Dizajn leće za ispravljanje aberacija visokog reda personaliziranog ljudskog 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, Kina;

BKEY laboratorij naprednih optičkih proizvodnih tehnologija provincije Jiangsu i ključnog laboratorija 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

Aberacija visokog reda ljudskog oka je faktor koji se ne može zanemariti u vizualnoj korekciji. Dizajn leće koji može ispraviti aberaciju visokog reda može smanjiti negativan utjecaj na ljudsko oko i poboljšati vizualnu kvalitetu. U ovom radu, softver za optički dizajn Zemax koristi se za izgradnju personaliziranog modela očiju na temelju liou oka i izmjerenih podataka o očima. Detaljni postupak optimizacije daje se prilikom uklanjanja aberacije valne fronte, tako da je aberacija ciljanog ljudskog oka i stvarno ljudsko oko obično dosljedno. Izgrađeni personalizirani model očiju ima iste optičke karakteristike kao i stvarno ljudsko oko. Na temelju personaliziranog modela očiju, asferična leća dizajnirana je za ispravljanje aberacija visokog reda. Nakon korekcije, smanjene su aberacije visokog reda ciljanog oka, a PV aberacija valne fronte smanjuje se za 52,05%, RMS se smanjuje za 59,64%. U međuvremenu, MTF tangencijalnog i sagitalnog smjera porastao je za 180%, odnosno 135% u 100 ciklusa\/mm.

Ključne riječi:Aberacije visokog reda, korekcija, personalizirani model očiju, asferična leća

1. Uvod

Ljudsko oko je relativno složen optički sustav, uključujući sposobnost refrakcije i difrakcijsku granicu optičkog sustava ljudskog oka, veličinu zjenice, veličinu retinalnih stanica fotoreceptora i različite vrste aberacije ljudskog oka, što će utjecati na njegovu kvalitetu snimanja1. Da bi stekli dobro vizualno iskustvo, ljudi su dugo godina istraživali i proučavali, među kojima je korekcija aberacije ljudskih očiju važno polje na koje su znanstvenici obraćali pažnju i uložili napore. Uz aberacije niskog reda predstavljene defokusiranjem i astigmatizmom, postoje i aberacije visokog reda kao što su sferna aberacija, aberacija kome i niz nepravilnih aberacija visokog reda u ljudskom oku 2-5. Ove aberacije visokog reda donijet će probleme kao što su smanjena oštrina vida, smanjena osjetljivost na kontrast i BLARE6. Zbog toga, čak i nakon ispravljanja tradicionalnih problema s refrakcijom, pacijentima i dalje nedostaje ukupna vizualna jasnoća. Stoga je aberacija visokog reda ljudskog oka faktor koji se ne može zanemariti u korekciji.

Dugo se vrijeme korekcija vida ljudi uglavnom fokusira na uporabu sfernog ogledala za ispravljanje defokusiranja i astigmatizma tradicionalnih problema s lomljenjem. Ispravljanje aberacija višeg reda u ljudskom oku nije bilo moguće do 1990-ih, kada je napravljen proboj u tehnici preciznog mjerenja aberacija valne fronte. Godine 2008, Ophthonix, američka tvrtka, financirala je istraživanje i razvoj naočala Izon Frame7, što je poboljšalo vid mjerenjem aberacije ljudskog oka reda 2-6, a zatim je postavljao ispravljeni diopter s optimiziranim ogledalom sferom. Iako ova metoda uvodi tehnologiju aberacije valne fronte, ona ne uzima u obzir učinak aberacije visokog reda na samu viziju. U 2012., Li Rui i sur. Koristite asferičnu površinu za dizajniranje naočala koje bi mogle ispraviti aberacije ljudskih očiju visokog reda. Istraživanje je pokazalo da je korekcija asferične leće bila najučinkovitija za oči s velikim astigmatizmom i sfernom aberacijom. Međutim, ako su aberacije kome i djeteline velike, učinak korekcije asferične leće nije očit.

