JiALing Houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo yuc aSchool of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China;bKey Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Province & Key Lab of Modern Optical Technologies of Education Ministry of China, Soochow University, Suzhou 215006, China;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, China * Corresponderende auteur: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
ABSTRACT
Om de relatie tussen de bijziendheidspreventie en het besturingseffect van de bijziendheid te beoordelen van de bijziendheidspreventie en besturingsframe -glazen en de microstructuurparameters van de bril, ontwerpt dit artikel een zadeloppervlak microstructuur array -bril op basis van het contrastprincipe, en gebruikt de relatie tussen de MTF -waarde en de microstructuurparameters om een kwantitatief model te vestigen. De ontwerpresultaten laten zien dat binnen het acceptabele beeldvormingssignaalbereik van het menselijk oog, de zadeloppervlakmicrostructuur -arraylens het licht door de microstructuur kan laten gaan die niet kan convergeren en beeld, wat het beeldvormende contrast van het netvlies aanzienlijk vermindert. Wanneer een bepaalde ruimtelijke frequentie in het bereik van {{{0}}} ~ 43LP/mm is geselecteerd, bevindt de maximale vectorhoogte van de microlens zich in het bereik van 0 ~ 10μm en de maximale vectorhoogte van de microlens en de MTF-waarde onder het maximale off-axis veld van weergaveshow a nonline-correlatie. Daarom wordt de empirische formule van de maximale vectorhoogte en de MTF -waarde van de microlens van de spektakellens vastgesteld en wordt de kwantitatieve analyse van de microstructuurparameters en contrastsignaal van de spektakels voltooid. Dit werk helpt de lensontwerper om de contrastcontrole van bijziendheid te regelen en beter te besturen via de microstructuurparameters. Tegelijkertijd blijkt door analyse dat in het geval van relatief klein lichtverlies, vergeleken met de sferische microstructuur, de microstructuur van het zadeloppervlak een beter effect heeft op het verminderen van het contrast, wat nuttiger is om de visuele kwaliteit te verminderen en de ontwikkeling van bijziendheid te vertragen.
Sleutelwoorden: frame -bril, bijziendheidspreventie en -controle, microstructureerde array, contrastverhouding
1. Inleiding
Volgens het World Vision -rapport dat is vrijgegeven door de Wereldgezondheidsorganisatie, hebben bijna 2,6 miljard van de 7 miljard mensen van de wereld tegen 2020 bijziendheid ontwikkeld als een functionele oogziekte [1]. Naar schatting zullen tegen 2050 ongeveer 5 miljard mensen over de hele wereld bijziendheid ontwikkelen [2]-[3]. Momenteel zijn er voornamelijk myopiepreventie- en controlemaatregelen zoals buitenactiviteiten, behandeling met geneesmiddelen en optische interventie [4]. Vergeleken met de moeilijkheid van buitenactiviteiten, heeft het risico op drugsbehandeling en de dure prijs van cornea -contactlenzen, het dragen van bijziende preventie en controle frame -bril als een optische interventie die bijziendheid kan corrigeren en de ontwikkeling van bijziendheid tegelijkertijd remmen, de kenmerken van veiligheid, comfort, gemak, en economie. Daarom wordt voor bijziendheid patiënten in dit stadium in dit stadium door de meeste patiënten en hun families gemakkelijker geaccepteerd door bijziendheid en de glazen van de besturingsframe. Op dit moment kunnen de microstructureerde lenzen die worden gebruikt om de verdieping van bijziendheid bij adolescenten uit te stellen in lenzen worden gesteld op basis van het principe van bijziende defocus of lenzen op basis van het principe van aberraties van hogere orde. De lens op basis van het principe van bijziende defocusering zal het aanpassingseffect met de uitbreiding van de draagtijd geleidelijk verzwakken met de verlenging van de draagtijd. De lens op basis van het principe van aberraties van hogere orde heeft een zekere indirectheid bij het evalueren van het effect van bijziendheidpreventie en -controle. Het is moeilijk om de relatie tussen de indicatoren van aberraties van hogere orde en de microstructuurparameters van de lens direct te kwantificeren met de huidige gegevensaccumulatie. Er zijn echter weinig bijziendheidspreventie en controleglazen ontworpen op basis van het contrastprincipe. Daarom is het noodzakelijk om verschillende ontwerpen te gebruiken om het contrastsignaal beter te verminderen om in te grijpen bij de ontwikkeling van bijziendheid. Tegelijkertijd wordt het bijziendheidpreventie en het controle -effect van de bril gekwantificeerd om het bijziendheidsignaal van de bijziendheid met de bijziendheidspatiënten nauwkeuriger en snel te verkrijgen.
