Jialing houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Хаомо Ю.c aШкола оптоелектронних наук та інженерії, Університет Сухов, Сучжоу 215006, Китай;bОсновна лабораторія передових оптичних виробничих технологій провінції Цзянсу та ключова лабораторія сучасних оптичних технологій Міністерства освіти Китаю, Університет Сохув, Сучжоу 215006, Китай;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Китай * Відповідний автор: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
Абстрактний
Для того, щоб більш інтуїтивно оцінити взаємозв'язок між профілактикою короткозорості та контрольним ефектом окулярів профілактики та контрольних кадрів та параметрами мікроструктури окулярів, цей документ розробляє окуляри мікроструктури на поверхневому масиві, на основі принципу контрасту та використовує взаємозв'язок між значенням MTF та параметрами мікросструктури для встановлення кількості моделі. Результати проектування показують, що в межах прийнятного діапазону зображень сигналу людського ока сідловий поверхневий мікроструктурний об'єктив може зробити світло, що проходить через мікроструктуру не в змозі сходити та зображення, що значно зменшує контраст зображення сітківки. Коли певна просторова частота в діапазоні {{0}} ~ 43lp/мм обрана, максимальна висота вектора мікроленів знаходиться в діапазоні 0 ~ 10 мкм, а максимальна висота вектора мікроленів та значення MTF згідно з максимальним полем перегляду показує неліневе негативне корелювання. Отже, встановлюється емпірична формула максимальної висоти вектора та значення MTF мікроленів видовищного об'єктива, а кількісний аналіз параметрів мікроструктури та контрастний сигнал об'єктива видовищ завершується. Ця робота допомагає дизайнеру лінз контролювати контрастне контроль за допомогою короткозорості та більш точно контролювати за допомогою параметрів мікроструктури. У той же час, за допомогою аналізу, встановлено, що у випадку відносно невеликих втрат світла, порівняно зі сферичною мікроструктурою, мікроструктура поверхні сідла краще впливає на зменшення контрасту, що більше корисно для зниження якості візуальної якості та уповільнення розвитку міопії.
Ключові слова: окуляри кадрів, профілактика та контроль за рівнем короткозорості, мікроструктурований масив, співвідношення контрасту
1. Вступ
Згідно з доповіддю World Vision, опублікованим Всесвітньою організацією охорони здоров'я, майже 2,6 мільярда людей 7 мільярдів людей розвинулися як функціональна хвороба очей до 2020 року [1]. За підрахунками, до 2050 року близько 5 мільярдів людей у всьому світі розвиватимуть короткозорість [2]-[3]. В даний час існують в основному заходи профілактики та контролю за короткозорістю, такі як діяльність на свіжому повітрі, лікування наркотиками та оптичне втручання [4]. Порівняно з труднощами діяльності на свіжому повітрі, ризику лікування наркотиками та дорогою ціною контактних лінз рогівки, носінням короткозорості та контрольними кадрами як оптичним втручанням, яке може виправити короткозорість та гальмувати розвиток короткозорості одночасно, має характеристики безпеки, комфорту, зручності та економіки. Тому для пацієнтів із короткозорістю на цьому етапі носіння короткозорості та контрольних окулярів рамки легше приймає більшість пацієнтів та їх сімей. В даний час мікро структуровані лінзи, що використовуються для затримок поглиблення короткозорості у підлітків, можуть бути вкладені на лінзи на основі принципу короткозорого дефокусу або лінз на основі принципу аберацій вищого порядку. Круєзник на основі принципу короткозорого дефокусування поступово послаблює ефект коригування з розширенням часу носіння. Об'єктив, заснований на принципі аберацій вищого порядку, має певну опосередкованість при оцінці впливу профілактики та контролю короткозорості. Важко безпосередньо кількісно оцінити взаємозв'язок між показниками аберації вищого порядку та параметрами мікроструктури об'єктива з поточним накопиченням даних. Однак є кілька окулярів з профілактики та контролю за короткозорістю, розроблених на основі принципу контрасту. Тому необхідно використовувати різні конструкції для більш повноцінного зменшення контрастного сигналу для втручання в розвиток короткозорості. У той же час, профілактика короткозорості та контрольну дію окулярів кількісно визначається для того, щоб більш і швидко отримати відповідність контрольного сигналу з короткозорістю з хворими на короткозорість.
