你近視嗎？你老花嗎？你是不是已經徹底厭倦了這個模糊的世界？來，螺旋鏡片，了解一下，法國科學家最新發明的革命性魔法鏡片，視力界的瑞士軍刀，讓你的眼睛能夠在任何距離上，任何光線下都看得清清楚楚，就像給你的眼睛裝上了自動對焦，可能會革命性地改變眼科，甚至無人機、手機鏡頭、汽車視覺導航、蘋果Vision Pro等。
這項研究來自法國光學院、波爾多大學和國家科學研究中心聯合成立的光子學、數值和奈米科學實驗室（LP2N），研究人員在分析患者角膜嚴重變形的光學特性時，突然觸發了一個奇妙的靈感，能不能像水流入下水道一樣，讓光旋轉，產生光學渦流，從而製造多個清晰的焦點，讓鏡片在不同的距離上都能提供清晰的視野呢？
通常這種鏡片需要多個光學元件，這顯然不利於做成眼鏡戴在臉上，研究人員靈機一動，想到了自由曲面設計技術。這是一種先進的鏡頭和光學元件設計方法，允許設計師們創建傳統技術難以實現的複雜曲面，精確地控制光線路徑，優化鏡頭的光學性能，減少像差，提高成像質量，在2019年已經成為現實。
這種鏡片設計允許通過幾個簡單的參數來改變屈光面的幾何形狀，從而塑造焦點的位置和景深，提供獨立於光圈大小的多焦點行為、擴展景深和/或通過焦點形狀深度編碼的可能性，而不是僅僅依賴於鏡片的物理大小或形狀。
研究人員隨即利用先進的數字加工技術對鏡片的一個屈光面進行了高精度的螺旋處理，讓它可以製造光學渦旋，也就是讓光束在傳播過程中呈現出旋轉的波前，從而實現多焦點功能，在不同的焦距處產生清晰的成像。簡而言之，就是對鏡片進行精細化研磨，產生一個螺旋形的結構，這個結構可以產生許多獨立的焦點，就像在一個鏡頭中集成了多個鏡頭。
之後像驗光師用發光板上的字母「E」來測試我們的視力一樣，研究人員也用它來檢驗他們的新發明。結果無論光圈大小，也就是等同於不同光照條件下，這種鏡片都能提供令人滿意的成像質量。然後在志願者的測試中也證實了這一點，他們報告在各種距離和照明條件下視力都有明顯的改善。
是不是不明覺厲？研究人員又將螺旋多焦點鏡片和傳統的三焦點鏡片，也就是可以看近、看中、看遠的老花鏡進行PK，結果螺旋鏡片在大多數焦點處，特別是大光圈使用時，都展現出更大的優勢。這意味著在需要廣角視野，如低光照條件下或近距離工作時，螺旋鏡片能夠提供更清晰的視覺效果。
然後即使在小光圈下螺旋鏡片也能保持多焦點的清晰，這是傳統三焦點老花鏡所不具備的，這意味著螺旋鏡片在各種光照和距離下都能夠持續提供清晰的視野。此外這種鏡片還能減少對大光圈的依賴，可能有助於減輕眼睛疲勞，提供更舒適的視覺體驗。
是不是很完美？這項技術的魔力遠不止於此，這種螺旋結構不僅可能改變我們看世界的方式，它還簡化了光學系統的設計和功能，打開了一個全新的視覺革命大門。想像一下，一個無需額外光學元件就能在不同深度完成成像的方法，這簡直就像是給光學設計師們提供了一把萬能鑰匙，讓他們可以輕鬆解鎖各種高級成像應用中的深度感知之謎。
想起什麼沒有，馬斯克特斯拉的純視覺駕駛，蘋果的Vision Pro頭顯，手機、無人機鏡頭這類緊湊型成像系統，可能都是這種鏡片大顯身手的廣闊舞台。
而且這種鏡片的功能和專為視力矯正設計的漸進鏡片類似，但消除了相關的常見畸變，研究人員認為這一突破還可以顯著增強隱形眼鏡技術，以及用於白內障治療的眼內植入物。接下來他們將集中研究如何優化設計參數，調整螺旋形狀和分布，進一步改進鏡片以提高各種光圈和聚焦區域的性能。
總而言之，這個神奇發明可能是光學領域的一次重大進步，對那些夢想著在任何條件下，都能擁有完美視覺的人們，更是一份希望和承諾，希望能夠早日得到應用。
這項研究發表在2月8日《Optica》上，標題是：
Spiral diopter: freeform lenses with enhanced multifocal behavior
