Objektīva dizains, lai koriģētu personalizētas cilvēka acs augstas kārtības aberācijas

Jiaxu lua, b, chunmei zeng*a, b, haomo yuc

Suzhou Nano zinātnes un tehnoloģijas un tehnoloģijas optoelektroniskās zinātnes un inženierzinātņu un sadarbības inovāciju centra askula, Soochow University, Suzhou 215006, Ķīna;

Jiangsu provinces progresīvo optisko ražošanas tehnoloģiju laboratorija BKENSU provinces un mūsdienu izglītības ministrijas galveno laboratoriju laboratorija, Soochow University, Suzhou 215006, Ķīna;

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

Atbilstošais autors: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

Abstrakts

Cilvēka acs augstas kārtas aberācija ir faktors, kuru vizuālajā korekcijā nevar ignorēt. Objektīva dizains, kas var koriģēt augstas pakāpes aberāciju, var samazināt negatīvo ietekmi uz cilvēka aci un uzlabot vizuālo kvalitāti. Šajā rakstā optiskā dizaina programmatūras ZEMAX izmanto, lai izveidotu personalizētu acu modeli, pamatojoties uz LOOU aci un izmērītajiem acu datiem. Detalizēts optimizācijas process tiek sniegts, uzstādot viļņu frontes aberāciju, tā ka mērķa acs viļņu frontes aberācija un faktiskā cilvēka acs mēdz būt konsekventa. Izveidotajam personalizētajam acu modelim ir tādas pašas optiskās īpašības kā faktiskajai cilvēka acij. Balstoties uz personalizēto acu modeli, asfērisks objektīvs ir paredzēts, lai labotu augstas pakāpes aberācijas. Pēc korekcijas tiek samazinātas mērķa acs augstas kārtas novirzes, un viļņu frontes aberāciju PV samazinās par 52,05%, RMS samazina par 59,64%. Tikmēr tangenciālā un sagitālā virziena MTF palielinājās attiecīgi par 180% un 135% pie 100 cikliem/mM.

Atslēgas vārdi:Augstas pakāpes aberācijas, korekcija, personalizēts acu modelis, asfēriskais objektīvs

1. Ievads

Cilvēka acs ir salīdzinoši sarežģīta optiskā sistēma, ieskaitot cilvēka acu optiskās sistēmas refrakcijas spējas un difrakcijas robežu, skolēna lielumu, tīklenes fotoreceptoru šūnu lielumu un dažāda veida cilvēka acu novirzes, kas ietekmēs tā attēlveidošanas kvalitāti1. Lai iegūtu labu vizuālo pieredzi, cilvēki daudzus gadus ir izpētījuši un studējuši, starp kuriem cilvēka acu novirzes korekcija ir svarīga joma, kurai zinātnieki ir pievērsuši uzmanību un pieliekot pūles. Papildus zemas kārtas aberācijām, kuras attēlo defocuss un astigmatisms, ir arī augstas kārtas aberācijas, piemēram, sfēriska aberācija, komas aberācija un virkne neregulāru augstas kārtas aberāciju cilvēka acīs 2-5. Šīs augstas pakāpes aberācijas radīs tādas problēmas kā samazināts redzes asums, samazināta kontrasta jutība un atspīdums6. Tāpēc pat pēc tradicionālās refrakcijas problēmu novēršanas pacientiem joprojām trūkst vispārējās skaidrības. Tāpēc cilvēka acs augstas kārtas aberācija ir faktors, kuru korekcijā nevar ignorēt.

Ilgu laiku cilvēku redzes korekcija galvenokārt koncentrējas uz sfēriskā spoguļa izmantošanu, lai koriģētu tradicionālo refrakcijas problēmu defokusu un astigmatismu. Augstākas kārtas aberāciju labošana cilvēka acī nebija iespējama līdz 1990. gadiem, kad tika veikts izrāviens, lai precīzi izmērītu viļņu frontes aberācijas. 2008. gadā amerikāņu uzņēmums Ophthonix finansēja Izon Frame Glasses7 pētniecību un attīstību, kas uzlaboja redzi, izmērot cilvēka acs viļņu aberāciju 2-6, un pēc tam koriģēto diopteru pielāgojot ar optimizētu sfēras kolonnu spoguli. Lai arī šī metode ievieš viļņu frontes aberācijas tehnoloģiju, tā neuzskata augstas kārtas aberācijas ietekmi uz pašu redzi. 2012. gadā Li Rui et al8. Izmanto asfērisku virsmu, lai izstrādātu brilles, kas varētu labot cilvēka acu augstas pakāpes aberācijas. Pētījums parādīja, ka asferiskā objektīva korekcija bija visefektīvākā acīm ar lielu astigmatismu un sfērisku aberāciju. Tomēr, ja komas un āboliņa novirzes ir lielas, asfēriskā objektīva korekcijas efekts nav acīmredzams.

