專利名稱：設(shè)計(jì)改善或修正人眼色視覺的濾色片的方法及使用該方法設(shè)計(jì)的濾色片裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)計(jì)改善或修正人眼色視覺的濾色片的方法。本發(fā)明也涉及濾色片裝置，例如可以是使用該方法設(shè)計(jì)的眼鏡鏡片，接觸鏡片或眼內(nèi)鏡片。根據(jù)本發(fā)明的該方案，主要可以用于改善色缺陷人(即，具有色覺倒錯(cuò)的人，通常也被稱作色盲)的色視覺；不過，該方案用于修正無色缺陷人的色視覺時(shí)，也可以得到較好的結(jié)果。
人眼的色視覺來自于感光器(也稱作視錐)的刺激，感光器存在于視網(wǎng)膜上，并且對(duì)三個(gè)不同的波長(zhǎng)區(qū)敏感，即長(zhǎng)波(l)、中波(m)和短波(s)區(qū)(見Stockman，A.，Sharpe，L.T.“The SpectralSensitivities of the Middle and Long Wavelength Sensitive ConesDerived from Measurements in Observers of Known Genotype”；Vision Research40，1711-1739(2000))。繼續(xù)這一過程，首先這些視錐的信號(hào)向前傳到兩極細(xì)胞然后進(jìn)入神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(Rodiech，R.W.“The First Steps in Seeing”，38-40頁，(Sinaver Associates，Inc.MA，USA，1998))。神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中的信號(hào)傳輸彩色的信息到大腦，在大腦中進(jìn)行下一步的色視覺處理。
視網(wǎng)膜上感光器的光譜靈敏度在色覺倒錯(cuò)中起著基本的作用。在早期，基于一些接收器的色缺陷只是簡(jiǎn)單地因?yàn)楸日５慕邮掌鞯撵`敏度低這一假設(shè)，來校正色覺倒錯(cuò)，這樣，為了再造所有接收器的靈敏度間的校正比，其它一些接收器(具有正常靈敏度)的靈敏度將成比例地降低。匈牙利專利申請(qǐng)No.P9800510、加拿大專利申請(qǐng)No.5,574,517及美國專利申請(qǐng)Nos.4,998,817，5,574,517，5,617,154，5,369,453及5,846,457中公開的方法及裝置，以及使用這種濾色片，其在指定的接收器敏感的波長(zhǎng)區(qū)選擇地透過較少的光，可以被用作校止。
基于濾色片的使用的一些其它方法，僅僅針對(duì)引起一些顏色對(duì)比的增加，而不是試圖獲得色視覺的真正的改善(例見美國專利No.6,089,712公布的方法)。這種濾色片甚至常常使色視覺變差，然而，它們能使色缺陷人看到在不同亮度下的不同顏色。使用這種濾色片，所謂的偽等色視覺測(cè)試(如Ishihara，Velhagen及Dvorin測(cè)試)具有很好的“欺騙性”，卻沒有實(shí)現(xiàn)色視覺的真正改善。
進(jìn)一步研究顯示，先天性色缺陷的基本原因是視網(wǎng)膜上的某感光器的光譜靈敏度函數(shù)(即SSF)沿著波長(zhǎng)軸漂移(Nathans，J.TheGenes for Color Vision；Scientific American pp.35-38(February，1989))。這一認(rèn)識(shí)很好地解釋了為什么雖然減小的接收器靈敏度的這一理論被證明是錯(cuò)誤的，仍舊能保持一段延長(zhǎng)的時(shí)間周期即如果僅僅在一個(gè)給定的波長(zhǎng)處測(cè)量接收器的靈敏度，那么僅僅由于該漂移，也可以很容易地觀察到具有較低靈敏度的SSF的部分。
美國專利No.5,774,202公布的方法利用了以上的認(rèn)識(shí)，其中也考慮了接收器的SSF也可能具有錯(cuò)誤的形狀，即色缺陷是位置漂移和/或變形形狀的SSF的結(jié)果。該方法的原理是應(yīng)該使用濾色片，該濾色片的光譜透過率函數(shù)(對(duì)于給定的接收器類型，透過的光的百分率相對(duì)于光的波長(zhǎng)繪圖，而得到的函數(shù))對(duì)應(yīng)于具有將要得到的正確的形狀及位置的SSF與具有真實(shí)的(漂移的)位置和/或變形形狀的SSF的商。這個(gè)方案很有效，對(duì)其它具有沒有被校正的SSF的接收器，該濾色片沒有相反的作用。這一矛盾的解決使得濾色片的光透過率調(diào)整到正如以上討論計(jì)算的僅僅覆蓋某一波長(zhǎng)區(qū)的函數(shù)，并且在本區(qū)之外的波長(zhǎng)處，該濾色片的光透過率保持在一個(gè)固定值。本方案的弱點(diǎn)僅僅在于后一條件，因?yàn)檫x擇光透過率必須保持不變的波長(zhǎng)是非常任意的。
