Jialing houa,b, Chunmei Zeng*a,bHaomo Yuc aSchule für optoelektronische Wissenschaft und Ingenieurwesen, Universität Soochow, Suzhou 215006, China;bSchlüssellabor für fortgeschrittene optische Fertigungstechnologien der Provinz Jiangsu & Schlüssellabor der modernen optischen Technologien des Bildungsministeriums in China, Soochow University, Suzhou 215006, China;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, China * Korrespondierender Autor: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
ABSTRAKT
Um die Beziehung zwischen der Myopie -Prävention und der Kontrolle der Myopie -Präventions- und Kontrollrahmengläser und den Mikrostrukturparametern der Brille intuitiver zu beurteilen, entwirft dieses Papier einen Satteloberflächenmikrostrukturarray -Brille basierend auf dem Kontrastprinzip und verwendet das Verhältnis zwischen dem MTF -Wert und dem Mikrostrukturparameter, um ein quantitatives Modell zu erstellen. Die Entwurfsergebnisse zeigen, dass innerhalb des akzeptablen Bildgebungssignalbereichs des menschlichen Auges die Satteloberfläche -Mikrostruktur -Array -Linse das Licht durch die Mikrostruktur nicht konvergieren und das Bild nicht konvergieren können, was den Bildgebungskontrast der Retina stark reduziert. Wenn eine bestimmte räumliche Frequenz im Bereich von {{0}} ~ 43lp/mm ausgewählt wird, liegt die maximale Vektorhöhe der Mikrolens im Bereich von 0 ~ 10 & mgr; m und die maximale Vektorhöhe der Mikrolens und der MTF-Wert des maximalen Austritts, der eine nichtline-Negativ-Negativ-Korrelation zeigt. Daher wird die empirische Formel der maximalen Vektorhöhe und des MTF -Werts der Mikrolinse der Spektakellinse festgelegt, und die quantitative Analyse der Mikrostrukturparameter und des Kontrastsignals des Spektakelobjektivs wird abgeschlossen. Diese Arbeit hilft dem Linsendesigner, die Kontraststeuerung der Myopie -Prävention zu steuern und durch die Mikrostrukturparameter genauer zu steuern. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass die Satteloberfläche im Vergleich zur sphärischen Mikrostruktur im Fall eines relativ geringen Lichtverlusts im Vergleich zur sphärischen Mikrostruktur einen besseren Einfluss auf die Verringerung des Kontrasts hat, was hilfreicher ist, um die visuelle Qualität zu verringern und die Entwicklung der Myopie zu verlangsamen.
Schlüsselwörter: Rahmenbrillen, Myopie -Prävention und -Konstanz, mikrostrukturiertes Array, Kontrastverhältnis
1. Einführung
Laut dem von der Weltgesundheitsorganisation veröffentlichten World Vision -Bericht haben bis 2020 fast 2,6 Milliarden der 7 Milliarden Menschen der Welt Myopie als funktionelle Augenkrankheit entwickelt [1]. Es wird geschätzt, dass bis 2050 etwa 5 Milliarden Menschen auf der ganzen Welt Myopie entwickeln werden [2]-[3]. Gegenwärtig gibt es hauptsächlich Myopie -Präventions- und Kontrollmaßnahmen wie Außenaktivitäten, medikamentöse Behandlung und optische Intervention [4]. Im Vergleich zu den Schwierigkeiten von Outdoor -Aktivitäten, dem Risiko einer medikamentösen Behandlung und dem teuren Preis für Hornhautkontaktlinsen, das die Verhütung von Myopie -Prävention und Kontrollrahmen als optische Intervention trägt, die Myopie korrigieren und die Entwicklung von Myopien gleichzeitig hemmen kann, hat die Merkmale von Sicherheit, Komfort, Komfort und Wirtschaft. Daher wird bei Myopiepatienten in diesem Stadium die Myopie -Präventions- und Kontrollrahmenbrillen von den meisten Patienten und ihren Familien leichter akzeptiert. Gegenwärtig können die mikrostrukturierten Linsen, die zur Verzögerung der Vertiefung der Myopie bei Jugendlichen verwendet werden, in Objektiven auf der Grundlage des Prinzips des myopischen Defokuss oder der Linsen auf der Grundlage des Prinzips höherer Ordnung verfälscht werden. Die nach dem Prinzip der Aberrationen höherer Ordnung basierende Linse hat eine gewisse Indirektheit bei der Bewertung der Wirkung der Myopie-Prävention und -Kontrolle. Es ist schwierig, die Beziehung zwischen den Indikatoren für Aberrationen höherer Ordnung und den Mikrostrukturparametern der Linse mit der aktuellen Datenakkumulation direkt zu quantifizieren. Es gibt jedoch nur wenige Myopie -Präventions- und Kontrollbrillen, die auf dem Kontrastprinzip basieren. Daher ist es notwendig, verschiedene Designs zu verwenden, um das Kontrastsignal besser zu verringern, um in die Entwicklung von Myopie einzugreifen. Gleichzeitig wird die Myopie -Präventions- und -kontrolleffekt der Brille quantifiziert, um das Myopia -Kontrollsignal zu erhalten, das mit den Myopia -Patienten genauer und schneller entspricht.
