Устройство объектива: Устройство и принцип работы объектива

Содержание

Устройство и принцип работы объектива

Свет попадает на матрицу цифрового фотоаппарата через оптическую систему, основными составляющими которой являются объектив, видоискатель и устройство автоматической фокусировки. Оптическая система собирает лучи света и проецирует изображение на плоскость. Объектив, безусловно, занимает центральное место в оптической системе цифровой камеры, поскольку именно от его характеристик и качества изготовления зависят детальность и резкость получаемого на светочувствительном носителе изображения.

Широкий выбор объективов для цифровой фототехники определяет разнообразие возможностей для реализации творческих идей и задумок фотографа. Несмотря на то, что объектив является одним из важнейших узлов фотоаппарата, его основные принципы работы и устройство мало изменились за десятилетия с момента появления первой пленочной камеры.

Принцип работы объектива фотоаппарата основан на одном из главных оптических свойств света – преломлении световых лучей при прохождении границы сред с разными плотностями. Это свойство прекрасно заметно, например, при размешивании сахара в чашке с чаем. Глядя в чашку, мы можем заметить, как ложка, который мы помешиваем сахар, оказывается точно надломленной на границе воды и воздуха. Это оптическое свойство обуславливается тем простым фактом, что скорость распространения света в воде меньше, чем скорость распространения световых лучей в воздухе.

Еще более впечатляющий эффект преломления наблюдается при прохождении света сквозь границу воздуха и стекла, особенно при определенном радиусе искривления стекла. В объективе цифровой камеры свет преломляется при прохождении через прозрачную полированную поверхность стекла линзы, то есть на границе «воздух — оптическое тело». В результате преломления светового потока объектив проецирует на светочувствительном элементе фотоаппарата (матрице) геометрически правильное, резкое изображение снимаемых объектов по всему полю кадра.

Получаемое таким способом световое изображение не должно содержать каких-либо искажений формы, яркости или цвета фотографируемых объектов. Однако явления преломления света в объективе фотоаппарата нередко сопровождаются возникновением так называемых аберраций (искажений изображения). Для того, чтобы снизить эти проявления, сказывающиеся негативно на качестве изображения, в современных оптических системах применяются разнообразные приемы, связанные, в частности, с увеличением числа линз в объективе.

Конструкция объектива

Объектив является сложным оптическим устройством, которое конструктивно состоит из следующих основных элементов: системы линз и сферических зеркал, изготовленных из специального оптического стекла, металлической оправы и диафрагмы. В лицевой части объектива располагается оптическая линза, основное предназначение которой состоит в сборе световых лучей. Внутри объектива размешаются уже другие оптические линзы и сферические зеркала, которые отвечают за последующее преломление света и дальнейшее формирование изображения.

Объектив Nikon DX 16-85mm f/3.5-5.6G ED VR AF-S Nikkor

Количество линз или оптических элементов в конструкции современных объективов может быть разным. При этом они могут быть соединены друг с другом или, наоборот, разделены воздушным пространством. В простейших объективах используется система, состоящая из одной — трех линз. А в высококачественных и дорогих объективах количество оптических элементов, выполненных из различных сортов стекла, может достигать десяти и более.

Объектив Объектив Nikon DX 16-85mm f/3.5-5.6G ED VR AF-S Nikkor в разрезе

Оптическое стекло, используемое при изготовлении объективов, отличается идеальной прозрачностью и гладкостью, для него недопустимо наличие каких-либо пузырьков и короблений, ведь онимогут привести к искажению изображения. В конструкции современных объективов применяются особые асферические линзы, которые способны лучше справляться с разнообразными оптическими аберрациями. Такие асферические линзы довольно часто используются, в частности, в устройстве широкоугольной оптики.

Положение линз в объективе должно быть выдержано с точностью до тысячных долей миллиметра, чтобы создаваемое оптическое изображение было максимально резким и четким. В объективе, состоящем из нескольких линз, крайне важно, чтобы оптическая ось каждой отдельной линзы идеально совпадала с оптическими осями всех других линз. Только таким образом может быть достигнуто получение качественного изображения.

Высокая точность взаимного расположения линз в объективе достигается за счет крепления линз в металлической оправе. То есть оправа – это не просто корпус объектива, а компонент, обеспечивающий необходимое расстояние между линзами, а также защиту оптических элементов от механических и климатических воздействий. Оправа выполняется под конкретный тип камеры и ее соединения с объективом.

Большая часть объективов состоит из двух частей: основной металлической оправы, в которой размещаются все оптические детали и диафрагма, и переходной оправы, служащей для осевого перемещения основной оправы и ее соединения с камерой. Переходная оправа обычно имеет несколько кольцеобразных деталей. В результате поворота одного из таких колец обеспечивается осевое перемещение той части металлической оправы, в которой укреплен основной блок объектива. Конструкция оправ объектива предполагает возможность ручного или автоматического изменения диафрагмы, то есть регулируемого по величине отверстия, способного изменять количество световых лучей, проходящих через объектив на матрицу цифрового фотоаппарата.

Шестилепестковая диафрагма

Диафрагма в объективе представляет собой светонепроницаемую заслонку с небольшим отверстием в центре, которая просто отсекает световые лучи, проходящие сквозь края линзы. Такая заслонка в подавляющем большинстве объективов состоит из тонких металлических лепестков серповидной формы, установленных по окружности между линзами объектива. Эти лепестки диафрагмы могут поворачиваться одновременно друг с другом, двигаясь в пространство между линзами или выходя из него. Диафрагма служит для изменения глубины резко изображаемого пространства. Уменьшая размер диафрагменного отверстия, мы можем повысить резкость кадра.

Элементы объектива (источник electrogor.ru)

В устройство объектива входит и фокусировочное кольцо. Оно используется для ручной наводки объектива на резкость. Вращая кольцо объектива, фотограф может сделать резким либо передний, либо задний план. Если же объектив снабжен функцией автофокуса, то фокусировочное кольцо вращается автоматически благодаря специальному мотору. При нажатии на затвор камеры объектив автоматически фокусируется на резкость по центральному участку кадра. Фиксирование фокусировки обычно происходит при нажатии кнопки спуска до половины.

В современных объективах ведущих производителей применяется ультразвуковой привод фокусировки (USM), встроенный непосредственно в объектив. Благодаря ему обеспечивается очень быстрая скорость работы фокусировки. Существуют объективы и с так называемым отверточным приводом, который механически связывает объектив и фотоаппарат. Такая система работает более медленно и шумно.

Типы ультразвуковых приводов фокусировки объективов Canon

Помимо автофокуса, в конструкции объектива часто встраивается и механизм стабилизации, который компенсирует дрожание камеры при увеличенных выдержках, тем самым, давая фотографу возможность получать резкие кадры в условиях недостаточной освещенности без использования штатива. Объектив с переменным фокусным расстоянием имеет специальное кольцо трансфокатора, используемое для изменения фокусного расстояния. С помощью такого кольца можно приблизить или отдалить снимаемый объект в кадре.

Оправа объектива может составлять одно целое с камерой только в том случае, если объектив жестко встроен в фотоаппарат. В цифровых же камерах, рассчитанных на использование сменных объективов, применяется система крепления объектива — байонет. Такие системы крепления объектива к камере у каждого производителя свои собственные, хотя существуют и некоторые открытые стандарты байонета. Размеры и форма байонета зависят от типа камеры, к которой крепится объектив. Сам объектив может, в свою очередь, предоставлять возможность для установки разнообразных фильтров. Для этого он оснащается специальной резьбой, расположенной вокруг внешней линзы. Именно на эту резьбу и прикручиваются различные фильтры и другие аксессуары для объективов.

Характеристики объектива

Объективы характеризуются двумя основными параметрами – светосилой и фокусным расстоянием. Как правило, значения этих параметров указываются на передней части оправы любого объектива. Светосила определяет яркость создаваемого объективом оптического изображения, то есть иными словами служит показателем способности объектива пропускать свет. Чем больше света проходит через объектив, тем, соответственно, выше его светосила.

Преимущество объективов, обладающих высокой светосилой, заключается в том, что они позволяют вести съемку в условиях недостаточной освещенности и предоставляют фотографу больше свободы в выборе экспозиционных параметров съемки. Но если снимаемый объект освещен достаточно хорошо, то светосильный объектив будет уже не помощником, а скорее помехой. Высокая яркость создаваемого им изображения обеспечит переэкспонирование матрицы фотоаппарата.

Фокусное расстояние, в свою очередь, характеризует масштаб изображения, проецируемого объективом на матрицу цифровой камеры. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем более «приближенное» и крупное изображение получится при съемке одного и того же объекта. Меньшее фокусное расстояние позволяет охватить большее поле обзора и уместить, таким образом, на одной фотографии широкую панораму.

Фокусное расстояние 24 мм ( в 35-мм эквиваленте)

От фокусного расстояния объектива напрямую зависит не только охват кадра и угол обзора, но и перспектива снимка. В частности, увеличение фокусного расстояния позволяет сделать задний план более крупным, приблизить его к переднему и сгладить разницу в расстоянии. Наоборот, уменьшение фокусного расстояния дает возможность сделать задний план визуально дальше и мельче, усиливая ощущения перспективы на снимке.

Фокусное расстояние 360 мм ( в 35-мм эквиваленте)

В зависимости от фокусного расстояния принято классифицировать объективы на следующие виды:

— Стандартные (фокусное расстояние от 40 до 50 мм)

Стандартным принято называть объектив с фокусным расстоянием, примерно равным диагонали кадра. С помощью стандартного объектива получается изображение, приближенное к тому, каким картинку видит человеческий глаз. То есть стандартные объективы нейтральны по своему действию и не обеспечивают никаких эффектов. Такие объективы широко применяются для съемки портретов, поскольку они не допускают искажения лиц.

— Широкоугольные (фокусное расстояние от 12 до 35 мм)

Широкоугольные объективы имеют короткое фокусное расстояния и широкий угол обзора, что позволяет использовать их в тех случаях, когда требуется увеличенный угол зрения. Например, при съемке пейзажей или архитектуры, где широкоугольный объектив дает возможность подчеркнуть перспективу пространства в кадре. Они также оказываются очень удобными при съемке в ограниченном пространстве благодаря своему широкому полю зрения.

— Телеобъективы (фокусное расстояние от 200 мм и более)

Для съемки удаленных объектов применяются телеобъективы. Благодаря небольшому углу обзора телеобъектив позволяет акцентировать внимание на основном объекте съемки, отсекая из кадра или размывая до неузнаваемости все лишнее. Телеобъективы способны сокращать расстояние между передним и задним планами, буквально «сплющивая» перспективу. Такие объективы гораздо более восприимчивы к дрожанию или малейшим вибрациям камеры, поэтому их использование практически немыслимо без надежного штатива.

Помимо этих типов, выделяют и другие объективы специального назначения. В частности, макрообъективы или объективы «фиш-ай».

Напоследок стоит сказать о некоторой специфике объективов, предназначенных именно для цифровых фотоаппаратов. Дело в том, что фотопленка может практически одинаково воспринимать как свет, падающий на ее поверхность под нормальным углом, так и косые световые лучи. Поэтому для определения качества объектива для пленочного аппарата нужно было лишь провести тестовую съемку и отпечатать фотографии большого формата, чтобы увидеть готовый результат.

Цифровая же фототехника характеризуется тем, что светочувствительный элемент (матрица) гораздо критичнее относится к углу падения световых лучей. И если лучи падают на поверхность матрицы под острым углом, то некоторая часть света просто не попадает на светочувствительную поверхность. В результате, при использовании некоторых объективов изображение по краям кадра теряет четкость, в других же случаях начинают проявляться заметные цветовые артефакты.

Чтобы решить эту проблему, производители объективов для цифровых фотоаппаратов стараются сегодня применять системы из нескольких линз и оптических элементов в конструкции оптики. Однако в этом случае приходится добиваться того, чтобы центр симметрии каждого оптического элемента идеально совпадал с оптическими осями других линз. Если этого не удается достичь, то неминуемо возникают различные геометрические аберрации и искажения, также портящие снимок.

Поэтому производство фотографических объективов в современных условиях отличается высокой степенью сложности и требует очень высокой точности изготовления. Такую точность при изготовлении линз и сборке объективов удается достигнуть только за счет использования на производственных предприятиях роботизированных сборочных аппаратов.

Источник: Фотокомок. ру – тесты и обзоры фотоаппаратов (при цитировании или копировании активная ссылка обязательна)

Какой объектив нужен для камеры видеонаблюдения

Тип объектива

Современные объективы подразделяются на 3 основных типа, и от этого зависят их характеристики:

Монофокальные. По-другому их еще называют статическими или фиксированными. Это объясняется тем, что величина фокусного расстояния зафиксирована и не может меняться, например, 3,6 мм, 12 мм и так далее. Они просты в установке и стоят сравнительно недорого, но произвести фокусировку на объекте или изменить угол обзора в этом случае не удастся. Видеокамера, оснащенная таким объективом, прекрасно подойдет для того, чтобы быть установленной в углу и охватывать область 10 на 10 метров.
Варифокальные. Они уже позволяют регулировать такие критерии, как фокусное расстояние и угол обзора. Другое дело, что это происходит в диапазоне значений, например 3,6 мм – 8 мм. Конечно, для них свойственна уже большая универсальность, но и стоят они дороже монофокальных. Чтобы производить настройку, понадобится выполнить ручную фокусировку.

Трансфокаторные, или зум-объективы, — это самые универсальные устройства. Дают возможность регулировки угла обзора, а также масштабирования выбранного участка объекта. Особенно востребованы в случае применения поворотных видеокамер, поскольку множество параметров можно изменять дистанционно, при помощи пульта управления. По своей стоимости относятся к наиболее дорогим объективам.

Казалось бы, однозначно стоит делать выбор в пользу объективов с переменным значением фокуса. Но они обладают и определенными недостатками, кроме своей высокой цены. Прежде всего, его необходимо настраивать, а это довольно непростой процесс, особенно, для тех, у кого нет опыта в этом деле. Надо обнаружить оптимальное соотношение фокусного расстояния и резкости, а также применять светофильтры для затемнения картинки, ведь запись будет вестись и в темное время суток.

Кроме того, объективы с регулировкой фокусного расстояния отличаются худшей светосилой, а об этом продавцы зачастую не говорят ничего. На практике оказывается, что такое оборудование передает плохую картинку в сумерках, которая намного хуже той, что была сделана при свете. В процессе эксплуатации у таких объективов часто случается расфокусировка – это происходит из-за неблагоприятных климатических факторов и внешнего воздействия. Так что, сократить затраты на создание видеонаблюдения вполне возможно, если нет настоящей необходимости в покупке варио- и трансфокальных объективов.

Материал корпуса объектива и его линз

С одной стороны, материал, из которого выполнен корпус объектива, никакого влияния на качество записи не оказывает. Но пластиковый корпус может легко подвергаться деформации при малейшем ударе. Это со временем приведет к перекашиванию линз, находящихся внутри. Это, в свою очередь, вызовет изменение углов обзора или снижения разрешения.

Что касается самих линз, то они могут быть выполнены также из пластика. В этом случае они будут стоить дешевле, но со временем могут помутнеть. Это не сможет не сказаться на качестве картинки, которую фокусирует объектив.

Разрешение и формат матрицы

Чаще всего для видеонаблюдения применяются форматы матриц от 1/3 до ½. Объектив надо подбирать так, чтобы он соответствовал этому формату или был даже большим. Что будет в случае несоответствия? Даже на минимальном фокусном расстоянии по углам проявятся черные пятна.

Производители объективов обозначают их разрешение так, чтобы можно было понять, подходит ли по этому параметру объектив камере, в которой он будет использоваться. Но реальное разрешение объективов указывается не в мегапикселях, а в виде «линии/мм». Еще один критерий – это разрешение по краям картинки.

Линзы изготавливаются таким образом, что оптическое разрешение снижается к краям объектива по сравнению с центром. Поэтому при выборе нужно уточнять, насколько оптика может создавать высокое разрешение не только по центру, но и по краям.

Фокусное расстояние и угол зрения

Этот показатель должен подбираться под размер участка наблюдения. Например, если в объектив камеры попадут другие хорошо освещенные предметы вблизи, то в таком случае время экспозиции будет автоматически уменьшено согласно усредненному показателю освещенности в кадре.

Фокусное расстояние считается важнейшим аспектом, определяющим, насколько широко и далеко будет видеть видеокамера. Его измеряют в миллиметрах – это расстояние я между крайней точкой объектива и видеоматрицей, на которую передается изображение. Самое частое значение фокусного расстояния в современных камерах – это 3,6 мм. Это примерно подобно тому углу зрения, которым обладает человеческий глаз.

Такие объективы широко использованы в небольших офисных либо жилых помещениях. Но, при выборе фокусного расстояния для наблюдения, надо понимать, что, чем меньшим оно будет, тем большую зону обзора сможет охватывать камера. Чем большим будет фокусное расстояние объектива, тем более детальной будет картинка, но меньшей – зона охвата.

Если необходим общий обзор территории на объекте, лучше обратить внимание на широкоугольные объективы. Внутри объектов, когда требуется распознать небольшие детали, пригодится большое фокусное расстояние.

Такой показатель, как угол зрения изделия, говорит нам о том, насколько значительным будет охват площади объективом в процессе съемки. В случае с широким углом, обычно речь идет об объективах, чье фокусное расстояние до 3,6 мм. Они охватывают большую территорию, но за счет ухудшения качества детализации.

