Os pesquisadores desenvolveram uma lente em formato de espiral que mantém um foco claro em diferentes distâncias em diversas condições de luz. A nova lente funciona de forma semelhante às lentes progressivas usadas para correção da visão, mas sem as distorções normalmente observadas nessas lentes. Poderia ajudar no avanço das tecnologias de lentes de contato, implantes intraoculares para catarata e sistemas de imagem miniaturizados.

"Ao contrário das lentes multifocais existentes, a nossa lente funciona bem sob uma ampla gama de condições de luz e mantém a multifocalidade independentemente do tamanho da pupila", disse Bertrand Simon do Laboratório de Fotônica, Numérica e Nanociências (LP2N), uma unidade de pesquisa conjunta entre o Instituto d'Optique Graduate School, a Universidade de Bordeaux e o CNRS na França.

“Para potenciais usuários de implantes ou pessoas com hipermetropia relacionada à idade, ele poderia fornecer uma visão consistentemente clara, potencialmente revolucionando a oftalmologia”.

Em Óptica os pesquisadores descrevem a nova lente, que chamam de dioptria espiral. Seus recursos em espiral são organizados de forma a criar muitos pontos de foco separados – como se você tivesse várias lentes em uma. Isto torna possível ver claramente a várias distâncias.

“Além das aplicações oftalmológicas, o design simples desta lente pode beneficiar enormemente os sistemas de imagem compactos”, disse Simon.

"Isso simplificaria o design e a função desses sistemas, ao mesmo tempo que ofereceria uma maneira de obter imagens em várias profundidades sem elementos ópticos adicionais. Esses recursos, juntamente com as propriedades multifocais da lente, oferecem uma ferramenta poderosa para percepção de profundidade em aplicações avançadas de imagem."

Criando um vórtice de luz

A inspiração para o design da lente espiral veio quando o primeiro autor do artigo, Laurent Galinier da SPIRAL SAS na França, estava analisando as propriedades ópticas de deformações graves da córnea em pacientes. Isso o levou a conceituar uma lente com um design espiral exclusivo que faz a luz girar, como a água escorrendo pelo ralo. Este fenômeno, conhecido como vórtice óptico, cria vários pontos de foco nítidos, que permitem que a lente forneça foco nítido em diferentes distâncias.

“Criar um vórtice óptico geralmente requer múltiplos componentes ópticos”, disse Galinier. "Nossa lente, no entanto, incorpora os elementos necessários para criar um vórtice óptico diretamente em sua superfície. A criação de vórtices ópticos é um campo de pesquisa próspero, mas nosso método simplifica o processo, marcando um avanço significativo no campo da óptica."

Os pesquisadores criaram a lente usando usinagem digital avançada para moldar o design espiral exclusivo com alta precisão. Eles então validaram a lente usando-a para criar a imagem de um “E” digital, muito parecido com aqueles usados ​​em uma placa iluminada de um optometrista. Os autores observaram que a qualidade da imagem permaneceu satisfatória independente do tamanho de abertura utilizado.

Eles também descobriram que os vórtices ópticos poderiam ser modificados ajustando a carga topológica, que é essencialmente o número de enrolamentos em torno do eixo óptico. Os voluntários que usaram as lentes também relataram melhorias visíveis na acuidade visual em diversas distâncias e condições de iluminação.

Cruzando disciplinas

Para concretizar a nova lente, foi necessário combinar o design elaborado de forma intuitiva com técnicas avançadas de fabricação por meio de uma colaboração interdisciplinar.

"A lente de dioptria espiral, concebida pela primeira vez por um inventor intuitivo, foi cientificamente fundamentada através de uma intensa colaboração de pesquisa com cientistas ópticos", disse Simon. "O resultado foi uma abordagem inovadora para a criação de lentes avançadas."

Os investigadores estão agora a trabalhar para compreender melhor os vórtices ópticos únicos produzidos pelas suas lentes. Eles também planejam realizar testes sistemáticos da capacidade da lente de corrigir a visão nas pessoas para estabelecer de forma abrangente seu desempenho e vantagens em condições do mundo real.

Além disso, eles estão explorando a possibilidade de aplicar o conceito a óculos graduados, o que poderia oferecer aos usuários uma visão nítida em múltiplas distâncias.

“Esta nova lente pode melhorar significativamente a profundidade de visão das pessoas sob condições variáveis ​​de iluminação”, disse Simon.

“Desenvolvimentos futuros com esta tecnologia também podem levar a avanços em tecnologias de imagem compactas, dispositivos vestíveis e sistemas de sensoriamento remoto para drones ou carros autônomos, o que poderia torná-los mais confiáveis ​​e eficientes”.

Mais informações: Laurent Galinier et al, Spiral Diopter:Freeform Lenses With Enhanced Multifocal Behavior, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.507066
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