Jialing Houa,b, Chunmei zeng*a,b, Haomo Yuc aSekolah Ilmu dan Teknik Optoelektronik, Universitas Soochow, Suzhou 215006, Cina;bLab Utama Teknologi Manufaktur Optik Lanjutan Provinsi Jiangsu & Lab Kunci Teknologi Optik Modern Kementerian Pendidikan Tiongkok, Universitas Soochow, Suzhou 215006, Cina;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, China * Penulis yang sesuai: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
ABSTRAK
Untuk menilai secara lebih intuitif hubungan antara pencegahan miopia dan efek kontrol dari pencegahan miopia dan kacamata bingkai kontrol dan parameter struktur mikro dari kacamata, kertas ini merancang kacamata array struktur mikro permukaan sadel berdasarkan prinsip kontras, dan menggunakan hubungan antara nilai MTF dan paramet struktur mikrostruktur untuk menetapkan kuantitatif. Hasil desain menunjukkan bahwa dalam kisaran sinyal pencitraan yang dapat diterima dari mata manusia, lensa array mikrostruktur permukaan pelana dapat membuat cahaya melewati mikrostruktur yang tidak dapat menyatu dan gambar, yang sangat mengurangi kontras pencitraan retina. When a certain spatial frequency in the range of {{0}}~43lp/mm is selected, the maximum vector height of the microlens is in the range of 0~10μm, and the maximum vector height of the microlens and the MTF value under the maximum off-axis field of view show a nonlinear negative correlation. Oleh karena itu, formula empiris dari tinggi vektor maksimum dan nilai MTF dari mikrolen lensa tontonan ditetapkan, dan analisis kuantitatif parameter mikrostruktur dan sinyal kontras lensa tontonan selesai. Pekerjaan ini membantu perancang lensa untuk mengontrol kontrol kontras pencegahan miopia dan kontrol lebih akurat melalui parameter struktur mikro. Pada saat yang sama, melalui analisis, ditemukan bahwa dalam kasus kehilangan cahaya yang relatif kecil, dibandingkan dengan struktur mikro bola, mikrostruktur permukaan pelana memiliki efek yang lebih baik pada pengurangan kontras, yang lebih membantu untuk mengurangi kualitas visual dan memperlambat pengembangan miopia.
Kata kunci: kacamata bingkai, pencegahan dan kontrol miopia, array terstruktur mikro, rasio kontras
1. Pendahuluan
Menurut World Vision Report yang dirilis oleh Organisasi Kesehatan Dunia, hampir 2,6 miliar dari 7 miliar orang dunia telah mengembangkan miopia sebagai penyakit mata fungsional pada tahun 2020 [1]. Diperkirakan bahwa pada tahun 2050, sekitar 5 miliar orang di seluruh dunia akan mengembangkan miopia [2]-[3]. Saat ini, terutama ada langkah -langkah pencegahan dan kontrol miopia seperti aktivitas di luar ruangan, perawatan obat dan intervensi optik [4]. Dibandingkan dengan kesulitan kegiatan di luar ruangan, risiko perawatan obat, dan harga mahal lensa kontak kornea, mengenakan miopia pencegahan dan kacamata bingkai kontrol sebagai intervensi optik yang dapat memperbaiki miopia dan menghambat pengembangan miopia pada saat yang sama memiliki karakteristik keamanan, kenyamanan, kenyamanan, dan ekonomi. Oleh karena itu, untuk pasien miopia pada tahap ini, mengenakan pencegahan miopia dan kacamata bingkai kontrol lebih mudah diterima oleh sebagian besar pasien dan keluarga mereka. Saat ini, lensa terstruktur mikro yang digunakan untuk menunda pendalaman miopia pada remaja dapat di-pide menjadi lensa berdasarkan prinsip defokus rabun atau lensa berdasarkan prinsip penyimpangan tingkat tinggi. Lensa berdasarkan prinsip penghabisan rabun secara bertahap akan melemahkan efek penyesuaian dengan perpanjangan waktu pemakaian. Lensa berdasarkan prinsip penyimpangan tingkat tinggi memiliki ketidakpastian tertentu dalam mengevaluasi efek pencegahan dan kontrol miopia. Sulit untuk secara langsung mengukur hubungan antara indikator penyimpangan tingkat tinggi dan parameter mikrostruktur lensa dengan akumulasi data saat ini. Namun, ada beberapa kacamata pencegahan dan kontrol miopia yang dirancang berdasarkan prinsip kontras. Oleh karena itu, perlu menggunakan desain yang berbeda untuk lebih mengurangi sinyal kontras untuk campur tangan dalam pengembangan miopia. Pada saat yang sama, efek pencegahan miopia dan kontrol kacamata dikuantifikasi untuk mendapatkan sinyal kontrol miopia yang cocok dengan pasien miopia dengan lebih akurat dan cepat.