Для того, чтобы заранее определить требуемый угол обзора объектива, надо выбрать пару предполагаемых точек на изображении. После этого они соединяются прямой линией с местом, где будет располагаться камера и замеряется угол между данными прямыми.

Посмотрите наше видео, где есть блок, посвящённый подбору объективов для камер видеонаблюдения:

Параметры диафрагмы объектива

Этот элемент отвечает за регулировку объема светового потока, который попадает на видеоматрицу. Простые модели отличаются фиксированным значением диафрагмы, другими словами, они не годятся для видеозаписи на тех объектах, где часто меняется показатель освещенности – например, внутри помещений.

Другие объективы могут «похвастаться» автоматической диафрагмой. Она представляет собой мини-двигатель, крепящийся к объективу и изменяющий количество проходящего света. Благодаря такой опции можно добиваться более высокого качества изображения, даже при недостаточном освещении. Объективы с автоматической диафрагмой применяются для наружного видеонаблюдения.

Существует и такой параметр, который именуется числом диафрагмы – другими словами, оно обозначает критерий светосилы объектива. Чем это число будет меньшим, тем более объектив подходит для ведения съемки при плохом освещении, потому что диафрагма будет максимально открытой.

Как регулировать диафрагму, а, другими словами, количество проникающего света? При ручной регулировке необходимо проворачивать ее кольцо до того момента, пока на картинке не будут как следует различаться разнообразные оттенки. Если камера будет работать снаружи здания, то лучше всего купить объектив с автоматической диафрагмой, поскольку ни у кого не хватит терпения постоянно заниматься регулировкой по нескольку раз на день.

Мегапиксельные объективы

Это оборудование получило распространение благодаря все большей популярности IP-камер. Они отличаются полным разрешением и высокой контрастностью. Достигается это особым качеством основных элементов. Ведущие известные производители используют в своих изделиях стеклянные линзы, подлежащие сверхтонкой шлифовке. Если правильно подобрать сочетание линз и тщательно рассчитать механические свойства конструкции, это позволит сделать оборудование максимально точным.

Такие объективы отличаются сверхпрочным корпусом, который надежно защищает оборудование от толчков, ударов, вибраций, а также от неблагоприятной температуры окружающей среды. Даже в условиях слабой освещенности они гарантируют крайне четкое изображение благодаря своей широкой апертуре. Распознавание изображений получается предельно точным с одновременным снижением уровня искажений.

Основное преимущество такого оборудования связано с его повышенной разрешающей способностью. Даже в случае с камерой высокого разрешения обычный объектив будет ухудшать ее реальное разрешение. А вот мегапиксельный аналог отлично справится с прекрасной детализацией, особенно по углам картинки.

Кроме того, такое оборудование оснащается опцией ИК-коррекции. Это важный параметр, который в случае с камерами типа «день и ночь» предотвратит расфокусировку картинки при переходе камеры на ночную запись.

Самые популярные объективы

На практике заказчики чаще всего выбирают оборудование с универсальными параметрами, простое в эксплуатации и настройках. Оно оснащается автоматической регулировкой диафрагмы, а объектив вариофокального типа со сменой фокусного расстояния. Выбор угла обзора зависит от того места, где будет установлена видеокамера:

узкоугольный объектив (3-30°) применяют по периметру сооружения, для ведения записи в коридорах, на лестницах, вдоль заборов и ограждений;

средний угол обзора составляет 30-70°. Такое оборудование найдет себя при наблюдении за прилегающей территорией, а также в помещениях средней площади;
широкоугольный объектив (угол 70-95°) отлично проявит себя при наблюдении за входной дверью или в помещении с размерами 10 Х 10 метров.

На самом деле, выстроить эффективную систему видеонаблюдения, не переплачивая за это баснословных денежных средств, весьма непросто. Заказчик должен четко понимать, что в создании изображения высокого качества принимает участие не только сама камера, но и ее объектив.

Canon Focusing Technology — Tech Guide For Lenses

Когда мы разглядываем фотографию или смотрим видео, мы сразу обращаем внимание, в фокусе изображение или нет.

С 1987 года, когда компания Canon стала первой, кто встроил мотор фокусировки в объектив, было создано несколько моторов для фокусировки и слежения за быстро движущимися объектами. При этом фокусировка остается точной, плавной и бесшумной.

В настоящее время в объективах Canon используется три основных типа моторов фокусировки. Это шаговый мотор (STM), ультразвуковой мотор (USM) и мотор постоянного тока (DC). Давайте рассмотрим различия между этими моторами, чтобы вы могли выбрать подходящий объектив.

STM

Объективы STM позволяют создавать отличные фотографии и более качественное видео. Эти объективы оснащены шаговым мотором, который обеспечивает плавную и бесшумную фокусировку — две отличные характеристики для видеосъемки.

Некоторые моторы, используемые в объективах, при фокусировке издают отчетливые механические звуки, а объективы STM работают очень тихо, позволяя записывать естественный звук без посторонних шумов. Технология STM от Canon используется в ряде объективов, работающих тихо и достаточно быстро для фотосъемки почти в любой ситуации.

STM с шестеренчатой передачей

Наша линейка сверхкомпактных объективов STM, в том числе EF 50mm f/1.8 STM, оснащена STM шестеренчатого типа — очень маленьким мотором, который управляет блоком фокусировки с помощью косозубых шестеренок.

STM с винтовой передачей

Объективы STM, оснащенные шаговым мотором с винтовой передачей, немного больше по размерам, но работают тише и быстрее по сравнению с объективами с мотором шестеренчатого типа.

Ультразвуковой мотор (USM)

В настоящее время ультразвуковой мотор (USM) для автофокусировки чаще всего используется в объективах Canon серии EF. Ультразвуковой мотор преобразует энергию ультразвуковой вибрации во вращающую силу для управления объективом. В настоящее время этот мотор обеспечивает самую быструю фокусировку в линейке Canon, и при этом у вас есть возможность вручную подстраивать фокусировку, не отключая автофокус.

Ультразвуковой мотор кольцевого типа

Ультразвуковой мотор кольцевого типа используется в большинстве профессиональных объективов Canon — обеспечивает управление фокусом, а также высокую скорость и точность. Ультразвуковой мотор обладает достаточной мощностью для простой и быстрой работы с тяжелыми группами линз в телеобъективах и при этом обходится без зубчатой передачи, снижающей скорость. Ультразвуковые моторы также обладают способностью удерживать группу линз на месте при выключении мотора, без вмешательства с вашей стороны. Ультразвуковой мотор кольцевого типа работает не абсолютно бесшумно, как шаговый двигатель, но невероятно тихо, учитывая его производительность.

Механизм ультразвукового мотора кольцевого типа состоит из ротора и статора — эластичного модуля с прикрепленным к нему пьезоэлектрическим керамическим элементом. При подаче переменного тока с резонансной частотой около 30 000 Гц на статор создаются вибрации, вызывающие непрерывное вращение ротора. 30 000 Гц — это ультразвуковая частота, поэтому мотор называется ультразвуковым.

Искусство создания объектива Canon EF 85mm f/1.4L IS USM: команда разработки раскрывает все карты

Новый EF 85mm f/1.4L IS USM стал четвертым объективом с фокусным расстоянием 85 мм в популярной линейке Canon EF.

Ямагути, руководитель команды планирования выпуска продукции Canon

Ямагути, руководитель команды планирования по выпуску объектива EF 85mm f/1.4L IS USM, говорит, что целью Canon при разработке новой модели было «создать объектив для того, чтобы люди легко и красиво сохраняли важные моменты и воспоминания».

Объектив EF 85mm f/1.4L IS USM стал четвертой в линейке моделью с фокусным расстоянием 85 мм, представителями которой также являются объективы EF 85mm f/1.2L USM, EF 85mm f/1.8 USM и EF 85mm f/1.2L II USM. Ямагути объясняет, почему новый объектив так важен, и рассказывает о том, какое место он занимает в линейке Canon.

«Объективы с фокусным расстоянием 85 мм очень популярны среди любителей портретной фотографии, — говорит Ямагути. — В текущей линейке есть объектив EF 85mm f/1.2L II USM, который имеет слишком высокую для некоторых пользователей цену, а от EF 85mm f/1.8 USM некоторым пользователям хотелось бы видеть более заметный эффект боке».

«На стадии планирования объектива EF 85mm f/1.4L IS USM мы пообщались со многими профессиональными фотографами, включая свадебных фотографов, которые часто используют подобные объективы. Они рассказали нам, что объектив EF 85mm f/1.2L II USM высоко ценится за невероятную детализацию и эффект боке, получаемый благодаря большой диафрагме. Несмотря на это, он достаточно тяжелый, и пользователям не так легко использовать его в течение длительного времени, а скорость автофокусировки далеко не всегда соответствует ожиданиям. Даже несмотря на то, что это фикс-объектив с большой диафрагмой, некоторые предлагали добавить стабилизацию изображения для удобства съемки».

Объектив EF 85mm f/1.4L IS USM отличается тщательно сбалансированными характеристиками, включая большую диафрагму f/1.4 и систему стабилизации изображения для съемки с рук. Он разработан для создания изображений высочайшего качества, которого ждут от объектива L-серии.

В Canon были поставлены две четкие маркетинговые задачи: объектив должен быть небольшого размера и иметь вес менее 1 кг.

Ямагути уверен, что этот объектив будет пользоваться большим спросом среди фотографов: «Портреты, в том числе и свадебные, — это очень важные моменты жизни, которые хочется навсегда сохранить в памяти. Нашей задачей было создать объектив для того, чтобы люди легко и красиво сохраняли важные моменты и воспоминания».

Ивамото, руководитель отдела оптического проектирования Canon

С самого начала Ивамото поставил перед собой четкие задачи в отношении этого объектива: «Мы сосредоточились на том, чтобы добиться баланса между четкостью картинки в центре кадра, которая является отличительной чертой объективов L-серии, и красивым боке по его краям, которое идеально подходит для популярных портретных композиций с объектом в середине кадра», — говорит он.

Ивамото объясняет основные цели, которые стояли на этапе оптического проектирования, включая высокое разрешение, максимально возможную диафрагму и превосходное качество боке по краям кадра. При этом требовалось уложиться в строгие ограничения по размеру и весу.

«В 2006 году в Canon было запущено производство флагманского для своего фокусного расстояния объектива EF 85mm f/1.2L II USM, и невероятное качество боке позволило ему зарекомендовать себя с лучшей стороны. Оптическая конструкция объектива EF 85mm f/1.4L IS USM больше направлена в сторону создания резких и четких границ, при этом сохраняется высокий уровень детализации, за который так любят его «старшего брата».

Мы сосредоточились на том, чтобы добиться баланса между четкостью картинки в центре кадра, которая является отличительной чертой объективов L-серии, и красивым боке по его краям, которое идеально подходит для популярных портретных композиций с объектом в середине кадра, и при этом принять во внимание вес, размер и стоимость.

Все объективы с большой диафрагмой и телеобъективы среднего диапазона предполагают определенный диаметр. Если увеличивается диаметр блока стабилизации изображения, управляющего большим и тяжелым объективом, увеличиваются и окончательные размер и вес продукта. Поэтому важной задачей в отношении оптической конструкции этого объектива было уменьшить диаметр и вес оптической системы стабилизации».

В целом, диаметр передних линз больше, чем диаметр задних, а линзы, располагающиеся возле диафрагмы, имеют наименьший диаметр. Решением стало поместить систему оптической стабилизации на стороне крепления объектива возле диафрагмы. (Рис. 1)

Рис. 1. Расположение оптических компонентов.

Несмотря на это, оптическая система стабилизации в любом случае имеет некоторый вес, и поэтому в этом объективе ее размер и вес схожи с характеристиками системы, используемой в супертелеобъективе EF 400mm f/2.8L IS II USM. (Рис. 2)

Рис. 2. Сравнение блока стабилизации изображения и оптической системы стабилизации (слева направо: EF35mm f/2 IS USM, EF100mm f/2.8L Macro IS USM, EF85mm f/1.4L IS USM, EF400mm f/2.8L IS II USM).

овая оптическая конструкция стала возможной благодаря большему диаметру крепления объектива EF, используемого в цифровых зеркальных камерах Canon.

«Природа оптической конструкции подразумевает, что чем дальше диафрагма (блок ЭМД) находится от задней части оптической системы (стороны крепления), тем большим должен быть диаметр задней линзы. Поскольку блок стабилизации изображения также расположен на стороне крепления, компоненты должны быть расположены в следующем порядке: передняя линза, диафрагма, блок стабилизации изображения, а затем уже задняя группа линз.

Поскольку в этом объективе диафрагма расположена относительно далеко от крепления (см. Рис. 3 ниже), диаметр задней группы линз становится больше. А так как объективы с большой диафрагмой изначально имеют в своей конструкции линзы большого диаметра и диаметр линз становится еще больше при наличии системы стабилизации изображения, важным является расположение диафрагмы по отношению к задней части объектива. Было трудно разработать оптическую систему стабилизации и заднюю группу линз с использованием как можно меньшего количества линз и при этом с сохранением оптического качества».

Широкое крепление EF стало одним из факторов, которое сделало подобную оптическую конструкцию объектива EF 85mm f/1.4L IS USM возможной.

Рис. 3. Расположение оптических компонентов в EF 85mm f/1.4L IS USM.

Интеграция блока стабилизации стала не единственной сложной задачей для команды оптического проектирования. Требования относительно размера и веса нового объектива создали необходимость особой оптической конструкции фокусирующей группы (Рис. 3 выше).

«Чтобы окончательный размер объектива был меньше фокусирующая группа, так же как и оптическая система стабилизации, должна быть легкой и двигаться как можно меньше. Для этого объектива мы использовали новое оптическое построение (начиная с передней части объектива): передняя группа, фокусирующая группа, диафрагма, оптическая система стабилизации и задняя группа».

Во время обсуждения этой оптической конструкции были затронуты не только системы фокусировки и стабилизации; новый объектив также должен был обеспечить высокий уровень коррекции аберраций. «Самым важным фактором для объектива EF 85mm f/1.4L IS USM является коррекция осевой хроматической и сферической аберраций. Поскольку мы имеем дело с малой глубиной резкости, для достижения высокого качества изображения необходимо скорректировать кривизну поля. Для коррекции этих типов аберраций эффективно использование стекол с высоким показателем преломления и стекол с аномальными дисперсионными характеристиками».

Важность совершенствования технологий производства стекла и иных материалов легко упустить из виду. По словам Ивамото, в действительности более половины стекол в EF 85mm f/1.4L IS USM выполнено из материалов, которые еще не применялись на практике в марте 2006 года, когда был выпущен объектив EF 85mm f/1.2L II USM.

Коррекция осевой хроматической аберрации (цветовая кайма на участках вне фокуса) важна в любом объективе, который предназначен для использования с широко открытой диафрагмой, и команда проектирования в Canon нашла решение.

«Для коррекции осевых хроматических аберраций мы располагаем стекло с аномальными дисперсионными характеристиками перед или рядом с диафрагмой. В дополнение к этому для собирательной линзы используется стекло с высоким показателем преломления, что необходимо для улучшения характеристик плоскости изображения. В этом объективе осевая хроматическая аберрация и характеристики плоскости изображения, в основном, скорректированы посредством оптимального расположения стекол и использования как стекол с высоким показателем преломления, так и стекол с аномальным дисперсионными характеристиками».

Применив новые стекломатериалы и асферические линзы, которые еще не были разработаны на момент выпуска объектива EF 85mm f/1.2L II USM, команда проектирования смогла предусмотреть коррекцию каждого из типов аберраций и в то же время уменьшить размер объектива.

Была и еще одна техническая проблема, которую необходимо было решить — двоение изображения. «В этом объективе в качестве задней линзы мы использовали трехсоставную склеенную ахроматическую линзу. Точное совмещение осей трех линз в трехсоставной склеенной ахроматической линзе — трудоемкий процесс, но поскольку поверхности задних линз особенно подвержены созданию двоения изображения, мы решили использовать эту технологию, чтобы сократить поверхность контакта с воздухом. Несмотря на то, что внедрение системы стабилизации изображения привело к увеличению общего числа линз, нам удалось свести двоение изображения к минимуму».

Окуда, руководитель отдела механического проектирования Canon

Окуда является руководителем команды механического проектирования объектива EF 85mm f/1.4L IS USM. Для Окуда добавление системы стабилизации изображения было важной, но очень непростой задачей. Сначала он даже подумал, что это практически невозможно! Но после тщательного анализа он и его команда нашли инновационное решение для этой проблемы.

Окуда рассказывает о механических сложностях внедрения системы стабилизации изображения в конструкцию нового объектива. Возможно, это и не кажется сложным процессом, но Окуда объясняет, что внедрить систему стабилизации изображения и вместе с этим достичь рабочих характеристик, которых ожидают фотографы, не так просто.

«Команда разработки поначалу решила, что создание не слишком дорогого и небольшого объектива 85mm f/1.4 со стабилизацией изображения, запрос на который поступил от команды планирования выпуска продукции, является практически невыполнимой задачей.

Однако мы пришли к выводу, что это может быть возможным, если переупорядочить оптические компоненты, использовать новые стекломатериалы и встроить в конструкцию компактные механические компоненты толщиной 0,1 мм».

Окуда объясняет, как требования относительно размера и веса повлияли на рабочие показатели систем автофокусировки и стабилизации изображения объектива EF 85mm f/1.4L IS USM.

