近视的多光谱和多焦点控制的制作方法

近视的多光谱和多焦点控制
1.相关申请的交叉引用
2.本技术引用于2019年9月19日提交的美国临时专利申请no.us 62/902,817(当前处于未决状态)的优先权。us 62/902,817的内容在此作为参考全部引入。
3.关于联邦资助的声明
4.本发明是在国家眼科研究所授权号r21ey025254、rol 028578和p30ey003909的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。
5.在本文中，“政府”是指美国政府。


背景技术：

6.对于儿童而言，自我校正机制调节眼睛的生长，使得光敏视网膜位于视觉世界的图像聚焦的地方(焦平面)，从而产生清晰聚焦的视觉(“正视眼”)。这种机制使用视觉提示来确定眼睛相对于焦平面过短(远视)还是变得过长(近视)，并调整眼睛生长以将视网膜移回成为正视眼。然而，对于美国的大约有40％的人而言，这种机制使眼睛变得太长，所以他们是近视的。即使是轻度近视也会增加患视网膜裂孔或撕裂、视网膜脱离、脉络膜变性、青光眼、白内障和其他由细长眼睛导致的潜在致盲疾病的风险。目前的旨在防止或减缓近视发展的治疗只取得了有限的成功。
7.近视(短视)是世界范围内的一个巨大问题，影响着全世界范围内的大约10亿以上的人。对于近视而言，眼睛的长度比最佳长度要长。由于近视增加了许多视网膜疾病的风险，因此它是全球失明的主要原因。仅仅在美国，眼镜、隐形眼镜和屈光手术的经济成本就高达数百万美元。然而，这些处理方式没有消除失明的风险，因为这些处理方式没有改变眼睛的长度，所以眼睛仍然很长。近视通常在介于5岁至15岁之间的儿童期会发展和增加(进展)。减缓近视发展将需要在整个延长期内进行治疗，因此这就必须对于长期使用是安全的。许多公司正试图开发有效的方法来防止儿童发展近视，或减缓近视发展的速度，以减少成年期的最终数量。使用光学(隐形眼镜、眼镜、波长滤光器)方法或药物(眼药水)方法的成功是有限的。一种可以在家中使用多年的有效、安全、非侵入性、非药物治疗将使数百万人受益。
8.人类的眼睛，实际上是所有脊椎动物的眼睛，是一个前面有透明组织即角膜的球体，光通过角膜进入眼睛。如图1所示，光被角膜和晶状体聚焦到眼睛后部的视网膜附近的焦平面上。环绕眼睛两侧和后部的是巩膜。从角膜的前部到位于眼睛的后部的巩膜的距离是轴向长度。视网膜是巩膜前面的组织，其检测光，处理视觉图像，并通过视神经将视觉图像发送到产生视觉感知的大脑中央区域。
9.为了视觉图像显得清晰(未模糊)，眼睛的轴向长度必须将视网膜定位在焦平面上。如果轴向长度相对于焦平面较短(图2a)，则视网膜上的图像模糊不清，眼睛是远视的。如果轴向长度使得视网膜置于焦平面之后(图2b)，则图像也很模糊，眼睛近视。
10.在出生时，大多数人和动物的眼睛都是远视的，因为相对于焦平面来说轴向长度较短(图2a)。在出生后的发育过程中，眼睛变长，并且自我校正的“正视化”反馈机制使用散
焦图像来引导眼睛生长，直到图像聚焦在视网膜上(正视化，图1)为止，然后控制进一步的生长以将视网膜保持在焦平面上，使得图像保持在焦点上。仍然不清楚视觉图像的哪些方面被正视化机制所利用，但最近的研究发现，光的波长起着重要的作用。室外光和大多数室内照明包含人类和其他哺乳动物可见的、在400至700纳米范围内的许多波长的光。
11.光能够被探测到是因为它被视锥细胞的感光色素所吸收，视锥细胞是视网膜中的感觉细胞。如图3所示，对大多数哺乳动物而言，存在两种类型的视锥细胞，即，优先吸收和检测蓝光的短波长敏感(sws)视锥细胞和优先检测红光的长波长敏感(lws)视锥细胞。两种类型的视锥细胞都存在于视网膜上。
12.视网膜中还有两种额外的光色素：弱光敏视杆细胞中的视紫红质和固有光敏视网膜神经节细胞中的视黑质。然而，这两种色素被认为对明亮光线下的高敏锐度视觉并不重要。此外，大多数人具有第三个中波长敏感(mws)视锥细胞感光色素。mws吸光度的峰值接近于lws感光色素的峰值，并且mws感光色素的分布(profile)与lws视锥细胞的分布广泛重叠。像树鼩一样的只有两种感光色素的双色人正常正视化。不希望被任何假设的模型所束缚，为了正视化的目的，认为人类系统基本上与使用视锥细胞感光色素的树鼩相同，视锥细胞感光色素在长波长和短波长下吸收，并预测来自树鼩的模型和实验结果将推广到人类。
13.如上所述，室外照明和大多数室内照明包含许多波长。眼睛将不同波长(颜色)的光(长波长/红色和短波长/蓝色)聚焦在角膜后面的不同距离处。蓝色波长(图4a)比红色波长(图4b)聚焦得更靠近角膜，这是一种称为纵向色差(lca)的特性。
14.近年来，药物治疗和光学治疗都经过了检验，并显示出减缓但不能消除儿童眼轴延长和近视的前景。然而，药物治疗涉及儿童每日使用眼药水。这些药物治疗在长期使用后的有效性和安全性尚未得到检验。目前使用眼镜镜片和/或隐形眼镜的光学治疗仅显示出有限的近视发展减缓。合规性：实际佩戴隐形眼镜或使用眼药水一直是个问题；辍学(停止治疗)也是个问题。
15.在本领域中需要非侵入性的方法来促进正视化和阻止近视，尤其是在儿童的眼睛发育过程中。


技术实现要素：

16.公开了多焦镜片的一种新设计，其中镜片的不同区域具有不同的颜色色调。公开了一种改变用于近视控制的多焦点隐形眼镜或眼镜镜片的不同聚焦区的滤色特性的方法。多光谱多焦点镜片应该易于制造，如隐形眼镜或眼镜镜片，并且还应该易于被儿童所接受(因为人类感知视觉系统对彩色信号的空间错误定位具有显著的容忍度)。
17.第一方面，提供了一种改善眼睛的正视化的方法，所述眼睛具有短波长焦平面和比短波长焦平面离角膜更远的长波长焦平面，所述方法包括：调节眼睛的视力以实现下述项中的一个或两个：增加长波长焦平面和短波长焦平面之间的距离；以及将短波长焦平面定位成比其正常所在的位置更靠近角膜。
18.第二方面，提供了一种缓解或消除受试者的眼睛近视发展的方法，所述眼睛具有短波长焦平面和比短波长焦平面离角膜更远的长波长焦平面，所述方法包括：调节眼睛的视力以实现下述项中的一个或两个：增加长波长焦平面和短波长焦平面之间的距离；以及将短波长焦平面定位成比其正常所在的位置更靠近角膜。
19.第三方面，提供了一种视力矫正装置，所述视力矫正装置被配置成由人类受试者佩戴，所述装置包括第一聚焦区和第二聚焦区，所述第一聚焦区具有正度数较高的屈光度，并被着色以吸收可见光谱的短端的相对较少的可见光；所述第二聚焦区具有比所述第一聚焦区较负的屈光度，并被着色以比第一聚焦区吸收光谱的短端的相对更多的可见光。
20.第四方面，提供了一种改善眼睛的正视化的方法，所述眼睛具有纵向色差，因此短波长聚焦更靠近角膜，而长波长聚焦相对远离角膜，所述方法包括：调节眼睛的视力以实现下述项中的一个或两个：增加长波长焦平面和短波长焦平面之间的距离；以及将短波长焦平面定位成比其正常所在的位置更靠近角膜。
21.第五方面，提供了一种视力矫正装置，所述视力矫正装置被配置成被人类受试者佩戴，所述装置包括第一聚焦区、第二聚焦区和第三聚焦区，所述第一聚焦区在近视患者的视网膜中央凹上提供清晰的图像；所述第二聚焦区具有正度数较高的屈光度，并且被着色以与第一聚焦区相比吸收可见光谱的短端的相对较少的可见光；所述第三聚焦区具有比第一聚焦区较负的屈光度，并且被着色以比第一聚焦区吸收光谱的短端的相对更多的可见光。
22.第六方面，提供了一种视力矫正装置，所述视力矫正装置被配置成由人类受试者佩戴，所述装置包括第一聚焦区和第二聚焦区，所述第一聚焦区吸收可见光谱的短端的相对较少的可见光；以及第二聚焦区比第一聚焦区吸收光谱的短端的相对更多的可见光，并且被配置成漫射可见光。
