Design af linse til korrigering af afvigelser med høj orden af ​​personaliseret menneskeligt øje

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 LAB OF ADMANTISKE MANGLINGS TECHNOLOGIES OF JIANGSU -Province & Key Lab for moderne optiske teknologier i Kina, Soochow University, Suzhou 215006, Kina;

Csuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Kina

Tilsvarende forfatter: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn

ABSTRAKT

Højordensafvigelsen af ​​det menneskelige øje er en faktor, der ikke kan ignoreres i den visuelle korrektion. Designet af linse, der kan korrigere afvigelsen med høj orden, kan reducere den negative indflydelse på det menneskelige øje og forbedre den visuelle kvalitet. I dette papir bruges den optiske designsoftware Zemax til at konstruere en personlig øjenmodel baseret på Liou -øjet og målte øjendata. Den detaljerede optimeringsproces gives, når man monterer bølgefrontafvigelsen, så bølgefrontafvigelsen af ​​målet menneskeligt øje og det faktiske menneskelige øje har en tendens til at være ensartet. Den konstruerede personaliserede øjenmodel har de samme optiske egenskaber som det faktiske menneskelige øje. Baseret på den personaliserede øjenmodel er en asfærisk linse designet til at korrigere afvigelser med høj orden. Efter korrektion reduceres målene med høj orden af ​​måløjet, og PV for bølgefrontafvigelser reduceres med 52,05%, RMS reduceres med 59,64%. I mellemtiden steg MTF for tangential og sagittal retning med henholdsvis 180% og 135% ved 100 cyklusser\/mm.

Nøgleord:Afvigelser med høj orden, korrektion, personlig øjenmodel, asfærisk linse

1. Introduktion

Human Eye er et relativt komplekst optisk system, herunder brydnings evne og diffraktionsgrænsen for det optiske system i menneskeligt øje, størrelsen på eleven, størrelsen på nethindefotoreceptorcellerne og forskellige former for menneskelige øjenafvigelser, hvilket vil påvirke dens billeddannelseskvalitet1. For at opnå god visuel oplevelse har folk undersøgt og studeret i mange år, blandt hvilke korrektion af menneskelig øjeafvigelse er et vigtigt felt, som forskere har været opmærksomme på og bestræbt sig på. Foruden lavordreafvigelser repræsenteret af Defocus og Astigmatisme er der også aberrationer med høj orden, såsom sfærisk afvigelse, komaafvigelse og en række uregelmæssige højordens afvigelser i det humane øje 2-5. Disse afvigelser med høj orden vil medføre problemer, såsom nedsat synsskarphed, reduceret kontrastfølsomhed og GLARE6. Dette er grunden til, at selv efter at have korrigeret traditionelle brydningsproblemer, mangler patienter stadig den samlede visuelle klarhed. Derfor er afvigelsen af ​​det menneskelige øje med høj orden en faktor, der ikke kan ignoreres i korrektion.

I lang tid fokuserer folks visionkorrektion hovedsageligt på brugen af ​​sfærisk spejl til at korrigere defokus og astigmatisme af traditionelle brydningsproblemer. Det var muligt at korrigere afvigelser med højere orden i det menneskelige øje før i 1990'erne, hvor der blev foretaget et gennembrud i teknikken til nøjagtigt at måle bølgefrontafvigelser. I 2008 finansierede Ophthonix, et amerikansk firma, forskningen og udviklingen af ​​Izon Frame Glasses7, hvilket forbedrede synet ved at måle bølgefrontafbrydelsen af ​​det menneskelige øje af orden 2-6 og derefter monterede den korrigerede diopter med den optimerede sfære-column mirror. Selvom denne metode introducerer bølgefrontafvigelsesteknologi, overvejer den ikke virkningen af ​​aberration med høj orden på selve synet. I 2012 har Li Rui et al8. Brugt asfærisk overflade til at designe briller, der kunne korrigere afvigelser med høj orden af ​​menneskelige øjne. Forskningen viste, at asfærisk linse -korrektion var den mest effektive for øjne med stor astigmatisme og sfærisk afvigelse. Men hvis koma- og kløverafbrydelser er store, er korrektionseffekten af ​​asfærisk linse ikke indlysende.