«Ультразвуковые моторы (USM), которые приводят в действие систему автофокусировки, доступны в нескольких вариантах, зависящих от диаметра объектива. Чтобы внешний диаметр объектива был достаточно маленьким для его продолжительного использования во время съемки с рук, мы решили использовать относительно небольшой мотор, который установлен во многих объективах серии EF, включая модели EF 35mm f/2 IS USM и EF 85mm f/1.8 USM. Мы начали с оптической системы и рассмотрели ее конструкцию с руководителем команды оптического проектирования. Необходимо было, чтобы каждый компонент подходил под ограниченный диаметр мотора».

В объективе EF 85mm f/1.2L II USM используется мотор большого диаметра, как в супертелеобъективах EF 400mm f/2.8L IS II USM. Насколько более компактным является мотор, используемый в EF 85mm f/1.4L IS USM, вы можете увидеть на изображении ниже.

Рис. 4. Ультразвуковой мотор кольцевого типа (USM, используемый в EF 85mm f/1.4L IS USM, справа).

В объективах с большой диафрагмой доступна малая глубина резкости, поэтому система автофокусировки должна быть крайне точной. Как и ожидается от объектива этого типа, группа фокусирующих линз также имеет большой вес, и тут среди важных аспектов можно отметить надежность всего приводящего механизма.

«Использование сверхнадежных шариковых подшипников в приводном механизме этого объектива снижает нагрузку и повышает разрешение и точность. Шариковые подшипники также позволяют системе автофокуса срабатывать быстрее. Тяжелая группа фокусирующих линз приводится в движение мотором ограниченной мощности, но фокусирующую линзу можно перемещать быстрее, поскольку шариковые подшипники снижают нагрузку».

Рис. 5. Модуль фокусировки объектива EF 85mm f/1.4L IS USM. Шариковые подшипники выделены красным квадратом.

Механизм стабилизации изображения также стал предметом обсуждений команды по причине размера и веса группы стабилизации в этом объективе, который сравним с ее параметрами в супертелеобъективе.

«Нам нужно было спроектировать небольшой блок стабилизации изображения с приводящей системой. По этой причине мы сократили нагрузку на привод, включив в конструкцию приводящий механизм низкого трения, поддержка движущихся компонентов которого осуществлялась за счет нескольких керамических подшипников. Это снизило необходимое усилие привода и помогло в создании компактной и легкой конструкции блока стабилизации изображения».

Рис. 6. Сравнение блоков стабилизации изображения. Слева: фактический вид блока. Справа: блоки в сравнении (слева направо, начиная со второго блока: EF 35mm f/2 IS USM; EF 100mm f/2.8L Macro IS USM; EF 85mm f/1.4L IS USM; EF 400mm f/2.8L IS II USM).

Команде проектирования удалось добиться эффекта стабилизации изображения в 4 шага (фокусное расстояние 85 мм, камера EOS-1D X Mark II, что соответствует требованиям CIPA).

Существует еще одна механическая составляющая работы устройства, которую легко недоработать, — надежность. Речь идет не только о долговечности устройства и стабильности рабочих показателей, но также и о его стойкости к воздействию ежедневного использования и ударопрочности. Окуда объясняет политику Canon в отношении надежности устройств и рассказывает о конструктивных решениях, которые помогают добиться наилучших показателей надежности.

«Несмотря на внедрение решений для облегчения конструкции падение все равно окажет значительное воздействие на работу устройства, поскольку его вес составляет чуть меньше 1 кг. Для повышения надежности в передней части объектива используется механизм амортизации. После нажатия на держатель фильтра он вернется в исходное положение. Амортизатор распределяет ударную силу, когда что-либо сталкивается с краем объектива».

Многие пользователи, возможно, будут удивлены, когда узнают, что в некоторых объективах есть встроенные амортизирующие компоненты, но это особенность конструкции, свойственная объективам Canon L-серии.

«Нашим решением было использовать амортизатор, поскольку это фикс-объектив с большой диафрагмой. Мы не используем этот компонент во всех объективах EF, а включаем его в конструкцию только на основании конфигурации объектива и результатов моделирования. Помимо этого объектива подобная система также используется в объективах EF 24-70mm f/4L IS USM, EF 11-24mm f/4L USM, EF 35mm f/1.4L II USM и EF 24-105mm f/4L IS II USM».

Заключение Ямагути

Ямагути считает EF 85mm f/1.4L IS USM выдающимся портретным объективом, идеально сочетающим в себе высокое разрешение, систему стабилизации изображения, небольшой вес и компактные размеры.

«Во время съемки в помещении или в условиях слабого света этот объектив позволит вам создавать четкие изображения без необходимости использовать высокое значение ISO. Теперь, благодаря небольшому весу и системе стабилизации изображения, вы не устанете после продолжительной портретной съемки с рук и сможете наслаждаться процессом. Мы хотим, чтобы вы по достоинству оценили уровень детализации, который обеспечивает этот объектив, — настолько высокая детализация стала возможной совсем недавно».

Автор Marcus Hawkins
Источник Canon

6 лучших объективов Canon RF для видеосъемки

С выпуском камер Canon EOS C70 и Canon EOS R5 Canon предлагает видеографам еще больше эффективных инноваций. Объективы RF с самого запуска линейки создаются в том числе с учетом потребностей видеографов, а крепление RF позволяет создавать более производительные и технологичные устройства.

«Очень важное преимущество — это высокоскоростное взаимодействие камеры и объектива, — объясняет Майк Бернхилл, специалист по профессиональной продукции Canon Europe. — Одним из достоинств является возможность использовать электронные инструменты подавления «дыхания» фокуса, которые предотвращают изменение угла обзора во время фокусировки».

Как и все прочие объективы Canon RF, модель Canon RF 15-35MM F2.8L IS USM была разработана с учетом потребностей видеографов. © Фергус Кеннеди

«Обычно кинообъективы не отличаются компактностью, поскольку оснащаются механическими компонентами для устранения эффекта «дыхания» объектива. Однако крепление RF, моторы Nano USM и плавающая группа фокусировки позволяют использовать для этого электронные решения, что помогает разрабатывать более компактные объективы».

Еще один компонент объективов RF, который был разработан специально с учетом видео, — это механизм диафрагмы. Все объективы RF поддерживают выбор значения диафрагмы с точностью до 1/8 ступени, что гораздо точнее, чем значение 1/3 ступени, используемое в фотографии. «Смена диафрагмы с точностью 1/3 ступени во время съемки видео сопровождается заметным изменением яркости, — говорит Майк. — Однако при изменении на 1/8 ступени этот эффект получается максимально плавным и незаметным зрителю».

Это лишь две из функций, которые позволяют эффективно использовать объективы RF для съемки видео, но какие из зум- и фикс-объективов новой растущей линейки предлагают видеографам больше творческих возможностей? Мы собрали для вас шесть лучших объективов Canon RF для видеосъемки.

Режиссер Иван д’Антонио оценил возможности камеры Canon EOS R5 с объективом Canon RF 50mm F1.2L USM во время пейзажной съемки в регионе Абруццо, Италия. Высокая эффективность этого объектива при слабом освещении очень помогла ему, когда небо затянуло тучами. © Иван д’Антонио

1. Canon RF 50mm F1.2L USM

Лучший стандартный полнокадровый объектив Canon

«В мире видеосъемки не всегда все сводится к максимальной четкости или высокому уровню детализации, — говорит Майк. — Операторы-постановщики очень ценят особый стиль видео. Этот объектив справляется с обеими задачами. Он обеспечивает высочайшую четкость и разрешение, поддерживает быструю фокусировку, но вместе с тем предлагает особый кинематографичный стиль материалов».

Самая высокая светосила в линейке Canon EOS позволяет не только эффективно использовать Canon RF 50mm F1.2L USM для съемки при слабом освещении, но и создавать с его помощью кинематографичный акцент на основном объекте съемки. Конструкция устройства располагает 10-лепестковой диафрагмой, а также асферическими и UD-элементами, что обеспечивает сочетание превосходной четкости и красивого эффекта размытия.

«С RF 50mm F1.2L USM любую съемочную локацию можно превратить в место, где происходит волшебство, — добавляет Майк. — Он также прекрасно передает тона кожи и обеспечивает естественную перспективу при установке на полнокадровые камеры, что делает его отличным решением для съемки людей».

Амбассадор Canon Фелисия Сиско стала одним из первых фотографов, испытавших возможности объектива Canon RF 85mm F1.2L USM DS. Покрытие DS помогло превратить яркие источники света в размытые пятна, обеспечив кинематографичный и красивый эффект боке. Снято на камеру Canon EOS R со следующими параметрами: 1/160 сек., f/1.2 и ISO 800. © Фелисия Сиско

2. Canon RF 85mm F1.2L USM DS

Лучший объектив Canon для работы с эффектом боке

Объектив Canon RF 85mm F1.2L USM DS использует те же механические и оптические компоненты, что и Canon RF 85mm F1.2L USM, однако оснащен специальным покрытием Defocus Smoothing (DS) на паре элементов, которое обеспечивает более сильное размытие заднего плана.

«Он позволяет создавать уникальные изображения, которые остаются недоступны для всех других моделей на рынке, — поясняет Майк. — Задний план будет выглядеть, будто вы снимаете на кинообъектив из 1930-х, однако передний план вместе с тем сохранит четкость 8K на уровне 2020 года. Это означает сразу два эффекта на одном изображении. Если вы любите снимать с f/1.2 и предпочитаете мягкий эффект боке, этот объектив станет для вас технологичным решением с дополнительными творческими возможностями».

Эффект усиления боке (DS) заметен только при съемке с диафрагмой f/2.8 или более открытой, поэтому при съемке видео с этим объективом вам практически наверняка потребуются нейтральные фильтры. «Стоит помнить, что покрытия DS снижают светопропускную способность до T2.2 при съемке с F1.2, поэтому для работы в условиях слабого освещения, возможно, стоит выбрать стандартную версию этого объектива», — предлагает Майк.

Установка объектива Canon RF 15-35MM F2.8L IS USM на камеру Canon EOS C70 с датчиком Super-35 позволяет работать с углом обзора, эквивалентным стандартному зум-объективу. Системы стабилизации в объективе и камере совместно работают, устраняя эффект сотрясения камеры. © Фергус Кеннеди

3. Canon RF 15-35mm F2.8L IS USM

Лучший сверхширокоугольный объектив Canon RF

Потрясающее качество изображения и надежная конструкция с защитой от погодных воздействий — первая из моделей «тройки» профессиональных зум-объективов Canon RF позволит работать с необычными ракурсами видеосъемки.

Оптическая конструкция Canon RF 15-35MM F2.8L IS USM включает три асферических и два UD-элемента, а также покрытие с субволновой структурой (SWC) и Air Sphere Coating (ASC) для максимальной контрастности и четкости по всему изображению. Автофокусировка Nano USM и сверхэффективный оптический стабилизатор изображения помогут извлечь максимум из возможностей этого объектива.

Модель Canon RF 15-35MM F2.8L IS USM создана на основе объектива Canon EF 16-35mm f/2.8L III USM, однако дополнительный миллиметр фокусного расстояния обеспечивает значительную разницу угла обзора. Этот объектив будет полезен не только видеографам, использующим полнокадровые камеры системы EOS R.

«Пользователям камеры EOS C70 с датчиком Super-35 этот объектив предоставит возможность поработать с углом обзора, эквивалентным стандартному зум-объективу, — поясняет Майк. — Электронная стабилизация камеры работает совместно со стабилизатором в объективе, обеспечивая еще более эффективную стабилизацию».

Крепление RF позволило Canon забыть о прошлых ограничениях при создании новых объективов. «Благодаря широкому креплению, короткому заднему отрезку и высокоскоростному взаимодействию нам удалось создать ряд более компактных и производительных объективов, которые оставались за гранью возможного при использовании традиционного крепления», — говорит Майк. © Фергус Кеннеди

4. Canon RF 28-70mm F2L USM

Лучший объектив Canon RF для путешествий

Этот высокопроизводительный объектив L-серии предлагает пользователям превосходное качество изображения на уровне фикс-объективов наряду с удобством от использования модели с зумом. Добавьте к этому максимальную диафрагму f/2 — и получите объектив RF, позволяющий управлять всеми творческими аспектами съемки.

При установке объектива Canon RF 28-70mm F2L USM на камеру Canon EOS R5 или EOS R6 пользователи смогут оценить встроенную стабилизацию изображения камеры (IBIS) для создания плавных видео при съемке с рук. По словам Майка, уникальная конструкция этого объектива обеспечивает более эффективную компенсацию сотрясения камеры, чем у некоторых объективов со стабилизатором.

«Одна из основных особенностей крепления RF — это его широкий диаметр и короткий задний отрезок. которые позволяют нам разрабатывать объективы с очень большим кругом изображения. Это обеспечивает большую свободу движения датчика изображения, что, в свою очередь, позволяет эффективнее нивелировать разнообразные вибрации».

«Благодаря большому кругу изображения объектив Canon RF 28-70mm F2L USM предлагает стабилизацию с эффектом до 8 ступеней экспозиции (по меркам фотосъемки) с системой IBIS камер EOS R5 и R6. Это большой объектив без стабилизации изображения, однако он эффективнее, чем целый ряд объективов со встроенным стабилизатором. Это позволит добиться эффекта съемки с подвесом-стабилизатором, даже работая без него».

Мартин Биссиг стал одним из первых профессионалов, кому довелось испытать возможности EOS R5 по съемке видео. «Даже при съемке без штатива с объективом Canon RF 70-200mm F2.8L IS USM с фокусным расстоянием 200 мм кадры получились максимально плавными. В сочетании со стабилизацией IBIS система обеспечила превосходный результат», — говорит он. © Мартин Биссиг

5. Canon RF 70-200mm F2.8L IS USM

Лучший телеобъектив Canon RF

Несмотря на более компактный по сравнению с аналогичной моделью Canon EF 70-200mm f/2.8 размер, объектив Canon RF 70-200mm F2.8L IS USM обеспечивает значительно более высокую производительность. Асферические и Super UD-элементы, покрытия SWC и Super Spectra, а также 9-лепестковая диафрагма — все это предлагает пользователю превосходное оптическое качество. Защита от погодных воздействий, флюритовое покрытие и стабилизатор изображения, эквивалентный 5 ступеням экспозиции, обеспечивают высокую эффективность этого устройства даже в сложных условиях съемки.

Объектив Canon RF 70-200mm F2.8L IS USM — это первый объектив RF с двумя моторами Nano USM. По словам Майка, они выполняют важнейшую задачу, обеспечивая подавление «дыхания» фокуса. «В его оптическую конструкцию включена плавающая группа линз с независимым управлением. Обычно группа фокусировки состоит из 4–5 элементов, которые двигаются вместе, но на этот раз возможности плавающей группы не ограничиваются этим. Именно поэтому объектив оснащен двумя моторами Nano USM — они необходимы для независимой работы двух групп линз».

«Еще одно преимущество, связанное с движением плавающей группы фокусировки, — это увеличение расстояния фокусировки без внешних устройств, что позволяет этому объективу фокусироваться на расстоянии от 70 см, что значительно лучше, чем у аналогичной модели EF».

«Аналогичный RF 70-200mm F2.8L IS USM объектив из линейки EF был очень популярен среди создателей видео за сверхпрочный корпус, универсальный диапазон фокусных расстояний и диафрагму f/2.8, которая позволяла точно управлять задним планом сцены, — говорит Майк. — Однако в новой модели доступна точная настройка диафрагмы с шагом до 1/8 ступени, еще более быстрая фокусировка и встроенная плавающая группа линз, отвечающая за компенсацию «дыхания» фокуса».

Все объективы RF оснащены кольцом управления, на которое можно назначить одну из основных функций камеры для настройки параметра во время записи видео. © Фергус Кеннеди

6. Canon RF 24-240mm F4-6.3 IS USM

Лучший универсальный объектив Canon RF

Может, он не столь светосильный, как другие зум-объективы в этой подборке моделей RF для видеосъемки, однако сила Canon RF 24-240mm F4-6.3 IS USM заключается в его универсальности. «Этот легкий объектив с 10-кратным зумированием охватывает очень широкий диапазон фокусных расстояний, что делает его прекрасным вариантом для ситуаций, где все материалы создаются с помощью одного объектива, — говорит Майк. — Он станет отличным решением для сферы вещания и развлекательных трансляций, где за короткое время создается целый ряд разнообразных сцен».

Майк также отмечает, что кольцо управления на объективе помогает в создании видео. «На этом объективе кольцо управления также выполняет роль кольца фокусировки, поэтому оно по умолчанию работает бесшумно. Это позволяет без лишних звуков настраивать параметры камеры даже во время съемки».

Эта модель объектива не располагает электронным инструментом подавления «дыхания» фокуса, как Canon RF 70-200mm F2.8L IS USM, однако оснащен стабилизатором изображения, эквивалентным 5 ступеням экспозиции, и мотором Nano USM для бесшумной и быстрой автофокусировки, а также плавных эффектов перевода фокуса.

Источник: Canon

Выбираем объектив для камеры видеонаблюдения

Чтобы получить качественное изображение с видеокамеры, важен каждый элемент, входящий в состав устройства. Немаловажную роль в генерации видеопотока с четкой детализированной картинкой играет объектив. От качества линз, их подгонки и сборки, а также совместимости с характеристиками светочувствительной матрицы зависит эффективность работы оборудования. Поэтому при выборе объектива для камер видеонаблюдения важно правильно определить, какая оптика нужна в конкретной ситуации. Для этого нужно знать ее основные характеристики, специфику и область применения.