2. Prinsip Kontras
Selama proses melihat objek, mata selalu mencoba untuk fokus pada retina untuk mencapai kontras maksimum. Namun, titik fokus cahaya insiden di sekitar retina mata normal atau mata miopia yang mengenakan kacamata miopia konvensional ada di belakang retina. Oleh karena itu, untuk mendapatkan kontras maksimum, mata akan membuat retina mencoba mendekati titik fokus cahaya insiden, yang mengakibatkan peningkatan panjang aksial, yang mengarah pada pengembangan miopia secara bertahap atau pendalaman miopia. Eksperimen tentang pengembangan miopia telah menunjukkan bahwa kejadian dan pengembangan miopia dipicu oleh sinyal blur retina [5]-[9]. Sinyal kontras dalam sel bipolar anak -anak adalah sinyal pertumbuhan mata, dan pengurangan sinyal kontras akan memperlambat laju pertumbuhan mata [10]. Saat ini, lensa berdasarkan prinsip kontras di pasaran terutama mempertimbangkan untuk menggunakan mikrostruktur yang tidak transparan untuk memblokir lewatnya beberapa cahaya, sehingga dapat mengurangi kontras di sekitar lensa. Metode semacam ini relatif sulit untuk mengevaluasi hubungan antara pencegahan miopia dan efek kontrol miopia lensa dan parameter mikrostruktur. Jika struktur mikro dengan kelengkungan positif dan negatif yang bergantian ditambahkan ke lensa tontonan, perubahan yang lebih tidak teratur seperti konvergensi atau gangguan cahaya melalui struktur mikro akan terjadi, dan pencitraan tidak dapat dikonvergensi dalam rentang sinyal yang dapat diterima dari mata yang tidak akan terjadi pada tatanan yang tidak mungkin terjadi pada rangkaian yang tidak mungkin terjadi pada rangkaian yang tidak akan terjadi pada eyes yang tidak akan terjadi pada eyes yang tidak akan tumbuh dalam urutan yang tidak mungkin terjadi secara berurutan dalam urutan yang tidak akan terjadi pada eyes yang tidak akan tumbuh dalam urutan yang tidak mungkin terjadi secara berurutan dalam urutan yang tidak mungkin terjadi secara berurutan dalam urutan yang terjadi secara lama dalam urutan yang terjadi secara lama dalam rangka dalam urutan yang terjadi secara lama dalam rangka dalam urutan yang terjadi secara lama dalam rangka yang ada di urutan yang terjadi secara berurutan. dicapai. Oleh karena itu, makalah ini merancang lensa array mikrostruktur permukaan pelana berdasarkan prinsip kontras. Microlens digunakan untuk menyebarkan cahaya insiden, sehingga dapat mengurangi stimulasi cahaya insiden pada pinggiran retina, mengurangi kontras retina, dan mencapai efek menghambat pertumbuhan sumbu mata.
3. Desain Lensa Kacamata
3.1 Tata letak struktur mikro dan penentuan parameter desain
Untuk memastikan stabilitas kualitas visual yang dinamis dan memastikan bahwa jumlah mikrolensa dalam pupil tidak akan banyak berubah dengan perubahan posisi lensa tontonan, makalah ini memilih mode array dari pengaturan dekat mikrostruktur, yaitu, 11 Struktur Mikro. Array struktur mikro didistribusikan di luar area kosong pusat permukaan depan lensa induk, dan diameter area kosong pusat adalah 6m. Diameter radial mikrolen dipilih menjadi 1mm. Untuk memfasilitasi diskusi tentang pembentukan sistem koordinat persegi panjang, pusat optik permukaan depan lensa ibu diambil sebagai asal. Dua arah di sepanjang arah radial lensa induk adalah sumbu x dan sumbu y dari sistem koordinat tiga dimensi, dan sumbu z dari sistem koordinat tiga dimensi berada di sepanjang arah sumbu optik. Area kontrol dengan diameter sekitar 25 mm ditambahkan ke permukaan depan lensa ibu. Tampilan depan yang diperoleh dari lensa tontonan ditunjukkan pada gambar. 1, dan grid segi enam biasa dari area kontrol ditunjukkan pada gambar. 1. Untuk membuat bidang pandang off-axis maksimum sepenuhnya menutupi kisi heksagonal biasa, dan membuat diameter pupil yang dipilih dari mata manusia dalam kisaran 2 ~ 3mm dengan kondisi pencahayaan yang relatif baik, diameter pupil dari model rabun dipilih sebagai 2,8mm, dan bidang pandang penuh adalah 33 ⁰. Tiga bidang pandang diatur ke 0 ⁰, 8 ⁰ dan 16,5 ⁰ masing-masing, dan panjang gelombang yang digunakan dalam sistem mata lensa adalah 550 nm.