2. Kontrastprinzip
Während des Betrachtens von Objekten versucht das Auge immer, sich auf die Netzhaut zu konzentrieren, um einen maximalen Kontrast zu erreichen. Der Schwerpunkt des einfallenden Lichts um die Netzhaut des normalen Auges oder des Myopia -Auges, die eine herkömmliche Myopie -Brille trägt, befindet sich jedoch hinter der Netzhaut. Um den maximalen Kontrast zu erhalten, versuchen die Augen die Retina, sich dem Schwerpunkt des einfallenden Lichts zu nähern, was zur Erhöhung der axialen Länge führt, die zur allmählichen Entwicklung der Myopie oder zur Vertiefung der Myopie führt. Experimente zur Entwicklung von Myopie haben gezeigt, dass das Auftreten und die Entwicklung von Myopie durch Netzhautschwärmersignale ausgelöst werden [5]-[9]. Das Kontrastsignal in bipolaren Zellen der Kinder ist ein Signal für das Augenwachstum, und die Verringerung des Kontrastsignals verlangsamt die Wachstumsrate der Augen [10]. Gegenwärtig erwägen die Linsen, die auf dem Kontrastprinzip auf dem Markt basieren, hauptsächlich nicht transparente Mikrostrukturen, um den Durchgang einiger Licht zu blockieren, um den Kontrast um die Linsen zu verringern. Diese Art von Methode ist relativ schwierig, die Beziehung zwischen der Myopie -Prävention und der Kontrolle der Linsen und den Mikrostrukturparametern quantitativ zu bewerten. 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 myopia can auch erreicht werden. Daher entwirft dieses Papier eine Satteloberflächenmikrostruktur -Array -Objektiv, die auf dem Kontrastprinzip basiert. Die Mikrolinse werden verwendet, um das einfallende Licht zu streuen, um die Stimulation des einfallenden Lichts auf die Peripherie der Retina zu verringern, den Kontrast der Netzhaut zu verringern und die Wirkung der Hemmung des Wachstums der Augenachse zu erreichen.
3. Brille Objektivdesign
3.1 Layout der Mikrostruktur und Bestimmung von Designparametern
In order to ensure the stability of dynamic visual quality and ensure that the number of microlenses in the pupil will not change greatly with the change of the position of the spectacle lens, this paper chooses the array mode of close arrangement of microstructure, that is, the microstructure area is pided by close splicing of regular hexagon, and then the microstructure array filled with microlenses of regular hexagon inscribed circle size is Arrangiert [11]. Das Mikrostrukturarray ist außerhalb des zentralen leeren Bereichs der vorderen Oberfläche der Mutterlinse verteilt, und der Durchmesser des zentralen Blindbereichs beträgt 6 m. Der radiale Durchmesser der Mikrolinse wird zu 1 mm ausgewählt. Um die Diskussion der Einrichtung eines rechteckigen Koordinatensystems zu erleichtern, wird das optische Zentrum der vorderen Oberfläche der Mutterlinse als Ursprung angesehen. Die beiden Richtungen entlang der radialen Richtung der Mutterlinse sind die X-Achse und die Y-Achse des dreidimensionalen Koordinatensystems, und die Z-Achse des dreidimensionalen Koordinatensystems erfolgt entlang der Richtung der optischen Achse. Der Kontrollbereich mit einem Durchmesser von etwa 25 mm wird auf die vordere Oberfläche der Mutterlinse hinzugefügt. Die erhaltene Frontansicht des Spektakelobjektivs ist in Abbildung dargestellt. 1, und ein reguläres Sechskantgitter des Kontrollbereichs ist in Abbildung dargestellt. 1. Um das maximale Sichtfeld außerhalb der Achse vollständig ein regelmäßiges hexagonales Gitter abzudecken und den ausgewählten Pupillendurchmesser des menschlichen Auges im Bereich von 2 bis 3 mm mit relativ guten Beleuchtungsbedingungen zu machen, wird der Pupillendurchmesser des myopischen Modells als 2,8 mm ausgewählt, und das gesamte Feld der Sicht ist 33 ⁰. Die drei Ansichtsfelder sind auf 0 ⁰, 8 ⁰ bzw. 16,5 ⁰ gesetzt, und die im System des Linsenaugensystems verwendete Wellenlänge beträgt 550 nm.
