Jialing houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo Yuc aEscuela de Ciencia e Ingeniería Optoelectrónica, Universidad Soochow, Suzhou 215006, China;bLaboratorio clave de tecnologías avanzadas de fabricación óptica de la provincia de Jiangsu y laboratorio clave de tecnologías ópticas modernas del Ministerio de Educación de China, Universidad Soochow, Suzhou 215006, China;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, China * Autor correspondiente: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
ABSTRACTO
Para juzgar más intuitivamente la relación entre la prevención de la miopía y el efecto de control de las gafas de marco de prevención y control de la miopía y los parámetros de microestructura de las gafas, este documento diseña un lentes de matriz de microestructura de la superficie de silla de montar basadas en el principio de contraste, y utiliza la relación entre el valor de MTF y los parámetros de microestructura para establecer un modelo cuantitativo. Los resultados del diseño muestran que dentro del rango de señal de imagen aceptable del ojo humano, la lente de matriz de microestructura de la superficie de la silla de montar puede hacer que la luz pase a través de la microestructura incapaz de converger y la imagen, lo que reduce en gran medida el contraste de imagen de la retina. Cuando se selecciona una cierta frecuencia espacial en el rango de {{0}} ~ 43lp/mm, la altura del vector máximo de las microlios está en el rango de 0 ~ 10 μm, y la altura del vector máximo de los microlios y el valor MTF en el campo de visión no lineal máxima muestra una correlación negativa no lineal. Por lo tanto, se establece la fórmula empírica de la altura máxima del vector y el valor MTF de las microlenses de la lente del espectáculo, y se completa el análisis cuantitativo de los parámetros de la microestructura y la señal de contraste de la lente del espectáculo. Este trabajo ayuda al diseñador de lentes a controlar el control de contraste de la prevención de la miopía y controlar con mayor precisión a través de los parámetros de microestructura. Al mismo tiempo, a través del análisis, se encuentra que en el caso de una pérdida de luz relativamente pequeña, en comparación con la microestructura esférica, la microestructura de la superficie de la silla tiene un mejor efecto en la reducción del contraste, lo que es más útil para reducir la calidad visual y reducir el desarrollo de la miopía.
Palabras clave: gafas de marco, prevención y control de la miopía, matriz microestructurada, relación de contraste
1. Introducción
Según el Informe World Vision publicado por la Organización Mundial de la Salud, casi 2.6 mil millones de los 7 mil millones de personas del mundo han desarrollado miopía como enfermedad ocular funcional para 2020 [1]. Se estima que para 2050, alrededor de 5 mil millones de personas en todo el mundo desarrollarán miopía [2]-[3]. En la actualidad, existen principalmente medidas de prevención y control de la miopía, como actividades al aire libre, tratamiento de drogas e intervención óptica [4]. En comparación con la dificultad de las actividades al aire libre, el riesgo de tratamiento con drogas y el costoso precio de las lentes de contacto corneales, usar la prevención de la miopía y las gafas de marco de control como una intervención óptica que puede corregir la miopía e inhibir el desarrollo de la miopía al mismo tiempo tiene las características de seguridad, comodidad, conveniencia y economía. Por lo tanto, para los pacientes con miopía en esta etapa, la mayoría de los pacientes y sus familias aceptan más fácilmente las gafas de prevención de la miopía y el marco de control. En la actualidad, las lentes micro estructuradas utilizadas para retrasar la profundización de la miopía en los adolescentes se pueden endurecer en lentes en función del principio del desenfoque miope o las lentes basadas en el principio de las aberraciones de orden superior. La lente basada en el principio de la desviación miopic debilitará gradualmente el efecto de ajuste con la extensión de tiempo de uso. La lente basada en el principio de las aberraciones de orden superior tiene cierta indirección en la evaluación del efecto de la prevención y el control de la miopía. Es difícil cuantificar directamente la relación entre los indicadores de aberraciones de orden superior y los parámetros de microestructura de la lente con la acumulación de datos actuales. Sin embargo, hay pocas gafas de prevención y control de miopía diseñadas en función del principio de contraste. Por lo tanto, es necesario usar diferentes diseños para reducir más completamente la señal de contraste para intervenir en el desarrollo de la miopía. Al mismo tiempo, la prevención de la miopía y el efecto de control de las gafas se cuantifican para obtener la señal de control de la miopía que coincide con los pacientes con la miopía de manera más precisa y rápida.