Gambar 1. Tampilan depan lensa kacamata.
3.2 Perhitungan parameter lensa ibu dan konstruksi mata model miopia
Menurut persyaratan teknologi pemrosesan, diameter lensa D diatur ke 60 mm, ketebalan tengah lensa adalah 1,3 mm, dan bentuknya adalah lensa bola meniskus, yang kemudian disebut lensa ibu. Indeks bias lensa resin yang dipilih adalah 1,56, dan angka Abbe adalah 32. Menurut tingkat miopia - 3 D, kekuatan fokus permukaan depan lensa induk diatur ke 2D, dan kekuatan fokus permukaan belakang adalah - 5 D. Dengan demikian, jari -jari kelengkungan dari permukaan depan dan belakang lensa ibu dapat dihitung.
Mata model standar Liou digunakan sebagai struktur awal mata model rabun. Lensa ibu yang sesuai dengan koreksi ametropia rabun dimasukkan di depan mata model standar Liou. Jarak dari puncak permukaan posterior lensa ke puncak permukaan anterior kornea adalah 12 mm. Diameter pupil, panjang gelombang dan bidang pandang sistem diatur sesuai dengan parameter sistem yang ditentukan. Ketebalan vitreous dari mata model standar Liou digunakan sebagai variabel untuk mengoptimalkan mata model yang sesuai dengan bentuk rabun.
3.3 Pemodelan lensa kacamata
Untuk menghitung parameter struktur optik dari permukaan pelana, ketinggian vektor simpul parabola dengan pembukaan ke bawah diatur ke 1μm (tinggi vektor verteks dari parabola dengan jarak satu lensa, dan titik 6 μ, 6 lensa 2, dan ketinggian 1 paria, 2, 6 lensa depan, dan ketinggian vektor vector vectora dengan verteks vectora dan vector vector vector dari pariba vector vector vector vector pariba) Ketinggian vektor maksimum parabola didefinisikan sebagai jarak maksimum antara semua titik pada parabola dan titik persimpangan garis normal simpul dan permukaan depan lensa ibu), dan kemudian jari -jari kelengkungan dari kedua parabola dihitung dengan menggabungkan radius lengkung dari permukaan depan dari lensa ibu dan berdiameter radial. Parameter struktur optik dari microlens sadel ditunjukkan pada Tabel 1. Posisi masing -masing mikrolen dapat dihitung sesuai dengan parameter struktur optik dan tata letak array struktur mikro, serta kondisi spesifik bahwa simpul normal dari microlens menunjuk ke pusat kelengkungan permukaan depan lensa ibu. Mikrolen ditambahkan ke permukaan depan lensa induk di ZEMAX untuk menyelesaikan pemodelan lensa.
Tabel 1. Tinggi vektor maksimum adalah parameter struktural optik 2μm dari mikrolens permukaan sadel
3.4 Simulasi Pencitraan
Data mata model rabun ditambahkan ke mode urutan ZEMAX, dan komponen non-urutan dimasukkan di depan mata model. Lensa array mikrostruktur yang dirancang ditempatkan dalam komponen non-urutan untuk simulasi optik sistem mata lensa. Diagram spot retina manusia dan rentang defocus 1000μm depan dan belakangnya ditunjukkan pada Gambar.2. Karena hanya semua cahaya dari bidang pandang out-of-axis maksimum melewati microlens di tiga bidang pandang kacamata array microlens, data radius titik difus dengan lima ketinggian vektor maksimum yang diekstraksi dan dirangkum pada tabel 2. Pada saat yang sama, nilai rata-rata microstruktur dari mikro-mikro dan ringkasan pada tabel 2. sortir, seperti yang ditunjukkan pada Gambar.3.
Tabel 2. Radius spot difus dari kacamata struktur mikro permukaan pelana di bawah bidang pandang off-axis maksimum.
e. H=10μm
Gambar 2. Diagram kolom fokus dari sistem mata lensa yang sesuai dengan struktur mikro permukaan pelana.
