Kişiselleştirilmiş insan gözünün yüksek dereceli sapmalarını düzeltmek için lens tasarımı

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

Suzhou Nano Bilim ve Teknolojisi Optoelektronik Bilim ve Mühendislik ve İşbirlikçi İnovasyon Merkezi Aschool, Soochow Üniversitesi, Suzhou 215006, Çin;

Jiangsu Eyaletinin İleri Optik Üretim Teknolojileri Bkey Laboratuvarı ve Çin Eğitim Bakanlığı Modern Optik Teknolojilerin Anahtar Laboratuvarı, Soochow Üniversitesi, Suzhou 215006, Çin;

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

İlgili yazar: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

SOYUT

İnsan gözünün yüksek dereceli sapması, görsel düzeltmede göz ardı edilemeyen bir faktördür. Yüksek dereceli sapmayı düzeltebilen lensin tasarımı, insan gözü üzerindeki olumsuz etkiyi azaltabilir ve görsel kaliteyi artırabilir. Bu yazıda, optik tasarım yazılımı Zemax, Liou gözüne ve ölçülen göz verilerine dayanan kişiselleştirilmiş bir göz modeli oluşturmak için kullanılmaktadır. Dalgalı optimizasyon süreci, dalga önü sapmasına takılırken verilir, böylece hedef insan gözünün ve gerçek insan gözünün dalga önü sapması tutarlı olma eğilimindedir. Yapılan kişiselleştirilmiş göz modeli, gerçek insan gözüyle aynı optik özelliklere sahiptir. Kişiselleştirilmiş göz modeline dayanarak, yüksek dereceli sapmaları düzeltmek için asferik bir lens tasarlanmıştır. Düzeltmeden sonra, hedef gözün yüksek dereceli sapmaları azalır ve dalga önü sapmalarının PV'si%52.05 azalır, RMS%59.64 azalır. Bu arada, teğetsel ve sagital yönün MTF'si 100 döngü\/mm'de sırasıyla% 180 ve% 135 arttı.

Anahtar Kelimeler:Yüksek dereceli sapmalar, düzeltme, kişiselleştirilmiş göz modeli, asferik lens

1. Giriş

İnsan gözü, insan gözünün optik sisteminin kırılma kabiliyeti ve kırınım sınırı, öğrencinin büyüklüğü, retina fotoreseptör hücrelerinin boyutu ve görüntüleme kalitesini etkileyecek çeşitli insan göz sapmalarını içeren nispeten karmaşık bir optik sistemdir. İyi görsel deneyim elde etmek için, insanlar uzun yıllardır araştırıyor ve okuyorlar, bunlar arasında insan göz sapmasının düzeltilmesi, bilim adamlarının dikkat ettikleri ve çaba sarf ettikleri önemli bir alan. Ofocus ve astigmatizma ile temsil edilen düşük dereceli sapmalara ek olarak, insan gözünde 2-5 bir dizi düzensiz yüksek dereceli sapmalar gibi küresel sapma, koma sapması ve bir dizi düzensiz yüksek dereceli sapmalar gibi yüksek dereceli sapmalar da vardır. Bu yüksek dereceli sapmalar, azalmış görme keskinliği, azaltılmış kontrast hassasiyeti ve parlama gibi sorunlar getirecektir6. Bu nedenle, geleneksel refraktif problemleri düzelttikten sonra bile, hastalar hala görsel netlikten yoksundur. Bu nedenle, insan gözünün yüksek dereceli sapması, düzeltmede göz ardı edilemeyen bir faktördür.

Uzun bir süre, insanların vizyon düzeltmesi esas olarak geleneksel kırılma problemlerinin defocus ve astigmatizmasını düzeltmek için küresel ayna kullanımına odaklanmaktadır. İnsan gözündeki üst düzey sapmaların düzeltmek, dalga önü sapmalarını doğru bir şekilde ölçme tekniğinde bir atılım yapıldığı 1990'lara kadar mümkün değildi. 2008 yılında, bir Amerikan şirketi olan Ophthonix, 2-6 düzeninin insan gözünün dalga önü sapmasını ölçerek ve daha sonra düzeltilmiş diyopteri optimize edilmiş küre kolon aynası ile takarak vizyonu geliştiren Izon Frame Glasses7'nin araştırması ve geliştirilmesini finanse etti. Her ne kadar bu yöntem dalga önü sapma teknolojisini getirse de, yüksek dereceli sapmanın görme kendisi üzerindeki etkisini dikkate almaz. 2012 yılında Li Rui ve ark8. İnsan gözlerinin yüksek dereceli sapmalarını düzeltebilen gözlük tasarlamak için asferik yüzey kullandı. Araştırma, asferik lens düzeltmesinin büyük astigmatizma ve küresel sapma olan gözler için en etkili olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, koma ve yonca sapmaları büyükse, asferik lensin düzeltme etkisi açık değildir.

