Jialing Houa,b, Chunmei Zeng *a,b, Haomo Yuc aSchool of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, Chine;bLaboratoire clé des technologies de fabrication optique avancées de la province du Jiangsu et du laboratoire clé des technologies optiques modernes de l'éducation Ministère de Chine, Université de Soochow, Suzhou 215006, Chine;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Chine * Auteur correspondant: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
ABSTRAIT
Afin de juger plus intuitivement la relation entre la prévention de la myopie et l'effet de contrôle des lunettes de prévention et de contrôle de la myopie et les paramètres de microstructure des lunettes, cet article conçoit une relation de microstructure de surface de selle basée sur le principe de contraste, et utilise la relation entre la valeur MTF et les paramètres de microstructure pour établir un modèle quantitatif. Les résultats de la conception montrent que dans la gamme de signaux d'imagerie acceptable de l'œil humain, la lentille du réseau de microstructure de surface de selle peut faire passer la lumière à travers la microstructure incapable de converger et d'image, ce qui réduit considérablement le contraste d'imagerie de la rétine. Lorsqu'une certaine fréquence spatiale dans la plage de {{0}}} ~ 43lp / mm est sélectionnée, la hauteur de vecteur maximale des microlens est dans la plage de 0 ~ 10 μm, et que la hauteur du vecteur maximum des microlens et la valeur MTF sous le champ de vue sur l'axe maximum montre une corrélation non linéaire. Par conséquent, la formule empirique de la hauteur du vecteur maximale et de la valeur MTF des microlens de la lentille de spectacle est établie, et l'analyse quantitative des paramètres de microstructure et le signal de contraste de la lentille de spectacle est terminée. Ce travail aide le concepteur de l'objectif à contrôler le contrôle du contraste de la prévention de la myopie et à contrôler plus précisément les paramètres de microstructure. Dans le même temps, par analyse, il est constaté que dans le cas d'une perte de lumière relativement petite, par rapport à la microstructure sphérique, la microstructure de surface de selle a un meilleur effet sur la réduction du contraste, ce qui est plus utile pour réduire la qualité visuelle et ralentir le développement de la myopie.
Mots-clés: lunettes de cadre, prévention et contrôle de la myopie, tableau microstructuré, rapport de contraste
1. Introduction
Selon le rapport mondial de vision publié par l'Organisation mondiale de la santé, près de 2,6 milliards des 7 milliards de personnes du monde ont développé la myopie comme maladie oculaire fonctionnelle d'ici 2020 [1]. On estime qu'en 2050, environ 5 milliards de personnes dans le monde développeront la myopie [2] - [3]. À l'heure actuelle, il existe principalement des mesures de prévention et de contrôle de la myopie telles que les activités de plein air, le traitement médicamenteux et l'intervention optique [4]. Par rapport à la difficulté des activités de plein air, le risque de traitement médicamenteux et le prix coûteux des lentilles de contact cornéen, portant des lunettes de prévention de la myopie et de contrôle comme une intervention optique qui peut corriger la myopie et inhiber le développement de la myopie en même temps a les caractéristiques de la sécurité, du confort, de la commodité et de l'économie. Par conséquent, pour les patients atteints de myopie à ce stade, le port de lunettes de prévention de la myopie et de contrôle de contrôle est plus facilement accepté par la plupart des patients et leurs familles. À l'heure actuelle, les lentilles micro-structurées utilisées pour retarder l'approfondissement de la myopie chez les adolescents peuvent être piquées dans des lentilles en fonction du principe du défocus myope ou des lentilles en fonction du principe des aberrations d'ordre supérieur. L'objectif basé sur le principe de la défocalisation myope affaiblira progressivement l'effet d'ajustement avec l'extension du temps de port. L'objectif basé sur le principe des aberrations d'ordre supérieur a une certaine indirecte dans l'évaluation de l'effet de la prévention et du contrôle de la myopie. Il est difficile de quantifier directement la relation entre les indicateurs des aberrations d'ordre supérieur et les paramètres de microstructure de la lentille avec l'accumulation de données actuelles. Cependant, il existe peu de lunettes de prévention et de contrôle de la myopie conçues sur la base du principe de contraste. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser différentes conceptions pour réduire davantage le signal de contraste pour intervenir dans le développement de la myopie. Dans le même temps, l'effet de prévention et de contrôle de la myopie des lunettes est quantifié afin d'obtenir le signal de contrôle de la myopie correspondant aux patients atteints de myopie plus précisément et plus rapidement.
