Dizajn naočala sa aberacijom visoke narudžbi i miopia koji su koegzistirani suživot na temelju modela očiju

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

Aschool optoelektronske nauke i inženjerstva, Satoochow University, br.1 Shizi ulica, Suzhou 215006, Kina; BKEY laboratorija naprednih optičkih tehnologija proizvodnje provincije Jiangsu &

Ključni laboratorij savremenim optičkim tehnologijama Ministarstva obrazovanja Kine, Satoochow univerzitet, Suzhou 215006, Kina; Csuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Kina

* Odgovarajući 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 visoke narudžbi povezane sa okvirima za naočare ostaju oskudni. Ovaj članak dizajnira leće za naočare sa visokim redoslijedom i miopnim defokusiranjem povezivanjem modela oka i naočala okvira i simulira optički model naočala-oko za 300 stepeni za mirovanje. Kada se modulacija aberara za aberaciju ne postavlja za naočare, postrojenje s defokurisanjem Y-os-a po vidu koji odgovaraju promjeni vanjske površine jedinice za uklanjanje objektivnog polja, a postrojenje jedinice za uklanjanje mikro objektiva postavljena je na 6 dioptri, sa statičkim vertikalnim poljem prikaza u rasponu od -28 5 stepen ~ 28,5 stepen (na koracima od 1 stepena). Ovaj je članak razgovarao o korelaciji između baznog lučnog radijusa za zakrivljenost visokog reda modulacione jedinice za modulaciju visoke narudžbi i aberacije visokog reda u dizajniranom naočalu pod statičkim promatranjem u smjeru Y. Uspostavljene su odgovarajuće empirijske formule. Ovo će istraživanje biti pogodno za razvoj modulacijskih naočala za aberaciju visokog reda.Ključne riječi:Modulacija aberacije visoke narudžbe, prevencija i kontrola mina, model očiju, naočale dizajn

1. Uvod

Sistematično praćenje studija [1] pokazuje da se u posljednjih 15 godina pojačala stopa miopije u Istočnoj Aziji brzo, trend se sada širi globalno. Stopa napredovanja Myopia varira između različitih starosnih grupa, kao što je prikazano na slici 1: Progresijska stopa miopije kod djece u dobi od 6 do 9 godina. 00 godišnje, dok su oni stariji od 10 godina izložili broj od -0. 75 d / godišnje. Prosječno godišnje napredovanje miopije u većini miopskih pacijenata usporit će se s vremenom, a većina pojedinaca stabilizira se prije 20. godine. Međunarodni institut za Myopia (IMI) izvijestio je da je oko 11 godina izložio miopiju u dobi od 7 godina ili je izložio miopijsku progresiju četiri godine ili više [2]. Stoga je rana prevencija miopije u školskom djeci i adolescentima ključna za smanjenje oštećenja vida u budućnosti.

Slika 1. Refraktivni pomak među manaškicom djece prema starosti [2].

Četvrta međunarodna konferencija o optici i obradi slike (IcoIP 2024), uredio Xiaotao Hao, Chuan Qin, Proc. SPIE Vol. 13254, 132541C © 2024 SPIE · 0277-786 X · Doi: 10.1117 / 12.3039156

Proc. SPIE Vol. 13254 132541 C -1

Prethodna istraživanja o aberacijama visokog reda (hoas) ljudskog oka uglavnom se fokusira na to kako ih ispraviti (poput Suliman i sur. Dizajn mekih kontaktnih sočiva u 2019. [3]), odnos između HOAS-a i oka za obnavljanje korneana pomoću aberacije na visokim redoslijedom, i utjecaj hoas-a na liječenje očnih bolesti [6]. Dokazi sugeriraju da su HOAS znatno povezani sa miopijom i aksijalnom izduženjem u miopskoj djeci korižene monofokalnim čašama [7]. S obzirom na prednosti visoke popularnosti, niske troškove, neinvazivne prirode i jednostavnu zamjenu naočala okvira, istražujući njihov potencijal za usporavanje miopijskog napredovanja kod djece i adolescenata predstavlja jedinstvenu prednost. I multi-točka miopijske defokusne naočale: sa središnjim područjem koji može ispraviti jasnu viziju, microlese su raspoređeni oko sočiva kako bi se proizvelo periretinalni miopijski defonus, odgađajući napredovanje miopije, ova tehnologija je uspješno komercijalizirana. Daleko, ova studija pokušava dizajnirati sočiva naočala koja mogu modulirati aberacije visoke narudžbi na temelju miopnog defokusiranja.