U ovom radu, na temelju liou modela oka, kombinirajući izmjerenu prednju i stražnju površinu rožnice oka, aksijalni razmak svakog dijela oka i podaci o aberaciji ljudske valne fronte, uspostavljen je personalizirani model očiju. U

Osim toga, dani su detaljni koraci za uklapanje podataka o aberaciji ljudske valne fronte, koji nisu zabilježeni u prethodnoj literaturi. Zatim, na temelju ovog personaliziranog modela očiju, asferične naočale su optimizirane kako bi se smanjile negativne učinke aberacija visokog reda na ljudske oči i poboljšale vizualnu kvalitetu. Svi gore navedeni sadržaji simulirani su softverom za optički dizajn Zemax.

2. Otpornost modela očiju

2.1 Uspostavljanje osnovnog modela očiju

Prije uspostavljanja personaliziranog modela očiju, prvo bismo trebali uspostaviti osnovni model očiju, čiji su početni strukturni parametri odabrani Liou Eye Model9, koji je vrlo sličan optičkoj strukturi i fiziološkoj strukturi ljudskih očiju. Studije su pokazale da je10,11, promjena polumjera zakrivljenosti kristalne leće u GALLSTRAND-LE Grand Eye Model u skladu s podešavanjem ljudske kristalne leće, tako da se na prednjoj površini leće može dodati tanka leća. Polumjer zakrivljenosti i četverostruki koeficijent prednje i stražnje površine kristalne leće odabrani su iz modela očiju Liou. Odabrana je vrijednost indeksa refrakcije GALLSTRAND-LE Grand Eye Model. Specifični parametri osnovnog modela očiju prikazani su u tablici 1, a slika 1 je shematski dijagram osnovnog modela oka.

Tablica 1 Osnovni parametri modela očiju

Slika 1 Struktura osnovnog modela očiju

Allegro OcUlyzer Analyzer prednjeg segmenta koristi se za mjerenje topografske karte rožnice stvarnih ljudskih očiju, a debljina rožnice je 0. 462 mm, referentni polumjer sferne zakrivljenosti prednje površine rožnice je 8,45 mm, a referentni sferni zakrivljenik stražnjeg dijela. Izgled instrumenta prikazan je na slici 2.

Slika 2 Allegro Oculyzer Analizator prednjeg segmenta

Aksijalna duljina između refrakcijskih površina oka mjeri se Suoer Ophtalmičkim optičkim biometrijskim SW -9000, kao što je prikazano na slici 3. Izmjereni rezultati uključuju debljinu rožnice, dubinu prednje komore, debljinu kristalne leće i dubinu stakla. Prosjek podataka uzima se 5 puta, kao što je prikazano u tablici 2.

Slika 3 Suoer Ophtalmička optička biometrija SW -9000

Tablica 2 Aksijalna duljina između refrakcijskih površina oka

gdjer je koordinata radijalne zrake u jedinici duljine leće,N Je li zernike koeficijent u nizu,A_i Je li koeficijent polinoma Ith Zernike Edge,ρ je normalizirana koordinata radijalne zrake,φ je koordinata zrake izražena kutom.

Postavili smo koeficijent zenick obruba a_i Na površini sag-a Zernike kao varijabla za optimizaciju za dijeljenje astigmatizma i aberacije visokog reda. Kako bismo osigurali nesmetani napredak optimizacije, prihvatili smo strategiju optimizacije ugradnje aberacija niskog reda prvo, a zatim aberacije visokog reda: prvo, aberacije niskog reda (c 3- c5) ugrađene su u model oka, tada aberacija (C7, C8), ugradnju Clover-a i C9) i četvorku C9, C9, C9, C9, C9, C9, C9, C9, C9, C8-LAAG (C7, C8), ugradnje Clover-a (C8), ugradnju Clover-a (C7, C8), ugradnju Clover-a (C7-LAAS. Astigmatizam (C11, C13). U ovom trenutku, neke početne količine daju se sfernim aberacijama (C12) i na kraju ugradnju sfernih aberacija (C12). Otkriveni podaci o aberaciji valne fronte (red 2-

4) RMS je 0. 8 0 31, a rezultat ugradnje je 0,8089. Stoga se konačni rezultat optimizacije gotovo pretvorio u ciljanu vrijednost, a učinkovito se uspostavlja potpuni personalizirani model oka.