Abbildung 1. Vorderansicht von Brillenlinsen.
3.2 Berechnung der Parameter von Mutterlinsen und Konstruktion von Myopia -Modellaugen
Gemäß den Anforderungen der Verarbeitungstechnologie ist der Objektivdurchmesser D auf 60 mm eingestellt, die Mittelstärke der Linse beträgt 1,3 mm und die Form ist eine Meniskuskugellinse, die später als Mutterobjektiv bezeichnet wird. Der Brechungsindex des ausgewählten Harzobjektivs beträgt 1,56, und die Abbe -Zahl beträgt 32. Nach dem Grad der Myopie - 3 D ist die Brennkraft der vorderen Oberfläche der Mutterlinse auf 2D eingestellt und die Brennkraft der hinteren Oberfläche ist - 5 d. Somit kann der Krümmadius der vorderen und hinteren Oberflächen der Mutterlinse berechnet werden.
Das Liou -Standardmodellauge wurde als anfängliche Struktur des myopischen Modellauges verwendet. Die Mutterlinse, die der Korrektur der myopischen Ametropie entspricht, wurde vor dem LIOU -Standardmodellauge eingefügt. Der Abstand von der Spitze der hinteren Oberfläche der Linse zur Spitze der vorderen Oberfläche der Hornhaut betrug 12 mm. Der Pupillendurchmesser, die Wellenlänge und das Sichtfeld des Systems wurden entsprechend den festgelegten Systemparametern eingestellt. Die Glaskörperdicke des LIOU -Standardmodellauges wurde als Variable verwendet, um das Modellauge zu optimieren, das der myopischen Form entspricht.
3.3 Modellierung von Brillenlinsen
Um die optischen Strukturparameter der Satteloberfläche zu berechnen, wird die Scheitel -Vektorhöhe der Parabola mit Abwärtsöffnung auf 1 & mgr; m eingestellt (die Höhe der Scheitelpunktvektorhöhe der Parabola ist definiert als der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt und dem Schnittpunktpunkt des Scheitelpunkts und dem vorderen Oberflächenoberflächen. 10 & mgr; m (die maximale Vektorhöhe der Parabola ist definiert als der maximale Abstand zwischen allen Punkten auf der Parabola und der Schnittpunkt der Normalen der Scheitelpunkte und die vordere Oberfläche der Mutterlinse), und dann wird der Schnellradius der beiden Parabolas berechnet. Die optischen Strukturparameter der Sattel -Mikrolinse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Position jedes Mikrolens kann gemäß den optischen Strukturparametern und das Layout des Mikrostrukturarrays sowie die spezifischen Bedingungen, die der Scheitelpunkt der Mikrolens auf die Krümmungsmitte der vorderen Oberfläche des Mutterbuchs verweist, berechnet werden. Die Mikrolinse werden auf die vordere Oberfläche der Mutterlinse in Zemax hinzugefügt, um die Modellierung der Linse zu vervollständigen.
Tabelle 1. Die maximale Vektorhöhe beträgt 2 & mgr; m optische Strukturparameter von Satteloberflächenmikrolensen
3.4 Bildgebungssimulation
Die Daten des myopischen Modellauges werden dem Zemax-Sequenzmodus hinzugefügt, und die Nichtsequenzkomponente wird vor dem Modellauge eingefügt. Die entworfene Mikrostruktur-Array-Linse wird in der Nicht-Sequenzkomponente zur optischen Simulation des Linsenaugensystems platziert. Das Spot -Diagramm der menschlichen Netzhaut und des Defokusbereichs vorne und hinten ist in Abbildung 2 dargestellt. Da nur das Licht des maximalen Sichtfelds außerhalb der Achse durch die Mikrolinse in den drei Sichtfeldern der Mikrolens-Array-Brille durchläuft, werden die Daten des Radius des diffusen Flecks mit den obigen fünf maximalen Vektorhöhen im Sichtfeld extrahiert und in Tabelle 2 zusammengefasst. Die Ansicht ist sortiert, wie in Abbildung 3 gezeigt.
