Húžeca,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo yuc aSchool of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, Čína;bKľúčové laboratórium pokročilých optických výrobných technológií provincie Jiangsu a kľúčové laboratórium moderných optických technológií ministerstva školstva Číny, Soochow University, Suzhou 215006, Čína;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Čína * Zodpovedajúci autor: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
Abstraktný
Aby sa intuitívnejšie posudzovali vzťah medzi prevenciou krátkozrakosti a kontrolným účinkom prevencie a kontrolných okuliarov pre prevenciu a riadiacim okuliarmi a parametrami mikroštruktúry okuliarov, tento papier navrhuje okuliare Mikroštruktúry Saddle Surface Array na základe kvantitatívneho modelu na základe kvantitatívneho modelu. Výsledky dizajnu ukazujú, že v rámci prijateľného rozsahu zobrazovacieho signálu ľudského oka môže šošovka na mikroštruktúru Saddle Surface Mikrocture Array spôsobiť, že svetlo prechádzajúce cez mikroštruktúru, ktorá nie je schopná zbližovať sa a obraz, čo výrazne znižuje zobrazovací kontrast sietnice. Keď sa vyberie určitá priestorová frekvencia v rozsahu {{0}} ~ 43lp/mm, maximálna výška vektorov mikrolenov je v rozsahu 0 ~ 10 μm a maximálna výška vektora mikroénov a MTF v oblasti mimosexného poľa vykazuje netlest negatívnu koreláciu. Preto sa vytvorí empirický vzorec maximálnej výšky vektora a hodnoty MTF mikrolens šošovky okuliare a je dokončená kvantitatívna analýza parametrov mikroštruktúry a kontrastného signálu okuliarovej šošovky. Táto práca pomáha dizajnérovi šošovky riadiť kontrastnú kontrolu prevencie krátkozrakosti a presnejšie riadiť prostredníctvom parametrov mikroštruktúry. Zároveň sa prostredníctvom analýzy zistilo, že v prípade relatívne malej straty svetla, v porovnaní s sférickou mikroštruktúrou, má mikroštruktúra povrchu sedla lepší vplyv na zníženie kontrastu, čo je užitočnejšie na zníženie vizuálnej kvality a spomalenie rozvoja krátkozrakosti.
Kľúčové slová: okuliare rámu, prevencia a riadenie krátkozrakosti, mikroštruktúrované pole, kontrastný pomer
1. Úvod
Podľa správy World Vision vydanej Svetovou zdravotníckou organizáciou si takmer 2,6 miliardy svetových 7 miliárd ľudí vyvinulo do roku 2020 krátkozrakosť ako funkčné ochorenie očí [1]. Odhaduje sa, že do roku 2050 sa do roku 2050 vyvinie asi 5 miliárd ľudí na celom svete [2]-[3]. V súčasnosti existujú hlavne opatrenia na prevenciu a kontrola krátkozrakia, ako sú outdoorové aktivity, liečba drogami a optický zásah [4]. V porovnaní s ťažkosťami s outdoorovými aktivitami, rizikom liečby drogami a drahou cenou kontaktných šošoviek rohovky, ktoré nosia poháre prevencie a kontrolných rámov, ako optický zásah, ktorý dokáže napraviť krátkozrakosť a brániť rozvoju krátkozrakosti, má súčasne vlastnosti bezpečnosti, pohodlia a hospodárstva. Preto pre pacientov s krátkozrakosťou v tomto štádiu je väčšinu pacientov a ich rodiny ľahšie akceptovať okuliare na prevenciu a kontrolný rámový rámec. V súčasnosti sa mikro štruktúrované šošovky používané na oneskorenie prehlbovania krátkozrakosti u adolescentov môžu byť pridelené do šošoviek na základe zásady myopického defokusu založeného na princípe aberácie vyššieho poriadku. Šošovka založená na princípe aberácií vyššieho poriadku má určitú nepriamu hodnotenie účinku prevencie a kontroly krátkozrakosti. Je ťažké priamo kvantifikovať vzťah medzi ukazovateľmi aberácií vyššieho poriadku a parametrami mikroštruktúry šošovky so súčasnou akumuláciou údajov. Existuje však len málo preventívnych a kontrolných okuliarov na základe zásady kontrastu. Preto je potrebné použiť rôzne návrhy na úplnejšie zníženie kontrastného signálu, aby zasiahli pri vývoji krátkozrakosti. Zároveň sa kvantifikuje prevencia a kontrolný účinok skluov, aby sa získal riadiaci signál krátkozrakosti s pacientmi krátkozrakosti s pacientmi krátkozraky.
