Dizajn naočala s aberacijom visokog reda i mipija defokusiranje koegzistiranja na temelju modela očiju

Hongliang Yaoa, Chunmei Zeng*A, B, Haomo Yuc

Aschool of Optoelectronic Science and Engineering, Sveučilište Soochow, br.1 Shizi Street, Suzhou 215006, Kina; BKEY Lab naprednih optičkih proizvodnih tehnologija provincije Jiangsu &

Ključni laboratorij modernih optičkih tehnologija Ministarstva obrazovanja u Kini, Sveučilište Soochow, Suzhou 215006, Kina; CSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Kina

* Dopisni autor: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

SAŽETAK

Posebno dizajnirane naočale okvira pokazale su sve značajnije performanse u prevenciji i kontroli miopije u kliničkim ispitivanjima. Međutim, javne studije o modulaciji aberacija visokog reda povezanih s okvirima naočala ostaju rijetke. Ovaj članak dizajnira leće za naočale s aberacijama visokog reda i miopskom defokusiranjem povezivanjem modela oka i naočala za okvir i simulira optički model naočala-oka za miopske bolesnike od 300 stupnjeva. Kad jedinica modulacije aberacije visokog reda nije postavljena za naočale, vrijednost defokusiranja smjera osi y na vidnom polje -14 stupnjeva koja odgovara promjeni vanjske površinske snage koja defokusira jedinicu mikrolena pod statičkim poljem, a defokusiranje je postavljeno na vanjsku površinu od 60-ak jedinica na površini, na MICHRO-u. -28. 5 stupnjeva ~ 28,5 stupnjeva (pri koracima od 1 stupnja). Ovaj je članak raspravljao o korelaciji između radijusa zakrivljenosti zakrivljenosti baznog luka u toričkoj mikrostrukturi Aberacijske jedinice visokog reda i aberacije visokog reda u dizajniranom naočalu pod statičkim promatranjem u us-smjeru. Utvrđene su odgovarajuće empirijske formule. Ovo će istraživanje pogodovati razvoju naočala za modulaciju aberacije visokog reda.Ključne riječi:Modulacija aberacije visokog reda, prevencija i kontrola miopija, model očiju, dizajn naočala

1. Uvod

Sustavno praćenje [1] pokazuje da se u posljednjih 15 godina stopa incidencije miopije u Istočnoj Aziji brzo povećala, a trend se sada širi na globalnoj razini. Stopa progresije mipija razlikuje se među različitim dobnim skupinama, kao što je prikazano na slici 1: Stopa progresije miopije u djece u dobi od 6 do 9 godina je -0. 50 do -1. 00 diopteri (d) {{13 do 31 {. Prosječno godišnje napredovanje miopije kod većine miopskih bolesnika s vremenom će se usporiti, a većina pojedinaca stabilizirala se prije 20. godine. Međunarodni institut za miopiju (IMI) izvijestio je 2019. godine da otprilike 87% djece koja pate od visoke miopije u dobi od 11 godina razvijaju miopiju u dobi od 7 ili mlađih ili više godina ili više godina. Stoga je rana prevencija miopije kod djece i adolescenata u školi ključno za smanjenje oštećenja vida u budućnosti.

Slika 1. refrakcijski pomak među miopskom djecom prema dobi [2].

Četvrta međunarodna konferencija o optici i obradi slika (ICOIP 2024), uredio Xiaotao Hao, Chuan Qin, Proc. od Spie Vol. 13254, 132541C © 2024 SPIE · 0277-786 x · doi: 10.1117/12.3039156