23.上文给出了简化的总结，以便提供对所要求保护的主题的一些方面的基本理解。本总结不是一个全面的概述。它不旨在标识关键或重要的元素或描绘所要求保护的主题的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
附图说明
24.图1是正视眼的图示。
25.图2，图2a示出了远视眼。图2b示出了近视眼。
26.图3示出了在动物模型(树鼩)中的归一化视锥细胞吸光度，其中“净”sws吸光度针对眼组织的光学过滤特性进行了调整。sws视锥细胞(虚线)在光谱的蓝色末端(峰值，428纳米)具有吸光度峰值，并且对长于约550纳米的波长不敏感。lws视锥细胞(实线)具有更宽的吸收光谱，峰值在555纳米。
27.图4，图4a和图4b示出了眼睛中的焦点。图4a示出了眼睛中的蓝色焦点。图4b示出了眼睛中的红色焦点。
28.图5示出了正视化机制的波长信号。图5a示出了远视眼，其中蓝色波长(实线)在焦点上，而红色波长(虚线)在焦点外，这是眼睛太短的信号。图5b示出了近视眼，其中红色波长(虚线)在焦点上而蓝色波长(实线)在焦点外，这是眼睛太长的信号。
29.图6是在图6a和图6b中的多焦点多光谱镜片的两个实施例的正视图。不同的区域具有不同的光焦度，这些不同的区域也有不同的色调。“0”表示具有提供最佳矫正视力的距离矫正的区域。
30.图7，图7a示出了树鼩的归一化视锥细胞吸光度。图7b示出了窄带红色(实线)发光二极管(led)和窄带蓝色(虚线)发光二极管(led)的归一化强度分布，这种类型的led通常
用于树鼩的实验中。红色led(实线)仅刺激lws视锥细胞，但是蓝色led(虚线)刺激sws视锥细胞和lws视锥细胞，因为lws视锥细胞的吸收曲线延伸到光谱的蓝色端。
31.图8是假设瞳孔直径为3000微米，在具有固定视网膜位置的眼睛中，针对两个不同的波长，计算由光学无限远处的点光源产生的视网膜模糊圈的示意性模型。图8a，示出了550纳米的光如何聚焦在后主平面后面的5810微米处。在图8a中，视网膜平面位于最佳焦点(近视散焦)的后面，因此视网膜图像不是一个点，而是一个扩展的圆盘，其直径是模糊圈。在图8b中，视网膜位于与图8a中的视网膜相同的位置，但是光具有更长的波长。由于lca，焦平面远离后主平面，导致不同大小的模糊圈。
32.图9是如何可以将每个波长的模糊圈转换为由sws视锥细胞和lws视锥细胞检测到的模糊圈的示意性模型。在图9a中，对于从380纳米到700纳米以10纳米增量的一系列示例性波长，可以如图9a和9b所示的那样计算模糊圈的直径。那么每个模糊盘中的光强度可以计算为该波长的光谱的归一化光子数除以模糊盘的面积。在图9b中，在每个波长处，可以分别确定sws视锥细胞和lws视锥细胞的吸光度的值，这可以用来衡量模糊盘内的光的有效强度(光子捕获量)。结果是两个独立的模糊盘系列，其中一个用于sws视锥细胞，一个用于lws视锥细胞。
33.图10是每个波长的模糊盘如何组合以形成单个“点扩散函数”的示意性模型。左边的图表示如图9b底部所示的三个模糊盘，但是在这种情况下被绘制为表面图，其中以微米为单位的横跨视网膜的水平和垂直位置位于图的水平面中，并且表面的高度表示有效强度。将所有波长的这些模糊盘相加，并提供复合点扩展函数，如右图所示。由于此简化的示意图仅使用三个波长和三个模糊盘，因此复合点扩展函数具有阶梯式外观。对所有波长求和将为sws视锥细胞产生一个平滑的点扩展函数，并为lws视锥细胞产生另一个平滑的点扩展函数。
34.图11是从光学系统对点光源的响应到光学系统对延伸边缘的响应的示意性实例。在图11a中，外部图案是灰色背景上的白点。视网膜位于距等效晶状体不同的距离处。正视化通过改变眼睛的伸长量来工作，从而改变视网膜与光学系统的距离。图12a示出了由距镜片不同距离的视网膜产生的不同视网膜图像。在图11b中，外部图案是暗区和亮区之间的锐边。由图11b中的图案创建的视网膜图像，即边缘扩展函数，显示在右侧。这些可以计算为点扩散函数与外部图像的卷积。视网膜图像下方是整个视网膜的作为模糊函数的照度分布，在与外部图案的边缘成直角处被测量。
35.图12是光谱驱动的计算。在视网膜相对于光学系统的每个位置处，为sws视锥细胞和lws视锥细胞计算阶梯边缘(如图11所示)的亮度分布。“光谱驱动”被定义为中点右侧的虚线曲线和实线曲线之间的区域，作为对阶梯边缘的sws响应和lws响应之间差异的有符号量化。当光谱驱动为正时，这是眼睛太短而需要变长的信号。当光谱驱动为负时，这是一个眼睛太长，而应该抑制它的生长的信号。
36.图13，图13a示出了当视网膜位于距后节点不同距离时，由sws视锥细胞阵列(虚线)和lws视锥细胞阵列(实线)检测的宽带(白光)光中的明暗边缘在视网膜上的有效照度分布。y轴是视网膜上的(归一化)照度。x轴是横跨视网膜的距离，以微米为单位。边缘从位置0到50具有高强度，从位置50到100具有低强度。更倾斜的分布表示图像在视网膜上更模糊。更陡的分布表示更好的聚焦。该圆圈表示平衡的视网膜位置，其中sws视锥细胞阵列和
lws视锥细胞阵列的分布具有几乎相同的斜率(和曲线大部分重叠)。底行右数第二个的子图表示sws视锥细胞在视网膜表面上的近似视网膜分离。图13b示出了作为视网膜位置函数的光谱驱动。垂直虚线表示sws视锥细胞阵列和lws视锥细胞阵列将经历基本相同的图像统计的视网膜位置。
37.图14示出了窄带蓝光(虚线)和窄带红光(实线)在视网膜上的有效照度分布。图14a示出了如图13中布置的结果，但是具有由窄带蓝光(虚线)和窄带红光(实线)组成的光源。图14b示出了光谱驱动，如图13b所示布置的那样。相对于白光(垂直虚线)的情况，光谱驱动为零的平衡点已经移动到大约-1.4d近视，尽管驱动函数的幅度也已经整体减小。
38.图15示出了窄带红光的光谱驱动。
39.图16示出了窄带蓝光的光谱驱动。
40.图17示出了窄带绿光和窄带蓝光的光谱驱动。
41.图18示出了紧凑型荧光灯的光谱驱动。
42.图19示出了使用imac电脑屏幕设置为全白作为光源的光谱驱动。
43.图20示出了图6a和图6b所示的镜片的实施例的光谱驱动函数。
44.图21示出了由树鼩的sws和lws采样的位于不同视网膜位置的自然灰度图像的模糊。
45.图22示出了随着视网膜的位置的变化，作为空间频率函数的归一化功率。虚线表示sws视锥细胞阵列，实线表示lws视锥细胞阵列。
46.图23示出了对所有波长的光都清晰的标准镜片。
47.图24示出了多光谱多区域镜片，该镜片对于短波长的光是漫射的，对于长波长的光是透明的。
具体实施方式
48.定义
49.除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还应该理解的是，术语，例如在常用词典中定义的那些术语，应该被解释为具有与它们在说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应该在理想化或过于正式的意义上解释，除非明确表示本文如此定义。为了简洁或清楚起见，众所周知的功能或结构可能不进行详细描述。
50.术语“大约”和“近似”通常是指在给定测量的性质或精度的情况下，所测量的量的可接受的误差或变化程度。典型的示例性的误差或变化程度在给定值或值范围的20％(％)以内，优选在10％以内，更优选在5％以内，还更优选在1％以内。本说明书中给出的数值是近似的，除非另有说明，这意味着术语“大约”或“近似”可以在没有明确说明的情况下进行推断。
51.这里使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而不是为了进行限制。如这里所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。