以上討論的所有方案介于來自接收器端即來自輸入端的色視覺過程中。雖然已知以下事實(shí)(見例如，上面引用的Rodiech的教科書的350-353頁)，一組神經(jīng)節(jié)細(xì)胞比較l和m接收器的信號(hào)，并且因此將與(l-m)成比例的對(duì)立信號(hào)傳輸?shù)酱竽X，另外的一組神經(jīng)節(jié)細(xì)胞比較s接收器的信號(hào)與l和m信號(hào)的和，并且因此將與(s-(l+m))成比例的對(duì)立信號(hào)傳輸?shù)酱竽X，但是沒有試圖影響作為波長(zhǎng)的函數(shù)的對(duì)立信號(hào)的強(qiáng)度變化；即在校正色視覺之前沒有應(yīng)用來自輸出端的反饋控制。
本發(fā)明基于以下的認(rèn)識(shí)，如果濾色片的光譜透過率函數(shù)(即STF)不是基于接收器的光譜透過率函數(shù)，而是基于與(l-m)成比例的對(duì)立信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)的函數(shù)(即對(duì)立信號(hào)函數(shù)，OP1)或基于與(s-(l+m))成比例的對(duì)立信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)的函數(shù)(即對(duì)立信號(hào)函數(shù)，OP2)而設(shè)計(jì)的，那么人眼的色視覺將比現(xiàn)有方案更有效地得到改善或修正。
這樣，本發(fā)明涉及設(shè)計(jì)用于改善或修正人眼的色視覺的濾色片的光譜透過率函數(shù)的方法。根據(jù)本發(fā)明獲得的一個(gè)要求的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1或OP2)除以將要被改善或修正色視覺的眼睛的一個(gè)真正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)特征(OP1’或OP2’)，所得到的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域被替換為零，并且整個(gè)函數(shù)被歸化以得到一個(gè)光譜透過率函數(shù)。并且如果需要，從所述光譜透過率函數(shù)及從具有將要被改善或修正色視覺的眼睛的l、m及s接收器的真正的光譜靈敏度函數(shù)，將產(chǎn)生修正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1*或OP2*)。在一個(gè)或多個(gè)重復(fù)中，通過將所述修正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1*或OP2*)與獲得的所述要求的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1或OP2)比較，覆蓋一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)范圍的所述光譜透過率函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)部分將被修正。
本發(fā)明也涉及具有用于改善或修正人眼的色視覺的濾色片的光學(xué)裝置，其中該濾色片具有如上述討論中設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)。
現(xiàn)在借助附圖，更詳細(xì)地討論本發(fā)明，其中

圖1a顯示具有正常色視覺的人眼的l、m及s感光器的光譜靈敏度函數(shù)(橫坐標(biāo)波長(zhǎng)(λ)，單位nm，縱坐標(biāo)靈敏度，單位任意)；圖1b顯示在根據(jù)圖1a的坐標(biāo)系中，對(duì)于理論的藍(lán)色弱類型的感光器的光譜靈敏度函數(shù)，其中s接收器的SSF用虛線表示。為了比較，接收器的SSF的正確形狀及位置用實(shí)線表示。
圖2是在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞水平的接收器信號(hào)的處理框圖，表示傳輸顏色信息到大腦以進(jìn)一步處理的OP1型(紅/綠)和OP2型(藍(lán)/黃)對(duì)立信號(hào)是如何產(chǎn)生的，以及非彩色的光譜發(fā)光度函數(shù)V(λ)是如何形成的；圖3a顯示具有正常色視覺的眼睛的對(duì)立的信號(hào)函數(shù)(OP1及OP2)(橫坐標(biāo)波長(zhǎng)λ，單位nm，縱坐標(biāo)強(qiáng)度)；為了使該圖更具有表現(xiàn)力，函數(shù)OP1在垂直方向已經(jīng)被放大到約五倍；圖3b顯示，在根據(jù)圖3a的坐標(biāo)系中，具有典型的紅/綠色覺倒錯(cuò)的病人的OP1’函數(shù)，與具有正常色視覺的眼睛的OP1函數(shù)相比較；圖4a顯示具有紅色弱的色缺陷病人的OP1/OP1’得到的函數(shù)，圖4b顯示具有綠色弱的色缺陷病人的相應(yīng)的函數(shù)。在兩個(gè)圖上，歸化到0.9的函數(shù)被以一個(gè)稍微簡(jiǎn)化的方式描述；該函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域已經(jīng)從圖4b中省略。橫坐標(biāo)波長(zhǎng)λ，單位nm，縱坐標(biāo)透過光的強(qiáng)度。
