Jialing houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo Yuc aSekolah Sains dan Kejuruteraan Optoelektronik, Universiti Soochow, Suzhou 215006, China;bMakmal Utama Teknologi Pembuatan Optik Lanjutan Jiangsu Provinsi & Makmal Utama Teknologi Optik Moden Kementerian Pendidikan China, Soochow University, Suzhou 215006, China;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, China * Pengarang yang sepadan: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
Abstrak
Untuk lebih intuitif menilai hubungan antara pencegahan miopia dan kesan kawalan gelas pencegahan dan bingkai kawalan miopia dan parameter mikrostruktur gelas, kertas ini merancang gelas pelbagai struktur mikro permukaan berdasarkan prinsip kontras, dan menggunakan hubungan antara nilai mtf dan parameter mikrostruktur. Hasil reka bentuk menunjukkan bahawa dalam julat isyarat pengimejan yang boleh diterima dari mata manusia, lensa pelbagai struktur mikro permukaan pelana dapat membuat cahaya melalui mikrostruktur yang tidak dapat berkumpul dan imej, yang sangat mengurangkan kontras pengimejan retina. Apabila frekuensi spatial tertentu dalam julat {{0}} ~ 43lp/mm dipilih, ketinggian vektor maksimum mikrolen berada dalam julat 0 ~ 10μm, dan ketinggian vektor mikrolen mikrolen dan nilai mtf maksimum. Oleh itu, formula empirikal ketinggian vektor maksimum dan nilai MTF lensa mikrolen ditubuhkan, dan analisis kuantitatif parameter mikrostruktur dan isyarat kontras lensa tontonan selesai. Kerja ini membantu pereka lensa untuk mengawal kawalan kontras pencegahan miopia dan mengawal lebih tepat melalui parameter mikrostruktur. Pada masa yang sama, melalui analisis, didapati bahawa dalam kes kehilangan cahaya yang agak kecil, berbanding dengan mikrostruktur sfera, mikrostruktur permukaan pelana mempunyai kesan yang lebih baik untuk mengurangkan kontras, yang lebih membantu untuk mengurangkan kualiti visual dan melambatkan perkembangan miopia.
Kata kunci: gelas bingkai, pencegahan dan kawalan miopia, array microstructured, nisbah kontras
1. Pengenalan
Menurut laporan World Vision yang dikeluarkan oleh Pertubuhan Kesihatan Sedunia, hampir 2.6 bilion dari 7 bilion orang di dunia telah mengembangkan miopia sebagai penyakit mata berfungsi pada tahun 2020 [1]. Dianggarkan bahawa menjelang tahun 2050, kira-kira 5 bilion orang di seluruh dunia akan mengembangkan miopia [2]-[3]. Pada masa ini, terdapat langkah -langkah pencegahan dan kawalan miopia seperti aktiviti luaran, rawatan dadah dan campur tangan optik [4]. Berbanding dengan kesukaran aktiviti luaran, risiko rawatan dadah, dan harga mahal kanta sentuh kornea, memakai gelas pencegahan dan kawalan miopia sebagai campur tangan optik yang boleh membetulkan miopia dan menghalang perkembangan miopia pada masa yang sama mempunyai ciri -ciri keselamatan, keselesaan, keselesaan, dan ekonomi. Oleh itu, bagi pesakit miopia pada tahap ini, memakai cermin pencegahan dan bingkai kawalan miopia lebih mudah diterima oleh kebanyakan pesakit dan keluarga mereka. Pada masa ini, kanta berstruktur mikro yang digunakan untuk menangguhkan pendalaman miopia pada remaja boleh dipisahkan ke dalam kanta berdasarkan prinsip defocus atau kanta miopik berdasarkan prinsip penyimpangan yang lebih tinggi. Kanta berdasarkan prinsip penyimpangan pesanan yang lebih tinggi mempunyai ketidakhadiran tertentu dalam menilai kesan pencegahan dan kawalan miopia. Adalah sukar untuk mengukur secara langsung hubungan antara penunjuk penyimpangan pesanan yang lebih tinggi dan parameter mikrostruktur lensa dengan pengumpulan data semasa. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa gelas pencegahan dan kawalan miopia yang direka berdasarkan prinsip kontras. Oleh itu, adalah perlu menggunakan reka bentuk yang berbeza untuk mengurangkan lebih banyak isyarat kontras untuk campur tangan dalam perkembangan miopia. Pada masa yang sama, kesan pencegahan dan kawalan miopia dari gelas dikira untuk mendapatkan pemadanan isyarat kawalan miopia dengan pesakit miopia lebih tepat dan cepat.