52.术语“第一”、“第二”等在本文中用于描述各种特征或元素，但是这些特征或元素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个特征或元素与另一个特征或元素区分开
来。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一特征或元素可以被称为第二特征或元素，并且类似地，下面讨论的第二特征或元素可以被称为第一特征或元素。
53.诸如“a和b中的至少一个”之类的术语应理解为“仅a、仅b，或a和b二者”。相同的理解应该被应用于更长的列表(例如，“a、b和c中的至少一个”)。
54.术语“基本上由......组成”意味着，除了所列举的元素之外，要求保护的内容还可以包含其他元素(步骤、结构、成分、组件等)而不会对要求保护的内容的可操作性产生不利影响。该术语不包括对本公开中所述的其预期目的的可操作性有不利影响的其他元素，即使这些其他元素可能会增强出于某些其他目的的权利要求的可操作性。
55.方法和装置
56.已经开发了自校正正视化机制如何使用波长提示来控制人眼的屈光状态的模型。基于这个模型，镜片被设计用来预防或减缓儿童近视的发展。
57.根据对树鼩(与灵长类动物关系密切的动物)的研究结果，已经开发出一种光的波长和光学散焦的组合如何调节眼睛生长的模型。该模型预测，使用其中正度数较高的区域被着色成蓝色，而负度数较低的区域(例如，零度数)被着色成黄色或透明的多焦点镜片将稳定屈光发育并预防或减缓儿童近视的发展。
58.已经发现正视化机制使用lca的某些方面来将轴向长度保持在窄的范围内。如果蓝色波长在焦点上(图5a)，红色波长在焦点外；这是眼睛太短的提示，并且应该增加它的伸长率。如果红色波长在视网膜上是对焦的(蓝色在焦点之外，图5b)，这是正在生长的眼睛对于其自身的光学系统来说已经变得太长并且需要减慢其正常的出生后轴向伸长率的提示。
59.提供了一种影响眼睛的发育的方法。该方法包括调整眼睛的视力以将长波长焦平面从眼睛中的短波长焦平面移开(或反之亦然)，或者将短波长焦平面移动靠近角膜。当然，该方法可以实现两种效果(增加两个焦平面之间的距离和移动短波长焦平面更靠近角膜)。该方法可以找到各种用途。该方法的一些实施例可用于改善正视化；在一些这样的实施例中，该方法可以在需要改善正视化的受试者上进行。该方法的一些实施例可以用于缓解或消除受试者的眼睛中近视的发展。在这样的实施例中，该方法可以在需要缓解或消除近视发展的受试者上进行。
60.两个焦平面(短波长和长波长)由在每个焦平面上形成聚焦图像的光的相对波长来定义(即，短焦平面的波长比长焦平面的波长短)。在该方法的一些实施例中，较短的波长在绿色到蓝色的范围内的某处。在该方法的进一步实施例中，较长波长在绿色至红色的范围内的某处。在进一步的实施例中，较长的波长是560纳米、570纳米、580纳米、590纳米、600纳米、610纳米、620纳米、630纳米、640纳米、650纳米、660纳米、670纳米、680纳米、690纳米、700纳米、710纳米、720纳米、730纳米、740纳米，至少任一前述值，或任一前述值之间的范围。在进一步的实施例中，较短的波长是550纳米、540纳米、530纳米、520纳米、510纳米、500纳米、490纳米、480纳米、470纳米、460纳米、450纳米、440纳米、430纳米、420纳米、410纳米、400纳米、390纳米、380纳米，直至上述任一值，或任一上述值之间的范围。在更进一步的实施例中，短波长焦平面主要是蓝色的。在更进一步的实施例中，长波长焦平面主要是红色的。
61.可以改变焦平面的位置以实现各种期望的效果。在特定的实施例中，长波长焦平面聚焦在视网膜上。这被认为可以鼓励适当的正视化并避免近视的发展。
62.公开了一种通过相同原理工作的视力矫正装置100。它可以被配置成由动物受试者佩戴，包括人类受试者。装置100包括具有不同屈光度和不同色调的两个区域。第一聚焦区110可以具有正度数较高的屈光度，并且被着色以吸收可见光谱的短端的相对较少的可见光；以及第二聚焦区120可以具有比第一聚焦区110较负的屈光度，并且被着色以比第一聚焦区110吸收光谱的短端的相对更多的可见光。
63.图6a和图6b示出了装置100的两个实施例。普通的单倍镜片在其整个表面上具有相同的光焦度。多焦点镜片具有光焦度不同(即焦距不同)的交替区域。尽管不希望被给定的假设所束缚，但是预期当光聚焦在视网膜上时，这些不同区域的效果将会合并(受试者将不会注意到环的焦点图案)，并且就好像有同时将光聚焦在空间的两个位置的一个镜片。如果正区域(positive zones)比平(piano)(或低光焦度(lower power))区域更蓝，则lca信号的表观量应该增加，并使眼睛的生长偏离近视。仿真表明，这种效应应该比单焦点镜片引起的光谱变化更强烈。
64.在图6中，这些区域呈现为同心环(6a)和单独的小圆形区域(6b)，然而这些区域可以是其他形状。在所示的实施例中，各区域之间的光焦度有差异。对于一些患者而言，基本区域(base zones)可以是零光焦度，而正区域(plus zones)的光焦度可以是大于零的值。对于其他患者而言，如果正区域大于这个值，基本区域可能有不同于零的光焦度。例如，基本区域可以是-1d，正区域可以是+1d。
65.在受试者患有近视的装置100的实施例中，第二聚焦区120的屈光度足以矫正近视。在一些实施例中，屈光度差值至少为+0.25(即，第一聚焦区的屈光度比第二聚焦区的屈光度大至少+0.25)。在装置100的进一步实施例中，该差值大约为+0.5到+3.0。在装置100的特定实施例中，该差值约为+2.0。
66.第一聚焦区110可以被着色以在某一“光谱截止”波长以下比第二聚焦区120吸收相对较少的可见光，但在截止波长以上比第二聚焦区120吸收相对较多的可见光。在一些实施例中，光谱截止等于或小于介于420纳米和560纳米之间的点。聚焦区之间的差别着色可以以各种颜色图案表现出来。在一些实施例中，第一聚焦区110被着色成蓝色。在一些实施例中，第二聚焦区120被着色成透明的或黄色。聚焦区可以具有各种各样的几何图案。在优选的实施例中，第一聚焦区110是圆形或环形的，第二聚焦区120是圆形或环形的，并且与第一聚焦区110同心(图6a)。在另一个优选实施例中，所述聚焦区之一包括装置100上的多个点，而另一个聚焦区构成这些点之间的间隙或“背景”(图6b)。
67.装置100的其他实施例可以包括至少一个附加聚焦区130，该附加聚焦区130的色调和屈光度大约等于第一聚焦区110或第二聚焦区120的色调和屈光度。可以存在更多的聚焦区，每个聚焦区的色调和屈光度大约等于第一聚焦区110或第二聚焦区120的色调和屈光度。多个附加聚焦区可以以交替模式放置在与第一聚焦区110在色调和屈光度上相等的聚焦区和与第二聚焦区120在色调和屈光度上相等的聚焦区之间。
68.在装置100的替代实施例中，这些聚焦区中的一个聚焦区漫射透射光，并且具有比另一个聚焦区相对更短的透射光谱。装置100的一些这样的实施例包括第一区域110和第二区域120，第一区域110通过长于截止值的波长并且是光学透明的(非漫射的)；以及第二区域120通过比截止值更短的波长并降低图像质量(例如，通过漫射的透射光)。光谱截止点可以是上面公开的适用于装置100的其他实施例的任何截止点。另一个实施例包括被着色或
