"Naast oogheelkundige toepassingen zou het eenvoudige ontwerp van deze lens ook grote voordelen kunnen opleveren voor compacte beeldvormingssystemen", aldus Simon.

"Het zou het ontwerp en de functionaliteit van deze systemen stroomlijnen en tegelijkertijd een manier bieden om beeldvorming op verschillende diepten mogelijk te maken zonder extra optische elementen. Deze mogelijkheden, in combinatie met de multifocale eigenschappen van de lens, bieden een krachtig hulpmiddel voor dieptewaarneming in geavanceerde beeldvormingstoepassingen"

Een draaikolk van licht creëren

De inspiratie voor het ontwerp van de spiraallens kwam toen de eerste auteur van het artikel, Laurent Galinier van SPIRAL SAS in Frankrijk, de optische eigenschappen van ernstige vervormingen van het hoornvlies bij patiënten analyseerde. Dit bracht hem ertoe een lens te conceptualiseren met een uniek spiraalvormig ontwerp dat ervoor zorgt dat licht ronddraait, zoals water door een afvoer loopt. Dit fenomeen, bekend als een optische vortex, creëert meerdere heldere focuspunten, waardoor de lens op verschillende afstanden een duidelijke focus kan bieden.

"Het creëren van een optische vortex vereist meestal meerdere optische componenten", zegt Galinier. "Onze lens bevat echter de elementen die nodig zijn om een ​​optische vortex rechtstreeks in het oppervlak te maken. Het creëren van optische wervels is een bloeiend onderzoeksgebied, maar onze methode vereenvoudigt het proces en markeert een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van de optica." P>

De onderzoekers creëerden de lens met behulp van geavanceerde digitale bewerkingen om het unieke spiraalontwerp met hoge precisie te vormen. Vervolgens valideerden ze de lens door deze te gebruiken om een ​​digitale 'E' af te beelden, vergelijkbaar met de lens die wordt gebruikt op het lichtbord van een optometrist. De auteurs constateerden dat de beeldkwaliteit bevredigend bleef, ongeacht de gebruikte diafragmagrootte.

Ze ontdekten ook dat de optische wervels konden worden gewijzigd door de topologische lading aan te passen, wat in wezen het aantal wikkelingen rond de optische as is. Vrijwilligers die de lenzen gebruikten, meldden ook merkbare verbeteringen in de gezichtsscherpte op verschillende afstanden en lichtomstandigheden.

Het overschrijden van disciplines

Om de nieuwe lens tot bloei te brengen, was het nodig om het intuïtief vervaardigde ontwerp te combineren met geavanceerde fabricagetechnieken via een interdisciplinaire samenwerking.

"De spiraalvormige dioptrielens, voor het eerst bedacht door een intuïtieve uitvinder, werd wetenschappelijk onderbouwd door een intensieve onderzoekssamenwerking met optische wetenschappers", aldus Simon. "Het resultaat was een innovatieve benadering voor het creëren van geavanceerde lenzen."

De onderzoekers werken nu aan een beter begrip van de unieke optische wervelingen die door hun lens worden geproduceerd. Ze zijn ook van plan systematische tests uit te voeren naar het vermogen van de lens om het zicht bij mensen te corrigeren, om de prestaties en voordelen ervan in reële omstandigheden volledig vast te stellen.

Daarnaast onderzoeken ze de mogelijkheid om het concept toe te passen op brillen op sterkte, die gebruikers mogelijk een helder zicht over meerdere afstanden kunnen bieden.

"Deze nieuwe lens zou de zichtdiepte van mensen onder veranderende lichtomstandigheden aanzienlijk kunnen verbeteren", aldus Simon.

"Toekomstige ontwikkelingen met deze technologie kunnen ook leiden tot vooruitgang op het gebied van compacte beeldtechnologieën, draagbare apparaten en teledetectiesystemen voor drones of zelfrijdende auto's, waardoor ze betrouwbaarder en efficiënter kunnen worden."

Meer informatie: Laurent Galinier et al, Spiraaldioptrie:vrije vormlenzen met verbeterd multifocaal gedrag, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.507066

Geleverd door Optica