Proc. od Spie Vol. 13254 132541 c -1

Prethodna istraživanja o aberacijama visokog reda (HOA) ljudskog oka uglavnom su se usredotočila na to kako ih ispraviti (kao što su Suliman i ostali. Dizajn mekih kontaktnih leća u 2019. [3]), odnos između HOA-e i faktora povezanih s očima, konjanja konjura koji je prerastao kirurgije visokog reda i utjecaja na HES-a. Dokazi sugeriraju da su HOA -i značajno povezani s progresijom miopije i aksijalnim produženjem kod miopske djece ispravljene monofokalnim naočalama [7]. S obzirom na prednosti visoke popularnosti, niske cijene, neinvazivne prirode i jednostavne zamjene okvira naočala, istražujući njihov potencijal za usporavanje progresije miopije kod djece, a adolescenti predstavljaju jedinstvenu prednost. I naočale s više točaka dizajniranih naočala miopije: S središnjim područjem koje može ispraviti jasan vid, mikroleni su raspoređeni oko leće kako bi se stvorio periretinalna miopija defokusiranje, čime je odgađao napredak miopije, ova je tehnologija uspješno komercijalizirana. Daleko, ova studija pokušava dizajnirati leće naočala koje mogu modulirati aberacije visokog reda na temelju miopskog defokusiranja.

2. Metodologija

2.1 Model očiju
Temelj studije uključivao je simulaciju osnovnog oka pomoću softvera za optički dizajn Zemax. Osnovno oko je modificirano na temelju Liou Eye Model [8], sa strukturnim parametrima detaljnim u tablici 1. Model oka dizajniran je s aksijalnom duljinom od 23,97 mm i promjerom zjenice od 4 mm. Da bismo pojednostavili analizu, nismo pretpostavili da nije naklonost ili ekscentričnost kod učenika.

Tablica 1. Strukturni parametri modela očiju.

Prednja površina leće prednja i virtualna površina temelji se na standardnoj površini, a indeks refrakcije n medija može se slobodno definirati, kao što je prikazano u formuli (1).

U tablici 1, grad A na prednjoj površini leće odgovara n 0=1. 368, nr 2=-1. 978*10-3, nr 4=0, nr {7}}, nz {}. nz 2=-1. 5427*10-2, nz 3=0; Grad B na virtualnoj površini odgovara n 0=1. 407, nr 2=-1. 978*10-3, nr 4=0, nr 6=0, nz {}}, nz}, nz}, nz {, nz {, {, {, {}}} {}} {}} {}} {}} {} {}} {}} {} {, {}} {}} {}} {}} {} {, nz {}}, nz 3=0.

2.2 Aberacija ljudskih očiju vala
U optometriji, prvih 6 reda zernike polinoma uglavnom se koriste za predstavljanje aberacije ljudskog oka valne fronte. Aberacije valnih fronta koje je odredilo Optičko društvo Amerike (OSA) [9] odgovaraju standardnim koeficijentima Zernike u Zemax softveru, kako je navedeno u tablici 2., ovaj pristup omogućava precizan i standardizirani prikaz očnih aberacija, olakšavajući precizniju simulaciju i analizu.

Tablica 2. Značenje Zernike standardnog koeficijenta aberacije u Zemaxu.

3. Modeli i podaci
(Područje korekcije vida) može ispraviti sferne i cilindrične refrakcijske pogreške tipične za bolesnike s miopijom. Dizajniran je prema pacijentovom receptu naočala; 2, jedinica miopija defokusira (distribuirana s nekoliko konveksnih sfernih mikrolena raspoređenih u kružnom nizu), što proizvodi određeni stupanj miopije defokusiranje; 3, jedinica modulacije aberacije visokog reda sastoji se od nekoliko struktura prstena uključenih u regulaciju HOA ljudskog oka. Shematski dijagram vanjske površine leće naočala prikazan je na slici 2 (a), s brojem zavoja i redoslijedom pojasa koji se povećava od središta leće do ruba; Odnos rasporeda tri optičke jedinice prikazan je na slici 2 (b), gdje R predstavlja radijalnu udaljenost, koja se nalazi u ravnini XOY; Jedinice miopske defokusiranja ravnomjerno su raspoređene na opsegu, a intervali distribucije na istoj radijalnoj udaljenosti predstavljeni su duljinom luka jedinice. Postavljanje duljine jediničnog luka može kontrolirati broj jedinica na svakom prstenu jediničnih mikrolena. Dužina jediničnog luka, razmak prstena D, promjer D2 defokusirane jedinice mikrolena i radijalna širina D3 pojasa prstena zajedno određuju gustoću mikrostrukture na objektivu naočala.