圖5a顯示為具有各種嚴(yán)重度的紅色弱病人設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)；圖5b顯示為具有輕度到中度的綠色弱病人設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)；圖5c顯示為具有重度綠色弱病人設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)。通過將圖4a或4b中顯示的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域以零代替，并歸化該函數(shù)到0.9，并且修正所得到的初級(jí)光譜透過率函數(shù)，而設(shè)計(jì)所有這些函數(shù)。
圖6顯示，在如圖3a所給的坐標(biāo)系中，當(dāng)沒有使用用于改善色視覺的裝置時(shí)色缺陷病人的OP1型對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1’，虛線)，以及當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的用于改善色視覺的裝置時(shí)的OP1型對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1*，實(shí)線)。為了比較的目的，圖中也提供了具有正常色視覺的眼睛的OP1曲線(粗實(shí)線)。
圖7顯示用于改善色亮度及色對(duì)比度的濾色片的光譜透過率函數(shù)，該函數(shù)根據(jù)本發(fā)明為用于具有正常色視覺的眼睛而設(shè)計(jì)；圖8顯示在一面具有濾色片層的一個(gè)眼睛鏡片；圖9顯示位于兩個(gè)半鏡片的重疊的表面的濾色片層，所述濾色片層被透明光學(xué)膠彼此分離；
圖10顯示一個(gè)接觸鏡片，其可以由有色材料(染色鏡片)制成或具有濾色片；以及圖11顯示一個(gè)眼內(nèi)鏡片，其可以由有色材料(染色鏡片)制成或具有濾色片。
紅/綠色覺倒錯(cuò)病人(即紅色弱或綠色弱的病人)的特征是l感光器(對(duì)于紅色弱)的SSF或m感光器(對(duì)于綠色弱)的SSF相對(duì)于正常人的SSF有一個(gè)位置的漂移和/或變形的形狀，并且在這兩個(gè)例子中的OP1函數(shù)的形狀也與正常的不同。因?yàn)槎鄶?shù)色缺陷人都是紅/綠色覺倒錯(cuò)，以下本發(fā)明將討論怎樣能獲得正常的OP1。不過，應(yīng)該注意到，對(duì)于藍(lán)色弱的病人同樣的原理也適用于獲得正常的OP2，這里s感光器的SSF有一個(gè)位置的漂移和/或變形的形狀。同樣的原理也適用于為了一個(gè)特殊的目的而修正一個(gè)無色缺陷人的色視覺，即目的是以預(yù)定的方式得到與正常人不同的OP1或OP2。
為了設(shè)計(jì)光譜透過率函數(shù)，應(yīng)該首先準(zhǔn)備商形式的OP1和OP1’函數(shù)，這要求對(duì)于具有正常色視覺的眼睛和具有欲改善或修正其色視覺的眼睛都已知l、m和s接收器的SSF。具有正常色視覺的眼睛的這些曲線已經(jīng)被發(fā)表，因此它們是已知的(見上文Stockmann等人的文章)。具有異常色視覺的眼睛的SSF特征可以通過已知的方法精確地確定(例見美國專利No.5,801,808)。不過，應(yīng)該注意到，不絕對(duì)地要求精確地知道具有異常色視覺的眼睛的SSF；近似地知道這些曲線也就足夠了。
當(dāng)色缺陷僅僅因?yàn)镾SF的位置漂移時(shí)(大多數(shù)都是這種情況)，基于廣泛使用的診斷方法色盲鏡能夠構(gòu)造適當(dāng)近似的曲線，并且基于此方法，例如紅/綠色覺倒錯(cuò)的類型及程度可以被分類為以下的診斷組-由l接收器的缺陷引起的異常輕度紅色弱，中度紅色弱，重度紅色弱，紅色盲；-由m接收器的缺陷引起的異常輕度綠色弱，中度綠色弱，重度綠色弱，綠色盲；
在以上診斷中知道，對(duì)于一個(gè)異常接收器的SSF可以將相應(yīng)的正常接收器的SSF沿著波長(zhǎng)軸移動(dòng)以下值而得到(負(fù)數(shù)表示向短波長(zhǎng)區(qū)移動(dòng)，而正數(shù)表示向長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)移動(dòng))對(duì)于輕度紅色弱-6nm對(duì)于中度紅色弱-12nm對(duì)于重度紅色弱-18nm對(duì)于紅色盲-24nm對(duì)于輕度綠色弱+6nm對(duì)于中度綠色弱+12nm對(duì)于重度綠色弱+18nm對(duì)于綠色盲+24nm以上等級(jí)已經(jīng)足夠了，因?yàn)槿绻坏?zhǔn)備將這些根據(jù)本發(fā)明的色視覺改善用濾色片作為以上所有等級(jí)的測(cè)試濾色片，那么該病人在色覺測(cè)試中已經(jīng)能功能性地測(cè)試出是符合診斷的測(cè)試濾色片還是下一個(gè)濾色片會(huì)有較好的結(jié)果。
根據(jù)圖2中顯示的模型，OP1和OP1’可以分別從正常的及異常的SSF得到。對(duì)于OP2和OP2’也同樣成立。