2. Prinsip kontras
Semasa proses melihat objek, mata sentiasa cuba memberi tumpuan kepada retina untuk mencapai kontras maksimum. Walau bagaimanapun, titik tumpuan cahaya insiden di sekitar retina mata normal atau mata miopia yang memakai cermin miopia konvensional berada di belakang retina. Oleh itu, untuk mendapatkan kontras maksimum, mata akan membuat retina cuba mendekati titik fokus cahaya insiden, mengakibatkan peningkatan panjang paksi, yang membawa kepada perkembangan miopia secara beransur -ansur atau pendalaman miopia. Eksperimen mengenai perkembangan miopia telah menunjukkan bahawa kejadian dan perkembangan miopia dicetuskan oleh isyarat kabur retina [5]-[9]. Isyarat kontras dalam sel bipolar kanak -kanak adalah isyarat pertumbuhan mata, dan pengurangan isyarat kontras akan melambatkan kadar pertumbuhan mata [10]. Pada masa ini, kanta berdasarkan prinsip kontras di pasaran terutamanya mempertimbangkan menggunakan mikrostruktur yang tidak telus untuk menyekat laluan beberapa cahaya, untuk mengurangkan kontras di sekitar kanta. Kaedah semacam ini agak sukar untuk menilai secara kuantitatif hubungan antara pencegahan miopia dan kesan kawalan kanta dan parameter mikrostruktur. Sekiranya mikrostruktur dengan kelengkungan positif dan negatif yang bergantian ditambah kepada lensa tontonan, perubahan yang lebih tidak teratur seperti penumpuan atau permasulih melalui struktur mikro akan berlaku, dan pengimejan yang tidak dapat diperolehi. dicapai. Oleh itu, makalah ini merancang lensa pelbagai struktur mikro permukaan pelana berdasarkan prinsip kontras. Microlens digunakan untuk menyebarkan cahaya insiden, untuk mengurangkan rangsangan cahaya insiden di pinggir retina, mengurangkan kontras retina, dan mencapai kesan menghalang pertumbuhan paksi mata.
3. Reka bentuk lensa kacamata
3.1 Susun atur mikrostruktur dan penentuan parameter reka bentuk
Untuk memastikan kestabilan kualiti visual yang dinamik dan memastikan bahawa bilangan mikrolen di dalam murid tidak akan berubah dengan banyaknya dengan perubahan kedudukan lensa tontonan, kertas ini memilih cara susunan mikrostruktur yang rapat dengan mikro Diatur [11]. Arus mikrostruktur diedarkan di luar kawasan kosong pusat permukaan depan lensa ibu, dan diameter kawasan kosong pusat adalah 6mm. Diameter radial microlens dipilih menjadi 1mm. Untuk memudahkan perbincangan mengenai penubuhan sistem koordinat segi empat tepat, pusat optik permukaan depan lensa ibu diambil sebagai asal. Kedua-dua arah di sepanjang arah radial lensa ibu adalah paksi-x dan paksi-y dari sistem koordinat tiga dimensi, dan paksi z sistem koordinat tiga dimensi adalah di sepanjang arah paksi optik. Kawasan kawalan dengan diameter kira -kira 25 mm ditambah ke permukaan depan lensa ibu. Pandangan depan lensa tontonan yang diperolehi ditunjukkan dalam angka. 1, dan grid heksagon biasa di kawasan kawalan ditunjukkan dalam angka. 1. Tiga bidang pandangan ditetapkan kepada 0 ⁰, 8 ⁰ dan 16.5 ⁰ masing-masing, dan panjang gelombang yang digunakan dalam sistem mata lensa adalah 550 nm.
Rajah 1. Pandangan depan kanta mata.
