在此协议中,我们概述了眩光敏锐度装置的概念设计元素和结构开发。此外,还描述了用于测量阳性反光度(光环、辐条)和两点光阈值的设备的设计。
眼内散射及其相关的功能表现,是造成车祸的主要原因,也是隐性眼部和明显眼部疾病(例如角膜和镜片疾病)的重要生物标志物。然而,几乎所有目前测量光散射行为后果的方法都受到各种限制的影响,这些限制主要反映了缺乏构造和内容的有效性:机智地说,这些测量方法不能充分反映现实世界的条件(例如,人造光与阳光)或日常任务(例如,在视觉要求苛刻的条件下识别)。
该协议描述了两种新颖的、生态上有效的方法,通过量化散射几何和眩光条件下的视觉识别来测量眼内散射的行为效应。前者是通过评估光环和辐条的直径来测量的,这些光环和辐条是由一个亮点源产生的。光点差(基本上是使用 Rayleigh 标准确定的点点点差函数)通过确定两个小点宽波段光之间的最小可感知距离进行量化。后者是根据使用光圈形成的字母来识别的,光圈通过光圈照射光线。
眩光通常被定义为眼部介质内眼内散射导致的光学清晰度降解。此散射扭曲了视网膜上图像的表示,并产生了视觉场景的中断描述。大多数与眩光有关的重大事故是由于太阳1造成的白天眼内散射造成的。这个起源意味着一天的时间和季节(太阳位置)是重要的变量,以及司机的年龄2,3。鉴于眩光作为安全问题的重要性,已经进行了几种方法研究,重点是(主要是商业)设备,以测试个人和组的差异4。通常,这表现为围绕敏锐度图或光栅的明亮光(通常是卤素或荧光) 。根据个体的特征(例如眼部色素修饰、透镜密度)5,对接灯会导致面纱亮度降低性能。乍一看,这些任务似乎具有很高的面子有效性。如图1A,B所示,增加散射直接会直接显示物体,而可用的测试确实能捕获因眩光源强度和个人特征而引起的方差。但是,测试有几个缺点6,并且使散射的许多重要方面无法评估。第一个,也是最明显的,就是日常生活中最常见的眩光来源是太阳。
眼睛内散射对波长的复杂依赖,由年龄和眼部色素沉着7相复合。测试偏离这一自然来源的程度,它预测视觉功能的能力在这些情况下可能是有限的。常见测试使用白光发光二极管 (LED) 或侧置卤素。范登伯格等人在早期对2422名欧洲司机的研究中指出,眼睛和视觉敏锐度内的散射是相对独立的预测受试者视力质量的因素(散射和敏锐度不相关)4。然而,在现实世界中,眩光往往直接来自被查看的对象。眩光源可能来自上面(例如太阳)或侧面(例如汽车大灯),但面纱的亮度直接在视线中。在这项研究中,研究人员试图通过选择与中午日照(图2)非常吻合的光源,并设计一个基于识别(而不仅仅是检测)的任务,以及任务和光应力同时位于观看者视线的位置来解决这两个问题。
除了面纱亮度减少视觉敏锐度(沿着视线散射)外,许多条件还影响眼睛内散射的实际几何形状(即不只是在黄斑内向前光散射)和视力下降。这被描述的光环和辐条的常见外观(或当足够衰弱,积极的反光障碍(PDP)(例如,见图3)。PDP是一个常见的副作用,在个人谁做了LASIK矫正手术8除了那些白内障(通常被称为临床上称为”不可容忍的”PDP9– 这个人口包括大约一半的人口年龄在70岁及以上)。PDP通常不会通过白内障手术纠正,因为手术本身在角膜中产生不均生,镜头胶囊内植入物的坐式不完善,许多镜头设计,同时解决一些问题,如前视,创建其他问题,如孢子和光环。例如,巴克赫斯特等人表明,不同清晰的眼内透镜(IOL)设计之间的眼内散射是相同的,但多焦透镜创造了显著的PDP10。
罗伯特·艾略特于1924年描述了第一个旨在精确测量视觉光晕/辐代的光度计。该设备本质上是一个盒子里的灯,有一个小光圈和一个幻灯片规则(甚至更早的版本使用蜡烛的视觉效果图纸)。该主题的几种变化随后于9日,直到一种名为阿斯顿测光仪的设备最终进入市场。此设备10,11基于平板电脑中央的亮白色 LED(受试者在离心以 0.5° 步数移动时识别平板电脑周围的字母)。如前所述,这种设计的一个挑战是,白色 LED 不是太阳的绝配。另一个只是源(单个 LED)不够亮,无法诱发明显的光环和眩光辐条。研究人员强制实施班格特遮挡箔(本质上是扩散器),以增加光散射(并减少片剂表面的镜面反射)。然而,这有可能混淆源(即,大部分散射物来自扩散器,而不是眼睛本身的不健康性-非常可变,需要量化)。重设计测光仪有几个功能,旨在解决这些问题。首先,它使用宽带xenon作为太阳模拟器12,并使用艾略特引入的具有精密中心的卡钳的原始光圈方法。
