Дизайн на обектива за коригиране на аберации с висок ред на персонализирано човешко око

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

Асороуче на оптоелектронната наука и инженерство и съвместен иновационен център на Suzhou Nano Science and Technology, University Soochow, Suzhou 215006, Китай;

Bkey Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies на провинция Jiangsu и ключова лаборатория на съвременните оптични технологии на Министерството на образованието на Китай, Университета Соохоу, Суджоу 215006, Китай;

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

Съответстващ автор: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn

Резюме

Аберацията от висок ред на човешкото око е фактор, който не може да бъде игнориран във визуалната корекция. Дизайнът на обектива, който може да коригира аберацията от висок ред, може да намали отрицателното въздействие върху човешкото око и да подобри качеството на визуалното качество. В този документ софтуерът за оптичен дизайн Zemax се използва за конструиране на персонализиран модел на очите, базиран на окото на Liou и измерените данни за очите. Подробният процес на оптимизация е даден при монтиране на аберацията на вълна, така че аберацията на вълновата линия на целевото човешко око и действителното човешко око са склонни да бъдат последователни. Конструираният персонализиран очен модел има същите оптични характеристики като действителното човешко око. Въз основа на персонализирания очен модел, асферичната леща е проектирана да коригира аберациите от висок ред. След корекция, аберациите от висок ред на целевото око се намаляват и PV на аберациите на вълна се намалява с 52,05%, RMS се намалява с 59,64%. Междувременно, MTF в тангенциална и сагитална посока се увеличава с 180% и 135% съответно при 100 цикъла\/mm.

Ключови думи:Аберации от висок ред, корекция, персонализиран модел на очите, асферичен леща

1. Въведение

Човешкото око е сравнително сложна оптична система, включително рефракционната способност и границата на дифракцията на оптичната система на човешкото око, размера на зеницата, размера на фоторецепторните клетки на ретината и различни видове човешки аберации на очите, които ще повлияят на качеството му на изображения1. За да получат добър визуален опит, хората изследват и учат в продължение на много години, сред които корекцията на човешката аберация на очите е важно поле, на което учените обръщат внимание и полагат усилия. В допълнение към аберациите от нисък ред, представени от дефокус и астигматизъм, има и аберации от висок ред като сферична аберация, аберация на кома и поредица от нередовни аберации от висок ред в човешкото око 2-5. Тези аберации от висок ред ще доведат до проблеми като намалена зрителна острота, намалена чувствителност към контраст и отблясъци. Ето защо, дори след коригиране на традиционните проблеми с пречупването, на пациентите все още няма обща визуална яснота. Следователно, аберацията от висок ред на човешкото око е фактор, който не може да бъде игнориран в корекцията.

Дълго време корекцията на зрението на хората се фокусира главно върху използването на сферично огледало за коригиране на дефокуса и астигматизма на традиционните проблеми с пречупването. Коригирането на аберациите от по-висок ред в човешкото око не е възможно до 90-те години на миналия век, когато е направен пробив в техниката за точно измерване на аберациите на вълновата линия. През 2008 г. Ophthonix, американска компания, финансира изследванията и разработването на Izon Frame Glasses7, която подобри зрението чрез измерване на аберацията на вълновата линия на човешкото око на реда 2-6 и след това приспособява коригирания диоптер с оптимизираното огледало за колона. Въпреки че този метод въвежда технологията за аберация на вълновите крайници, той не отчита ефекта от аберацията от висок ред върху самото зрение. През 2012 г. Li Rui et al8. Използвана асферична повърхност за проектиране на очила, които биха могли да коригират аберациите от висок ред на човешките очи. Изследването показа, че корекцията на асферичните лещи е най -ефективната за очите с голям астигматизъм и сферична аберация. Ако обаче аберациите на кома и детелина са големи, корекционният ефект на асферичната леща не е очевиден.