以其他方式过滤以通过较长波长的光学透明区，以及被着色或以其他方式过滤以通过较短波长的光学漫射区。又一实施例包括没有滤色或着色的光学透明区；以及被过滤或着色以通过短波长的光学漫射区。再一个实施例包括被过滤或着色以通过长波长的光学透明区；以及没有滤色或着色的光学漫射区。预期这些变型对于长波长实现相对高的视网膜图像对比度，而对于短波长实现相对低的视网膜图像对比度。据认为这将被视网膜解释为眼睛太长并且应该停止生长的信号(即，它将是抗近视性的)。预期这些变型具有易于生产和在大范围散焦上有效的优点。在该方法的一些实施例中，较短的波长在绿色到蓝色范围内的某处。在该方法的进一步实施例中，较长波长在绿色至红色的范围内的某处。在进一步的实施例中，较长的波长是560纳米、570纳米、580纳米、590纳米、600纳米、610纳米、620纳米、630纳米、640纳米、650纳米、660纳米、670纳米、680纳米、690纳米、700纳米、710纳米、720纳米、730纳米、740纳米，至少任一前述值，或任一前述值之间的范围。在进一步的实施例中，较短的波长是550纳米、540纳米、530纳米、520纳米、510纳米、500纳米、490纳米、480纳米、470纳米、460纳米、450纳米、440纳米、430纳米、420纳米、410纳米、400纳米、390纳米、380纳米，直至上述任一值，或任一上述值之间的范围。在更进一步的实施例中，短波长焦平面主要是蓝色的。在另外的实施例中，长波长焦平面主要是红色的。
69.多焦点多光谱镜片的实施例可以是有效的、长期使用安全的、非侵入性的、使用简单的(促进治疗依从性)和/或可与其他抗近视治疗结合。
70.先例
71.可以通过参考下面的先例来进一步理解所要求保护的主题。
72.反馈机制在出生后成长的眼睛中起作用，其使用光学提示来调节眼睛的轴向伸长率，以便通过将视网膜的位置与焦平面匹配来实现聚焦，这一过程称为正视化。据认为，屈光不正包含指导所述机制的提示。正视化机制的目标是最小散焦(实际上，低远视容易通过调节消除)。远视散焦(视网膜比焦平面更靠近角膜)产生视网膜信号(一种“驱动”)，这种信号增加轴向伸长率，从而视网膜移动到光聚焦的位置。近视散焦(焦平面后面的视网膜)产生一种驱动来减缓轴向伸长，以便成熟的光学器件将焦平面移动到视网膜。当屈光状态达到目标时，增加或减少轴向伸长的驱动为零。
73.正视化机制发展并通常在宽带(“白”)光中起作用，其中所有波长都存在于可见光谱(400至700纳米)中。在宽带光中，散焦图像中存在许多提示，这些提示可以提供产生用于调节眼轴伸长的视网膜信号的驱动。例如，对于散焦的眼睛而言，视网膜上的图像对比度会降低。由鲜明的明暗边缘产生的视网膜图像在整个视网膜上从较高亮度到较低亮度变得更加平缓。诸如高空间频率、高阶像差(散光、彗差等)和其他可能的提示之类的其他提示也被改变。正视化机制所使用的特定光学提示共享一个基本前提，即，视网膜不特定地检测“散焦”；更准确地说，它检测由散焦产生的视网膜表面上的“图像统计”(例如图像对比度)的变化。
74.散焦图像产生的另一个光学提示涉及lca。脊椎动物的眼睛具有显著的lca：长波长比短波长聚焦在离角膜更远的地方，通常在可见范围内大约2到3屈光度(d)。因此，当较长波长比较短波长处于更好的相对焦点时(眼睛比最佳长度长的指示)时，这可以提供眼睛太长的信号，并产生抑制轴向伸长的视网膜信号。如果短波长比长波长聚焦更好，则这可能导致视网膜信号增加轴向伸长。
75.在确定lca提示对于正视化是否重要的直接评估中，小鸡被暴露于远视和近视散焦预期的彩色信号的模拟中，并且发现眼睛可以恰当地解读这些彩色信号。评估lca是否为正视化机制提供重要提示的另一种方法是将年幼动物置于没有lca的环境中，将它们置于窄带照明中，这样就不可能比较不同波长的图像统计数据。如果lca提示是重要的，那么移除lca提示会削弱正视化机制的功能。尽管这些研究的结果因物种和所用的特定波长而存在很大程度的差异，但证据表明，对于树鼩、非人类灵长类动物、小鸡、豚鼠和小鼠而言，正视化在窄带光下被破坏。研究表明，在宽带照明条件下存在的lca提示不仅对于正视化机制的正常操作是重要的，而且对于其正常发挥功能也是必不可少的。当lca提示被移除时，正视化机制不能利用其他剩余的散焦相关提示来维持或实现正视化。
76.和大多数哺乳动物一样，树鼩也是二色性的。树鼩的视网膜包含一种对较短波长敏感的视锥细胞光感受器类型(由opn1sw基因编码的sws，树鼩的峰值灵敏度约为428纳米)和另一种对较长波长敏感的视锥类型(由opn1lw基因编码的lws，峰值灵敏度约为555纳米)(图7a)。在明光照下，视杆细胞(rods)应该饱和，结合视杆细胞系统的低空间敏锐度，树鼩中稀疏的视杆细胞似乎不太可能对正视化产生显著影响。因此，正视化机制能够获得的关于焦点的唯一信息可能是由这两类视锥细胞所检测到的跨视网膜激活的空间模式。此外，正视化系统能够获得的关于lca的唯一信息是这两类视锥细胞的激活模式的差异。
77.不希望受任何假设模型的约束，提出了两个视锥细胞光感受器阵列，其独立地检测“图像清晰度”并且对眼睛的轴向生长具有相反的影响。如果sws视锥细胞阵列在视网膜上检测到比lws系统更清晰的图像，则感受后视网膜回路(感受后视网膜回路)会发出加快轴向生长的信号(正驱动)。如果lws视锥细胞阵列在视网膜上检测到相对较清晰的图像，则感受后回路就会发出减缓轴向生长(负驱动)的信号。
78.提供了分别由sws视锥细胞和lws视锥细胞感测的视网膜图像如何作为散焦和环境光光谱的函数而变化的模型。给定树鼩的sws视锥细胞阵列和lws视锥细胞阵列的已知间距，可以确定sws图像和lws图像之间的差异是否可以在生理范围的值上似是而非地区分远视散焦和近视散焦，并且可以预测环境光的光谱的形状的变化如何影响正视化。
79.模型的开发和实现包括几个步骤。对于给定的光谱和给定的视网膜相对于光学系统的位置：
80.(1)对于所有波长，以10纳米为步长，计算光学无限远处的单个点产生的圆形光盘(“模糊盘”)的大小。
81.(2)对于每个波长，通过光的强度、模糊盘的面积以及sws视锥细胞和lws视锥细胞的吸光度来加权模糊盘的强度。
82.(3)将所有的模糊盘组合，以为sws视锥细胞和lws视锥细胞产生单独的“点扩展函数”。
83.(4)对于sws视锥细胞和lws视锥细胞，使用点扩展函数来计算作为黑/白边缘的响应的视网膜的有效空间亮度分布。
84.(5)使用这些亮度分布计算一个单一的数字，光谱驱动，其反映了sws视锥细胞和lws视锥细胞之间的图像清晰度的差异以及对轴向生长的影响方向(增加或减少)。
85.然后，该模型可以应用于几种不同的照明条件。
86.(6)使用点扩散函数计算对于sws视锥细胞和lws视锥细胞而言对自然灰度图像的
响应视网膜上的有效空间亮度分布。
87.(7)此外，使用[6]的结果来计算sws视锥细胞和lws视锥细胞对整个自然灰度图像的响应的平均空间频率分布。
[0088]
因为正视化机制通过改变眼睛的轴向长度(从而改变视网膜的位置)来起作用，并且看起来不会改变眼睛的光学系统，对于所选择的模型，光学系统保持固定，并且通过改变视网膜相对于550纳米光的最佳焦点的位置来模拟不同量的散焦(模糊条件)。视网膜位置靠近后主平面模拟远视散焦，而视网膜位置远离后主平面模拟近视散焦。
[0089]
在该模型中，忽略了衍射和高阶单色差的影响。所有引用的仿真都使用matlab版本r2017b编写的自定义例程。
[0090]
(1)对于所有波长，以10纳米为步长，计算光学无限远处的单点产生的圆形光盘(“模糊盘”)的大小。
[0091]
如图8a所示，假定树鼩的眼睛的有效后焦距为5.81毫米(5810微米，瞳孔直径为3.0毫米(3000微米)。可以使用单个镜片来代表眼睛的角膜和晶状体的光学系统，并且不包括任何调节。可以假设所有的源物体都在光学无限远处，并且在光学无限远处波长为550纳米的光在后主平面后面5810微米处为正视眼。
[0092]
