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Entwurfsauslegung einer drei-linsigen Optik variabler Fokuslänge für das künstliche Akkommodationssystem mittels Optiksimulation
Design of a three-lens optics with a variable focus length for the Artificial Accommodation System by means of optical simulation
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Authors
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I. Sieber
- Institut für Angewandte Informatik, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Deutschland
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M. Bergemann
- Institut für Angewandte Informatik, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Deutschland
| Published: | September 18, 2006 |
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Ziel
An das Design eines Linsensystems variabler Fokuslänge für ein mechatronisches System zur Wiederherstellung der Akkommodationsfähigkeit (Künstliches Akkommodationssystem), werden verschiedene Forderungen gestellt. Als wichtigstes Kriterium gilt die optische Abbildungsqualität, die mittels der Modulations-Transfer-Funktion (MTF) und dem Strehl-Verhältnis quantifiziert werden kann. Weitere Randbedingungen werden von Seiten der Aktorik, welche die Einstellung der gewünschten Scheitelbrechkraft vornimmt, hinsichtlich eines möglichst kleinen Verfahrwegs vorgegeben. Darüber hinaus muss die Forderung nach einem postoperativen Refraktionsausgleich und davon ausgehend einer Akkommodation von 3dpt erfüllt werden. Zusätzlich ist die axiale Gesamtdicke des optischen Systems auf 2mm begrenzt. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Anpassbarkeit des Linsensystems an die präoperativ erhobenen Biometriedaten. In diesem Beitrag wird die Entwurfsauslegung einer drei-linsigen Optik variabler Fokuslänge vorgestellt (Triple-optic). Zwei Linsen begrenzen dabei den luftgefüllten Bauraum des optischen Systems innerhalb dessen die dritte Linse mittels eines Aktors axial verschiebbar ist.
Methode
Die optische Modellierung des dioptrischen Apparats wird mit Hilfe der optischen Simulationssoftware ZEMAX-EE durchgeführt. Der verwendete Raytracing-Algorithmus stellt die Berücksichtigung von Aberrationseffekten sicher. Die Optimierung des Linsensystems findet hinsichtlich der Abbildungsqualität und den oben genannten Systemanforderungen statt. Die Quantifizierung der optischen Abbildungsqualität wird mit Hilfe der MTF und des Strehl-Verhältnisses durchgeführt. In Abhängigkeit von verschiedenen maximalen Verfahrwegen der Aktorik werden unterschiedliche Linsenkonfigurationen berechnet.
Ergebnisse
Die optischen Simulationen zeigen, dass sich Verfahrwege unterhalb von 350µm mit sehr guter optischer Abbildungsqualität realisieren lassen. Damit wird der Einsatz von Festkörpergelenken für die Aktorik möglich.
Schlussfolgerungen
Das Triple-optic Prinzip erfüllt die Kriterien, die an eine Optik variabler Fokuslänge für ein implantierbares mechatronisches System, das Künstliche Akkommodationssystem, gestellt werden.