2. Contrastprincipe
Tijdens het bekijken van objecten probeert het oog altijd op het netvlies te concentreren om maximaal contrast te bereiken. Het brandpunt van het invallende licht rond het netvlies van het normale oog of de bijziendheid die conventionele bijziendheid wordt gedragen, bevindt zich echter achter het netvlies. Daarom zullen de ogen, om het maximale contrast te verkrijgen, het netvlies proberen het brandpunt van het invallende licht te benaderen, wat resulteert in de toename van de axiale lengte, wat leidt tot de geleidelijke ontwikkeling van bijziendheid of de verdieping van bijziendheid. Experimenten met betrekking tot de ontwikkeling van bijziendheid hebben aangetoond dat het optreden en de ontwikkeling van bijziendheid wordt geactiveerd door retinale vervagingssignalen [5]-[9]. Het contrastsignaal in de bipolaire cellen van kinderen is een signaal van ooggroei en de vermindering van het contrastsignaal zal de groeisnelheid van de ogen vertragen [10]. Op dit moment overwegen de lenzen op basis van het contrastprincipe op de markt voornamelijk te gebruiken om niet-transparante microstructuren te gebruiken om de doorgang van enig licht te blokkeren, om het contrast rond de lenzen te verminderen. Dit soort methode is relatief moeilijk om de relatie tussen de preventie van de bijziendheid en het controle -effect van de lenzen en de microstructuurparameters kwantitatief te evalueren. 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 bijziendheid kan ook worden bereikt. Daarom ontwerpt dit artikel een zadeloppervlakmicrostructuurarraylens op basis van het contrastprincipe. De microlens worden gebruikt om het invallende licht te verspreiden, om de stimulatie van het invallende licht aan de periferie van het netvlies te verminderen, het contrast van het netvlies te verminderen en het effect van het remmen van de groei van de oogas te bereiken.
3. Design lensontwerp
3.1 Lay -out van microstructuur en bepaling van ontwerpparameters
Om de stabiliteit van de dynamische visuele kwaliteit te waarborgen en ervoor te zorgen dat het aantal microlenses in de pupil niet sterk zal veranderen met de wijziging van de positie van de spektakel, kiest dit artikel de array -modus van close -opstelling van microstructuur, dat wil zeggen het microstructuurgebied wordt getrokken door de reguliere hexagon en vervolgens de microstructuurgroot Gerangschikt [11]. De microstructuurreeks wordt verdeeld buiten het centrale lege oppervlak van het vooroppervlak van de moederlens, en de diameter van het centrale blanco gebied is 6mm. De radiale diameter van de microlens is geselecteerd om 1 mm te zijn. Om de bespreking van de oprichting van een rechthoekig coördinatensysteem te vergemakkelijken, wordt het optische centrum van het vooroppervlak van de moederlens als de oorsprong beschouwd. De twee richtingen langs de radiale richting van de moederlens zijn de x-as en y-as van het driedimensionale coördinatensysteem, en de z-as van het driedimensionale coördinatensysteem is langs de richting van de optische as. Het bedieningsgebied met een diameter van ongeveer 25 mm wordt toegevoegd aan het vooroppervlak van de moederlens. Het verkregen vooraanzicht van de spektakellens wordt in figuur getoond. 1, en een normaal zeshoekrooster van het controlegebied wordt in figuur weergegeven. 1. Om het maximale uitzichtveld van de as volledig een normaal zeshoekig rooster volledig te laten dekken en de geselecteerde pupildiameter van het menselijk oog te maken in het bereik van 2 ~ 3 mm met relatief goede verlichtingsomstandigheden, wordt de pupildiameter van het bijziende model geselecteerd als 2,8 mm en het volledige veld van het zicht is 33 ⁰. De drie gezichtsvelden zijn ingesteld op respectievelijk 0 ⁰, 8 ⁰ en 16,5 ⁰ en de golflengte die in het lens-oogsysteem wordt gebruikt, is 550 nm.