2. Принцип контрасту
Під час перегляду об'єктів око завжди намагається зосередитись на сітківці, щоб досягти максимального контрасту. Однак фокусна точка падаючого світла навколо сітківки нормального ока або короткозорого ока, що носить звичайні окуляри короткозорості, стоїть за сітківкою. Тому, щоб отримати максимальний контраст, очі змусять сітківку намагатися підійти до фокусної точки падаючого світла, що призводить до збільшення осьової довжини, що призводить до поступового розвитку короткозорості або поглиблення короткозорості. Експерименти щодо розвитку короткозорості показали, що виникнення та розвиток короткозорості викликаються сигналами розмиття сітківки [5]-[9]. Сигнал контрасту в біполярних клітинах дітей є сигналом росту очей, а зменшення контрастного сигналу сповільнить швидкість росту очей [10]. В даний час лінзи, засновані на принципі контрасту на ринку, в основному розглядають можливість використання непереборних мікроструктур для блокування проходження деякого світла, щоб зменшити контраст навколо лінз. Цей вид методу порівняно складно кількісно оцінити взаємозв'язок між профілактикою короткозорості та контрольним ефектом лінз та параметрами мікроструктури. If the microstructure with alternating positive and negative curvature is added to the spectacle lens, more irregular changes such as convergence or pergence of light through the microstructure will occur, and the imaging cannot be converged within the acceptable imaging signal range of the human eye, so as to reduce the contrast of retinal imaging, so that the eyeball will no longer grow in order to obtain the maximum contrast, and the effect of inhibiting the progression of Також можна досягти короткозорості. Тому в цьому документі розробляє об'єктив мікроструктури на поверхневому масиві на основі принципу контрасту. Мікролени використовуються для розсіювання падаючого світла, щоб зменшити стимуляцію падаючого світла на периферії сітківки, зменшити контраст сітківки та досягти ефекту пригнічення росту осі оки.
3. Дизайн об'єктива окулярів
3.1 Макет мікроструктури та визначення параметрів проектування
Для того, щоб забезпечити стабільність динамічної візуальної якості та переконатися, що кількість мікрокензи у зіниці не сильно зміниться зі зміною положення об'єктива глядачів, цей документ вибирає область масиву тісного розташування мікроструктури, тобто мікроструктури, що працює на основі регулярного шестигранного, а потім мікроструктури Розташований [11]. Мікроструктурний масив розподіляється поза центральною порожньою областю передньої поверхні материнського об'єктива, а діаметр центральної порожньої області становить 6м. Для того, щоб полегшити обговорення встановлення прямокутної системи координат, оптичний центр передньої поверхні материнського об'єктива приймається як походження. Два напрямки вздовж радіального напрямку материнської лінзи-це осі x та y-осі тривимірної системи координат, а осі Z тривимірної системи координат знаходиться вздовж напрямку оптичної осі. Площа управління діаметром близько 25 мм додається на передню поверхню об'єктива матері. Отриманий передній вигляд об'єктива видовища показаний на малюнку. 1, і звичайна шестикутна сітка контрольної області показана на малюнку. 1. Для того, щоб зробити максимальне поле зору поза осі, повністю покрити звичайну шестикутну сітку, і зробити вибраного діаметра зіниці людського ока в діапазоні 2 ~ 3 мм із відносно хорошими умовами освітлення, зіниці діаметра міопічної моделі вибирають як 2,8 мм, а повне поле зору-33 ⁰. Три поля зору встановлюються на 0 ⁰, 8 ⁰ та 16,5 ⁰ відповідно, а довжина хвилі, що використовується в системі об'єктива, становить 550 нм.
Малюнок 1. Вид переднього окуляра лінз.
3.2 Розрахунок параметрів материнської лінзи та побудова міопійської моделі очей
Відповідно до вимог технології обробки, діаметр об'єктива D встановлюється на 60 мм, центральна товщина об'єктива становить 1,3 мм, а форма - сферична об'єктива меніска, яку згодом називають матір'ю. Індекс заломлення вибраного об'єктива смоли становить 1,56, а число абатів - 32. Відповідно до ступеня міопії - 3 d, вогнищева потужність передньої поверхні лінзи матері встановлюється на 2D, а фокусна сила задньої поверхні - 5 d. Таким чином, можна обчислити радіус кривизни передньої та задньої поверхні материнської лінзи.
Стандартне модель Liou було використано як початкову структуру короткозорого модельного ока. Матері -об'єктив, що відповідає корекції міопічної аметропії, було вставлено перед стандартним оком моделі Liou. Відстань від верхівки задньої поверхні об'єктива до верхівки передньої поверхні рогівки становила 12 мм. Діаметр зіниці, довжина хвилі та поле зору системи були встановлені відповідно до визначених параметрів системи. Товщина склоподібної сили стандартного ока моделі LIOU була використана як змінна для оптимізації модельного ока, що відповідає міопічній формі.