然后OP1除以O(shè)P1’，為該濾色片的最終光譜透過率函數(shù)給出一個(gè)開始函數(shù)。在用于校正紅色弱的圖4a中及用于校正綠色弱的圖4b中，以簡(jiǎn)化的形式顯示了這樣的開始函數(shù)。
以這種方式進(jìn)行的色視覺校正，就是該濾色片的光譜透過率函數(shù)乘以O(shè)P1’；這樣如果該濾色片的光譜透過率與開始函數(shù)相同，乘積將正好是OP1，即馬上可以得到理想的校正。然而，這僅僅有理論上的可能性，由于以下兩個(gè)原因第一個(gè)原因是開始函數(shù)有一個(gè)負(fù)數(shù)區(qū)域(見圖4a)，由于負(fù)濾光不存在，所以實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn)。這樣開始函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域應(yīng)該用零代替。第二個(gè)原因是具有濾色片的光學(xué)裝置(如眼鏡)的光透過能力不可能超過1，還由于表面反射，實(shí)際上從來不會(huì)達(dá)到1，僅僅接近于例如92％。因此開始函數(shù)應(yīng)該被歸化。最好被歸化到具有濾色片的光學(xué)裝置的最大光透過百分比。開始函數(shù)在它的全波長(zhǎng)上乘以它的最大值和0.9的商，以這種方式例如圖5中所示的開始函數(shù)被歸化到0.9(即到90％的光透過率)。
使用具有如以上討論所設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)的濾色片，修正的(即改善的)對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1*)在人體中是如下產(chǎn)生的實(shí)際上，濾色片改變了輸入光的光譜組成，這意味著接收器的靈敏度函數(shù)被作了數(shù)學(xué)乘的運(yùn)算。如果，通過濾色片，白光進(jìn)入具有被改善的色視覺的病人的眼睛時(shí)，那么眼睛的接收器將適合白光。這可以被數(shù)學(xué)地描述如下l、m及s接收器的SSF首先乘以濾色片的光譜透過率函數(shù)，然后它們乘以常數(shù)使得l、m及s波長(zhǎng)敏感的接收器的SSF的積分比率回到原始值(1∶1∶2)。這意味著即使帶有濾色片，眼睛識(shí)別白色也應(yīng)該為白色(這被稱為色適應(yīng))。依靠乘以濾色片的光譜透過率函數(shù)及適應(yīng)性，接收器的原始SSF被轉(zhuǎn)換為SSF*。作為在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的過程的結(jié)果(模型如圖2所示)，從SSF*形成修正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1*)。雖然由于以上討論的兩個(gè)原因，該修正的OP1*不能與得到的OP1相同，但是，從圖6中可見，它比開始的OP1’更接近于理想的函數(shù)。
在一些情況下，可能希望對(duì)該修正的OP1*做進(jìn)一步的修正。該修正的OP1*應(yīng)該在什么部分及到何種程度近似目標(biāo)函數(shù)OP1會(huì)影響這樣進(jìn)一步的修正。這樣，可以決定是否為了獲得更好的結(jié)果，OP1*的形狀或最大值應(yīng)該盡可能地接近目標(biāo)曲線的形狀或最大值。也可以決定是否為了獲得更好的結(jié)果，OP1*的正或負(fù)最大值應(yīng)該與目標(biāo)曲線的正或負(fù)最大值在波長(zhǎng)上一致，或?qū)幵窸P1*的最大高度增加。這些修正以下被稱為優(yōu)化。
當(dāng)希望優(yōu)化時(shí)(這可能發(fā)生，例如對(duì)一個(gè)治療以改善OP1的病人，OP2也應(yīng)該被改善)，首先在人體中發(fā)生的以上討論的過程被數(shù)學(xué)地重復(fù)，即l、m及s接收器的開始的SSF乘以濾色片的光譜透過率函數(shù)，并且所得的SSF的積分比率被重新調(diào)整到1∶1∶2的開始值。以這種方式，產(chǎn)生修正的SSF*，根據(jù)圖2所示的模型從SSF*形成OP1*。然后所得的曲線(OP1*)與正確的曲線(OP1)比較，并且決定它的哪部分應(yīng)該修正及它應(yīng)該怎樣被修正。下一步，光譜透過率函數(shù)在一個(gè)或更多的部分被修正，然后正如上面剛剛討論的，利用該修正的光譜透過率函數(shù)產(chǎn)生第二個(gè)進(jìn)一步修正的OP1*。當(dāng)在該進(jìn)一步修正的OP1*上表現(xiàn)了希望的變化時(shí)，認(rèn)為優(yōu)化是成功的。優(yōu)化最好以幾個(gè)步驟以如下方式來執(zhí)行，光譜透過率函數(shù)沿著波長(zhǎng)軸被分成幾部分，并且在每個(gè)單獨(dú)的步驟中這些部分的僅僅一個(gè)部分被修正。這樣，例如單獨(dú)的部分的如下參數(shù)能夠單獨(dú)地或彼此聯(lián)合地被修正-該部分的高度；-該部分一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置；-該部分在整個(gè)區(qū)域或其中一部分上的斜率。
