Design nan linèt ak wo-lòd aberasyon ak myopya defocusing ko-egziste ki baze sou modèl je

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

Aschool of Optoelectronic Syans ak Jeni, Soochow University, No.1 Shizi Street, Suzhou 215006, Lachin; Bkey Laboratwa nan teknoloji avanse fabrikasyon optik nan pwovens Jiangsu &

Laboratwa kle nan teknoloji modèn optik nan Ministè Edikasyon nan Lachin, Soochow University, Suzhou 215006, Lachin; Csuzhou Mason Optical Co., Ltd, Suzhou 215007, Lachin

* Korespondan otè: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

Abstrè

Linèt ki fèt espesyalman pou ankadreman yo te montre de pli zan pli enpòtan pèfòmans nan prevansyon myopya ak kontwòl nan esè klinik yo. Sepandan, etid piblik sou batman an nan aberasyon wo-lòd ki gen rapò ak ankadreman linèt rete ra. Atik sa a desine lantiy linèt ak aberasyon wo-lòd ak defocusing myop pa ki lye ak modèl la je ak linèt ankadreman, ak simulation modèl la optik nan linèt-je a pou 300 degre pasyan myop. Lè segondè-lòd aberasyon inite a modulasyon se pa sa mete pou linèt yo, valè a defocusing nan direksyon y-aks nan yon -14 jaden degre nan vi ki koresponn a chanjman ki fèt nan pouvwa a sifas ekstèn nan lantiy la defocusing microlens inite anba jaden estatik yo ki soti nan DETOME DETOME nan yon DETOME DETOME ANEDE ANE ANEDE ANEWOSE ANEWO. -28. 5 degre ~ 28.5 degre (nan 1 degre ogmantasyon). Atik sa a diskite korelasyon ki genyen ant reyon baz koub la ak toric microstructure toric inite a ak aberasyon segondè-lòd nan linèt ki fèt anba obsèvasyon estatik nan direksyon y la. Korespondan fòmil anpirik yo te etabli. Rechèch sa a pral fezab nan devlopman linèt segondè-lòd aberasyon modulation.Mo kle:High-lòd aberasyon batman, myopya prevansyon ak kontwòl, modèl je, linèt konsepsyon

1. Entwodiksyon

Yon etid swivi sistematik [1] montre ke nan 15 ane ki sot pase yo, pousantaj la ensidans nan myopya nan Azi de lès te ogmante rapidman, yon tandans kounye a gaye globalman. Pousantaj nan pwogresyon nan myopya varye nan mitan gwoup laj diferan, jan yo montre nan Figi 1: pousantaj la pwogresyon nan myopya nan timoun ki gen laj 6 a 9 se -0. 50 a -1. Mwayèn anyèl pwogresyon nan myopya nan pifò pasyan myop pral ralanti sou tan, ak pi fò moun estabilize anvan laj 20. Entènasyonal Myopia Enstiti a (IMI) rapòte nan 2019 ki apeprè 87% nan timoun ki soufri soti nan myopya segondè a laj de 11 devlope myopya a laj de 7 oswa pi piti, oswa ekspoze yon pwogresyon myopya pou kat ane oswa plis [2]. Se poutèt sa, prevansyon bonè nan myopya nan lekòl ki gen laj timoun ak adolesan se kritik pou diminye pwoblèm vizyèl nan lavni.

Figi 1. Chanjman refraktif nan mitan timoun myop pa laj [2].

