Forskare har utvecklat en spiralformad lins som bibehåller tydlig fokus på olika avstånd i varierande ljusförhållanden. Den nya linsen fungerar ungefär som progressiva linser som används för synkorrigering men utan de förvrängningar som vanligtvis ses med dessa linser. Det kan hjälpa till att utveckla kontaktlinsteknologier, intraokulära implantat för grå starr och miniatyriserade bildsystem.
"Till skillnad från befintliga multifokala linser presterar vår lins bra under ett brett spektrum av ljusförhållanden och bibehåller multifokalitet oavsett pupillens storlek", säger Bertrand Simon från Photonics, Numerical and Nanosciences Laboratory (LP2N), en gemensam forskningsenhet mellan Institutionen d'Optique Graduate School, University of Bordeaux och CNRS i Frankrike.
"För potentiella implantatanvändare eller personer med åldersrelaterad långsynthet kan det ge en konsekvent klar syn, vilket potentiellt revolutionerar oftalmologin."
I Optica forskarna beskriver den nya linsen, som de kallar spiraldioptrin. Dess spiralformade funktioner är arrangerade på ett sätt som skapar många separata fokuspunkter - ungefär som att ha flera linser i ett. Detta gör det möjligt att se tydligt på olika avstånd.
"Förutom oftalmologiska tillämpningar kan den enkla designen av denna lins till stor del gynna kompakta bildsystem", säger Simon.
"Det skulle effektivisera designen och funktionen hos dessa system samtidigt som det skulle erbjuda ett sätt att åstadkomma avbildning på olika djup utan ytterligare optiska element. Dessa funktioner, tillsammans med linsens multifokala egenskaper, erbjuder ett kraftfullt verktyg för djupuppfattning i avancerade bildbehandlingstillämpningar"
Inspirationen till spirallinsdesignen kom när tidningens första författare, Laurent Galinier från SPIRAL SAS i Frankrike, analyserade de optiska egenskaperna hos allvarliga hornhinnedeformationer hos patienter. Detta fick honom att konceptualisera en lins med en unik spiraldesign som får ljus att snurra, som vatten som går ner i ett avlopp. Detta fenomen, känt som en optisk virvel, skapar flera tydliga fokuspunkter, vilket gör att objektivet kan ge tydligt fokus på olika avstånd.
"Att skapa en optisk virvel kräver vanligtvis flera optiska komponenter", säger Galinier. "Vår lins innehåller emellertid de element som är nödvändiga för att göra en optisk virvel direkt i dess yta. Att skapa optiska virvlar är ett blomstrande forskningsfält, men vår metod förenklar processen och markerar ett betydande framsteg inom optikområdet."
Forskarna skapade linsen genom att använda avancerad digital bearbetning för att forma den unika spiraldesignen med hög precision. De validerade sedan linsen genom att använda den för att avbilda ett digitalt "E", ungefär som de som används på en optikers belysningstavla. Författarna observerade att bildkvaliteten förblev tillfredsställande oavsett vilken bländarstorlek som användes.
De upptäckte också att de optiska virvlarna kunde modifieras genom att justera den topologiska laddningen, vilket i huvudsak är antalet lindningar runt den optiska axeln. Frivilliga som använde linserna rapporterade också märkbara förbättringar i synskärpa på olika avstånd och ljusförhållanden.
För att förverkliga den nya linsen krävdes en kombination av den intuitivt utformade designen med avancerad tillverkningsteknik genom ett tvärvetenskapligt samarbete.
"Spiraldioptrilinsen, som först skapades av en intuitiv uppfinnare, var vetenskapligt underbyggd genom ett intensivt forskningssamarbete med optiska forskare," sa Simon. "Resultatet var en innovativ metod för att skapa avancerade linser."
Forskarna arbetar nu för att bättre förstå de unika optiska virvlar som produceras av deras lins. De planerar också att utföra systematiska prövningar av linsens förmåga att korrigera synen hos människor för att heltäckande fastställa dess prestanda och fördelar under verkliga förhållanden.
Dessutom undersöker de möjligheten att tillämpa konceptet på receptbelagda glasögon, vilket potentiellt skulle kunna erbjuda användarna klar syn över flera avstånd.
"Denna nya lins kan avsevärt förbättra människors syndjup under förändrade ljusförhållanden", sa Simon.
"Framtida utveckling med denna teknik kan också leda till framsteg inom kompakt bildbehandlingsteknik, bärbara enheter och fjärranalyssystem för drönare eller självkörande bilar, vilket kan göra dem mer pålitliga och effektiva."
Mer information: Laurent Galinier et al, Spiral Diopter:Freeform Lenses With Enhanced Multifocal Behavior, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.507066
Tillhandahålls av Optica