2. Principe de contraste
Pendant le processus de visualisation des objets, l'œil essaie toujours de se concentrer sur la rétine afin d'atteindre un contraste maximal. Cependant, le point focal de la lumière incidente autour de la rétine de l'œil normal ou l'œil de myopie portant des lunettes de myopie conventionnels est derrière la rétine. Par conséquent, afin d'obtenir le contraste maximal, les yeux feront essayer la rétine d'approcher le point focal de la lumière incidente, entraînant l'augmentation de la longueur axiale, ce qui conduit au développement progressif de la myopie ou à l'approfondissement de la myopie. Des expériences sur le développement de la myopie ont montré que l'occurrence et le développement de la myopie sont déclenchés par des signaux de flou rétiniennes [5] - [9]. Le signal de contraste dans les cellules bipolaires des enfants est un signal de croissance des yeux, et la réduction du signal de contraste ralentira le taux de croissance des yeux [10]. À l'heure actuelle, les objectifs basés sur le principe de contraste sur le marché envisagent principalement d'utiliser des microstructures non transparentes pour bloquer le passage d'une lumière, afin de réduire le contraste autour des lentilles. Ce type de méthode est relativement difficile à évaluer quantitativement la relation entre la prévention de la myopie et l'effet de contrôle des lentilles et les paramètres de microstructure. Si la microstructure avec une courbure positive et négative alternée est ajoutée à la lentille de spectacle, des changements plus irréguliers tels que la convergence ou la pergence de la lumière à travers la microstructure se produiront, et l'imagerie ne peut pas être convergée dans la plage de signal d'imagerie acceptable de l'œil humain, afin de réduire le contraste de la réduction, de sorte que le globe oculaire n'aura plus La myopie peut également être réalisée. Par conséquent, cet article conçoit une lentille de réseau de microstructure de surface de selle basée sur le principe du contraste. Les microlens sont utilisés pour disperser la lumière incidente, afin de réduire la stimulation de la lumière incidente sur la périphérie de la rétine, de réduire le contraste de la rétine et d'obtenir l'effet de l'inhibition de la croissance de l'axe des yeux.
3. Conception de lentilles de lunettes
3.1 Disposition de la microstructure et détermination des paramètres de conception
Afin de garantir la stabilité de la qualité visuelle dynamique et de s'assurer que le nombre de microlentilles dans l'élève ne changera pas considérablement avec le changement de position de la lentille de spectacle, ce document choisit le mode de tableau de disposition étroite de la microstructure, c'est-à-dire que la zone de microstructure est pianée par une épisode étroite de l'hexagon régulier, puis la microstructure est remplie de microlences de la microstruct disposé [11]. Le réseau de microstructure est distribué à l'extérieur de la zone vide centrale de la surface avant de la lentille mère, et le diamètre de la zone vide centrale est de 6 mm. Le diamètre radial des microlens est sélectionné pour être 1 mm. Afin de faciliter la discussion de l'établissement d'un système de coordonnées rectangulaires, le centre optique de la surface avant de la lentille mère est considéré comme l'origine. Les deux directions le long de la direction radiale de la lentille mère sont l'axe x et l'axe y du système de coordonnées tridimensionnelles, et l'axe z du système de coordonnées tridimensionnel se trouve le long de la direction de l'axe optique. La zone de contrôle d'un diamètre d'environ 25 mm est ajoutée à la surface avant de la lentille mère. La vue avant obtenue de la lentille de spectacle est illustrée à la figure. 1, et une grille hexagonale ordinaire de la zone de contrôle est illustrée à la figure. 1. Afin de faire en sorte que le champ de vision hors axe maximal couvre complètement une grille hexagonale ordinaire et de rendre le diamètre de la pupille sélectionné de l'œil humain dans la plage de 2 ~ 3 mm avec des conditions d'éclairage relativement bonnes, le diamètre de la pupille du modèle myope est sélectionné comme 2,8 mm, et le champ de vue complet est 33 ⁰. Les trois champs de vue sont définis sur 0 ⁰, 8 ⁰ et 16,5 ⁰ respectivement, et la longueur d'onde utilisée dans le système de l'objectif est de 550 nm.