Slika 2. (a: lijevo) shematski dijagram leća naočala; (B: desno) Shematski dijagram triju jedinica u ravnini XOY.

Korak1: Pod pretpostavkom da je recept miopskog pacijenta sferni diopter (3 d) i cilindrični diopter (0 d), pacijentov rast miopije očituje se samo kao aksijalna miopija. Na temelju toga dizajniran je miopični model očiju, koji se idealno može upotrijebiti promjene u duljini staklaste šupljine kako bi odražavale promjene u stupnju miopije u modelu oka. Prema receptu, jedno fokus lijevo negativno leće zamišljen je kao primarna zrcalna jedinica, s sfernim unutarnjim i vanjskim površinama. Promjer ogledala majke je 60 mm, s odabranom srednjom debljinom od 1,3 mm; Materijal majke zrcala je polikarbonat (PC), s indeksom loma od 1,56, abbe brojem 37, a specifična težina od 1,23 g/cm3. Sveobuhvatni strukturni parametri sažeti su u tablici 3.

Tablica 3. Strukturni parametri Majčine zrcalne jedinice.

U Zemaxu je tip otvora bio postavljen na plutajuću veličina otvora s promjerom zjenice od 4 mm, a tip nožnog prsta postavljen je na jednoliku; Postavite tri polja gledišta (FOV) i prilagodili svoje utege u skladu s tim: 0 stupanj fov u us-smjeru dobio je težinu od 1, 1 0 stupanj je težina 0. 2, a 14 stupnjeva {{{{10}. Pod svijetlim vidom, valna duljina je prihvatila jednu valnu duljinu od 0,555 µM. Ostali podaci temeljili su se na osnovnim podacima modela očiju u tablici 1. debljina staklastog modela oka tretirana je kao varijabla, a majčina leća postavljena je 12 mm ispred vrha rožnice kako bi se optimizirala optički model naočala. Ova konfiguracija rezultirala je duljinom tijela od stakla od približno 17,306 mm i ukupnom aksijalnom duljinom oka od 25,036 mm.

Korak2: Odabir FOV-a usklađenosti od 14 stupnjeva kao glavni smjer zraka za naknadni dizajn optičke jedinice, s istim materijalom kao i Matična zrcalna jedinica. U početku je bilo potrebno odrediti koordinatu usmjerenja Y kada se glavna svjetlost izvan vidne osi presijeca s vanjskom površinom primarnog ogledala, kako bi se odredila radijalna udaljenost kada je normalna vrhnja prve mikrostrukture u usmjeravanju prvog kruga mikrolena u mihopskom defokusnom jedinici presijecana s navijačkom zrcalnom jedinicom zrcala na vanjskoj magistarskom zrcalu; Zatim je utvrdio otvor vidnog polja na vanjskoj površini majčinog ogledala, kako je prikazano na lokalno proširenoj slici na slici 3. koristeći operand Reay i Reaz u Zemaxu, u kombinaciji s normaliziranim postavkama FOV i normaliziranim zjenicama, bila je 3.81 0}}}}}}}, 2 mm, Prema pitagorejskom teoremu, otvor zrake prolazio je kroz usmjeravanje Y izvan osi na {-14 stupnju na vanjskoj površini majčinog ogledala bio je približno 4,3186 mm.

Slika 3. Djelomični shematski dijagram vidnog polja Off Ofs Mather Mirror za prijenos svjetlosti.

