3.3 Modelowanie soczewek okularów
W celu obliczenia parametrów struktury optycznej powierzchni siodła, wysokość wektora wierzchołka paraboli z otworem w dół jest ustawiona na 1 μm (wysokość wektora wierzchołka paraboli jest zdefiniowana jako odległość między jej wierzchołkiem a punktem przecinającym linię normalną wierzchołkową, a przednia powierzchnia soczewki macierzystej) i maksymalna wysokość wektora w górę w górę 2, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, (Maksymalna wysokość wektora paraboli jest definiowana jako maksymalna odległość między wszystkimi punktami paraboli i punktem przecięcia linii normalnej wierzchołka i przedniej powierzchni soczewki macierzystej), a następnie promień krzywizny dwóch paraboli jest obliczany przez połączenie promienia krzywizny przedniej powierzchni przedniej powierzchni matki i średnicy promieniowej. Parametry struktury optycznej mikrolenów siodłowych pokazano w tabeli 1. Położenie każdego mikrolenów można obliczyć zgodnie z parametrami struktury optycznej i układem układu mikrostruktury, a także warunków specyficznych, że wskaźnik normalny mikrolensów wskazuje na środowisko krzywizny przedniej powierzchni soczewki matki. Mikroleny są dodawane do przedniej powierzchni soczewki macierzystej w Zemax, aby zakończyć modelowanie soczewki.
Tabela 1. Maksymalna wysokość wektora to 2 μm optyczne parametry strukturalne mikrolomów powierzchni siodła
3.4 Symulacja obrazowania
Dane modelu krótkowzrocznego są dodawane do trybu sekwencji ZEMAX, a komponent bez sekwencji jest wstawiany przed modelem oka. Zaprojektowana soczewka macierzy mikrostruktury jest umieszczana w komponencie bezsekwencji do symulacji optycznej układu soczewkowego. Schemat punktowy ludzkiej siatkówki i jej przednich i tylnych zakresu 1000 μm pokazano na rysunku 2. Ponieważ tylko całe światło maksymalnego pola widzenia poza osią przechodzi przez mikrolenki w trzech polach widoku szklanek macierzy mikrolensów, dane promienia rozproszonego miejsca z powyższymi pięcioma maksymalnymi wysokościami wektora w polu widzenia wyodrębniono i podsumowane w tabeli 2. jest sortowany, jak pokazano na rysunku 3.
Tabela 2. Rozproszony promień plamki szklanek mikrostruktury siodłowej w polu widzenia maksymalnego poza osi.
e. H=10μm
Ryc. 2. Schemat kolumny OFF układu oka soczewki odpowiadający mikrostrukturze powierzchni siodła.
Ryc. 3. Średnie wartości MTF w dwóch kierunkach.
4. Omów
Z Figury można zauważyć, że światło przez układ mikrolenów tworzy rozmyte plamę dyspersji w akceptowalnym zakresie sygnału obrazowania ludzkiego oka i nie może zbiegać się w zakresie defocus 1000 μm przed i po retinie, tak że światło przez mikrostrukturę nie stymuluje ludzkiego dostosowania oka ani funkcji adaptacyjnej w postaci defocus sygnału, a tym samym zmniejszającym kontrgację. Jednocześnie można zaobserwować również na rycinie 3, że krzywa MTF maksymalnego pola widzenia poza osią zmniejsza się gwałtownie, co również weryfikuje, że układ mikrolenów zmniejszy kontrast obrazowania siatkówki, tak że gałka oczna nie będzie już rosła w celu uzyskania maksymalnego kontrastu i osiągnięcia efektu hamowania wzrostu oczu. Analizując Tabela 2, można zauważyć, że gdy wysokość wektora wektora wektorowego mikroleminu siodłowego jest stała, a maksymalna wysokość wektora stopniowo wzrasta, plamka dyspersyjna w maksymalnym polu widzenia poza osi wzrośnie, a odpowiedni kontrast również spadnie.
