Polacy stworzyli pierwsze takie okulary na świecie. Wykorzystują podczerwień

- Widzenie dwufotonowe, najprościej mówiąc, polega na tym, że człowiek widzi podczerwień, przy czym długość fali 950 nanometrów wydaje się nam niebieska, 1000 nanometrów zielona, a 1100 nanometrów żółta, czyli kolory odpowiadają z grubsza takim kolorom, jakie ma dla nas światło widzialne, które ma połowę długości fali – wyjaśnia w rozmowie z agencją Newseria Innowacje dr hab. inż. Katarzyna Komar, prof. UMK, badaczka Międzynarodowego Centrum Badań Oka ICTER działającego w Instytucie Chemii Fizycznej PAN.

Człowiek może zobaczyć podczerwień

Zjawisko widzenia dwufotonowego zostało opisane w 2014 roku przez międzynarodowy zespół naukowców, w którym uczestniczyła Katarzyna Komar. Badacze wykazali, że człowiek może zobaczyć krótkie impulsy bliskiej podczerwieni, choć ten zakres promieniowania jest zwykle niewidoczny dla oka. Dzieje się tak, gdy pigment wzrokowy niemal jednocześnie pochłonie dwa fotony podczerwieni. Ich łączna energia wystarcza do pobudzenia fotoreceptorów, a mózg odbiera powstały bodziec jako światło widzialne.

W okularach rozszerzonej rzeczywistości cyfrowy obraz musi być nałożony na widok otoczenia. Stosowane obecnie układy optyczne mogą jednak powodować straty światła, przyciemnienie lub zniekształcenie obrazu świata zewnętrznego. Trudnością jest również utrzymanie ostrości dodatkowych treści, gdy użytkownik przenosi wzrok między obiektami znajdującymi się w różnych odległościach.

Widzenie dwufotonowe może ograniczyć te problemy, ponieważ wykorzystuje inny zakres promieniowania niż światło docierające z otoczenia. Dzięki temu oba tory optyczne można połączyć za pomocą zwierciadła dichroicznego, które przepuszcza światło widzialne, a odbija podczerwień. W prototypie przepuszcza ono 96 proc. światła widzialnego i odbija 98 proc. bodźca podczerwonego.

- Widzenie dwufotonowe jest procesem nieliniowym optycznie, co oznacza, że jasność bodźca kwadratowo zależy od mocy wiązki pobudzającej, w związku z czym o wiele łatwiej będzie osiągnąć sytuację, że widzimy bodziec ostro i wyraźnie zarówno w warunkach jasnego dnia, jak i w ciemniejszym oświetleniu. Dodatkowo bodziec dwufotonowy, z tego powodu, że wywołuje go proces nieliniowy, jest zawsze ostry – mówi prof. Komar.

Obraz pozostaje ostry w większym zakresie

Większą tolerancję obrazu dwufotonowego na rozogniskowanie potwierdzają wyniki badania zespołu prof. Katarzyny Komar, opublikowanego w sierpniu 2026 roku w czasopiśmie „Optics Letters”. Naukowcy wyświetlali uczestnikom zieloną literę za pomocą światła widzialnego oraz impulsów podczerwieni, a następnie stopniowo zwiększali rozogniskowanie obrazu. U osób z większą zdolnością akomodacji średnia tolerancja wyniosła 6,6 dioptrii dla widzenia dwufotonowego i 4,3 dioptrii dla tradycyjnego obrazu. Podobną przewagę odnotowano również u osób z prezbiopią. Ma to znaczenie w urządzeniach AR, ponieważ odległość, w której użytkownik widzi wirtualny obiekt, nie zawsze odpowiada płaszczyźnie, na której oko musi ustawić ostrość.

- Idea stworzenia okularów opartych na widzeniu dwufotonowym zakłada, że na głowie użytkownika umieścimy układ optyczny, który normalnie zajmuje sporą część stołu optycznego. Ludzie mają różną anatomię i musimy tak dostosować sposób zakładania tego układu optycznego, żeby pasowało do osób o różnej anatomii. Pomógł nam pomysł, żeby użyć optometrycznej ramy, na której umocowaliśmy elementy, które służą do wyświetlania bodźców dwufotonowych. Dodatkowo musimy szukać jak najmniejszych i jak najlżejszych wersji urządzeń, żeby wyświetlać dwufotonowe bodźce - mówi prof. Katarzyna Komar.

Zobacz takżeMiał wyroki i zakaz leczenia dzieci, a dyżurował sam. Afera z lekarzem z KO

Polski prototyp pierwszym takim urządzeniem na świecie

Naukowcy zbudowali prototyp łączący skaner MEMS, regulowane elementy optyczne, światłowodowy tor laserowy i oprogramowanie, które synchronizuje pracę całego układu w czasie rzeczywistym. Elementy umieszczono na lekkiej oprawie optometrycznej, która utrzymuje je w odpowiedniej odległości i pozycji względem oka.

Urządzenie wykorzystuje femtosekundowy laser światłowodowy domieszkowany erbem, opracowany przez dr inż. Dorotę Stachowiak i jej współpracowników z Politechniki Wrocławskiej.

Prototyp powstał w ramach projektu „Wyświetlacz siatkówkowy oparty na widzeniu dwufotonowym dla potrzeb rozszerzonej rzeczywistości”, który otrzymał dofinansowanie w programie Proof of Concept Fundacji na rzecz Nauki Polskiej ze środków Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki 2021–2027.