科学家发明螺旋屈光镜片，近视远视同时解决
科学家发明螺旋屈光镜片，近视远视同时解决
研究人员开发了一种螺旋形镜片，可以在不同距离和不同光照条件下保持清晰的焦点。这种新型镜片的工作原理类似于用于视力矫正的渐进式镜片，但没有这些镜片的畸变问题。它能够推动隐形眼镜技术、白内障植入物以及微型成像系统的发展。
来自法国光子、数字和纳米科学实验室（LP2N，由法国光学研究院、波尔多大学和法国国家科学研究中心组成的联合研究中心）的 Bertrand Simon 表示：“与现有的多焦点镜片不同，我们的镜片在多种光照条件下表现良好。并且能在适应不同瞳孔尺寸的情况下保持聚焦。对于潜在的植入物使用者或与年龄有关的远视患者，这种镜片可以始终提供清晰的视觉，这会彻底改变眼科学。”
Simon 表示：“除了眼科应用之外，这种镜片的简单设计还可以促进紧凑型成像系统的发展。它可以简化这些系统的设计和功能，同时在不需要额外光学元件的情况下，它能提供一种完成不同深度成像的方法。在先进的成像应用中，这些功能和镜片的多焦点属性相结合，为深度感知提供了强大的工具。”
一种全新的螺旋屈光镜片 来源：Laurent Galinier
创建光学漩涡
螺旋镜片设计的灵感来自于论文的第一作者、法国 SPIRAL SAS 公司的 Laurent Galinier。当分析患者严重角膜变形的光学特性时，他构想出了一种具有独特螺旋设计的镜片，能够让光线旋转，就像水流流动一样。这种现象被称为光学漩涡，它能够产生多个清晰的焦点，使镜片在不同距离下都能提供清晰的焦点。
这种镜片可以用于隐形眼镜 来源：Laurent Galinier
Galinier 说：“创建光学漩涡通常需要多个光学元件。然而，我们的镜片直接将产生光学漩涡所需的元件整合进表面。创建光学漩涡是一个蓬勃发展的研究领域，我们的方法简化了这个过程，标志着光学领域的一个重大进步。”
研究人员利用先进的数字加工技术制造了这种镜片，以高精度塑造了其独特的螺旋设计。然后，他们使用数字成像的“E”字验证了该镜片。作者观察到，无论使用的光圈大小如何，图像质量都令人满意。他们还发现，可以通过调整拓扑电荷（基本上是光学轴周围的缠绕数）来修改光学漩涡。使用这些镜片的被试也称，在各种距离和光照条件下，他们的视力均有明显改善。
跨学科交叉
要将新型镜片付诸实现，需要将简便的设计与先进的制造技术相结合，进行跨学科合作。“螺旋二光子镜片最初由一位直觉敏锐的发明者构想，经过与光学科学家的密切合作，得到了科学上的证实，”Simon 说。“这样的合作得到了一种创新性方法来创建先进的镜片。”
目前，研究人员正致力于更好地理解这种镜片产生的独特的光学漩涡。针对该镜片纠正视力的能力，他们还计划在人群中进行系统试验以完全确定其在实际环境中的性能和优势。此外，他们正在探索将这一概念应用于处方眼镜的可能性，这能够在不同距离下，为用户提供清晰视野。
Simon 表示：“这种新型镜片可以在不同光照条件下显著改善人们的视觉深度。未来，该技术的发展还可能推动紧凑成像技术、可穿戴设备以及用于无人机或自动驾驶汽车的远程感应系统的发展，使它们更加可靠高效。”
论文信息
【标题】Spiral diopter: freeform lenses with enhanced multifocal behavior
【作者】Laurent Galinier, Philippe Renaud-Goud, Jean Brusau, Lucien Kergadallan, Jean Augereau, and Bertrand Simon
【期刊】Optica
【时间】February 8, 2024
【DOI】10.1364/OPTICA.507066
【摘要】Lens design is of paramount importance in the evolving world of technology, where compactness and high optical performance are a necessity, ranging from smartphones and wearable devices to vehicles and virtual reality. Freeform design techniques allow us to transcend traditional limitations, but creating new optics remains a substantial challenge unless we consider unconventional physical phenomena. Here, we introduce a lens type based on freeform design, employing spiralization of one of its diopters that results in optical vortices. This enables multifocality, primarily serving needs in ophthalmology; however, its potential applications could broadly impact many other domains. In particular, this lens design could be crucial in miniaturizing emerging technologies while retaining their optical quality.
【链接】https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-11-2-238&id=546413