螺旋形透镜可在一定距离和照明条件下提供清晰的视觉效果

研究人员开发了一种螺旋形透镜，在不同的光照条件下，可以在不同的距离保持清晰的焦点。这种新镜片的工作原理很像用于视力矫正的渐进式镜片，但没有这些镜片通常会出现的失真。它可以帮助推进隐形眼镜技术、白内障人工植入物和微型成像系统

“与现有的多焦点透镜不同，我们的透镜在宽范围的光照条件下表现良好，无论瞳孔大小，都能保持多焦点，”光子、数值和纳米科学实验室（LP2N）的Bertrand Simon说，波尔多大学和法国CNRS

“对于潜在的植入物使用者或与年龄相关的远视患者，它可以提供持续清晰的视力，可能会彻底改变眼科学。”

在Optica中，研究人员描述了他们称之为螺旋屈光度的新镜片。它的螺旋状特征的排列方式可以产生许多独立的焦点——很像一个镜头中有多个镜头。这使得可以在不同的距离上清晰地看到

螺旋透镜（底部）将锐度区域的范围扩展到经典透镜（顶部）所能达到的范围之外。来源：Laurent Galinier

西蒙说：“除了眼科应用，这种镜片的简单设计可以极大地有利于紧凑型成像系统。”

“它将简化这些系统的设计和功能，同时还提供了一种在没有额外光学元件的情况下实现各种深度成像的方法。这些功能，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个强大的工具。”

创造一个光的漩涡

该论文的第一作者、来自法国spiral SAS的Laurent Galinier在分析患者严重角膜变形的光学特性时，获得了螺旋透镜设计的灵感。这使他构思了一种具有独特螺旋设计的透镜，这种透镜可以使光旋转，就像水从下水道里流下来一样。这种现象被称为光学涡旋，会产生多个清晰的焦点，使透镜能够在不同的距离提供清晰的焦点

“产生一个光学涡旋通常需要多个光学元件，”Galinier说。“然而，我们的透镜结合了将光学涡旋直接形成在其表面所需的元素。创建光学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。”

研究人员通过使用先进的数字加工来创建透镜，以高精度塑造独特的螺旋设计。然后，他们通过使用它对数字“E”成像来验证镜片，就像验光师的照明板上使用的一样。作者观察到，无论使用何种孔径，图像质量都令人满意

他们还发现，可以通过调整拓扑电荷来修改光学涡旋，拓扑电荷本质上是围绕光轴的绕组数量。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，视力都有显著提高

跨学科

实现新镜头需要通过跨学科合作将直观的设计与先进的制造技术相结合

西蒙说：“螺旋屈光度透镜最初是由一位直觉型发明家构思的，通过与光学科学家的深入研究合作，它得到了科学的证实。”。“结果是一种创新的方法来制造先进的透镜。”

研究人员现在正在努力更好地了解他们的透镜产生的独特光学涡旋。他们还计划对镜片矫正视力的能力进行系统试验，以全面确定其在现实世界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越多个距离的清晰视觉

西蒙说：“这种新镜头可以在不断变化的照明条件下显著提高人们的视觉深度。”

“这项技术的未来发展还可能导致无人机或自动驾驶汽车的紧凑型成像技术、可穿戴设备和遥感系统的进步，这将使它们更加可靠和高效。”