2. Principio de contraste
Durante el proceso de ver objetos, el ojo siempre intenta centrarse en la retina para lograr el máximo contraste. Sin embargo, el punto focal de la luz incidente alrededor de la retina del ojo normal o el ojo de la miopía con gafas de miopía convencionales está detrás de la retina. Por lo tanto, para obtener el máximo contraste, los ojos harán que la retina intente acercarse al punto focal de la luz incidente, lo que resulta en el aumento de la longitud axial, lo que conduce al desarrollo gradual de la miopía o la profundización de la miopía. Los experimentos sobre el desarrollo de la miopía han demostrado que la ocurrencia y el desarrollo de la miopía se desencadenan por las señales de desenfoque retiniano [5]-[9]. La señal de contraste en las células bipolares de los niños es una señal de crecimiento ocular, y la reducción de la señal de contraste ralentizará la tasa de crecimiento de los ojos [10]. En la actualidad, las lentes basadas en el principio de contraste en el mercado consideran principalmente el uso de microestructuras no transparentes para bloquear el paso de alguna luz, a fin de reducir el contraste alrededor de las lentes. Este tipo de método es relativamente difícil evaluar cuantitativamente la relación entre la prevención de la miopía y el efecto de control de las lentes y los parámetros de microestructura. If the microstructure with alternating positive and negative curvature is added to the spectacle lens, more irregular changes such as convergence or pergence of light through the microstructure will occur, and the imaging cannot be converged within the acceptable imaging signal range of the human eye, so as to reduce the contrast of retinal imaging, so that the eyeball will no longer grow in order to obtain the maximum contrast, and the effect of inhibiting the progression de la miopía también se puede lograr. Por lo tanto, este documento diseña una lente de matriz de microestructura de superficie de silla de montar basado en el principio de contraste. Las microlenses se usan para dispersar la luz incidente, para reducir la estimulación de la luz incidente en la periferia de la retina, reducir el contraste de la retina y lograr el efecto de inhibir el crecimiento del eje del ojo.
3. Diseño de lentes de anteojos
3.1 Diseño de microestructura y determinación de parámetros de diseño
In order to ensure the stability of dynamic visual quality and ensure that the number of microlenses in the pupil will not change greatly with the change of the position of the spectacle lens, this paper chooses the array mode of close arrangement of microstructure, that is, the microstructure area is pided by close splicing of regular hexagon, and then the microstructure array filled with microlenses of regular hexagon inscribed circle size is Dispuesto [11]. La matriz de microestructura se distribuye fuera del área central en blanco de la superficie delantera de la lente madre, y el diámetro del área central en blanco es de 6 mm. El diámetro radial de las microlenses se selecciona para ser 1 mm. Para facilitar la discusión del establecimiento de un sistema de coordenadas rectangulares, el centro óptico de la superficie frontal de la lente madre se toma como origen. Las dos direcciones a lo largo de la dirección radial de la lente madre son el eje X y el eje y del sistema de coordenadas tridimensionales, y el eje z del sistema de coordenadas tridimensional está a lo largo de la dirección del eje óptico. El área de control con un diámetro de aproximadamente 25 mm se agrega a la superficie delantera de la lente madre. La vista frontal obtenida de la lente del espectáculo se muestra en la figura. 1, y una rejilla hexágono regular del área de control se muestra en la figura. 1. Para hacer que el campo de visión máximo fuera del eje cubra completamente una cuadrícula hexagonal regular, y hacer el diámetro de la pupila seleccionado del ojo humano en el rango de 2 ~ 3 mm con condiciones de iluminación relativamente buenas, el diámetro de la pupila del modelo miope se selecciona como 2.8 mm, y el campo de vista completo es 33 ⁰. Los tres campos de visión se establecen en 0 ⁰, 8 ⁰ y 16.5 ⁰ respectivamente, y la longitud de onda utilizada en el sistema de ojo de lente es de 550 nm.