2. Zásada kontrastu
Počas procesu prezerania objektov sa oko vždy snaží zamerať na sietnicu, aby sa dosiahol maximálny kontrast. Ohniskom dopadajúceho svetla okolo sietnice normálneho oka alebo očí krátkozrakosti, ktoré nosia konvenčné okuliare krátkozrakosti, je za sietnicou. Preto, aby sa dosiahli maximálny kontrast, oči spôsobia, že sietnica sa pokúsi priblížiť ohnisko dopadajúceho svetla, čo vedie k zvýšeniu axiálnej dĺžky, čo vedie k postupnému rozvoju krátkozrakosti alebo prehĺbeniu krátkozrakosti. Pokusy týkajúce sa vývoja krátkozrakosti ukázali, že výskyt a vývoj krátkozrakosti sú vyvolané signálmi rozmazania sietnice [5]-[9]. Kontrastný signál v bipolárnych bunkách detí je signálom rastu očí a zníženie kontrastného signálu spomalí rýchlosť rastu očí [10]. V súčasnosti sa šošovky založené na zásade kontrastu na trhu zvažujú hlavne použitie netransparentných mikroštruktúr na blokovanie priechodu určitého svetla, aby sa znížil kontrast okolo šošoviek. Tento druh metódy je relatívne ťažké kvantitatívne vyhodnotiť vzťah medzi prevenciou krátkozrakosti a kontrolným účinkom šošoviek a parametrami mikroštruktúry. Ak sa do okuliare pridá mikroštruktúra so striedavým pozitívnym a negatívnym zakrivením, nastane došlo tiež dosiahnuť. Preto tento papier navrhuje šošovku poľa na mikroštruktúru sedla na základe zásady kontrastu. Mikroleny sa používajú na rozptýlenie dopadajúceho svetla, aby sa znížilo stimuláciu dopadajúceho svetla na okraji sietnice, zníženie kontrastu sietnice a dosiahnutie účinku inhibície rastu osi očí.
3. Dizajn objektívu okuliarov
3.1 Usporiadanie mikroštruktúry a stanovenie konštrukčných parametrov
Aby sa zabezpečila stabilita dynamickej vizuálnej kvality a zabezpečila, že počet mikropodnikov u žiaka sa s zmenou polohy okuliarovho šošovky veľmi nezmení usporiadané [11]. Pole mikroštruktúry sa distribuuje mimo strednej slepej plochy predného povrchu materskej šošovky a priemer strednej slepej oblasti je 6m. Radiálny priemer mikrolénov je vybraný na 1 mm. Aby sa uľahčila diskusia o vytvorení obdĺžnikového súradníckeho systému, optický stred predného povrchu materskej šošovky sa považuje za pôvod. Dva smery pozdĺž radiálneho smeru materskej šošovky sú os X a os y trojrozmerného súradnice a os z trojrozmernej súradnice je pozdĺž smeru optickej osi. Riadiaca oblasť s priemerom asi 25 mm sa pridá na predný povrch materskej šošovky. Získaný predný pohľad na šošovku okuliare je znázornený na obrázku. 1 a pravidelná šesťuholníková mriežka riadiacej oblasti je znázornená na obrázku. 1. Aby sa dosiahlo maximálne mimosiové pole, úplne pokryli pravidelnú šesťuholníkovú mriežku a urobili zvolený priemer žiaka ľudského oka v rozsahu 2 ~ 3 mm s relatívne dobrými podmienkami osvetlenia, priemer žiaka sa vybral ako 2,8 mm a celé pole pohľadu je 33 ⁰. Tri pohľady sú nastavené na 0 ⁰, 8 ⁰ a 16,5 ⁰ a vlnová dĺžka použitá v systéme objektívu s očami je 550 nm.
Obrázok 1. Predný pohľad na šošovky okuliarov.
