طراحی لنز برای تصحیح ناهنجاری های مرتفع چشم انسان شخصی

Jiaxu Lua ، B ، Chunmei Zeng*A ، B ، Haomo YUC

Aschool of Optoelectronic Science and Engineering & Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology ، دانشگاه Soochow ، Suzhou 215006 ، چین ؛

آزمایشگاه BKEY از فن آوری های پیشرفته تولید نوری استان جیانگسو و آزمایشگاه کلیدی فناوری های نوری مدرن وزارت آموزش و پرورش چین ، دانشگاه سوچو ، سوژو 215006 ، چین ؛

شرکت نوری Csuzhou Mason ، Ltd. ، Suzhou 215007 ، چین

نویسنده مسئول: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

چکیده

انحراف مرتبه بالا از چشم انسان عاملی است که در تصحیح بصری نمی توان نادیده گرفت. طراحی لنزهایی که می تواند انحراف مرتبه بالا را اصلاح کند می تواند تأثیر منفی بر چشم انسان را کاهش داده و کیفیت بصری را بهبود بخشد. در این مقاله ، از نرم افزار طراحی نوری Zemax برای ساخت یک مدل چشم شخصی بر اساس چشم LIOU و داده های چشم اندازه گیری شده استفاده می شود. فرآیند بهینه سازی دقیق هنگام قرار دادن انحراف موج موج داده می شود ، به طوری که انحراف موج موج چشم انسان هدف و چشم واقعی انسان تمایل به سازگار دارد. مدل چشم شخصی ساخته شده دارای ویژگی های نوری یکسان با چشم واقعی انسان است. بر اساس مدل چشم شخصی ، یک لنز آسفریک برای اصلاح ناهنجاری های مرتبه بالا طراحی شده است. پس از تصحیح ، ناهنجاری های مرتبه بالا از چشم هدف کاهش می یابد ، و PV از ناهنجاری های موج موج 52.05 ٪ کاهش می یابد ، RMS با 59.64 ٪ کاهش می یابد. در همین حال ، MTF جهت مماس و ساژیتال به ترتیب 180 ٪ و 135 ٪ در 100 چرخه در میلی متر افزایش یافته است.

کلمات کلیدی:ناهنجاری های مرتبه بالا ، تصحیح ، مدل چشم شخصی ، لنزهای آسفریک

1. مقدمه

چشم انسان یک سیستم نوری نسبتاً پیچیده است ، از جمله توانایی انکسار و محدودیت پراش سیستم نوری چشم انسان ، اندازه دانش آموز ، اندازه سلولهای گیرنده شبکیه شبکیه و انواع مختلف اختلال چشم انسان ، که بر کیفیت تصویربرداری آن تأثیر می گذارد. به منظور به دست آوردن تجربه بصری خوب ، مردم سالهاست که در حال کاوش و مطالعه هستند ، از این میان تصحیح ابطال چشم انسان زمینه مهمی است که دانشمندان به آن توجه می کنند و تلاش می کنند. علاوه بر ناهنجاری های مرتبه پایین که توسط Defocus و آستیگماتیسم نشان داده شده است ، ناهنجاری های مرتبه بالا مانند ناهنجاری کروی ، انحراف کما و یک سری از اختراعات مرتبه بالا در چشم انسان {4}} وجود دارد. این ناهنجاری های مرتبه بالا مشکلاتی مانند کاهش حدت بینایی ، کاهش حساسیت به کنتراست و Glare6 را به همراه خواهد داشت. به همین دلیل ، حتی پس از تصحیح مشکلات انکسار سنتی ، بیماران هنوز از وضوح بصری کلی برخوردار نیستند. بنابراین ، انحراف مرتبه بالا از چشم انسان عاملی است که در تصحیح نمی توان نادیده گرفت.