Figura 1. Vista frontal de lentes de anteojos.
3.2 Cálculo de los parámetros de la lente madre y la construcción de los ojos del modelo de miopía
De acuerdo con los requisitos de la tecnología de procesamiento, el diámetro de la lente D se establece en 60 mm, el grosor central de la lente es de 1,3 mm y la forma es una lente esférica del menisco, que luego se llama lente madre. El índice de refracción de la lente de resina seleccionada es 1.56, y el número ABBE es 32. De acuerdo con el grado de miopía - 3 d, el poder focal de la superficie frontal de la lente madre se establece en 2D, y el poder focal de la superficie posterior es - 5 d. Por lo tanto, se puede calcular el radio de curvatura de las superficies delanteras y traseras de la lente madre.
El ojo del modelo estándar de Liou se usó como la estructura inicial del ojo del modelo miope. La lente madre correspondiente a la corrección de la ametropía miope se insertó frente al ojo del modelo estándar de Liou. La distancia desde el vértice de la superficie posterior de la lente hasta el ápice de la superficie anterior de la córnea era de 12 mm. El diámetro de la pupila, la longitud de onda y el campo de visión del sistema se establecieron de acuerdo con los parámetros del sistema determinados. El grosor vítreo del ojo modelo estándar de Liou se usó como una variable para optimizar el ojo modelo correspondiente a la forma miope.
3.3 Modelado de lentes de anteojos
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 respectivamente (la altura del vector máximo de la parábola se define como la distancia máxima entre todos los puntos en la parábola y el punto de intersección de la línea normal del vértice y la superficie frontal de la lente madre), y luego el radio de curvatura de las dos parábolas se calcula combinando el curvatura de la superficie frontal de la superficie delantera de la superficie madre y el diámetro radial de la radial diámetro. Los parámetros de la estructura óptica de los microlenses de silla de montar se muestran en la Tabla 1. La posición de cada microlens se puede calcular de acuerdo con los parámetros de la estructura óptica y el diseño de la matriz de microestructura, así como las condiciones específicas que el vértice normal de los microlentes apunta al centro de curvatura de la superficie frontal de la lente madre. Los microlenses se agregan a la superficie frontal de la lente madre en Zemax para completar el modelado de la lente.
Tabla 1. La altura del vector máximo es de 2 μm de parámetros estructurales ópticos de microlensas de la superficie de la silla de montar
3.4 Simulación de imágenes
Los datos del ojo del modelo miope se agregan al modo de secuencia Zemax, y el componente de no secuencia se inserta frente al ojo del modelo. La lente de matriz de microestructura diseñada se coloca en el componente de no secuencia para la simulación óptica del sistema de ojo de lente. El diagrama de manchas de la retina humana y su rango de desenfrenado de 1000 μm delantero se muestra en la Figura 2. Dado que solo toda la luz del campo de visión máximo fuera del eje pasa a través de las microlenses en los tres campos de visión de las gafas de matriz de microlenses, los datos del radio del punto difuso con las cinco alturas de vector máximas anteriores en el campo de visión se extraen y se resumen en la Tabla 2. Al mismo tiempo, el valor promedio de MTF de la visión de la Madre. La vista se resuelve, como se muestra en la figura 3.
Tabla 2. Radio de punto difuso de los vasos de microestructura de la superficie de la silla en el campo de visión máximo fuera del eje.
e. H=10μm
Figura 2. Diagrama de columna de enfoque fuera del sistema ocular de lente correspondiente a la microestructura de la superficie del sillín.
Figura 3. Valores medios de MTF en dos direcciones.