舉一個(gè)例子，為了得到各種類型色覺倒錯(cuò)的更好的校正，在一個(gè)被分成6個(gè)部分的光譜透過率函數(shù)上，下面給出，改變單獨(dú)的部分的某些參數(shù)怎樣是合理的。該6個(gè)部分如下(1)400-450nm(2)450-540nm(3)540-560nm(4)560-580nm(5)580-600nm(6)600-700nm紅色弱部分(1)高度；部分(2)高度；端點(diǎn)的位置在540nm；部分(3)高度；端點(diǎn)的位置；部分(4)端點(diǎn)的位置；部分(5)-(6)斜率。
通過改變這些參數(shù)而得到的光譜透過率函數(shù)如圖5a所示。
輕度到中度綠色弱部分(2)-(3)斜率；部分(4)端點(diǎn)的位置；
部分(5)高度；端點(diǎn)的位置；部分(6)高度。
通過改變這些參數(shù)而得到的光譜透過率函數(shù)如圖5b所示。
重度綠色弱部分(1)-(2)高度；部分(3)高度；端點(diǎn)的位置；部分(4)端點(diǎn)的位置；部分(5)高度；端點(diǎn)的位置；部分(6)高度。
通過改變這些參數(shù)而得到的光譜透過率函數(shù)如圖5c所示。
藍(lán)色弱部分(1)-(2)斜率；部分(3)-(4)-(5)-(6)高度。
下面舉例給出，適合于校正紅/綠色覺倒錯(cuò)(紅色弱或綠色弱)病人的色視覺的光譜透過率函數(shù)的一些特征數(shù)字參數(shù)(a)該光譜透過率函數(shù)有一個(gè)單調(diào)變化的分段，當(dāng)校正紅色弱時(shí)，該分段在580-700nm部分降低并且有0-7.5×10-3nm-1的斜率，或者，當(dāng)校正綠色弱時(shí)，該分段在450-560nm部分降低并且有-10-2-0nm-1的斜率；(b)在560-580nm部分，該光譜透過率函數(shù)具有一個(gè)0-20％光透過率的分段；(c)該光譜透過率函數(shù)有一個(gè)具有幾乎恒定光透過率的分段，當(dāng)校正紅色弱時(shí)，所述分段處在400-540nm部分，或當(dāng)校正綠色弱時(shí)，所述分段處在600-700nm部分并且有時(shí)也處在400-540nm部分；和/或(d)該光譜透過率函數(shù)有一個(gè)分段，其光透過率大于前述的分段，或大于具有幾乎恒定光透過率的后來的分段(“超過”)，當(dāng)校正紅色弱時(shí)，所述分段處在540-560nm部分，或當(dāng)校正綠色弱時(shí)，所述分段處在580-600nm部分并且有時(shí)也處在540-560nm部分。
已經(jīng)提到，用于以目標(biāo)方式修正正常眼睛的色視覺的濾色片的光譜透過率函數(shù)，也可以通過以上方法設(shè)計(jì)。在這個(gè)例子中，具有將要被修正的色視覺的眼睛的真正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)特征，將符合具有正常色視覺的眼睛的對(duì)立信號(hào)函數(shù)，然而，得到的對(duì)立信號(hào)函數(shù)將是依據(jù)該變化而偏離正常的對(duì)立信號(hào)函數(shù)而獲得的。這一過程的所有其它步驟與以上所給出的相同。一個(gè)如此設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)如圖7所示。具有如圖7所示的光譜透過率函數(shù)的濾色片通過使色彩更鮮艷，使得無色缺陷人得到對(duì)比度更高的色視覺。這樣的濾色片適用于，例如作為工作的一部分，不得不高精確地識(shí)別某些色調(diào)的那些人。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有光譜透過率函數(shù)的濾色片，可以通過任何適用于濾色片生產(chǎn)的技術(shù)來制造。下面將要討論制造濾色片的一些普遍方法的例子。
方法之一是使用薄層結(jié)構(gòu)的真空蒸鍍?yōu)V色片，其用于例如具有防反射層的眼鏡產(chǎn)品。使用這一技術(shù)，其利用光的干涉特性，通過一層接一層地蒸鍍不同折射率的材料，這些層具有λ/4的光程，能制造具有幾乎任何設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)的濾色片?，F(xiàn)在也可以使用商業(yè)軟件來設(shè)計(jì)層系，以提供要求的光譜透過率函數(shù)。依靠各個(gè)層的材料，能夠以多種方式實(shí)現(xiàn)給定的光譜透過率函數(shù)。
根據(jù)另一個(gè)已知的方法，從多種商業(yè)上可利用的染料中選擇現(xiàn)成的顏料可以形成要求的光譜透過率函數(shù)。這些顏料可以混合到鏡片的材料中以形成一個(gè)染色鏡片，或通過熱擴(kuò)散的方法加到鏡片的表面層中，或被涂覆到鏡片的表面。本方法比前面討論的方法簡(jiǎn)單，但是，可利用的顏料的光譜特性限制了通過該方法得到的光譜透過率函數(shù)的選擇。這樣使用現(xiàn)成的顏料，僅僅能近似要求的光譜透過率函數(shù)，不過這種近似也是可以接受的。