3.3 Моделювання лінз окулярів
In order to calculate the optical structure parameters of the saddle surface, the vertex vector height of the parabola with downward opening is set to 1μm ( the vertex vector height of the parabola is defined as the distance between its vertex and the intersection point of the vertex normal line and the front surface of the mother lens ), and the maximum vector height of the parabola with upward opening is 2, 4, 6, 8, 10μm відповідно (максимальна висота вектора параболи визначається як максимальна відстань між усіма точками параболи та точкою перетину вершинної нормальної лінії та передньою поверхнею об'єктива матері), а потім радіус кривизни двох параболасів об'єднується шляхом поєднання радіусу вихованця фронту материнського об'єктива та радіального діаметра міклоленів. Параметри оптичної структури Microlens Saddle показані в таблиці 1. Положення кожного мікролени можна обчислити відповідно до параметрів оптичної структури та макета масиву мікроструктури, а також специфічні умови, що нормальна вершина мікроленів вказує на центру кривизни передньої поверхні лінзи матері. Мікролени додаються на передню поверхню материнського об'єктива в Zemax для завершення моделювання об'єктива.
Таблиця 1. Максимальна висота вектора - 2 мкм оптичні структурні параметри мікрокенси поверхні сідла
3.4 Моделювання зображень
Дані короткозорого модельного ока додаються до режиму послідовності Zemax, а компонент не послідовності вставляється перед модельним оком. Розроблений об'єктив масиву мікроструктури розміщується в компоненті не послідовності для оптичного моделювання системи об'єктива. Сточна схема сітківки людини та її передня і задня діапазон 1000 мкм показана на малюнку.2. Оскільки, лише все світло максимального позаоСісного поля зору проходить через мікролени в трьох полях перегляду окулярів масиву мікроленів, дані радіуса дифузного місця з вищевказаними п’ятьма максимальними висотами векторів у полі зору витягуються та підсумовуються в таблиці 2. розбирається, як показано на малюнку.3.
Таблиця 2. Дифузний радіус плями сідла поверхневих окулярів мікроструктури під максимальним полем зору поза осі.
e. H=10μm
Малюнок 2. Діаграма стовпців OFF фокусування системи очей лінзи, що відповідає мікроструктурі поверхні сідла.
Малюнок 3. Середні значення MTF у двох напрямках.
4. Обговоріть
З малюнка.2 видно, що світло через масив мікроленів утворює розмиту дисперсійне місце у прийнятному діапазоні сигналу зображення людського ока і не може сходитися в діапазоні дефокуса 1000 мкм до і після сітківки, так що світло через мікроструктуру не стимулює регулювання очей або адаптивну функцію у формі дефокусного сигналу. У той же час, через рисунок 3 можна спостерігати, що крива MTF максимального поля зору виїзду швидко зменшується, що також підтверджує, що масив мікроленів зменшить контраст зображення сітківки, так що очне яблука більше не зросте, щоб отримати максимальний контраст і досягти впливу гальмівної росту осі оки. Аналізуючи таблицю 2, видно, що коли висота вектора вершин мікроленів сідла є постійною, а максимальна висота вектора поступово збільшується, місце дисперсії в максимальному поле зору поза осі збільшиться, і відповідний контраст також зменшиться.
It can also be observed from Figure.3 that in the maximum off-axis field of view, when the spatial frequency is in the range of 0~43lp/mm, the maximum vector height of the saddle microlens gradually increases, the average MTF of the lens-eye system will gradually decrease, and the average MTF in this spatial frequency range is greater than or equal to 0. 0 5, що досі знаходиться в області, що людське око може розрізняти і виявити [12]. Там просторова частота становить 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 15, 20, 25, 30, 40, 43LP/мм у діапазоні просторової частоти 0 ~ 43lp/мм. Середні дані MTF з максимальною висотою вектора 2,4,6,8 та 10 мкм наведені в таблиці 3.
Таблиця 3. Середні дані MTF про поверхневі мікрозиви з різними векторними висотами та частотами.
Для представлення впливу максимальної зміни висоти вектора мікроленів на контраст сітківки було проведено множинну нелінійну регресію на даних у таблиці 3 за допомогою програмного забезпечення SPSS. У просторовій частотній діапазоні 0 ~ 43LP/мм максимальна висота вектора H та просторова частота F Microlens поверхні сідла використовуються як незалежні змінні, а середнє значення MTF під кожним значенням висоти вектора використовується як залежна змінна для встановлення рівняння. Результати множинного нелінійного регресійного аналізу показані в таблиці 4.
Таблиця 4. Результати множинного нелінійного регресійного аналізу.
