Jialing Houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo Yuc aSchool of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, Kina;bNøgle laboratorium for avancerede optiske fremstillingsteknologier fra Jiangsu -provinsen & Key Lab for moderne optiske teknologier i Kinas uddannelsesministeriet, Soochow University, Suzhou 215006, Kina;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Kina * Tilsvarende forfatter: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
ABSTRAKT
For mere intuitivt at bedømme forholdet mellem myopi -forebyggelses- og kontroleffekten af myopi -forebyggelses- og kontrolrammebriller og mikrostrukturparametrene i brillerne, designer dette papir en sadeloverflade -mikrostrukturarray -briller, der er baseret på kontrastprincippet, og bruger forholdet mellem MTF -værdien og mikrostrukturparameterne til at etablere en kvititativ model. Designresultaterne viser, at inden for det acceptable billeddannelsessignalområde for det menneskelige øje, kan sadeloverflade -mikrostrukturarray -linsen få lyset til at passere gennem mikrostrukturen, der ikke er i stand til at konvergere og image, hvilket i høj grad reducerer billedkontrasten fra nethinden. Når en bestemt rumlig frekvens i området {{0}} ~ 43LP/mm er valgt, er den maksimale vektorhøjde på mikrolenerne i området 0 ~ 10μm, og den maksimale vektorhøjde for mikrolener og MTF-værdien under det maksimale off-akse-feltfelt viser en ikke-linær negativ korrelation. Derfor er den empiriske formel for den maksimale vektorhøjde og MTF -værdi af mikrolenerne i skueobjektivet etableret, og den kvantitative analyse af mikrostrukturparametrene og kontrastsignalet for skueobjektivet er afsluttet. Dette arbejde hjælper linsedesigneren med at kontrollere kontrastkontrollen med forebyggelse og kontrol af myopi mere nøjagtigt gennem mikrostrukturparametrene. På samme tid, gennem analyse, konstateres det, at i tilfælde af relativt lille lystab sammenlignet med den sfæriske mikrostruktur, har sadeloverfladen mikrostruktur en bedre effekt på at reducere kontrasten, hvilket er mere nyttigt for at reducere den visuelle kvalitet og bremse udviklingen af myopi.
Nøgleord: rammebriller, myopiforebyggelse og kontrol, mikrostruktureret array, kontrastforhold
1. Introduktion
I henhold til World Vision -rapporten, der er frigivet af Verdenssundhedsorganisationen, har næsten 2,6 milliarder af verdens 7 milliarder mennesker udviklet nærsynethed som en funktionel øjensygdom i 2020 [1]. Det anslås, at ca. 5 milliarder mennesker overalt i verden i hele 2050 vil udvikle myopi [2]-[3]. På nuværende tidspunkt er der hovedsageligt myopiforebyggelse og kontrolforanstaltninger såsom udendørs aktiviteter, lægemiddelbehandling og optisk intervention [4]. Sammenlignet med vanskeligheden ved udendørs aktiviteter, risikoen for lægemiddelbehandling og den dyre pris på hornhindekontaktlinser, har iført myopi -forebyggelses- og kontrolbriller som en optisk indgriben, der kan korrigere nærsynethed og hæmme udviklingen af nærsynethed på samme tid, karakteristika for sikkerhed, komfort, bekvemmelighed og økonomi. Derfor accepteres det lettere af de fleste patienter og deres familier for myopi -patienter på dette tidspunkt, at iført myopi -forebyggelse og kontrolrammebriller accepteres af de fleste patienter og deres familier. På nuværende tidspunkt kan de mikrostrukturerede linser, der bruges til at udsætte uddybningen af nærsynethed hos unge, pides i linser baseret på princippet om myopisk defokus eller linser baseret på princippet om afvigelser med højere orden. Linsen baseret på princippet om myopisk defokusering vil gradvis svække justeringseffekten med forlængelse af brug af tid. Objektivet baseret på princippet om afvigelser med højere orden har visse indirekte ved evaluering af effekten af myopi-forebyggelse og -kontrol. Det er vanskeligt at direkte kvantificere forholdet mellem indikatorerne for afvigelser med højere orden og mikrostrukturparametrene for linsen med de aktuelle dataakkumulering. Der er dog få myopi -forebyggelse og kontrolbriller designet baseret på kontrastprincippet. Derfor er det nødvendigt at bruge forskellige designs til mere fuldstændigt at reducere kontrastsignalet for at gribe ind i udviklingen af nærsynethed. På samme tid kvantificeres myopi -forebyggelses- og kontroleffekten af brillerne for at opnå myopi -kontrolsignalet, der matcher myopi -patienterne mere nøjagtigt og hurtigt.
