Desain lensa untuk mengoreksi penyimpangan orde tinggi mata manusia yang dipersonalisasi

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

Aschool dari Pusat Inovasi dan Teknik Teknik & Teknik & Kolaboratif Sains dan Teknologi Suzhou Nano, Universitas Soochow, Suzhou 215006, Cina;

Laboratorium Bkey dari Teknologi Manufaktur Optik Lanjutan dari Provinsi Jiangsu & Lab Kunci Teknologi Optik Modern Kementerian Pendidikan Tiongkok, Universitas Soochow, Suzhou 215006, Cina;

CSUZHOU MASON OPTICAL Co., Ltd., Suzhou 215007, Cina

Penulis yang sesuai: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

ABSTRAK

Penyimpangan orde tinggi mata manusia adalah faktor yang tidak dapat diabaikan dalam koreksi visual. Desain lensa yang dapat memperbaiki penyimpangan tingkat tinggi dapat mengurangi dampak negatif pada mata manusia dan meningkatkan kualitas visual. Dalam makalah ini, perangkat lunak desain optik ZEMAX digunakan untuk membangun model mata yang dipersonalisasi berdasarkan mata mata dan data mata yang diukur. Proses optimasi terperinci diberikan ketika menyesuaikan penyimpangan muka gelombang, sehingga penyimpangan muka gelombang mata manusia target dan mata manusia yang sebenarnya cenderung konsisten. Model mata yang dipersonalisasi yang dibangun memiliki karakteristik optik yang sama dengan mata manusia yang sebenarnya. Berdasarkan model mata yang dipersonalisasi, lensa aspherical dirancang untuk memperbaiki penyimpangan tingkat tinggi. Setelah koreksi, penyimpangan tingkat tinggi dari mata target berkurang, dan PV penyimpangan muka gelombang berkurang 52,05%, RMS berkurang 59,64%. Sementara itu, MTF arah tangensial dan sagital meningkat masing -masing sebesar 180% dan 135% pada 100 siklus\/mm.

Kata kunci:penyimpangan tingkat tinggi, koreksi, model mata yang dipersonalisasi, lensa aspherical

1. Pendahuluan

Mata manusia adalah sistem optik yang relatif kompleks, termasuk kemampuan bias dan batas difraksi sistem optik mata manusia, ukuran pupil, ukuran sel fotoreseptor retina dan berbagai jenis penyimpangan mata manusia, yang akan mempengaruhi kualitas pencitraannya1. Untuk mendapatkan pengalaman visual yang baik, orang telah mengeksplorasi dan belajar selama bertahun -tahun, di antaranya koreksi penyimpangan mata manusia adalah bidang penting yang telah diperhatikan oleh para ilmuwan dan melakukan upaya. Selain penyimpangan tingkat rendah yang diwakili oleh Defocus dan Astigmatisme, ada juga penyimpangan tingkat tinggi seperti penyimpangan bola, penyimpangan koma dan serangkaian penyimpangan tingkat tinggi yang tidak teratur di mata manusia 2-5. Penyimpangan tingkat tinggi ini akan membawa masalah seperti penurunan ketajaman visual, pengurangan sensitivitas kontras dan glare6. Inilah sebabnya, bahkan setelah mengoreksi masalah bias tradisional, pasien masih kekurangan kejernihan visual secara keseluruhan. Oleh karena itu, penyimpangan mata manusia yang tinggi adalah faktor yang tidak dapat diabaikan dalam koreksi.

Untuk waktu yang lama, koreksi penglihatan orang terutama berfokus pada penggunaan cermin bola untuk memperbaiki defocus dan astigmatisme masalah bias tradisional. Mengoreksi penyimpangan tingkat tinggi di mata manusia tidak dimungkinkan sampai tahun 1990-an, ketika terobosan dibuat dalam teknik mengukur penyimpangan wavefront secara akurat. Pada tahun 2008, Ophthonix, sebuah perusahaan Amerika, mendanai penelitian dan pengembangan kacamata bingkai Izon, yang meningkatkan penglihatan dengan mengukur penyimpangan muka gelombang dari mata manusia dari ketertiban {{4}, dan kemudian memasang diopter yang dikoreksi dengan cermin kolom sphere-kolom yang dioptimalkan. Meskipun metode ini memperkenalkan teknologi penyimpangan muka gelombang, ia tidak mempertimbangkan efek penyimpangan tingkat tinggi pada penglihatan itu sendiri. Pada 2012, Li Rui et al8. menggunakan permukaan aspherical untuk merancang kacamata yang dapat memperbaiki penyimpangan mata manusia dengan orde tinggi. Penelitian menunjukkan bahwa koreksi lensa aspherical adalah yang paling efektif untuk mata dengan astigmatisme besar dan penyimpangan bola. Namun, jika penyimpangan koma dan semanggi besar, efek koreksi lensa aspherical tidak jelas.