2. Metodologija

2.1 Model očiju
Fondacija studije uključivala je simuliranje osnovnog oka pomoću optičkog dizajnerskog softvera Zemax. Osnovno oko modificirano je na osnovu Liou Eye Model [8], sa strukturnim parametrima detaljnim u tablici 1. Model oka dizajniran je sa aksijalnom dužinom od 23,97 mm i prečnika učenika od 4 mm. Da bismo pojednostavili analizu, pretpostavljali smo da nema sklonosti ili ekscentričnosti na učeniku.

Tabela 1. Strukturni parametri modela očiju.

Prednja površina prednjeg i virtuelne površine zasnovana je na standardnoj površini, a refrakcijski indeks N od medija može se slobodno definirati, kao što je prikazano u formuli (1).

U tablici 1, GRAD A na prednjoj površini sočiva odgovara n 0=1. 368, nr 2=-1, nr 6=0, NZ 6=0. 9057 * 10-2, NZ {10-2, NZ 3=0; Grad B na virtualnoj površini odgovara n 0=1. 407, nr 10-3, nr 6=0, NZ 2=-6, NZ 2=-6. 605 * 10-3, NZ {26}}.

2.2 Weavefront Aberacija ljudskih očiju
U optometriji prva 6 naloga zernike polinoma uglavnom se koriste za predstavljanje valne aberacije ljudskog oka. Aberacije valnefrontne od strane optičkog društva Amerike (OSA) odgovaraju standardnim koeficijentima Zernike u Zemax softveru, kako je navedeno u tablici 2. Ovaj pristup omogućava precizno i ​​standardizovano predstavljanje očne aberacije, olakšavajući preciznu simulaciju i analizu.

Tabela 2. Značenje zernike standardne koeficijente u Zemaxu.

3. Modeli i podaci
(Površina korekcije vida) može ispraviti sferne i cilindrične pogreške u refrakciji tipične u pacijentima Myopia. Dizajniran je prema propisivanju pacijenta; 2, Myopia Defocus jedinica (distribuirana s nekoliko konveksnih sfernih microlese raspoređenih u kružnom nizu), što proizvodi određeni stupanj Myopia Defocusa; 3, Jedinica za aberaciju visoke narudžbe sastoji se od nekoliko struktura zvona uključenih u reguliranje hoa ljudskog oka. Shematski dijagram vanjske površine objektiva naočala prikazan je na slici 2 (a), s brojem okreta i redoslijedu povećanja pojasa iz središta objektiva na ivicu; Odnos tri optičke jedinice prikazan je na slici 2 (b), gdje r predstavlja radijalnu udaljenost koja se nalazi u XOY ravnini; Miopske jedinice za defokurisanje jednako su raspoređene na obim, a intervali distribucije na istoj radijalnoj udaljenosti predstavljaju dužinu struje jedinice. Podešavanje dužine luka jedinice može kontrolirati broj jedinica na svakom prstenu jedinice mikrolena. Jedinstvena lučna duljina, razmak zvona D, promjer D2 odbrojanog jedinice za defokulirani mikrolen, a radijalna širina D3 prstenastih prstena zajednički određuju gustoću mikrostrukture na objektivu naočara.

Slika 2. (A: lijevi) šematski dijagram sočiva naočala; (B: desno) šematski dijagram tri izgled jedinice u Xoy ravnini.

Korak1: Pod pretpostavkom da je recept miopnog pacijenta sferni diopter (3 d) i cilindrični diopter (0 d), rast mina pacijenta manifestira se samo kao aksijalna miopija. Na osnovu toga dizajniran je miopski model očiju, što se u idealnom slučaju može koristiti promjene u dužini staklastih šupljina da odražava promjene u stupnju miopije u modelu oka. Prema receptu, negativni objektiv sa jednim fokusom dizajniran je kao primarna jedinica za primarnu zrcalnu, sa sfernim unutrašnjim i vanjskim površinama. Prečnik majstorskog ogledala je 60 mm, sa srednjim debljinama odabranog 1,3 mm; Matično ogledalo je polikarbonat (PC), sa indeksom refrakcija od 1,56, ABBE broj 37, te specifičnom težinom od 1,23 g / cm3. Sveobuhvatni strukturni parametri sažeti su u tablici 3.

Tabela 3. Strukturni parametri jedinice za matičnu zrcalnu.