3.2 Pengiraan parameter kanta ibu dan pembinaan mata model miopia
Mengikut keperluan teknologi pemprosesan, diameter lensa D ditetapkan kepada 60 mm, ketebalan pusat lensa adalah 1.3 mm, dan bentuknya adalah lensa sfera meniskus, yang kemudiannya dikenali sebagai lensa ibu. Indeks refraktif lensa resin yang dipilih adalah 1.56, dan nombor Abbe adalah 32. Menurut tahap miopia - 3 d, kuasa fokus permukaan depan lensa ibu ditetapkan kepada 2D, dan kuasa fokus permukaan belakang adalah - 5 D. Oleh itu, jejari kelengkungan permukaan depan dan belakang lensa ibu boleh dikira.
Mata model standard Liou digunakan sebagai struktur awal mata model myopic. Kanta ibu yang sepadan dengan pembetulan ametropia myopic dimasukkan di hadapan mata model standard Liou. Jarak dari puncak permukaan posterior lensa ke puncak permukaan anterior kornea adalah 12 mm. Diameter murid, panjang gelombang dan bidang pandangan sistem ditetapkan mengikut parameter sistem yang ditentukan. Ketebalan vitreous mata model standard Liou digunakan sebagai pembolehubah untuk mengoptimumkan mata model yang sepadan dengan bentuk myopic.
3.3 Pemodelan kanta mata kacamata
Untuk mengira parameter struktur optik permukaan pelana, ketinggian vektor puncak parabola dengan pembukaan ke bawah ditetapkan kepada 1μm (ketinggian vektor puncak parabola ditakrifkan sebagai jarak di antara puncaknya dan titik persimpangan pada titik normal dan permukaan maksimum, 10μm masing -masing (ketinggian vektor maksimum parabola ditakrifkan sebagai jarak maksimum antara semua titik pada parabola dan titik persimpangan garis normal puncak dan permukaan depan lensa ibu), dan kemudian radius kelengkungan kedua -dua parabolas dikira dengan menggabungkan jejari mikrol Parameter struktur optik microlens pelana ditunjukkan dalam Jadual 1. Kedudukan setiap mikrolen boleh dikira mengikut parameter struktur optik dan susun atur pelbagai struktur mikro, serta keadaan tertentu yang normal titik mikrolen ke pusat kelengkungan permukaan depan ibu. Microlens ditambah ke permukaan depan kanta ibu di Zemax untuk menyelesaikan pemodelan lensa.
Jadual 1. Ketinggian vektor maksimum adalah parameter struktur optik 2μm dari microlenses permukaan pelana
3.4 Simulasi Pencitraan
Data mata model myopic ditambah ke mod urutan zemax, dan komponen bukan urutan dimasukkan di hadapan mata model. Kanta array mikrostruktur yang direka diletakkan dalam komponen bukan urutan untuk simulasi optik sistem lensa mata. Gambar rajah retina manusia dan julat defocus depan dan belakangnya ditunjukkan dalam Rajah.2. Oleh kerana hanya semua cahaya dari medan pandangan maksimum maksimum paparan melalui microlens dalam tiga bidang pandangan gelas pelbagai microlens, data radius tempat yang meresap dengan lima ketinggian vektor maksimum di atas bidang pandangan diekstrak dan diringkaskan dalam Jadual 2. disusun, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah.3.
Jadual 2. Radius Spot yang meresap dari Gelas Mikrostruktur Permukaan Pelana di bawah medan pandangan luar paksi maksimum.
e. H=10μm
Rajah 2. Off fokus gambarajah lajur sistem mata kanta yang sepadan dengan struktur mikro permukaan pelana.
Rajah 3. Maksud nilai MTF dalam dua arah.