Figuur 1. Vooraanzicht van lenzen van de bril.
3.2 Berekening van parameters van de moederlens en de constructie van de ogen van de bijziendheidmodelmodel
Volgens de vereisten van de verwerkingstechnologie is de lensdiameter D ingesteld op 60 mm, de middendikte van de lens is 1,3 mm en de vorm is een sferische lens voor meniscus, die later de moederlens wordt genoemd. De brekingsindex van de geselecteerde harslens is 1,56 en het ABBE -nummer is 32. Volgens de mate van bijziendheid - 3 d, is de brandpuntsvermogen van het vooroppervlak van de moederlens ingesteld op 2D, en het brandpunt van het achteroppervlak is - 5 d. Aldus kan de krommingstraal van de voor- en achteroppervlakken van de moederlens worden berekend.
Het LIOU -standaardmodeloog werd gebruikt als de eerste structuur van het bijziende modeloog. De moederslens die overeenkomen met de correctie van bijziende ametropie werd ingevoegd voor het Liou -standaardmodeloog. De afstand van de top van het achterste oppervlak van de lens tot de top van het voorste oppervlak van het hoornvlies was 12 mm. De diameter van de leerling, de golflengte en het gezichtsveld van het systeem werden ingesteld volgens de vastgestelde systeemparameters. De glasachtige dikte van het Liou -standaardmodeloog werd gebruikt als een variabele om het modeloog te optimaliseren dat overeenkomt met de bijziende vorm.
3.3 Modellering van lenzen van brillenzen
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 respectievelijk (respectievelijk de maximale vectorhoogte van de parabool wordt gedefinieerd als de maximale afstand tussen alle punten op de parabool en het snijpuntspunt van de hoekpunt van de hoekpunt van de hoekpunt en het vooroppervlak van de moederlens), en vervolgens wordt de krommingstraal van de microlens van de moederlens en de radiale diameter van de microlens. De optische structuurparameters van de zadelmicrolens worden weergegeven in tabel 1. De positie van elke microlens kan worden berekend volgens de optische structuurparameters en de lay -out van de microstructuurarray, evenals de specifieke omstandigheden die het hoekpunt normaal van de microlens naar het kromtoppervlak van het moederlens van de moederlens. De microlens worden toegevoegd aan het vooroppervlak van de moederlens in Zemax om de modellering van de lens te voltooien.
Tabel 1. De maximale vectorhoogte is 2μm optische structurele parameters van zadeloppervlak microlenses
3.4 beeldvorming simulatie
De gegevens van het bijziende modeloog worden toegevoegd aan de ZEMAX-sequentiemodus en de niet-sequentiecomponent wordt voor het modeloog ingevoegd. De ontworpen array-lens voor microstructuur wordt in de niet-sequentiecomponent geplaatst voor optische simulatie van het lensoogsysteem. Het spotdiagram van het menselijke netvlies en het voor- en achterkant van 1000 μm defocusbereik is weergegeven in figuur 2. Aangezien alleen al het licht van het maximale gezichtsveld van de as door de microlens in de drie velden van het zicht van de microlens-array-bril doorgaat, zijn de gegevens van de straal van de diffuse plek met de bovenstaande vijf maximale vectorhoogten in het gezichtsveld in het weergave en de gemiddelde MTF-waarde van de microstructuur lens en het maximale rentina van de moeder lens onder het maximaal De weergave is opgelost, zoals weergegeven in figuur 3.
Tabel 2. Diffuse vlekradius van zadeloppervlak microstructuurglazen onder maximaal off-as gezichtsveld.
e. H=10μm
Figuur 2. Off focuskolomdiagram van het lensoogsysteem dat overeenkomt met de microstructuur van het zadeloppervlak.
Figuur 3. Gemiddelde MTF -waarden in twee richtingen.
