Dearadh spéaclaí le haberration ardoird agus myopia ag dí-ocsaídiú córais bunaithe ar mhúnla súl

Hongliang Yaoa, Chunmei Zeng*A, B, Haomo Yuc

Aschool na heolaíochta agus na hinnealtóireachta optoelectronic, Ollscoil Soochow, Uimh.1 Shizi Street, Suzhou 215006, an tSín; Lab BKEY de theicneolaíochtaí déantúsaíochta optúla ardleibhéil i gCúige Jiangsu &

Eochair Lab na dteicneolaíochtaí optúla nua -aimseartha san Aireacht Oideachais na Síne, Ollscoil Soochow, Suzhou 215006, an tSín; Co Optúil Csuzhou Mason, Ltd, Suzhou 215007, an tSín

* Údar comhfhreagrach: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn

Teiste

Léirigh spéaclaí fráma atá deartha go speisialta feidhmíocht níos suntasaí i gcosc agus i rialú myopia i dtrialacha cliniciúla. Mar sin féin, tá staidéir phoiblí ar mhodhnú aberrations ardoird a bhaineann le frámaí eyeglass fós gann. Dearann ​​an t-alt seo lionsaí eyeglass le haberrations ardoird agus dí-ocsaídiú myopic trí shamhail na súl agus spéaclaí fráma a nascadh, agus déanann sé samhail optúil na spéaclaí a shamhlú le haghaidh 300 othar myopic. When the high- order aberration modulation unit is not set for the glasses, the defocusing value of the Y-axis direction at a -14 degree field of view corresponding to the change in the external surface power of the lens defocusing unit microlens under static field, and the defocusing change of the external surface power of the defocusing unit micro lens is set to 6 diopters, with a static vertical field of view ranging ó {-28. 5 chéim ~ 28.5 céim (ag incrimintí 1 chéim). Phléigh an t-alt seo an comhghaol idir ga cuaire an bhun-stua den microstruchtúr Toric an Aonad Aberration Ard-Ordú agus aberrations ardoird sa eyeglass deartha faoi bhreathnóireacht statach sa y-treo. Bunaíodh foirmlí eimpíreacha comhfhreagracha. Beidh an taighde seo ina chabhair d'fhorbairt spéaclaí modhnaithe ardoird.Eochairfhocail:Modhnú Aberration Ard-Ord, Cosc agus Rialú Myopia, Samhail Súl, Dearadh Gloiní

1. Réamhrá

Taispeánann staidéar leantach córasach [1] go bhfuil méadú tapa tagtha ar ráta minicíochta Myopia in Oirthear na hÁise le 15 bliana anuas, treocht atá ag leathadh ar fud an domhain anois. Athraíonn ráta dul chun cinn myopia i measc aoisghrúpaí éagsúla, mar a thaispeántar i bhFigiúr 1: Is é an ráta dul chun cinn myopia i leanaí idir 6 agus 9 bliain d'aois ná -0. 50 go -1. Cuirfidh an meán -dul chun cinn bliantúil de myopia i bhformhór na n -othar myopic moill le himeacht ama, agus an chuid is mó de na daoine ag cobhsú roimh aois 20. Thuairiscigh an Institiúid Myopia International (IMI) in 2019 go bhforbraíonn thart ar 87% de leanaí a bhfuil myopia ard ag 11 bliana d'aois iad ag aois 11 bliain d'aois nó níos óige, nó a thaispeánann dul chun cinn myopia ar feadh ceithre bliana nó níos mó [2]. Dá bhrí sin, tá cosc ​​luath ar myopia i leanaí agus ógánaigh in aois scoile ríthábhachtach chun lagú amhairc a laghdú sa todhchaí.

Figiúr 1. Athrú athraonta i measc leanaí myopic de réir aoise [2].