在该模型中，可以假设树鼩的眼睛在428纳米和555纳米之间具有2.77屈光度(d)的lca，并且最佳焦点随波长线性变化。尽管不完全正确，但是lca相对于波长的曲线在可见光范围内是平滑单调的，因此将其作为简化假设。因此，光波长每增加10纳米，最佳焦点从后主平面偏移8.7微米(对于树鼩的眼睛，约为0.26d)。
[0093]
fl
实际
＝5810+(λ
550
)*0.87
[0094]
其中fl
实际
是波长为λ纳米的情况下的实际焦距。为了模拟视网膜上的明暗边缘的图像，需要计算在每个视网膜位置改变光谱上的波长对图像聚焦的影响。如图9a和图9b所示，当光学系统将点光源成像在视网膜上时，大多数波长将不会聚焦。每个散焦波长将在视网膜上产生一个强度相对均匀的圆盘，该圆盘由“模糊圈(circle of confusion)”或“coc”界定。使用相似三角形，对于具有特定视网膜位置的眼睛，给出来自光学无限远处的给定波长的点光源的图像的模糊圈的大小为：
[0095]
coc＝abs(((fl
实际-retinapos)/fl
实际
*3000)
[0096]
其中coc是模糊圈的直径；retinapos是视网膜相对于光学元件的位置，其单位为纳米。假定瞳孔直径为3000微米。
[0097]
(2)对于每个波长，通过光的强度、模糊盘的面积以及sws视锥细胞和lws视锥细胞的吸光度来加权模糊盘的强度。
[0098]
假设对于每个波长，coc定义了均匀强度的圆形“模糊盘”(图10a和图10b)。由于相同数量的光分布在一个更大或更小面积的盘上，因此在模糊盘内的强度与模糊盘面积的倒数成正比。在模型中，为避免计算中出现无穷大，应使用最小coc直径2微米。
[0099]
如图9a所示，对于sws视锥细胞和lws视锥细胞，可以单独转换计算的在不同波长下模糊盘的强度。由于光感受器是由光子激活的，而不是由光的物理能量总量激活的，因此功率谱(单位为μw/cm2/nm))可以通过乘以波长转换成归一化的光子计数。在这种情况下，光子捕获量应该与光感受器外节段的吸光度接近线性。如图9a和图9b中示意性示出的，也可以计算coc的直径。在图9a和图9b所示的三种示例性波长中每一种波长下，创建101
×
101
的维度单位的矩阵，其中每个单位表示视网膜上1微米的距离。每个矩阵可以被初始化为包含全零，表示没有光。每个矩阵中间的实心填充的模糊盘可以创建为具有等于coc的直径。模糊盘中的强度等于该波长下的光子数除以圆的面积。这提供了跨视网膜表面的物理分布和相对光子强度，其由点源在三种波长中的每一种波长下的图像产生。
[0100]
如图9b所示，可以计算对于每个模糊盘由sws视锥细胞和lws视锥细胞在三个示例性波长中的每一个示例性波长下采样的视网膜上的光的空间范围和有效相对强度。每个盘内的光强度可以通过该波长的视锥细胞吸光度函数来加权，以便为sws视锥细胞和lws视锥细胞提供视网膜上光的空间范围和有效相对强度。在该模型中，对于从380纳米到780纳米的波长而言，这可以以10纳米的步长来计算。
[0101]
(3)将所有的模糊盘组合，以为sws视锥细胞和lws视锥细胞产生单独的“点扩展函数”。
[0102]
如图10所示，一系列模糊盘(每个在不同的波长下产生)可以组合成单个“点扩展函数”。点扩散函数是对于特定的波长和视网膜位置而言，由sws视锥细胞阵列或lws视锥细胞阵列采样的视网膜表面上的有效照明模式。因为任何视觉图像都可以分解成大量的点，所以这些点扩展函数可以预测任何图像的sws和lws视锥细胞群体的活动模式。点扩散函数也可以称为光学系统的2d脉冲响应或2d内核。这两种活动的空间模式，一种用于sws视锥细胞，另一种用于lws视锥细胞，是神经视网膜必须操作的全部内容(至少就视锥细胞信号而言)。所述两种活动的空间模式定义了后续的视网膜神经元可能从图像中提取的信息的限制。
[0103]
(4)对于sws视锥细胞和lws视锥细胞，使用点扩展函数来计算作为黑/白边缘的响应的视网膜的有效空间亮度分布。
[0104]
自然图像充满了延伸的边缘，与孤立的点不同，这些延伸的边缘即使在模糊时也可以被视网膜神经元鲁棒地检测到。正视化可能不是由延伸的边缘具体驱动的，但是可以使用简化的视觉刺激来洞察不同水平的远视和近视模糊是如何被转化为sws视锥细胞阵列和lws视锥细胞阵列的不同激活模式的。该过程示出在图12a和图12b中。具有亮度边缘的视锥细胞点扩展函数可以被卷积以创建边缘扩展函数。可以在垂直于边缘的视网膜表面上提取有效的亮度分布，这由该视锥细胞类检测。
[0105]
(5)使用这些亮度分布计算一个单一的数字，光谱驱动，其反映了sws视锥细胞和lws视锥细胞之间的图像清晰度的差异以及对轴向生长的影响方向(增加或减少)。
[0106]
可以对sws视锥细胞和lws视锥细胞以及从远视到近视的视网膜位置范围分别重复该过程，如图12所示，该过程可以提供当sws视锥细胞和lws视锥细胞在给定照明光谱下暴露于各种程度的远视和近视模糊时，如何响应亮/暗边缘的视觉指示。如图12所示，一个单一的数字，即“光谱驱动”，可以被定义为中线右侧的sws和lws分布之间的有符号的面积差。正视化系统可能不使用这种精确的度量来评估色彩散焦提示。很可能通过在某些空间频率范围内的对比度的一些非线性组合来评估色彩散焦提示。正视化也可能是将色彩提示(chromatic cues)与诸如单色像差、瞬时闪烁和绝对亮度之类的其他提示结合在一起。该度量被提出作为量化下述信号的第一步，该信号是正视化机制从色彩提示中提取的，以引导眼睛生长。
[0107]
每个视锥细胞类型的模糊分布可以被归一化以跨越介于0和1之间的范围。现已确
定，视锥细胞光感受器可以适应各种各样的光水平，并且感受后视网膜回路也可以使这些信号的处理归一化。尚不清楚视锥细胞反应的归一化对正视化有多重要，但是使用归一化反应可以是一个合理的开始假设。
[0108]
该模型可以应用于不同的人工环境照明光谱，包括但不限于广谱“白”光、与窄带红光结合的窄带蓝光、窄带红光或单独的窄带蓝光、有限带宽绿+蓝光、群体荧光、来自计算机屏幕的红光+绿光+蓝光，以及假想的多光谱多焦点镜片。
[0109]
(6)使用点扩散函数计算对于sws视锥细胞和lws视锥细胞而言对自然灰度图像的响应视网膜上的有效空间亮度分布。
[0110]
尽管自然图像由较低的空间频率所支配，但是可以理解的是，真实世界不仅仅由简单的阶梯边缘组成。因此，该模型应该扩展到自然图像。黑白图像可以分别与sws视锥细胞和lws视锥细胞的点扩展函数进行卷积。这产生了视网膜上的有效照度的2d空间模式的模型，其由sws视锥细胞和lws视锥细胞采样。这些图像可以被归一化以在整个图像上具有相同的最小值和平均值。径向平均傅里叶变换可以应用于这些模式，使用根据方向平均功率导出的方法，并将方向平均功率绘制为空间频率的函数。在模型中，应当忽略环境中不同颜色物体可能产生的影响，并假设一个纯黑白的世界。由于世界上大多数物体的颜色并不鲜亮，并且由于正视化系统必须对大量图像块进行平均，因此假设的黑白世界是这种建模级别的合理近似。
[0111]
(7)此外，使用(6)的结果来计算sws视锥细胞和lws视锥细胞对整个自然灰度图像的响应的平均空间频率分布。
[0112]
虽然对感知和行为的视觉引导很重要的视网膜活动是时刻由视网膜上的东西驱动的，但在相当长的一段时间内，正视化是平均的。灵长类动物通常每秒进行三次迅速扫视，对于不在中央凹(其为视网膜的大部分)上或在中央凹附近的视网膜位置，任何给定的视网膜区域每小时都会接收到大约10000个视觉世界的随机样本。树鼩不会进行大幅度的扫视，但它们确实会经常像灵长类动物一样以类似的频率进行头部运动，因此对视网膜刺激的影响应该是相似的。因此，复杂的自然图像对正视化的影响可以通过对整个图像的图像统计进行平均来近似。