В този документ, въз основа на окото на модела LIOU, комбинирайки измерената предна и задна повърхност на роговицата на окото, аксиалното разстояние на всяка част на окото и данните за аберацията на човешката вълна, се установява персонализиран модел на очите. В

Освен това са дадени подробни стъпки за приспособяване на данните за аберация на човешката вълна, които не са докладвани в предишната литература. След това, въз основа на този персонализиран очен модел, асферичните очила са оптимизирани, за да намалят отрицателните ефекти на аберациите от висок ред върху човешките очи и да подобрят качеството на зрителното състояние. Всичко по -горе съдържание се симулира от софтуер за оптичен дизайн Zemax.

2. Уставяне на модела на очите

2.1 Създаване на основен очен модел

Преди да установим персонализирания модел на очите, първо трябва да установим основния модел на очите, чиито първоначални структурни параметри са избрани Liou Eye Model9, който е много подобен на оптичната структура и физиологичната структура на човешките очи. Проучванията показват, че 10,11, промяната на радиуса на кривината на кристалната леща в модела на Grand Eye Grand-Le е в съответствие с регулирането на човешката кристална леща, така че към предната повърхност на лещата може да се добави тънка леща. Радиусът на кривината и квадричния коефициент на предните и задните повърхности на кристалната леща са избрани от модела на очите на Liou. Избрана е стойността на индекса на пречупване на Gullstrand-Le Grand Eye Model. Специфичните параметри на основния модел на очите са показани в таблица 1, а Фигура 1 е схематична диаграма на основния модел на очите.

Таблица 1 Основни параметри на модела на очите

Фигура 1 Структурата на основния модел на очите

Анализаторът на предния сегмент Allegro Oculyzer се използва за измерване на топографската карта на роговицата на действителните човешки очи, а дебелината на роговицата е 0. 462 mm, референтният сферичен радиус на кривината на предната повърхност на роговицата е 8,45 mm, а референтният сферичен радиус на кривината на радиума на задната повърхност е 8,45 mm. Появата на инструмента е показана на фигура 2.

Фигура 2 Allegro Oculyzer Анализатор на предния сегмент

Аксиалната дължина между рефракционните повърхности на окото се измерва чрез офталмологичен оптичен биометричен SW -9000, както е показано на фигура 3. Измерените резултати включват дебелина на роговицата, дълбочина на предната камера, дебелината на кристалната леща и дълбочината на стъкло. Средната стойност на данните се взема за 5 пъти, както е показано в таблица 2.

Фигура 3 Suoer Ophthalmic Optical Biometrics SW -9000

Таблица 2 Аксиалната дължина между рефракционните повърхности на окото

Къдеr е координата на радиалния лъч в единица дължина на обектива,N е коефициентът на zernike в последователността,A_i е коефициентът на ith zernike edge полином,ρ е нормализираната координата на радиалния лъч,φ е координатата на лъчите, изразена от ъгъла.

Зададохме коефициента на ресни Zenick a_i В повърхността на Zernike Fringe Sag като променлива за оптимизация за споделяне на астигматизъм и аберация от висок ред. In order to ensure the smooth progress of optimization, we adopted the optimization strategy of fitting low-order aberrations first and then high-order aberrations: First, low-order aberrations (C3-C5) are fitted into the eye model, then the aberrations (C7, C8), the fitting of clover (C6, C9) and four-leaf clover (C10, C14), and then the optimization of Астигматизъм от втори ред (C11, C13). Понастоящем се дават някои първоначални количества на сферичните аберации (С12) и накрая приспособяването на сферичните аберации (С12). Откритите данни за отклонение на вълновата линия (поръчка 2-

4) RMS е 0. 8 0 31, а резултатът от монтажа е 0.8089. Следователно, резултатът от крайната оптимизация почти се сближи с целевата стойност и ефективно се установява пълен персонализиран модел на очите.

