Разработанные французскими учеными линзы спиральной формы, созданные с использованием метода проектирования свободной формы, обеспечивают четкость изображения как на близком, так и на дальнем расстоянии, а также при различных условиях освещения. Данное достижение открывает новые возможности для развития оптики.
В нормальном состоянии хрусталик глаза фокусирует световой луч на сетчатке, обеспечивая четкое зрение. Однако при нарушениях зрения фокус смещается ближе или дальше от сетчатки, что приводит к размытости изображения. Коррекционные линзы, широко применяемые для улучшения зрения, как правило, имеют одну фокусную точку. Помимо этого, разработаны многофокусные линзы, которые обладают разными фокусными точками: верхняя часть предназначена для зрения на дальние расстояния, а нижняя – для фокусировки на близких объектах.
Мультифокальный эффект достигается путем использования дифракционных или преломляющих конструкций, однако их восприимчивость к изменению размера зрачка создает сложности, особенно при фотопическом зрении (зрении при ярком свете, когда активно работают колбочки сетчатки). Новый дизайн линз предлагает альтернативу для улучшения качества изображения в разных фокусных областях. Исследование опубликовано в журнале Optica.
Эти линзы позволяют настраивать фокус и глубину резкости, изменяя лишь несколько параметров их конструкции. В их основе лежит спиралевидная структура, которая обеспечивает распределение оптической силы. При прохождении света через линзу формируются оптические вихри — световые потоки, вращающиеся подобно воде в трубе. Это приводит к формированию двух оптических полей, сходящихся в разных областях, создавая эффект мультифокальности.
Оценку четкости новых линз проводили с использованием стандартной методики – определения резкости букв на световой доске. Участники исследования отметили, что изображения выглядят четкими на разных расстояниях и при различной освещенности. Тем не менее, разработанный дизайн имеет недостатки. На всех расстояниях не удается добиться идеально четкого изображения: в то время как традиционные линзы обеспечивают высокую резкость на определенном расстоянии, но становятся размытыми на другом, «спиральные» линзы уменьшают эту разницу, позволяя пользователям видеть достаточно хорошо на всем диапазоне, хотя и не обеспечивая максимальной резкости, характерной для обычных линз.
Предлагаемый дизайн позволяет изготавливать мультифокальные устройства с расширенной глубиной резкости, не требуя использования сложных оптических схем, которые применялись для этой цели ранее. В частности, в сфере смешанной реальности системы отображения нуждаются в адаптации к расстоянию до визуализируемых объектов. Традиционные методы предусматривают создание динамических систем адаптации, что приводит к усложнению конструкции устройств. Однако спиралевидные линзы, обладающие большой глубиной резкости, предлагают пассивное, экономичное и легко реализуемое решение.
Новые технологии найдут применение не только в офтальмологии, но и способны улучшить работу носимых устройств, а также системы машинного зрения, используемые в дронах и автономных автомобилях, повысив их надежность и эффективность.