An ceathrú Comhdháil Idirnáisiúnta ar Optics agus Próiseáil Íomhá (ICOIP 2024), arna chur in eagar ag Xiaotao Hao, Chuan Qin, Proc. de Spie Vol. 13254, 132541C © 2024 SPIE · 0277-786 x · doi: 10.1117/12.3039156

Proc. de Spie Vol. {13254 132541 C -1

Dhírigh taighde roimhe seo ar aberrations ardoird (HOAS) den tsúil dhaonna go príomha ar conas iad a cheartú (mar shampla dearadh Suliman et al. Lionsaí teagmhála boga in 2019 [3]), an gaol idir HOA agus tosca a bhaineann le súl [4,5], máinliacht athmhúnlaithe coirne ag baint úsáide as creimir ardoird, agus an tionchar a bhíonn ag HOAS ar dhéileáil na súl [6]. Mhol fianaise go bhfuil baint mhór ag HOA go mór le dul chun cinn myopia agus le fadú aiseach i bpáistí myopic atá ceartaithe le spéaclaí monofocal [7]. Ag cur san áireamh na buntáistí a bhaineann le hard-tóir, ar chostas íseal, ar nádúr neamh-ionrach, agus ar athsholáthar éasca spéaclaí fráma, is buntáiste uathúil é a n-acmhainneacht chun dul chun cinn myopia a mhaolú i leanaí agus i n-ógánaigh. Agus spéaclaí atá deartha ag myopia defocus ilphointe: le limistéar lárnach ar féidir leis fís shoiléir a cheartú, socraítear microlenses timpeall an lionsa chun defocus myopia periretinal a tháirgeadh, rud a chuireann moill ar dhul chun cinn myopia, rinneadh an teicneolaíocht seo a thráchtálú go rathúil. Far, déanann an staidéar seo iarracht lionsaí eyeglass a dhearadh ar féidir leo aberrations ardoird a mhodhnú bunaithe ar dhí-ocsaídiú myopic.

2. Modheolaíocht

2.1 Múnla Súl
Is éard a bhí i gceist le bunús an staidéir ná an tsúil bhunúsach a ionsamhlú ag baint úsáide as bogearraí dearaidh optúil Zemax. Athraíodh an tsúil bhunúsach bunaithe ar mhúnla súl Liou [8], le paraiméadair struchtúracha sonraithe i dTábla. Dearadh an tsamhail súl le fad aiseach de 23.97 mm agus trastomhas dalta de 4 mm. Chun anailís a shruthlíniú, níor ghlac muid aon chlaonadh ná éiginnteacht ag an dalta.

Tábla 1. Paraiméadair struchtúracha samhail na súl.

Tá dromchla tosaigh an lionsa tosaigh agus dromchla fíorúil bunaithe ar an dromchla caighdeánach, agus is féidir an t -innéacs athraonta N den mheán a shainiú go saorálach, mar a thaispeántar i bhfoirmle (1).

I dTábla 1, comhfhreagraíonn an grád A ar dhromchla an lionsa le n {0=1. 368, nr 2=-1. nz 2=-1. 5427*{10-2, nz {{{}}; Freagraíonn an grád b ar an dromchla fíorúil do n {{0=1. 407, nr 2=-1. NZ 3=0.

2.2 Aberration Wavefront of Human Eyes
I optaiméadracht, úsáidtear na chéad 6 ordú de polynomials zernike den chuid is mó chun ionadaíocht a dhéanamh ar aberrations na súl daonna. Freagraíonn an t -aberrations wavefront atá sonraithe ag Cumann Optúil Mheiriceá (OSA) [9] do na comhéifeachtaí caighdeánacha Zernike i mbogearraí Zemax, mar atá leagtha amach i dTábla. Ceadaíonn an cur chuige seo léiriú beacht agus caighdeánaithe a dhéanamh ar ghéilleadh ocular, ag éascú insamhalta agus anailís níos cruinne.

TÁBLA.