[0113]
图14a和图14b示出了具有每纳米具有相等数量的光子的宽带(“白色”)光源的模型的结果。图13a中的每个图示出了清晰的明暗边缘的照度分布图，该照度分布图是垂直于边缘的横跨视网膜的距离的函数(图12和图13)。虚线是由sws视锥细胞检测到的归一化照度分布。实线是对于lws视锥细胞而言的归一化照度分布。图13a中的每个图示出了当视网膜位于后主平面后面特定距离时的sws视锥细胞和lws视锥细胞的照度分布(图11)。如图13a所示，左上图(5670微米)是当视网膜靠近后主平面时的示例，即远视散焦的情况。图13a的随后的图从左到右和从一行到另一行显示了远离后主平面的视网膜位置处的分布，首先减少远视，通过5810微米的正视眼，其中550纳米的光聚焦在视网膜上(图8a)，然后逐渐变得更加近视。对于树鼩来说，子图之间的视网膜位置的每20微米步长代表大约0.6d的光焦度。
[0114]
随着视网膜位置从后主平面移开，照度分布的形状发生变化。在最远视的视网膜位置(5670微米)，sws分布比lws照度分布的斜率更陡，说明sws视锥细胞的明暗边缘焦点更清晰。随着视网膜远离后主平面，sws照度分布的斜率变得更低，表明如sws视锥细胞阵列所
观察的那样边缘更加模糊。相反，在远离后主平面的位置处，lws照度分布的斜率变得更陡。最尖锐的sws分布(在5730微米处)比最尖锐的lws分布(在5810微米处)更尖锐，因为sws视锥细胞具有相对较窄的带宽，而lws视锥细胞具有宽得多的带宽，如图7a所示。底行右侧第二个子图具有垂直条，表示sws视锥细胞在视网膜表面上大约18微米的间距。通过检查，至少看似合理的是，sws视锥细胞和lws视锥细胞之间的模糊分布的差异可以由视网膜来分辨。图13b示出了作为视网膜位置的函数的光谱驱动(如图12所示)。
[0115]
图7b示出了由两个峰值组成的光谱，一个在464纳米(虚线)处，另一个在634纳米(实线)处，不存在中间波长。这个光谱跨越了很宽的波长范围，所以它不是窄带，但它也不是平坦或连续的。图14a示出了针对该环境光源计算的sws视锥细胞和lws视锥细胞的照度分布。如图13a所示，照度分布随着视网膜距离而变化：在远视位置处，sws视锥细胞分布比lws视锥细胞具有更陡的斜率。随着视网膜位置移动至近视散焦，lws分布逐渐变为相对较陡。在这种光源下，存在一个扩展区域，在该区域中，sws分布和lws分布之间仅存在很小的差异。在5790微米和5810微米的视网膜位置处，分布几乎相同，因此正视化的信号幅度应该很小。然而，与宽带光下的结果相比，将会有停止生长的显著信号的点可能会移动大约40至60微米近视，相对于宽带光下的情况，将会是大约1.2d至1.8d近视。确切的目标将取决于系统对sws和lws模糊分布的差异的灵敏度：光谱驱动的整体幅度也降低了，因此可以想象，正视化系统可能无法精确地“归位”在零光谱驱动的同一点。该模型的预测在定性上与暴露于该光源的一组动物的结果一致，与在宽带群体照明中饲养的动物相比，该组动物的近视度数为-1.9
±
0.5(stderr)d。
[0116]
图15示出了窄带红光的光谱驱动。对该光源的光谱驱动假设蓝光的缺乏被正视化解释为零蓝色对比度。在这种情况下，光谱驱动在所有视网膜位置都将是强烈的负的，并且正视化将强烈偏向远视。这与关于树鼩和非人灵长类动物使用窄带红光的结果一致。
[0117]
图16示出了窄带蓝光的光谱驱动。因为蓝光显著地激发了sws视锥细胞和lws视锥细胞，所以对于这两类视锥细胞，视网膜表面上的模糊分布将是相同的，因此，在散焦的所有级别上，sws分布和lws分布之间的差异将为零。这将导致反馈误差信号被强制为零，而不管散焦的程度任何，正视化将响应于其他因素而漂移，这似乎就是树鼩所出现的情况。
[0118]
图17示出了响应于有限带宽光的光谱驱动，在这种情况下是窄带蓝光和窄带绿光的组合。有一个光谱驱动函数，其形状基本上与宽带白光下的形状相同。然而，目标被轻微远视移动，并且驱动的幅度显著降低。过了某一点，当眼睛变得过长时，驱动函数的大小不会随着屈光不正的增加而增加。这表明，如果驱动函数的最大值低于某个阈值，则正视化可能会慢慢偏离正视化，因为一天中的综合视觉提示不足以使眼睛进入正视化。
[0119]
图18示出了响应于紧凑型荧光灯泡(cfl)的光谱驱动，其光谱类似于正常群体照明时使用的光谱。尽管光谱由锯齿状的波峰组成，但是光谱驱动函数也是平滑的，并且实际上与宽光谱光中的光谱驱动函数相同。这与树鼩在这种光源下几十年的经验是一致的，树鼩正视化得非常好。
[0120]
图19示出了使用设置为全白的imac计算机屏幕作为光源的光谱驱动。该光谱由三个离散的波峰组成，但与图18中的情况不同的是，该光谱驱动基本上与在宽带光下发现的光谱驱动相同。
[0121]
所公开的仿真没有发现会显著地使正视化偏向远视，或者增加驱动的幅度的任何
广谱的光。图20示出了在具有平区和+2d区的多焦点镜片的情况下的模拟结果。平区是有色的，因此它们只通过20％的低于500纳米的光。+2d区被着色使得它们仅通过20％的高于500纳米的光。所提出的模型的结果是明显偏向远视的光谱驱动，并且也具有实质上更大的驱动幅度。实际上，这种光学系统人为地增加了lca的大小，并使其偏向于轻微远视状态。
[0122]
虽然视觉世界包含许多突然的亮度边缘，但它还包含复杂的亮度变化。图21示出了在远视视网膜位置(5730微米)、中间位置(5770微米)和近视位置(5810微米)如何通过sws(左)和lws视锥(右)采样黑白自然图像(上)的计算结果。如图21所示，在这些极端位置处，由sws视锥细胞和lws观察到的图像明显不同。如果对于树鼩的正视化机制是比较由sws视锥细胞阵列和lws视锥细胞阵列采样的空间图像静态，则这将取决于sws视锥细胞阵列是否具有足够的空间分辨率，以至于sws视锥细胞是否检测到这些差异并产生驱动以引导轴向伸长至中间位置。
[0123]
树鼩具有大约2至3周/度的标称视觉行为敏锐度，其可能由lws视锥细胞阵列介导的。lws视锥细胞在视网膜上具有大约6微米的典型视锥间距，但是sws视锥细胞具有18微米的相对恒定的sws视锥细胞到sws视锥细胞的间距。因此，在长波长和短波长下分辨不同图像清晰度的限制因素将是sws视锥细胞的间距。该间距将为sws阵列提供大约3周/度的空间奈奎斯特频率。如图13a中下面一行从右数第二个图所示，sws视锥细胞阵列具有能够合理地区分生理相关模糊水平的空间分辨率。
[0124]
图22示出了作为图21所示的对于不同的视网膜位置的图像的空间频率的函数的归一化功率谱，并且是由sws视锥细胞阵列和lws视锥细胞阵列采样。原则上，近视散焦和远视散焦可以通过检查低至每度一周或更高的空间频率范围内的相对光焦度来确定，这完全在树鼩的视觉敏锐度内，甚至更在由sws视锥细胞间距所设定的范围内。至少在某些频带内，一组视锥细胞的相对活性可能比另一组高好几倍，这表示后续的视网膜回路可以轻易地分辨出两者的差异。
[0125]
正视化机制检测图像对比度并调节眼睛的轴向生长以最大化图像对比度是熟悉的概念。使用来自双色哺乳动物即树鼩的数据开发了双检测器光谱驱动模型。在所公开的模型中，图像清晰度可以由两个独立的成像阵列来检测，这两个成像阵列包括sws视锥细胞和lws视锥细胞。在宽带照明条件下，由于纵向色差，两个成像阵列不能同时最大化图像清晰度。如果图像清晰度(由sws视锥细胞阵列对比度检测)大于由lws视锥细胞阵列检测的清晰度，则产生增加轴向生长的驱动。如果lws视锥细胞阵列检测到的图像对比度较大，就会产生一个相反的驱动，减缓轴向生长。目标是视网膜位置，其中，图像对比度是中间的，并且在两个视锥细胞阵列中大致相等。