4. Discuta
Se puede ver a partir de la figura.2 que la luz a través de la matriz de microlenses forma un punto de dispersión borrosa en el rango de señal de imagen aceptable del ojo humano, y no puede converger en el rango de desenfoque de 1000 μm antes y después de la retina, de modo que la luz de la microestructura no estimula el ajuste ocular humano o la función adaptativa en la forma de defensa de la señal, allí reduce la luz del retraso de la micrograma de la micrograma de la micrograma. Al mismo tiempo, también se puede observar a través de la Figura 3 que la curva MTF del campo de visión máximo fuera del eje disminuye rápidamente, lo que también verifica que la matriz de microlenses reducirá el contraste de la imagen retiniana, de modo que el globo ocular ya no crecerá para obtener el máximo contraste y lograr el efecto de inhibir el crecimiento del eje de los ojos. Al analizar la Tabla 2, se puede ver que cuando la altura del vector de vértice de las microlenses de la silla de montar es constante y la altura máxima del vector aumenta gradualmente, el punto de dispersión en el campo de visión máximo fuera del eje aumentará, y el contraste correspondiente también disminuirá.
It can also be observed from Figure.3 that in the maximum off-axis field of view, when the spatial frequency is in the range of 0~43lp/mm, the maximum vector height of the saddle microlens gradually increases, the average MTF of the lens-eye system will gradually decrease, and the average MTF in this spatial frequency range is greater than or equal to 0. 0 5, que todavía está en el área que el ojo humano puede distinguir y detectar [12]. Los datos MTF promedio con la altura del vector máximo de 2,4,6,8 y 10 μm se enumeran en la Tabla 3.
Tabla 3. Datos medios de MTF de microlensas de superficie de silla con diferentes alturas y frecuencias vectoriales.
Para representar el impacto de la variación máxima de altura del vector de las microlenses en el contraste retiniano, se realizó una regresión no lineal múltiple en los datos en la Tabla 3 utilizando el software SPSS. En el rango de frecuencia espacial de 0 ~ 43lp/mm, la altura del vector máximo H y la frecuencia espacial F de las microlenses de la superficie del sillín se usan como variables independientes, y el valor promedio de MTF en cada valor de altura del vector se usa como la variable dependiente para establecer la equación. Los resultados del análisis de regresión no lineal múltiple se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4. Resultados del análisis de regresión no lineal múltiple.
Según los datos de la Tabla 4, se establece la fórmula empírica de la altura del vector máximo de los microlenses de silla de montar y el MTF promedio en la frecuencia espacial especificada:
De acuerdo con la Tabla 4 y la fórmula (1), se puede ver que el coeficiente de correlación de la curva de ajuste para los datos reales es 0. 939, y el valor es mayor que 0. 9, lo que indica que el efecto de ajuste de la curva es mejor. Al mismo tiempo, a partir de la fórmula empírica (1), se puede ver que cuando se selecciona una frecuencia espacial en el rango de 0 ~ 43LP / mm, la altura máxima del vector de las microlenses de la superficie de la silla de montar afectará el valor promedio de MTF a esta frecuencia espacial. Cuando la altura máxima del vector es mayor, el valor promedio de MTF es menor, es decir, el contraste retiniano es menor. Se puede ver que bajo el campo de visión máximo fuera del eje en este rango de frecuencia, la altura del vector máximo tiene una correlación negativa no lineal con el valor promedio de MTF en una cierta frecuencia espacial, es decir, bajo el campo de visión máxima fuera del eje, la altura máxima del vector de las microlenses tiene una correlación negativa no lineal con el contraste de la retina. Entre ellos, en el rango de frecuencia de 0 ~ 15lp/mm, MTF disminuye más rápido y, al mismo tiempo, MTF disminuye lentamente. La relación cuantitativa entre los parámetros estructurales de las microlenses de silla de montar y el valor promedio de MTF proporciona una base para un mejor diseño de anteojos basados en la reducción de contraste para mejorar el efecto de la prevención y el control de la miopía, y puede proporcionar nuevos productos funcionales de prevención y control de la miopía para optometristas.
