增強(qiáng)色覺(jué)缺陷個(gè)體的辨色能力的濾光片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及可用于增強(qiáng)色盲個(gè)體的辨色能力的光學(xué)膜，該光學(xué)膜具有此類(lèi)膜 的特定應(yīng)用。本發(fā)明還涉及結(jié)合了此類(lèi)膜的制品和系統(tǒng)，以及制造和使用此類(lèi)膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 色覺(jué)缺陷（CVD)(通常也稱(chēng)為色盲）是指一些個(gè)體感知某些顏色之間的差異的有 限的能力。CVD是人眼中缺乏一種或多種顏色光感受器、或人眼中的一種或多種顏色光感受 器存在缺陷引起的。這些顏色光感受器分為三類(lèi)：長(zhǎng)波長(zhǎng)（L)視錐感受器、中波長(zhǎng)（M)視錐 感受器和短波長(zhǎng)（S)視錐感受器，它們分別對(duì)可見(jiàn)光譜中的紅光部分、綠光部分和藍(lán)光部 分敏感。大約7%到10%的男性和0. 5%到1 %的女性有一定程度的色覺(jué)缺陷。紅/綠色 盲是CVD的最常見(jiàn)形式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 我們已開(kāi)發(fā)了已被發(fā)現(xiàn)以增強(qiáng)具有CVD的個(gè)體（即，色盲個(gè)體）的辨色能力的濾 光片。濾光片通常包括在可見(jiàn)光譜的綠光區(qū)域的一部分中具有強(qiáng)而窄的反射帶的多層光學(xué) 膜。但在可見(jiàn)光譜的其余部分中，該膜優(yōu)選地具有相對(duì)高的透射率，例如該膜除了窄綠光反 射帶之外可能沒(méi)有明顯的可見(jiàn)反射帶。膜在420nm至680nm的范圍內(nèi)具有至少50%、60%或 70 %的平均內(nèi)部透射率。窄綠光反射帶具有60nm或者50nm或更小，或者在20nm至40nm或 20nm至50nm的范圍內(nèi)的寬度（FWHM)。與該窄綠光反射帶相關(guān)聯(lián)的是多層光學(xué)膜的在包括 550nm的IOnm寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)的不超過(guò)10%、5%、2%或1%的平均內(nèi)部透射率。（即，在法 向入射角或另一個(gè)如下所述的所關(guān)注的設(shè)計(jì)角度下，可發(fā)現(xiàn)包括550nm的至少一個(gè)IOnm寬 波長(zhǎng)范圍（例如，540nm至550nm的范圍、或545nm至555nm的范圍、或549nm至559nm的范 圍、或550nm至560nm的范圍），多層光學(xué)膜的在此范圍內(nèi)的平均內(nèi)部透射率不超過(guò)10%、 5%、2%或1% )。在一些情況下，濾光片可基本上只由多層光學(xué)膜組成，而在其他情況下， 此濾光片還可包括附加層和涂層以減輕眩光，該附加層和涂層諸如設(shè)置在多層光學(xué)膜的觀(guān) 察者側(cè)上的品紅色吸收層，該品紅色吸收層選擇性地吸收綠光。品紅色吸收層的吸收帶可 具有80nm或更小的寬度（FWHM)，而與多層光學(xué)膜的反射帶結(jié)合的吸收帶可具有60nm或更 小的寬度（FWHM)。除此之外或作為另外一種選擇，濾光片可包括其他有色吸收層，諸如選 擇性地吸收藍(lán)色可見(jiàn)波長(zhǎng)和紅色可見(jiàn)波長(zhǎng)的層，或選擇性地吸收藍(lán)色可見(jiàn)波長(zhǎng)的層。濾光 片在設(shè)計(jì)入射角下在420nm至680nm的范圍內(nèi)可具有至少50 %、60 %或70 %的平均內(nèi)部透 射率，而在包括550nm的IOnm寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均內(nèi)部透射率為10%或更小、5%或更小、 2%或更小，或者1%或更小（與寬度$1腫）為6〇11111或更小、或者5〇11111或更小、或者在2〇11111 至40nm或20nm至50nm的范圍內(nèi)的阻隔帶（例如，與吸收帶結(jié)合的反射帶）相關(guān)聯(lián)）。設(shè) 計(jì)入射角通常很小，例如15度或更小、或者10度或更小、或者5度或更小、或者基本上為0 度。其中〇度是指光沿著垂直于濾光片或膜的平面的軸線(xiàn)傳播。在許多情況下，設(shè)計(jì)入射 角可基本上為法向入射角（0度入射角）?？蓪V光片結(jié)合到眼鏡或其他制品中。例如，可 將濾光片應(yīng)用于鏡片、窗戶(hù)、電子顯示器、或透光防護(hù)罩。濾光片優(yōu)選地可與高容量制膜工 藝兼容，使得可以用合理的成本制造單塊濾光片，這種單塊濾光片可以是從較大的膜卷上 切下的小膜片。
