Entwurf von Linsen zur Korrektur hoher Reisenrationen von personalisiertem menschlichem Auge

Jiaxu Lua, B, Chunmei Zeng*A, B, Haomo Yuc

Asschule des optoelektronischen Wissenschaft und Ingenieurwesens und kollaborativen Innovationszentrums von Suzhou Nano Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China;

Bkey Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies der Provinz Jiangsu & Key Lab of Modern optical Technologies of Education Ministerium in China, Soochow University, Suzhou 215006, China;

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

Korrespondierender Autor: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn

ABSTRAKT

Die Aberration des menschlichen Auges hoher Ordnung ist ein Faktor, der in der visuellen Korrektur nicht ignoriert werden kann. Das Design von Linsen, das die Aberration hoher Ordnung korrigieren kann, kann die negativen Auswirkungen auf das menschliche Auge verringern und die visuelle Qualität verbessern. In diesem Artikel wird die optische Designsoftware Zemax verwendet, um ein personalisiertes Augenmodell basierend auf dem Liou -Auge und gemessenen Augendaten zu konstruieren. Der detaillierte Optimierungsprozess wird bei der Anpassung der Wellenfrontaberration angegeben, so dass die Wellenfrontaberration des Ziels des Menschen und des tatsächlichen menschlichen Auges tendenziell konsistent ist. Das konstruierte personalisierte Augenmodell hat die gleichen optischen Eigenschaften wie das tatsächliche menschliche Auge. Basierend auf dem personalisierten Augenmodell ist ein asphärisches Objektiv so konzipiert, dass sie hohe Ordnung Aberrationen korrigieren. Nach der Korrektur werden die Aberrationen hoher Ordnung des Zielauges verringert und der PV von Wellenfront-Aberrationen um 52,05%verringert, wird RMS um 59,64%verringert. Inzwischen stieg der MTF der tangentialen und sagittalen Richtung um 180% bzw. 135% bei 100 Zyklen\/mm.

Schlüsselwörter:Aberrationen mit hoher Ordnung, Korrektur, personalisiertes Augenmodell, asphärische Linse

1. Einführung

Das menschliche Auge ist ein relativ komplexes optisches System, einschließlich der Brechungsfähigkeit und der Beugunggrenze des optischen Systems des menschlichen Auges, der Größe der Pupille, der Größe der retinalen Photorezeptorzellen und verschiedenen Arten menschlicher Augenaberrationen, die die Bildgebungsqualität beeinflussen1. Um eine gute visuelle Erfahrung zu sammeln, erforschen und studieren Menschen seit vielen Jahren, unter denen die Korrektur der Aberration des menschlichen Auges ein wichtiges Feld ist, auf das Wissenschaftler aufmerksam gemacht haben und die Anstrengungen unternommen haben. Zusätzlich zu Aberrationen mit niedrigem Ordnung, die durch Defokus und Astigmatismus dargestellt werden, gibt es auch hohe Ordnung Aberrationen wie sphärische Aberration, Coma-Aberration und eine Reihe unregelmäßiger Aberrationen mit hoher Ordnung im menschlichen Auge 2-5. Diese Aberrationen hoher Ordnung führen zu Problemen wie verminderter Sehschärfe, verringerter Kontrastempfindlichkeit und Glare6. Dies ist der Grund, warum die Patienten auch nach der Korrektur herkömmlicher Brechungsprobleme immer noch die visuelle Klarheit nicht mehr visuell sind. Daher ist die Aberration des menschlichen Auges mit hoher Ordnung ein Faktor, der bei der Korrektur nicht ignoriert werden kann.