4. Bincangkan
Ia dapat dilihat dari Rajah.2 bahawa cahaya melalui array microlens membentuk tempat penyebaran kabur dalam julat isyarat pencitraan yang boleh diterima mata manusia, dan tidak dapat menumpuk dalam julat defocus 1000μm sebelum dan selepas retina, sehingga cahaya melalui mikrostruktur tidak merangsang pelarasan mata manusia atau adaptasi dalam bentuk defocus. Pada masa yang sama, ia juga boleh diperhatikan melalui Rajah 3 bahawa lengkung MTF medan pandangan maksimum keluar paksi berkurangan dengan cepat, yang juga mengesahkan bahawa array microlens akan mengurangkan kontras pengimejan retina, supaya bola mata tidak lagi tumbuh untuk mendapatkan kontras maksimum, dan mencapai kesan menghalang pertumbuhan mata. Dengan menganalisis Jadual 2, dapat dilihat bahawa apabila ketinggian vektor puncak mikrolen pelana adalah malar dan ketinggian vektor maksimum secara beransur-ansur meningkat, tempat penyebaran dalam medan pandangan luar paksi maksimum akan meningkat, dan kontras yang sama juga akan berkurangan.
Ia juga boleh diperhatikan dari Rajah.3 bahawa dalam medan pandangan luar paksi maksimum, apabila kekerapan spatial berada dalam julat 0 ~ 43lp/mm, ketinggian vektor vektor mikrolen pelana secara beransur-ansur meningkat, purata mTF dari sistem lensa akan menurun secara beransur-ansur, dan rata-rata mTF pada purata mTF pada purata mTF akan turun secara beransur-ansur, 0. 0 5, yang masih berada di kawasan yang mata manusia dapat membezakan dan mengesan [12]. Oleh itu, frekuensi spatial adalah frekuensi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, Data MTF purata dengan ketinggian vektor maksimum 2,4,6,8 dan 10μm disenaraikan dalam Jadual 3.
Jadual 3. Purata data MTF dari microlenses permukaan pelana dengan ketinggian vektor dan frekuensi yang berbeza.
Untuk mewakili kesan variasi ketinggian vektor maksimum mikrolen pada kontras retina, pelbagai regresi nonlinear dilakukan pada data dalam Jadual 3 menggunakan perisian SPSS. Dalam julat frekuensi spatial 0 ~ 43lp/mm, ketinggian vektor maksimum H dan frekuensi spatial f dari microlens permukaan pelana digunakan sebagai pembolehubah bebas, dan nilai MTF purata di bawah setiap nilai ketinggian vektor digunakan sebagai pemboleh ubah bergantung untuk menubuhkan persamaan. Hasil pelbagai analisis regresi nonlinear ditunjukkan dalam Jadual 4.
Jadual 4. Keputusan pelbagai analisis regresi bukan linear.
Berdasarkan data dalam Jadual 4, formula empirikal ketinggian vektor maksimum microlens pelana dan purata MTF pada kekerapan spatial yang ditentukan ditetapkan:
Menurut Jadual 4 dan formula (1), dapat dilihat bahawa pekali korelasi lengkung pemasangan untuk data sebenar adalah 0. 939, dan nilai lebih besar daripada 0. 9, yang menunjukkan bahawa kesan pemasangan lengkung adalah lebih baik. Pada masa yang sama, dari formula empirikal (1), dapat dilihat bahawa apabila kekerapan spatial dalam julat 0 ~ 43lp / mm dipilih, ketinggian vektor maksimum mikrolen permukaan pelana akan mempengaruhi nilai MTF purata pada kekerapan spatial ini. Apabila ketinggian vektor maksimum lebih besar, nilai MTF purata lebih kecil, iaitu, kontras retina lebih rendah. Ia dapat dilihat bahawa di bawah medan pandangan luar paksi maksimum dalam julat kekerapan ini, ketinggian vektor maksimum mempunyai korelasi negatif yang tidak linear dengan nilai MTF purata pada frekuensi spatial tertentu, iaitu, di bawah medan pandangan luar paksi maksimum, ketinggian vektor mikrolen mempunyai korelasi negatif nonlinear dengan kontras retina. Di antara mereka, dalam julat kekerapan 0 ~ 15LP/mm, MTF berkurangan lebih cepat, dan pada masa yang sama, MTF berkurangan perlahan -lahan. Hubungan kuantitatif antara parameter struktur microlens pelana dan nilai MTF purata menyediakan asas untuk reka bentuk gelas yang lebih baik berdasarkan pengurangan kontras untuk meningkatkan kesan pencegahan dan kawalan miopia, dan mungkin memberikan produk pencegahan dan kawalan miopia yang baru untuk optometrik.