也可以結(jié)合應(yīng)用以上兩個(gè)方案。可能是將染色型和薄層型濾色片結(jié)合，或在鏡片的涂覆或熱擴(kuò)散處理的表面或另一面上使用一個(gè)薄層型濾色片。在這些例子中，單獨(dú)的濾色片的光譜透過率函數(shù)的結(jié)果將符合根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)。
作為一個(gè)新方案，也可以通過一個(gè)夾層濾色片得到根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)。在本例中，兩個(gè)濾色片互相重疊，其間使用了透明的光學(xué)膠，并且該兩個(gè)濾色片的光譜透過率函數(shù)的結(jié)果(即產(chǎn)品)將符合根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)。當(dāng)通過已知的方法難以制造具有要求的光譜透過率函數(shù)的濾色片時(shí)，可以利用作為本發(fā)明的一部分的本方案。
從上文已經(jīng)很清楚了，在很多例子中的濾色片實(shí)際上是濾色片彼此的組合。這樣，在說明書及權(quán)利要求書中提到濾色片的地方，這一術(shù)語也覆蓋了這種組合。染色鏡片或一個(gè)在表面染色了的鏡片也被作為一個(gè)濾色片。
本發(fā)明也涉及光學(xué)濾色片裝置，其具有一個(gè)根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)的濾色片。圖8到圖11顯示了一些這種光學(xué)裝置的例子。
圖8顯示的光學(xué)裝置，鏡片1可以放在一個(gè)鏡框中或一個(gè)儀器的窗口中，在它的內(nèi)表面帶有一個(gè)根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)的濾色片2。
圖9顯示一個(gè)包括以上討論的夾層濾色片的裝置的實(shí)施例。所述裝置包括第一鏡片1及其內(nèi)表面的第一濾色片2，第二鏡片5及其外表面的第二濾色片4，以及將所述第一濾色片2粘到所述第二濾色片4的光學(xué)膠3。此外，這兩個(gè)鏡片可以是眼鏡的鏡片或用作儀器窗口的鏡片。
圖10顯示一個(gè)接觸鏡片1，其內(nèi)有一個(gè)濾色片2；圖11顯示一個(gè)眼內(nèi)鏡片1，具有一個(gè)濾色片2及一個(gè)觸覺3；這些鏡片可以是零屈光度的或具有規(guī)定的合適的屈光度校正。這些鏡片也具有常規(guī)的保護(hù)層和/或防反射層；在后一個(gè)例子中，該鏡片的光透過率可能達(dá)到99％。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計(jì)用于改善或修正人眼的色視覺的濾色片的光譜透過率函數(shù)的方法，其中，一個(gè)要求的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1或OP2)除以將要被改善或修正色視覺的眼睛的一個(gè)真正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)特征(OP1’或OP2’)，所得到的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域被替換為零，并且整個(gè)函數(shù)被歸化以得到一個(gè)光譜透過率函數(shù)。并且如果需要，從所述光譜透過率函數(shù)及從具有將要被改善或修正色視覺的眼睛的l、m及s接收器的真正的光譜靈敏度函數(shù)，將產(chǎn)生修正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1*或OP2*)。在一個(gè)或多個(gè)重復(fù)中，通過將所述修正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1*或OP2*)與獲得的所述要求的對(duì)立信號(hào)函數(shù)(OP1或OP2)比較，覆蓋一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)范圍的所述光譜透過率函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)部分將被修正。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中被歸化到具有該濾色片的光學(xué)裝置的最大光透過百分比。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，用于設(shè)計(jì)校正紅/綠色覺倒錯(cuò)的色缺陷人的色視覺的濾色片的光譜透過率函數(shù)，其中具有正常色視覺的眼睛的OP1特征被用作對(duì)立信號(hào)函數(shù)，并且由于色缺陷人的l和m接收器的真正的光譜靈敏度函數(shù)的差別而產(chǎn)生的OP1’被用作真正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)。