[0004] 本申請(qǐng)因此公開(kāi)了適用于改善具有色覺(jué)缺陷的個(gè)體的辨色能力的濾光片。這些濾 光片包括多層光學(xué)膜，該多層光學(xué)膜在設(shè)計(jì)入射角下在420nm至680nm的范圍內(nèi)具有至少 50%的平均內(nèi)部透射率，并且該多層光學(xué)膜在設(shè)計(jì)入射角下在包括550nm的IOnm寬波長(zhǎng) 范圍內(nèi)還具有10%或更小的平均內(nèi)部透射率（與具有60nm或更小的寬度（FWHM)的反射 帶相關(guān)聯(lián)）。該多層光學(xué)膜在設(shè)計(jì)入射角下在IOnm寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)可具有5%或更小、或者 2 %或更小、或者1 %或更小的平均內(nèi)部透射率。該多層光學(xué)膜在設(shè)計(jì)入射角下在550nm處 可具有1〇 %或更小、或者5 %或更小、或者2 %或更小、或者1 %或更小的內(nèi)部透射率。濾光 片在設(shè)計(jì)入射角下在420nm至680nm的范圍內(nèi)可具有至少60%、或至少70%的平均內(nèi)部透 射率。該多層光學(xué)膜的反射帶可具有50nm或更小，或者在20nm至50nm或20nm至40nm的 范圍內(nèi)的寬度（FWHM)。反射帶的寬度（FWHM)可限定反射帶的短波長(zhǎng)帶邊緣和長(zhǎng)波長(zhǎng)帶邊 緣。多層光學(xué)膜在420nm到短波長(zhǎng)帶邊緣、以及在長(zhǎng)波長(zhǎng)帶邊緣到680nm的范圍內(nèi)取平均 值時(shí)可具有至少60%、或至少75%、或至少90%的內(nèi)部透射率。反射帶可為紅外反射帶的 諧波。在一些情況下，濾光片可基本上由（只）由多層光學(xué)膜組成，但即便在這些情況下， 仍可將濾光片應(yīng)用于其他制品或主體，諸如眼鏡。在其他情況下，濾光片可不止包括多層光 學(xué)膜，還可包括有色吸收層，諸如設(shè)置在多層光學(xué)膜的一側(cè)上的品紅色吸收層，該品紅色吸 收層選擇性地吸收綠光。
[0005] 我們還公開(kāi)了包括多層光學(xué)膜和品紅色吸收層的濾光片，該多層光學(xué)膜具有可見(jiàn) 反射帶，而品紅色吸收層被設(shè)置在多層光學(xué)膜的一側(cè)上并具有選擇性地吸收綠光的吸收 帶。在設(shè)計(jì)入射角下，可見(jiàn)反射帶與吸收帶結(jié)合起來(lái)提供具有60nm或更小的寬度（FWHM)的 阻隔帶。在設(shè)計(jì)入射角下，多層光學(xué)膜與品紅色吸收層的組合在包括550nm的IOnm寬波長(zhǎng) 范圍內(nèi)具有1 〇%或更小的平均內(nèi)部透射率。另外，對(duì)于在入射在多層光學(xué)膜上之前以設(shè)計(jì) 入射角并從使得光穿過(guò)品紅色吸收層的方向入射到組合上的光而言，多層光學(xué)膜與品紅色 吸收層的組合在500nm至600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有小于50%的最大（峰值）反射率。500nm 至600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大峰值反射率也可小于40 %、30 %或20 %。