برای مدت طولانی ، تصحیح بینایی مردم عمدتاً بر استفاده از آینه کروی برای اصلاح نقص و آستیگماتیسم مشکلات انکسار سنتی متمرکز است. تصحیح ناهنجاری های مرتبه بالاتر در چشم انسان تا دهه 1990 امکان پذیر نبود ، هنگامی که یک موفقیت در تکنیک اندازه گیری دقیق ناهنجاری های موج انجام شد. در سال 2008 ، Ophthonix ، یک شرکت آمریکایی ، بودجه تحقیق و توسعه شیشه های فریم Izon را تأمین کرد ، که با اندازه گیری انحراف موج موج از چشم انسان از نظم {4}} ، بهبود دید ، و سپس متناسب کردن دیوپتر اصلاح شده با آینه بهینه شده کره. اگرچه این روش فناوری انحراف موج را معرفی می کند ، اما تأثیر انحراف مرتبه بالا بر خود بینایی را در نظر نمی گیرد. در سال 2012 ، لی روئی و همکاران. برای طراحی عینک هایی که می تواند ناهنجاری های مرتبه بالا از چشم انسان را اصلاح کند ، از سطح آسفریک استفاده می شود. این تحقیق نشان داد که تصحیح لنزهای آسفریک برای چشمان دارای آستیگماتیسم بزرگ و انحراف کروی مؤثر است. با این حال ، اگر ناهنجاری های کما و شبدر بزرگ باشد ، اثر تصحیح لنزهای آسفیرال آشکار نیست.

در این مقاله ، بر اساس چشم مدل LIOU ، ترکیب سطح قرنیه قدامی و خلفی اندازه گیری شده چشم ، فاصله محوری هر قسمت از چشم و داده های انحراف موج انسان ، یک مدل چشم شخصی ایجاد شده است. در

علاوه بر این ، مراحل مفصلی برای متناسب با داده های انحراف موج انسان ، که در ادبیات قبلی گزارش نشده است ، ارائه شده است. سپس ، بر اساس این مدل چشم شخصی ، عینک های آسفریک برای کاهش اثرات منفی ناهنجاری های مرتبه بالا بر چشم انسان و بهبود کیفیت بصری بهینه می شوند. تمام مطالب فوق توسط نرم افزار طراحی نوری Zemax شبیه سازی شده است.

2. ایجاد مدل چشم

2.1 ایجاد مدل چشم اساسی

قبل از ایجاد مدل چشم شخصی ، ابتدا باید مدل اصلی چشم را ایجاد کنیم ، که پارامترهای ساختاری اولیه آن مدل Liou Eye Model9 انتخاب شده است ، که بسیار شبیه به ساختار نوری و ساختار فیزیولوژیکی چشم انسان است. مطالعات نشان داده است که 10،11 ، تغییر شعاع انحنای لنزهای کریستالی در مدل چشم بزرگ Gullstrand-le با تنظیم لنزهای کریستالی انسان سازگار است ، بنابراین می توان یک لنز نازک را به سطح جلوی لنز اضافه کرد. شعاع انحنای و ضریب کوادریک سطوح قدامی و خلفی لنز کریستالی از مدل چشم LIOU انتخاب می شود. مقدار انکسار مدل Gullstrand-le Grand Eye انتخاب شده است. پارامترهای خاص مدل چشم اصلی در جدول 1 نشان داده شده است ، و شکل 1 یک نمودار شماتیک از مدل چشم اصلی است.

جدول 1 پارامترهای اصلی مدل چشم

شکل 1 ساختار مدل چشم اساسی

از آنالایزر بخش قدامی Allegro Oculyzer برای اندازه گیری نقشه توپوگرافی قرنیه از چشم های واقعی انسان استفاده می شود و ضخامت قرنیه {0}} 462 میلی متر است ، شعاع انحنای کروی مرجع از سطح جلوی قرنیه 8.45 میلی متر و شعاع منحنی کروی مرجع سطح پشت سطح پشتی 6.19 میلی متر است. ظاهر ابزار در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2 آنالایزر بخش قدامی Allegro Oculyzer

طول محوری بین سطوح انکسار از چشم توسط بیومتریک نوری چشمی suoer اندازه گیری می شود ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. نتایج اندازه گیری شده شامل ضخامت قرنیه ، عمق محفظه قدامی ، ضخامت لنز کریستالی و عمق زجاجیه است. همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است ، میانگین داده ها برای 5 بار گرفته شده است.