Katriyèm Konferans Entènasyonal sou Optik ak Processing Imaj (ICOIP 2024), edited by Xiaotao Hao, Chuan Qin, Proc. nan Spie Vol. 13254, 132541c © 2024 SPIE · 0277-786 x · doi: 10.1117/12.3039156

Proc. nan Spie Vol. 13254 132541 C -1

Previous research on high-order aberrations (HOAs) of the human eye has mainly focused on how to correct them (such as Suliman et al.'s design of soft contact lenses in 2019[3]), the relationship between HOAs and eye-related factors[4,5], corneal reshaping surgery using high-order aberrations, and the impact of HOAs on the treatment of eye diseases[6]. Prèv sijere ke HOAs yo siyifikativman lye nan pwogresyon myopya ak elongasyon aksyal nan timoun myop korije ak linèt monofocal [7]. Lè ou konsidere avantaj ki genyen nan gwo popilarite, pri ki ba, ki pa pwogrese nati, ak ranplasman fasil nan linèt ankadreman, eksplore potansyèl yo nan ralanti pwogresyon myopya nan timoun ak adolesan prezante yon avantaj inik. Ak milti-pwen myopya defocus ki fèt linèt: Avèk yon zòn santral ki ka korije vizyon klè, microlenses yo ranje alantou lantiy la yo pwodwi periretinal myopya defocus, kidonk ranvwaye pwogresyon nan myopya, te teknoloji sa a te avèk siksè komèsyalize. Byen lwen, etid sa a eseye konsepsyon lantiy linèt ki ka modile aberasyon wo-lòd ki baze sou defocusing myop.

2. Metodoloji

2.1 modèl je
Fondasyon an nan etid ki enplike similye je debaz la lè l sèvi avèk optik konsepsyon lojisyèl Zemax. Je debaz la te modifye ki baze sou modèl la je Liou [8], ak paramèt estriktirèl detaye nan tablo 1. Modèl la je te fèt ak yon longè aksyal nan 23.97 mm ak yon dyamèt elèv nan 4 mm. Pou rasyonalize analiz, nou sipoze pa gen okenn enklinasyon oswa eksantrisite nan elèv la.

Tablo 1. Modèl Zye paramèt estriktirèl.

Sifas la antérieure nan lantiy devan ak sifas vityèl yo baze sou sifas la estanda, ak endèks la refraktif n nan mwayen an ka lib defini, jan yo montre nan fòmil (1).

Nan tablo 1, grad A a sou sifas la antérieure nan lantiy la koresponn ak n 0=1. 368, nr 2=-1. nz 2=-1. 5427*10-2, nz 3=0; Grad b sou sifas la vityèl koresponn ak n 0=1. 407, nr 2=-1. nz 3=0.

2.2 aberasyon devan onn nan je imen
Nan optometri, premye 6 lòd yo nan polinòm Zernike yo sitou itilize yo reprezante aberasyon yo devan onn nan je imen an. Aberasyon yo devan onn espesifye nan Sosyete a Optik nan Amerik (OSA) [9] koresponn ak koefisyan yo estanda Zernike nan lojisyèl Zemax, jan sa endike nan tablo 2. Apwòch sa a pèmèt pou yon reprezantasyon egzak ak estanda nan aberasyon okulèr, fasilite yon simulation pi egzat ak analiz.

Tablo 2. Siyifikasyon Zernike koyefisyan estanda aberasyon nan Zemax.

3. Modèl ak done
(Zòn koreksyon vizyon) ka korije esferik ak silendrik refraktif erè yo tipik nan pasyan myopya. Li fèt selon preskripsyon linèt pasyan an; 2, myopya defocus inite (distribye ak plizyè konvèks microlenses esferik ranje nan yon etalaj sikilè), ki pwodui yon sèten degre nan defocus myopya; 3, se inite a segondè aberasyon lòd aberasyon ki konpoze de estrikti bag plizyè ki enplike nan reglemante HOA a nan je imen an. Se dyagram nan schematic nan sifas la deyò nan lantiy la linèt yo montre nan Figi 2 (a), ak kantite vire ak lòd la nan gwoup la ogmante soti nan sant la nan lantiy la nan kwen an; Relasyon aranjman nan twa inite optik yo montre nan Figi 2 (b), kote R reprezante distans radyal la, ki sitiye nan avyon Xoy; Inite yo defocusing myopik yo egzakteman menm jan distribye sou sikonferans a, ak entèval yo distribisyon nan menm distans la radial yo reprezante pa longè a ak longè. Anviwònman an nan longè a ak longè ka kontwole kantite inite sou chak bag nan microlens yo inite. Longè a ak inite, bag espas d, dyamèt la D2 nan microlens yo inite defocused, ak lajè a RADIAL D3 nan bann nan bag ansanm detèmine dansite nan mikrostruktur la sou lantiy la linèt.