Tablica 3 Aberacije valne fronte i njihov fizički značaj koje je potrebno ugraditi

Tablica 4 Optimizirani parametri leće smole

3.2 Rezultati i analiza

Početna aberacija ljudskog vala PV =7. 3457, RMS =1. 6661. Nakon korekcije, PV =3. 5225, RMS =0. 6725, prvi se smanjuje za 52,05%, a drugi se smanjuje za 59,64%, što je značajno poboljšanje. Tablica 5 prikazuje koeficijent Zernikea sustava nakon korekcije. U usporedbi s prije korekcije, može se vidjeti da se sve Zernike aberacije smanjuju, a tangencijalni i sagitalni MFT porasli za 180%, odnosno 135% pri 100 ciklusa\/mm. Slika 4 prikazuje usporedbu MTF -a prije i nakon optimizacije. Dokazano je da dizajnirana asferična leća može učinkovito smanjiti aberacije ljudskih očiju visokog reda i poboljšati vizualnu kvalitetu.

Tablica 5 Rezultat optimizacije

Slika 4 Usporedba MTF -a prije i nakon optimizacije

4.konkluzija

U ovom radu, softver za optički dizajn Zemax koristi se za izgradnju personaliziranog modela očiju na temelju liou oka i izmjerenih podataka. Osim toga, detaljan postupak optimizacije daje se prilikom uklapanja aberacija valne fronte, što simulacijski rezultati čini u skladu s stvarnim aberacijama ljudskih očiju. Korištenjem dobivenog personaliziranog modela očiju optimizirana je asferična leća, a leća sposobna ispraviti aberacije ljudskih očiju visokog reda. Rezultati dizajna smanjili su aberacije ljudskih očiju visokog reda, što se pokazalo korisnim za poboljšanje vizualne kvalitete ljudskih očiju i ima određenu referentnu vrijednost za ispravljanje aberacija ljudskih očiju visokog reda. Manjak ovog rada je u tome što ne uzima u obzir pogrešku uzrokovanu kretanjem ljudskih očiju u dizajnu, a također nema analiza izvedivosti obrade. Nadam se da ćemo nastaviti raspravu u budućem radu.

Reference

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Optički i retinalni čimbenici koji utječu na vizualnu rezoluciju. Časopis za fiziologiju, 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Koomen, M., Tousey, R., Sclnik, R. (1950) Sferna aberacija oka. Optometrija i znanost o viziji, 7: 370-376. doi: 10.1097\/00006324-195007000-00012.
3. Howland, HC, Howland B. (1977). Subjektivna metoda za mjerenje jednobojnih* aberacija oka. Časopis Optical Society of America, 11: 1508-1518. doi: 10.1364\/josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Učinak sfernih i drugih aberacija na modulacijski prijenos defokusiranog ljudskog oka. Ophtalmička i fiziološka optika, 6: 504-513. https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/j.a.
5. Wang, Y., Wang ZQ, Guo, HQ, Quan W. (2005). Učinak napredne aberacije ljudskog oka na vizualnu funkciju. Acta Optica, 11: 1519-1525. https:\/\/www.researching.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb ({7shushushudf.
6. Liang, J., Williams, DR, Miller, DT (1997). Supernormalna vizija i snimanje mrežnice visoke rezolucije putem adaptivne optike. Josa A, 11: 2884-2892. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fullText.cfm?uri ({4s.
7. Seiple, WH, Szlyk, JP (2008). Učinkovitost vida koju pruža sustav leća Izon® Spectacle. Pregled optometrije, 2. Https:\/\/chicagolighthouse.org\/wp-content\/uploads\/2015\/11\/ (((
8. Li, R., Wang, ZQ, Liu, YJ, MU, GG (2012) Metoda za dizajniranje asferičnih spektakla za korekciju aberacija visokog reda ljudskog oka. Science China Technological Sciences, 55: 1391–1401. 10.1007\/s 11431-012- 4762-4.
9. Liou, HL, Brennan, NA (1997). Anatomski točan, konačni model oka za optičko modeliranje. Josa A, 8: 1684-1695. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fullText.cfm?uri ({3s.
10. Garner, LF, Smith, G. (1997). Promjene u ekvivalentnom i gradijenskom indeksu loma kristalne leće s smještajem. Optometrija i znanost o viziji, 2: 114-119. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/abstract\/1997\/02000\/changes ({5} ten.
11. Koretz, JF, Cook, CA, Kaufman, PL (2002). Starenje ljudske leće: Promjene oblika leće po smještaju i uz gubitak smještaja. Josa a, 1: 144-151. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fullText.cfm?uri ({3s.