Para comparar los efectos de imagen de las lentes de matriz de silla y microestructura esférica en condiciones de velocidad de aprobación de luz relativamente cercana, lentes de matriz de microestructura de silla de montar con una altura vectorial de vértices de 0. 9 μm y una altura de vector máxima de 1 μm y el método de la matriz de microestructura con una altura de vínculos de 1 μm se establecen por el método de modelos de microestruces. Bajo el campo de visión máximo fuera del eje y la frecuencia espacial especificada (10 lp / mm), se comparan con el valor promedio de MTF del espejo madre. Los resultados del análisis se muestran en la Tabla 5. Se puede encontrar que en la simulación de las dos gafas, la luz no alcanza el plano de la imagen, y la pérdida de luz de las gafas de matriz de microestructura esférica es mayor; En segundo lugar, en comparación con la lente madre, el MTF promedio de las dos gafas se reduce significativamente, y el MTF promedio de la superficie del sillín es más bajo que el de la superficie esférica. Esto muestra que en el caso de una pérdida de luz relativamente pequeña, la superficie del sillín es mejor que la superficie esférica para reducir el contraste de la retina, que es más propicio para inhibir el crecimiento del eje del ojo.
Tabla 5. MTF y tasa de aprobación de luz del sistema de ojo de lente.
5. Conclusión
Las gafas de matriz de microestructura en forma de silla basadas en el principio de contraste usan microlenses para dispersar la luz del incidente, reduciendo así la estimulación de la luz incidente a la periferia de la retina y reduciendo en gran medida el contraste de la retina. At the same time, by quantifying the relationship between the microstructure parameters of the saddle surface and the contrast signal, it is found that under the maximum off-axis field of view, when a certain frequency is selected in the spatial frequency range of 0~43lp/mm, the maximum vector height of the microlens and the MTF average value of the mirror-eye system show a nonlinear negative correlation relationship, Es decir, bajo esta condición, la altura máxima del vector de las microlenses y el contraste de imagen de la retina muestran una relación de correlación negativa no lineal. Esta relación cuantitativa proporciona una base para el diseño de un control más preciso de la regulación de contraste de las gafas de prevención y control de la miopía, y es posible proporcionar a los optometristas nuevos y mejores productos de control y control de miopía funcional. Al compararse con la microestructura esférica bajo la condición de baja pérdida de luz, se encuentra que la microestructura de la superficie del sillín es más significativa para debilitar el contraste de la retina, lo que es más útil para ralentizar el desarrollo de la miopía.
Referencias
[1] Informe visual mundial. Ginebra: Organización Mundial de la Salud. 2 0 20, Acuerdo de licencia: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Proc. de Spie vol. 13254 132541 P -6
[2] Holden BA, et al. Prevalencia global de miopía y alta miopía y tendencias temporales desde 2000 hasta 2050 [J]. Oftalmología, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan IG, Matsui Ko, y vio SM. Miopía [J]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, et al. Intervenciones para ralentizar la progresión de la miopía en los niños [J]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Progreso de investigación en el mecanismo de regulación de la retina de la miopía de privación de la forma [J]. Avance reciente en Oftalmología, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, et al. Vías candidatas para la retina a la señalización escleral en el crecimiento de los ojos refractivos [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE, et al. Alojamiento IMI y visión binocular en el desarrollo y progresión de la miopía [J]. Invierte Ophthalmol Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A, et al. Mecanismos ópticos que regulan la emmetropización y los errores refractivos: evidencia de modelos animales [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Efectos de la ablación foveal en el patrón de errores refractivos periféricos en monos rhesus infantiles normales y de forma de forma (Macaca mulatta) [J]. Oftalmología de Investigation & Visual Science, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, et al. La visión de los haplotipos del gen Opnilw sobre la causa y la prevención de la miopía [J]. Genes (Basilea), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, et al. Una lente de anteojos de microestructura y su método de diseño [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo Applied Optics [M] Electronic Industry Press, 2015: 579-581.