3.2 Výpočet parametrov materských šošoviek a výstavba modelu krátkozrakosti očí
Podľa požiadaviek technológie spracovania je priemer objektívu D nastavený na 60 mm, hrúbka stredu šošovky je 1,3 mm a tvar je sférická šošovka menisku, ktorá sa neskôr nazýva materská šošovka. Index lomu vybranej živicovej šošovky je 1,56 a číslo Abbe je 32. Podľa stupňa krátkozrakosti {- 3 d je ohnisková sila predného povrchu materskej šošovky nastavená na 2D a ohnisková sila zadnej plochy je {{8} d. Preto je možné vypočítať polomer zakrivenia predných a zadných povrchov materskej šošovky.
Štandardné modelové oko Liou sa použilo ako počiatočná štruktúra očí myopického modelu. Matka šošovka zodpovedajúca korekcii myopickej ametropie bola vložená pred štandardné modelové oko Liou. Vzdialenosť od vrcholu zadného povrchu šošovky k vrcholu predného povrchu rohovky bola 12 mm. Priemer žiaka, vlnová dĺžka a zorné pole na systém boli nastavené podľa stanovených parametrov systému. Škrenková hrúbka štandardného modelu LiOU sa použila ako premenná na optimalizáciu modelového oka zodpovedajúceho k krátkozrakej forme.
3.3 Modelovanie šošoviek okuliarov
Aby sa vypočítala parametre optickej štruktúry povrchu sedla, je výška vektora vrcholu parabola s otvorením smerom nadol na 1 μm (výška vrcholu vektorovej výšky paraboly ako vzdialenosť medzi jeho vrcholom a intersekčným bodom normálnej čiary 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, (Maximálna výška vektora paraboly je definovaná ako maximálna vzdialenosť medzi všetkými bodmi na parabole a priesečníkom v normálnej línii vrcholu a predným povrchom materskej šošovky) a potom sa polomer zakrivenia z dvoch paraboly vypočítava kombináciou polomeru predného povrchu matky šošovky a radiálneho priemeru mikrolánov. Parametre optickej štruktúry sedlových mikroénov sú uvedené v tabuľke 1. Poloha každého mikroénov sa dá vypočítať podľa parametrov optickej štruktúry a rozloženia mikroštruktúrneho poľa, ako aj špecifických podmienok, ktoré vrcholový normálny mikrolens poukazuje na zakrivené centrum predného povrchu matky. Mikroleny sa pridávajú na predný povrch materskej šošovky v Zemaxe, aby sa dokončili modelovanie objektívu.
Tabuľka 1. Maximálna výška vektora je 2 μm optické štrukturálne parametre mikrotenzií na povrchu sedla
3.4 zobrazovacia simulácia
Údaje z krátkozrakého modelu sa pridávajú do režimu sekvencie Zemax a komponent bez sekvencie sa vkladá pred modelové oko. Navrhnutá šošovka mikroštruktúry je umiestnená do komponentu bez sekvencie na optickú simuláciu systému šošoviek s očami. Spot diagram ľudskej sietnice a jej prednej a zadnej 1 000 μm rozmedzí je znázornená na obrázku.2. Pretože iba všetky svetlo z poľa maximálnej mimozemskej oblasti prechádzajú mikrolenmi v troch poliach pohľadu na okuliare mikrolens, údaje z polomeru difúzneho miesta s vyššie uvedenými piatimi maximálnymi vektorovými výškami v zornom zóne a súhrnuté v tabuľke 2. je vyriešený, ako je znázornené na obrázku.3.
Tabuľka 2. Difúzny bod polomeru okuliarov na mikroštruktúru sedlového povrchu pri maximálnom zornom poli mimoosu.
e. H=10μm
Obrázok 2. Schéma stĺpca zaostrenia systému očí šošoviek zodpovedajúci mikroštruktúre povrchu sedla.
Obrázok 3. Priemerné hodnoty MTF v dvoch smeroch.
4. Diskutujte
Z obrázku je zrejmé, že svetlo cez pole mikrolens tvorí rozmazané disperzné miesto v prijateľnom rozsahu zobrazovacieho signálu ľudského oka a nemôže konvergovať v rozsahu rozložených 1 000 μm pred a po sietnici, takže svetlo cez mikroštruktúru nestimuluje kontrast v retinálnom zobrazovaní. Zároveň je možné pozorovať aj na obrázku 3, že krivka MTF maximálneho mimosnom zornom poli rýchlo klesá, čo tiež overuje, že pole mikrolens zníži kontrast sietnice zobrazovania, takže očná guľa už nebude rásť, aby sa dosiahla maximálny kontrast a dosiahla účinok inhibície rastu očnej osi. Analýzou tabuľky 2 je zrejmé, že keď je výška vrcholu vektorových sedlových mikrolénov konštantná a maximálna výška vektora sa postupne zvyšuje, rozptyľovacia škvrna v maximálnom zornom zornom osi pohľadu sa zvýši a tiež sa zníži zodpovedajúci kontrast.