U Zemaxu, tip otvora bio je postavljen na plutajuću veličinu otvora s promjerom ucenike od 4 mm, a tipa nožnog prstiju bila je postavljena u uniformu; Podesite tri polja (FOV) i podesili su svoje utege u skladu s tim: 0 diplomirani FOV u Y-Smjeru dodijeljen je 1, 1, 1 0 stepen Fov težina 0. 2, a 14 stepeni su na težini 0. 15. Pod svijetlim vidom, talasna dužina usvojila je jednu talasnu dužinu od 0,555 μm. Ostali podaci zasnovani su na osnovnim podacima o modelu očiju u tablici 1. Stakladna debljina modela oka tretirana je kao varijabla, a majčina sočiva postavljena je 12 mm ispred kraljevske kornela kako bi optimizirali optički model naočala. Ova konfiguracija rezultirala je staklastom tjelesne dužine od približno 17.306 mm i ukupne aksijalne dužine oko 25.036 mm.

Korak2: Odabir FOV-a Y-smjer 14 stepeni kao glavnog režija za narednu optičku dizajn optičke jedinice, sa istim materijalom kao i jedinicom za modernu zrcalu. U početku je bilo potrebno odrediti jednosmjernu koordinaciju glavnog svjetla izvan polja na listu osovine na raspolaganju s vanjskim površinama primarne ogledala, kako bi se utvrdila radijalna udaljenost u obliku prve mikrostrukture u obliku prvog kruga mikropozicije u miopskom defokujskoj jedinici presijecane vanjskom površinom matične ogledale; Zatim je odredio otvor vidnog područja na vanjskoj površini matičnog ogledala, kao što je prikazano u lokalno povećanoj slici na slici 3. Koristeći realizuju i reazove operande u Zemaxu, u kombinaciji sa normalnim udarama za pučenje u 3,8 0 2,3,18 mm, Δz je otprilike 0,058 mm otprilike. Prema pitagorejskoj teoremu, otvor od otvora zraka prošao je kroz Y-smjer izvan osi na -14 diplomiranu FoV na vanjskoj površini matične ogledala iznosio je oko 4,3186 mm.

Slika 3. Djelomični šematski dijagram van liže osovine View of Mobs Ogledalo za prijenos svjetla.

Položaj mikrolena prvog kruga jedinice za defonus Myopia i vanjske površine mokraćnog ogledala u smjeru Y-a može se prikazati na slici 4. Polumjer zakrivljenosti vanjske površine mikrolena označen je kao R2, promjer mikrolesa označen je kao D2, a i Visina vektora iz verteksa mikro objektiva do vanjske površine majstorskog ogledala označena je kao G2. Središnji položaj mikrolena može se odrediti po dužini F2 i ugao rotacije θ, koji se može izračunati pomoću sljedeće formule:

Slika 4. Djelomični šematski dijagram van liže osovine View of Mobly ogledalo za prenos lampica.

Podesite površinu površine mikrokua mikrokua mikrolena kao sfernog (oplika snaga 6 d i promjera 2 mm), a radijalna udaljenost prvog kruga mikrostrukture je 3,80 mm; Početni površinski oblik vanjske površine modulacijske modulacijske modulacije visoke narudžbi Mikrostrukturu trake postavljena je kao Toric s baznom lučnom snagom 4 d i radijalnom proc. SPIE Vol. 13254 132541 C -5 Širina od 1,5 mm (D3). Načelo izračuna na središnjem položaju baznog luka ravnine YoZ Torić je isto kao i formula (2) do (4). Središnji položaj baznog luka može se odrediti po dužini f3 i kut rotacije θ. Sa polumjerom zakrivljenosti (R3) i vektorskoj visini (G3) iz vrha baznog luka na vanjskoj površini do vanjske površine matične ogledale. G 2=3. 572 μm, g 3=1. 004 μm, interval između susednih prstenastih traka postavljen je kao 3,8 mm, leće za naočale su postavljene sa 6 prstenova i jediničnom luku dužine 4 mm. Referentni podaci za položaj mikrostrukture detaljno su bili detaljni u tablici 4.

Korak3: Upotreba 3D CAD softvera SolidWorks, dovršio je modeliranje početnih sočiva naočala. Glavni i lijevi pogledi prikazani su na slici 5, a promjer centralne korekcijske površine vida početnog konstrukcijskog majica je oko 5,60 mm.

Tabela 4. Podaci o položaju YoZ presjeka mikrostrukture objektiva.

Slika 5. Početna struktura sočiva naočala - prednji i lijevi pogled.