[0126]
尽管正视化机制的存在是为了实现和保持良好的聚焦，但是该模型并不使用“光学散焦”作为主要提示。相反，该模型依赖于由sws视锥细胞阵列和lws视锥细胞阵列采样的图像统计的差异。在宽带光谱下，该机制良好的焦点有效。然而，当光谱显著改变从而改变了光谱驱动的目标时，尽管有散焦提示，然而正视化机制可能变得不适应，从而产生不同于正视化的稳定屈光状态。
[0127]
当针对散焦的生理相关范围对关于单色2d图像的响应进行建模时，如图22所示，发现视网膜的表面上的空间图案可以被两个视锥细胞阵列检测到。先前的工作已经表明，尽管正视化的目的是最大化高空间频率的敏锐度，但正视化本身似乎更强烈地受到中间范
围的空间频率的驱动。该模型的结果表明，该正视化系统在不需要非生理水平的空间敏锐度的情况下利用lca提示是可行的，并且该正视化系统还可以在一定范围的光学模糊上鲁棒地运行。
[0128]
根据该模型，只要光谱跨越宽波段并且具有两个以上的波峰，则正视化机制就应该能够在除了最失真的光谱之外的所有光谱中精确地使用不同的波长提示。由窄带红光和窄带蓝光组成的光谱一起产生近视的目标，但是我们无法找到可以显著地将目标向远视方向移动或者增加驱动信号的幅度的光谱(窄带红光除外)。仿真表明，这样的结果只能在宽带光中通过操纵lca的有效量级来实现，例如，通过使用在不同光学区具有不同光谱过滤的多焦点镜片(图21)来实现。
[0129]
该模型仅检查在光感受器水平的可用信息，而忽略当信息通过双极细胞、水平细胞、无长突细胞和神经节细胞时发生的大量处理。然而，视网膜回路不能产生在光感受器上的光的空间模式中不存在的信息。如所模拟的那样，光感受器水平的可用信息似乎足以向随后的视网膜阶段提供下述信号，这些信号说明了在不同峰值波长的宽带和各种窄带环境照明中正视化机制的行为。
[0130]
考虑到聚焦图像对生存的进化重要性，由双检测器光谱驱动模型检测的散焦并不是正视化机制使用的唯一提示就不足为奇了。当生活在窄带红光下的树鼩和猕猴也佩戴了正焦度(猕猴)或负焦度镜片(树鼩)时，镜片会在适当的方向上改变屈光反应，从而增加猕猴的远视，并增加树鼩的近视。这些结果强调了正视化机制利用了与窄带光下的散焦相关的多种提示，光谱提示似乎比散焦提示更强，并且阻止实现或维持正视化。
[0131]
尽管使双检测器光谱驱动系统引导正视化，但是也不清楚如何使用驱动信号(如图14b所示的y轴)的强度。在极端情况下，当驱动为零(蓝色光源)或强负(红色光源)时，对正视化机制似乎有强烈的影响。然而，目前还不知道蓝色+绿色光源中驱动信号的较低强度(如图19所示)是否会导致生活在这种光下的动物的折射随时间发生更大的变化。也可能是这样的情况，即，至少对于人类而言，正视化不在短波长视锥细胞和长波长视锥细胞的图像统计之间的精确平衡点上，而是偏向较长波长的某个比率。然而，对于这种级别的建模，效果轻微。
[0132]
值得注意的是，模型中使用的用于检测波长对树鼩的正视化的影响的光谱是由荧光灯或发光二极管产生的，而不是由数字显示器产生的。波长对正视化的影响不能用标准的“红-绿-蓝”数字图像来模拟，因为焦点会随波长的变化而连续变化。例如，对于单个感光器而言，无法将最佳频率下的波长的昏暗光与产生相同的光子捕获量的次最佳波长的较亮光区分开。这是颜色同色异谱的基础，也是为什么这个模型中使用的视频显示技术只使用红色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件的原因。但是，关于正视化，这两个条件是不等价的，因为聚焦的程度会不一样。因此，分析波长对正视化的影响必须整合所有波长，这一过程被称为超光谱成像。
[0133]
与树鼩不同，许多灵长类动物，包括大多数人类，都是三色视者，除了双色物种中存在的sws视锥细胞和lws视锥细胞外，还增加了中波长敏感(mws)视锥细胞。然而，有人提出，如果mws视锥细胞阵列和lws视锥细胞阵列一起向正视化机制提供与sws视锥细胞阵列提供的信号相反的信号(类似于在对色彩敏感的视网膜神经节细胞中发现的蓝黄相互作用)，则光谱驱动模型的原理将适用于三色物种。对于人类，mws视锥细胞和lws视锥细胞的
峰值波长敏感度非常接近：530纳米和560纳米。这些与人类的sws视锥细胞的420纳米的峰值相差甚远。此外，lca曲线是非线性的；随着波长的增加，焦距在短波长下比在长波长下变化得更快。对于人类，mws视锥细胞和lws视锥细胞之间光聚焦位置的差异约为0.1d。短波长视锥细胞与中波长视锥细胞和长波长视锥细胞之间光聚焦位置的差异分别约为1.0d和1.1d。因此，与lws视锥细胞相比，mws可获得的关于焦点的信息的差别相对较小，但是在sws视锥细胞与mws视锥细胞和lws视锥细胞中的一个或两个之间有很大的差别。有人提出，与更长的(mws和sws)系统相比，sws系统上的图像对比度之间的差异与正视化有关。这一建议得到了以下事实的支持：正视化发生在许多双色物种和双色人中。三色的进化并没有破坏正视化机制。
[0134]
对于人类，高视敏度视觉感知是由视网膜中央凹中的lm视锥细胞侏儒系统介导的，但是已经证明正视化是由周边视野控制或强烈影响的。在外围视网膜中，没有侏儒系统，l/m视锥细胞比中央凹中的视锥细胞要稀疏得多。还可能相关的是，当图像被放置在从中央到周边视野的不同视网膜位置上时，人类受试者区分长(黄色)和短(蓝色)波长的能力得以保持，但是区分绿色和红色的能力丧失了，除非可能存在有非常大的刺激而使得周边基本上是二色性的。该模型的这些结果表明，对于正视化来说，红绿对比度可能不如蓝黄对比度重要。正视化机制使用视觉提示(可能不会传递到中枢结构)的方式可能不总是与中枢介导的视觉感知中观察到的内容相匹配，但是该模型的研究结果仍然表明，即使是对于三色灵长类动物而言，长波长和短波长的比较对于正视化也至关重要。只要组合的l+m视锥细胞嵌合体至少与s视锥细胞嵌合体一样在空间上密集，那么根据该模型，l+m视锥细胞是否比s视锥细胞间隔得更密集在功能上是无关紧要的。
[0135]
开发的模型使用对立的双检测器光谱驱动系统来利用纵向色差来指导双色树鼩和可能的诸如人类的三色物种的正常正视化。双检测器机制的存在可以有助于在视网膜水平上将近视与远视散焦区分开，并提供了一种关于为什么持续暴露在一些窄带光照条件下会导致树鼩和人类的正视眼发生偏离的解释。
[0136]
实施例
[0137]
除了任何上述内容或当前要求保护的内容之外，特别预期可以要求保护任何以下实施例。
[0138]
实施例1、一种改善眼睛的正视化的方法，所述眼睛具有短波长焦平面和比所述短波长焦平面离角膜相对更远的长波长焦平面，所述方法包括：调节所述眼睛的视力以实现以下项中的一个或两个：增加所述长波长焦平面与所述短波长焦平面之间的距离；以及将所述短波长焦平面定位成比所述短波长焦平面正常所在的位置更靠近所述角膜。
[0139]
实施例2、一种缓解或消除受试者的眼睛近视发展的方法，所述眼睛具有短波长焦平面和比所述短波长焦平面离角膜相对更远的长波长焦平面，所述方法包括：调节所述眼睛的视力以实现以下项中的一个或两个：增加所述长波长焦平面与所述短波长焦平面之间的距离；以及将所述短波长焦平面定位成比所述短波长焦平面正常所在的位置更靠近所述角膜。
[0140]
实施例3、根据实施例1至2中任一项所述的方法，其中，所述方法包括下述两者：增加所述长波长焦平面和所述短波长焦平面之间的距离；以及将所述短波长焦平面定位成比所述短波长焦平面正常所在的位置更靠近所述角膜。
[0141]
实施例4、根据实施例1至3中任一项所述的方法，其中，所述短波长焦平面主要是蓝色的。
[0142]
实施例5、根据实施例1至4中任一项所述的方法，其中，所述长波长焦平面主要是红色的。