2. Kontrastprincip
Under processen med at se objekter prøver øjet altid at fokusere på nethinden for at opnå maksimal kontrast. Imidlertid ligger omdrejningspunktet for det indfaldende lys omkring nethinden i det normale øje eller nærsynet øje med konventionelle myopi -briller bag nethinden. For at opnå den maksimale kontrast vil øjnene derfor få nethinden til at prøve at nærme sig omdrejningspunktet for hændelseslyset, hvilket resulterer i stigningen i den aksiale længde, hvilket fører til den gradvise udvikling af nærsynethed eller uddybning af nærsynethed. Eksperimenter på udviklingen af nærsynethed har vist, at forekomsten og udviklingen af nærsynethed udløses af nethindel-slørsignaler [5]-[9]. Kontrastsignalet i børns bipolære celler er et signal om øjenvækst, og reduktionen af kontrastsignalet vil bremse vækstraten for øjne [10]. På nuværende tidspunkt overvejer linserne baseret på kontrastprincippet på markedet hovedsageligt at bruge ikke-gennemsigtige mikrostrukturer til at blokere passagen af et lys for at reducere kontrasten omkring linserne. Denne form for metode er relativt vanskelig at kvantitativt evaluere forholdet mellem myopi -forebyggelses- og kontroleffekten af linserne og mikrostrukturparametrene. Hvis mikrostrukturen med vekslende positiv og negativ krumning føjes til skueobjektivet, vil der forekomme mere uregelmæssige ændringer, såsom konvergens eller pergens af lys gennem mikrostruktur også opnås. Derfor designer dette papir en sadeloverflade -mikrostrukturarray -linse baseret på kontrastprincippet. Mikrolenerne bruges til at sprede hændelseslyset for at reducere stimuleringen af hændelseslyset på periferien af nethinden, reducere kontrasten af nethinden og opnå effekten af at hæmme væksten af øjenaksen.
3. Briller Linse Design
3.1 Layout af mikrostruktur og bestemmelse af designparametre
For at sikre stabiliteten af dynamisk visuel kvalitet og sikre, at antallet af mikrolenser i eleven ikke ændrer sig meget med ændringen af placeringen af skueobjektivet, vælger dette papir matrismetoden med tæt arrangement af mikrostruktur, det vil sige, at mikrostrukturen er bundet af tæt splejsning af regelmæssig hexagon, og derefter er mikrostrukturarrayet fyldt med mikrolenser af regelmæssigt hexon -insibel. Arrangeret [11]. Mikrostrukturarrayet distribueres uden for det centrale blanke område på den forreste overflade af moderlinsen, og diameteren af det centrale blanke område er 6 mm. Den radiale diameter på mikrolenerne er valgt til at være 1 mm. For at lette diskussionen af etablering af et rektangulært koordinatsystem, tages det optiske centrum af den forreste overflade af moderlinsen som oprindelse. De to retninger langs den radiale retning af moderlinsen er X-aksen og Y-aksen i det tredimensionelle koordinatsystem, og Z-aksen for det tredimensionelle koordinatsystem er langs den optiske akseretning. Kontrolområdet med en diameter på ca. 25 mm tilsættes til den forreste overflade af moderlinsen. Den opnåede frontbillede af skueobjektivet er vist i figuren. 1, og et almindeligt hexagonnet i kontrolområdet er vist i figur. 1. For at gøre det maksimale udsigtsfelt, dækker synsfeltet fuldstændigt et almindeligt hexagonalt gitter, og gør den valgte elevdiameter af det menneskelige øje i området 2 ~ 3 mm med relativt gode belysningsbetingelser, er elevens diameter på den myopiske model valgt som 2,8 mm, og det fulde synsfelt er 33 ⁰. De tre synsfelter er indstillet til henholdsvis 0 ⁰, 8 ⁰ og 16,5 ⁰, og den bølgelængde, der anvendes i linse-øje-systemet, er 550 nm.