Lange Zeit konzentriert sich die Sehkorrektur der Menschen hauptsächlich auf die Verwendung des kugelförmigen Spiegels, um den Defokus und den Astigmatismus traditioneller Brechungsprobleme zu korrigieren. Die Korrektur von Aberrationen höherer Ordnung im menschlichen Auge war erst in den neunziger Jahren möglich, als ein Durchbruch in der Technik der genauen Messung der Wellenfront-Aberrationen erzielt wurde. Im Jahr 2008 finanzierte Ophthonix, ein amerikanisches Unternehmen, die Forschung und Entwicklung von Izon Frame Gläses7, das die Sehvermögen verbesserte, indem sie die Wellenfrontaberration des menschlichen Auges der Ordnung 2-6 misst und dann den korrigierten Diopter mit dem optimierten Kugelspiegel misst. Obwohl diese Methode die Wellenfront-Aberrationstechnologie einführt, berücksichtigt sie nicht die Auswirkung der Aberration hoher Ordnung auf das Sehen selbst. Im Jahr 2012 haben Li Rui et al8. Gebrauchte asphärische Oberfläche, um Brillen zu entwerfen, die Aberrationen der menschlichen Augen hoher Ordnung korrigieren könnten. Die Untersuchung zeigte, dass die Korrektur der Asphären -Linsen für Augen mit großem Astigmatismus und kugelförmiger Aberration am effektivsten war. Wenn jedoch die Aberrationen des Komas und der Klee groß sind, ist der Korrektureffekt der anstrengenden Linse nicht offensichtlich.

In diesem Artikel basiert auf dem LIOU -Modellauge, das die gemessene anteriore und hintere Hornhautoberfläche des Auges kombiniert, der axiale Abstand jedes Auges und die menschlichen Wellenfront -Aberrationsdaten ein personalisiertes Augenmodell. In

Zusätzlich werden die detaillierten Schritte für die Anpassung der Abweichungsdaten der menschlichen Wellenfront durchgeführt, die in der vorherigen Literatur nicht berichtet wurden. Basierend auf diesem personalisierten Augenmodell werden die asphärischen Brille optimiert, um die negativen Auswirkungen von Aberrationen hoher Ordnung auf menschliche Augen zu verringern und die visuelle Qualität zu verbessern. Alle oben genannten Inhalte werden durch optische Designsoftware Zemax simuliert.

2.ETBISCH VON EYE MODELLE

2.1 Einrichtung des Basis -Augenmodells

Bevor wir das personalisierte Augenmodell festlegen, sollten wir zunächst das grundlegende Augenmodell festlegen, dessen anfängliche strukturelle Parameter ausgewählt sind. Studien haben gezeigt, dass 10,11 die Änderung des Krümmungsradius der kristallinen Linse im Gullstrand-le Grand Eye-Modell mit der Einstellung der menschlichen kristallinen Linse übereinstimmt, sodass eine dünne Linse an die vordere Oberfläche der Linse hinzugefügt werden kann. Der Krümmungsradius und der quadrische Koeffizient der vorderen und hinteren Oberflächen der kristallinen Linse werden aus dem Liou -Augenmodell ausgewählt. Der Brechungsindexwert des Gullstrand-Le Grand Eye-Modells wird ausgewählt. Spezifische Parameter des Basis -Augenmodells sind in Tabelle 1 dargestellt, und 1 ist ein schematisches Diagramm des Basis -Augenmodells.

Tabelle 1 Grundlegende Augenmodellparameter

Abbildung 1 Die Struktur des Basis -Augenmodells

Der Allegro -Oculyzer -Anterior -Segmentanalysator wird verwendet, um die topografische Karte der tatsächlichen menschlichen Augen der Hornhaut zu messen, und die Hornhautdicke beträgt 0. 462 mm, der referenzkugelförmige Krümmungsradius der vorderen Oberfläche der Hornhaut der Hornhaut 8,45 mm und der referenz -kugelförmige Krümmungradius der hinteren Oberfläche der hinteren Oberfläche der hinteren Oberfläche. Das Aussehen des Instruments ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2 Allegro Oculyzer anteriorer Segmentanalysator

Die axiale Länge zwischen refraktiven Oberflächen des Auges wird durch Suoer -ophthalmische optische biometrische SW -9000 gemessen, wie in Abbildung 3 gezeigt. Der Durchschnitt der Daten wird 5 -fach genommen, wie in Tabelle 2 gezeigt.