3. Samhlacha agus sonraí
(Limistéar Ceartúcháin Fís) Is féidir leis na hearráidí athraonta sféarúla agus sorcóireacha a cheartú atá tipiciúil in othair myopia. Tá sé deartha de réir oideas eyeglass an othair; 2, Aonad Defocus Myopia (a dháileadh le roinnt micrea -mhiocróil sféarúla dronnach eagraithe in eagar ciorclach), a tháirgeann méid áirithe de defocus myopia; 3, tá an t -aonad modhnaithe aberration ardoird comhdhéanta de roinnt struchtúr fáinne a bhfuil baint acu le rialáil a dhéanamh ar HOA na súl daonna. Léirítear an léaráid scéimreach de dhromchla seachtrach an lionsa eyeglass i bhFíor 2 (a), le líon na casadh agus ord an bhanda ag méadú ó lár an lionsa go dtí an imeall; Léirítear an gaol socrú idir na trí aonad optúla i bhFíor 2 (b), áit a léiríonn R an fad gathacha, atá suite i bplána XOY; Déantar na haonaid dí -ocsaídeacha myopic a dháileadh go haonfhoirmeach ar an imlíne, agus léirítear na tréimhsí dáilte ag an achar gathacha céanna ag fad stua an aonaid. Is féidir le suíomh fad an aonaid a rialú líon na n -aonad ar gach fáinne den aonad micrea -aonaid. Fad stua an aonaid, spásáil fáinne D, trastomhas D2 an aonaid dícháilithe microlens, agus an leithead gathacha D3 den bhanda fáinne i gcomhpháirt le dlús an mhicrostruchtúir ar lionsa eyeglass.

Figiúr 2. (A: ar chlé) Léaráid sceidealta de lionsaí eyeglass; (B: ar dheis) Léaráid scéimreach de thrí leagan amach aonaid sa phlána XOY.

Step1: Ag glacadh leis go bhfuil an t -oideas d'othar myopic diopter sféarúil (3 d) agus diopter sorcóireach (0 d), ní léirítear fás myopia an othair ach mar myopia aiseach. Bunaithe ar seo, dearadh samhail súl myopic, ar féidir leis athruithe a úsáid go hidéalach ar fhad an chuas bheochana chun athruithe i méid na myopia sa mhúnla súl a léiriú. De réir an oideas, dearadh lionsa diúltach corrán amháin mar an príomh -aonad scátháin, le dromchlaí sféarúla inmheánacha agus seachtracha. Is é trastomhas an scátháin mháthair ná 60 mm, le tiús meánach de 1.3 mm roghnaithe; Is é an t -ábhar scátháin máthair polycarbónáite (PC), le hinnéacs athraonta de 1.56, uimhir ABBE de 37, agus domhantarraingt shonrach de 1.23 g/cm3. Déantar achoimre ar na paraiméadair struchtúracha chuimsitheacha i dTábla 3.

Tábla 3. Paraiméadair struchtúracha an aonaid scátháin mháthair.

I Zemax, socraíodh an cineál cró chuig méid cró ar snámh le trastomhas dalta de 4 mm, agus socraíodh an cineál ladhar éide; Socraigh trí réimse radhairc (FOV) agus rinne siad a gcuid meáchain a choigeartú dá réir: tugadh meáchan 1 don chéim 0 sa chéim, an chéim 1 {5}} FOV meáchan 0. Faoi fhís gheal, ghlac an tonnfhad le tonnfhad amháin de 0.555 μm. Bhí na sonraí eile bunaithe ar na sonraí bunúsacha samhail súl i dTábla. Déileáladh le tiús vitreous na samhla súl mar athróg, agus cuireadh an mháthair lionsa 12 mm roimh an rinn coirne chun samhail optúil na spéaclaí a bharrfheabhsú. Mar thoradh ar an gcumraíocht seo bhí fad coirp vitreous de thart ar 17.306 mm agus fad aiseach iomlán na súl de 25.036 mm.

Step2: FOV de chéim Y-Direction 14 a roghnú mar an príomh-threo ga le haghaidh dearadh aonaid optúil ina dhiaidh sin, leis an ábhar céanna leis an Aonad Mother Mirror. I dtosach báire, bhí sé riachtanach an comhordú y-threo a chinneadh nuair a thrasnaíonn an príomhsholas taobh amuigh den réimse radhairc le dromchla seachtrach an scátháin phríomhúil, chun an fad gathacha a chinneadh nuair a chinneann gnáth-an chéad rinn microstruchtúir i direction y-ciorcal an mháthair-mháithreacha sa aonad defocus myopic le dromchla an mháthair; Ansin shocraigh sé cró sa réimse radhairc ar dhromchla seachtrach an scátháin mháthair, mar a léirítear san íomhá mhéadaithe go háitiúil i bhFigiúr. Ag baint úsáide as na hoibríochtaí Reay agus Reaz i Zemax, in éineacht le FOV normalaithe agus suíomhanna normalaithe daltaí, bhí an fad gathach R 3.8 0} thart ar 2 mm. De réir theoirim Pythagorean, bhí cró an gha a rith tríd an y-treo taobh amuigh den ais ag -14 céim FOV ar dhromchla seachtrach an scátháin mháthair thart ar 4.3186 mm.

