Naukowcy opracowali soczewkę w kształcie spirali, która utrzymuje wyraźną ostrość przy różnych odległościach i w różnych warunkach oświetleniowych. Nowa soczewka działa podobnie jak soczewki progresywne stosowane w korekcji wzroku, ale bez zniekształceń typowych dla tych soczewek. Może pomóc w rozwoju technologii soczewek kontaktowych, implantów wewnątrzgałkowych w leczeniu zaćmy i zminiaturyzowanych systemów obrazowania.
„W przeciwieństwie do istniejących soczewek wieloogniskowych, nasz obiektyw dobrze radzi sobie w szerokim zakresie warunków oświetleniowych i utrzymuje wieloogniskość niezależnie od wielkości źrenicy” – powiedział Bertrand Simon z Laboratorium Fotoniki, Numerycznego i Nanonauki (LP2N), wspólnej jednostki badawczej Instytutu d'Optique Graduate School, Uniwersytet w Bordeaux i CNRS we Francji. „W przypadku potencjalnych użytkowników implantów lub osób z dalekowzrocznością związaną z wiekiem może to zapewnić niezmiennie wyraźne widzenie, co potencjalnie zrewolucjonizuje okulistykę”.
W Optica, czasopiśmie Optica Publishing Group poświęconym badaniom o dużym wpływie, naukowcy opisują nową soczewkę, którą nazywają dioptrią spiralną. Jego spiralne elementy są ułożone w sposób, który tworzy wiele oddzielnych punktów ostrości – podobnie jak w przypadku wielu soczewek w jednym. Dzięki temu możliwe jest wyraźne widzenie z różnych odległości.
„Oprócz zastosowań w okulistyce prosta konstrukcja tej soczewki może przynieść ogromne korzyści kompaktowym systemom obrazowania” – powiedział Simon. „Usprawniłoby to konstrukcję i działanie tych systemów, a jednocześnie umożliwiłoby obrazowanie na różnych głębokościach bez dodatkowych elementów optycznych. Możliwości te, w połączeniu z wieloogniskowymi właściwościami obiektywu, stanowią potężne narzędzie do percepcji głębi w zaawansowanych zastosowaniach obrazowania”.
Tworzenie wiru światła
Inspiracja do konstrukcji soczewki spiralnej pojawiła się, gdy pierwszy autor artykułu, Laurent Galinier z SPIRAL SAS we Francji, analizował właściwości optyczne poważnych deformacji rogówki u pacjentów. To doprowadziło go do opracowania soczewki o unikalnej spiralnej konstrukcji, która powoduje wirowanie światła niczym woda spływająca do kanalizacji. Zjawisko to, zwane wirem optycznym, tworzy wiele wyraźnych punktów ostrości, dzięki czemu obiektyw zapewnia wyraźną ostrość przy różnych odległościach.
„Tworzenie wiru optycznego zwykle wymaga wielu elementów optycznych” – powiedział Galinier. „Jednak nasza soczewka zawiera elementy niezbędne do wytworzenia wiru optycznego bezpośrednio na jego powierzchni. Tworzenie wirów optycznych to prężnie rozwijająca się dziedzina badań, ale nasza metoda upraszcza ten proces, co oznacza znaczny postęp w dziedzinie optyki”.
Naukowcy stworzyli soczewkę, korzystając z zaawansowanej obróbki cyfrowej, aby z dużą precyzją uformować unikalną spiralną konstrukcję. Następnie przetestowali soczewkę, używając jej do zobrazowania cyfrowej litery „E”, podobnie jak te używane na podświetlanej tablicy optometrysty. Autorzy zaobserwowali, że jakość obrazu pozostaje zadowalająca niezależnie od zastosowanej wielkości apertury. Odkryli także, że wiry optyczne można modyfikować poprzez dostosowanie ładunku topologicznego, czyli zasadniczo liczby zwojów wokół osi optycznej. Ochotnicy używający soczewek zgłosili również zauważalną poprawę ostrości wzroku przy różnych odległościach i warunkach oświetleniowych.
Przekraczanie dyscyplin
Stworzenie nowego obiektywu wymagało połączenia intuicyjnie wykonanego projektu z zaawansowanymi technikami produkcji w ramach współpracy interdyscyplinarnej. „Spiralna soczewka dioptrii, stworzona po raz pierwszy przez intuicyjnego wynalazcę, została potwierdzona naukowo w wyniku intensywnej współpracy badawczej z optykami” – powiedział Simon. „Rezultatem było innowacyjne podejście do tworzenia zaawansowanych soczewek”.
Naukowcy pracują obecnie nad lepszym zrozumieniem unikalnych wirów optycznych wytwarzanych przez ich soczewkę. Planują także systematyczne badania zdolności soczewki do korekcji wzroku u ludzi, aby kompleksowo ustalić jej działanie i zalety w rzeczywistych warunkach. Ponadto badają możliwość zastosowania tej koncepcji do okularów korekcyjnych, które mogłyby potencjalnie zapewnić użytkownikom wyraźne widzenie na wiele odległości.
„Ten nowy obiektyw może znacznie poprawić głębię widzenia u ludzi w zmieniających się warunkach oświetleniowych” – powiedział Simon. „Przyszły rozwój tej technologii może również doprowadzić do postępu w kompaktowych technologiach obrazowania, urządzeniach do noszenia i systemach teledetekcji dla dronów i samochodów autonomicznych, co może zwiększyć ich niezawodność i wydajność”.