Чтобы узнать, как выбрать объектив камеры видеонаблюдения, нужно определить задачи, которые он будет выполнять. Здесь важны два фактора: место установки, зона охвата территории и максимальное расстояние, на котором будет работать система слежения.

Виды объективов камер видеонаблюдения

По конструкции различают 4 типа оптики:

Фиксированный (монофокальный). Имеют одно неизменяемое значение фокусного расстояния. Не требуют настройки, не могут изменять угол обзора камеры.
Вариофокальные.Позволяют вручную регулировать фокусное расстояние в пределах, заданных конструктивно. Такую оптику можно подстраивать под объект или быстро переконфигурировать на выполнение новой задачи. Универсальный вариант при подборе объектива для камеры видеонаблюдения.
Трансфокаторный. Оборудован мотором для изменения фокусного расстояния в автоматическом режиме. Используется в PTZ оборудовании, позволяет изменять угол обзора, масштабировать зону наблюдения. Как правило, оптика оборудована системой автофокусировки при зумировании объектов.
Fish-eye. Панорамная оптика, которая дает угол обзора 360°. В связи со спецификой передачи изображения, требует использования развертки картинки на плоскость. Видео, полученное с камеры, неудобно для просмотра в необработанном виде.

Основные характеристики разных типов объективов камер видеонаблюдения

Каждая оптическая система, установленная в видеокамерах, имеет ряд характеристик, которые влияют на специфику ее работы. Основные параметры:

фокусное расстояние;
угол обзора.

Что такое фокусное расстояние?
Этот параметр измеряет расстояние от светочувствительного сенсора до линз и соответственно влияет на размер объектива. Измеряется в миллиметрах и может быть фиксированным (для монофокальных исполнений) или изменяемым (для вариофокальных). Фокусное расстояние влияет на угол обзора камеры, зависимость обратно пропорциональная: чем меньше численное значение, тем большую территорию охватит устройство слежения. Прежде чем определиться, какой объектив для камеры видеонаблюдения выбрать, необходимо продумать, где устройство будет установлено. Оптика с маленьким фокусным расстоянием подойдет для охвата обширных территорий с небольшими требованиями к детализации, а большое значение параметра понадобится на узком участке с необходимой высокой четкостью изображения.
Зависимость углов обзора от фокусного расстояния объектива камеры видеонаблюдения указана в таблице
Фокусное расстояние, (мм) Угол обзора, (°) / вертикаль Угол обзора, (°) / горизонталь
2.8 90 120
3.5 63 79
4.0 48 65
5.5 40 55
6.0 32 42
8.0 24 32
12.0 17 22
25.0 8 11
50.0 4 5.5
Зависимость угла обзора от фокусного расстояния объектива
Как подобрать объектив для камеры видеонаблюдения по углу обзора
узкоугольные (3–30°). Используют для контроля небольшого сектора: коридоров, лестниц, территории под окнами;

среднеугольные (30–70°). Применяют в системах видеонаблюдения на детских или спортивных площадках, парковках, небольших офисных или складских помещениях;

широкоугольные (до 95°). Ставят на наблюдение за большими залами, входными конструкциями, дворами частных домов;

панорамные (360°). Используются при наблюдении за помещением или уличной территорией целиком. Не оставляют «мертвых» зон.

Как выбрать объектив
В первую очередь, нужно четко определить задачи видеонаблюдения и место установки камеры. Это позволит правильно подобрать фокусное расстояние, тип и угол обзора. Следует помнить, на что влияет размер объектива камеры видеонаблюдения, как правильно определять необходимый угол обзора в конкретной ситуации, и зачем нужны разные типы оптики.
Оптимальные варианты объективов, которые применимы в большинстве ситуаций, — фиксированные и вариофокальные. Панорамные и трансфокаторные выполняют более узкоспециализированные функции и стоят заметно дороже. Каталог объективов для видеонаблюдения Вы можете посмотреть по ссылке.
Объектив ахроматический 8×0,20 М-42 ЛОМО — SCOPICA
ахроматический объектив
ОБЪЕКТИВ 8×0,20 ЛОМО
Ахроматический микрообъектив ЛОМО шифр М-42 с увеличением 8x и апертурой 0.20 является одним из самых распространенных объективов, выпускавшихся для микроскопов Ленинградского Оптико — Механического Объединения.
Микрообъективом 8x 0,20 комплектовались микроскопы Биолам Р-1, Биолам М, МБИ-1 и многие другие.
Объектив 8×0,20 предназначен для работы в проходящем свете для длины тубуса 160 мм и для наблюдения препаратов с покровным стеклом толщиной 0,17 мм.
Как и все ахроматические объективы имеет наиболее простую оптическую систему. (Конструкция объектива — двухкомпонентная. Оба компонента представляют собой склейки из отрицательных и положительных линз.) Хроматическая аберрация исправлена для двух длин волн, в следствии чего имеется небольшая остаточная окраска изображения. Дает достаточно резкое изображение в центральной части поля зрения, но обладает кривизной поля, в результате которой на краях поля зрения изображение получается размытым. Качество изображения данного объектива вполне удовлетворительно для проведения рядовых повседневных работ, связанных с просмотром, отбором или контролем объекта.
Индекс: 151.03
Шифр: М-42
Увеличение: 8x
Апертура: 0,20
Характеристика: Ахромат
Фокусное расстояние: 18,14
Рабочее расстояние: 8,57
Расстояние от опорной плоскости объектива до предмета: 33 мм
Система: Cухая
Длина тубуса: 160 мм
Толщина покровного стекла: 0,17 мм
Стандарт: RMS
Присоединительная резьба: 4/5» (20,32 мм)
Производитель: ЛОМО (ранее Государственный Союзный завод)
Страна производителя: Россия (ранее СССР)
ГАРАНТИЙНЫЕ ОБЯЗАТЕЛЬСТВА
Гарантийный срок эксплуатации объектива М42 8x 0,20 — два с половиной года со дня ввода в эксплуатацию. При этом общий срок хранения до ввода в эксплуатацию не может превышать шести месяцев со дня поступления объектива от предприятия — изготовителя.
Неисправности объектива, обнаруженные в течение указанных сроков, устраняются предприятием-изготовителем безвозмездно при условии соблюдения потребителем правил транспортирования, хранения и эксплуатации.

У Вас есть товар: микроскоп, запчасти и комплектующие для него, или литература? Подайте объявление о продаже на торговой площадке market.scopica.ru
LENS Equipment Company
Видеорегистратор с крышкой для кофейной чашки с Wi-Fi
Новый стандарт скрытого видео уже здесь — СЕЙЧАС С ПРЯМЫМ WI-FI и разрешением 1080p! Этот предмет меняет правила игры — вы можете пить кофе во время записи видео.
HD брелок DVR
Это новый цифровой видеорегистратор с брелоком LawMate 4-го поколения, теперь с камерой высокой четкости 1080P и широким динамическим диапазоном! Простая запись видео нажатием одной кнопки и фотоаппарат высокого разрешения.Новый модернизированный брелок для ключей для более реалистичного вида и
Power Bank P2P-IP видеорегистратор
Наш новый Power Bank Wi-Fi IP DVR выглядит и работает так же, как обычный аккумулятор, который вы бы использовали для зарядки своих электронных устройств.Вы можете контролировать видеопоток из любой точки мира.
Автомобильное зарядное устройство USB DVR
Наш новый автомобильный видеорегистратор с зарядным устройством — это мини-видеорегистратор с разрешением Full HD 1080P, который работает автоматически и одновременно работает как зарядное устройство. Теперь с ИК!
Держатель для телефона на лобовое стекло DVR
Держатель для телефона с креплением на лобовое стекло DVR — это видеорегистратор Full HD 1080P для смартфонов (шириной до 8 см), который обеспечивает запись в ночном видении через ИК-порт.
Bluetooth-динамик Wi-Fi IP DVR
Этот новый беспроводной Bluetooth-динамик LawMate со встроенным IP-видеорегистратором создан для путешествий — небольшой размер, но отличный звук. Функция Wi-Fi IP позволяет транслировать аудио и видео в прямом эфире в любую точку мира.
Новый брелок для видеорегистратора
Это видеорегистратор с брелоком Law Mate последнего поколения с потрясающей камерой с высоким разрешением и широким динамическим диапазоном (WDR)!
2K Видеорегистратор Monster Can
Наша последняя инновация в области скрытого видео уже здесь! Этот новый видеорегистратор впишется в любую среду.Технология 3D-печати позволила нам встроить в Monster can маскировку видеорегистратор с высоким разрешением 2K и камеру.
Комплект камеры «Сделай сам» 1080P
Вы хотите создать свою собственную камеру? В этом полном комплекте есть все необходимое для начала работы. Просто выберите предмет или место, где вы хотите разместить камеру, и вы сможете транслировать живые кадры в течение нескольких минут!
Ручка
HD DVR
Рекомендуемая производителем розничная цена
: 129 долларов.00
Цена: $ 64.00
Вы экономите: $ 65.00 (50%)
Ручка для видеозаписи DV720P — это высококачественный стильный пишущий инструмент, скрывающий видеокамеру с высоким разрешением 720P. Просто нажмите одну кнопку, чтобы начать запись цифрового видео на встроенную микросхему памяти.
4K Бутылка для водных видов спорта WiFi P2P DVR со звуком
Эта бытовая полнофункциональная бутылка для занятий водными видами спорта с батарейным питанием и WiFi-камерой с разрешением 4K UHD имеет в четыре раза более высокое разрешение, чем 1080P.Вы можете транслировать в сверхвысоком разрешении 4K HD или сохранять отснятый материал на SD-карту.
Устройство скрытого аудиомониторинга Global Ear
Это устройство представляет собой устройство скрытого аудиомониторинга с неограниченным диапазоном действия с использованием SIM-карты GSM от AT&T или T-Mobile. Наберитесь из любой точки мира, чтобы слушать, используя высокочувствительный микрофон для сбора звука с близкого расстояния.
2k Устройство открывания гаражных ворот DVR
Следите за салоном вашего автомобиля с помощью видеорегистратора для открывания дверей гаража! Это устройство выглядит как обычное устройство для открывания ворот гаража, но содержит камеру 2K, аккумулятор на 12,5 часов и карту MicroSD на 128 ГБ.
Что такое Google Lens и как он работает?
(Pocket-lint) — Google Lens — это технология на базе искусственного интеллекта, которая использует камеру вашего смартфона и глубокое машинное обучение, чтобы не только обнаруживать объект перед объективом камеры, но и понимать его, а также предлагать такие действия, как сканирование, перевод, покупки. , и больше.
Объектив
был одним из крупнейших анонсов Google в 2017 году и эксклюзивной функцией Google Pixel, когда этот телефон был выпущен. С тех пор Google Lens появился на большинстве устройств Android — если у вас его нет, приложение доступно для загрузки в Google Play.
Что такое Google Lens?
Google Lens позволяет вам навести телефон на что-то, например на конкретный цветок, а затем спросить Google Assistant, на какой объект вы указываете. Вам не только сообщат ответ, но и предложат варианты, основанные на объекте, например, у ближайших флористов, в случае цветка.
Другие примеры того, что может делать Google Lens, включают возможность сфотографировать наклейку SSID на задней панели маршрутизатора Wi-Fi, после чего ваш телефон автоматически подключится к сети Wi-Fi без необходимости каких-либо действий. еще. Да, больше не нужно лезть под шкаф, чтобы прочитать пароль, набирая его на телефоне. Теперь с Google Lens вы можете буквально наводить и снимать.
Pocket-lint
Google Lens распознает рестораны, клубы, кафе и бары, показывая вам всплывающее окно с обзорами, адресами и часами работы.Впечатляет способность распознавать повседневные предметы. Он распознает руку и предложит смайлики с изображением большого пальца вверх, что немного забавно, но направит его на напиток, и он попытается выяснить, что это такое.
Мы проверили эту функциональность с бокалом белого вина. Он не предлагал нам белое вино, но предлагал целый ряд других алкогольных напитков, позволяя вам затем просмотреть, что они из себя представляют, как их приготовить и так далее. Это показывает, что, хотя Lens быстрый и умный, он не всегда точен.
Мы также протестировали его со многими садовыми растениями и обнаружили, что это действительно полезный способ узнать, что вы выращиваете.
Что умеет Google Lens?
Помимо описанных выше сценариев, Google Lens предлагает следующие функции:
Translate: Вы можете навести телефон на текст и, подключив Google Translate, переводить текст в реальном времени прямо у вас на глазах. Это также может работать в автономном режиме.