[0006] 吸收帶可具有與最大吸收率和最小透射率對(duì)應(yīng)的峰值，該峰值設(shè)置在至少530nm 且不超過(guò)560nm的波長(zhǎng)處。吸收帶的峰值可具有大于20%但小于80%的內(nèi)部透射率。多層 光學(xué)膜和品紅色吸收層的組合在設(shè)計(jì)入射角下在IOnm寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)可具有5%或更小、或 者2 %或更小、或者1 %或更小的平均內(nèi)部透射率。阻隔帶可具有50nm或更小，或者在20nm 至50nm或20nm至40nm的范圍內(nèi)的寬度（FWHM)。多層光學(xué)膜和品紅色吸收層的組合在設(shè) 計(jì)入射角下在42〇111]1至68〇111]1的范圍內(nèi)可具有至少50%的平均內(nèi)部透射率。
[0007] 品紅色吸收層在設(shè)置于多層光學(xué)膜的觀(guān)察者側(cè)上時(shí)，可大幅減少與多層光學(xué)膜的 反射性相關(guān)聯(lián)的眩光，同時(shí)對(duì)阻隔帶的帶寬和濾光片在420nm至680nm的范圍內(nèi)的平均透 射率幾乎沒(méi)有不利影響。
[0008] 濾光片可基本上由（只）由多層光學(xué)膜和品紅色吸收層組成。
[0009] 本發(fā)明還公開(kāi)了可包括所公開(kāi)的濾光片的眼鏡。
[0010] 我們還公開(kāi)了改善具有色覺(jué)缺陷的個(gè)體的辨色能力的方法。此類(lèi)方法可包括利用 濾光片來(lái)過(guò)濾由個(gè)體所感知的光，在設(shè)計(jì)入射角下，該濾光片在420nm至680nm的范圍內(nèi)具 有至少50 %的，平均內(nèi)部透射率該濾光片在設(shè)計(jì)入射角下在包括550nm的IOnm寬波長(zhǎng)范圍 內(nèi)具有10%或更小的平均內(nèi)部透射率（與具有60nm或更小的寬度（FWHM)的阻隔帶相關(guān) 聯(lián)）。該濾光片在設(shè)計(jì)入射角下在420nm至680nm的范圍內(nèi)還可具有至少60 %的平均內(nèi)部 透射率，而在IOnm寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)還可具有5 %或更小的平均內(nèi)部透射率。
[0011] 如本文通篇所用，設(shè)計(jì)入射角可以是濾光片或膜被設(shè)計(jì)成在其下工作的任何合 適的角度。在大多數(shù)應(yīng)用中，該角度通常很小，例如不超過(guò)15度、10度、或5度，或基本上 為〇度（即，法向入射角）。如果該角度為非零，那么其使得多層光學(xué)膜的反射帶相對(duì)于 該反射帶的光譜位置和法向入射角而偏移到較短的波長(zhǎng)。例如，如果由交替的PET微層和 coPMM制成的多層光學(xué)膜具有在法向入射角（入射角度為0度）下產(chǎn)生以550nm為中心的 狹窄一階反射帶的層厚度分布，那么這種多層光學(xué)膜的反射帶的中心在10度的入射角下 偏移到546nm，而在15度的入射角下偏移到542nm。因此，如果需要多層光學(xué)膜的反射帶以 550nm(或另一目標(biāo)波長(zhǎng)）為中心，并且該多層光學(xué)膜將被安裝在相對(duì)于用戶(hù)的視線(xiàn)傾斜適 當(dāng)角度（例如10度）的框架（例如眼鏡框架）中，那么可將該多層光學(xué)膜設(shè)計(jì)成具有在法 向入射角下的中心波長(zhǎng)比目標(biāo)波長(zhǎng)略大（例如，如果目標(biāo)波長(zhǎng)為550nm，那么中心波長(zhǎng)為約 554nm)的反射帶。
[0012] 給定濾光片或膜的光譜寬度（FWHM)的前述指定值可基于給定濾光片或膜的內(nèi)部 透射率。
[0013] 還討論了相關(guān)方法、系統(tǒng)和制品。
[0014] 本申請(qǐng)的這些方面和其他方面通過(guò)下文的詳細(xì)描述將顯而易見(jiàn)。然而，在任何情 況下都不應(yīng)將上述
【發(fā)明內(nèi)容】
理解為是對(duì)要求保護(hù)的主題的限制，該主題僅由所附權(quán)利要求 書(shū)限定，并且在審查期間可進(jìn)行修改。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖IA為判別色盲的視覺(jué)檢查中通常會(huì)用到的圖案（石原顏色檢測(cè)圖或檢測(cè)板） 的前視圖，此圖案是彩色圖案，但出于附圖的目的以灰度圖示出；
