Новый дизайн «спиральных» линз позволил четко видеть вдали и вблизи одновременно

Хрусталик нашего глаза в норме фокусирует свет на сетчатке, так что мы видим четко. Однако при проблемах со зрением фокус оказывается ближе или дальше сетчатки, и изображение получается расплывчатым. В повсеместно использующихся для коррекции зрения линзах обычно только одна фокусная точка. Существуют также многофокусные линзы с разными фокусными точками в верхней части для того, чтобы смотреть вдаль, и в нижней — для близких объектов. 

Мультифокальность в таком случае достигается за счет применения дифракционных или преломляющих дизайнов, но их чувствительность к расширению зрачка вызывает проблемы, особенно в условиях фотопического зрения (зрение при высокой освещенности, когда функционируют колбочки сетчатки). Новый дизайн линз предлагает альтернативу для улучшения качества изображения в разных фокусных областях. Исследование опубликовано в журнале Optica.

Слева: результирующая разность оптических траекторий. Справа: примеры спиралевидных линз. / © Laurent Galinier

Разработанные линзы позволяют формировать фокальные точки и глубину резкости с помощью нескольких простых параметров их геометрии. Они используют спиралевидную модификацию для распределения оптической силы. Из-за этого при прохождении света через линзу образуются оптические вихри — потоки света вращаются, подобно воде, стекающей по канализационной трубе. За счет этого формируются два эквивалентных оптических поля, сходящихся в разных зонах, что создает эффект мультифокальности.

Тестирование новых линз проводили «классическим» путем оценки четкости букв на световой доске. Участники отметили, что изображения выглядят четкими на различных расстояниях и при разных условиях освещения. Однако разработанный дизайн не идеален. Изображение не получается кристально четким на всех расстояниях: если традиционные линзы дают высокий уровень четкости на одной дистанции, но очень размыты на другой, «спиральные» линзы сглаживают это, так что пользователи получают достаточно хорошее зрение по всему диапазону, но не достигают максимума обычных линз.

(a) Традиционная астигматическая линза с несколькими фокальными областями имеет дефекты разрешения и анизотропии. (b) Спиралевидная линза имеет три фокальные точки и дает более четкое изображение в фокусных областях. / © Laurent Galinier

Опробованный дизайн позволяет создавать мультифокальные устройства с увеличенной глубиной резкости без использования сложных оптических систем, применявшихся для этой цели ранее. Например, в области смешанной реальности для систем отображения необходима адаптация к расстоянию до визуализируемых объектов. Обычные подходы направлены на реализацию динамических систем адаптации, что приводит к сложным конструкциям устройств. А вот спиралевидные линзы с очень большой глубиной резкости представляют собой пассивное, дешевое и простое в реализации решение.

Разработки на основе новой технологии будут полезны не только в офтальмологии, но и потенциально усовершенствуют носимые устройства и системы машинного зрения для дронов и автономных автомобилей, что поможет сделать их более надежными и эффективными.