Figi 2. (A: Left) dyagram schematic nan lantiy linèt; (B: Dwa) Dyagram schematic de twa kouman inite nan avyon an XOY.

Step1: Sipoze ke preskripsyon nan yon pasyan myop se esferik diopter (3 d) ak silendrik diopter (0 d), se kwasans myopya pasyan an sèlman manifeste kòm myopya aksyal. Baze sou sa a, yo te yon modèl je myop ki fèt, ki ka depreferans itilize chanjman ki fèt nan longè a nan kavite a vitreèn reflete chanjman ki fèt nan degre nan myopya nan modèl la je. Dapre preskripsyon an, yo te yon sèl konsantre kite Crescent lantiy negatif ki fèt tankou inite a glas prensipal, ak esferik enteryè ak sifas deyò. Dyamèt la nan glas la manman se 60 mm, ak yon epesè mwayen nan 1.3 mm chwazi; Materyèl la glas manman se polikarbonat (PC), ak yon endèks refraktif nan 1.56, abbe kantite 37, ak yon gravite espesifik nan 1.23 g/cm3. Comprehensive paramèt estriktirèl yo rezime nan tablo 3.

Tablo 3. Paramèt estriktirèl nan inite a glas manman an.

Nan Zemax, yo te kalite a Ouverture mete nan yon gwosè Ouverture k ap flote ak yon dyamèt elèv nan 4 mm, epi yo te kalite a zòtèy mete nan inifòm; Mete twa jaden de vi (FOV) ak ajiste pwa yo kòmsadwa: 0 degre FOV a nan y-direksyon an te bay yon pwa nan 1, 1 0 degre fov a yon pwa nan 0. Anba vizyon klere, longèdonn lan te adopte yon sèl longèdonn nan 0.555 μm. Done yo lòt te baze sou done yo modèl debaz nan tablo 1. epesè a vitreèn nan modèl la je te trete kòm yon varyab, ak lantiy la manman yo te mete 12 mm devan yo nan somè a kornin yo optimize modèl la optik nan je yo linèt-. Konfigirasyon sa a te lakòz yon longè kò vitre nan apeprè 17.306 mm ak yon longè total aksyal nan je a nan 25.036 mm.

Step2: Chwazi yon FOV nan Y-direksyon 14 degre kòm direksyon an Ray direktè lekòl pou ki vin apre konsepsyon inite optik, ak materyèl la menm jan ak inite a glas manman. Okòmansman, li te nesesè pou detèmine kowòdone y-direksyon an lè limyè prensipal la deyò jaden an nan aks View entèsekte ak sifas la deyò nan glas la prensipal, yo nan lòd yo detèmine distans la radyal lè nòmal la nan somè a premye mikrostruktur nan y-direksyon an nan sèk la premye nan mikrolans nan inite a myopik defocus entèsekte ak sifas la eksteryèr nan move a nan sifas ki nan sifas la nan tè a nan sifas ki nan sifas la nan tè a nan sifas ki pi fò nan sifas la nan sifas la nan sifas ki nan sifas la nan tè a nan sifas ki pi ekstèn nan sifas la nan sifas la vin nan sifas la nan sifas la nan sifas ki nan sifas la vin nan sifas la vin nan sifas la nan sifas ki nan sifas la ourres nan move a nan sifas la nan sifas la nan sifas la nan sifas la nan sifas la nan sifas la nan sifas la nan sifas ki pi fò nan sifas la nan sifas la nan tè a nan sifas ki pi fò nan sifas la nan sifas la nan sifas la nan tè a nanir la; Lè sa a, detèmine Ouverture nan jaden an de vi sou sifas la deyò nan glas la manman, jan yo montre nan imaj la lokalman elaji nan Figi 3.. Uping Reay la ak operands reaz nan Zemax, konbine avèk normalized FOV ak anviwònman normalized, distans la RADIAL te 3.8 0. Dapre Teyorèm Pythagorean la, Ouverture nan ray la te pase nan direksyon y-deyò aks la nan -14 degre FOV sou sifas la deyò nan glas la manman te apeprè 4.3186 mm.