Z obrázku je tiež pozorované, že v maximálnom zornom zornom poli, keď je priestorová frekvencia v rozsahu {0 ~ 43lp/mm, sa maximálna výška vektorov v sedlovom mikrolénoch postupne zvyšuje, priemerná MTF sa postupne znižuje a priemerná frekvencia je väčšia ako alebo je väčšia ako alebo je rovnaká ako alebo je väčšia ako alebo je väčšia ako alebo je väčšia ako alebo je väčšia ako alebo je väčšia ako alebo je väčšia ako alebo je priemerná MTF väčšia ako alebo je priemerná ako alebo je väčšia ako alebo je priemerná MTF väčšia ako alebo je priemerná MTF, ktorá je väčšia ako alebo je priemerná MTF, ktorá je väčšia ako alebo je priemerná MTF v rámci šošovkových očí a priemerná MTF v priemere MTF v tejto štrajkovej frekvencii. 0. 0 5, ktorý je stále v oblasti, ktorú dokáže ľudské oko rozlíšiť a zistiť [12]. Priemerné údaje MTF s maximálnou výškou vektora 2,4,6,8 a 10 μm sú uvedené v tabuľke 3.
Tabuľka 3. Priemerné údaje MTF o sedlových povrchových mikrollenciách s rôznymi vektorovými výškami a frekvenciami.
Aby sa reprezentoval vplyv maximálnej variácie výšky vektorov mikrolens na kontrast sietnice, uskutočnila sa viacero nelineárnej regresie na údajoch v tabuľke 3 pomocou softvéru SPSS. V rozsahu priestorovej frekvencie 0 ~ 43lp/mm sa ako nezávislé premenné používajú maximálna výška vektoru H a priestorová frekvencia F Saddle Surface Microlens a priemerná hodnota MTF v rámci každej hodnoty výšky vektorov sa používa ako závislá premenná na stanovenie rovnice. Výsledky viacerých nelineárnej regresnej analýzy sú uvedené v tabuľke 4.
Tabuľka 4. Výsledky viacerých nelineárnej regresnej analýzy.
Na základe údajov v tabuľke 4 sa vytvorí empirický vzorec maximálnej výšky vektorov sedlových mikrolénov a priemerného MTF v určenej priestorovej frekvencii:
Podľa tabuľky 4 a vzorca (1) je zrejmé, že korelačný koeficient pripevničnej krivky pre skutočné údaje je {0. 939 a hodnota je väčšia ako {0. 9, čo naznačuje, že prispôsobenie krivky je lepší. Súčasne, z empirického vzorca (1), je zrejmé, že keď sa vyberie priestorová frekvencia v rozsahu 0 ~ 43lp / mm, maximálna výška vektorov povrchových mikrolov sedla ovplyvní priemernú hodnotu MTF v tejto priestorovej frekvencii. Ak je maximálna výška vektora väčšia, priemerná hodnota MTF je menšia, to znamená, že kontrast sietnice je nižší. Je zrejmé, že v rámci maximálneho zorného zorného poľa v tomto frekvenčnom rozsahu má maximálna výška vektora nelineárnu negatívnu koreláciu s priemernou hodnotou MTF v určitej priestorovej frekvencii, to znamená, že pod maximálnym zorným poľom mimo osi má maximálna výška vektora mikrolenov negatívnu negatívnu koreláciu s retinálnym kontrastom. Medzi nimi vo frekvenčnom rozsahu 0 ~ 15lp/mm, MTF klesá rýchlejšie a súčasne MTF pomaly klesá. Kvantitatívny vzťah medzi štrukturálnymi parametrami sedlových mikropoliat a priemernou hodnotou MTF poskytuje základ pre lepší návrh okuliarov na základe zníženia kontrastu na zlepšenie vplyvu prevencie a kontroly krátkozrakosti a môže poskytnúť novú funkčnú prevenciu a kontrolné produkty pre optometristov.