Виходячи з даних таблиці 4, емпірична формула максимальної висоти вектора мікроленів сідла та середня MTF на визначеній просторовій частоті:
Згідно з таблицею 4 та формулою (1), видно, що коефіцієнт кореляції кривої пристосування для фактичних даних дорівнює 0. 939, а значення більше, ніж 0. 9, що вказує на те, що ефект пристосування кривої кращий. У той же час, з емпіричної формули (1), видно, що коли просторова частота в діапазоні 0 ~ 43LP / мм вибирається, максимальна висота вектора поверхневих мікроленів вплине на середнє значення MTF на цій просторовій частоті. Коли максимальна висота вектора більша, середнє значення MTF менше, тобто контраст сітківки нижчий. Можна побачити, що в межах максимальної осі польоту в цьому діапазоні частот максимальна висота вектора має нелінійну негативну кореляцію із середнім значенням MTF на певній просторовій частоті, тобто під максимальною осією зору, максимальної висоти вектора мікрокенів має нелінійну негативну кореляцію з контрастною сіткою. Серед них у діапазоні частот 0 ~ 15LP/мм MTF зменшується швидше, і в той же час MTF повільно зменшується. Кількісна залежність між структурними параметрами Microlens Saddle та середнім значенням MTF дає основу для кращого проектування окулярів на основі зниження контрасту для поліпшення ефекту профілактики та контролю за короткозорістю, і може забезпечити нові функціональні продукти профілактики та контролю за оптиметриками.
Для порівняння ефектів візуалізації лінз сідла та сферичної мікроструктури в умовах швидкості проходження світла, лінзи масиву мікроструктури сідла з вершинною висотою вектора 0. У межах максимальної осі поля зору та визначеної просторової частоти (10 л / мм) їх порівнюють із середнім значенням MTF дзеркала матері. Результати аналізу показані в таблиці 5. Можна виявити, що в моделюванні двох окулярів світло не все досягає площини зображення, а втрату світла сферичних окулярів масиву мікроструктури більші; По -друге, порівняно з материнською лінзою, середній МТФ двох окулярів значно знижується, а середній МТФ поверхні сідла нижчий, ніж у сферичної поверхні. Це свідчить про те, що у випадку відносно невеликої втрати світла поверхня сідла краща, ніж сферична поверхня, зменшуючи контраст сітківки, що сприяє гальмуванню росту осі очей.
Таблиця 5. MTF та швидкість проходження світла системи об'єктива.
5. Висновок
Окуляри масиву мікроструктури у формі сідла, засновані на контрастному принципі, використовуйте мікролени для розсіювання падаючого світла, тим самим зменшуючи стимуляцію падаючого світла до периферії сітківки і значно зменшуючи контраст сітківки. At the same time, by quantifying the relationship between the microstructure parameters of the saddle surface and the contrast signal, it is found that under the maximum off-axis field of view, when a certain frequency is selected in the spatial frequency range of 0~43lp/mm, the maximum vector height of the microlens and the MTF average value of the mirror-eye system show a nonlinear negative correlation relationship, Тобто за такої умови максимальна висота вектора мікроленів та контраст візуалізації сітківки демонструють нелінійне негативне співвідношення. Ця кількісна взаємозв'язок дає основу для розробки більш точного контролю проти контрастного регулювання короткозорості та контрольних окулярів, і можна забезпечити окулістів новими та кращими функціональними продуктами профілактики та контролю. Порівнюючи зі сферичною мікроструктурою в умовах низької втрати освітлення, встановлено, що мікроструктура поверхні сідла є більш значущим при ослабленні контрасту сітківки, що корисніше уповільнити розвиток короткозорості.
Посилання
[1] Світовий візуальний звіт. Женева: Всесвітня організація охорони здоров'я. 2 0 20, ліцензійна угода: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Збро. шпильки Vol. 13254 132541 P -6
[2] Холден Ба та ін. Глобальна поширеність короткозорості та високої міопії та тимчасових тенденцій з 2000 по 2050 рік [j]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Морган Іг, Мацуй Ко, і SEM SM. Мопія [j]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ та ін. Втручання до повільного прогресування короткозорості у дітей [j]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Дослідження прогресу в механізмі регуляції сітківки за короткозорістю депривації форми [j]. Нещодавній просування в офтальмології, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D та ін. Кандидатні шляхи для сітківки до склеральної сигналізації при зростанні заломлення очей [j]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE та ін. Проживання IMI та бінокулярне бачення при розвитку та прогресуванні за короткозорістю [J]. Інвестуйте офтальмомол Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A та ін. Оптичні механізми, що регулюють емметропізацію та заломлювальну помилку: докази з моделей тварин [j]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Вплив фовеальної абляції на схему периферичних помилок заломлення у нормальних та невідомих мавпах-резусів (Macaca Mulatta) [J]. Розслідування офтальмології та візуальної науки, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS та ін. Інсайт від генів генів Opnilw у причину та профілактику короткозорості [j]. Гени (Базель), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo та ін. Мікроструктура окуляри та метод її проектування [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo застосував оптику [M] електронна промисловість Press, 2015: 579-581.