4. Bespreek
Uit figuur wordt gezien.2 dat het licht door de microlens -array een wazige dispersieplek vormt in het acceptabele beeldvormingssignaalbereik van het menselijk oog, en niet kan samenkomen in de defocusbereik van 1000 μm voor en na het retino, zodat het licht door de microstructuur niet stimuleert de beslag in de vorm van de weergave van de weergave van de weergave van de weergave van de weergave van de weergave van de weergave van het contrast van de weergave van de weergave van de weergave van het contrast van de weergave van de weergave van het contrast van de weergave van de weergave van de weergave van het contrast van de weergave. Tegelijkertijd kan ook door figuur 3 worden waargenomen dat de MTF-curve van het maximale gezichtsveld van de as snel afneemt, wat ook verifieert dat de microlens-array het contrast van retinale beeldvorming zal verminderen, zodat de oogbol niet langer zal groeien om het maximale contrast te verkrijgen en het effect van de groei van de oogas te remmen. Door tabel 2 te analyseren, is het te zien dat wanneer de hoekpuntvectorhoogte van de zadelmicrolens constant is en de maximale vectorhoogte geleidelijk toeneemt, de dispersieplek in het maximale uitzichtveld van de axis zal toenemen en het overeenkomstige contrast ook zal afnemen.
Uit figuur 3 kan ook worden waargenomen dat in het maximale uitzichtveld van de off-as, wanneer de ruimtelijke frequentie zich in het bereik van 0} ~ 43lp/mm bevindt, de maximale vectorhoogte van het zadelmicrolens geleidelijk toeneemt, is het gemiddelde MTF van het lens-oog-systeem geleidelijk af te nemen, en de gemiddelde MTF in deze spatiële frequentiebereik is groter dan het evenwicht 0. 0 5, die zich nog steeds in het gebied bevindt dat het menselijk oog kan onderscheiden en detecteren [12]. De gemiddelde MTF -gegevens met de maximale vectorhoogte van 2,4,6,8 en 10 μm worden vermeld in tabel 3.
Tabel 3. Gemiddelde MTF -gegevens van zadeloppervlakmicrolenzen met verschillende vectorhoogten en frequenties.
Om de impact van de maximale vectorhoogte -variatie van de microlens op het netvliescontrast weer te geven, werd meerdere niet -lineaire regressie uitgevoerd op de gegevens in tabel 3 met behulp van SPSS -software. In het ruimtelijke frequentiebereik van 0 ~ 43LP/mm worden de maximale vectorhoogte h en ruimtelijke frequentie F van de zadeloppervlakmicrolens gebruikt als onafhankelijke variabelen, en de gemiddelde MTF -waarde onder elke vectorhoogte -waarde wordt gebruikt als de afhankelijke variabele om de vergelijking vast te stellen. De resultaten van meerdere niet -lineaire regressieanalyse worden weergegeven in tabel 4.
Tabel 4. Resultaten van meerdere niet -lineaire regressieanalyse.
Op basis van de gegevens in tabel 4 wordt de empirische formule van de maximale vectorhoogte van de zadelmicrolens en de gemiddelde MTF bij de opgegeven ruimtelijke frequentie vastgesteld:
Volgens tabel 4 en formule (1) is te zien dat de correlatiecoëfficiënt van de fittingcurve voor de werkelijke gegevens 0. 939 is, en de waarde is groter dan 0. 9, wat aangeeft dat het passende effect van de curve beter is. Tegelijkertijd, uit de empirische formule (1), is te zien dat wanneer een ruimtelijke frequentie in het bereik van 0 ~ 43LP / mm wordt geselecteerd, de maximale vectorhoogte van het zadeloppervlak microlens de gemiddelde MTF -waarde bij deze ruimtelijke frequentie zal beïnvloeden. Wanneer de maximale vectorhoogte groter is, is de gemiddelde MTF -waarde kleiner, dat wil zeggen dat het retinale contrast lager is. Het is te zien dat onder het maximale uitzichtveld in dit frequentiebereik onder het maximale buiten-asveld in dit frequentiebereik een niet-lineaire negatieve correlatie heeft met de gemiddelde MTF-waarde bij een bepaalde ruimtelijke frequentie, dat wil zeggen onder het maximale uitzichtveld van de maximale vector, heeft de maximale vectorhoogte van de microlens een niet-line-negatieve correlatie met het retinalcontrast. Onder hen, in het frequentiebereik van 0 ~ 15LP/mm, neemt MTF sneller af en neemt MTF tegelijkertijd langzaam af. De kwantitatieve relatie tussen de structurele parameters van de zadelmicrolens en de gemiddelde MTF -waarde biedt een basis voor een beter ontwerp van bril op basis van contrastreductie om het effect van bijziendheidpreventie en -controle te verbeteren, en kan nieuwe functionele bijziendheidpreventie- en controleproducten voor optometristen bieden.