I dette papir, baseret på Liou -modellen øjet, der kombinerer den målte anterior og bageste hornhindeoverflade af øjet, er den aksiale afstand af hver del af øjet og de humane bølgefrontafvigelsesdata, en personlig øjenmodel etableres. I

Derudover gives de detaljerede trin til montering af de menneskelige bølgefrontafvigelsesdata, som ikke er rapporteret i den forrige litteratur. Derefter, baseret på denne personaliserede øjenmodel, er de asfæriske briller optimeret til at reducere de negative virkninger af afvigelser med høj orden på menneskelige øjne og forbedre den visuelle kvalitet. Alt ovenstående indhold simuleres af Optical Design Software Zemax.

2.stablering af øjenmodel

2.1 Oprettelse af grundlæggende øjenmodel

Før vi etablerer den personaliserede øjenmodel, skal vi først etablere den grundlæggende øjenmodel, hvis oprindelige strukturelle parametre er valgt til Liou Eye Model9, som ligner meget den optiske struktur og den fysiologiske struktur i menneskelige øjne. Undersøgelser har vist, at 10,11, ændringen af ​​krumningsradius for den krystallinske linse i Gullstrand-le Grand Eye-modellen er i overensstemmelse med justeringen af ​​den humane krystallinske linse, så en tynd linse kan tilsættes til frontoverfladen af ​​linsen. Den krumningsradius og den kvadriske koefficient for de forreste og bageste overflader af den krystallinske linse er valgt fra Liou -øjenmodellen. Brydningsindeksværdien af ​​Gullstrand-Le Grand Eye-model er valgt. Specifikke parametre for den grundlæggende øjenmodel er vist i tabel 1, og figur 1 er et skematisk diagram over den grundlæggende øjenmodel.

Tabel 1 Grundlæggende øjenmodelparametre

Figur 1 Strukturen af ​​den grundlæggende øjenmodel

Allegro Oculyzer -anterior segmentanalysatoren bruges til at måle det topografiske kort over hornhinden over de faktiske menneskelige øjne, og hornhindetykkelsen er 0. 462 mm, den reference sfæriske kurvaturradius på den frontoverflade af hornhinden er 8,45 mm, og den reference sfæriske kurvaturradius af rygoverfladen er 6,19 mm. Instrumentets udseende er vist i figur 2.

Figur 2 Allegro Oculyzer Anterior Segment Analyzer

Den aksiale længde mellem refraktionsoverflader af øjet måles ved suoer oftalmisk optisk biometrisk SW -9000, som vist i figur 3. De målte resultater omfattede hornhindetykkelse, anterior kammerdybde, krystallinsk linse tykkelse og glasdybde. Gennemsnittet af dataene tages i 5 gange, som vist i tabel 2.

Figur 3 Suoer Ophthalmic Optical Biometrics SW -9000

Tabel 2 Den aksiale længde mellem refraktionsoverflader af øjet

hvorr er den radiale strålekoordinat i enhed af linse længde,N er Zernike -koefficienten i sekvensen,A_i er koefficienten for ith Zernike Edge polynom,ρ er den normaliserede radiale stråleordinat,φ er strålekoordinaten udtrykt af vinklen.

Vi indstiller Zenick Fringe -koefficienten a_i I Zernike Fringe Sag-overfladen som en variabel til optimering til at dele astigmatisme og afvigelse med høj orden. For at sikre optimeringens glatte fremskridt vedtog vi optimeringsstrategien for at montere afvigelser med lav ordre først og derefter højordensafvigelser: først, lav ordensafvigelser (C 3- C5) er monteret i øjenmodellen, derefter afvigelsen (C7, C8), montering af kløver (C6, C9) og fire-leaf clover (C10, C14) og derefter optimisering Astigmatisme (C11, C13). På dette tidspunkt gives nogle indledende mængder til sfæriske afvigelser (C12) og til sidst montering af sfæriske afvigelser (C12). De detekterede bølgefrontafvigelsesdata (ordre {18}}

4) rms er 0. 8 0 31, og det passende resultat er 0,8089. Derfor konverteres det endelige optimeringsresultat næsten til målværdien, og en komplet personlig øjenmodel etableres effektivt.