Figi 3. Dyagram schematic pasyèl nan Off Axis Field de View Manman glas pou transmisyon limyè.

The position relationship between the microlens of the first circle of the myopia defocus unit and the outer surface of the mother mirror in the YOZ plane in the Y direction can be illustrated in Figure 4. The curvature radius of the outer surface of the mother mirror is denoted as R1, the curvature radius of the outer surface of the defocus unit microlens is denoted as R2, the diameter of the microlens is denoted as D2, and Wotè vektè a soti nan somè a nan lantiy la mikwo nan sifas la deyò nan glas la manman deziye kòm G2. Ka pozisyon nan sant nan microlens yo dwe detèmine pa longè a F2 ak ang wotasyon 𝜃, ki ka kalkile lè l sèvi avèk fòmil sa a:

Figi.

Mete fòm sifas la nan microlens inite defocus kòm esferik (pouvwa opik nan 6 d ak yon dyamèt 2 mm), ak distans la radial nan premye sèk la nan mikrostruktur se 3.802 mm; Fòm sifas inisyal la nan sifas la deyò nan segondè lòd aberasyon inite a microstructure band microstructure mete kòm toric ak yon pouvwa baz arc ak nan 4 d ak yon proc radial. nan Spie Vol. 13254 132541 C -5 lajè 1.5 mm (d3). Prensip la kalkil nan pozisyon an sant nan baz la baz nan avyon an Yoz toric se menm bagay la kòm fòmil (2) a (4). Ka pozisyon nan sant nan baz la baz dwe detèmine pa longè a F3 ak ang wotasyon 𝜃. Avèk reyon an koub (R3) ak wotè a vektè (G3) soti nan somè a nan baz la baz sou sifas la deyò nan sifas la deyò nan glas la manman an. G 2=3. 572 μm, G 3=1 004 μm, entèval ant bann bag adjasan te mete kòm 3.8 mm, lantiy yo linèt yo mete ak 6 bag ak yon longè inite nan 4 mm. Done referans pou pozisyon mikrostruktur yo te detaye nan tablo 4.

Step3: Itilize 3D CAD lojisyèl Solidworks yo, ranpli modèl la nan lantiy yo premye linèt. Opinyon prensipal yo ak bò gòch yo te montre nan Figi 5, ak dyamèt la nan zòn nan koreksyon vizyon santral nan premye lantiy la manman estriktirèl se sou 5.604 mm.

Tablo 4. Done pozisyon nan Yoz kwa-rejyonal lantiy microstructure.

Figi 5. Premye estrikti nan lantiy linèt - devan ak opinyon gòch.

1. Rezilta ak analiz

Envestigasyon an nan pèfòmans optik nan lantiy la linèt, okòmansman prezante sèlman lantiy la manman, revele ke valè a defocus nan direksyon an aks y nan yon -14 FOV degre nan jaden an estatik de vi nan modèl la linèt-je te 0. Etandone ke pouvwa a nan sifas la deyò nan glas la manman se 2 d, nou opte yo eksplore yon seri de pouvwa optik pou sifas la deyò nan inite a defocus myop ant 4 a 10 d, ogmante nan 1 d ogmantasyon, san yo pa enkòpore yon inite segondè aberasyon lòd aberasyon. Sitiyasyon Defocus obsève a te rezime nan tablo 5. Done ki gen rapò ak Z4 Defocus ekspoze yon relasyon lineyè, sa ki pèmèt nou anplwaye fòmil (5) pou estime defocus la devan onn anba divès pouvwa nan sifas la myopic inite defocus la. Isit la, valè pouvwa optik X nan sifas ekstèn inite defocus myop la te sèvi kòm varyab la endepandan, pandan y ap korespondan valè a defocus Z4 aji kòm varyab la depandan.