Om de beeldvormingseffecten van zadel- en sferische microstructuur -array -lenzen te vergelijken onder relatief nauwlichtende doorloopsnelheidsomstandigheden, zadelmicrostructuur array -lenzen met een hoekpuntvectorhoogte van 0. 9μm en een maximale vectorhoogte van 1 μm en sfeermicrost -lens met een vectorhoogte van de modelleermethode in dit hoofdstuk in dit hoofdstuk. Onder het maximale gezichtsveld van de as en de gespecificeerde ruimtelijke frequentie (10lp / mm) worden ze vergeleken met de gemiddelde MTF-waarde van de moederspiegel. De analyseresultaten worden weergegeven in tabel 5. Het kan worden gevonden dat het licht bij de simulatie van de twee glazen niet allemaal het beeldvlak bereikt en het lichtverlies van de sferische microstructuur array -glazen groter is; Ten tweede is, vergeleken met de moederslens, de gemiddelde MTF van de twee glazen aanzienlijk verminderd en is de gemiddelde MTF van het zadeloppervlak lager dan die van het sferische oppervlak. Dit laat zien dat in het geval van relatief klein lichtverlies het zadeloppervlak beter is dan het bolvormige oppervlak bij het verminderen van het contrast van het netvlies, wat meer bevorderlijk is voor het remmen van de groei van de oogas.
Tabel 5. MTF en lichtgeleidingssnelheid van lens-oogsysteem.
5. Conclusie
Zadelvormige microstructuurarrayglazen op basis van contrastprincipe gebruiken microlens om het invallende licht te verspreiden, waardoor de stimulatie van het invallende licht tot de periferie van het netvlies wordt verminderd en het contrast van het netvlies sterk wordt verminderd. 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, Dat is onder deze toestand de maximale vectorhoogte van de microlens en het beeldvormende contrast van het netvlies vertonen een niet -lineair negatieve correlatierelatie. Deze kwantitatieve relatie biedt een basis voor het ontwerp van meer nauwkeurige controle over de contrastregeling van bijziendheidpreventie en controleglazen, en het is mogelijk om optometristen nieuwe en beter functionele bijziendheidspreventie- en controleproducten te bieden. Door te vergelijken met de sferische microstructuur onder de conditie van laag lichtverlies, wordt vastgesteld dat het zadeloppervlakmicrostructuur belangrijker is bij het verzwakken van het retinale contrast, wat nuttiger is om de ontwikkeling van bijziendheid te vertragen.
Referenties
[1] Visual Report World Report. Genève: Wereldgezondheidsorganisatie. 2 0 20, Licentieovereenkomst: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Proc. van Spie Vol. 13254 132541 p -6
[2] Holden BA, et al. Wereldwijde prevalentie van bijziendheid en hoge bijziendheid en tijdelijke trends van 2000 tot 2050 [J]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan IG, Matsui Ko, en zagen sm. Bijziendheid [j]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, et al. Interventies om de voortgang van bijziendheid bij kinderen te vertragen [J]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Onderzoeks voortgang naar het netvliesregulatiemechanisme van vorm deprivatie bijziendheid [J]. Recente vooruitgang in oogheelkunde, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, et al. Kandidaatroutes voor netvlies tot sclerale signalering bij brekingsooggroei [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE, et al. IMI -accommodatie en binoculair zicht in de ontwikkeling en progressie van bijziendheid [J]. Invest ofthalmol Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavene-Perez A, et al. Optische mechanismen die emmetropisatie en brekingsringen reguleren: bewijsmateriaal van diermodellen [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Effecten van foveale ablatie op het patroon van perifere brekingsfouten in normale en vormarme babysresus apen (Macaca Mulatta) [J]. Investigative Ophtalmology & Visual Science, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, et al. Inzicht uit opnilw -gen haplotypes in de oorzaak en preventie van bijziendheid [j]. Genen (Basel), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, et al. Een microstructuur lens lens en zijn ontwerpmethode [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo Toegepaste Optics [M] Electronic Industry Press, 2015: 579-581.