北京
研究人员开发了一种螺旋形镜片，可以在不同光照条件下保持不同距离的清晰焦点。这种新镜片的工作原理与用于视力矫正的渐进式镜片非常相似，但没有这些镜片通常会有的失真。它可以帮助推进隐形眼镜技术、白内障眼内植入物和小型化成像系统的发展。
波尔多大学光学院研究生院和法国国家科学研究中心联合研究机构光子学、数值和纳米科学实验室(LP2N)的Bertrand Simon说：“与现有的多焦点镜片不同，我们的镜片在各种光照条件下表现良好，并且无论瞳孔大小如何，都能保持多焦点。对于潜在的植入物使用者或与年龄有关的远视患者，它可以提供始终如一的清晰视野，有可能彻底改变眼科。”
在Optica中，研究人员描述了这种新的透镜，他们称之为螺旋屈光度。它的螺旋特征以一种方式排列，创造出许多单独的焦点——就像在一个透镜中有多个透镜一样。这使得在不同距离上都能清晰地看到。
螺旋形透镜(底部)将锐度区的范围扩展到经典透镜(顶部)无法企及的区域。
“除了眼科应用，这种镜片的简单设计可以极大地受益于紧凑型成像系统”。
Simon说：“它将简化这些系统的设计和功能，同时提供一种方法，可以在不添加额外光学元件的情况下实现不同深度的成像。这些功能，再加上透镜的多焦特性，为高级成像应用中的深度感知提供了一种强大的工具。”
创造光之漩涡
螺旋透镜设计的灵感来自该论文的第一作者，法国SPIRAL SAS的Laurent Galinier，当时他正在分析患者严重角膜变形时的光学特性。这使他构想出一种具有独特螺旋设计的透镜，该透镜使光像水从排水管中流下一样旋转。这种现象被称为光学涡流，会产生多个清晰的焦点，使透镜在不同距离处提供清晰的焦点。
Galinier说：“创造一个光涡旋通常需要多个光学元件，然而，我们的镜头直接将制造光涡旋所需的元素整合到其表面。创造光涡旋是一个蓬勃发展的研究领域，但我们的方法简化了这一过程，标志着光学领域的重大进步。”
这种新型透镜可用于隐形眼镜(如图所示)、白内障眼内植入物，以及创建新型微型成像系统。
研究人员通过使用先进的数字加工技术以高精度对独特的螺旋设计进行模塑，从而制造出这种透镜。然后，他们使用这种透镜对数字“E”进行成像，就像验光师在发光板上使用的那样。作者观察到，无论使用多大的光圈，图像质量都令人满意。
他们还发现，通过调整拓扑电荷(本质上是指围绕光轴的缠绕数量)，可以改变光学涡旋。使用这种镜片的志愿者还报告说，在各种距离和照明条件下，视觉敏锐度都得到了显著改善。
跨越学科
将新的镜头付诸实践需要将直观的设计与先进的制造技术通过跨学科合作结合起来。
Simon说：“螺旋屈光度镜片最初是由一位直觉敏锐的发明家构想出来的，通过与光学科学家进行深入的研究合作，得到了科学证实。其结果是创造先进镜片的创新方法。”
研究人员现在正致力于更好地理解他们的镜片产生的独特光学涡流。他们还计划对镜片矫正人们视力的能力进行系统试验，以全面确立其在现实条件下的性能和优势。
此外，他们正在探索将这一概念应用于处方眼镜的可能性，这可能会为用户提供跨多个距离的清晰视力。
Simon说：“这种新镜头可以显著改善人们在不断变化的照明条件下的视觉深度。这项技术的未来发展也可能导致小型成像技术、可穿戴设备和无人机或自动驾驶汽车的遥感系统的进步，这可能会使它们更可靠、更高效。”
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