形成中央光圈的光屏蔽具有额外的优势,它可以被分成两个较小的光圈,可以慢慢移动,以测量光扩散(本质上是行为衍生点扩散函数:见图4)。这种设计最近已用于评估光色隐形眼镜13的光学特性。综合起来,测量光环和辐条的直径,两个点光源(光散射)和眩光敏锐度之间的最小距离,不仅解决了患者遭受眩光使用现实世界的条件,而且还如何。眼睛内光散射的行为效应不是一个单一的现象4,14,15。这些变量中的每一个都解释了视觉功能差异的一个相对独特的方面。例如,光环主要来自晶体透镜产生的前光散射。辐条(本质上是硅冠状体)源于沿着光学路径14、16散射的小粒子产生的衍射和畸变。
眼内散射的视觉后果通常被评估为眩光残疾和不适17,18。这些方法直接侧重于强光伴随的功能障碍和轻微疼痛,而不是直接关注它如何致残视力。然而,如何也很重要,因为眼内散射不仅影响视力时,它是激烈的。即使是低强度的视觉图像(例如低亮度、低对比度目标)也会因光散射而退化。基础光学15可用 Strehl 比率、点差函数或扩散指数(基本上独立于亮度)来描述。另一种方法,即使在较低的亮度(此设置中的 10 cd/m2)中也有效,涉及测量两个点光源的分离。具有更宽点扩散功能的个人需要在两个小光点出现明显之前进行更多的分离。雷利标准方法量化两个小点光源的传播有很长的历史19。在本例中,该方法被调整为提高其生态有效性(例如,使用模拟中午日照的白色霓蜜龙)。
图5 显示了眩光敏锐度系统的概念图。从本质上讲,它从模拟阳光的明亮的白光源开始(Xenon 灯泡通常是一个不错的选择,1000 瓦提供足够的强度)。源头的光线通过水浴(透明到可见光)冷却,然后由一系列带光的镜头在聚焦和共融光束中操作。圆形中性密度滤光片会衰减光线,然后通过字母形状的光圈。受试者坐在与孤立的刺激(+7米)固定距离,一次用一只眼睛观察刺激(眼睛位置由眼杯固定)。主题看到的是一系列字母,它们本身就是眩光的来源。当光线对给定主体过于强烈时,不可能进行一致正确的识别。眩光敏锐阈值可以使用任意数量的经典心理物理技术来定义。
光度计的基本设计与上述眩光敏锐度装置相似,可以使用相同的光源(强xenon)和光学表13。两种不同的元素是引入包含小可移动孔径和中心精密卡钳的光屏蔽。光罩中的光圈直径为 4 毫米,由光源背光。穿过这个小孔的宽带光创造了一个点源,该光源会传播(由观察者的光学特性决定的模式,因此对某些人来说,它说话更多,而另一些人则有更多的扩散光环),而卡钳用于测量这个几何形状。光罩中的 4 毫米光圈可以分解成两个较小的孔径(每个 2 毫米),可以慢慢移动,直到每个孔径的分布不重叠。该距离(由光屏蔽上的微米跟踪)用作行为衍生点点扩散函数(两点阈值)。
光晕的直径(点源周围的漫射光)和星爆(同心射线从点源向外辐射)是使用极限方法(在上升和下降模式中)确定的。研究人员将卡钳的下颚(从中心向外)移开,直到受试者表示导游刚刚包围了光环或星爆。在进行两点测量时,两个微小的对接孔径(水平)缓慢移动,受试者指示每个光点的点差何时不重叠(例如,当他们第一次感知到两个点之间的小黑空间时)。哈蒙德等人13日描述了该系统的技术原理图。
测量光散射的方式指示问题的性质(和纠正)。星爆(外围辐条)、光环、眩光残疾和不适都有其个体特征。当眼睛因衰老、疾病9或手术8而受损时,这些光学现象也会以不同的方式改变。例如,光环通常被视为一个相对同质的面纱,而星爆往往不均匀,并延伸到外围。哈蒙德等人清楚地证明了这种模式。
这些不同的模式意味着需要不同类型的校正7。例如,黄斑颜料(黄颜料集中在黄斑)已被证明有助于纠正中央眩光(光面纱在视线)20。然而,由于这些颜料只在视网膜叶内和周围,它们不会影响光散射到该区域21之外。为此,在眼睛前部进行过滤是可取的,例如使用有色眼镜22、隐形眼镜13或眼内植入物23。在一切事物上都是平等的,具有最佳眩光敏锐度的人比那些眩光敏锐度差的人能分辨出字母的强度要高得多。
以往的研究也表明,光散射的测量与更常见的测量指标(如视觉敏锐度4)没有很好的关联。这促使开发了一种光散射方法,该方法直接与敏锐判断(类似于斯内伦图)相交。以前的方法基于检测或分辨率(例如,在不同频率的光栅内看到单个条形),而不是识别。但是,识别敏锐度与其他形式一样,取决于图像中两个元素之间的对比。光散射可以降低这种差异,是当前眩光敏锐度评估的依赖性指标。从这个年轻、基本上同质的样本的实证结果可以看出来,所有东西都是相等的,在现实世界条件下光散射效果视觉功能方面有很大的个体差异。