Gambar 3. Nilai MTF rata -rata dalam dua arah.
4. Diskusikan
Dapat dilihat dari Gambar.2 Bahwa cahaya melalui array microlens membentuk titik dispersi buram dalam kisaran sinyal pencitraan yang dapat diterima dari mata manusia, dan tidak dapat menyatu dalam kisaran defokus 1000μm sebelum dan sesudah retina, sehingga cahaya melalui mikrostruktur tidak merangsang kontras mata manusia atau adaptif fungsi pada bentuk defokus, di dalamnya, reduksi, reduksi, reduksi. Pada saat yang sama, juga dapat diamati melalui Gambar 3 bahwa kurva MTF dari bidang pandang out-of-axis maksimum berkurang dengan cepat, yang juga memverifikasi bahwa array microlens akan mengurangi kontras pencitraan retina, sehingga bola mata tidak akan tumbuh untuk mendapatkan kontras maksimum, dan mencapai efek menghambat pertumbuhan sumbu mata. Dengan menganalisis Tabel 2, dapat dilihat bahwa ketika ketinggian vektor verteks dari microlens sadel adalah konstan dan ketinggian vektor maksimum secara bertahap meningkat, titik dispersi dalam bidang pandang off-axis maksimum akan meningkat, dan kontras yang sesuai juga akan berkurang.
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, yang masih berada di daerah yang dapat dibedakan dan dideteksi oleh mata manusia [12]. Oleh karena itu, frekuensi spasial adalah 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 15, 20, 25, 40, 43lp/mm dalam kiasan spasial kisaran spasial 0, 43LP/43LP dalam kisaran spasial dalam kiasan spasial dalam spasial dalam spasial, kisaran spasial, kisaran spasial, kisaran spasial, kisaran spasial, kisaran spasial dalam kisaran spasial dalam kisaran spasial dalam kisaran spasial/mm mm dalam spasial. Data MTF rata -rata dengan tinggi vektor maksimum 2,4,6,8 dan 10μm tercantum dalam Tabel 3.
Tabel 3. Data MTF rata -rata dari microlenses permukaan pelana dengan ketinggian dan frekuensi vektor yang berbeda.
Untuk mewakili dampak variasi tinggi vektor maksimum microlens pada kontras retina, beberapa regresi nonlinier dilakukan pada data pada Tabel 3 menggunakan perangkat lunak SPSS. Dalam rentang frekuensi spasial 0 ~ 43lp/mm, tinggi vektor maksimum H dan frekuensi spasial F dari microlens permukaan sadel digunakan sebagai variabel independen, dan nilai MTF rata -rata di bawah setiap nilai ketinggian vektor digunakan sebagai variabel dependen untuk menetapkan persamaan. Hasil analisis regresi nonlinier beberapa ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil analisis regresi nonlinier berganda.
Berdasarkan data pada Tabel 4, formula empiris dari tinggi vektor maksimum microlens sadel dan rata -rata MTF pada frekuensi spasial yang ditentukan ditetapkan:
Menurut Tabel 4 dan rumus (1), dapat dilihat bahwa koefisien korelasi kurva pemasangan untuk data aktual adalah 0. 939, dan nilainya lebih besar dari 0. 9, yang menunjukkan bahwa efek pemasangan kurva lebih baik. Pada saat yang sama, dari rumus empiris (1), dapat dilihat bahwa ketika frekuensi spasial dalam kisaran 0 ~ 43lp / mm dipilih, ketinggian vektor maksimum microlens permukaan pelana akan mempengaruhi nilai MTF rata -rata pada frekuensi spasial ini. Ketika tinggi vektor maksimum lebih besar, nilai MTF rata -rata lebih kecil, yaitu, kontras retina lebih rendah. Dapat dilihat bahwa di bawah bidang pandang off-sumbu maksimum dalam kisaran frekuensi ini, tinggi vektor maksimum memiliki korelasi negatif nonlinier dengan nilai MTF rata-rata pada frekuensi spasial tertentu, yaitu, di bawah bidang pandang off-sumbu maksimum, ketinggian vektor maksimum microlens memiliki korelasi negatif nonlinear dengan kontras retinal. Di antara mereka, dalam kisaran frekuensi 0 ~ 15lp/mm, MTF berkurang lebih cepat, dan pada saat yang sama, MTF berkurang perlahan. Hubungan kuantitatif antara parameter struktural microlens sadel dan nilai MTF rata -rata memberikan dasar untuk desain kacamata yang lebih baik berdasarkan pengurangan kontras untuk meningkatkan efek pencegahan dan kontrol miopia, dan dapat memberikan produk pencegahan miopia dan kontrol fungsional baru untuk dokter mata.