Таблица 3 Аберациите на вълновите фронт и тяхното физическо значение, които трябва да бъдат монтирани

Таблица 4 Оптимизирани параметри на смолата

3.2 Резултати и анализ

Първоначалната аберация на човешката вълна pv =7. 3457, rms =1. 6661. След корекция PV =3. 5225, RMS =0. 6725, първият намалява с 52,05%, а втората намалява с 59,64%, които са значително подобрени. Таблица 5 показва коефициента на Zernike на системата след корекция. В сравнение с преди корекцията, може да се види, че всички аберации на Zernike намаляват и тангенциалният и сагиталният MFT се увеличават с 180% и 135% съответно при 100 цикъла\/mm. Фигура 4 показва сравнението на MTF преди и след оптимизация. Доказано е, че проектираната асферична леща може ефективно да намали аберациите от висок ред на човешките очи и да подобри визуалното качество.

Таблица 5 Резултат от оптимизация

Фигура 4 Сравнение на MTF преди и след оптимизация

4.Конклузия

В този документ софтуерът за оптичен дизайн Zemax се използва за изграждане на персонализиран модел на очите въз основа на Liou Eye и измерените данни. В допълнение, детайлният процес на оптимизация е даден при приспособяване на аберациите на вълна, което прави резултатите от симулацията в съответствие с действителните аберации на вълна на човешките очи. Използвайки получения персонализиран модел на очите, асферичният леща е оптимизиран и е проектиран обектив, способен да коригира аберациите от висок ред на човешките очи. Резултатите от дизайна намаляват аберациите от висок ред на човешките очи, което се оказва полезно за подобряване на визуалното качество на човешките очи и има определена референтна стойност за коригиране на аберациите от висок ред на човешките очи. Недостигът на настоящия документ е, че той не отчита грешката, причинена от движението на човешките очи в дизайна, а също така няма анализ на осъществимостта на обработката. Надявам се да продължа дискусията в бъдещата работа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Оптични и ретинални фактори, влияещи върху визуалната разделителна способност. The Journal of Physiology, 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Koomen, M., Tousey, R., Sclnik, R. (1950) Сферичната аберация на окото. Optometry and Vision Science, 7: 370-376. doi: 10.1097\/00006324-195007000-00012.
3. Howland, HC, Howland B. (1977). Субективен метод за измерване на монохроматични* аберации на окото. Списание на Оптичното дружество на Америка, 11: 1508-1518. doi: 10.1364\/josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Ефектът на сферичните и други отклонения върху прехвърлянето на модулацията на дефокусираното човешко око. Офталмологична и физиологична оптика, 6: 504-513. https:\/\/onlineLibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/j. за това
5. Wang, Y., Wang ZQ, Guo, HQ, Quan W. (2005). Ефект от усъвършенстваната аберация на човешкото око върху визуалната функция. Acta Optica, 11: 1519-1525. https:\/\/www.researching.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb зана
6. Liang, J., Williams, Dr, Miller, DT (1997). Свръхнормално зрение и изображения на ретината с висока разделителна способност чрез адаптивна оптика. Josa A, 11: 2884-2892. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri залягане нана
7. Seiple, WH, Szlyk, JP (2008). Изпълнение на визията, осигурена от системата Izon® Spectacle Lens. Преглед на оптометрията, 2. Https:\/\/chicagolighthouse.org\/wp-content\/uploads\/2015\/11\/ за да
8. Li, R., Wang, Zq, Liu, YJ, MU, GG (2012) Метод за проектиране на асферични зрелища за коригиране на аберации с висок ред на човешкото око. Science China Technological Sciences, 55: 1391–1401. 10.1007\/s 11431-012- 4762-4.
9. Liou, HL, Brennan, NA (1997). Анатомично точно, ограничено око за оптично моделиране. Josa A, 8: 1684-1695. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri залягането
10. Garner, LF, Smith, G. (1997). Промени в еквивалентния и градиентния показател на пречупването на кристалната леща с настаняване. Optometry and Vision Science, 2: 114-119. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/Abstract\/1997\/02000\/changes заляга {5))
11. Koretz, JF, Cook, CA, Kaufman, PL (2002). Стареене на човешката леща: Промените във формата на обектива при настаняване и с приспособима загуба. Josa A, 1: 144-151. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri залягането