4.權(quán)利要求1或2所述的方法，用于設(shè)計(jì)校正藍(lán)色弱的色缺陷人的色視覺的濾色片的光譜透過率函數(shù)，其中具有正常色視覺的眼睛的OP2特征被用作對(duì)立信號(hào)函數(shù)，并且由于(s-(l+m))與色缺陷人的l、m和s接收器的真正的光譜靈敏度函數(shù)不同而產(chǎn)生的OP2’被用作真正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)。
5.權(quán)利要求1或2所述的方法，用于設(shè)計(jì)目標(biāo)修正無色缺陷人的色視覺的濾色片的光譜透過率函數(shù)，其中正常色視覺的對(duì)立信號(hào)函數(shù)特征被用作真正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)，并且從正常色視覺的對(duì)立信號(hào)函數(shù)特征通過目標(biāo)修正而得到的對(duì)立信號(hào)函數(shù)被用作對(duì)立信號(hào)函數(shù)。
6.權(quán)利要求3所述的方法，其中，為了進(jìn)一步改善紅色弱的色缺陷人的色視覺，通過OP1除以O(shè)P1’而得到的光譜透過率函數(shù)，所得到的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域被替換為零，然后修正歸化的該結(jié)果函數(shù)如下-改變函數(shù)的高度和/或在400-540nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的540nm處的端點(diǎn)的位置，-改變函數(shù)的高度和/或在540-560nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置，-改變?cè)?60-580nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置，和/或-改變?cè)?80-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的函數(shù)的斜率。
7.權(quán)利要求3所述的方法，其中，為了進(jìn)一步改善輕度到中度綠色弱的色缺陷人的色視覺，通過OP1除以O(shè)P1’而得到的光譜透過率函數(shù)，所得到的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域被替換為零，然后修正歸化的該結(jié)果函數(shù)如下-改變?cè)?50-560nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的函數(shù)的斜率，-改變?cè)?60-580nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置，-改變函數(shù)的高度和/或在580-600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置，和/或-改變?cè)?00-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的函數(shù)的高度。
8.權(quán)利要求3所述的方法，其中，為了進(jìn)一步改善重度綠色弱的色缺陷人的色視覺，通過OP1除以O(shè)P1’而得到的光譜透過率函數(shù)，所得到的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域被替換為零，然后修正歸化的該結(jié)果函數(shù)如下-改變?cè)?00-540nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的函數(shù)的高度，-改變函數(shù)的高度和/或在540-560nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置，-改變?cè)?60-580nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置，-改變函數(shù)的高度和/或在580-600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的一個(gè)或兩個(gè)端點(diǎn)的位置，和/或-改變?cè)?00-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的函數(shù)的高度。
9.權(quán)利要求4所述的方法，其中，為了進(jìn)一步改善藍(lán)色弱的色缺陷人的色視覺，通過OP2除以O(shè)P2’而得到的光譜透過率函數(shù)，所得到的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域被替換為零，然后修正歸化的該結(jié)果函數(shù)如下-改變?cè)?50-540nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的函數(shù)的斜率，和/或-改變?cè)?40-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分的函數(shù)的高度。