Pozicijski odnos između mikrolena prvog kruga jedinice miopija defokus i vanjske površine majčinog ogledala u ravnini yoz u smjeru y može se prikazati na slici 4. Polumjer zakrivljenosti na vanjskoj površini majčinog ogledala označen je kao R1, zakrivljenost je u jedinici Vanjke, a mikroleni u jedinici defokudirane kao R2, mikrokusova u jedinici, mikrokusova u jedinici, mikrokusova u jedinici, mikrokusova u jedinici, mikrokusova u jedinici, mikrokusova je kao R2, mikrokusova u jedinicu mikrokusova kao mikrokusnog u jedinskom licu. Vertex mikro objektiva do vanjske površine majčinog ogledala označena je kao G2. Središnji položaj mikrolena može se odrediti duljinom F2 i kutom rotacije 𝜃, koji se može izračunati pomoću sljedeće formule:

Slika 4. Djelomični shematski dijagram vidnog polja Off Ofs Mother Mirror za prijenos svjetlosti.

Postavite površinski oblik mikrolena defokusiranja kao sferični (OPICA STRANOST od 6 d i promjer od 2 mm), a radijalna udaljenost prvog kruga mikrostrukture je 3,802 mm; Početni površinski oblik vanjske površine mikrostrukture modulacije visokog reda mikrostrukture prstena postavljen je kao Toric s osnovnom lučnom snagom od 4 d i radijalnom PROC -om. od Spie Vol. 13254 132541 c -5 Širina od 1,5 mm (D3). Načelo izračuna središnjeg položaja osnovnog luka Yoz ravnine Toric isti je kao formula (2) do (4). Središnji položaj osnovnog luka može se odrediti duljinom F3 i kutom rotacije 𝜃. s polumjerom zakrivljenosti (R3) i visinom vektora (G3) iz vrha baznog luka na vanjskoj površini do vanjske površine majčinog ogledala. G 2=3. 572 µM, G 3=1. 004 µM, interval između susjednih traka prstena postavljen je kao 3,8 mm, leće naočala postavljene su sa 6 prstenova i duljine jediničnog luka od 4 mm. Referentni podaci za položaj mikrostrukture bili su detaljno opisani u tablici 4.

Korak 3: Korištenje 3D CAD softvera SolidWorks, dovršio je modeliranje početnih leća naočala. Glavni i lijevi prikazi prikazani su na slici 5, a promjer središnjeg područja korekcije vida početne strukturne matične leće iznosi oko 5,604 mm.

Tablica 4. Podaci položaja mikrostrukture poprečnog presjeka YOZ.

Slika 5. Početna struktura leća naočala - Prethodni i lijevi prikazi.

4. Rezultati i analiza

Istraživanje optičkih performansi leće naočala, u početku s samo majčinom lećom, otkrilo je da je vrijednost defokusiranja u smjeru osi y pri -14 stupnju unutar statičkog vidnog polja modela naočala 0. S obzirom na to da je snaga vanjske površine majčinog ogledala 2 d, odlučili smo istražiti niz optičkih moći za vanjsku površinu miopske jedinice za defokusiranje između 4 do 10 d, povećavajući se u 1 d koracima, bez uključivanja jedinice modulacije aberacije visokog reda. Promatrana situacija s defokusiranjem sažeta je u tablici 5. Podaci koji se odnose na Z4 defokusiranje pokazali su linearni odnos, omogućujući nam da koristimo formulu (5) za procjenu defokusiranja valnog fronta pod različitim silama vanjske površine miopske defokus jedinice u polju statičkog promatranja {-14. Ovdje je optička vrijednost snage X vanjske površine jedinice miopske jedinice za defokus služila kao neovisna varijabla, dok je odgovarajuća vrijednost Z4 defokus djelovala kao ovisna varijabla.

Tablica 5. statičko vidno polje Axis -14 Vidno polje DEFECUS DEFOCUS PODACI S PROMJENAM OPTIČKE SNAGE.

