Summary
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。
Abstract
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。
Introduction
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。
Protocol
注：下列议定书中概述的程序符合与人类学科研究有关的所有机构准则。这项研究得到了佐治亚大学机构审查委员会的批准，实验程序是根据《良好临床实践准则》和《赫尔辛基宣言》的伦理原则进行的。
1. 建造眩光敏锐度装置
注：图 5显示系统的概念图。
- 从光学表开始，在长凳的后端安装一个 1000 W xenon 电弧灯，并配备相关电源（见图 5）。
注：光学表的最佳选择是带安装孔网格的面包板，通常为 25 mm 网格上的 M6 螺丝线。所需的最小尺寸为 +91 厘米 x 122 厘米。这些系统的一个限制是，如果光输出不是恒定的（在会话内和跨会话中），则小变体将被解释为行为阈值的变化。因此，确保电源通过光学反馈传感器进行高度调节，以确保在实验期间和时间上持续输出光。 - 将第一个镜头安装在从源中与光线相合的位置（见图5的b），并引入光学元件，以消除强光源产生的光学元件内的热量（图5C）。
注：系统内的所有镜片均为带防反射涂层的平面凸色色素。有效焦距为 ±100 mm，直径为 ±5 厘米（略高于光源的出口孔径）。红外滤光片可用于去除热量，但它们经常侵入可见的。水浴是一个很好的选择。在目前的系统中，两个光学单位封闭了一个装满水的管子。 - 在光学系统内引入下一个镜头（见图5），将光聚焦到100毫米圆形中性密度滤光片（见图5的e）上的一个小点，该滤光在大约2个光密度日志单位的线性范围内减弱光线。使用数字读数耦合到强力计（见图 5的j）确定滤镜的名义位置。使用校准的辐射计确定与圆形滤光片位置相对应的实际传输光量，并定期确认系统内的整体能量在实验过程中保持不变。
注意：由于过滤是在梯度上完成的，因此在通过圆形滤波器时，光线需要聚焦到相当小的区域（4-9 mm2）（此位置也适合使用仅通过聚焦光的小光圈令人费解）。- 使用机械快门或简单的阻塞过滤器和支架来遮挡试验之间的刺激（见图5的f）。
- 将下一个透镜添加到系统中，一个串合透镜（见图5的g），放置使光线膨胀，以匹配每个字母孔径（10.16厘米），完全照亮光型（7.62厘米）。
- 构建字母孔径或将其用作金属模具：P、L、D、U、Z、E、T 和 F（见图 5的h）。将字母孔径放在圆形旋转器中（允许字母之间轻松交替），并配有弹簧加载标签和分音，将每个字母锁定到位，以便在实验期间车轮不会移动。
注：字母孔径约为 15 mm x 6 mm x 25 mm （+0.17°），之所以选择，是因为它们是经典的斯隆光型，大小大致相同。在这个系统中，在字母孔径上测量的亮度为4000勒克斯：40 lux 时，测量在眼睛的平面。 - 接下来，使系统感到困惑，使受试者只能看到背光字母孔径（例如，从"E"中发出的强烈光）。例如，将系统的光学元件放在一个房间，主题放在相邻的房间。将一个洞放在房间隔壁的门口，使其对齐，使受试者看不到实验者或杂散的光线。如果参与者无法听到实验者的指令，则添加对讲系统。
- 为了确保眼睛相对于视觉系统的位置相当精确，使用安装在黑色管子上的橡胶眼杯（均安装在可移动的推车上）创建某种形式的头部和下巴休息装配。与此协议一样，在管子后面添加一个安装件，以便使用试验镜头来纠正使用标准化镜头（即无色）的折射错误。
注：使用试验镜片还允许使用玻璃"空白"，以确保那些不需要折射校正的人的光学效果与那些需要折射矫正光学元件的人相匹配（见图5的i）。- 此外，确保观看站安全，使其不会在主体之间移动。使用激光水平，确保眼片与光学元件（距离眼睛平面 7 米）对齐。
2. 眩光识别敏锐度测量
注：在实验会议开始时，确认系统内的所有光学元件都对齐，光强度（没有衰减）正确，受试者的眼睛处于正确的位置。然后向主题解释任务（字母识别），并按不同强度的顺序随机呈现刺激。目标是找到最高强度，受试者仍然可以正确识别单个字母（实际阈值概率定义为 75% 正确检测，6 正确度为 8）。
- 使用极限方法（接近阈值），然后持续刺激，以获得受试者的眩光识别敏锐阈值的精确值。
注：有更准确的心理物理方法可用（信号检测，强制选择），但使用这种方法是基于措施的数量和时间限制。 - 使用随机字母生成器将车轮上的字母组织成一个唯一的随机顺序。使用其他识别任务中常见的光圈字母（例如斯内伦图表、斯隆字母）。
注：本方法中使用的字母为 P、L、D、U、Z、E、T 和 F。 - 在开始协议之前，通过显示主体超高刺激来解释实验任务的性质。确保主题知道任务相当简单：信能否被看到？运行足够的试验，以产生心理测量功能，允许推导一个准确的概率阈值。
3. 构建测光仪设备
- 在为这些措施设置光学表时，使用相同的步骤 1.1-1.2。确保来自光源的光线在足够的空间（13-14 厘米）上照亮光罩的背面，从而实现两个点的分离。
- 安装光罩，通过阻挡来自光源的大部分光线，确保它起到挡板的作用，以便受试者只看到光圈发出的光，并包含用于光晕/辐条测量的细小（+4 mm）光圈。在光屏蔽的背面贴一个数字微米，用于测量两个光点的物理分离。
注：光圈必须由两个可连接和可移动的光圈（每个孔径 2 毫米）产生，并且护罩必须包含一个可折叠的挡板，以便当孔径被拆开时，挡板遮挡光线从它们之间传递。 - 为了保持与此协议的一致性，请确保光屏蔽测量的光输出为 10 cd/m2。