10.一種具有用于改善或修正人眼的色視覺的濾色片的光學(xué)裝置，包括一個(gè)具有根據(jù)權(quán)利要求1到9中任何一個(gè)的方法設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)的濾色片。
11.權(quán)利要求10所述的光學(xué)裝置，用于校正紅色弱的色缺陷人的色視覺，包括一個(gè)具有如下光譜透過率函數(shù)的濾色片(a)在580-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)斜率是0-7.5×10-3nm-1的單調(diào)變化的分段，和/或(b)在560-580nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)具有0-20％光透過率的分段；和/或(c)在400-540nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)具有幾乎恒定光透過率的分段；和/或(d)在540-560nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)分段，其光透過率大于前述的具有幾乎恒定光透過率的分段。
12.權(quán)利要求10所述的光學(xué)裝置，用于校正綠色弱的色缺陷人的色視覺，包括一個(gè)具有如下光譜透過率函數(shù)的濾色片(a)在450-560nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)斜率是-10-2-0nm-1的單調(diào)變化的分段，和/或(b)在560-580nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)具有0-20％光透過率的分段；和/或(c)在600-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)并且有時(shí)也處在400-540nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)具有幾乎恒定光透過率的分段；和/或(d)在580-600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)并且有時(shí)也處在540-560nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的降低部分，有一個(gè)分段，其光透過率大于前述的具有幾乎恒定光透過率的分段。
13.權(quán)利要求10到12中任何一個(gè)所述的光學(xué)裝置，其是一個(gè)可以放在鏡框中或儀器的窗口中的鏡片，一個(gè)接觸鏡片或一個(gè)眼內(nèi)鏡片，在它們的一個(gè)表面上都具有一個(gè)濾色片。
14.權(quán)利要求10到12中任何一個(gè)所述的光學(xué)裝置，其是一個(gè)可以放在鏡框中或儀器的窗口中的鏡片，一個(gè)接觸鏡片或一個(gè)眼內(nèi)鏡片，它們都被染色或者在它們的一個(gè)表面上都具有一個(gè)濾色片。
15.權(quán)利要求10到12中任何一個(gè)所述的光學(xué)裝置，其是一個(gè)可以放在鏡框中或儀器的窗口中的鏡片，一個(gè)接觸鏡片或一個(gè)眼內(nèi)鏡片，它們都包括在內(nèi)表面有一個(gè)第一濾色片(2)的一個(gè)第一鏡片(1)，在外表面有一個(gè)第二濾色片(4)的一個(gè)第二鏡片(5)，以及將所述第一濾色片(2)和所述第二濾色片(4)連接起來的光學(xué)膠層(3)，并且所述第一濾色片(2)和所述第二濾色片(4)的光譜透過率函數(shù)符合通過權(quán)利要求1到9中任何一個(gè)的方法設(shè)計(jì)的光譜透過率函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)計(jì)改善或修正人眼色視覺的濾色片的方法。根據(jù)本發(fā)明獲得的一個(gè)要求的對(duì)立信號(hào)函數(shù)除以將要被改善或修正色視覺的眼睛的一個(gè)真正的對(duì)立信號(hào)函數(shù)特征，所得到的函數(shù)的負(fù)數(shù)區(qū)域被替換為零，并且整個(gè)函數(shù)被歸化以得到一個(gè)光譜透過率函數(shù)。并且如果需要，該光譜透過率函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)部分將被修正。本發(fā)明也涉及根據(jù)以上方法設(shè)計(jì)的濾色片裝置。
文檔編號(hào)A61F2/16GK1476545SQ01819278
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2001年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月24日
發(fā)明者蒂博爾·杜豪, 蒂博爾 杜豪, 索洛伊, 捷爾吉·索洛伊, 弗盧克, 卡塔林·弗盧克 申請(qǐng)人:蒂博爾·杜豪, 蒂博爾 杜豪, 捷爾吉·索洛伊, 卡塔林·弗盧克