Спиральная диоптрия: линзы произвольной формы с улучшенным мультифокальным поведением
Разработана линза спиралевидной формы, которая сохраняет четкую фокусировку на разных расстояниях (сохраняет мультифокальность независимо от размера зрачка) и в различных условиях освещенности. Спиралевидные элементы расположены таким образом, что создается множество отдельных точек фокусировки — как если бы несколько объективов были в одном. Это позволяет четко видеть на различных расстояниях. Линза включает в себя элементы, необходимые для создания оптического вихря непосредственно на ее поверхности. Оптические вихри можно модифицировать, регулируя топологический заряд, который представляет собой количество витков вокруг оптической оси. Добровольцы, использующие линзы, также сообщили о заметном улучшении остроты зрения на различных расстояниях и в условиях освещения.
Исследователи разработали новый тип линз, в которых используется спиральная поверхность, позволяющая сохранять четкую фокусировку на разных расстояниях и в различных условиях освещенности.
Фото: Лоран Галинье
Исследователи разработали линзу спиралевидной формы, которая сохраняет четкую фокусировку на разных расстояниях и в различных условиях освещенности. Новые линзы работают так же, как прогрессивные линзы, используемые для коррекции зрения, но без искажений, обычно наблюдаемых в этих линзах. Это могло бы способствовать развитию технологий контактных линз, внутриглазных имплантатов для лечения катаракты и миниатюрных систем визуализации.
«В отличие от существующих мультифокальных линз, наша линза хорошо работает в широком диапазоне условий освещения и сохраняет мультифокальность независимо от размера зрачка», — сказал Бертран Саймон из Лаборатории фотоники, численных и нанонаук (LP2N), совместного исследовательского подразделения Института d'Optique Graduate School, Университет Бордо и CNRS во Франции.
«Для потенциальных пользователей имплантатов или людей с возрастной дальнозоркостью это может обеспечить стабильно четкое зрение, потенциально совершив революцию в офтальмологии».
В журнале Optica исследователи описывают новую линзу, которую они называют спиральной диоптрией. Его спиралевидные элементы расположены таким образом, что создается множество отдельных точек фокусировки — как если бы несколько объективов были в одном. Это позволяет четко видеть на различных расстояниях.
Спиральная линза (внизу) расширяет зону резкости за пределы возможностей классической линзы (вверху).
Фото: Лоран Галинье
«Помимо применения в офтальмологии, простая конструкция этой линзы может принести большую пользу компактным системам визуализации», — сказал Саймон.
«Это упростит конструкцию и функционирование этих систем, а также предоставит возможность получать изображения на различной глубине без дополнительных оптических элементов. Эти возможности в сочетании с мультифокальными свойствами линзы предлагают мощный инструмент для восприятия глубины в передовых приложениях для обработки изображений».
Создание вихря света
Вдохновение для создания спиральной линзы пришло, когда первый автор статьи, Лоран Галинье из SPIRAL SAS во Франции, анализировал оптические свойства тяжелых деформаций роговицы у пациентов. Это привело его к созданию линзы с уникальной спиральной конструкцией, которая заставляет свет вращаться, как вода, стекающая в канализацию. Это явление, известное как оптический вихрь, создает несколько четких точек фокусировки, которые позволяют объективу обеспечивать четкую фокусировку на разных расстояниях.
«Для создания оптического вихря обычно требуется несколько оптических компонентов», — сказал Галинье. «Однако наша линза включает в себя элементы, необходимые для создания оптического вихря непосредственно на ее поверхности. Создание оптических вихрей — это бурно развивающаяся область исследований, но наш метод упрощает процесс, знаменуя собой значительный прогресс в области оптики».
Новую линзу можно будет использовать в контактных линзах (на фото), во внутриглазных имплантатах для лечения катаракты и для создания новых типов миниатюрных систем визуализации.
Фото: Лоран Галинье
Исследователи создали линзу, используя передовую цифровую обработку для формирования уникальной спиральной конструкции с высокой точностью. Затем они проверили линзу, используя ее для изображения цифровой буквы «Е», очень похожей на те, которые используются на световой доске оптометриста. Авторы отметили, что качество изображения оставалось удовлетворительным независимо от используемого размера апертуры.
Они также обнаружили, что оптические вихри можно модифицировать, регулируя топологический заряд, который, по сути, представляет собой количество витков вокруг оптической оси. Добровольцы, использующие линзы, также сообщили о заметном улучшении остроты зрения на различных расстояниях и в условиях освещения.
Пересечение дисциплин
Для воплощения в жизнь нового объектива потребовалось объединить интуитивно понятный дизайн с передовыми технологиями изготовления посредством междисциплинарного сотрудничества.
«Спиральная диоптрийная линза, впервые изобретенная интуитивным изобретателем, была научно обоснована в результате интенсивного исследовательского сотрудничества с учеными-оптиками», — сказал Саймон. «Результатом стал инновационный подход к созданию усовершенствованных линз».
Сейчас исследователи работают над тем, чтобы лучше понять уникальные оптические вихри, создаваемые их линзой. Они также планируют провести систематические испытания способности линз корректировать зрение на людях, чтобы всесторонне установить ее эффективность и преимущества в реальных условиях.
Кроме того, они изучают возможность применения этой концепции к очкам, отпускаемым по рецепту, которые потенциально могут предложить пользователям четкое зрение на разных расстояниях.
«Эта новая линза может значительно улучшить глубину зрения людей в изменяющихся условиях освещения», — сказал Саймон.
«Будущие разработки этой технологии могут также привести к достижениям в области компактных технологий обработки изображений, носимых устройств и систем дистанционного зондирования для дронов или беспилотных автомобилей, что может сделать их более надежными и эффективными».