Figur 1. Frontbillede af brillerlinser.
3.2 Beregning af moderlinseparametre og konstruktion af myopia -modeløjne
I henhold til kravene til behandlingsteknologien er objektivdiameteren d indstillet til 60 mm, linsens midtertykkelse er 1,3 mm, og formen er en menisk sfærisk linse, der senere kaldes moderlinsen. Brydningsindekset for den valgte harpikslinse er 1,56, og ABBE -tallet er 32. I henhold til graden af nærsynethed - 3 d, er den fokale effekt på den frontoverflade af moderlinsen indstillet til 2D, og den fokale effekt på bagoverfladen er - 5 d. Således kan krumningsradiusen for moderlinjenes forreste og bageste overflader beregnes.
Liou Standard Model Eye blev anvendt som den oprindelige struktur af det myopiske modeløj. Moderlinsen svarende til korrektionen af myopisk ametropia blev indsat foran Liou Standard Model Eye. Afstanden fra spidsen af den bageste overflade af linsen til spidsen af den forreste overflade af hornhinden var 12 mm. Elevens diameter, bølgelængde og synsfelt blev indstillet i henhold til de bestemte systemparametre. Den glasagtige tykkelse af Liou Standard Model Eye blev anvendt som en variabel til at optimere modeløjet svarende til den myopiske form.
3.3 Modellering af brillerlinser
For at beregne de optiske strukturparametre for sadeloverfladen er parabolens toppunkthøjde i parabolen med nedadgående åbning indstillet til 1μm (toppunktets vektorhøjde af parabolaen er defineret som afstanden mellem parabolens tværgående åbning er 2, 4, 6, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 10, henholdsvis (den maksimale vektorhøjde på parabolaen defineres som den maksimale afstand mellem alle punkter på parabolaen og skæringspunktet for toppunktet normal linje og den forreste overflade af moderlinsen), og derefter beregnes krumningsradius for de to parabolens krumning af den mikriale diameter for microlensens krumningsradius. De optiske strukturparametre for sadelmikrolenerne er vist i tabel 1. Placeringen af hver mikrolener kan beregnes i henhold til de optiske strukturparametre og layoutet af mikrostrukturarrayet, såvel som de specifikke betingelser, som toppunktets normale for mikrolenerne peger på krummens midterste forsiden af moderlinsens. Mikrolenerne føjes til den forreste overflade af moderlinsen i Zemax for at afslutte modelleringen af linsen.
Tabel 1. Den maksimale vektorhøjde er 2μm optiske strukturelle parametre for sadeloverflade mikrolenser
3.4 Imaging -simulering
Dataene fra den myopiske modeløj føjes til Zemax-sekvenstilstand, og ikke-sekvenskomponenten indsættes foran modeløjet. Den designede mikrostrukturarray-objektiv placeres i ikke-sekvenskomponenten til optisk simulering af lins-øje-systemet. Spotdiagrammet for det menneskelige nethinde og dets front og bagerste 1000 μm defokusområde er vist i figur.2. Since only all the light of the maximum out-of-axis field of view passes through the microlens in the three fields of view of the microlens array glasses, the data of the radius of the diffuse spot with the above five maximum vector heights in the field of view are extracted and summarized in Table 2. At the same time, the average MTF value of the microstructure lens and the mother lens retina under the maximum out-of-axis field of view is sorteret, som vist i figur.3.
Tabel 2. Diffus spotradius af sadeloverflade mikrostrukturbriller under maksimalt off-akse synsfelt.
e. H=10μm
Figur 2. Off Focus Column Diagram for Lens Eye System svarende til mikrostrukturen af sadeloverfladen.
Figur 3. Gennemsnitlige MTF -værdier i to retninger.