[0143]
实施例6、根据实施例1至5中任一项所述的方法，其中，所述长波长焦平面聚焦在视网膜上。
[0144]
实施例7、根据实施例1至6中任一项所述的方法，所述方法包括提供一种视力矫正装置，所述视力矫正装置包括：第一聚焦区110，所述第一聚焦区110具有正度数较高的屈光度，并被着色以吸收可见光谱的短端的相对较少的可见光；以及第二聚焦区，所述第二聚焦区具有比所述第一聚焦区110较负的屈光度，并被着色以比所述第一聚焦区110吸收所述光谱的所述短端的相对更多的可见光。
[0145]
实施例8、一种视力矫正装置，所述视力矫正装置被配置成由人类受试者佩戴，所述装置包括：第一聚焦区，所述第一聚焦区具有正度数较高的屈光度，并被着色以吸收可见光谱的短端的相对较少的可见光；以及第二聚焦区，所述第二聚焦区具有比所述第一聚焦区较负的屈光度，并被着色以比第一聚焦区吸收所述光谱的所述短端的相对更多的可见光。
[0146]
实施例9、根据实施例7至8中任一项所述的方法或装置，其中，所述受试者患有近视，并且其中所述第二聚焦区的屈光度足以矫正所述近视。
[0147]
实施例10、根据实施例7至实施例9中任一项所述的方法或装置，其中，所述第一聚焦区的屈光度比所述第二聚焦区的屈光度大至少+0.25屈光度。
[0148]
实施例11、根据实施例7至10中任一项所述的方法或装置，其中，所述第一聚焦区的屈光度比所述第二聚焦区的屈光度大大约+0.5屈光度至+3.0屈光度。
[0149]
实施例12、根据实施例7至11中任一项所述的方法或装置，其中，所述第一聚焦区的屈光度比所述第二聚焦区的屈光度大大约+2.0屈光度。
[0150]
实施例13、根据实施例7至12中任一项所述的方法或装置，其中，所述第一聚焦区被着色以吸收相对较少的等于或小于波长介于420纳米和560纳米之间的光谱截止点的可见光，并吸收相对较多的高于所述光谱截止点的可见光。
[0151]
实施例14、根据实施例7至13中任一项所述的方法或装置，其中，所述第二聚焦区被着色以吸收相对较多的等于或小于波长介于420纳米和560纳米之间的光谱截止点的可见光，并吸收相对较少的高于所述光谱截止点的可见光。
[0152]
实施例15、根据实施例7至14中任一项所述的方法或装置，其中，所述第一聚焦区被着色成蓝色。
[0153]
实施例16、根据实施例7至15中任一项所述的方法或装置，其中，所述第二聚焦区被着色成透明的。
[0154]
实施例17、根据实施例7至16中任一项所述的方法或装置，其中，所述第二聚焦区被着色成黄色。
[0155]
实施例18、根据实施例7至17中任一项所述的方法或装置，其中，所述第一聚焦区是圆形或环形的，以及所述第二聚焦区是圆形或环形的并且与所述第一聚焦区同心。
[0156]
实施例19、根据实施例7至18中任一项所述的方法或装置，其中，所述矫正装置包
括至少一个附加聚焦区，所述附加聚焦区的色调和屈光度大约等于所述第一聚焦区的色调和屈光度。
[0157]
实施例20、根据实施例7至19中任一项所述的方法或装置，其中，所述矫正装置包括至少一个附加聚焦区，所述附加聚焦区的色调和屈光度大约等于所述第二聚焦区的色调和屈光度。
[0158]
实施例21、根据实施例7至20中任一项所述的方法或装置，其中，所述矫正装置包括多个附加聚焦区，每个所述附加聚焦区的色调和屈光度大约等于所述第一聚焦区或所述第二聚焦区的色调和屈光度。
[0159]
实施例22、根据实施例7至21中任一项所述的方法或装置，其中，所述多个附加聚焦区以交替模式出现在与所述第一聚焦区在色调和屈光度上相等的聚焦区和与所述第二聚焦区在色调和屈光度上相等的聚焦区之间。
[0160]
实施例23、根据实施例7至22中任一项所述的方法或装置，其中，所述第一聚焦区是圆形或环形的；所述第二聚焦区是圆形或环形的，并且与所述第一聚焦区同心；所述装置包括第一组附加聚焦区，所述第一组附加聚焦区的色调和屈光度大约等于所述第一聚焦区的色调和屈光度，其中，所述第一组附加聚焦区中的每一个聚焦区是圆形的或环形的，并且与第一聚焦区同心；以及所述装置包括第二组附加聚焦区，所述第二组附加聚焦区的色调和屈光度大约等于所述第二聚焦区的色调和屈光度，其中，所述第二组附加聚焦区中的每一个聚焦区是圆形的或环形的，并且与第一聚焦区同心。
[0161]
实施例24、根据实施例7至23中任一项所述的方法或装置，其中，所述装置是多焦点隐形眼镜或多焦点眼镜之一。
[0162]
实施例25、一种改善受试者的眼睛正视化的方法，所述方法包括为所述受试者配备根据实施例7至24中任一项所述的视力矫正装置。
[0163]
实施例26、一种缓解或消除受试者的眼睛近视发展的方法，所述方法包括为所述受试者配备根据实施例7至25中任一项所述的视力矫正装置。
[0164]
实施例27、一种视力矫正装置，所述视力矫正装置被配置成由人类受试者佩戴，所述装置包括第一聚焦区和第二聚焦区，所述第一聚焦区吸收可见光谱的短端的相对较少的可见光；以及所述第二聚焦区比所述第一聚焦区吸收所述光谱的所述短端的相对更多的可见光，并且被配置成漫射可见光。
[0165]
实施例28、根据实施例27所述的视力矫正装置，其中，所述第一聚焦区吸收相对较少的等于或小于波长介于420纳米和560纳米之间的光谱截止点的可见光，以及所述第二聚焦区120s吸收相对较多的等于或小于所述光谱截止点的可见光。
[0166]
实施例29、根据实施例27至28中任一项所述的视力矫正装置，其中，所述第一聚焦区被着色成蓝色。
[0167]
实施例30、根据实施例27至29中任一项所述的视力矫正装置，其中，所述第二聚焦区120被着色成透明的。
[0168]
实施例31、根据实施例27至30中任一项所述的视力矫正装置，其中，所述第二聚焦区120被着色成黄色。
[0169]
实施例32、根据实施例27至31中任一项所述的视力矫正装置，其中，所述第一聚焦区或所述第二聚焦区120s之一由多个分散区域形成，并且其中所述第一聚焦区或所述第二
聚焦区120s中的另一个是所述多个分散区域之间的间隙区域。
[0170]
实施例33、根据实施例27至32中任一项所述的视力矫正装置，其中，所述第一聚焦区是圆形或环形的，以及所述第二聚焦区120是圆形或环形的并且与所述第一聚焦区同心。
[0171]
实施例34、一种改善受试者的眼睛的正视化的方法，所述方法包括为所述受试者配备根据实施例27至33中任一项所述的视力矫正装置。
[0172]
实施例35、一种缓解或消除受试者眼睛近视发展的方法，所述方法包括为所述受试者配备根据实施例27至33中任一项所述的视力矫正装置。
[0173]
结论
[0174]
应该理解的是，本发明公开的实施例的任何给定要素可以体现在单个结构、单个步骤、单个物质等中。类似地，所公开的实施例的给定要素件可以体现在多个结构、步骤、物质等中。
[0175]
前面的描述说明和描述了本公开的过程、机器、制造、物质组成和其他教导。此外，本公开仅示出和描述了所公开的过程、机器、制造、物质组成和其他教导的某些实施例，但是，如上所述，应当理解，本公开的教导能够用于各种其他组合、修改和环境中，并且能够在本文所表达的教导的范围内进行改变或修改，与相关领域普通技术人员的技能和/或知识相当。上文描述的实施例还旨在解释实施本公开的过程、机器、制造、物质组成和其他教导的已知的某些最佳模式，并使本领域的其他技术人员能够在这样的或其他的实施例中利用本公开的教导，并根据特定应用或用途的需要进行各种修改。因此，本公开的过程、机器、制造、物质的组成和其他教导不旨在限制本文公开的确切实施例和示例。此处提供的任何章节标题仅用于与37c.f.r.1.77的建议保持一致，或提供组织队列。这些标题不应限制或表征本文阐述的发明。