Figiúr 3. Léaráid pháirteach scéimreach de réimse na haise de View of View Mother Mirror le haghaidh tarchuir solais.

Is féidir an gaol suímh idir micrea -chiorcal an chéad chiorcail den aonad defocus myopia agus dromchla seachtrach an mháthair scáthán a léiriú i bhFigiúr. Tá airde veicteoir ó rinn an mhicrea -lionsa go dtí dromchla seachtrach an scátháin mháthair mar G2. Is féidir suíomh lár na microlens a chinneadh de réir an fhaid F2 agus an uillinn uainíochta 𝜃, is féidir a ríomh ag baint úsáide as an bhfoirmle seo a leanas:

Figiúr 4. Léaráid pháirteach scéimreach de réimse na haise de View of Mother Scáthán le haghaidh tarchuir solais.

Socraigh cruth dromchla an aonaid defocus micrea -sféarúil (cumhacht opical de 6 d agus trastomhas 2 mm), agus is é an fad gathacha den chéad chiorcal den mhicrostruchtúr ná 3.802 mm; Socraíodh cruth tosaigh dromchla an dromchla sheachtraigh den Microstructure Band Microstructure Aonad Aberration Ard -Ordú mar Toric le bunchumhacht stua de 4 d agus proc gathacha. de Spie Vol. {13254 132541 c -5 leithead 1.5 mm (d3). Is é an prionsabal ríofa i suíomh lár an stua bonn den plána yoz Toric mar an gcéanna le foirmle (2) go (4). Is féidir suíomh lár an bhoinn stua a chinneadh de réir an fhaid F3 agus an uillinn uainíochta 𝜃. leis an nga cuaire (R3) agus an airde veicteoir (G3) ó rinn an stua bonn ar an dromchla seachtrach go dtí dromchla seachtrach an scátháin mháthair. G {2=3. 572 μm, G {3=1. Mionsonraíodh na sonraí tagartha do shuíomh microstruchtúir i dTábla 4.

Step3: Ag baint úsáide as na bogearraí 3D CAD SolidWorks, chríochnaigh sé samhaltú na lionsaí eyeglass tosaigh. Léiríodh na príomh -radhairc agus na radhairc chlé i bhFigiúr 5, agus is é trastomhas limistéar ceartúcháin na físe lárnach an chéad lionsa struchtúrtha thart ar 5.604 mm.

Tábla.

Figiúr 5. Struchtúr tosaigh na lionsaí eyeglass - radhairc tosaigh agus chlé.

4. Torthaí agus anailís

Léirigh an t-imscrúdú ar fheidhmíocht optúil an lionsa eyeglass, nach raibh ann ach an mháthair lionsa ar dtús, go raibh an luach defocus sa treo y-ais ag -14 FOV laistigh den réimse radhairc statach den mhúnla spéaclaí-eye 0. Ós rud é gurb é 2 d cumhacht dhromchla seachtrach an mháthar scátháin, roghnaigh muid raon cumhachtaí optúla a fhiosrú do dhromchla seachtrach an aonaid defocus myopic idir 4 go 10 d, ag méadú i incrimintí 1 D, gan aonad modhnaithe ardoird a ionchorprú. Rinneadh achoimre ar an staid defocus a breathnaíodh i dTábla 5. Léirigh na sonraí a bhain le Z4 defocus caidreamh líneach, ag ligean dúinn foirmle (5) a úsáid chun an defocus tonnta a mheas faoi chumhachtaí éagsúla den dromchla seachtrach de chuid an aonaid defocus myopic sa réimse breathnóireachta static {-14. Anseo, bhí an luach cumhachta optúil X de dhromchla seachtrach an aonaid defocus myopic mar an athróg neamhspleách, agus ghníomhaigh an luach comhfhreagrach Z4 defocus mar an athróg spleách.

Tábla 5. Réimse statach radhairc ais -14 Réimse na céime de shonraí defocus le hathruithe i gcumhacht optúil.