Bu yazıda, Liou model gözüne dayanarak, gözün ölçülen ön ve arka kornea yüzeyini birleştirerek, gözün her bir bölümünün eksenel aralığı ve insan dalga önü sapma verileri, kişiselleştirilmiş bir göz modeli oluşturulmuştur. İçinde

Ek olarak, önceki literatürde bildirilmeyen insan dalga önlüğü verilerinin takılması için ayrıntılı adımlar verilmiştir. Daha sonra, bu kişiselleştirilmiş göz modeline dayanarak, asferik camlar, yüksek dereceli sapmaların insan gözleri üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak ve görsel kaliteyi iyileştirmek için optimize edilmiştir. Yukarıdaki tüm içerikler optik tasarım yazılımı Zemax tarafından simüle edilir.

2. Göz modelinin kurulması

2.1 Temel göz modelinin kurulması

Kişiselleştirilmiş göz modelini oluşturmadan önce, önce ilk yapısal parametreleri seçilen Liou Eye Model9, insan gözlerinin optik yapısına ve fizyolojik yapısına çok benzer olan temel göz modelini oluşturmalıyız. Çalışmalar, 10,11, Gullstrand-Le Grand Eye modelindeki kristal lensin eğrilik yarıçapının değişmesinin, insan kristal lensin ayarlanmasıyla tutarlı olduğunu, böylece merceğin ön yüzeyine ince bir lens ilave edilebildiğini göstermiştir. Kristal lensin ön ve arka yüzeylerinin eğrilik yarıçapı ve dörtik katsayısı Liou göz modelinden seçilir. Gullstrand-Le Grand Eye modelinin kırılma indeks değeri seçilir. Temel göz modelinin spesifik parametreleri Tablo 1'de gösterilmiştir ve Şekil 1, temel göz modelinin şematik bir diyagramıdır.

Tablo 1 Temel Göz Modeli Parametreleri

Şekil 1 Temel göz modelinin yapısı

Allegro oculyzer ön segment analizörü, gerçek insan gözlerinin kornea topografik haritasını ölçmek için kullanılır ve kornea kalınlığı 0. Cihazın görünümü Şekil 2'de gösterilmektedir.

Şekil 2 Allegro Oculyzer Anterior Segment Analizörü

Gözün kırılma yüzeyleri arasındaki eksenel uzunluk, Şekil 3'te gösterildiği gibi Suoer oftalmik optik biyometrik SW -9000 ile ölçülür. Ölçülen sonuçlar kornea kalınlığı, ön oda derinliği, kristal lens kalınlığı ve vitreous derinliğini içermektedir. Verilerin ortalaması Tablo 2'de gösterildiği gibi 5 kez alınır.

Şekil 3 Suoer Oftalmik Optik Biyometri SW -9000

Tablo 2 Gözün kırılma yüzeyleri arasındaki eksenel uzunluk

Neresir lens uzunluğundaki birimdeki radyal ışın koordinatıdır,N sıradaki Zernike katsayısıdır,A_i Zernike kenar polinomunun katsayısıdır,ρ normalleştirilmiş radyal ışın koordinatıdır,φ açı ile ifade edilen ışın koordinatıdır.

Zenick Fringe katsayısını bir_i Zernike saçak sarkma yüzeyinde, astigmatizmi ve yüksek dereceli sapmayı paylaşmak için optimizasyonun bir değişkeni olarak. Optimizasyonun sorunsuz ilerlemesini sağlamak için, önce düşük dereceli sapmaların takılmasının optimizasyon stratejisini benimsedik ve daha sonra yüksek dereceli sapmalar: birinci, düşük dereceli sapmalar (C 3- C5), daha sonra anormalliklere (C7, C8), C1 (C6, C1, C1), clover (C6, C1) 'nin uyumu, Clover (C8)' nin uyumu. Astigmatizma (C11, C13). Şu anda, bazı başlangıç ​​miktarları küresel sapmalara (C12) ve son olarak küresel sapmaların (C12) takılmasına verilmiştir. Tespit edilen dalga önü sapma verileri (sipariş 2-

4) RMS 0. 8 0 31 ve uydurma sonucu 0.8089'dur. Bu nedenle, nihai optimizasyon sonucu neredeyse hedef değere yakınlaştı ve tam bir kişiselleştirilmiş göz modeli etkili bir şekilde oluşturuldu.