4. Rezultati i analize

Istraga optičkih performansi objektiva za naočare, u početku je otkrila samo vrijednost defokua u Y-osoviskom smjeru na automatskoj osobi na statičkom polju s pogledom na čaše - ukazujući na to da je stvarni val postavljen iza mrežnice. S obzirom da je snaga vanjske površine matične ogledalo 2 d, odlučili smo se istražiti niz optičkih ovlasti za vanjsku površinu miopske defokujske jedinice između 4 do 10 d, povećavajući se u koracima od 1 d, bez uključivanja jedinice za modulaciju visoke narudžbe. Smatrana situacija za defokuusa sažeta je u tablici 5. Podaci koji se odnose na defokus Z4 izložili su linearni odnos, koji nam omogućavaju da zaposlimo Formulu (5) za procjenu vanjske površine vatrenog povodom vanjske površine miopske defokuske jedinice u polje Statičkog promatranja -14 polje. Ovdje se optička vrijednost snage x vanjske površine miopnog defoku-defokuske jedinice poslužila kao neovisna varijabla, dok odgovarajuća vrijednost od z4 defokuje djeluje kao ovisna varijabla.

Tabela 5. Statičko polje s pogledom na osovinu -14 polje stupnjeva s obzirom na uklanjanje podataka o promjenama u optičkoj snazi.

Podesite vanjsku površinu snage za defokusove jedinice mikrolena na 6 D, bez postavljanja jedinice za modulaciju s visokom narudžbom. Varijacija defoku-a statičkog okomitog polja od -28. 5 stepena do 28,5 stepeni, sa pojedinom veličinom od 1 stepena, kao što je prikazano na slici 6. Vertikalna os koordinata je iznos defokuje u obliku valne aberacije. U ovom članku pozitivna vrijednost Z4 ukazuje da se iznos defokude nalazi ispred mrežnice, dok negativna vrijednost Z4 ukazuje da je iznos defokua postavljen iza mrežnice. Zbog simetricije rasporeda sočiva, distribucija defokuje u vertikalnom polju vidjela otprilike je simetrična, dok je situacija za defokuus u vodoravnom polju vidjela slična.

Slika 6. Statičko vertikalno polje s obzirom na defocus Promijeni kartu.

Početna struktura jedinice za matičnu ogledalu i miopiju ostala je nepromijenjena, zadržala je radijalna širina toroidne površinske mikrostrukture modulacijske jedinice za aberaciju višeg reda, a mjerilo je bazni lučni krivotvoreni radijus torika. To je imalo za cilj analizirati odnos između baznog lučnog krivine radijusa R3 i iznos aberacije viši nalog prilikom promatranja Y-smjera -14 diplome na statičkom.

Studija je odabrala ukupno 9 podataka, uključujući 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 u izračunatih radijusa zakrivljenosti. Kada je snaga za bazne krivulje 10 d, najviša točka na vanjskoj površini odbrojanog mikrolena je manja od onog od mikrostrukture modulacijske modulacije visoke narudžbe, koja nije bila u skladu s modeliranjem.

Zabilježio je vrijednosti Zernike standardne koeficijente objektiva sa sočivama sa samo matičnim ogledalom i defokusnim jedinicama mikrolena u Y-smjeru na -14 diplomu FOV. RMS od aberracijskih vrijednosti valova za središte mase u Zemaxu eliminiraju efekte raseljavanja i nagib. Eliminirajući ih, RMS (korijenski srednji kvadrat) hoas oka u ovom polju može se odrediti 0. 932937 λ (0. 555 μm), održava se na šest decimalnih mjesta. Snimljeno nekoliko komponenti za aberaciju s visokim redoslijedom koji mogu biti uključeni u odlaganje miopije, s početnom vrijednošću označenom kao Zi 0, gdje predstavlja redoslijed rangiranja zerskog standardnog koeficijenata u Zemaxu. Vertikalna koma z7 0 bila je -0. 141717 λ, horizontalna koma z8 0 0000, nagnuta Trefoil Z90 bila je -0. 003296 λ, horizontalni trefoil Z100 bio 0 λ, sfernu aberaciju Z110 je -0. 454283 λ, horizontalno Sekundarni astigmatizam Z120 bio je -0.