شکل 3 بیومتریک نوری چشمی Suoer SW -9000

جدول 2 طول محوری بین سطوح انکسار چشم

کجاr آیا مختصات پرتوی شعاعی در واحد طول لنز است ،N ضریب zernike در دنباله است ،A_i ضریب چند جمله ای لبه zernike است ،ρ آیا مختصات پرتوی شعاعی نرمال است ،φ آیا مختصات پرتوی بیان شده توسط زاویه است.

ما ضریب حاشیه Zenick را تنظیم کردیم_i در سطح Zernike Fringe SAG به عنوان یک متغیر برای بهینه سازی برای به اشتراک گذاشتن آستیگماتیسم و ​​انحراف مرتبه بالا. به منظور اطمینان از پیشرفت صاف بهینه سازی ، ما استراتژی بهینه سازی متناسب با اختلالات کم نظیر را در ابتدا و سپس ناهنجاری های مرتبه بالا اتخاذ کردیم: اول ، ناهنجاری های مرتبه کم (C {4} C5) در مدل چشم قرار می گیرند ، سپس اختلالات (C7 ، C8) ، تناسب بند (C6 ، C6 ، C9) و CLOVER CLOVER (C6 ، C9) و CLOVER CLOVER (C6 ، C9) و CL10 آستیگماتیسم (C11 ، C13). در این زمان ، برخی از مقادیر اولیه به ناهنجاری های کروی (C12) و در نهایت تناسب ناهنجاری های کروی (C12) داده می شود. داده های انحراف موج شناسایی شده (سفارش {18}}}

4) RMS 0. 8 {3} 31 31 ، و نتیجه اتصالات 0.8089 است. بنابراین ، نتیجه بهینه سازی نهایی تقریباً به مقدار هدف همگرا می شود و یک مدل چشم کامل شخصی به طور مؤثر ایجاد می شود.

جدول 3 انحرافات موج و اهمیت جسمی آنها که باید نصب شوند

جدول 4 پارامترهای لنز رزین بهینه شده

3.2 نتایج و تجزیه و تحلیل

Aberration Wave Human PV =7. 3457 ، rms =1. 6661. پس از تصحیح ، PV {4}} 5225 ، RMS {6}} 6725 ، اولی 52.05 ٪ کاهش می یابد و دومی 59.64 ٪ کاهش می یابد که به طور قابل توجهی بهبود می یابد. جدول 5 ضریب Zernike سیستم را پس از تصحیح نشان می دهد. در مقایسه با تصحیح قبل از تصحیح ، می توان دریافت که تمام ناهنجاری های Zernike کاهش می یابد و MFT مماس و ساژیتال به ترتیب 180 ٪ و 135 ٪ در 100 چرخه در میلی متر افزایش یافته است. شکل 4 مقایسه MTF قبل و بعد از بهینه سازی را نشان می دهد. ثابت شده است که لنزهای آسفریک طراحی شده می توانند به طور موثری ناهنجاری های مرتبه بالا از چشم انسان را کاهش داده و کیفیت بصری را بهبود بخشند.