Tabelle 2. Diffuse Fleckradius der Satteloberfläche Mikrostrukturbrille unter maximalem Sichtfeld außerhalb der Achse.
e. H=10μm
Abbildung 2. Off Focus -Säulendiagramm des Linsenaugesystems, das der Mikrostruktur der Satteloberfläche entspricht.
Abbildung 3. mittlere MTF -Werte in zwei Richtungen.
4. Diskutieren
Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass das Licht durch das Mikrolens -Array einen verschwommenen Dispersionsfleck im akzeptablen Bildgebungssignalbereich des menschlichen Auges bildet und im Defokusbereich von 1000 μm vor und nach der Retina nicht konvergieren kann, so dass das Licht durch die Mikrostruktur die menschliche Augenanpassung oder die Anpassungsfunktion in der Form des Defokus -Signals nicht stimuliert. Gleichzeitig kann auch in Abbildung 3 beobachtet werden, dass die MTF-Kurve des maximalen Sichtfelds außerhalb der Achse schnell abnimmt, was auch überprüft, dass das Mikrolens-Array den Kontrast der Netzhautbildgebung verringert, so dass der Augapfel nicht mehr wächst, um den Maximumkontrast zu erhalten, und die Wirkung des Häbens des Wachstums des Augen-Axis zu erreichen. Durch die Analyse von Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die Dispersionsfleck im maximalen Sichtfeld außerhalb der Achse steigt, wenn die Scheitelpunktvektorhöhe der Sattelmikrolens konstant ist und die maximale Vektorhöhe allmählich zunimmt, und der entsprechende Kontrast nimmt ebenfalls ab.
It can also be observed from Figure.3 that in the maximum off-axis field of view, when the spatial frequency is in the range of 0~43lp/mm, the maximum vector height of the saddle microlens gradually increases, the average MTF of the lens-eye system will gradually decrease, and the average MTF in this spatial frequency range is greater than or equal to 0. 0 5, was noch in dem Bereich ist, in dem das menschliche Auge unterscheidet und nachgewiesen wird [12]. Daher beträgt die räumliche Frequenz 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 25, 30, 40, 43LP/mm. Die durchschnittlichen MTF -Daten mit der maximalen Vektorhöhe von 2,4,6,8 und 10 μm sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3. Mittlere MTF -Daten von Satteloberflächenmikrolsen mit unterschiedlichen Vektorhöhen und Frequenzen.
Um den Einfluss der maximalen Vektorhöhenvariation der Mikrolinse auf den Netzhautkontrast darzustellen, wurde in Tabelle 3 unter Verwendung der SPSS -Software eine multiple nichtlineare Regression in Tabelle 3 durchgeführt. Im räumlichen Frequenzbereich von 0 ~ 43lp/mm werden die maximale Vektorhöhe H und die räumliche Frequenz f der Satteloberfläche als unabhängige Variablen verwendet, und der durchschnittliche MTF -Wert unter jedem Vektorhöhewert wird als abhängige Variable verwendet, um die Gleichung zu etablieren. Die Ergebnisse einer mehreren nichtlinearen Regressionsanalyse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4. Ergebnisse einer multiplen nichtlinearen Regressionsanalyse.
Basierend auf den Daten in Tabelle 4 wird die empirische Formel der maximalen Vektorhöhe der Sattelmikrolens und der durchschnittliche MTF bei der angegebenen räumlichen Frequenz festgelegt:
Gemäß Tabelle 4 und Formel (1) ist ersichtlich, dass der Korrelationskoeffizient der Anpassungskurve für die tatsächlichen Daten 0. 939 ist und der Wert größer als 0. 9, was angibt, dass der Anpassungswirkung der Kurve besser ist. Gleichzeitig ist aus der empirischen Formel (1) zu erkennen, dass, wenn eine räumliche Frequenz im Bereich von 0 ~ 43lp / mm ausgewählt wird, die maximale Vektorhöhe der Satteloberflächenmikrolinse den durchschnittlichen MTF -Wert bei dieser räumlichen Häufigkeit beeinflusst. Wenn die maximale Vektorhöhe größer ist, ist der durchschnittliche MTF -Wert kleiner, dh der Netzhautkontrast niedriger. Es ist ersichtlich, dass unter dem maximalen Sichtfeld außerhalb der Achsen in diesem Frequenzbereich die maximale Vektorhöhe eine nichtlineare negative Korrelation mit dem durchschnittlichen MTF-Wert bei einer bestimmten räumlichen Frequenz aufweist, dh unter der maximalen Sichtfeld außerhalb der Achse hat die maximale Vektorhöhe der Mikrosen eine nichtlineare negative Korrelation mit dem Retinal-Kontrast. Unter ihnen nimmt MTF im Frequenzbereich von 0 ~ 15 lp/mm schneller ab und gleichzeitig nimmt MTF langsam ab. Die quantitative Beziehung zwischen den Strukturparametern der Sattelmikrolens und dem durchschnittlichen MTF -Wert bietet eine Grundlage für eine bessere Konstruktion von Brillen, die auf der Kontrastreduktion basieren, um die Auswirkung der Myopie -Prävention und -Kontrolle zu verbessern, und kann neue Funktionen für funktionelle Myopien für Optometristen bereitstellen.