Интеллектуальный выбор текста : вы можете навести камеру телефона на текст, затем выделить этот текст в Google Lens и скопировать его для использования на телефоне.Так, например, представьте, что вы указываете своим телефоном пароль Wi-Fi и можете скопировать / вставить его на экран входа в систему Wi-Fi.
Интеллектуальный поиск текста : когда вы выделяете текст в Google Lens, вы также можете искать этот текст с помощью Google. Это удобно, например, если вам нужно найти определение слова.
Покупки : если вы видите платье, которое вам нравится, во время покупок, Google Lens может идентифицировать этот предмет и аналогичные предметы одежды. Это работает практически для любого предмета, о котором вы только можете подумать, при просмотре покупок или отзывов.
Вопросы о домашнем задании Google : Верно, вы можете просто просмотреть вопрос и посмотреть, что придумает Google.
Поиск вокруг вас : если вы наведете камеру вокруг себя, Google Lens обнаружит и идентифицирует ваше окружение. Это могут быть сведения о достопримечательностях или сведения о типах еды, включая рецепты.
Как работает Google Lens?
Приложение Google Lens
У Google есть отдельное приложение на Android для Google Lens, если вы хотите сразу познакомиться с функциями.Вы можете получить доступ к Google Lens с помощью целого ряда других методов, как подробно описано ниже.
Google
Опыт будет одинаковым, какой бы подход вы ни выбрали; при нажатии на значок «Объектив» в Google Assistant открывается то же представление, что и в приложении «Объектив».
Google Фото
В Google Фото Google Lens может определять здания или ориентиры, например, предлагая пользователям маршруты и часы работы для них. Также будет возможность представить информацию об известном произведении искусства.Может быть, это решит спор о том, улыбается Мона Лиза или нет.
Pocket-lint
При просмотре изображений в Google Фото вы увидите значок Google Lens в нижней части окна. При нажатии на значок на вашем изображении появятся точки сканирования, а затем Google предложит варианты.
Приложение камеры
В некоторых телефонах Android Google Lens был напрямую добавлен в собственное приложение камеры устройства. Он может находиться в разделе «Еще», но будет отличаться в зависимости от производителя и пользовательского интерфейса.
На iPhone
Если вы хотите получить доступ к Google Lens на iPhone, вы можете получить его через приложение Google. Это приложение охватывает ряд сервисов Google, встроенных в устройства Android. После того, как вы установили приложение, вы можете перейти в раздел Google Lens, предоставить ему разрешение на доступ к вашей камере iPhone, и вперед — вы получите все перечисленные выше функции.
Какие устройства поддерживают Google Lens?
Если вы являетесь пользователем устройства Android, вы можете получить доступ к приложению. Однако есть некоторые исключения, такие как телефоны с запрещенными службами Google, такие как телефоны Huawei, поэтому стоит проверить в Google Play, чтобы узнать, сможете ли вы их получить.
Он также доступен на iPhone или iPad, как описано выше.
EaseUS — самый простой способ восстановить ваши конфиденциальные данные на Mac или ПК По продвижению Pocket-lint · 15 июня 2021
Что дальше с Google Lens?
Учитывая, что Google Lens представляет собой передовую технологию камеры и ее реализацию Google, на горизонте постоянно появляются небольшие обновления и, по слухам, функции для приложения.
Благодаря широкой доступности на устройствах Android и iPhone, с Google Lens всегда есть что открыть.
Подробнее об этой истории
Эта статья была первоначально опубликована в 2017 году и была обновлена с учетом меняющейся информации.
Написано Крисом Холлом и Бриттой О’Бойл.
Беспроводная интеллектуальная контактная линза для диагностики и терапии диабета
Abstract
Интеллектуальная контактная линза может использоваться в качестве отличного интерфейса между человеческим телом и электронным устройством для носимых медицинских приложений.Несмотря на широкие исследования интеллектуальных контактных линз для диагностических приложений, не было сообщений об электрически контролируемой доставке лекарств в сочетании с биометрическим анализом в реальном времени. Здесь мы разработали умные контактные линзы как для непрерывного мониторинга уровня глюкозы, так и для лечения диабетической ретинопатии. Устройство для интеллектуальных контактных линз, построенное на основе биосовместимого полимера, содержит ультратонкие гибкие электрические схемы и микросхему микроконтроллера для электрохимического биодатчика в реальном времени, контролируемой доставки лекарств по запросу, беспроводного управления питанием и передачи данных.В моделях диабетических кроликов мы могли бы измерить уровни глюкозы в слезах, чтобы подтвердить их с помощью обычных инвазивных тестов на уровень глюкозы в крови и инициировать высвобождение лекарств из резервуаров для лечения диабетической ретинопатии. Вместе мы успешно продемонстрировали возможность использования умных контактных линз для неинвазивной и непрерывной диагностики диабета и терапии диабетической ретинопатии.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время мягкая биоэлектроника была широко исследована, чтобы использовать преимущества присущих ей полимерных свойств и органической электроники для носимых и имплантируемых медицинских устройств ( 1 , 2 ).На основе этого нововведения было разработано множество видов медицинских устройств для диагностических ( 3 ), терапевтических ( 4 ) и тераностических приложений ( 5 ). Носимые устройства успешно применяются для непрерывного мониторинга уровня глюкозы ( 5 ), электрокардиографии ( 6 ), электромиографии ( 7 ), фотоплетизмографии и пульсоксиметрии ( 8 ). Они могут предоставить важную медицинскую информацию для наблюдения за состоянием здоровья и диагностики различных заболеваний.Кроме того, было разработано новаторское полупроводниковое имплантируемое устройство доставки лекарств для применения в подкожной жидкости ( 9 ), что положило начало разработке имплантируемых систем доставки лекарств по требованию ( 10 ). Комбинируя эти технологии вместе, было разработано множество видов медицинских устройств для тераностических приложений на стыке биологических, наноразмерных и электронных технологий ( 5 , 11 — 13 ).
Среди различных носимых устройств здравоохранения, интеллектуальные контактные линзы привлекли большое коммерческое внимание для приложений здравоохранения ( 14 , 15 ).Поверхность роговицы уникальным образом представляет собой удобный и неинвазивный интерфейс для физиологических условий человеческого тела. Глаза напрямую связаны с мозгом, печенью, сердцем, легкими и почками и могут служить окном в тело ( 16 ). В этом контексте компания Sensimed выпустила одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) продукт, Triggerfish, для мониторинга внутриглазного давления у пациентов с глаукомой в 2016 году ( 14 , 15 ). Кроме того, Google разработал линзу Google для диагностики пациентов с диабетом в сотрудничестве с Novartis ( 15 ).Эти умные контактные линзы особенно важны, потому что они делают возможным неинвазивный и непрерывный мониторинг глаукомы и диабета, соответственно. Кроме того, были разработаны интеллектуальные носимые сенсорные системы, интегрированные в мягкие контактные линзы, для измерения изменения сопротивления графеновых сенсоров при связывании глюкозы для дистанционного мониторинга диабета ( 17 , 18 ). Однако электрический ток и изменения цвета в датчиках были пропорциональны в логарифмической шкале концентрациям глюкозы, что могло быть недостаточно для измерения реальной концентрации глюкозы для точной диагностики диабета.
Здесь мы разработали интеллектуальную контактную линзу с дистанционным управлением для неинвазивного мониторинга глюкозы и контролируемой доставки лекарств для лечения диабетической ретинопатии. Многофункциональная интеллектуальная контактная линза состоит из пяти основных частей: электрохимического биосенсора в реальном времени, гибкой системы доставки лекарств по запросу (f-DDS), резонансной индуктивной беспроводной системы передачи энергии, микроконтроллера на базе дополнительной интегральной схемы (IC). микросхема с блоком управления питанием (PMU) и системой удаленной радиочастотной (RF) связи (рис.1). Амперометрический биосенсор в реальном времени предназначен для обнаружения глюкозы в слезах, заменяя необходимость инвазивных анализов крови. Лекарства могут быть выпущены из саморегулируемого пульсирующего f-DDS с помощью удаленной связи. Резонансная индуктивная связь с медной (Cu) катушкой приемника позволяет получать беспроводное питание от внешнего источника питания с катушкой передатчика. Устройство взаимодействует с внешним контроллером посредством радиочастотной связи. Мы оценили и обсудили возможность использования этих умных контактных линз для диагностики диабета и лечения диабетической ретинопатии.
Рис. 1 Схематическое изображение смарт-контактных линз для диагностики и лечения диабета.
В интеллектуальную контактную линзу встроены биосенсор, f-DDS, система беспроводной передачи энергии от катушки передатчика к катушке приемника, микросхема ASIC и система удаленной связи в качестве повсеместной платформы для различных диагностических и терапевтических приложений.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Приготовление и характеристика силиконовых гидрогелей для контактных линз
Были приготовлены силиконовые гидрогели для контактных линз с химической структурой, схематически показанной на рис.S1A. Силикон-гидрогели были изготовлены в виде контактной линзы диаметром 14 мм, толщиной 200 мкм и радиусом кривизны 8,0 мм. Инфракрасная спектроскопия с ослабленным полным отражением с преобразованием Фурье (ATR-FTIR) показала четкие пики, соответствующие химическому присоединению добавленных мономеров (рис. S1B). Длины волн пяти пиков были хорошо согласованы с таковыми у коммерческих силикон-гидрогелевых контактных линз из лотрафилкона А. Контактные силикон-гидрогелевые контактные линзы демонстрировали почти сравнимый коэффициент пропускания с таковым у контактных линз из поли (гидроксиэтилметакрилата) (PHEMA) гидрогеля в качестве контроля в видимый диапазон длин волн (рис.S1C). Равновесное содержание воды (EWC) в контактных линзах из силикон-гидрогеля составляло 33,6%, что было выше, чем у контактных линз из гидрогеля PHEMA (21,3%) и лотрафилкона A (24%) (рис. S1D) из-за высокого соотношения гидрофильные силиконсодержащие мономеры. Диаметр силикон-гидрогелевой линзы увеличился всего на 1-15 мм, тогда как диаметр гидрогелевой линзы PHEMA увеличился на 2-16 мм. Гидрофильность поверхности контактной линзы из силикон-гидрогеля контролировалась обработкой озоновой плазмой.Контактная линза из силикон-гидрогеля с обработанной поверхностью показывала меньший угол контакта с водой, чем контактная линза из гидрогеля PHEMA в каждый момент времени (рис. S1E), и капля воды быстро впитывалась в контактную линзу из силикон-гидрогеля (рис. S1F).
Электрическое определение концентрации глюкозы в слезе в реальном времени in vitro
Глазной датчик глюкозы был разработан с тремя электродами, чтобы иметь низкое электрическое сопротивление для облегченной электрохимической реакции глюкозы (рис.2А). Рабочий электрод (WE) и противоэлектрод (CE) были приготовлены из платины (Pt) для эффективной электрохимической реакции. Чтобы улучшить адгезию между полиэтилентерефталатом (ПЭТ) и Pt, слой Cr был нанесен на подложку из ПЭТ в качестве адгезионного слоя перед нанесением слоя Pt. Электрод сравнения (RE), покрытый серебром / хлоридом серебра (Ag / AgCl), повысил точность амперометрического электрохимического датчика глюкозы в жидкой среде, обеспечивая постоянное напряжение на WE во время измерения глюкозы.Чтобы контролировать содержание глюкозы в слезах с высокой чувствительностью и стабильностью, мы покрыли WE смешанным раствором глюкозооксидазы (GOx), бычьего сывороточного альбумина (BSA), поливинилового спирта (PVA) и хитозана. После сушки к сшиванию хитозана и ПВС добавляли глутаральдегид для иммобилизации GOx с помощью BSA. Чтобы подтвердить сильную корреляцию между уровнями глюкозы в крови и слезах, их концентрации у нормальных и диабетических кроликов были измерены до и после трехкратного кормления и голодания.Кролики с диабетом показали более высокие концентрации глюкозы как в слезах, так и в крови, чем у нормальных кроликов (рис. 2В). Эти уровни глюкозы в крови и слезах, по-видимому, находятся в разумном диапазоне, потому что нормальный уровень глюкозы в крови для недиабетиков во время голодания составляет от 70 до 130 мг дл ^-1 ( 19 ). Из-за большого интервала времени отбора проб мы не смогли наблюдать время задержки в увеличении концентрации глюкозы между кровью и слезой, как описано в другом месте ( 19 ).Однако мы прояснили повторяющуюся сильную корреляцию между уровнем глюкозы в крови и слезой. Эти результаты показали возможность измерения уровня глюкозы в слезах в качестве альтернативы измерению уровня глюкозы в крови для диагностики диабетических заболеваний.
Рис. 2 Электрическое обнаружение глазных сенсоров глюкозы in vitro.
( A ) Схематическое изображение глазного сенсора глюкозы с тремя электродами (WE, рабочий электрод; RE, электрод сравнения; CE, противоэлектрод) и механизм измерения глюкозы в слезах.( B ) Корреляция между уровнями глюкозы в крови и слезах у нормальных и диабетических кроликов. ( C ) Электрическое определение концентраций глюкозы в реальном времени по сравнению с PBS. ( D ) Текущее изменение сенсора глюкозы, показывающее селективность до 0,35 и 0,7 мг дл ^-1 аскорбиновой кислоты (АК), 22,5 и 45 мг дл ^-1 лактата, 18 и 36 мг дл ^-1 мочевина и 5 мг дл ^-1 глюкозы. ( E ) Долгосрочная стабильность сенсора глюкозы после хранения в течение 0, 21, 42 и 63 дней ( n = 3).
Как показано на рис. 2C, мы могли измерить концентрацию глюкозы в реальном времени по изменению электрического тока in vitro с помощью потенциостата. Ток увеличивался с 0,41 до 3,12 мкА с увеличением концентрации глюкозы с 5 до 50 мг дл ^-1. Этот диапазон изменения тока может быть подходящим для удаленного мониторинга физиологического уровня глюкозы. Чтобы оценить избирательность по отношению к глюкозе, мы применили потенциально мешающие молекулы аскорбиновой кислоты (A), лактата (L) и мочевины (U) в слезе (рис.2D). Сообщается, что концентрации ALU составляют около 0,70 мг дл ^-1 для A ( 20 ), от 18 до 45 мг дл ^-1 для L ( 21 ) и 36 мг дл ^-1 для У ( 20 ) в разрыве. Когда соответствующие концентрации мешающих молекул (A, L и U) были добавлены в систему измерения глюкозы, наблюдался лишь небольшой шум с незначительным изменением тока. В отличие от A, L и U, добавление 5 мг дл ^-1 глюкозы быстро увеличивало ток до 0.42 мкА. Кроме того, мы оценили долгосрочную стабильность сенсоров глюкозы (рис. 2E). После изготовления умные контактные линзы хранили в стерилизованном фосфатно-солевом буфере (PBS) при температуре от 20 до 25 ° C, что было аналогично реальной среде хранения контактных линз, в течение 21, 42 и 63 дней. Работоспособность сенсоров глюкозы поддерживалась стабильно с отклонением менее 2% в течение 63 дней ( n = 3).
Высвобождение f-DDS по требованию
f-DDS был изготовлен с размерами 1.5 мм на 3 мм на 130 мкм (рис. 3, А и Б). Отслаивающий слой и буферный слой оксида кремния (SiO ₂) были нанесены на стеклянную подложку, а резервуар для лекарственного средства был покрыт бездефектным Au анодным электродом. Процесс лазерного отрыва (LLO) с использованием эксимерного лазера локально расплавил и диссоциировал отшелушивающий слой. Буферный слой SiO ₂ поддерживал верхний слой устройства во время процесса LLO и блокировал тепловой поток, генерируемый во время лазерного отшелушивания.Помимо управления продолжительностью лазерного выстрела, толщина буферного слоя SiO ₂ была важным фактором для минимизации теплового повреждения устройства во время процесса LLO. Мы использовали два разных фоторезиста СУ8-5 и СУ8-50. SU8-5 имеет меньшую вязкость и прочность, чем SU8-50. Соответственно, SU8-5 использовался для изоляции электрода, за исключением того, что место высвобождения лекарства для стабильной работы f-DDS и SU8-50 использовалось для создания DDS. Поперечная сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) показала электроды и изолированные слои резервуара (рис.S2). Испытание на механический изгиб проводилось для оценки механической надежности f-DDS на гибкой подложке (рис. S3, A и B). Рабочий ток f-DDS поддерживался без каких-либо заметных изменений во время испытания на механическую прочность до 1000 циклов (рис. S3C).
Рис. 3 Доставка лекарств по запросу с использованием f-DDS.
( A ) Схематическое изображение изготовления f-DDS. (i) выращивание буферного слоя диоксида кремния (SiO ₂) на стеклянной подложке; (ii) нанесение металлов Ti, Au и Ti на анодные и катодные электроды; (iii) формирование паттернов резервуаров лекарственного средства SU8; (iv) загрузка лекарств; (v) прикрепление ПЭТ и лазерного сканирования устройства; (vi) отсоединение f-DDS; и (vii) травление Ti с изоляцией SU8.( B ) Фотография f-DDS. Фото: Бом Хо Мун, KAIST. ( C ) СЭМ-изображения f-DDS до и после электрохимического теста золота. Масштабная линейка 250 мкм. ( D ) Конфокальные флуоресцентные микроскопические изображения красителя родамина B, высвобождаемого из резервуаров с лекарственным средством. Масштабные линейки 300 мкм (слева) и 500 мкм (справа). ( E ) Текущее изменение f-DDS. ( F ) Пульсирующее высвобождение концентрации генистеина. ( G ) Нормализованное содержание генистеина, выпущенного из резервуаров ( n = 6) по сравнению с исходным содержанием загрузки.
Загруженные лекарства избирательно высвобождались из резервуара с лекарствами путем включения / выключения управления напряжением. Как показано на СЭМ-изображении анодного электрода из золота, тонкая мембрана из золота покрывала всю площадь резервуаров с лекарственными средствами без какой-либо утечки лекарств (рис. 3С, слева). После приложения электрического напряжения 1,8 В Au-мембрана растворилась в течение 40 с (рис. 3С, справа). Слой Au плавили в PBS при постоянном напряжении в виде AuCl ₄ ^—. Конфокальная флуоресцентная микроскопия показала, что красный родаминовый краситель высвобождается из резервуара под действием электрического потенциала (рис.3D). Ток между анодом и катодом увеличился до 6,08 ± 0,16 мкА, а аноды из Au медленно растворялись при небольшом уменьшении тока с 6,08 ± 0,16 мкА до 4,35 ± 0,11 мкА (рис. 3E). Генистеин выпускался пульсирующим образом из трех различных резервуаров с лекарственными средствами (рис. 3F). Анод медленно растворялся током в микромасштабе, и лекарство почти полностью высвобождалось после восстановления тока до исходного состояния. Мы смогли обнаружить 89,97 ± 37,10% загруженного генистеина в PBS, подтверждая, что терапевтическое количество лекарства может высвобождаться из f-DDS (рис.3G). Кроме того, терапевтическое количество метформина для диабетиков может быть высвобождено из интеллектуальной контактной линзы за счет синхронизированной обратной связи для терапии в месте оказания помощи и других тераностических приложений (рис. S3D).
Беспроводная передача энергии и дистанционная связь
Система беспроводной передачи энергии была разработана посредством резонансной индуктивной связи. Катушка приемника, встроенная в интеллектуальную контактную линзу, получает различную электрическую мощность от катушки передатчика в зависимости от расстояния (рис.S4A). Эффективность беспроводной передачи энергии между двумя катушками измерялась анализатором цепей, которая обратно пропорциональна расстоянию (рис. S4A). Требуемая потребляемая мощность PMU, блока считывания датчиков и блока удаленной связи (RCU) на интеллектуальной контактной линзе составляла 43, 34,4 и 2,3 мВт соответственно (рис. S4B). ПДУ передавал данные со скоростью 445 кбит / с ^-1 в полосе частот 433 МГц, применяемой для промышленности, науки и медицины (ISM) с использованием модуляции включения-выключения, и им можно было управлять для отключения для экономии энергии, когда данные были не передается.Используя резонансную индуктивную связь, микросхема специализированной интегральной схемы (ASIC), подключенная к дополнительному конденсатору для хранения энергии, успешно принимала электромагнитную энергию на расстоянии 1 см от катушки передатчика с эффективностью 2%. Эффективности было достаточно для поддержания базовой работы и удаленной связи смарт-контактной линзы. Средний выходной код аналого-цифрового преобразователя (АЦП) из микросхемы ASIC был пропорционален входному току (рис.S5, A и B). Общее преобразование входного сигнала было доступно до 4,1 мкА с разрешаемым входным значением 150 пА, что подходило для электрического определения глюкозы с помощью глазного сенсора глюкозы. Глазной датчик глюкозы и f-DDS работали под управлением микросхемы ASIC путем приложения соответствующих напряжений смещения (рис. S5, B и C). Преобразованные данные биосенсора были сериализованы микросхемой ASIC и успешно переданы на внешнее устройство персонального компьютера (ПК) с использованием беспроводной системы питания и удаленной связи (рис.S5D).
Изготовление и оценка интегрированной интеллектуальной контактной линзы
На основе предварительных экспериментальных результатов была изготовлена интеллектуальная контактная линза путем химического сшивания раствора предшественника силикон-гидрогеля, содержащего пленку ПЭТ, в которую был встроен биосенсор глюкозы , f-DDS, микросхему ASIC, медный приемник энергии и радиочастотные коммуникационные катушки, пассивированные с помощью Parylene C (рис. S6A). Катушка считывающего устройства, которая была подключена к коммерческому усилителю мощности, передавала по беспроводной сети достаточную электрическую мощность на интеллектуальную контактную линзу для определения уровня глюкозы в слезах в реальном времени и дистанционного управления f-DDS (рис.S6B). На RE электрохимического сенсора глюкозы подавали постоянный потенциал, что обеспечивало высокую чувствительность и стабильность. Выходные данные биосенсора передавались по беспроводной сети с помощью удаленной связи с использованием специализированного модуля приемника амплитудной манипуляции (ASK), Alf Vergard Risc (AVR) и ПК. Дистанционно переданные данные показали, что текущее изменение датчика глюкозы было пропорционально применяемому уровню глюкозы in vitro, что подтвердило возможность беспроводного электрического определения глюкозы в реальном времени с помощью интеллектуальной контактной линзы (рис.S6C). Значения изменения выходного тока от 0,40 до 3,13 мкА были аналогичны значениям измерения глюкозы с использованием потенциостата in vitro на рис. 2С. Кроме того, доставка лекарств по запросу была продемонстрирована с помощью дистанционного управления микросхемой ASIC для подачи постоянного напряжения 1,8 В на f-DDS (рис. S6C). Контактные линзы из силикон-гидрогеля с высоким содержанием воды не вызывали каких-либо существенных повреждений биосенсора, f-DDS и других компонентов микронного размера.
Интеллектуальные контактные линзы для диагностики и лечения in vivo
Перед применением in vivo безопасность интегрированных интеллектуальных контактных линз оценивалась на глазах новозеландских белых кроликов в течение 5 дней (рис.S7). Гистологический анализ извлеченных глаз кроликов с окрашиванием гематоксилином и эозином (H&E) не показал каких-либо заметных повреждений эпителия роговицы, стромы и эндотелия кроликов после ношения умных контактных линз в течение 3 и 5 дней по сравнению с нормальной роговицей кроликов. . Хотя наши умные контактные линзы вызывали некоторую степень отека роговицы, они не вызывали воспалительной реакции через 5 дней. Набухание роговицы, вероятно, было вызвано плохой передачей кислорода через закрытое веко во время сна при ношении контактных линз, что приводит к накоплению молочной кислоты и воды внутри роговицы в результате осмотического сдвига.Никаких инфекций, серьезных побочных реакций или изменений на поверхности глаза при установленном линзе не наблюдалось. В целом, наши результаты продемонстрировали предварительную безопасность смарт-контактных линз при наложении на глаз.
После этого мы провели оценку интегрированных смарт-контактных линз на глазах кроликов с диабетом для приложений биочувствительности и доставки лекарств, как схематически показано на рис. 4A. Встроенная беспроводная интеллектуальная контактная линза только для определения уровня глюкозы (рис. S8A) или для определения уровня глюкозы и доставки лекарства (рис.S8B) носился на кроличьем глазу и управлялся посредством беспроводной передачи энергии между внешней катушкой передатчика и катушкой приемника на интеллектуальной контактной линзе (рис. S8C). В конечном итоге портативную систему передачи энергии можно установить на интеллектуальных очках или смартфонах, как схематично показано на фиг. 4A. Диабетическим кроликам вводили инсулин, анестезировали кетамином и надевали наши умные контактные линзы (фильм S1). После ношения смарт-контактных линз глазной датчик глюкозы показал повышение концентрации глюкозы до 30.53 мг дл ^-1 при контакте с глюкозой слезы, а затем снижение до 16,72 мг дл ^-1 за счет воздействия инсулина на метаболизм глюкозы, что хорошо согласуется с профилем концентрации глюкозы в крови, определенным глюкометром (рис. . 4B). Реальный уровень глюкозы в слезе, измеренный с помощью анализа глюкозы, хорошо согласовывался с преобразованным уровнем глюкозы из значений выходного тока. Группа Парвиза ранее разработала сенсорную систему для контактных линз и выполнила беспроводной мониторинг уровня глюкозы с использованием полидиметилсилоксановой (PDMS) модели глаза ( 20 , 22 ).В то время как выходной ток онлайн-датчика находился в диапазоне от 0 до 400 нА для концентрации глюкозы от 0 до 10,81 мг дл ^-1 ( 20 ), выходной ток беспроводного датчика находился в диапазоне от 0 до 80 нА для концентрация глюкозы от 0 до 36,03 мг дл ^-1 ( 22 ). Напротив, мы беспроводным способом измеряем реальный уровень глюкозы в слезе в широком физиологически значимом диапазоне от 0 до 49,9 мг дл ^-1 in vitro и in vivo с улучшенной чувствительностью (рис.2C и 4B и фиг. S6C).
Рис. 4. Применение систем интеллектуальных контактных линз in vivo.
( A ) Схематическое изображение смарт-контактных линз для диагностики и лечения диабета in vivo. ( B ) Беспроводное измерение уровня глюкозы в слезе в реальном времени in vivo с помощью смарт-контактных линз. Уровни глюкозы в крови и слезах измеряли (i) после инъекции инсулина и анестезии для ношения смарт-контактных линз в PBS. (ii) Уровень глюкозы в слезах увеличился из-за глюкозы в слезах и снизился, отражая снижение уровня глюкозы в крови из-за введенного инсулина.Уровень глюкозы в крови измеряли каждые 5 минут с помощью коммерческого глюкометра. ( C ) Флуоресцентные микроскопические изображения лекарств, абсорбированных в роговице, склере и сетчатке кроликов, носящих интеллектуальную контактную линзу, загруженную (верхний ряд) и не содержащую (нижний ряд) генистеина. Шкала шкалы 0,1 мм. ( D ) Анализ с помощью инфракрасной камеры для определения температуры глаза, умных контактных линз и передающей катушки после работы в течение 0, 15 и 30 мин.
Кроме того, мы могли удаленно запускать высвобождение антиангиогенного генистеина из f-DDS на смарт-контактных линзах, прикладывая электрический потенциал по требованию.На рис. 4C показаны изображения флюоресцентной микроскопии криосрезов роговицы, склеры и сетчатки. Генистеин, высвобождаемый смарт-контактной линзой, по-видимому, эффективно доставлялся через роговицу к сетчатке. Слабая флуоресценция в склере показала, что генистеин прошел через склеру с небольшим поглощением. В случае контроля флуоресценция не наблюдалась в криосрезов тканях кроликов, носивших смарт-контактную линзу без генистеина или смарт-контактную линзу с генистеином без электрического запуска для его высвобождения (рис.4C, ниже). На основании результатов мы могли подтвердить возможность использования умных контактных линз для электрически контролируемой доставки терапевтических лекарств в глаза по требованию (таблица 1).
Таблица 1 Сравнение различных умных контактных линз.
Инфракрасная тепловизионная камера не показала заметных изменений температуры тела смарт-контактной линзы на глазах кролика (рис. 4D). Вначале температура интеллектуальной контактной линзы составляла 32,4 ° C, поверхности глаза — 34,4 ° C и внешней катушки — 32.0 ° С. После 30 минут работы температура интеллектуальной контактной линзы составила 33,8 ° C с увеличением температуры на 1,4 ° C, поверхность глаза составила 34,8 ° C с увеличением температуры на 0,4 ° C, а температура внешней катушки. составила 29,7 ° C при понижении температуры на 2,3 ° C. Небольшое повышение температуры показало термобезопасность наших умных контактных линз.
Терапевтический эффект генистеина, высвобождаемого из умных контактных линз, на диабетическую ретинопатию
Новозеландские белые кролики были разделены на пять групп для оценки терапевтического эффекта генистеина, высвобождаемого из умных контактных линз, на диабетическую ретинопатию по сравнению с контрольной серией и препаратом сравнения группы.В левый глаз кроликов вводили глазные капли PBS для местного применения в качестве отрицательного контроля в группе 1, глазные капли генистеина для местного применения в группе 2, интравитреальную инъекцию генистеина в группе 3 и интравитреальную инъекцию авастина в качестве положительного контроля в группа 4. Правые глаза всех групп обрабатывали умными контактными линзами, содержащими генистеин (которые вместе составляли группу 5). Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) визуализировала ингибирующее действие генистеина, высвобождаемого из смарт-контактных линз, на деформацию сосудистой структуры сетчатки (рис.5А). Сосуды сетчатки у диабетиков на рис. 5A (iv) (левый глаз группы 4) и рис. 5A (v) имели круглую форму, окруженную толстыми слоями эндотелиальных клеток сосудов (EC), которые были сопоставимы с таковыми у здорового кролика. ( 23 ). Однако базальная мембрана сосудов оказалась нерегулярной и складчатой без прозрачного сосудистого слоя ЭК на фиг. 5A (i) (левый глаз группы 1), что отражает повышенную проницаемость сосудов и нарушение гемато-ретинального барьера. На Рис. 5A (ii) (левый глаз группы 2) и Рис.5А (iii) (левый глаз группы 3) сосуды имели круглую форму, но окружающие сосудистые слои ЭК не были такими толстыми, как на фиг. 5А (iv и v).
Рис. 5. Терапевтический эффект in vivo генистеина, высвобождаемого из интеллектуальной контактной линзы.