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢莎拉·圣博士在收集测光仪数据方面所给予的帮助。
Glare Recognition Acuity: *Indicates handmade equipment | |||
100 mm Circular Neutral Density Filter | Edmund's Optical | Stock #54-082 | |
1000W xenon arc lamp Bulb) | Newport | Model 6271 | |
Breadboard optics table | Newport | Model IG-36-2 | |
*Chin rest assembly | |||
*Circular rotator and letter apertures | Letter apertures can be constructed or purchased as metal stencils | ||
*Digital potentiometer and readout | This simply supplies a nominal readout for the position of the circular wedge (essentially a voltmeter connected to a potentiometer) | ||
Plano-convex achromatic lenses | Edmund's Optical | Model KPX187-C | 100 mm EFL, anti-reflective coating in the visible, 50.8 mm diameter (mounting is also available from this supplier) |
Radiometer | Graseby Optronics United Detection Technology (UDT) | Model S370 | |
Research arc lamp housing and power supply | Newport | Model 66926 | |
Spectral radiometer | PhotoResearch Inc | PR650 | |
Trial lenses | Premier Ophthalmic Services | SKU: RE-15015 | |
*Water bath | Two optical flats enclosing a cylindrical tube filled with water containing a small amount of formalin | ||
Halometer: *Indicates handmade equipment | |||
1000 W xenon arc lamp | Same as above | ||
Arc lamp power supply | Same as above | ||
Breadboard optics table | Same as above | ||
*Calipers | |||
*Chin and forehead rest | |||
Digital micrometer | Widely available | ||
*Light shield | Must be able to serve as a baffle, equipped with a collapsible baffle, equipped with two movable apertures (2 mm each) | ||
Plano-convex achromatic lens | Edmund's Optical | 200 mm Effective Focal Length |