Figure 1. Vue avant des lentilles de lunettes.
3.2 Calcul des paramètres de l'objectif mère et construction des yeux du modèle de myopie
Selon les exigences de la technologie de traitement, le diamètre D de l'objectif est fixé à 60 mm, l'épaisseur centrale de l'objectif est de 1,3 mm et la forme est une lentille sphérique du ménisque, qui est appelé plus tard la lentille mère. L'indice de réfraction de la lentille de résine sélectionnée est de 1,56, et le nombre ABBE est 32. Selon le degré de myopie - 3 D, la puissance focale de la surface avant de la lentille mère est définie sur 2d, et la puissance focale de la surface arrière est - 5 d. Ainsi, le rayon de courbure des surfaces avant et arrière de la lentille mère peut être calculé.
L'œil du modèle standard liou a été utilisé comme structure initiale de l'œil du modèle myope. La lentille mère correspondant à la correction de l'amétropie myope a été insérée devant l'œil du modèle standard liou. La distance de l'apex de la surface postérieure de la lentille à l'apex de la surface antérieure de la cornée était de 12 mm. Le diamètre de la pupille, la longueur d'onde et le champ de vision du système ont été définis en fonction des paramètres du système déterminé. L'épaisseur vitreuse de l'œil du modèle standard LIOU a été utilisée comme variable pour optimiser l'œil du modèle correspondant à la forme myope.
3.3 Modélisation des lentilles de lunettes
In order to calculate the optical structure parameters of the saddle surface, the vertex vector height of the parabola with downward opening is set to 1μm ( the vertex vector height of the parabola is defined as the distance between its vertex and the intersection point of the vertex normal line and the front surface of the mother lens ), and the maximum vector height of the parabola with upward opening is 2, 4, 6, 8, 10 μm respectivement (la hauteur de vecteur maximale de la parabole est définie comme la distance maximale entre tous les points de la parabole et le point d'intersection de la ligne normale du sommet et de la surface avant de la lentille mère), puis le rayon de courbure de la parabole des deux est calculé en combinant le rayon de la curance de la surface avant de la lentille mère et du diamètre radial du microlexe. Les paramètres de structure optique des microlens de selle sont représentés dans le tableau 1. La position de chaque microlens peut être calculée en fonction des paramètres de structure optique et de la disposition du réseau de microstructure, ainsi que des conditions spécifiques que la normale du sommet des micro-mères pointe vers le centre de courbure de la surface avant de la lentille mère. Les microlens sont ajoutés à la surface avant de la lentille mère de Zemax pour compléter la modélisation de l'objectif.