Abbildung 3 Suoer ophthalmic Optical Biometrics SW -9000

Tabelle 2 die axiale Länge zwischen den Brechungsflächen des Auges

Wor ist die radiale Strahlenkoordinate in der Einheit der Linsenlänge,N ist der Zernike -Koeffizient in der Sequenz,A_i ist der Koeffizient des Ith Zernike Edge Polynom,ρ ist die normalisierte Radialstrahlkoordinate,φ ist die Strahlenkoordinate, die durch den Winkel ausgedrückt wird.

Wir setzen den Zenick -Fringe -Koeffizient a_i In der Zernike-Fringe-SAG-Oberfläche als Variable für die Optimierung, um Astigmatismus und Aberration hoher Ordnung zu teilen. In order to ensure the smooth progress of optimization, we adopted the optimization strategy of fitting low-order aberrations first and then high-order aberrations: First, low-order aberrations (C3-C5) are fitted into the eye model, then the aberrations (C7, C8), the fitting of clover (C6, C9) and four-leaf clover (C10, C14), and then the optimization of second-order Astigmatismus (C11, C13). Zu diesem Zeitpunkt werden kugelförmige Aberrationen (C12) und schließlich die Anpassung der sphärischen Aberrationen (C12) gewährt. Die erkannten Wellenfront -Aberrationsdaten (Order 2-

4) RMS ist 0. 8 0 31, und das Anpassungsergebnis beträgt 0,8089. Daher konvergierte das endgültige Optimierungsergebnis nahezu dem Zielwert, und ein vollständiges personalisiertes Augenmodell wird effektiv festgelegt.

Tabelle 3 Die Wellenfront -Aberrationen und ihre physische Bedeutung, die angepasst werden müssen

Tabelle 4 optimierte Harzlinsenparameter

3.2 Ergebnisse und Analyse

Die anfängliche menschliche Welle Aberration PV =7. 3457, rms =1. 6661. Nach der Korrektur verringert sich PV =3. 5225, RMS =0. 6725, erstere nimmt um 52,05% ab und letzterer verringert sich um 59,64%, was signifikant verbessert ist. Tabelle 5 zeigt den Zernike -Koeffizienten des Systems nach Korrektur. Im Vergleich zur vor der Korrektur vorliegenden Zernike -Aberrationen nehmen sich alle Zernike -Aberrationen ab und die tangentiale und sagittale MFT stieg bei 100 Zyklen\/mm um 180% bzw. 135%. Abbildung 4 zeigt den Vergleich von MTF vor und nach der Optimierung. Es ist bewiesen, dass die entworfene asphärische Linse die Aberrationen der menschlichen Augen hoher Ordnung effektiv reduzieren und die visuelle Qualität verbessern kann.

Tabelle 5 Optimierungsergebnis

Abbildung 4 Vergleich von MTF vor und nach der Optimierung

4. Schluss

In diesem Artikel wird die optische Designsoftware Zemax verwendet, um ein personalisiertes Augenmodell basierend auf dem Liou -Auge und den gemessenen Daten zu konstruieren. Darüber hinaus wird der detaillierte Optimierungsprozess bei der Anpassung der Wellenfrontaberrationen angegeben, wodurch die Simulationsergebnisse mit den tatsächlichen Wellenfront -Aberrationen menschlicher Augen übereinstimmen. Durch die Verwendung des erhaltenen personalisierten Augenmodells ist die asphärische Linse optimiert und eine Linse, die Aberrationen hoher Ordnung menschlicher Augen korrigieren kann. Die Designergebnisse reduzierten die Aberrationen der menschlichen Augen hoher Ordnung, was sich als hilfreich für die Verbesserung der visuellen Qualität menschlicher Augen erweist, und hat einen gewissen Referenzwert für die Korrektur hoher Reihenfolge menschlicher Augen. Der Mangel dieses Papiers besteht darin, dass er nicht den Fehler berücksichtigt, der durch die Bewegung menschlicher Augen im Design verursacht wird, und es gibt auch keine Analyse der Machbarkeit der Verarbeitung. Ich hoffe, die Diskussion in der zukünftigen Arbeit fortzusetzen.

Referenzen

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