Tablo 5. Statik jaden de vi aks -14 jaden degre de vi defocus done ak chanjman ki fèt nan pouvwa optik.

Mete pouvwa a sifas ekstèn nan inite a defocus microlens a 6 d, san yo pa mete yon segondè-lòd aberasyon inite batman. Varyasyon nan defocus nan jaden an estatik vètikal nan vi soti nan -28. Nan atik sa a, valè pozitif nan Z4 endike ke se kantite lajan an defocus ki sitiye nan devan retin a, pandan y ap valè a negatif nan Z4 endike ke se kantite lajan an defocus pozisyone dèyè retin la. Akòz simetri aranjman lantiy la, distribisyon defocus nan jaden vètikal la nan vi se apeprè simetrik, pandan y ap sitiyasyon an defocus nan jaden an orizontal de vi se menm jan an.

Figi 6. Statik jaden vètikal nan View defocus chanjman kat.

Estrikti inisyal la nan glas la manman ak myopya defocus inite rete enchanjab, pandan y ap kenbe lajè a radial nan mikrostruktur la sifas toroidal nan pi wo-lòd aberasyon inite a batman, ak baz la arc ak reyon koub nan toric a te chanje. Sa a ki vize analize relasyon ki genyen ant baz la arc ak RADIUS RADIUS R3 ak pi wo-lòd aberasyon kantite lajan an lè obsève y-direksyon an -14 jaden degre nan estatik la.

Etid la chwazi yon total de 9 pwen done, ki gen ladan pouvwa koub baz la nan 3.7 d, 4 d, 4.5 d, 5 d, 5.5 d, 6 d, 7 d, 8 d, ak 9 d, asire yon diminisyon lis nan reyon an curvature kalkile. Lè pouvwa koub baz te 10 d, pwen ki pi wo a sou sifas la deyò nan mikrolens yo inite defocused se pi ba pase sa yo ki an segondè-lòd aberasyon inite a microstructure inite, ki pa t 'nan liy ak modèl.

Anrejistre valè koyefisyan tèm estanda Zernike nan lantiy la ak sèlman glas la manman ak defocus inite microlens nan y-direksyon an nan yon -14 degre FOV. RMS yo nan valè aberasyon onn devan pou sant la nan mas nan Zemax elimine efè yo nan deplasman ak enklinezon. Pa elimine yo, rms a (rasin vle di kare) nan hoa yo nan je a nan jaden sa a ka detèmine yo dwe 0. 932937 λ (0. 555 μm), konsève nan sis kote desimal. Anrejistre plizyè eleman aberasyon wo-lòd ki ka patisipe nan reta myopya, ak yon valè inisyal deziye kòm Zi 0, kote mwen reprezante lòd la plase nan koefisyan yo tèm estanda Zernike nan Zemax. Coma vètikal Z7 0 te -0. 141717 λ, koma orizontal z8 0 te 0. te 0 λ, aberasyon esferik Z110 te -0. λ, dezyèm lòd vètikal koma Z170 te -0. 008084 λ, segondè aberasyon esferik Z220 te 0.362791 λ.

Modeling lantiy linèt ak diferan baz ARC Curvature reyon pou pi wo-lòd aberasyon inite modulasyon, ak anrejistreman pi wo-lòd aberasyon done nan Y-direksyon an nan {{3} (Zi-Zi 0). Analiz retou annaryè nan done yo revele ke baz la arc ak koub reyon R3 nan sifas la toroidal ki gen rapò ak koma vètikal, trefoil panche, aberasyon esferik, orizontal astigmatism segondè, dezyèm-lòd koma vètikal, segondè aberasyon esferik ak total aberasyon segondè-lòd. Figi 7 montre distribisyon an gaye ak retou annaryè liy nan sis segondè-lòd aberasyon ogmantasyon ak R3, kote enkreman nan trefoil panche ak esferik aberasyon ogmantasyon gen yon relasyon lineyè ak baz la arc ak reyon koub, ak ogmantasyon yo diminye ak ogmantasyon nan baz la arc ak reyon curvature. Konklizyon nan koma vètikal, orizontal segondè astigmatism ogmantasyon, dezyèm-lòd rekòt vètikal koma, segondè absoli aberasyon esferik, ak total segondè-lòd aberasyon ogmantasyon yo linear ki gen rapò ak R3. Fòmil anpirik la ka wè nan ekwasyon (6) ~ (12). Pa gen okenn korelasyon siyifikatif ant koma orizontal, trifoil orizontal, panche astigmatism segondè, dezyèm-lòd koma orizontal ak reyon an nan koub R3. Li ka imajine ke kapasite nan modile aberasyon espesifik pa jisteman ajiste koub la nan mikrostruktur la souliye potansyèl la pou kreye pi efikas ak Customized linèt lantiy pou jesyon myopya.