Šajā rakstā, kas balstīts uz LIOU modeļa aci, apvienojot izmērīto acs priekšējo un aizmugurējo radzenes virsmu, katras acs daļas aksiālo atstatumu un cilvēka viļņu frontes aberācijas datus, tiek izveidots personalizēts acu modelis. Iekšā

Papildus ir sīki izstrādātas darbības, lai pielāgotu cilvēka viļņu frontes aberācijas datus, par kuriem nav ziņots iepriekšējā literatūrā. Pēc tam, pamatojoties uz šo personalizēto acu modeli, asfēriskās brilles ir optimizētas, lai samazinātu augstas pakāpes aberāciju negatīvo ietekmi uz cilvēka acīm un uzlabotu vizuālo kvalitāti. Visu iepriekš minēto saturu imitē optiskā dizaina programmatūra Zemax.

2. Acu modeļa izveidošana

2.1. Pamata acs modeļa izveidošana

Pirms personalizēta acu modeļa izveidošanas mums vispirms jāizveido acu pamata modelis, kura sākotnējie strukturālie parametri ir izvēlēti Liou Eye Model9, kas ir ļoti līdzīga cilvēka acu optiskajai struktūrai un fizioloģiskajai struktūrai. Pētījumi parādīja, ka 10,11, kristāliskā objektīva izliekuma rādiusa maiņa Gullstrand-le grandiozās acu modelī atbilst cilvēka kristāliskā objektīva pielāgošanai, tāpēc objektīva priekšējai virsmai var pievienot plānu objektīvu. Kristāliskā objektīva priekšējo un aizmugurējo virsmu izliekuma rādiuss un kvadric koeficients ir izvēlēti no Liou acu modeļa. Ir izvēlēta Gullstrand-le Grand Eye modeļa refrakcijas indeksa vērtība. Acu pamata modeļa specifiskie parametri ir parādīti 1. tabulā, un 1. attēls ir acs pamata modeļa shematiska diagramma.

1. tabula Pamata acu modeļa parametri

1. attēls Eye modeļa pamata struktūra

Allegro Oculyzer priekšējā segmenta analizatoru izmanto, lai izmērītu cilvēka acu radzenes topogrāfisko karti, un radzenes biezums ir 0. 462 mm, radzenes priekšējās virsmas priekšējās virsmas rādiusa atskaites sfēriskā izliekuma rādiuss ir 8,45 mm, un atsauces sfēras izliekuma rādiuss ir 6,19 mm. Instrumenta izskats ir parādīts 2. attēlā.

2. attēls Allegro Oculyzer priekšējā segmenta analizators

Aksiālo garumu starp acs refrakcijas virsmām mēra ar suoer oftalmisko optisko biometrisko SW -9000, kā parādīts 3. attēlā. Izmērītie rezultāti ietvēra radzenes biezumu, priekšējās kameras dziļumu, kristālisko objektīva biezumu un vitra dziļumu. Datu vidējais rādītājs tiek ņemts 5 reizes, kā parādīts 2. tabulā.

3. attēls.

2. tabula Aksiālais garums starp acs refrakcijas virsmām

kurr ir radiālā staru koordināta objektīva garuma vienībā,N ir Zernike koeficients secībā,A_i ir ITH Zernike Edge polinoma koeficients,ρ ir normalizēta radiālā staru koordināta,φ ir staru koordināta, ko izsaka leņķis.

Mēs iestatām Zenick Fringe koeficientu a_i Zernike Fringe Sag kā mainīgais lielums optimizācijai, lai dalītos ar astigmatismu un augstas pakāpes aberāciju. Lai nodrošinātu vienmērīgu optimizācijas progresu, mēs pieņēmām optimizācijas stratēģiju, lai vispirms pielāgotu zemas kārtas aberācijas un pēc tam augstas kārtas aberācijas: vispirms, zemas kārtas aberācijas (c {3- C5) ir uzstādītas acu modelī, pēc tam aberācijas (C7, C8), C14, pēc tam C6, C9) un pēc tam, kad ir četru lapu šķidruma (C10), un pēc tam, pēc tam, pēc tam, kad ir C1. astigmatisms (C11, C13). Šajā laikā sfēriskām aberācijām (C12) un visbeidzot, sfērisko aberāciju uzstādīšanai (C12). Atklātie viļņu frontes aberācijas dati (pasūtījums 2-

4) RMS ir 0. 8 0 31, un uzstādīšanas rezultāts ir 0,8089. Tāpēc galīgais optimizācijas rezultāts gandrīz saplūda mērķa vērtībā, un efektīvi tiek izveidots pilnīgs personalizēts acu modelis.