Глаза диабетических кроликов обрабатывали (i) глазными каплями PBS (контроль), (ii) глазными каплями генистеина, (iii) интравитреальной инъекцией генистеина, (iv) интравитреальной инъекцией Авастина и (v) генистеин выпущен из смарт-контактных линз.( A ) Электронные микрофотографии сосудов сетчатки. L — просвет сосуда; ЭК, эндотелиальная клетка; RBC, эритроциты. Масштабная линейка, 1 мкм. ( B ) Флуоресцентные ангиограммы сетчатки (стрелки, сосуды сетчатки). Масштабная линейка 0,2 мм. ( C ) Гистологический анализ повреждения пигментного эпителия сетчатки (RPE) и сосудов сосудистой оболочки (CV) (стрелки, повреждение в CV). Шкала шкалы 0,1 мм. ( D ) Обнаружение апоптоза сетчатки с помощью анализа TUNEL. Шкала шкалы 0,1 мм.( E ) Объединенные изображения иммуногистохимического окрашивания для коллагена типа 4 (красный) и PECAM-1 (зеленый) с окрашиванием ядер 4 ‘, 6-диамидино-2-фенилиндолом (синий). Шкала шкалы 0,1 мм. ( F ) Интенсивность флуоресценции неоваскуляризационного поражения хориоидеи сетчатки количественно определена по изображениям (B). ( G ) Интенсивность флуоресценции анализа TUNEL количественно определена по изображениям (D). ( H ) Интенсивность иммунохимической флуоресценции (E) коллагена типа 4 (закрашенная рамка), количественно определенная по изображениям на рис.Количественная оценка S9A (красный) и PECAM-1 (пунктирная рамка) по изображениям на рис. S9B (зеленый) [ n = 3, * P <0,05 и ** P <0,01 по сравнению с контрольным образцом (i)].
На рис. 5В показаны флуоресцентные ангиограммы морфологии сосудов сетчатки. В то время как четкая морфология сосудов не наблюдалась на фиг. 5B (i и ii), сосуды сетчатки (стрелки) с четкой морфологией наблюдались с заметно сниженной проницаемостью сосудов сетчатки на фиг. 5B (iv и v).Флуоресценция наблюдалась по всей паренхиме сетчатки из-за увеличения кровотока после разрушения гемато-ретинального барьера, как количественно показано на фиг. 5F. На фиг. 5B (iii) наблюдалась небольшая флуоресценция только при скудной сосудистой сети. Результаты гистологического анализа H&E соответствовали результатам ПЭМ-изображений и флуоресцентных ангиограмм (рис. 5C). Кроме того, гибель клеток сетчатки была подтверждена с помощью анализа мечения ник-концов дезоксиуридинтрифосфата, опосредованного терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазой (TUNEL), на изображениях поперечных сечений сетчатки (рис.5D). Флуоресценцию теста TUNEL количественно оценивали с помощью программы ImageJ. Когда средняя интенсивность флуоресценции на фиг. 5D (i) была установлена равной 100%, средний процент интенсивности флуоресценции составлял 76,0% на фиг. 5D (ii), 69,0% на фиг. 5D (iii), 37,0% на фиг. . 5D (iv) и 45,1% на фиг. 5D (v) (фиг. 5G). Кроме того, иммуногистохимическое окрашивание на коллаген типа 4 и молекулу адгезии EC тромбоцитов – 1 (PECAM-1) выявило терапевтический эффект генистеина, высвобождаемого из интеллектуальной контактной линзы (рис. 5E). Степень экспрессии коллагена 4 типа и PECAM-1 на рис.S9 (iv и v), чем на рис. S9 (от i до iii) (рис. 5H).
ОБСУЖДЕНИЕ
Интеллектуальные электронные контактные линзы широко исследуются для диагностических приложений, особенно для непрерывного мониторинга уровня глюкозы и внутриглазного давления. Кроме того, было много отчетов об электрическом и оптическом измерении глюкозы с улучшенной чувствительностью с использованием различных наноматериалов ( 24 — 26 ). Для повышения чувствительности, стабильности и воспроизводимости мы иммобилизовали GOx в гидрогелях хитозана и ПВС вместе с БСА.PVA, по-видимому, смягчил проблему неравномерного покрытия и растрескивания за счет увеличения вязкости раствора смеси GOx с увеличенным модулем потерь ( 27 ). Также сообщалось, что ПВС оказывает существенное влияние на чувствительность сенсоров глюкозы ( 28 , 29 ). Как показано на рис.2, концентрации глюкозы могут быть точно измерены по изменению электрического тока с помощью нашего сенсора глюкозы, что показывает стабильность для повторного определения уровня глюкозы даже после хранения в течение более 63 дней (рис.2E) и обеспечение непрерывного мониторинга уровня глюкозы в слезе в глазах живых кроликов в реальном времени по сравнению с измерением уровня глюкозы в крови глюкометром (рис. 4B). В отличие от этого, группа Парвиза использовала модельный глаз, а группа Парка сбросила образцы глюкозы непосредственно на глаза кролика после ношения умных контактных линз для оценки их электрохимических сенсоров глюкозы, и нет отчета в научном журнале об обнаружении глюкозы in vivo в Google. линза (таблица 1).
Несмотря на интенсивные усилия по коммерческому развитию линз Google, они недавно сообщили, что их измерения корреляции между глюкозой в слезе и концентрацией глюкозы в крови недостаточно согласованы для соответствия требованиям медицинского устройства.Неутешительные клинические результаты могут быть связаны с проблемами получения надежных показаний уровня глюкозы в слезе в сложной глазной среде. Хотя корреляция между концентрациями глюкозы в слезе и крови остается спорной, есть много отчетов, подтверждающих сильную корреляцию между ними ( 15 , 17 — 19 ). Как показано на рис. 4В, мы могли выполнять непрерывный мониторинг уровня глюкозы в слезе в реальном времени в глазах живых кроликов, который сильно коррелировал с концентрацией глюкозы в крови.Мы считаем, что при правильной калибровке и базовом мониторинге изменения концентрации глюкозы можно надежно измерить для каждого пациента с помощью умных контактных линз. Это похоже на линзу Triggerfish, одобренную FDA, которая измеряет изменения внутриглазного давления, а не абсолютное внутриглазное давление.
Кроме того, наши умные контактные линзы обладают уникальной функцией доставки лекарств в глаз. На сегодняшний день разработан ряд контактных линз с лекарственным покрытием с использованием биоразлагаемых полимерных наночастиц и мицелл для повышения эффективности доставки лекарств в глаза.Однако не было сообщений об интеллектуальных контактных линзах с электрически управляемым DDS по требованию, возможно, из-за сложности миниатюризации всех этих электронных компонентов на небольших контактных линзах. Антиангиогенный генистеин и метформин, контролирующий уровень глюкозы, могут доставляться из f-DDS на смарт-контактную линзу (рис. 3 и 4 и рис. S3). Высвободившийся генистеин может быть доставлен через роговицу к сетчатке, как показано на рис. 4, демонстрируя терапевтический эффект при диабетической ретинопатии.Эта интеллектуальная контактная линза для беспроводного биочувствительности и доставки терапевтических лекарств может открыть новые возможности для повсеместного распространения медицинских услуг для дальнейших тераностических приложений. Хотя метформин был коммерциализирован как пероральный препарат, его терапевтические эффекты через различные другие пути доставки были хорошо задокументированы, такие как трансдермальная доставка ( 25 ) и глазная доставка ( 30 , 31 ). Берштейн ( 31 ) сообщил, что метформин — это не просто пероральный препарат и что он влияет на многие реакции и процессы, такие как пролиферация, апоптоз, ангиогенез и окислительный стресс в клеточных линиях, и, учитывая эти результаты, заявил, что очень разумно применять целевой метформин для местного применения и доставки в глаза.
Что касается вопроса безопасности смарт-контактных линз, необходимо тщательно изучить беспроводную систему передачи энергии из-за возможного повреждения глаз из-за тепла, выделяемого смарт-контактными линзами. В этом контексте мы измерили тепло от работы контактной линзы с помощью инфракрасной тепловизионной камеры, которая не показала заметного изменения температуры в интеллектуальной контактной линзе на глазах кролика (рис. 4D). Единственное небольшое повышение температуры показало термобезопасность наших умных контактных линз.Оптические изображения и гистологический анализ роговицы глаз новозеландских белых кроликов также подтвердили безопасность наших интеллектуальных контактных линз (рис. S7). По всем этим результатам мы можем подтвердить предварительную безопасность наших интеллектуальных контактных линз для дальнейшего использования. Кроме того, одобрение FDA на клиническое использование Triggerfish является важной вспомогательной информацией о безопасности умных контактных линз.
Таким образом, была успешно разработана интеллектуальная электрохимическая контактная линза с биосенсором глюкозы и f-DDS, управляемая беспроводным питанием и системами удаленной связи как для диагностики, так и для терапии диабета.Мы продемонстрировали биосенсор в реальном времени концентрации глюкозы в слезе и доставку терапевтического препарата генистеина по требованию для лечения диабетической ретинопатии в глазах кроликов с диабетом. Глазной биосенсор глюкозы, равномерно покрытый GOx, иммобилизованным в сшитых гидрогелях хитозана и PVA с BSA, показал высокую чувствительность, линейность и стабильность для повторных применений после длительного хранения в течение 63 дней. Генистеин, доставленный из интеллектуальной контактной линзы через роговицу к сетчатке, показал терапевтический эффект, сравнимый с эффектом интравитреальной инъекции Авастина при диабетической ретинопатии.Эта интеллектуальная тераностическая контактная линза будет изучаться в дальнейшем как носимое устройство следующего поколения для обеспечения биосенсинга глазных биомаркеров в реальном времени и приема лекарств по запросу для повсеместного применения в здравоохранении при различных глазных и других заболеваниях.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Приготовление материалов для контактных линз
Силиконовые гидрогели для контактных линз были приготовлены в атмосфере азота путем фотосшивки 2-гидроэтилметакрилата (HEMA), силиконсодержащих мономеров 3- (триметоксисилил) пропилметакрилата, 3- [ (триметилсилокси) силил] пропилметакрилат и сшивающий агент диметакрилата этиленгликоля (EGDMA) в течение 15 минут с использованием фотоинициатора Darocur TPO, дифенил (2,4,6-триметилбензоил) фосфиноксида.В качестве контроля гидрогели контактных линз PHEMA получали путем смешивания HEMA и EGDMA с фотоинициатором. Чтобы сформировать форму контактной линзы, раствор предшественника загружали в форму из полипиррола в ультрафиолетовом (УФ) свете с длиной волны 254 нм в течение 8 мин. Контактные линзы из силикона и гидрогеля PHEMA отделяли от формы и обрабатывали поверхность кислородной плазмой (OptiGlow ACE, Glow Research). Подготовленную контактную линзу полностью погружали в PBS при 37 ° C на сутки перед использованием.
Характеристика материалов контактных линз
ATR-FTIR (Tensor 27, Bruker) дегидратированных силикон-гидрогелевых контактных линз и лотрафилкона A регистрировали в диапазоне от 400 до 4000 см ^-1.Коэффициент пропускания силиконовых и гидрогелевых контактных линз PHEMA измеряли с использованием спектрометра УФ-видимого света (SD-1000, Scinco) после замачивания в PBS в течение 24 часов. Оба образца помещали в кварцевые пластины и измеряли пропускание в диапазоне длин волн от 250 до 1000 нм. EWC определяли путем взвешивания сухой контактной линзы ( W, , _{, сухой,}) и гидратированной контактной линзы, выдерживая в PBS в течение 24 часов ( W, , _{, влажный,}). Значение EWC рассчитывали как процент увеличения веса во время гидратации и обезвоживания с использованием следующего уравнения: EWC = ( W _{влажный} — W _сухой) / W _сухой × 100 ( 32 ).Краевые углы контакта с водой на высушенном силиконе и контактных линзах PHEMA измеряли в статическом режиме, капая 5 мкл воды каждые 2 мин (SmartDrop, FemtoFAB).
Изготовление глазного сенсора глюкозы
Три WE, CE и RE в сенсоре глюкозы были структурированы из хрома (Cr) толщиной 20 нм и Pt толщиной 80 нм на подложке из ПЭТ толщиной 0,23 мкм с использованием электронно-лучевой испаритель. RE дополнительно обрабатывали с образованием слоя серебра (Ag) толщиной 200 нм. Для долгосрочной стабильности все части сенсора глюкозы, кроме WE, CE и RE, были пассивированы париленом C.Для хлорирования слой Ag погружали в раствор FeCl ₃ (1 М, Sigma-Aldrich) на 1 мин. Затем ПВС [2 мас.% (Мас.%), 100000 г моль ^-1, Sigma-Aldrich] растворяли в деионизированной воде, а хитозан (0,5 мас.%, Средний молекулярный вес, Sigma-Aldrich) растворяли в уксусной кислоте ( 1 M, Sigma-Aldrich) при интенсивном перемешивании при 80 ° C в течение 12 часов. BSA (10 мг ^-1, Sigma-Aldrich) и GOx (50 мг ^-1, Sigma-Aldrich) растворяли в 2 мас.% Раствора ПВС, который смешивали с раствором хитозана.Смешанный раствор хранили в эксикаторе для удаления пузырьков. Чтобы равномерно изготовить слой GOx только на WE, все области датчика, кроме WE, были пассивированы PDMS. Затем сенсоры глюкозы обрабатывали УФ-излучением в присутствии озона в течение 10 мин. После удаления PDMS 1,8 мкл приготовленного раствора смеси GOx по каплям наносили на WE и сушили в эксикаторе. Наконец, 1,8 мкл глутарового альдегида (2 мас.%, Sigma-Aldrich) было нанесено по каплям на слой GOx и медленно высушено при 4 ° C.
Электрическое определение глюкозы in vitro
Электрические измерения глюкозы in vitro проводились с использованием потенциостата (Ivium Tech.Co., AJ Eindhoven, Нидерланды) и АЦП с компьютерным управлением (6030E, National Instruments). Стакан на 50 мл заполняли 10 мл PBS (1 M, pH 7,4). Датчик глюкозы помещали в химический стакан, чтобы в достаточной степени погрузить чувствительную область в PBS. Датчик глюкозы обнаружил изменение электрического тока при постоянном потенциале 0,7 В по сравнению с Ag / AgCl для стационарных амперометрических откликов на ток. После стабилизации сенсора глюкозы в PBS добавляли раствор глюкозы высокой концентрации (10000 мг дл ^-1, Wako) для медленного изменения концентрации глюкозы в химическом стакане с 5 до 50 мг дл ^-1, и изменение тока отслеживали для количественного определения глюкозы.Чтобы исследовать селективность и специфичность сенсора глюкозы, изменение тока измеряли после добавления потенциально мешающих молекул, таких как A (0,1 M, Sigma-Aldrich), L (10 M, Sigma-Aldrich) и U (10 M , Sigma-Aldrich) в PBS. Стабильность при длительном хранении и повторное использование сенсора глюкозы оценивали на 0, 21, 42 и 63 дни после изготовления сенсоров глюкозы. Датчики глюкозы хранили при температуре от 20 до 25 ° C в 5 мл стерилизованного PBS (1 M, pH 7,4), аналогично обычным условиям хранения контактных линз.
Изготовление и определение характеристик f-DDS
f-DDS по запросу был подготовлен с помощью процесса LLO. Сначала были выращены эксфолиация гидрированного аморфного кремния (a-Si: H) и буферные слои SiO ₂ путем плазменного химического осаждения из паровой фазы. Анодные и катодные электроды f-DDS были покрыты Ti толщиной 10 нм, Au толщиной 80 нм и Ti толщиной 10 нм с помощью электронно-лучевого испарения и литографии. Образцы резервуаров были заполнены негативными фоторезистами толщиной 100 мкм (СУ8-5 и СУ8-50) с размерами 500 мкм на 500 мкм.В качестве модельного лекарственного средства в резервуары загружали 25 нл генистеина (3 M, Sigma-Aldrich) или метформина (2 M) с красителем родамином B (Sigma-Aldrich). Впоследствии резервуары с лекарством закрывали гибкой ПЭТ-пленкой. Эксимерный лазер XeCl экспонировался на задней стороне стеклянной подложки, чтобы отделить резервуар с лекарством SU-8 на пленке ПЭТ от стеклянной подложки. Для испытания на механический изгиб вся f-DDS была изогнута с радиусом изгиба в диапазоне от 5 до 30 мм, а электрический ток был измерен с помощью зондовой станции.Долговечность f-DDS оценивалась путем применения 1000 циклов изгиба при фиксированном радиусе изгиба 5 мм.
Характеристика f-DDS
Высвобождение лекарственного средства в ответ на приложенное напряжение исследовали путем соединения анодного и катодного электродов с зондовой станцией. Между анодным и катодным электродами прикладывали постоянный электрический потенциал 1,8 В в течение 1 мин. Родаминовый краситель, высвобожденный из резервуара, визуализировали с помощью конфокальной микроскопии (Leica) с использованием соответствующего программного обеспечения для визуализации (FluoView).Длина волны возбуждения составляла 543 нм, а длина волны излучения находилась в диапазоне от 560 до 610 нм. Концентрацию высвобожденного генистеина и метформина в PBS определяли количественно с помощью спектрофлуориметра (Thermo Fisher Scientific) при длинах волн возбуждения / испускания 355/460 нм и 485/538 нм соответственно.
Изготовление катушек передачи энергии
Для установки в контактную линзу был подготовлен беспроводной приемник энергии, состоящий из медной (Cu) катушки толщиной 0,1 мм и внешним диаметром 1 мм.2 мм. ПДМС наносили методом центрифугирования на стеклянную подложку с прикреплением 0,1 мм медной фольги (Sigma-Aldrich). После полимеризации PDMS в печи при 70 ° C в течение 1 часа на медной фольге был сформирован рисунок с помощью фотолитографии. Фольгу протравливали влажным травлением в 5 мл раствора персульфата аммония (12 мг / мл ^-1) в течение 6 часов и отделяли от PDMS. Затем змеевик для Cu промывали ацетоном, этанолом и дистиллированной водой в течение 10 мин с обработкой ультразвуком соответственно. Катушка для передачи энергии была изготовлена с использованием четырехвиткового медного провода (Sigma-Aldrich) толщиной 1 мм и внешним диаметром 5 см.
Измерение эффективности передачи энергии
Система беспроводной передачи энергии состояла из катушки передатчика энергии из меди, катушки приемника энергии из меди в контактной линзе, функционального генератора (AFG 3101, Tektronix), коммерческого модуля усилителя мощности (MAX 7060) , и микросхему ASIC. Модуль усилителя мощности использовался для подачи достаточной мощности на микросхему ASIC. Катушка передатчика передавала мощность на катушку приемника посредством резонансной индуктивной связи. Катушка приемника, встроенная в контактную линзу, была выровнена параллельно катушке передатчика на расстоянии от 0 до 4 см для измерения ее эффективности.Эффективность беспроводной передачи энергии между двумя катушками измерялась с помощью анализатора цепей (N5230A, Agilent).
Проектирование и изготовление микросхемы ASIC
Микросхема ASIC изготавливается по индивидуальному заказу путем изготовления нескольких пластин. Микросхема ASIC была изготовлена компанией Taiwan Semiconductor Manufacturing Company с использованием 180-нм процесса комплементарного металл-оксидного полупроводника (CMOS). PMU выпрямлял поступающую энергию переменного тока (ac) от катушки в напряжение питания постоянного тока (dc) и генерировал различные регулируемые напряжения для других подблоков.ПДУ передавал данные посредством двухпозиционной модуляции 433 МГц. Генератор опорных тактовых импульсов (CLK _REF) был реализован с релаксационным генератором для синхронизации системы. Потенциостат с тремя узлами (WE, RE и CE) был интегрирован в микросхему ASIC с помощью соединения Au flip-chip. Потенциостат подавал напряжение смещения 1,2 В на RE и 1,85 В на WE с помощью операционного усилителя с отрицательной обратной связью. За изменением электрического тока следили в режиме реального времени, капая раствор образца глюкозы.Интегрированный АЦП получил входной ток от потенциостата и преобразовал его в 15-битный цифровой выходной код ( 33 ). Затем выходные коды передавались извне через полосу частот ISM 433 МГц с использованием RCU. Характеристики измерения тока ΔΣ-АЦП были измерены путем подачи входного тока от текущего поставщика (B2961A, Agilent). Для подавления влияния сильного шума от оборудования к измеренным цифровым кодам применялась программная фильтрация. Модуль РЧ-приемника передавал полученные данные в AVR, и AVR обменивался данными с ПК, используя протокол RS-232.Программное обеспечение декодировало пакеты данных и отображало необработанные данные на ПК.
Управление питанием микросхемы ASIC
PMU по беспроводной сети получал мощность переменного тока и преобразовывал ее в постоянный ток с помощью MOS-выпрямителя, генерируя внешнее выпрямленное напряжение ( В, _EXT). Контрольная схема с шириной запрещенной зоны генерировала опорное напряжение 1,2 В, которое было преобразовано с повышением до 1,85 В и буферизовано с помощью регулятора для обеспечения внутреннего напряжения питания ( В _INT), управляющего всеми логическими блоками управления микросхемы ASIC.Для контролируемой доставки лекарственного средства анодный и катодный электроды в f-DDS были подключены к PMU, который избирательно управлял f-DDS в соответствии с командами управления, полученными от внешнего считывающего устройства.
Система удаленной связи
RCU состоял из настроенного передатчика индуктивно-конденсатор (LC) с частотой 433 МГц и его логики управления. Логика управления сериализовала вывод АЦП и исправила предопределенный заголовок, чтобы определить границу пакета. Несущая частота определялась внутренними конденсаторами с внешней рамочной антенной (L).Модуляция данных осуществлялась путем управления изменением импеданса ЖК-передатчика, которое можно было наблюдать с помощью внешнего считывающего устройства. Приемник ASK в считывателе демодулировал изменение импеданса, восстанавливая переданные данные из микросхемы ASIC. Удаленная телеметрия была сформирована с помощью микросхемы ASIC, модуля приемника, AVR (Atmega-128) и программного обеспечения для обработки данных, написанного на Java.
Общее изготовление интегрированной интеллектуальной контактной линзы
Из-за ограничения окулярного поля зрения катушка приемника энергии, биосенсор и f-DDS были изготовлены на периферийной области контактной линзы.Катушка приемника мощности Cu была прикреплена к ультратонкой пленке ПЭТ (25 мкм) с помощью f-DDS с использованием адгезива PDMS. Микросхема ASIC была реализована с помощью стандартного процесса CMOS 0,18 мкм и нарезана кубиками размером 1,5 мм на 1,5 мм на 0,2 мм путем химической полировки и механической резки. После этого нарезанный кубиками микросхема ASIC была прикреплена, и WE, CE и RE биосенсора были нанесены на подложку из ПЭТ. Катушка приемника энергии, электроды биосенсора и f-DDS были электрически связаны с микросхемой ASIC с помощью соединения Au flip-chip.Для изоляции и гидроизоляции все устройства на подложке из ПЭТ были покрыты париленом C и PDMS, за исключением чувствительного канала биосенсора и открытых электродов f-DDS. Наконец, интегрированные устройства были отлиты в силикон-гидрогели для изготовления умных контактных линз.
Приготовление кроликов с моделями диабетической ретинопатии
Для мониторинга глюкозы in vivo и лечения диабетической ретинопатии модели кроликов, индуцированных стрептозотоцином (STZ), получали путем однократной инъекции STZ (65 мг · кг ^-1) (1% STZ раствор, разбавленный 0.1 М цитратный буфер, pH 4,4) новозеландским белым кроликам (2,0 кг) через ушную вену после голодания в течение 12 часов. После инъекции STZ кролики с концентрацией глюкозы в плазме выше 140 мг дл ^-1 считались диабетиками.
Электрическое определение уровня глюкозы в слезе in vivo
Для мониторинга глюкозы в реальном времени in vivo на глаза каждого кролика-диабетика носили умные контактные линзы, а катушка передатчика энергии была размещена вне глаз для передачи беспроводного питания на приемник катушка на смарт-контактной линзе.Напряжение подавалось на датчик глюкозы в импульсном режиме, и электрические измерения концентрации глюкозы проводились в режиме реального времени с дистанционной передачей данных. Перед 15-минутным беспроводным измерением уровня глюкозы в слезе было введено 2 ЕД инсулина для снижения уровня глюкозы в крови. Через 5 мин диабетическим кроликам вводили кетамин для обезболивания. PBS наносили на глаза кролику, страдающему диабетом, и надевали на глаз интеллектуальную контактную линзу, чтобы запустить беспроводной мониторинг уровня глюкозы в слезе.
Анализ проникновения генистеина in vivo
Проникновение генистеина, высвобождаемого из интеллектуальных контактных линз, в глаза было исследовано после размещения смарт-контактных линз, нагруженных генистеином, на глаза кролика с беспроводным питанием для работы f-DDS. Через 1 час проникновение генистеина было подтверждено флуоресцентным микроскопическим анализом в криосрезов ткани роговицы, склеры и сетчатки с использованием флуоресцентного микроскопа (Fluoroskan Ascent, Thermo Fisher Scientific) при длине волны возбуждения 355 нм и длине волны излучения 460 нм.
Электронная микроскопия и гистологический анализ
Для электронного микроскопического анализа кровеносных сосудов сетчатки сетчатку удаляли и фиксировали в 4 мас.% Глутаровом альдегиде и 1 мас.% Растворе тетроксида осмия. Образцы обезвоживали этанолом и делали срезы для наблюдения поперечного сечения кровеносных сосудов сетчатки с помощью ТЕМ (JEM-1010, JEOL). Гистологический анализ проводился с окрашиванием H&E сетчатки, фиксированной в 4% (мас. / Об.) Параформальдегиде в течение 24 часов.
Лечение диабетической ретинопатии in vivo
Лечение диабетической ретинопатии с использованием умных контактных линз проводилось в течение 5 дней на правых глазах кроликов в пяти группах.Электроэнергия передавалась по беспроводной сети на частоте около 433 МГц с использованием катушки передачи энергии для работы f-DDS. В качестве контроля использовали глазные капли PBS (0,05 мл, группа 1), глазные капли генистеина (0,4 мМ, 0,05 мл, группа 2) и интравитреальное введение генистеина (0,4 мМ, 0,05 мл, группа 3). на левых глазах каждого кролика одновременно с обработкой смарт-контактных линз. Кроме того, интравитреальное введение Авастина (0,05 мл, группа 4) выполняли в левый глаз кроликов.Правые глаза всех групп обрабатывали умными контактными линзами, содержащими генистеин (группа 5).
Иммунофлуоресцентное окрашивание сетчатки целиком
Глаза кролика помещали в 4% параформальдегид на 45 мин. После фиксации сетчатку рассекали и выравнивали с помощью разрезов, снимающих кривизну. Затем сетчатку фиксировали еще на 1 час. Сетчатку дважды промывали PBS и инкубировали с 0,2% раствором Triton X-100 в PBS при комнатной температуре в течение 1 часа.Наконец, сосуды окрашивали меченным флуоресцеинизотиоцианатом лектином из Bandeiraea simplicifolia (1: 100, Sigma-Aldrich).
Анализ иммуноокрашивания
Анализ TUNEL выполняли в соответствии со стандартным протоколом. Иммуноокрашивание коллагена IV типа и PECAM-1 проводили согласно протоколам производителя. Были использованы следующие антитела: антитело PECAM-1 (sc-18916, Santa Cruz Biotechnology) и антитело к коллагену IV типа (ab6586, Abcam). Ядра контрастировали 4 ‘, 6-диамидино-2-фенилиндолом.Изображения сосудистой сети получали при увеличении × 10. Вся интенсивность флуоресценции была определена количественно программой ImageJ.
Одобрение исследования
Все эксперименты проводились в соответствии с Положением Ассоциации исследований в области зрения и офтальмологии по использованию животных в офтальмологических исследованиях и исследованиях зрения. Протокол на животных был одобрен Комитетом по институциональному уходу и использованию животных Медицинского колледжа Корейского католического университета.
Статистический анализ
Мы провели односторонний статистический анализ с использованием тестов Стьюдента t или одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA) с посттестом Бонферрони. P <0,05 считалось статистически значимым. Количественную оценку флуоресцентных изображений выполняли с помощью программы ImageJ. Все точки данных были получены из трех или более биологических или технических повторов, как указано для каждого эксперимента.
Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что в результате будет использовано , а не для коммерческой выгоды и при условии, что оригинальная работа правильно процитирована.
Выражение признательности: Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда науки и технологий Samsung (SRFC-IT1401-03) в Корее. Это исследование было поддержано Центром передовой мягкой электроники (Global Frontier Project, CASE-2015M3A6A5072945) и Программой фундаментальных научных исследований (2017R1E1A1A03070458 и 2020R1A2C3014070) Национального исследовательского фонда (NRF), финансируемой Министерством науки и информационных технологий Кореи. . Эта работа также была поддержана проектом World Class 300 Project (S2482887) Управления малого и среднего бизнеса (SMBA), Корея.D.M. был поддержан Национальным институтом глаз (K08EY028176 и P30-EY026877) и Фондом исследований по предотвращению слепоты. Вклад авторов: S.K.H. задумал и руководил проектом, проводил эксперименты, интерпретировал данные и написал рукопись. D.H.K. и С.-К.К. провели эксперименты, собрали образцы, проанализировали и интерпретировали данные и написали рукопись. J.K., C.J., B.H.M., K.J.L., E.K. и S.H.Y. участвовал в разработке и разработке смарт-контактных линз.G.-H.L., S.S., J.-Y.S. и Z.B. участвовал в разработке и проведении электрических экспериментов. J.W.M. и C.J. участвовали в разработке и проведении экспериментов на животных. D.M. способствовал анализу и интерпретации данных и редактированию рукописи. Все авторы внесли свой вклад в критическое прочтение и исправление этой рукописи. Конкурирующие интересы: S.H.Y., E.K., K.J.L., D.H.K., C.-K.J. и S.K.H. являются изобретателями по патенту, связанному с этой работой, поданному Гарвардской медицинской школой и PHI Biomed Co.(№ US 2016 / 0223842A1, подана 4 августа 2016 г.). K.J.L., B.H.M., D.H.K. и S.K.H. являются изобретателями патента, относящегося к этой работе, поданного POSTECH и PHI Biomed Co. [№ US 10,399,291B2, подана 3 сентября 2019 г., зарегистрирована в США и Корее (10-2016-0050139) и подана в Японии (2018-507476) и Европе (16783461.3)]. Авторы заявляют, что у них нет других конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.
Copyright © 2020 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY-NC).
Контактные линзы | FDA
Важные советы по уходу за контактными линзами
Соблюдайте рекомендованный график ношения.
Do , а не , заменяющий универсальные растворы стерильными физиологическими растворами.
Потрите и ополосните контактные линзы в соответствии с указаниями врача-офтальмолога.
Не «доливайте» решения в вашем случае. Всегда выбрасывайте остатки раствора для контактных линз после каждого использования. Никогда не используйте повторно раствор для линз.
Очищайте, промывайте и сушите на воздухе футляр для линз каждый раз, когда вы снимаете линзы.
Не подвергайте контактные линзы воздействию воды: водопроводной, бутилированной, дистиллированной, озерной или океанской.
Обратитесь к офтальмологу, если вы испытываете какие-либо симптомы раздражения глаз или инфекции.
Контактные линзы — выбор номер один для многих людей, нуждающихся в коррекции зрения. Многим контактные линзы обеспечивают гибкость и удобство. Доступно множество различных линз для различных нужд и предпочтений. Контактные линзы можно использовать для коррекции различных нарушений зрения, таких как миопия (близорукость), дальнозоркость (дальнозоркость), астигматизм и пресбиопия (плохая фокусировка при чтении материалов и другие задачи для зрения вблизи).
На этом веб-сайте представлена информация о последних новинках в области контактных линз. Он предоставляет общую информацию и не заменяет обсуждение с вашим офтальмологом. Вы можете купить контактные линзы, только если у вас есть действующий рецепт. Чтобы узнать больше о безопасном уходе за контактными линзами, просмотрите наш видеоролик .
Прожектор
7 советов по безопасному использованию контактных линз