4. Diskuter
Det kan ses fra figur.2, at lyset gennem mikrolener -arrayet danner et sløret spredningssted i det acceptable billeddannelsessignalområde i det menneskelige øje, og ikke kan konvergere i defokusområdet fra 1000μm før og efter nethinden, så lyset gennem mikrostrukturen ikke stimulerer den menneskelige øjentilpasning eller tilpasningsfunktion i form af defokussignal, hvorved der reduceres modstrukturen af omdannelsesbilleder. På samme tid kan det også observeres gennem figur 3, at MTF-kurven for det maksimale out-of-akse synsfelt falder hurtigt, hvilket også verificerer, at mikrolener-arrayet vil reducere kontrasten af nethindebillede, så øjet ikke længere vil vokse for at opnå den maksimale kontrast og opnå virkningen af at hæmme væksten af øjenakse. Ved at analysere tabel 2 kan det ses, at når toppunktets vektorhøjde på sadelmikrolenerne er konstant, og den maksimale vektorhøjde gradvist øges, vil spredningsstedet i det maksimale off-akse synsfelt stige, og den tilsvarende kontrast vil også falde.
Det kan også observeres fra figur.3, at i det maksimale off-akse synsfelt, når den rumlige frekvens er i området 0 ~ 43LP/mm, vil den maksimale vektorhøjde for sadelmikrolener gradvist øges, det gennemsnitlige MTF for linse-eye-systemet vil gradvist falde, og den gennemsnitlige MTF i denne rumlige frekvensområde er større end eller lig til linsende-øjet systemet. 0. {{24. De gennemsnitlige MTF -data med den maksimale vektorhøjde på 2,4,6,8 og 10μM er anført i tabel 3.
Tabel 3. Gennemsnitlige MTF -data af sadeloverflademikrolenser med forskellige vektorhøjder og frekvenser.
For at repræsentere virkningen af den maksimale vektorhøjdevariation af mikrolenerne på nethindekontrast blev der udført flere ikke -lineære regression på dataene i tabel 3 ved anvendelse af SPSS -software. I det rumlige frekvensområde for 0 ~ 43LP/mm anvendes den maksimale vektorhøjde H og den rumlige frekvens F af sadeloverfladen mikrolener som uafhængige variabler, og den gennemsnitlige MTF -værdi under hver vektorhøjdeværdi bruges som den afhængige variabel til at fastlægge ligningen. Resultaterne af flere ikke -lineære regressionsanalyse er vist i tabel 4.
Tabel 4. Resultater af flere ikke -lineære regressionsanalyse.
Baseret på dataene i tabel 4 etableres den empiriske formel for den maksimale vektorhøjde på sadelmikrolenerne og den gennemsnitlige MTF ved den specificerede rumlige frekvens:
I henhold til tabel 4 og formel (1) kan det ses, at korrelationskoefficienten for monteringskurven for de faktiske data er 0. 939, og værdien er større end 0. 9, hvilket indikerer, at den passende virkning af kurven er bedre. På samme tid, fra den empiriske formel (1), kan det ses, at når en rumlig frekvens i området 0 ~ 43LP / mm vælges, vil den maksimale vektorhøjde på sadeloverflademikrolenerne påvirke den gennemsnitlige MTF -værdi ved denne rumlige frekvens. Når den maksimale vektorhøjde er større, er den gennemsnitlige MTF -værdi mindre, det vil sige, at nethindekontrasten er lavere. Det kan ses, at den maksimale vektorhøjde har en ikke-lineær negativ korrelation med den gennemsnitlige MTF-værdi ved en bestemt rumlig frekvens, det maksimale vektorhøjde under det maksimale felt af aksen synspunkt i dette frekvensområde. Blandt dem, i frekvensområdet for 0 ~ 15LP/mm, falder MTF hurtigere, og på samme tid falder MTF langsomt. Det kvantitative forhold mellem de strukturelle parametre for sadelmikrolenerne og den gennemsnitlige MTF -værdi giver et grundlag for bedre design af briller baseret på kontrastreduktion for at forbedre effekten af myopi -forebyggelse og -kontrol og kan tilvejebringe ny funktionel myopi -forebyggelse og kontrolprodukter for optometrister.