3. tabula Viļņu frontes aberācijas un to fiziskā nozīme, kas ir jāapstiprina

4. tabula optimizēti sveķu objektīva parametri

3.2 Rezultāti un analīze

Sākotnējā cilvēka viļņu aberācija PV =7. 3457, rms =1. 6661. Pēc korekcijas PV =3. 5225, RMS =0. 5. tabulā parādīts sistēmas zernike koeficients pēc korekcijas. Salīdzinot ar pirms korekcijas, var redzēt, ka visas Zernike aberācijas samazinās un tangenciālā un sagitālā MFT palielinājās attiecīgi par 180% un 135% pie 100 cikliem/mM. 4. attēlā parādīts MTF salīdzinājums pirms un pēc optimizācijas. Ir pierādīts, ka projektētais asfēriskais objektīvs var efektīvi samazināt cilvēka acu augstas pakāpes aberācijas un uzlabot vizuālo kvalitāti.

5. tabulas optimizācijas rezultāts

4. attēls MTF salīdzinājums pirms un pēc optimizācijas

4.Clūzija

Šajā rakstā optiskā dizaina programmatūras ZEMAX izmanto, lai izveidotu personalizētu acu modeli, pamatojoties uz LOOU aci un izmērītajiem datiem. Turklāt detalizēts optimizācijas process tiek veikts, uzstādot viļņu frontes aberācijas, kas padara simulācijas rezultātus atbilstoši cilvēka acu faktiskajām viļņu frontes aberācijām. Izmantojot iegūto personalizēto acu modeli, tiek optimizēts asfēriskais objektīvs, un ir izstrādāts objektīvs, kas spēj koriģēt cilvēka acu augstas pakāpes aberācijas. Dizaina rezultāti samazināja cilvēka acu augstas pakāpes novirzes, kas izrādās noderīgas cilvēka acu vizuālās kvalitātes uzlabošanai, un tai ir noteikta atsauces vērtība cilvēka acu augstas pakāpes aberāciju labošanai. Šī darba deficīts ir tāds, ka tajā netiek ņemta vērā kļūda, ko izraisa cilvēka acu kustība dizainā, un nav arī apstrādes iespējamības analīzes. Ceru turpināt diskusiju turpmākajā darbā.

Atsauces

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Optiskie un tīklenes faktori, kas ietekmē vizuālo izšķirtspēju. Fizioloģijas žurnāls, 3: 576. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/5880378/
2. KOOMEN, M., TOUSEY, R., SCLNIK, R. (1950) Acu sfēriskā aberācija. Optometrija un redzes zinātne, 7: 370-376. doi: 10.1097/00006324-195007000-00012.
3. Howlands, HC, Holands B. (1977). Subjektīva metode vienkrāsainu* acs aberāciju mērīšanai. Amerikas Optiskās biedrības žurnāls, 11: 1508-1518. doi: 10.1364/josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Sfērisko un citu aberāciju ietekme uz cilvēka acu modulācijas pārnešanu. Oftalmiskā un fizioloģiskā optika, 6: 504-513. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1046/j.{ {5 ^
5. Wang, Y., Wang ZQ, Guo, HQ, Quan W. (2005). Cilvēka acs uzlabotas novirzes ietekme uz vizuālo funkciju. Acta optica, 11: 1519-1525. https://www.researching.cn/articlepdf/m00006/2005/25/11/gxxb {{7}
6. Liangs, J., Viljamss, DR, Millers, DT (1997). Supernormāla redze un augstas izšķirtspējas tīklenes attēlveidošana, izmantojot adaptīvo optiku. Josa a, 11: 2884-2892. https://opg.optica.org/josaa/fulltext.cfm?uri{ {
7. Seiple, WH, Szlyk, JP (2008). Vīzijas veiktspēja, ko nodrošina Izon® briļļu objektīvu sistēma. Pārskats par optometriju, 2. https://chicagolighthouse.org/wp-content/uploads/2015/11/{ {5 ^
8. Li, R., Wang, ZQ, Liu, YJ, MU, GG (2012) Asfērisku briļļu projektēšanas metode cilvēka acu augstas kārtības aberāciju korekcijai. Science China Technological Sciences, 55: 1391–1401. 10.1007/s 11431-012- 4762-4.
9. Liou, HL, Brennan, NA (1997). Anatomiski precīza, ierobežota modeļa acs optiskai modelēšanai. Josa a, 8: 1684-1695. https://opg.optica.org/josaa/fulltext.cfm?uri {{3} ^
10. Gārners, LF, Smits, G. (1997). Kristāliskā objektīva ekvivalenta un gradienta refrakcijas indeksa izmaiņas ar izmitināšanu. Optometrija un redzes zinātne, 2: 114-119. https://journals.lww.com/optvisssci/abStract/1997/02000/changes {{5} ^ {{6 ^
11. Koretz, JF, Cook, CA, Kaufman, PL (2002). Cilvēka objektīva novecošanās: objektīva formas izmaiņas izmitināšanas vietās un ar pielāgotiem zaudējumiem. Josa a, 1: 144-151. https://opg.optica.org/josaa/fulltext.cfm?uri {{3} ^