Текущее содержание с:
28.10.2019
Глазные симптомы, связанные с использованием цифровых устройств в группах контактных линз и бесконтактных линз
Цель: Предыдущие отчеты показывают, что «утомление глаз» возникает примерно у 60% взрослого населения, использующего цифровые устройства, и может отрицательно сказаться на качестве жизни.Однако механизм утомления глаз остается малоизученным. Целью этого исследования было количественное определение взаимосвязи между симптомами, наиболее часто связанными с усталостью глаз у лиц, пользующихся цифровыми устройствами.
Методы: Шестьсот два пользователя мягких контактных линз (SCL) и 127 пользователей бесконтактных линз (non-CL), которые сообщили об использовании цифровых устройств не менее 4 часов в день, заполнили анкету, оценивающую частоту и тяжесть десяти симптомов, обычно связанных с цифровым устройством -зависимая утомляемость глаз.Субъективные оценки были сделаны отдельно для каждого симптома с использованием униполярной пятибалльной шкалы Лайкерта.
Полученные результаты: Из первоначального набора респондентов 89% носителей SCL сообщили о том, что они испытывают усталость глаз чаще, чем один раз в месяц, а более 60% — более одного раза в неделю. Примечательно, что частота утомления глаз не различалась между группами мягких контактных и бесконтактных линз.Хотя напряжение / боль в глазах, сухость и усталость глаз были наиболее часто подтвержденными симптомами в обеих группах, только сухость и раздражение глаз были значимыми факторами, которые отличали SCL от тех, кто не носил CL, на основе частоты и тяжести. Анализ основных компонентов показал, что напряжение / боль в глазах, болезненность, усталость глаз и головные боли могут включать фактор «первичных ощущений», тогда как жжение, раздражение глаз, слезотечение и сухость составляют фактор «вторичных или поверхностных ощущений» и нечеткость / двоение в глазах. а слова «движение / плавание» составляют фактор «визуальных ощущений».Подтверждающий факторный анализ (CFA) оценок частоты и серьезности для носителей SCL дал отличные результаты (RMSEA = 0,046 и 0,050, соответственно) с надежностью построения в диапазоне от 0,729 до 0,824.
Заключение: Частая и серьезная утомляемость глаз широко распространена как среди тех, кто носит мягкие контактные линзы, так и у тех, кто носит неконтактные линзы. Те, кто использует SCL, не испытывают более частых и серьезных симптомов.Были определены ключевые дескрипторы цифровой утомляемости глаз, которые затем могут быть использованы для определения и оценки конкретных причинных, паллиативных или смягчающих факторов.
Ключевые слова: Астенопия; Синдром компьютерного зрения; Контактные линзы; Цифровые устройства; Утомляемость глаз; Напряжение глаз; Визуальные ощущения.
Сопряжение со Snapchat — Lens Studio от Snap Inc.
С Lens Studio вы можете предварительно просмотреть свои линзы в Snapchat.При сопряжении любые изменения, внесенные в Lens Studio, отражаются в объективах предварительного просмотра на вашем мобильном устройстве. Предварительный просмотр ваших линз в Snapchat поможет вам протестировать и повторить пользовательский интерфейс Lens.
Предупреждение
Чтобы связать Snapchat с Lens Studio, вам понадобится последняя версия Snapchat, а также последняя версия Lens Studio.
Сопряжение устройства
Чтобы предварительно просмотреть свои линзы на устройстве, сначала необходимо выполнить сопряжение устройства с Lens Studio.
Нажмите кнопку Pair Your Device в правом верхнем углу Lens Studio
Вы должны увидеть всплывающее окно Snapcode. Этот Snapcode уникален для вашего Lens Studio
.
Откройте Snapchat на своем устройстве
В Snapchat наведите камеру на Snapcode
Нажмите и удерживайте изображение Snapcode, чтобы отсканировать его
Вы должны увидеть запрос на сопряжение с Lens Studio
Нажмите кнопку Pair
После сопряжения вы должны увидеть сообщение Ваше устройство подключено в Lens Studio
Предупреждение
Процесс сопряжения может занять до 30 секунд в зависимости от вашей сети.После нажатия Pair подождите, пока устройство найдет и подключится к Lens Studio.
Примечание
Вы можете подключить несколько устройств к Lens Studio. Это полезно для тестирования на нескольких устройствах, а также при работе с подключенными объективами. После подключения одного телефона вы можете нажать кнопку со стрелкой вниз рядом с кнопкой Отправить в Snapchat и нажать Сопряжение новой учетной записи.