Z rysunku 3 można zaobserwować, że w maksymalnym polu widzenia poza osią, gdy częstotliwość przestrzenna znajduje się w zakresie 0 ~ 43 lp/mm, maksymalna wysokość wektora mikrolliny siodłowej stopniowo wzrasta niż równa do równej lub równą do równości do równej do równości do równej do równej do równej do równej do poziomu do równej do równania do 0. 0 5, który wciąż znajduje się w obszarze, w którym ludzkie oko może rozróżnić i wykryć [12]. Przed tym, że częstotliwość przestrzenna wynosi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 43lp/mm w zakresie częstotliwości przestrzennej 0 ~ 43LP/mm. Średnie dane MTF o maksymalnej wysokości wektora 2,4,6,8 i 10 μm wymieniono w tabeli 3.
Tabela 3. Średnie dane MTF mikrolomów powierzchni siodła o różnych wysokościach i częstotliwościach wektorowych.
Aby przedstawić wpływ maksymalnej zmienności wysokości wektorowej mikrolulowni na kontrast siatkówki, przeprowadzono regresję wielu nieliniowych na danych w tabeli 3 przy użyciu oprogramowania SPSS. W zakresie częstotliwości przestrzennej 0 ~ 43p/mm maksymalna wysokość wektora H i częstotliwość przestrzenna F mikrolen powierzchni siodłowej są używane jako zmienne niezależne, a średnia wartość MTF przy każdej wartości wysokości wektora jest używana jako zmienna zależna w celu ustalenia równania. Wyniki wielokrotnej analizy regresji nieliniowej pokazano w tabeli 4.
Tabela 4. Wyniki analizy regresji wielokrotnej nieliniowej.
Na podstawie danych w tabeli 4 ustalono formułę empiryczną maksymalnej wysokości wektora mikrolenów siodła i średniej MTF przy określonej częstotliwości przestrzennej:
Zgodnie z tabelą 4 i wzorem (1) można zauważyć, że współczynnik korelacji krzywej dopasowania dla rzeczywistych danych wynosi 0. 939, a wartość jest większa niż 0. 9, co wskazuje, że efekt dopasowania krzywej jest lepszy. W tym samym czasie, z wzoru empirycznego (1), można zauważyć, że gdy wybrana jest częstotliwość przestrzenna w zakresie 0 ~ 43lp / mm, maksymalna wysokość wektora mikrolenów powierzchni siodłowej wpłynie na średnią wartość MTF przy tej częstotliwości przestrzennej. Gdy maksymalna wysokość wektora jest większa, średnia wartość MTF jest mniejsza, to znaczy kontrast siatkówki jest niższy. Można zauważyć, że przy maksymalnym polu widzenia poza osi w tym zakresie częstotliwości maksymalna wysokość wektora ma nieliniową korelację ujemną ze średnią wartością MTF przy określonej częstotliwości przestrzennej, to znaczy, że w polu widzenia maksymalnego poza osią maksymalna wysokość wektora mikrofonów mikrofonów ma nieliniową korelację ujemną ujemną. Wśród nich w zakresie częstotliwości 0 ~ 15lp/mm MTF zmniejsza się szybciej, a jednocześnie MTF powoli zmniejsza się. Ilościowa zależność między parametrami strukturalnymi mikrolenów siodła a średnią wartością MTF stanowi podstawę do lepszego projektowania okularów w oparciu o redukcję kontrastu w celu poprawy efektu zapobiegania i kontroli krótkowzroczności oraz może zapewnić nowe funkcjonalne produkty zapobiegające krótkowzroczności i kontrolne dla optometrystów.