Socraigh cumhacht dhromchla seachtrach an aonaid defocus microlens go 6 d, gan aonad modhnaithe ardoird ardoird a shocrú. An t -athrú defocus ar an réimse radhairc ingearach statach ó {-28. 5 chéim go 28.5 céim, le céim chéim 1, mar a léirítear i bhFíor 6. Is é ais ingearach na gcomhordanáidí an méid dí -ocsaíd i bhfoirm a bhagairt. San Airteagal seo, léiríonn luach dearfach Z4 go bhfuil an méid defocus suite os comhair an reitine, agus léiríonn luach diúltach Z4 go bhfuil an méid defocus suite taobh thiar den reitine. Mar gheall ar shiméadracht an tsocraithe lionsa, tá an dáileadh defocus sa réimse radhairc ingearach siméadrach, agus tá an staid defocus sa réimse radhairc cothrománach cosúil leis.

Figiúr 6. Réimse statach ingearach an radhairc defocus Athraithe Léarscáil.

D'fhan struchtúr tosaigh an mháthair scátháin agus an aonaid defocus myopia gan athrú, agus an leithead gathacha de mhicrostruchtúr dromchla toroidal an aonaid mhodhnaithe aberration ardoird a choinneáil, agus athraíodh ga cuaire an bhoinn. Bhí sé mar aidhm aige seo anailís a dhéanamh ar an ngaol idir an bonn cuaire stua R3 agus an méid aberration ardoird nuair a bhreathnaítear ar an réimse céim -14 ag an statach.

Roghnaigh an staidéar 9 bpointe sonraí san iomlán, lena n -áirítear na cumhachtaí bunchuar de 3.7 d, 4 d, 4.5 d, 5 d, 5.5 d, 6 d, 7 d, 8 d, agus 9 d, chun a chinntiú go mbeidh laghdú réidh ar an nga cuaire ríofa. Nuair a bhí cumhacht an chuar bonn 10 d, tá an pointe is airde ar dhromchla seachtrach an aonaid dí-ocsaídithe níos ísle ná an pointe microstruchtúir aonad modhnaithe ardoird, nach raibh ag teacht le samhaltú.

Taifeadadh luachanna comhéifeacht an téarma caighdeánach Zernike den lionsa agus níl ach microolens an mháthair scátháin agus an t-aonad defocus sa y-direction ag -14 FOV. Cuireann RMS na luachanna aberration tonn -thonn -mhaise i lár na maise i Zemax deireadh le héifeachtaí díláithriúcháin agus tilt. Trí dheireadh a chur leo, is féidir a chinneadh go bhfuil na RManna (fréamh -chearnóg) de chuid na súl sa réimse seo {0. Taifeadadh roinnt comhpháirteanna aberration ardoird a d'fhéadfadh a bheith bainteach le moill a chur ar myopia, agus luach tosaigh curtha in iúl mar Zi 0, áit a léiríonn mé ord rangú na gcomhéifeachtaí téarma caighdeánach Zernike i Zemax. Ba é {-0. 0 λ, ba é an t-aberration sféarúil Z110 -0. Ba é {-0 008084 λ, 008084 λ, ba é an t-aberration sféarúil tánaisteach Z220 ná 0.362791 λ.

