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法国改变眼科重磅发明!神奇螺旋镜片,让近视老花都不愁了?

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你近视吗?你老花吗?你是不是已经彻底厌倦了这个模糊的世界?来,螺旋镜片,了解一下,法国科学家最新发明的革命性魔法镜片,视力界的瑞士军刀,让你的眼睛能够在任何距离上,任何光线下都看得清清楚楚,就像给你的眼睛装上了自动对焦,可能会革命性地改变眼科,甚至无人机、手机镜头、汽车视觉导航、苹果Vision Pro等。

这项研究来自法国光学院、波尔多大学和国家科学研究中心联合成立的光子学、数值和纳米科学实验室(LP2N),研究人员在分析患者角膜严重变形的光学特性时,突然触发了一个奇妙的灵感,能不能像水流入下水道一样,让光旋转,产生光学涡流,从而制造多个清晰的焦点,让镜片在不同的距离上都能提供清晰的视野呢?



通常这种镜片需要多个光学元件,这显然不利于做成眼镜戴在脸上,研究人员灵机一动,想到了自由曲面设计技术。这是一种先进的镜头和光学元件设计方法,允许设计师们创建传统技术难以实现的复杂曲面,精确地控制光线路径,优化镜头的光学性能,减少像差,提高成像质量,在2019年已经成为现实。

这种镜片设计允许通过几个简单的参数来改变屈光面的几何形状,从而塑造焦点的位置和景深,提供独立于光圈大小的多焦点行为、扩展景深和/或通过焦点形状深度编码的可能性,而不是仅仅依赖于镜片的物理大小或形状。

研究人员随即利用先进的数字加工技术对镜片的一个屈光面进行了高精度的螺旋处理,让它可以制造光学涡旋,也就是让光束在传播过程中呈现出旋转的波前,从而实现多焦点功能,在不同的焦距处产生清晰的成像。简而言之,就是对镜片进行精细化研磨,产生一个螺旋形的结构,这个结构可以产生许多独立的焦点,就像在一个镜头中集成了多个镜头。



之后像验光师用发光板上的字母“E”来测试我们的视力一样,研究人员也用它来检验他们的新发明。结果无论光圈大小,也就是等同于不同光照条件下,这种镜片都能提供令人满意的成像质量。然后在志愿者的测试中也证实了这一点,他们报告在各种距离和照明条件下视力都有明显的改善。

是不是不明觉厉?研究人员又将螺旋多焦点镜片和传统的三焦点镜片,也就是可以看近、看中、看远的老花镜进行PK,结果螺旋镜片在大多数焦点处,特别是大光圈使用时,都展现出更大的优势。这意味着在需要广角视野,如低光照条件下或近距离工作时,螺旋镜片能够提供更清晰的视觉效果。



然后即使在小光圈下螺旋镜片也能保持多焦点的清晰,这是传统三焦点老花镜所不具备的,这意味着螺旋镜片在各种光照和距离下都能够持续提供清晰的视野。此外这种镜片还能减少对大光圈的依赖,可能有助于减轻眼睛疲劳,提供更舒适的视觉体验。

是不是很完美?这项技术的魔力远不止于此,这种螺旋结构不仅可能改变我们看世界的方式,它还简化了光学系统的设计和功能,打开了一个全新的视觉革命大门。想象一下,一个无需额外光学元件就能在不同深度完成成像的方法,这简直就像是给光学设计师们提供了一把万能钥匙,让他们可以轻松解锁各种高级成像应用中的深度感知之谜。

想起什么没有,马斯克特斯拉的纯视觉驾驶,苹果的Vision Pro头显,手机、无人机镜头这类紧凑型成像系统,可能都是这种镜片大显身手的广阔舞台。



而且这种镜片的功能和专为视力矫正设计的渐进镜片类似,但消除了相关的常见畸变,研究人员认为这一突破还可以显著增强隐形眼镜技术,以及用于白内障治疗的眼内植入物。接下来他们将集中研究如何优化设计参数,调整螺旋形状和分布,进一步改进镜片以提高各种光圈和聚焦区域的性能。

总而言之,这个神奇发明可能是光学领域的一次重大进步,对那些梦想着在任何条件下,都能拥有完美视觉的人们,更是一份希望和承诺,希望能够早日得到应用。

这项研究发表在2月8日《Optica》上,标题是:

Spiral diopter: freeform lenses with enhanced multifocal behavior

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