[0016] 圖IB為圖1的圖案的前視圖，但圖案內(nèi)的所選點(diǎn)已加深以顯示出可被具有正常色 覺(jué)的人可識(shí)別的圖像；
[0017] 圖2為使用濾光片來(lái)過(guò)濾被CVD個(gè)體觀(guān)察到的光的系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖，該濾光 片被定制成增強(qiáng)個(gè)體區(qū)分或辨別顏色的能力；
[0018] 圖3為假想濾光片或其元件（例如多層光學(xué)膜）的透射光譜的曲線(xiàn)圖，該濾光片 在可見(jiàn)光譜的綠光區(qū)域的一部分中的窄帶內(nèi)阻擋光；
[0019] 圖4和圖5為被制造和測(cè)試的各種多層光學(xué)膜的所測(cè)得的外部透射光譜的曲線(xiàn) 圖；
[0020] 圖6為被制造和測(cè)試的各種染成品紅色的吸收膜的所測(cè)得的外部透射光譜的曲 線(xiàn)圖；
[0021] 圖7為具有將綠色可見(jiàn)光的一部分阻擋的反射帶的多層光學(xué)膜的所測(cè)得的外部 透射光譜的曲線(xiàn)圖，該反射帶比圖5的膜的反射帶更窄；
[0022] 圖8為在所制造的膜卷上的兩個(gè)不同位置處取樣的多層光學(xué)膜的所測(cè)得的外部 透射光譜的曲線(xiàn)圖，這兩個(gè)膜樣品具有將綠色可見(jiàn)光的一部分阻擋的反射帶，這些反射帶 比圖7的反射帶更窄；
[0023] 圖9為具有將綠色可見(jiàn)光的一部分阻擋的反射帶的多層光學(xué)膜的所測(cè)得的外部 透射光譜的曲線(xiàn)圖，該反射帶具有與圖8的那些反射帶類(lèi)似的寬度；
[0024] 圖10為各自具有將綠色可見(jiàn)光的一部分阻擋的反射帶的若干多層光學(xué)膜的所測(cè) 得的外部透射光譜的曲線(xiàn)圖，這些膜中的每一者的反射帶比圖9的反射帶更窄；
[0025] 圖11為疊加在熒光光源的相對(duì)光譜強(qiáng)度的曲線(xiàn)圖上的窄帶綠光反射多層光學(xué)膜 的所測(cè)得的透射光譜的曲線(xiàn)圖；
[0026] 圖12為把濾光片應(yīng)用于眼鏡以過(guò)濾被CVD個(gè)體觀(guān)察到的光的系統(tǒng)的示意性側(cè)視 圖，該濾光片被定制成增強(qiáng)個(gè)體的辨色能力；
[0027] 圖12A為適于與所公開(kāi)的濾光片一起使用的眼鏡的透視圖；
[0028] 圖13為再現(xiàn)圖6中品紅色吸收膜的一些測(cè)得透射光譜的曲線(xiàn)圖，該曲線(xiàn)圖疊加在 圖7中窄帶綠光反射多層光學(xué)膜的測(cè)得透射光譜上；
[0029] 圖14為從圖13得到的品紅色吸收層的光譜吸收率（光密度）的曲線(xiàn)圖，該吸收 率由所測(cè)得的透射光譜來(lái)計(jì)算；
[0030] 圖15為來(lái)自圖13和圖14的品紅色吸收層的光譜吸收率的曲線(xiàn)圖；
[0031] 圖16為示出利用具有中等峰值吸收的適當(dāng)設(shè)置的品紅色吸收層可將來(lái)自窄帶綠 光反射多層光學(xué)膜的眩光（反射）明顯減少到何種程度的曲線(xiàn)圖；
[0032] 圖17為窄帶綠光反射多層光學(xué)膜在法向入射角下的所測(cè)得的透射率及其在傾斜 角下的所計(jì)算的透射率的曲線(xiàn)圖，該曲線(xiàn)圖還包括品紅色吸收層的所測(cè)得的透射率；
[0033] 圖18為附加品紅色吸收層的所測(cè)得的透射率的曲線(xiàn)圖，該曲線(xiàn)圖還包括窄帶綠 光反射多層光學(xué)膜的所測(cè)得的透射光譜；
[0034] 圖19為圖18中的品紅色層的光譜吸收率的曲線(xiàn)圖；
[0035] 圖20為圖18和圖19中的品紅色層的光譜吸收率（光密度）的曲線(xiàn)圖；
[0036] 圖21為具有與品紅色吸收層結(jié)合的窄帶綠光反射多層光學(xué)膜的濾光片的所測(cè)得 的透射率的曲線(xiàn)圖；
[0037] 圖22為兩個(gè)濾光片的所測(cè)得的透射率的曲線(xiàn)圖，這兩個(gè)濾光片中的每個(gè)濾光片 包括與品紅色吸收層結(jié)合的窄帶綠光反射多層光學(xué)膜；