Untuk membandingkan kesan pencitraan pelana dan lensa pelbagai struktur mikrostruktur di bawah keadaan kadar lulus cahaya yang agak dekat, kanta pelbagai struktur mikrostruktur dengan ketinggian vektor vektor. Di bawah medan pandangan luar paksi maksimum dan kekerapan spatial yang ditentukan (10lp / mm), mereka dibandingkan dengan nilai MTF purata cermin ibu. Hasil analisis ditunjukkan dalam Jadual 5. Ia dapat dijumpai bahawa dalam simulasi kedua -dua gelas, cahaya tidak semua mencapai satah imej, dan kehilangan cahaya dari gelas array mikrostruktur sfera lebih besar; Kedua, berbanding dengan kanta ibu, purata MTF dari kedua -dua gelas berkurangan, dan purata MTF permukaan pelana lebih rendah daripada permukaan sfera. Ini menunjukkan bahawa dalam kes kehilangan cahaya yang agak kecil, permukaan pelana lebih baik daripada permukaan sfera dalam mengurangkan kontras retina, yang lebih kondusif untuk menghalang pertumbuhan paksi mata.
Jadual 5. MTF dan kadar lulus cahaya sistem lensa mata.
5. Kesimpulan
Gelas pelbagai struktur mikrostruktur berbentuk pelana berdasarkan prinsip kontras menggunakan microlens untuk menyebarkan cahaya insiden, dengan itu mengurangkan rangsangan cahaya kejadian ke pinggir retina dan sangat mengurangkan kontras retina. Pada masa yang sama, dengan mengukur hubungan antara parameter mikrostruktur permukaan pelana dan isyarat kontras, didapati bahawa di bawah medan pandangan luar paksi maksimum, apabila kekerapan tertentu dipilih dalam julat frekuensi spatial 0 ~ 43lp/mm, ketinggian vektor mikrolen Di bawah keadaan ini, ketinggian vektor maksimum mikrolen dan kontras pengimejan retina menunjukkan hubungan korelasi negatif yang tidak linear. Hubungan kuantitatif ini menyediakan asas untuk reka bentuk kawalan yang lebih tepat mengenai peraturan kontras pencegahan dan gelas kawalan miopia, dan mungkin untuk menyediakan optometrists dengan produk pencegahan dan kawalan miopia yang baru dan lebih baik. Dengan membandingkan dengan mikrostruktur sfera di bawah keadaan kehilangan cahaya yang rendah, didapati bahawa mikrostruktur permukaan pelana lebih penting dalam melemahkan kontras retina, yang lebih membantu untuk melambatkan perkembangan miopia.
Rujukan
[1] Laporan Visual Dunia. Geneva: Pertubuhan Kesihatan Sedunia. 2 0 20, Perjanjian Lesen: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Proc. daripada SPIE VOL. 13254 132541 p -6
[2] Holden BA, et al. Kelaziman global miopia dan miopia tinggi dan trend temporal dari tahun 2000 hingga 2050 [J]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan IG, Matsui Ko, dan Saw Sm. Myopia [J]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, et al. Intervensi untuk memperlahankan perkembangan miopia pada kanak -kanak [J]. Pangkalan Data Cochrane Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Kemajuan penyelidikan mengenai mekanisme peraturan retina bentuk miopia kekurangan [J]. Pendahuluan terkini dalam ophthalmology, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, et al. Laluan calon untuk retina untuk memberi isyarat scleral dalam pertumbuhan mata refraktif [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE, et al. Penginapan IMI dan Visi Binokular dalam Pembangunan dan Kemajuan Miopia [J]. Melabur ophthalmol vis sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A, et al. Mekanisme optik yang mengawal emmetropisation dan refrak refraktif: bukti dari model haiwan [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Kesan ablasi foveal pada corak kesilapan refraktif periferal dalam monyet rhesus bayi yang normal dan terbentuk (Macaca mulatta) [J]. Penyiasatan Ophthalmology & Visual Science, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, et al. Wawasan dari haplotip gen opnilw ke punca dan pencegahan miopia [J]. Gen (Basel), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, et al. Lensa kacamata mikrostruktur dan kaedah reka bentuknya [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo Applied Optics [M] Electronic Industry Press, 2015: 579-581.