Dalam makalah ini, berdasarkan mata model Liou, menggabungkan permukaan kornea anterior dan posterior yang diukur, jarak aksial dari setiap bagian mata dan data penyimpangan gelombang manusia, model mata yang dipersonalisasi ditetapkan. Di dalam

Selain itu, langkah -langkah terperinci diberikan untuk menyesuaikan data aberasi gelombang manusia, yang belum dilaporkan dalam literatur sebelumnya. Kemudian, berdasarkan model mata yang dipersonalisasi ini, kacamata aspherical dioptimalkan untuk mengurangi efek negatif dari penyimpangan tingkat tinggi pada mata manusia dan meningkatkan kualitas visual. Semua konten di atas disimulasikan oleh perangkat lunak desain optik ZEMAX.

2. Pengguna Model Mata

2.1 Pembentukan Model Mata Dasar

Sebelum menetapkan model mata yang dipersonalisasi, kita harus terlebih dahulu menetapkan model mata dasar, yang parameter strukturalnya awal dipilih Liou Eye Model9, yang sangat mirip dengan struktur optik dan struktur fisiologis mata manusia. Penelitian telah menunjukkan bahwa 10,11, perubahan jari-jari kelengkungan lensa kristal dalam model mata grand gullstrand-le konsisten dengan penyesuaian lensa kristal manusia, sehingga lensa tipis dapat ditambahkan ke permukaan depan lensa. Radius kelengkungan dan koefisien quadrik dari permukaan anterior dan posterior lensa kristal dipilih dari model mata liou. Nilai indeks bias dari model mata grand gullstrand-le dipilih. Parameter spesifik dari model mata dasar ditunjukkan pada Tabel 1, dan Gambar 1 adalah diagram skematik dari model mata dasar.

Tabel 1 Parameter Model Mata Dasar

Gambar 1 Struktur model mata dasar

Allegro Oculyzer Anterior Segment Analyzer digunakan untuk mengukur peta topografi kornea dari mata manusia yang sebenarnya, dan ketebalan kornea adalah 0. 462 mm, radius kelengkungan bola referensi dari permukaan depan kornea adalah 8,45 mm, dan jari -jari survatur bulat referensi adalah 6.19 mm. Penampilan instrumen ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 Allegro Oculyzer Analisis Segmen Anterior

Panjang aksial antara permukaan bias mata diukur dengan suoer ophthalmic optical biometrik SW -9000, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Hasil yang diukur termasuk ketebalan kornea, kedalaman ruang anterior, ketebalan lensa kristal dan kedalaman vitreous. Rata -rata data diambil selama 5 kali, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.

Gambar 3 Suoer Ophthalmic Optical Biometrics SW -9000

Tabel 2 Panjang aksial antara permukaan bias mata

Di manar adalah koordinat sinar radial dalam satuan panjang lensa,N adalah koefisien Zernike dalam urutan,A_i adalah koefisien polinomial tepi zernike,ρ adalah koordinat sinar radial yang dinormalisasi,φ adalah koordinat sinar yang diekspresikan oleh sudut.

Kami mengatur koefisien pinggiran zenick a_i Di permukaan Zernike Fringe Sag sebagai variabel untuk optimasi untuk berbagi astigmatisme dan penyimpangan tingkat tinggi. Untuk memastikan kelancaran kemajuan optimisasi, kami mengadopsi strategi optimasi pemasangan penyimpangan tingkat rendah terlebih dahulu dan kemudian penyimpangan tingkat tinggi: Penyimpangan tingkat rendah pertama (C 3- C5) dipasang ke dalam model mata, kemudian c-leaf, C8, C8), clover (C6, C9), C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C8, C1. Astigmatisme (C11, C13). Pada saat ini, beberapa jumlah awal diberikan untuk penyimpangan bola (C12), dan akhirnya pemasangan penyimpangan bola (C12). Data penyimpangan gelombang terdeteksi (pesanan 2-

4) RMS adalah 0. 8 0 31, dan hasil pemasangan adalah 0,8089. Oleh karena itu, hasil optimisasi akhir hampir terkonvergensi dengan nilai target, dan model mata yang dipersonalisasi lengkap ditetapkan secara efektif.