Tabel 3 Bølgefrontafvigelser og deres fysiske betydning, der skal monteres

Tabel 4 Optimeret harpikslinseparametre

3.2 Resultater og analyse

Den oprindelige humane bølgeafvigelse PV =7. 3457, rms =1. 6661. Efter korrektion, pv =3. 5225, rms =0. 6725, falder førstnævnte med 52,05%, og sidstnævnte reduceres med 59,64%, hvilket er markant forbedret. Tabel 5 viser systemets zernike -koefficient efter korrektion. Sammenlignet med før korrektion kan det ses, at alle zernike -afvigelser falder, og de tangentielle og sagittal MFT steg med henholdsvis 180% og 135% ved 100 cykler\/mm. Figur 4 viser sammenligningen af ​​MTF før og efter optimering. Det er bevist, at den designede asfæriske linse effektivt kan reducere de højordens afvigelser i menneskelige øjne og forbedre den visuelle kvalitet.

Tabel 5 Optimeringsresultat

Figur 4 Sammenligning af MTF før og efter optimering

4. Konklusion

I dette papir bruges den optiske designsoftware Zemax til at konstruere en personlig øjenmodel baseret på Liou Eye og de målte data. Derudover gives den detaljerede optimeringsproces, når man passer til bølgefrontafvigelser, hvilket gør simuleringsresultaterne i overensstemmelse med de faktiske bølgefrontafvigelser af menneskelige øjne. Ved at bruge den opnåede personaliserede øjenmodel er den asfæriske linse optimeret, og en linse, der er i stand til at korrigere afvigelser med høj orden af ​​menneskelige øjne, er designet. Designresultaterne reducerede afvigelsen af ​​menneskelige øjne med høj orden, hvilket viser sig at være nyttige til at forbedre den visuelle kvalitet af menneskelige øjne og har en bestemt referenceværdi for at korrigere afvigelser med høj orden af ​​menneskelige øjne. Mangel på dette papir er, at det ikke overvejer den fejl, der er forårsaget af bevægelsen af ​​menneskelige øjne i designet, og der er heller ingen analyse af gennemførligheden af ​​behandlingen. Håber at fortsætte diskussionen i det fremtidige arbejde.

Referencer

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Optiske og nethindefaktorer, der påvirker visuel opløsning. Journal of Physiology, 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Koomen, M., Tousey, R., Sclnik, R. (1950) Den sfæriske afvigelse af øjet. Optometry and Vision Science, 7: 370-376. doi: 10.1097\/00006324-195007000-00012.
3. Howland, HC, Howland B. (1977). En subjektiv metode til måling af monokromatiske* afvigelser i øjet. Journal of the Optical Society of America, 11: 1508-1518. doi: 10.1364\/josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Effekten af ​​sfæriske og andre afvigelser på moduleringsoverførslen af ​​det defokussede menneskelige øje. Oftalmisk og fysiologisk optik, 6: 504-513. https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/j.\/{5 }.1998.00391.x
5. Wang, Y., Wang ZQ, Guo, HQ, Quan W. (2005). Effekt af avanceret afvigelse af menneskeligt øje på visuel funktion. Acta Optica, 11: 1519-1525. https:\/\/www.researching.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb {7y }.pdf.
6. Liang, J., Williams, DR, Miller, DT (1997). Supernormal vision og højopløsningsretinalafbildning gennem adaptiv optik. Josa A, 11: 2884-2892. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fullText.cfm?uri={4 }josaa: {5 }&Id {6yle.&IBSearch =\/7 }false.
7. Seiple, WH, Szlyk, JP (2008). Visionsydelse leveret af IZON® Spectacle Lens System. Gennemgang af Optometry, 2. https:\/\/chicagolighthouse.org\/wp-content\/uploads\/2015\/11\/={5 iveththonicsfinal.pdf.
8. Li, R., Wang, ZQ, Liu, YJ, MU, GG (2012) En metode til at designe asfæriske briller til korrektion af høj orden afvigelser af menneskeligt øje. Science China Technological Sciences, 55: 1391–1401. 10.1007\/s 11431-012- 4762-4.
9. Liou, HL, Brennan, NA (1997). Anatomisk nøjagtig, endelig modeløj for optisk modellering. Josa A, 8: 1684-1695. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fullText.cfm?uri\/{3 }JosaaaEd
10. Garner, LF, Smith, G. (1997). Ændringer i ækvivalent og gradient -brydningsindeks for den krystallinske linse med indkvartering. Optometry and Vision Science, 2: 114-119. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/abstract\/1997\/02000\/Changes={5} Ændel;
11. Koretz, JF, Cook, CA, Kaufman, PL (2002). Aldring af den menneskelige linse: Ændringer i linseformen efter indkvartering og med imødekommende tab. Josa A, 1: 144-151. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fullText.cfm?uri\/{3 }JosaaaEd