Примечание
Если вы хотите удалить парную линзу из Snapchat, сначала откройте Snapchat.Затем перейдите в Настройки . Там выберите Additional Services -> Manage -> Lens Studio -> Pair Status -> Tap to Unpair . Это приведет к разрыву пары с вашим устройством и удалению сопряженных линз из карусели линз. Обратите внимание: вам, возможно, придется принудительно выйти и снова открыть Snapchat, если вы хотите, чтобы линзы были немедленно удалены.
Предварительный просмотр линз
Теперь, когда ваше устройство сопряжено с Lens Studio, вы можете отправить свои линзы в Snapchat, чтобы предварительно просмотреть их.
Нажмите кнопку Let's Push Your Lens , чтобы отправить линзы на сопряженное устройство для предварительного просмотра
При отправке на кнопке будет отображаться Линза отправки ...
После того, как линзы будут отправлены на ваше устройство, на кнопке отобразится сообщение « Объектив был нажат ».
Наконец, как только толчок будет успешным, вы должны увидеть свои линзы для предварительного просмотра в карусели линз задней камеры.Значки линз будут такими, как вы установили в Project Info
.
Проверка характеристик линз
При сопряжении вы можете видеть производительность ваших линз. Пожалуйста, обратитесь к руководству по производительности и оптимизации, чтобы узнать о требованиях к производительности и передовых методах. Чтобы показать производительность ваших линз:
Когда ваши линзы подключены и открыты в Snapchat, нажмите кнопку Gear в верхнем левом углу Snapchat
После нажатия кнопки Gear вы должны увидеть статистику производительности ваших объективов. FPS представляет частоту кадров вашего объектива. RAM показывает, сколько памяти потребляют ваши линзы. РАЗМЕР показывает размер ваших линз. И, наконец, отображается отметка времени, когда линзы были задвинуты в последний раз.
GitHub — DelphiWorlds / DeviceLens
Device Lens — это инструмент отладки, который позволяет просматривать журналы на мобильных устройствах (в настоящее время только для Android ). Этот репозиторий в настоящее время предназначен только для базовой помощи, установщиков и для сообщений о проблемах
История изменений:
v1.3.0 (13 мая 2021 г.)
Добавлена функция скриншота
Добавлена функция загрузки APK
Добавлена функция удаления пакета
Исправлена другая проблема с анализом процесса
v1.2.2 (20 июля 2020 г.)
Исправлен синтаксический анализ процесса — теперь должен работать на Android 11
Кнопка установщика фиксированного SDK
Исправлена ошибка, из-за которой проводник устройства не очищал информацию о пакете
v1.2.1 (3 июня 2020 г.)
Исправлена проблема с фильтрацией по тексту и тегу
v1.2.0 (9 мая 2020 г.)
Добавлена функция установки SDK
Добавлена функция настройки устройства для режима TCP / IP
Добавлена фильтрация по значению тега (проблема # 5)
Добавлена заметка под сеткой для отображения «текстовой» части выбранной строки (проблема №4)
Исправленная проблема №6 — отключение функции просмотра в проводнике, когда не выбрано ни одно устройство
v1.1.0 (2 января 2020 г.)
Добавлен обозреватель устройств
Добавлена имитация режима «дремоты»
Исправлен автоматический поиск / конфигурация для местоположения SDK, исполняемого файла adb и т. Д., Чтобы Device Lens мог работать на машине без установленного Delphi
v1.0.1 (3 октября 2019 г.)
Исправлен синтаксический анализ списка процессов для (как минимум) устройств Symbol TC70 и Lenovo Tab 3
v1.0.0 (30 сентября 2019 г.)
Справка
Канал провисания
Если вам нужна помощь, выходящая за рамки базовой помощи, приведенной ниже, присоединяйтесь к команде Delphi Worlds Slack и перейдите на канал #devicelens. Дэйв Ноттэдж обычно может отвечать на вопросы примерно с 07:00 до 19:00 по центральному австралийскому стандартному времени (GMT +9: 30), однако другие могут быть под рукой.
Требования
Device Lens требует установки Android SDK Tools, так как он использует команду adb для записи журналов устройства и т. Д. Для этого не требуется установка каких-либо инструментов сборки или платформ Android: только инструменты.
Когда запускается Device Lens, он проверяет, установлен ли Delphi, и если да, то будет использовать настроенные инструменты Android SDK. В противном случае Device Lens запросит папку, в которой установлены инструменты Android SDK, или, если они не установлены, вы можете запустить установщик Android SDK.Установщик позволяет также установить инструменты сборки и платформы, однако они не требуются для Device Lens
Функциональность объектива устройства
Главное окно Device Lens
Device Lens перечисляет подключенные устройства в списке в верхнем левом углу. Выбор устройства покажет, какие процессы выполняются на устройстве. Двойной щелчок по имени процесса запустит отображение журнала и фильтрацию этого процесса.
Вы можете отфильтровать текст, отображаемый в журнале, введя текст в поле «Фильтр по тексту».Этот фильтр поддерживает основные подстановочные знаки, используя звездочку в начале или в конце фильтра.
Вы можете вручную ввести имя процесса (имя пакета) в поле «Фильтр по имени пакета». После того, как вы закончите вводить текст, нажмите Enter, чтобы включить фильтр.
Вы можете использовать флажки «Фильтр по уровню журнала», чтобы фильтровать сообщения по уровню журнала. Кнопка «Переключить» изменяет состояние всех флажков на противоположное наиболее распространенному состоянию флажков.
Флажок «Автопрокрутка» определяет, будет ли отображение журнала автоматически прокручиваться до последней записи.
Панель инструментов объектива устройства
Однако большинство кнопок говорят сами за себя из описаний на изображении выше:
При нажатии кнопки Play на панели инструментов начнется отображение журналов, поступающих с устройства.Кнопка воспроизведения превратится в кнопку Stop , когда начнется отображение журнала.
Кнопка принудительного режима «Дремота» отправляет на устройство команду, имитирующую его нахождение в режиме «Дозировка». Это полезно, когда вы хотите проверить, что делает ваше приложение, когда устройство переходит в режим «дремоты».
Кнопка «Настроить устройство для TCP / IP» отправляет команду устройству, чтобы оно перешло в режим ADB tcpip. Это позволяет ADB подключаться к машине через TCP / IP, то есть из любого места в Интернете, которое может получить доступ к IP-адресу на устройстве.
Кнопка Device Explorer показывает окно, в котором вы можете увидеть все установленные пакеты на устройстве:
Дамп пакета в списке выполняет «дамп» информации о пакете в памятке дампа пакета
.

Фокусное расстояние, (мм)	Угол обзора, (°) / вертикаль	Угол обзора, (°) / горизонталь
2.8	90	120
3.5	63	79
4.0	48	65
5.5	40	55
6.0	32	42
8.0	24	32
12.0	17	22
25.0	8	11
50.0	4	5.5