Untuk membandingkan efek pencitraan lensa array mikrostruktur sadel dan bola di bawah kondisi laju kelulusan cahaya yang relatif dekat, lensa array mikrostruktur pelana dengan ketinggian vektor verteks 0. 9μm dan tinggi vektor maksimum 1μm dan mikrostruktur ini. Di bawah bidang pandang off-sumbu maksimum dan frekuensi spasial yang ditentukan (10LP / mm), mereka dibandingkan dengan nilai MTF rata-rata dari Mother Mirror. Hasil analisis ditunjukkan pada Tabel 5. Dapat ditemukan bahwa dalam simulasi dua gelas, cahaya tidak semuanya mencapai bidang gambar, dan kehilangan cahaya dari kacamata array mikrostruktur bola lebih besar; Kedua, dibandingkan dengan lensa ibu, MTF rata -rata dari dua gelas berkurang secara signifikan, dan rata -rata MTF dari permukaan sadel lebih rendah dari permukaan bola. Ini menunjukkan bahwa dalam kasus kehilangan cahaya yang relatif kecil, permukaan pelana lebih baik daripada permukaan bola dalam mengurangi kontras retina, yang lebih kondusif untuk menghambat pertumbuhan sumbu mata.
Tabel 5. MTF dan laju kelulusan cahaya sistem lensa-mata.
5. Kesimpulan
Kacamata array struktur mikro berbentuk sadel berdasarkan prinsip kontras menggunakan microlens untuk menyebarkan cahaya insiden, sehingga mengurangi stimulasi cahaya insiden ke pinggiran retina dan sangat mengurangi kontras retina. At the same time, by quantifying the relationship between the microstructure parameters of the saddle surface and the contrast signal, it is found that under the maximum off-axis field of view, when a certain frequency is selected in the spatial frequency range of 0~43lp/mm, the maximum vector height of the microlens and the MTF average value of the mirror-eye system show a nonlinear negative correlation relationship, that adalah, dalam kondisi ini, tinggi vektor maksimum microlens dan kontras pencitraan retina menunjukkan hubungan korelasi negatif nonlinier. Hubungan kuantitatif ini memberikan dasar untuk desain kontrol yang lebih akurat dari regulasi kontras pencegahan miopia dan kacamata kontrol, dan dimungkinkan untuk memberikan produk pencegahan dan kontrol miopia fungsional baru dan lebih baik. Dengan membandingkan dengan struktur mikro bola di bawah kondisi kehilangan cahaya rendah, ditemukan bahwa mikrostruktur permukaan pelana lebih signifikan dalam melemahkan kontras retina, yang lebih bermanfaat untuk memperlambat pengembangan miopia.
Referensi
[1] Laporan Visual Dunia. Jenewa: Organisasi Kesehatan Dunia. 2 0 20, Perjanjian Lisensi: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Proc. dari Spie Vol. 13254 132541 p -6
[2] Holden BA, dkk. Prevalensi global miopia dan miopia tinggi dan tren temporal dari tahun 2000 hingga 2050 [j]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan IG, Matsui Ko, dan melihat Sm. Miopia [J]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, dkk. Intervensi untuk memperlambat perkembangan miopia pada anak -anak [J]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Kemajuan penelitian pada mekanisme regulasi retina miopia perampasan bentuk [J]. Kemajuan terbaru dalam Ophthalmology, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, dkk. Jalur kandidat untuk retina ke pensinyalan skleral dalam pertumbuhan mata bias [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE, dkk. Akomodasi IMI dan visi binokular dalam pengembangan dan perkembangan miopia [J]. Investasikan Ophthalmol Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A, et al. Mekanisme optik yang mengatur emmetropisasi dan kesalahan bias: Bukti dari model hewan [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Efek dari ablasi foveal pada pola kesalahan bias perifer pada monyet rhesus bayi yang normal dan kekurangan bentuk (Macaca mulatta) [J]. Investigasi Ophthalmology & Visual Science, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, dkk. Wawasan dari haplotipe gen opnilw ke dalam penyebab dan pencegahan miopia [j]. Gen (Basel), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, dkk. Lensa kacamata struktur mikro dan metode desainnya [p]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo Terapan Optik [M] Electronic Industry Press, 2015: 579-581.