Tablo 6. Obsèvasyon estatik nan Y-Direksyon -14 Degre jaden de vi High-lòd aberasyon done estanda onn.

Figi 7. simityè simityè ak liy retou annaryè nan pasyèl segondè-lòd aberasyon ogmantasyon kòm yon fonksyon nan reyon an nan deviation nan ark la fondamantal.

Etabli korelasyon ki genyen ant reyon an nan koub R3 nan baz la baz ak aberasyon an devan onn eksprime pa polinòm nan estanda Zernike (al gade nan Figi 7). Ranje a nan R3 se ant 62.222222 mm ak 151.351351 mm, fòmil la anpirik te jan sa a:

Nan ekwasyon an, reprezante koyefisyan jijman nan ekwasyon an retou annaryè, ak pi pre a valè li yo se 1, pi wo a degre nan Fitting nan ekwasyon an.

5. Konklizyon

Papye sa a gen pou objaktif pou envestige batman an nan aberasyon wo-lòd nan linèt ki fèt ak enpak yo sou defocusing myop. Li pwopoze yon konsepsyon ki lye modèl la je ak linèt ankadreman simulation modèl la optik pou 300- degre pasyan myop. Etid la eksplore korelasyon ki genyen ant reyon an baz koub ark nan mikrostruktur la toric segondè-lòd aberasyon inite modulasyon a ak aberasyon segondè-lòd anba obsèvasyon estatik. Rechèch sa a kontribye nan devlopman linèt ki gen gwo lòd pou aberasyon, ki bay bonjan Sur nan prevansyon ak kontwòl myopya.

Referans

[3] Suliman A, Rubin A. Corrigendum: Yon revizyon nan pi wo aberasyon lòd nan je imen an. Vizyon Afriken ak Sante Zye. 2019, 78 (1).

[4] Rebika D, Divya S, Murugesan V, et al. Pwopriyete byomekanik nan korn ak aberasyon okulèr nan je myop. Endyen Journal of oftalmoloji. 2023 Desanm 15.

[5] Hassan H, Shima M, Alireza J, et al. Asosyasyon ki genyen ant konpozan byometrik okulèr ak aberasyon kornin. Optometri nan klinik eksperimantal. 2023 Oct 16, 1-7.

[6] KJL, JSV, Sin-Wan C, et al. Enfliyans nan faktè konpresyon ortokeratoloji sou aberasyon okulèr ki pi wo-lòd. Optometri nan klinik eksperimantal. 2020,103 (1), 123-128.

[7] Hiraoka Takahiro, Kotsuka Junko, Kakita Tetsuhiko, Okamoto Fumiki, Oshika Tetsuro. Relasyon ant aberasyon pi wo-lòd devan devan ak pwogresyon natirèl nan myopya nan timoun lekòl. Rapò syantifik. 2017, 7 (1).

[8] Liou HL, Brennan N A. Anatomikman egzat. je modèl fini pou modèl optik. Opt Soc am yon opt imaj Sci vis. 1997 Aug, 14 (8), 1684-95.

[9] Oftalmik-metòd pou rapòte aberasyon optik nan je yo. Ansi. Z80. 28-2017, 2017-08-21.