Postavite vanjsku površinsku snagu mikrolena Defocus jedinice na 6 d, bez postavljanja jedinice modulacije aberacije visokog reda. Varijacija defokusiranja statičkog vertikalnog vidnog polja od -28}. 5 stupnjeva do 28,5 stupnjeva, s veličinom koraka od 1 stupnjeva, kako je prikazano na slici 6. Okomita os koordinata je količina defokusa u obliku aberacije valne fronte. U ovom članku, pozitivna vrijednost Z4 ukazuje na to da se iznos defokusiranja nalazi ispred mrežnice, dok negativna vrijednost Z4 ukazuje da je količina defokusa postavljena iza mrežnice. Zbog simetrije rasporeda leća, raspodjela defokusiranja u vidnom vidnom polju otprilike je simetrična, dok je situacija defokusiranja u horizontalnom vidnom polju slična.

Slika 6. Statičko vertikalno vidno polje DEFFOCUS Promjena karte.

Početna struktura matične zrcale i miopijske defokusirane jedinice ostala je nepromijenjena, održavajući radijalnu širinu toroidne površinske mikrostrukture jedinice za modulaciju višeg reda aberacije i polumjer baznog luka za zakrivljenost Toric-a. To je imalo za cilj analizirati odnos između radijusa zakrivljenosti baznog luka R3 i količine aberacije višeg reda prilikom promatranja polja Y-smjera -14 na statici.

Studija je odabrala ukupno 9 podatkovnih točaka, uključujući sile krivulje osnovne krivulje od 3,7 d, 4 d, 4,5 d, 5 d, 5,5 d, 6 d, 7 d, 8 d i 9 d, kako bi se osiguralo glatko smanjenje izračunatog polumjera zakrivljenosti. Kad je snaga osnovne krivulje bila 10 d, najviša točka na vanjskoj površini defokusirane jedinice mikrolena je niža od one mikrostrukture modulacije aberacijske jedinice visokog reda, koja nije bila u skladu s modeliranjem.

Zabilježeni su zernike standardni koeficijentni koeficijent vrijednosti objektiva samo matičnim zrcalom i defokus jedinice mikrolena u Y-smjeru na -14 stupnju FOV. RMS vrijednosti aberacije valne fronte za središte mase u Zemaxu uklanjaju učinke pomaka i nagiba. Eliminirajući ih, RMS (korijenski srednji kvadrat) HOA -e oka u ovom polju može se utvrditi da je 0. 932937 λ (0. 555 µm), održavan na šest decimalnih mjesta. Zabilježeno nekoliko komponenti aberacije visokog reda koje mogu biti uključene u odgađanje miopije, s početnom vrijednošću označenom kao Zi 0, gdje predstavljam redoslijed rangiranja koeficijenata standardnog termina Zernike u Zemaxu. Vertikalna coma z7 0 bila je {-0. 141717 λ, horizontalna coma z8 0 bila je 0. {36}}} λ λ} z90 {{15 Je li 0 λ, sferična aberacija Z110 bila je {-0. 454283 λ, horizontalni sekundarni astigmatizam Z120 bio je -0. 005588 λ {{{{{{je bio zgrad "bio horizont, sekundal λ, vertikalna coma drugog reda z170 bila je -0. 008084 λ, sekundarna sferna aberacija Z220 bila je 0,362791 λ.