Tableau 1. La hauteur du vecteur maximum est de 2 μm de paramètres structurels optiques des microlentilles de surface de selle
3.4 Simulation d'imagerie
Les données de l'œil du modèle myope sont ajoutées au mode de séquence Zemax, et le composant non séquentiel est inséré devant l'œil du modèle. La lentille de réseau de microstructure conçue est placée dans le composant non séquentiel pour la simulation optique du système d'objectif. Le diagramme de spot de la rétine humaine et de sa plage de défocalisation avant et arrière de 1000 μm est illustré à la figure. Étant donné que seule la lumière du champ de vision maximal hors de l'axe passe à travers les microlens dans les trois champs de vue des lunettes de réseau de microlens, les données du rayon de la tache diffuse avec les cinq hauteurs de vecteur maximales ci-dessus dans le champ de vision sont extraites et résumées dans le tableau 2. En même temps, la valeur MTF du champ MAMS de la dérision MAXTR de la dérision MAXIL et le parapat-mère est en cours de dérive de la vue est triée, comme le montre la figure.
Tableau 2. Rayon de spot diffus des verres de microstructure de surface de la selle sous champ de vision maximal hors axe.
e. H=10μm
Figure 2. Diagramme de la colonne de mise au point hors du système Eye Correct correspondant à la microstructure de la surface de la selle.
Figure 3. Valeurs MTF moyennes dans deux directions.
4. Discuter
On peut voir à partir de la figure.2 que la lumière à travers le réseau de microlens forme une tache de dispersion floue dans la plage de signal d'imagerie acceptable de l'œil humain, et ne peut pas converger dans la plage de défocalisation de 1000 μm avant et après la rétine, de sorte que la lumière à travers la microstructure ne stimule pas la réduction de l'œil ou la fonction réduisante de l'image. Dans le même temps, il peut également être observé par le biais de la figure 3 que la courbe MTF du champ de vision hors axe maximal diminue rapidement, ce qui vérifie également que le réseau de microlens réduira le contraste de l'imagerie rétinienne, de sorte que le globe oculaire ne se développera plus afin d'obtenir le contraste maximal et d'obtenir l'effet de l'inhibition de la croissance de l'axe des yeux. En analysant le tableau 2, on peut voir que lorsque la hauteur vectorielle du sommet des microlens de selle est constante et que la hauteur du vecteur maximum augmente progressivement, la tache de dispersion dans le champ de vision hors axe maximal augmentera et le contraste correspondant diminuera également.
Il peut également être observé à partir de la figure.3 que dans le champ de vision maximal hors axe, lorsque la fréquence spatiale se situe dans la gamme de 0} ~ 43lp / mm, la hauteur maximale du vecteur des microlens en selle augmente progressivement 0. 0 5, qui est toujours dans la zone que l'œil humain peut distinguer et détecter [12]. Par conséquent, la fréquence spatiale est de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 43LP / mm dans la fréquence spatiale de la gamme de 0 ~ 43LP / mm. Les données MTF moyennes avec la hauteur de vecteur maximale de 2,4,6,8 et 10 μm sont répertoriées dans le tableau 3.
Tableau 3. Données MTF moyennes des microlentilles de surface de selle avec différentes hauteurs et fréquences vectorielles.
Pour représenter l'impact de la variation maximale de hauteur vectorielle des microlens sur le contraste rétinien, une régression non linéaire multiple a été effectuée sur les données du tableau 3 à l'aide du logiciel SPSS. Dans la plage de fréquence spatiale de 0 ~ 43LP / mm, la hauteur du vecteur maximum H et la fréquence spatiale F des microlens de surface de selle sont utilisées comme variables indépendantes, et la valeur MTF moyenne sous chaque valeur de hauteur vectorielle est utilisée comme variable dépendante pour établir l'équation. Les résultats d'une analyse de régression non linéaire multiple sont présentés dans le tableau 4.
Tableau 4. Résultats d'une analyse de régression non linéaire multiple.