جدول 5 نتیجه بهینه سازی

شکل 4 مقایسه MTF قبل و بعد از بهینه سازی

4.Conclusion

در این مقاله ، از نرم افزار طراحی نوری Zemax برای ساخت یک مدل چشم شخصی بر اساس چشم LIOU و داده های اندازه گیری شده استفاده می شود. علاوه بر این ، فرآیند بهینه سازی دقیق هنگام متناسب سازی ناهنجاری های موج ، که باعث می شود نتایج شبیه سازی مطابق با ناهنجاری های موج واقعی چشم انسان باشد. با استفاده از مدل چشم شخصی به دست آمده ، لنزهای آسفریک بهینه شده و یک لنز قادر به اصلاح ناهنجاری های مرتبه بالا از چشم های انسان طراحی شده است. نتایج طراحی باعث کاهش ناهنجاری های مرتبه بالا از چشمان انسان می شود ، که ثابت می کند برای بهبود کیفیت بصری چشم انسان مفید است و ارزش مرجع خاصی برای تصحیح ناهنجاری های مرتبه بالا از چشم های انسان دارد. کمبود این مقاله این است که خطای ناشی از حرکت چشمان انسان در طراحی را در نظر نمی گیرد ، و همچنین هیچ تجزیه و تحلیل از امکان سنجی پردازش وجود ندارد. امیدوارم که بحث را در کار آینده ادامه دهید.

منابع

1. Campbell ، FW ، Green ، DG (1965) عوامل نوری و شبکیه که بر وضوح بصری تأثیر می گذارند. مجله فیزیولوژی ، 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Koomen ، M. ، Tousey ، R. ، Sclnik ، R. (1950) انحراف کروی چشم. Optometry and Vision Science ، 7: {{2}. doi: 10.1097\/{{5}.
3. Howland ، HC ، Howland B. (1977). یک روش ذهنی برای اندازه گیری ناهنجاری های تک رنگ* چشم. مجله انجمن نوری آمریکا ، 11: {{2}. doi: 10.1364\/josa.67.001508.
4. Jansonius ، NM ، Kooijman ، AC (1998). تأثیر ناهنجاری های کروی و دیگر بر انتقال مدولاسیون چشم انسان دفع شده. اپتیک چشمی و فیزیولوژیکی ، 6: {{2}. https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/j. {5 }.1998.00391.x
5. Wang ، Y. ، Wang Zq ، Guo ، HQ ، Quan W. (2005). تأثیر انحراف پیشرفته چشم انسان بر عملکرد بینایی. Acta Optica ، 11: {{2}. https:\/\/www.researching.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb {7 }.pdf.
6. Liang ، J. ، Williams ، DR ، Miller ، DT (1997). دید فوق طبیعی و تصویربرداری شبکیه با وضوح بالا از طریق اپتیک تطبیقی. Josa A ، 11: {{3}. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm؟uri {4} JOSAAAAaaaa {5 {{6 }&ibsearch {7 }false.
7. Seiple ، WH ، Szlyk ، JP (2008). عملکرد بینایی ارائه شده توسط سیستم لنز Izon® Spectacle. مرور Optometry ، 2. https:\/\/chicagolighthouse.org\/wp-content\/uploads\/2015\/11\/ {5} }OpHonics-Final.pdf.
8. Li ، R. ، Wang ، ZQ ، Liu ، YJ ، MU ، GG (2012) روشی برای طراحی عینک های آسفری ​​برای تصحیح ناهنجاری های مرتفع چشم انسان. علوم فن آوری علوم چین ، 55: 1391-1401. 10.1007\/s {{7}.
9. Liou ، HL ، Brennan ، NA (1997). از نظر آناتومیکی دقیق و مدل محدود برای مدل سازی نوری. Josa A ، 8: {{2}. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm؟uri {3} Josaaaaaa {4 {{5 }&ibsearch {6 }false.
10. گارنر ، LF ، اسمیت ، G. (1997). تغییر در ضریب انکسار معادل و شیب لنز کریستالی با اسکان. Optometry and Vision Science ، 2: {{2}. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/abstract\/1997\/02000\/Changes {5 }in {6 {}Equivantion {7 {8 {8 {{9 {9} Refraction.24.a spx.
11. Koretz ، JF ، Cook ، CA ، Kaufman ، PL (2002). پیری لنزهای انسانی: تغییر در شکل لنزها در محل اسکان و از بین رفتن مسکن. Josa A ، 1: {{2}. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm؟uri {3} Josaaaaaa {4 {{5 }&ibsearch {6 }false.