Lionsaí eyeglass a shamhaltú le gathanna cuaire bun-stua éagsúla le haghaidh aonad modhnaithe aberration ardoird, agus sonraí aberration ardoird a thaifeadadh sa y-dirtection ag -14 FOV le linn breathnóireacht statach sa chóras optúil spéaclaí-eye, mar a léiríodh i dTábla 6. (Zi-zi {0). Léirigh anailís aischéimnithe ar na sonraí go raibh baint ag ga cuaire an bhun-stua R3 den dromchla toroidal le coma ingearach, trefoil claonta, aberration sféarúil, astigmatism thánaisteach chothrománach, cóma ingearach dara hordú, abrration sféarúil tánaisteach agus an t-ard-ordú ard-ordaithe. Taispeánann Figiúr 7 na línte dáileacháin scaipthe agus aischéimnithe de shé incrimint aberration ardoird agus R3, áit a bhfuil gaol líneach ag an incrimint trefil agus an incrimint sféarúla sféarúil leis an mbonn-chuaire stua, agus laghdaíonn an incrimint leis an méadú ar an mbonn stua cuaire. Tá an incrimint ingearach coma, incrimint chothrománach astigmatism tánaisteach, incrimint coma ingearach dara-ordú, incrimint aberration sféarúil thánaisteach, agus incrimint iomlán ard-ordaithe comhghaolmhar le R3. Is féidir an fhoirmle eimpíreach a fheiceáil ó chothromóidí (6) ~ (12). Níl aon chomhghaol suntasach idir coma cothrománach, trefoil cothrománach, astigmatism thánaisteach chlaonta, cóma cothrománach dara-ordú agus ga cuaire R3. Is féidir a shamhlú go leagann an cumas chun aberrations sonracha a mhodhnú trí chuaire an mhicrostruchtúir a choigeartú go beacht an poitéinseal chun lionsaí eyeglass níos éifeachtaí agus níos saincheaptha a chruthú do bhainistíocht myopia.

Tábla 6. Breathnóireacht statach ag Y-Direction {-14 Réimse Céim na Sonraí Aberration Ard-Ordú Sonraí Wavefront.

Figiúr 7. Ceapacha scaipthe agus línte aischéimnithe incrimintí aberration ardoird pháirtigh mar fheidhm de gha cuaire an stua bunúsach.

Bhunaigh sé an comhghaol idir ga cuaire R3 den stua bonn agus an t -aberration tonn -thonn arna shloinneadh ag an gcaighdeán polynomial caighdeánach (féach Figiúr 7). Tá an raon R3 idir 62.2222222 mm agus 151.351351 mm, ba é seo a leanas an fhoirmle eimpíreach:

Sa chothromóid, is ionann é agus comhéifeacht breithiúnais na cothromóide aischéimnithe, agus is é an luach atá aige ná 1, is ea is airde an méid feistithe den chothromóid.

Conclúidí 5. Conclúidí

Tá sé mar aidhm ag an bpáipéar seo imscrúdú a dhéanamh ar mhodhnú na n-aberrations ardoird i spéaclaí deartha agus a dtionchar ar dhíspreagadh myopic. Molann sé dearadh a nascann an tsamhail súl agus na spéaclaí fráma chun an tsamhail optúil a ionsamhlú d'othair myopic 300-. Scrúdaíonn an staidéar an comhghaol idir ga cuaire an bhun-stua den microstruchtúr Toric Aonad Aberration an Aonaid Aberration ard-ordaithe faoi bhreathnóireacht statach. Cuireann an taighde seo le forbairt spéaclaí modhnaithe ardoird ardoird, ag soláthar léargas luachmhar ar chosc agus ar rialú myopia.

Tagairtí

. Fís na hAfraice agus sláinte na súl. 2019, 78 (1).

[4] Rebika D, Divya S, Murugesan V, et al. Airíonna bithmheicniúla na coirne agus na n -ocular aberrations i súile myopic. Indian Journal of Oftailmeolaíocht. 2023 Nollaig 15.

[5] Hassan H, Shima M, Alireza J, et al. An comhcheangal idir comhpháirteanna bithmhéadracha ocular agus aberrations coirne. Optaiméadracht thurgnamhach chliniciúil. 2023 Deireadh Fómhair 16, 1-7.

[6] KJL, JSV, Sin-Wan C, et al. Tionchar an fhachtóra comhbhrúite orthokeratology ar aberrations ardoird ocular. Optaiméadracht thurgnamhach chliniciúil. 2020,103 (1), 123-128.

[7] Hiraoka Takahiro, Kotsuka Junko, Kakita Tetsuhiko, Okamoto Fumiki, Oshika Tetsuro. Gaol idir aberrations tonn-ord ard-ord agus dul chun cinn nádúrtha myopia i bpáistí scoile. Tuarascálacha eolaíocha. 2017, 7 (1).

[8] Liou HL, Brennan N A. Anatomically cruinn. Súil mhúnla críochta do shamhaltú optúil. OPT Soc Is Image Opt Sci Vis vis. 1997 Lúnasa, 14 (8), 1684-95.

. Ansi. Z80. 28-2017, {2017-08-21.