Tabel 3 Penyimpangan Wavefront dan signifikansi fisiknya yang perlu dipasang

Tabel 4 Parameter lensa resin yang dioptimalkan

3.2 Hasil dan Analisis

PV Wave Human Wave awal pv =7. 3457, rms =1. 6661. Setelah koreksi, pv =3. 5225, rms =0. 6725, yang pertama berkurang 52,05% dan yang terakhir berkurang sebesar 59,64%, yang secara signifikan meningkat. Tabel 5 menunjukkan koefisien Zernike dari sistem setelah koreksi. Dibandingkan dengan sebelum koreksi, dapat dilihat bahwa semua penyimpangan Zernike menurun dan MFT tangensial dan sagital meningkat masing -masing sebesar 180% dan 135% pada 100 siklus\/mm. Gambar 4 menunjukkan perbandingan MTF sebelum dan sesudah optimasi. Terbukti bahwa lensa aspherical yang dirancang dapat secara efektif mengurangi penyimpangan orde tinggi mata manusia dan meningkatkan kualitas visual.

Tabel 5 Hasil Optimalisasi

Gambar 4 Perbandingan MTF sebelum dan sesudah optimasi

4.klusi

Dalam makalah ini, perangkat lunak desain optik ZEMAX digunakan untuk membangun model mata yang dipersonalisasi berdasarkan mata liou dan data yang diukur. Selain itu, proses optimasi terperinci diberikan ketika pemasangan penyimpangan gelombang, yang membuat hasil simulasi konsisten dengan penyimpangan muka gelombang yang sebenarnya dari mata manusia. Dengan menggunakan model mata yang dipersonalisasi yang diperoleh, lensa aspherical dioptimalkan, dan lensa yang mampu mengoreksi penyimpangan tingkat tinggi mata manusia dirancang. Hasil desain mengurangi penyimpangan orde tinggi mata manusia, yang terbukti bermanfaat untuk meningkatkan kualitas visual mata manusia, dan memiliki nilai referensi tertentu untuk memperbaiki penyimpangan mata manusia yang tinggi. Kekurangan makalah ini adalah bahwa ia tidak mempertimbangkan kesalahan yang disebabkan oleh pergerakan mata manusia dalam desain, dan tidak ada analisis kelayakan pemrosesan. Berharap untuk melanjutkan diskusi dalam pekerjaan di masa depan.

Referensi

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Faktor optik dan retina yang mempengaruhi resolusi visual. The Journal of Physiology, 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Koomen, M., Tousey, R., Sclnik, R. (1950) Penyimpangan bola mata. Optometry and Vision Science, 7: 370-376. doi: 10.1097\/00006324-195007000-00012.
3. Howland, HC, Howland B. (1977). Metode subyektif untuk pengukuran monokromatik* penyimpangan mata. Jurnal Masyarakat Optik Amerika, 11: 1508-1518. doi: 10.1364\/josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Efek dari bulat dan penyimpangan lainnya pada transfer modulasi mata manusia yang dihilangkan. Optik Ophthalmic dan Fisiologis, 6: 504-513. https:\/\/onlineLibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/j.{en5}.1998.00391.x
5. Wang, Y., Wang ZQ, Guo, HQ, Quan W. (2005). Efek penyimpangan lanjutan mata manusia pada fungsi visual. Acta Optica, 11: 1519-1525. https:\/\/www.researching.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb {7}}.pdf.
6. Liang, J., Williams, DR, Miller, DT (1997). Visi supernormal dan pencitraan retina resolusi tinggi melalui optik adaptif. JOSA A, 11: 2884-2892. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri {4}'sjosaa {55}&id {66}&ibsearch (7}'sfalse.
7. Seiple, WH, Szlyk, JP (2008). Kinerja visi yang disediakan oleh sistem lensa tontonan IZON®. Ulasan Optometry, 2. Https:\/\/chicagolighthouse.org\/wp-content\/uploads\/2015\/11\/{ {5}'sophthonics-final.pdf.
8. Li, R., Wang, ZQ, Liu, YJ, MU, GG (2012) Metode untuk merancang kacamata aspheric untuk koreksi penyimpangan mata manusia yang berurut-orde. Ilmu Teknologi Sains China, 55: 1391–1401. 10.1007\/s 11431-012- 4762-4.
9. Liou, HL, Brennan, NA (1997). Model model yang akurat dan akurat secara anatomis untuk pemodelan optik. JOSA A, 8: 1684-1695. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri {(3}estjosaa {44}'s&id {55}&ibsearch (66 - false.
10. Garner, LF, Smith, G. (1997). Perubahan indeks bias yang setara dan gradien dari lensa kristal dengan akomodasi. Optometry and Vision Science, 2: 114-119. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/abstract\/1997\/02000\/changes {5}}in {\/refractive.24.a spx.
11. Koretz, JF, Cook, CA, Kaufman, PL (2002). Penuaan lensa manusia: Perubahan bentuk lensa pada akomodasi dan dengan kehilangan akomodatif. JOSA A, 1: 144-151. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri {(3}estjosaa {44}'s&id {55}&ibsearch (66 - false.