Sur la base des données du tableau 4, la formule empirique de la hauteur de vecteur maximale des microlens de selle et le MTF moyen à la fréquence spatiale spécifiée est établi:
Selon le tableau 4 et la formule (1), on peut voir que le coefficient de corrélation de la courbe d'ajustement pour les données réelles est 0. 939, et la valeur est supérieure à 0. 9, ce qui indique que l'effet d'ajustement de la courbe est mieux. En même temps, à partir de la formule empirique (1), on peut voir que lorsqu'une fréquence spatiale dans la plage de 0} ~ 43lp / mm est sélectionnée, la hauteur de vecteur maximale des microlens de surface de sadle affectera la valeur MTF moyenne à cette fréquence spatiale. Lorsque la hauteur du vecteur maximum est plus grande, la valeur MTF moyenne est plus petite, c'est-à-dire que le contraste rétinien est plus faible. On peut voir que dans le champ de vision maximal hors axe dans cette gamme de fréquences, la hauteur du vecteur maximum a une corrélation négative non linéaire avec la valeur MTF moyenne à une certaine fréquence spatiale, c'est-à-dire, sous le champ de vision maximal hors axe, la hauteur du vecteur maximum des microlens a une corrélation négative non linéaire avec le contraste rétinien. Parmi eux, dans la plage de fréquences de 0 ~ 15lp / mm, MTF diminue plus rapidement et en même temps, MTF diminue lentement. La relation quantitative entre les paramètres structurels des microlens de selle et la valeur MTF moyenne fournit une base pour une meilleure conception des lunettes en fonction de la réduction du contraste pour améliorer l'effet de la prévention et du contrôle de la myopie, et peut fournir une nouvelle prévention et des produits de contrôle de la myopie fonctionnelle pour les optométristes.
Afin de comparer les effets d'imagerie de la selle et des lentilles de matrice de microstructure sphérique dans des conditions de taux de passage de la lumière relativement proches, des lentilles de baie de microstructure de selle avec une hauteur vectorielle de sommet de 1 μm et une microstructure sphérique avec une hauteur vectorielle de 1 μMME sont établies en utilisant la méthode de la traction de moelle. Dans le champ de vision hors axe maximal et la fréquence spatiale spécifiée (10LP / mm), ils sont comparés à la valeur MTF moyenne du miroir mère. Les résultats de l'analyse sont présentés dans le tableau 5. On peut constater que dans la simulation des deux verres, la lumière n'atteint pas toutes le plan de l'image et la perte de lumière des verres de réseau de microstructure sphérique est plus grande; Deuxièmement, par rapport à la lentille mère, le MTF moyen des deux verres est considérablement réduit, et le MTF moyen de la surface de la selle est inférieur à celui de la surface sphérique. Cela montre que dans le cas d'une perte de lumière relativement petite, la surface de la selle est meilleure que la surface sphérique pour réduire le contraste de la rétine, ce qui est plus propice à l'inhibition de la croissance de l'axe des yeux.
Tableau 5. MTF et taux de passage de la lumière du système d'objectif.
5. Conclusion
Des verres de réseaux de microstructure en forme de selle basés sur des principes de contraste utilisent des microlens pour disperser la lumière incidente, réduisant ainsi la stimulation de la lumière incidente à la périphérie de la rétine et réduisant considérablement le contraste de la rétine. En même temps, en quantifiant la relation entre les paramètres de microstructure de la surface de la selle et du signal de contraste, il est constaté que dans le champ de vision hors axe maximal, lorsqu'une certaine fréquence est sélectionnée dans la plage de fréquences spatiale de 0 ~ 43LP / MM, la hauteur de vecteur maximale de la multiplication Microlens et de la valeur MORLORALE METL est, dans cette condition, la hauteur de vecteur maximale des microlens et le contraste d'imagerie de la rétine montrent une relation de corrélation négative non linéaire. Cette relation quantitative fournit une base pour la conception d'un contrôle plus précis de la régulation du contraste des lunettes de prévention et de contrôle de la myopie, et il est possible de fournir aux optométristes des produits de prévention et de contrôle de la myopie et de contrôle fonctionnels. En comparant la microstructure sphérique à la condition de faible perte de lumière, il est constaté que la microstructure de surface de selle est plus importante pour affaiblir le contraste rétinien, ce qui est plus utile pour ralentir le développement de la myopie.
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