For at sammenligne billeddannelseseffekterne af sadel og sfærisk mikrostrukturarray -linser under relativt tæt lysforbindelsesforhold, er sadelmikrostrukturarray -linser med en toppunktvektorhøjde på 0. 9 um og en maksimal vektorhøjde på 1 um og sfærisk mikrostrukturarray -linser med en vektorhøjde på 1 m. Under det maksimale off-akse synsfelt og den specificerede rumlige frekvens (10LP / mm) sammenlignes de med den gennemsnitlige MTF-værdi af moderspejlet. Analyseresultaterne er vist i tabel 5. Det kan konstateres, at lyset i simuleringen af de to briller ikke alle når billedplanet, og lystabet af det sfæriske mikrostrukturarray -briller er større; For det andet, sammenlignet med moderlinsen, reduceres den gennemsnitlige MTF for de to briller markant, og den gennemsnitlige MTF for sadeloverfladen er lavere end den på den sfæriske overflade. Dette viser, at i tilfælde af relativt lille lystab er sadeloverfladen bedre end den sfæriske overflade til at reducere kontrasten af nethinden, hvilket er mere befordrende for at hæmme væksten af øjenaksen.
Tabel 5. MTF og lysforbindelseshastighed for linse-øje-system.
5. Konklusion
Sadelformet mikrostrukturarray-briller baseret på kontrastprincipanvendelse mikrolener til at sprede hændelseslyset og derved reducere stimuleringen af hændelseslyset til periferien af nethinden og reducere nethindens kontrast. På samme tid ved at kvantificere forholdet mellem mikrostrukturparametre på sadeloverfladen og kontrastsignalet konstateres det, at under det maksimale off-akse synsfelt, når en bestemt frekvens er valgt i det rumlige frekvensområde for 0 ~ 43LP/mm, den maksimale vektorhøjde af mikrolens og mtf-gennemsnittet af mirror-eye-systemet til et ikke-lexteling, det mikrelrelation, det mikrelation, det murre-eye-system viser et ikke-leaear-negativt relation, det mtring, det mirror-eye-eye-e-ikke-lyde-negativ relation, det korrelérelation, det korrelérelation, den mirror-eyear-leaear, korrelation, korrelation, den korrelation, det korrelérelation, det korrelérelation, det korrelation, det murre-eye-system er under denne tilstand den maksimale vektorhøjde på mikrolenerne og billeddannelseskontrasten af nethinden viser et ikke -lineært negativt korrelationsforhold. Dette kvantitative forhold giver et grundlag for design af mere nøjagtig kontrol af kontrastreguleringen af myopi -forebyggelse og kontrolbriller, og det er muligt at give optometrister nye og bedre funktionelle myopi -forebyggelses- og kontrolprodukter. Ved at sammenligne med den sfæriske mikrostruktur under betingelse af tab af lavt lys, konstateres det, at sadeloverflademikrostrukturen er mere markant til at svække nethindens kontrast, hvilket er mere nyttigt at bremse udviklingen af nærsynethed.
Referencer
[1] Verdens visuelle rapport. Genève: Verdenssundhedsorganisation. 2 0 20, licensaftale: CC BY-NC-SA 3.0 Igo. Proc. af Spie Vol. 13254 132541 p -6
[2] Holden BA, et al. Global forekomst af nærsynethed og høj nærsynethed og tidsmæssige tendenser fra 2000 til 2050 [J]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan Ig, Matsui KO, og så sm. Myopia [J]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, et al. Interventioner til langsom progression af nærsynethed hos børn [J]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Forskningsfremskridt med nethindeforordningsmekanisme for form for form for berøvelse [J]. Seneste fremskridt inden for oftalmologi, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, et al. Kandidatsveje til nethinde til skleral signalering i brydnings øjenvækst [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE, et al. IMI -indkvartering og kikkert vision i myopiudvikling og progression [J]. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A, et al. Optiske mekanismer, der regulerer emmetropisering og brydningsfejlrrors: bevis fra dyremodeller [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Effekter af foveal ablation på mønsteret af perifere brydningsfejl i normale og formberøvede spædbarns rhesus-aber (Macaca mulatta) [J]. Undersøgelsesophthalmology & Visual Science, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, et al. Indsigt fra opnilw -genhaplotyper til årsag og forebyggelse af nærsynethed [J]. Gener (Basel), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, et al. En mikrostrukturbrilleobjektiv og dens designmetode [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo anvendte optik [M] Electronic Industry Press, 2015: 579-581.