Tablo 3 Dalga önü sapmaları ve takılması gereken fiziksel önemi

Tablo 4 Optimize edilmiş reçine lens parametreleri

3.2 Sonuçlar ve Analiz

İlk insan dalgası sapması pv =7. 3457, rms =1. 6661. Düzeltmeden sonra, pv =3. 5225, rms =0. 6725, birincisi% 52.05 azalır ve ikincisi% 59.64 azalır, bu önemli ölçüde iyileştirilir. Tablo 5, düzeltmeden sonra sistemin Zernike katsayısını göstermektedir. Düzeltme ile karşılaştırıldığında, tüm Zernike sapmalarının azaldığı ve teğet ve sagital MFT'nin 100 döngü\/mm'de sırasıyla% 180 ve% 135 arttığı görülebilir. Şekil 4, optimizasyon öncesi ve sonra MTF'nin karşılaştırılmasını göstermektedir. Tasarlanan asferik lensin insan gözlerinin yüksek dereceli sapmalarını etkili bir şekilde azaltabileceği ve görsel kaliteyi iyileştirebileceği kanıtlanmıştır.

Tablo 5 Optimizasyon Sonucu

Şekil 4 Optimizasyon öncesi ve sonra MTF karşılaştırması

4.

Bu yazıda, optik tasarım yazılımı Zemax, Liou gözüne ve ölçülen verilere dayanan kişiselleştirilmiş bir göz modeli oluşturmak için kullanılmaktadır. Buna ek olarak, dalga önü sapmalarına takılırken ayrıntılı optimizasyon işlemi verilir, bu da simülasyon sonuçlarını insan gözlerinin gerçek dalga önü sapmalarıyla tutarlı hale getirir. Elde edilen kişiselleştirilmiş göz modelini kullanarak, asferik lens optimize edilir ve insan gözlerinin yüksek dereceli sapmalarını düzeltebilen bir lens tasarlanmıştır. Tasarım sonuçları, insan gözlerinin görsel kalitesini iyileştirmek için yararlı olduğunu kanıtlayan ve insan gözlerinin yüksek dereceli sapmalarını düzeltmek için belirli referans değerine sahip olduğunu kanıtlayan insan gözlerinin yüksek dereceli sapmalarını azalttı. Bu makalenin eksikliği, insan gözlerinin tasarımdaki hareketinin neden olduğu hatayı dikkate almaması ve işleme fizibilitesinin de bir analizi olmamasıdır. Gelecekteki çalışmalarda tartışmaya devam etmeyi umuyoruz.

Referanslar

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Görsel çözünürlüğü etkileyen optik ve retina faktörleri. Fizyoloji Dergisi, 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Koomen, M., Tousey, R., Sclnik, R. (1950) Gözün küresel sapması. Optometri ve Görme Bilimi, 7: 370-376. doi: 10.1097\/00006324-195007000-00012.
3. Howland, HC, Howland B. (1977). Gözün monokromatik* sapmalarının ölçülmesi için öznel bir yöntem. Amerika Optik Derneği Dergisi, 11: 1508-1518. doi: 10.1364\/josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Küresel ve diğer sapmaların kusurlu insan gözünün modülasyon transferi üzerindeki etkisi. Oftalmik ve fizyolojik optikler, 6: 504-513. https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/j. {5 }.1998.00391.x
5. Wang, Y., Wang ZQ, Guo, HQ, Quan W. (2005). İnsan gözünün gelişmiş sapmasının görsel işlev üzerindeki etkisi. Acta Optica, 11: 1519-1525. https:\/\/www.researching.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb
6. Liang, J., Williams, DR, Miller, DT (1997). Uyarlanabilir optikler yoluyla süperormal görme ve yüksek çözünürlüklü retina görüntüleme. Josa A, 11: 2884-2892. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri {4 }josaa {5 }&id
7. Seiple, Wh, Szlyk, JP (2008). Izon® gösteri lens sistemi tarafından sağlanan görme performansı. Optometrinin gözden geçirilmesi, 2.
8. Li, R., Wang, Zq, Liu, YJ, MU, GG (2012) İnsan gözünün yüksek dereceli sapmalarının düzeltilmesi için asferik gözlük tasarlamak için bir yöntem. Bilim Çin Teknolojik Bilimleri, 55: 1391-1401. 10.1007\/s 11431-012- 4762-4.
9. Liou, HL, Brennan, NA (1997). Optik modelleme için anatomik olarak doğru, sonlu model göz. Josa A, 8: 1684-1695. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri {}josaa {4 }&id
10. Garner, LF, Smith, G. (1997). Kristal lensin konaklama ile eşdeğer ve gradyan kırılma indisindeki değişiklikler. Optometri ve Görme Bilimi, 2: 114-119. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/abstract\/1997\/02000\/changes {}in {6 }quivalent {7 }and
11. Koretz, JF, Cook, CA, Kaufman, PL (2002). İnsan merceğinin yaşlanması: konaklama ve konaklama kaybı ile lensteki değişiklikler. Josa A, 1: 144-151. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri {}josaa {4 }&id