W celu porównania efektów obrazowania soczewek siodła i sferycznych macierzy mikrostruktury w warunkach stosunkowo bliskiego przepływu światła, soczewki macierzy mikrostruktury siodła o wysokości wektora wektorowego 0. Ustalono metodę modelowania w tym rozdziale. Zgodnie z maksymalnym polem widzenia poza osi i określonej częstotliwości przestrzennej (10 lp / mm) są one porównywane ze średnią wartością MTF lustra macierzystego. Wyniki analizy pokazano w tabeli 5. Można stwierdzić, że w symulacji dwóch okularów światło nie dociera do płaszczyzny obrazu, a utrata światła sferycznych szklanek macierzy mikrostruktury jest większa; Po drugie, w porównaniu z soczewką macierzystą, średni MTF dwóch szklanek jest znacznie zmniejszony, a średni MTF powierzchni siodła jest niższy niż na powierzchni sferycznej. To pokazuje, że w przypadku stosunkowo niewielkiej utraty światła powierzchnia siodła jest lepsza niż sferyczna powierzchnia w zmniejszaniu kontrastu siatkówki, co bardziej sprzyjają hamowaniu wzrostu osi oka.
Tabela 5. MTF i szybkość przechodzenia światła systemu soczewkowego oczu.
5. Wniosek
Szklanki macierzy mikrostruktury w kształcie siodła w oparciu o zasadę kontrastu, wykorzystują mikrolany do rozproszenia padającego światła, zmniejszając w ten sposób stymulację padającego światła na obrzeże siatkówki i znacznie zmniejszając kontrast siatkówki. W tym samym czasie, poprzez kwantyfikację zależności między parametrami mikrostruktury powierzchni siodła a sygnałem kontrastowym, stwierdza się, że w maksymalnym polu widzenia poza osi, gdy pewna częstotliwość jest wybierana w zakresie częstotliwości przestrzennej 0 ~ 43 lp/mm, maksymalnej wysokości wektora wektora wektora maksymalnego wektora wektora wektora MTF. Związek, czyli pod tym warunkiem, maksymalna wysokość wektora mikrolenów i kontrast obrazowania siatkówki wykazują nieliniową relację korelacji ujemnej. Ta relacja ilościowa stanowi podstawę do projektowania dokładniejszej kontroli regulacji kontrastu okularów zapobiegania krótkowzroczności i kontrolnym, i możliwe jest zapewnienie optometrystów nowych i lepszych produktów zapobiegających krótkowzroczności i kontroli. W porównaniu z sferyczną mikrostrukturą pod warunkiem niskiej utraty światła, stwierdzono, że mikrostruktura powierzchni siodła jest bardziej znacząca w osłabieniu kontrastu siatkówki, co jest bardziej pomocne w spowolnieniu rozwoju krótkowzroczności.
Odniesienia
[1] Światowy raport wizualny. Genewa: Światowa Organizacja Zdrowia. 2 0 20, Umowa licencyjna: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Proc. SPIE VOL. 13254 132541 p -6
[2] Holden Ba i in. Globalne rozpowszechnienie krótkowzroczności oraz wysokie krótkowzroczność i trendy czasowe w latach 2000–2050 [J]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan IG, Matsui KO i SAW SM. Krótkowzroczność [j]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, i in. Interwencje w celu powolnego postępu krótkowzroczności u dzieci [J]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Postępy badawcze dotyczące mechanizmu regulacji siatkówki krótkowzroczności deprywacji formy [J]. Ostatnie zaliczka w Ofithalmology, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, i in. Ścieżki kandydujące na siatkówkę do sygnalizacji twardówki w refrakcyjnym wzroście oczu [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE i in. Zakwaterowanie i IMI i widzenie lornetki w rozwoju i progresji krótkowzroczności [J]. Zainwestuj okulę vis sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A, i in. Mechanizmy optyczne regulujące emmetropzację i refrakcyjne błędy: dowody z modeli zwierzęcych [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Wpływ ablacji do dołkowej na wzór błędów refrakcyjnych obwodowych w normalnych i pozbawionych formie niemowlęce małp (Macaca mulatta) [J]. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, i in. Wgląd haplotypów genów opnilw w przyczynę i zapobieganie krótkowzroczności [J]. Geny (bazylea), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, i in. Mikrostruktura soczewka okularów i jego metoda projektowania [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo Applied Optics [M] Electronic Industry Press, 2015: 579-581.