Za účelom porovnania zobrazovacích účinkov šošoviek sedlového a sférického mikroštruktúrneho poľa pri relatívne blízkych podmienkach rýchlosti prenosu svetla, sedlové šošovky mikroštruktúr s mikroštruktúrou s vrcholovým vektorom výšky 0. Podľa maximálneho poľa pohľadu mimo osi a špecifikovanej priestorovej frekvencii (10LP / mm) sa porovnávajú s priemernou hodnotou MTF materského zrkadla. Výsledky analýzy sú uvedené v tabuľke 5. Je možné zistiť, že pri simulácii dvoch okuliarov sa svetlo nedosahuje do obrazovej roviny a strata svetla sférických okuliarov mikroštruktúry je väčšia; Po druhé, v porovnaní s materskou šošovkou sa priemerná MTF týchto dvoch sklu výrazne zníži a priemerná MTF povrchu sedla je nižšia ako priemer sférického povrchu. To ukazuje, že v prípade relatívne malej straty svetla je povrch sedla lepší ako sférický povrch pri znižovaní kontrastu sietnice, čo vedie k inhibícii rastu osi očí.
Tabuľka 5. MTF a rýchlosť prechádzania svetla systému objektívov.
5. Záver
Okuliare mikroštruktúry v tvare sedla založené na princípe kontrastného princípu používajú mikroézy na rozptýlenie dopadajúceho svetla, čím sa zníži stimulácia dopadajúceho svetla na okraj sietnice a výrazne zníži kontrast sietnice. Súčasne, kvantifikáciou vzťahu medzi parametrami mikroštruktúry povrchu sedla a kontrastným signálom, sa zistilo, že v rámci maximálneho zorného zorného poľa mimo osi, keď sa v rozsahu priestorovej frekvencie 0}}}} {}}}}} ~ 43lp/mm vykazuje. Za tejto podmienky maximálna výška vektora mikrolens a zobrazovací kontrast sietnice vykazujú nelineárny negatívny korelačný vzťah. Tento kvantitatívny vzťah poskytuje základ pre návrh presnejšej kontroly kontrastnej regulácie prevencie a kontrolných okuliarov pre prevenciu a kontrolné okuliare a je možné poskytnúť optometristom nové a lepšie funkčné výrobky prevencie a kontroly krátkozrakosti. V porovnaní s sférickou mikroštruktúrou za podmienky straty s nízkym svetlom sa zistilo, že mikroštruktúra sedlového povrchu je významnejšia pri oslabovaní kontrastu sietnice, čo je užitočnejšie na spomalenie rozvoja krátkozrakosti.
Odkazy
[1] Svetová vizuálna správa. Ženeva: Svetová zdravotnícka organizácia. 2 0 20, Licenčná zmluva: CC BY NC-SA 3.0 IGO. Proc. of Spie Vol. 13254 132541 p -6
[2] Holden BA, a kol. Globálna prevalencia krátkozrakosti a vysokej krátkozrakosti a časových trendov od roku 2000 do roku 2050 [J]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan Ig, Matsui KO a SM. Myopia [j]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, a kol. Zásahy na spomalenie progresie krátkozrakosti u detí [J]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Výskumný pokrok v oblasti regulácie sietnice mechanizmu formy deprivácie krátkozrakosti [J]. Posledný pokrok v oftalmológii, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, a kol. Kandidátske dráhy pre sietnicu do sklerálnej signalizácie pri refrakčnom raste očí [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank Fe, a kol. Ubytovanie a binokulárne videnie vo vývoji a progresii krátkozrakosti [J]. Investujte Ophthalmol Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A, a kol. Optické mechanizmy regulujúce emmetropizáciu a refrakčné chyby: Dôkazy zvieracích modelov [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Účinky foveálnej ablácie na vzor periférnych refrakčných chýb v normálnych a formovaných dojčenských opiciach Rhesus (Macaca mulatta) [J]. Investigatívna oftalmology & Visual Science, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, a kol. Insight z opvilw génových haplotypov do príčiny a prevencie krátkozrakosti [j]. Gény (Basel), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo a kol. Mikroštruktúra šošovky na okuliare a jej konštrukčná metóda [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo Aplikované Optika [M] Elektronika Priemysel Tlač, 2015: 579-581.