Um die Bildgebungseffekte von Sattel- und kugelförmigen Mikrostrukturlinsen unter relativ engen Lichtpassungsbedingungen zu vergleichen, haben Sattel -Mikrostruktur -Array -Objektive mit einer Scheitelpunktvektorhöhe von 0. 9 & mgr; m und eine maximale Vektorhöhe, die 1 μm und die methodischen Mikrostruktur mit einem Vektorhöhe mit einem Vektorhöhe mit einer Vektorhöhe mit einem Vektorhöhe mit einer Vektorhöhe mit einer Vektorhöhe mit einem Vektorhöhe mit einem Vektorhöhe mit einem modellierenden modellierenden Methoden mithilfe von 1 & mgr; m. Unter dem maximalen Sichtfeld außerhalb der Achse und der angegebenen räumlichen Frequenz (10 lp / mm) werden sie mit dem durchschnittlichen MTF-Wert des Mutterspiegels verglichen. Die Analyseergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Es kann festgestellt werden, dass das Licht bei der Simulation der beiden Gläser nicht alle die Bildebene erreicht und der Lichtverlust der kugelförmigen Mikrostruktur -Array -Brille größer ist. Zweitens ist im Vergleich zum Mutterobjektiv der durchschnittliche MTF der beiden Brillen signifikant reduziert und der durchschnittliche MTF der Satteloberfläche niedriger als die der kugelförmigen Oberfläche. Dies zeigt, dass bei relativ kleinem Lichtverlust die Satteloberfläche besser ist als die kugelförmige Oberfläche bei der Reduzierung des Kontrasts der Retina, was für die Hemmung des Wachstums der Augenachse förderlicher ist.
Tabelle 5. MTF und leichte Übergangsrate des Linsenaugensystems.
5. Schlussfolgerung
Sattelförmige Mikrostruktur-Array-Brille basierend auf Kontrastprinzip verwendet Mikrolinse, um das einfallende Licht zu streuen, wodurch die Stimulation des einfallenden Lichts auf die Peripherie der Retina reduziert und den Kontrast der Netzhaut stark verringert wird. Gleichzeitig wird durch Quantifizierung der Beziehung zwischen den Mikrostrukturparametern der Satteloberfläche und dem Kontrastsignal festgestellt, dass unter dem maximalen Sichtfeld der Offaxis, wenn eine bestimmte Frequenz im räumlichen Frequenzbereich von 0 ~ 43LP/mm, dem maximalen Vektorhauthoch des Mikrolens, und dem MTF-Durchschnitt des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des MTF-Durchschnitts des Spiegelwerts, ausgewählt wird. Das heißt unter diesem Zustand, die maximale Vektorhöhe der Mikrolinse und der Bildgebungskontrast der Retina zeigen eine nichtlineare negative Korrelationsbeziehung. Diese quantitative Beziehung bietet eine Grundlage für das Design einer genaueren Kontrolle der Kontrastregulierung der Myopie -Präventions- und Kontrollbrillen, und es ist möglich, Optionen mit neuen und besseren funktionellen Myopie -Präventions- und -kontrollprodukten zu bieten. Durch Vergleich mit der sphärischen Mikrostruktur unter dem Zustand mit geringem Lichtverlust wird festgestellt, dass die Satteloberfläche Mikrostruktur bei der Schwächung des Netzhautkontrasts signifikanter ist, was hilfreicher ist, um die Entwicklung der Myopie zu verlangsamen.
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