Modeliranje leća naočala s različitim radijusima zakrivljenosti baznog luka za jedinice modulacije aberacije višeg reda i bilježenje podataka o aberaciji višeg reda u us-smjeru na -14 stupnjeva tijekom statičkog promatranja u optičkom sustavu naočala-oka, kao što je prikazano u Modulaciji, što je upletena u MICHRUCTURURUSTURUJU ISPISENJE (Zi-Zi 0). Regresijska analiza podataka otkrila je da je radijus zakrivljenosti baznog luka R3 toroidne površine bio povezan s vertikalnom komom, nagnutom trojkom, sfernom aberacijom, horizontalnom sekundarnom astigmatizmom, vertikalnom kumom drugog reda, sekundarnom sfernom aberacijom i ukupnom aberacijom visokog reda. Na slici 7 prikazana je raspodjela raspršivanja i regresijske linije šest koraka aberacije visokog reda i R3, gdje naginjeni povećanje trojke i sferne aberacije imaju linearni odnos s radijusom zakrivljenosti baznog luka, a prirast se smanjuje s povećanjem bazanog luka. Vertikalni priraštaj koma, horizontalni sekundarni priraštaj astigmatizma, vertikalni priraštaj coma drugog reda, sekundarni priraštaj sferne aberacije i ukupni priraštaj aberacije visokog reda nelinearno su povezani s R3. Empirijska formula može se vidjeti iz jednadžbi (6) ~ (12). Ne postoji značajna povezanost između horizontalne kome, horizontalne trojke, nagnutog sekundarnog astigmatizma, horizontalne kuma drugog reda i polumjera zakrivljenosti R3. Može se zamisliti da sposobnost moduliranja specifičnih aberacija preciznim podešavanjem zakrivljenosti mikrostrukture naglašava potencijal za stvaranje učinkovitijih i prilagođenih leća naočala za upravljanje miopijom.

Tablica 6. Statičko promatranje na Y-smjeru -14 stupnjeva vidno polje standardnih podataka o aberaciji visokog reda.

Slika 7. Raspršivanje ploha i regresijskih linija djelomičnih koraka aberacije visokog reda kao funkcije polumjera zakrivljenosti temeljnog luka.

Uspostavio je povezanost polumjera zakrivljenosti R3 baznog luka i aberacije valne fronte izražene standardnim polinomom Zernike (odnose se na sliku 7). Raspon R3 je između 62.222222 mm i 151.351351 mm, empirijska formula bila je sljedeća:

U jednadžbi, predstavlja koeficijent prosudbe jednadžbe regresije, a što je njegova vrijednost na 1, to je veći stupanj uklapanja jednadžbe.

5. Zaključci

Ovaj rad ima za cilj istražiti modulaciju aberacija visokog reda u dizajniranim naočalama i njihov utjecaj na miopsko defokusiranje. Predlaže dizajn koji povezuje model očiju i naočale za okvir kako bi simulirao optički model za miopske bolesnike 300-. Studija istražuje korelaciju između radijusa zakrivljenosti zakrivljenosti baznog luka je jedinice za modulaciju aberacije visokog reda toric mikrostrukture i aberacije visokog reda pod statičkim promatranjem. Ovo istraživanje doprinosi razvoju čaša modulacije aberacije visokog reda, pružajući vrijedan uvid u prevenciju i kontrolu miopije.

Reference

[3] Suliman A, Rubin A. Corrigendum: Pregled aberacija višeg reda ljudskog oka. Afrički vid i zdravlje očiju. 2019, 78 (1).

[4] Rebika D, Divya S, Murugesan V, et al. Biomehanička svojstva rožnice i očne aberacije u miopskim očima. Indijski časopis za oftalmologiju. 2023. prosinca 15.

[5] Hassan H, Shima M, Alireza J i sur. Povezanost između očne biometrijske komponente i aberacija rožnice. Klinička eksperimentalna optometrija. 2023. listopad 16., 1-7.

[6] KJL, JSV, SIN-WAN C, et al. Utjecaj faktora kompresije ortokeratologije na aberacije očnog višeg reda. Klinička eksperimentalna optometrija. 2020,103 (1), 123-128.

[7] Hiraoka Takahiro, Kotsuka Junko, Kakita Tetsuhiko, Okamoto Fumiki, Oshika Tetsuro. Odnos između aberacije valnih fronta višeg reda i prirodnog napredovanja miopije kod školskih djece. Znanstvena izvješća. 2017, 7 (1).

[8] Liou HL, Brennan N A. Anatomski točan. Oko konačnog modela za optičko modeliranje. OPT Soc AM A A OPT SLIKA SCI VIS. 1997. kolovoza, 14. (8), 1684-95.

[9] Ophtalmičke metode za izvještavanje o optičkim aberacijama očiju. Ansi. Z80. 28-2017, 2017-08-21.