Modeliranje sočiva za naočale sa različitim baznim lučnim zakrivljenim radijusom za jedinice za aberaciju veće narudžbe i snimanja većeg naređenja u V-STAMS-u u optičkom sistemu za naočale u tablici u tablici 6. Količina mikrostrukture koja je uključena u moduliranje aberacije viših narudžbi predstavila je δzi (Zi-Zi 0). Regresijska analiza podataka otkrila je da je polumjer zakrivljenosti baznog lučnog luka u odnosu na vertikalnu komu, nagnutih trefoil, sfernu aberaciju, vodoravnoj sekundarnom astigmatizmu, sekundarnu sfernu aberaciju i ukupna aberacija visoke narudžbe. Slika 7 prikazuje distribuciju rasipanja i regresijske regresijske priraštaje i R3, gdje su nagnuti priraštaj u trostrukim i sfernim aprentiranjem imaju linearni odnos s baznim lučnim krivinalnim radijusom, a priraštaj smanjuje se s povećanjem baznog lučnog radijusa zakrivljenosti luka. Vertikalni priraštaj Coma, vodoravni priraštaj srednjeg astigmatizma, vertikalni priraštaj za vertikalni komi, sekundarni priraštaj sfernim aberacijom i ukupni priraštaj za aberaciju s visokim redoslijedom nelinearno su povezani s R3. Empirijska formula može se vidjeti iz jednadžbi (6) ~ (12). Ne postoji značajna povezanost između horizontalne kome, horizontalne trefoske, nagnutog sekundarnog astigmatizma, horizontalne kome drugog reda i radijus zakrivljenosti R3. Može se zamisliti da mogućnost modulacije konkretnih aberacija precizno podešavanjem zakrivljenosti mikrostrukture podvlači potencijal za stvaranje efikasnijih i prilagođenih sočiva za naočale za upravljanje miopijom.

Tabela 6. Statičko promatranje u Y-smjeru -14 diplome polja View Visokog reda Aberacijski standardni valni podaci.

Slika 7. Ploča za raspršivanje i regresijske linije djelomičnih povećanja aberacije visokog reda kao funkcija radijusa zakrivljenosti temeljnog luka.

Uspostavljen je povezanost između polumjera zakrivljenosti R3 baznog luka i aberacije valne brojeve izražena od strane Zernike Standard Polynomial (pogledajte sliku 7). Raspon R3 iznosi između 62.222222 mm i 151,351351 mm, empirijska formula je bila sljedeća:

U jednadžbi predstavlja koeficijent presude regresijske jednadžbe, a bliže je njegova vrijednost na 1, što je veći stupanj postavljanja jednadžbe.

5 Zaključci

Ovaj rad ima za cilj istražiti modulaciju aberacije visokog reda u dizajniranim naočalama i njihovim utjecajem na miopsko defokusiranje. Predlaže dizajn koji povezuje model oka i naočare okvira za simulaciju optičkog modela za mipske pacijente 300- diplome. Studija istražuje korelaciju između baznog lučnog radijusa zakrivljenog polumjera visokog reda modulacijske jedinice za aberaciju tomerične mikrostrukture i aberacije visokog reda pod statičkim promatranjem. Ovo istraživanje doprinosi razvoju modulacijskih naočala za aberaciju visokog reda, pružajući vrijedne uvide u prevenciju i kontrolu miopije.

Reference

[3] Suliman A, Rubin A. Corrigendum: Pregled viših naloga za ljudske aberacije. Afrički vid i zdravlje očiju. 2019, 78 (1).

[4] Rebika D, Divya S, Murugesan V, i dr. Biomehanička svojstva rožnice i očne aberacije u miopskim očima. Indijski časopis oftalmologije. 2023. 15. dec.

[5] Hassan H, Shima M, Alireza J, i dr. Udruženje između okularnih biometrijskih komponenti i aberacija rožnice. Klinička eksperimentalna optometrija. 2023. 16. oktobra, 1-7.

[6] KJL, JSV, Sin-Wan C, i dr. Utjecaj faktora kompresije ortokeratologije na aberacije očne narudžbe. Klinička eksperimentalna optometrija. 2020.103 (1), 123-128.

[7] Hiraoka Takahiro, Kotsuka Junko, Kakita Tetsuhiko, Okamoto Fumiki, Oshika Tetsuro. Odnos između valova većeg reda i prirodnog napredovanja miopije u školarcima. Naučna izvješća. 2017, 7 (1).

[8] Liou HL, Brennan n A. Anatomsko tačan. Finite Model Eye za optičko modeliranje. Opt SOC am Oby Image Sci Vis. 1997. avgusta 14 (8), 1684-95.

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