- 根据示意图（图2）13，将中心卡钳放置在光屏蔽和受试者稳定头部位置（简单的下巴和额头休息）之间的空间中。确保卡钳的下颚与 4 毫米光圈和 +13-14 厘米的高度对齐。
注：将一些反光材料放在主题侧是有帮助的，以便清晰可见。下颚从中心均等移动，其位置由 Vernier 刻度表示。 - 为了保持与本协议中使用的设置的一致性，请验证光屏蔽是 +100 厘米，卡钳距离受试者眼睛的平面 60 厘米。
- 在进行两点测量时，使用长焦距镜头。根据焦距和与光罩和受试者眼睛平面的距离确定此最终镜头的确切位置。执行光晕/辐条测量时，请取下此镜头。
注：此设置中使用了距离眼睛平面 18 厘米的 200 mm 色光平面凸透镜（将眼睛置于对焦光束中，但未放在对焦平面上，眼睛是前焦到最终焦点）。这是用来，因为个人有非常好的敏锐度和低散射经常可以看到两个相邻的小光点，即使非常接近。对焦透镜会导致点重叠，并放大区分两个点所需的距离。 - 使用放置在眼睛上的白色反射标准和伸缩光谱辐射计来测量光谱光输出，包括辐射光和光度测量，以确保可见光谱具有所需的特征（在这种情况下，模拟太阳光， 图2）。要更频繁地使用高度灵敏的探测器监测能量输出，请使用带有硅基光头的常规辐射计。
注：这种光输出测量设备将产生曲线的光谱形状和光度值（在眼睛本身的相同位置测量）。
4. 眩光几何形状
注：在测试之前，向受试者提供了自然场景中光环和星爆出现的例子（见图3）。
- 一旦主体对齐，移动卡钳的下颚，直到它只是围绕光环，然后直到它只是在星爆或辐的外周。通过平均从两个方向（从内到外和从外到内）的点差来获得阈值。
- 开始两点测量时，确保两个 2 mm 光圈的最大接近度：请注意，刺激将作为单一的亮光点出现。慢慢地将两个光圈分开，通过以光圈为中心的朝后数字微米来量化距离。从"零点"（光圈）要求受试者指示每个光点的点差何时不重叠（通常一个方向在这里工作得很好）。
- 如果受试者与系统不对齐，可能会遇到一些错误，因此请使用小孔摄像头（带红外线），以确保眼睛始终保持正确位置。
Representative Results
对于眩光敏锐度测量，测试了20名年轻受试者（平均年龄 = 19岁，标准偏差 （SD） = 1 岁）具有良好的敏锐度。 图6 中显示的结果表明，在相对明亮的强度水平上看到的字母数存在差异。分析数据的另一种方法是使用正确的识别来生成心理识别功能，阈值定义为 8 个标识中的 6 个（能量为 75% 正确的识别）。如图 6所示，即使在测试健康的年轻受试者时，也存在着很大的差异。
光环和辐条测量数据显示在图 7A、B中，来自 23 个年轻受试者的不同样本（平均年龄 = 20 岁，SD = 4 岁）。这两个样本都是从佐治亚大学的学生群体中招募的。所有这些受试者都有良好的敏锐度（20/20）和/或用透明隐形眼镜纠正。还测量了解决两个不同光点所需的最小距离（毫米）（ 此处的两点阈值）。这些数据见图8。
如图6、图7和图8所示，尽管样本非常均匀（由视力良好的相对年轻的健康观察者组成），但散射的行为量度存在很大差异。这表明，视觉功能的标准临床测量（例如敏锐度）无法量化许多可能影响现实世界条件下视觉性能的视觉属性。
图1： 两个夜间驾驶场景。 （A） 车头灯的眼内散射最小，路上行人清晰可见。（B） 车头灯的高眼内散射，遮蔽了路上的行人。 请单击此处查看此图的较大版本。
图2：代表正午阳光光谱分布的图形（红色）、霓红弧形灯光源（黑色）和高亮白色LED光源（蓝色）。 缩写：LED = 发光二极管。 请单击此处查看此图的较大版本。
图3：PDP症状的例子：辐条（最左边）、光环（左）和星爆（右）和2点光散射（最右）。 请点击这里查看这个数字的较大版本。
图4：汽车大灯点差功能和视觉插图的语义表示。 y轴上的相对能量和 x 轴上的视觉角度;视觉说明光（大灯）两个亮点之间的分离是如何衡量其宽度的行为。 请单击此处查看此图的较大版本。
图5：眩光敏锐度系统的概念图。 这些组件包括 （a） xenon 光源、（b） 结准透镜、（c） 水浴、（d） 对焦透镜、（e） 圆形滤镜（100 毫米中性密度滤镜）、（f） 滤镜支架（g） 镜头、圆形旋转轮中的 （h） 字母孔径、（i） 折射校正（试用镜头）、圆形滤光度计的数字读数。缩写： CL = 结肠镜片;FL = 对焦镜头;L = 镜头;TL = 试用镜头。 请单击此处查看此图的较大版本。
图6：一个列图，显示每个受试者的字母数，能够识别刺激的亮度何时以明亮的常数（绝对能量，16，392 cd/m2）保持，请点击这里查看此图的较大版本。
图7：一列图，显示23名年轻健康观察者样本 中的个体差异。（A） 光环直径图的个体差异。（B） 星爆直径图中的个体差异。 请单击此处查看此图的较大版本。
图8：显示两个小光点不重叠的最小距离的列图（两点阈值）。 请单击此处查看此图的较大版本。
Discussion
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。
Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
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。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
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