[0038] 圖23為附加濾光片的所測(cè)得的透射率的曲線(xiàn)圖，每個(gè)濾光片具有與品紅色吸收 層結(jié)合的窄帶綠光反射多層光學(xué)膜；
[0039] 圖24A為示出在不濾光的情況下而由19個(gè)不同個(gè)體（他們中的大多數(shù)有CVD)正 確評(píng)估出的石原檢測(cè)板的數(shù)量（共計(jì)25個(gè)檢測(cè)板）的曲線(xiàn)圖；
[0040] 圖24B為類(lèi)似于圖24A的曲線(xiàn)圖，但其中這19個(gè)不同個(gè)體各自通過(guò)特定的窄帶濾 光片觀(guān)察石原檢測(cè)板；
[0041] 圖25為窄帶綠光反射多層光學(xué)膜、品紅色吸收層、和選擇性地吸收藍(lán)光波長(zhǎng)和紅 光波長(zhǎng)的層的內(nèi)部透射率的曲線(xiàn)圖；
[0042] 圖26為包括與選擇性地吸收藍(lán)光波長(zhǎng)和紅光波長(zhǎng)的層結(jié)合的窄帶綠光反射多層 光學(xué)膜的第一濾光片和把品紅色吸收層添加到第一濾光片上得到的第二濾光片的內(nèi)部透 射率的曲線(xiàn)圖；
[0043] 圖27為示出與圖26的那些濾光片類(lèi)似的濾光片的所計(jì)算的顏色坐標(biāo)（a*，b*)的 曲線(xiàn)圖，但其中紅光或藍(lán)光吸收層從重染料負(fù)載變?yōu)檩p染料負(fù)載；
[0044] 圖28為結(jié)合到一些窄帶綠光阻擋濾光片中的各種藍(lán)光吸收染色層的所測(cè)得的透 射率的曲線(xiàn)圖。
[0045] 在附圖中，類(lèi)似的附圖標(biāo)號(hào)指示類(lèi)似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 我們已發(fā)現(xiàn)，可使用多層光學(xué)膜技術(shù)來(lái)構(gòu)造可顯著改善具有CVD的人的辨色能力 的濾光片。這種濾光片可以是窄帶綠光反射多層光學(xué)膜、或與其他層和涂層結(jié)合的此類(lèi)多 層光學(xué)膜。該其他層和涂層諸如選擇性地吸收綠光波長(zhǎng)的品紅色吸收層，和/或選擇性地 吸收藍(lán)光波長(zhǎng)和/或藍(lán)光波長(zhǎng)和紅光波長(zhǎng)的層。所需的過(guò)濾特性包括在550nm處或附近具 有強(qiáng)而窄的阻隔帶，并且在其他可見(jiàn)波長(zhǎng)處有相對(duì)高的透射率，使得濾光片不具有過(guò)于黯 淡的外觀(guān)。雖然理論上只利用吸收材料（諸如染料和顏料）就可獲得此類(lèi)過(guò)濾特性，但我 們研宄的吸收材料無(wú)法通過(guò)自身來(lái)提供（a)在550nm處或附近具有足夠高的阻擋強(qiáng)度（足 夠低的透射率）與（b)足夠窄的帶寬兩者的最佳搭配。相比之下，可將多層光學(xué)膜定制成 在所關(guān)注的波長(zhǎng)處并且在窄帶中具有強(qiáng)阻擋（透射率非常低，對(duì)應(yīng)地，反射率高）。多層光 學(xué)膜的透射特性與反射特性基于光在一個(gè)或多個(gè)層疊堆中的數(shù)十個(gè)（通常情況）、數(shù)百個(gè) 或數(shù)千個(gè)獨(dú)立微層的界面處發(fā)生的相長(zhǎng)干涉或相消干涉。通過(guò)適當(dāng)選擇微層的材料、加工 條件和厚度，可把透射光譜定制成提供強(qiáng)而窄的反射帶，因而在550nm處或附近提供窄帶 中的強(qiáng)阻擋。綠光阻擋帶在波長(zhǎng)空間中越窄（但在光譜上仍足夠?qū)?，以改善辨色能力），?提供改善的色彩平衡需要在光譜的紅光部分和/或藍(lán)光部分中阻擋的光越少，或者需要較 小的藍(lán)光吸收率。
[0047] 判斷人類(lèi)對(duì)顏色感知的一種常用方法是所謂的石原顏色檢測(cè)法，這種石原顏色檢 測(cè)法會(huì)用到石原顏色檢測(cè)圖或檢測(cè)板。一個(gè)此類(lèi)石原檢測(cè)圖在圖IA中示出。構(gòu)成圖案的 獨(dú)立點(diǎn)具有不同顏色，這些不同的顏色形成了特定數(shù)字的圖像。該數(shù)字的圖像可具有正常 色覺(jué)的個(gè)體感知到，但是不能被具有CVD的個(gè)體感知到。圖IA為這種石原檢測(cè)圖的灰度表 示，并且該灰度表示清楚地表示具有CVD的個(gè)體