增强色觉缺陷个体的辨色能力的滤光片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明整体涉及可用于增强色盲个体的辨色能力的光学膜，该光学膜具有此类膜 的特定应用。本发明还涉及结合了此类膜的制品和系统，以及制造和使用此类膜的方法。
【背景技术】
[0002] 色觉缺陷（CVD)(通常也称为色盲）是指一些个体感知某些颜色之间的差异的有 限的能力。CVD是人眼中缺乏一种或多种颜色光感受器、或人眼中的一种或多种颜色光感受 器存在缺陷引起的。这些颜色光感受器分为三类：长波长（L)视锥感受器、中波长（M)视锥 感受器和短波长（S)视锥感受器，它们分别对可见光谱中的红光部分、绿光部分和蓝光部 分敏感。大约7%到10%的男性和0. 5%到1 %的女性有一定程度的色觉缺陷。红/绿色 盲是CVD的最常见形式。
【发明内容】
[0003] 我们已开发了已被发现以增强具有CVD的个体（即，色盲个体）的辨色能力的滤 光片。滤光片通常包括在可见光谱的绿光区域的一部分中具有强而窄的反射带的多层光学 膜。但在可见光谱的其余部分中，该膜优选地具有相对高的透射率，例如该膜除了窄绿光反 射带之外可能没有明显的可见反射带。膜在420nm至680nm的范围内具有至少50%、60%或 70 %的平均内部透射率。窄绿光反射带具有60nm或者50nm或更小，或者在20nm至40nm或 20nm至50nm的范围内的宽度（FWHM)。与该窄绿光反射带相关联的是多层光学膜的在包括 550nm的IOnm宽波长范围内的不超过10%、5%、2%或1%的平均内部透射率。（即，在法 向入射角或另一个如下所述的所关注的设计角度下，可发现包括550nm的至少一个IOnm宽 波长范围（例如，540nm至550nm的范围、或545nm至555nm的范围、或549nm至559nm的范 围、或550nm至560nm的范围），多层光学膜的在此范围内的平均内部透射率不超过10%、 5%、2%或1% )。在一些情况下，滤光片可基本上只由多层光学膜组成，而在其他情况下， 此滤光片还可包括附加层和涂层以减轻眩光，该附加层和涂层诸如设置在多层光学膜的观 察者侧上的品红色吸收层，该品红色吸收层选择性地吸收绿光。品红色吸收层的吸收带可 具有80nm或更小的宽度（FWHM)，而与多层光学膜的反射带结合的吸收带可具有60nm或更 小的宽度（FWHM)。除此之外或作为另外一种选择，滤光片可包括其他有色吸收层，诸如选 择性地吸收蓝色可见波长和红色可见波长的层，或选择性地吸收蓝色可见波长的层。滤光 片在设计入射角下在420nm至680nm的范围内可具有至少50 %、60 %或70 %的平均内部透 射率，而在包括550nm的IOnm宽波长范围内的平均内部透射率为10%或更小、5%或更小、 2%或更小，或者1%或更小（与宽度$1腫）为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的范围内的阻隔带（例如，与吸收带结合的反射带）相关联）。设 计入射角通常很小，例如15度或更小、或者10度或更小、或者5度或更小、或者基本上为0 度。其中〇度是指光沿着垂直于滤光片或膜的平面的轴线传播。在许多情况下，设计入射 角可基本上为法向入射角（0度入射角）。可将滤光片结合到眼镜或其他制品中。例如，可 将滤光片应用于镜片、窗户、电子显示器、或透光防护罩。滤光片优选地可与高容量制膜工 艺兼容，使得可以用合理的成本制造单块滤光片，这种单块滤光片可以是从较大的膜卷上 切下的小膜片。
[0004] 本申请因此公开了适用于改善具有色觉缺陷的个体的辨色能力的滤光片。这些滤 光片包括多层光学膜，该多层光学膜在设计入射角下在420nm至680nm的范围内具有至少 50%的平均内部透射率，并且该多层光学膜在设计入射角下在包括550nm的IOnm宽波长 范围内还具有10%或更小的平均内部透射率（与具有60nm或更小的宽度（FWHM)的反射 带相关联）。该多层光学膜在设计入射角下在IOnm宽波长范围内可具有5%或更小、或者 2 %或更小、或者1 %或更小的平均内部透射率。该多层光学膜在设计入射角下在550nm处 可具有1〇 %或更小、或者5 %或更小、或者2 %或更小、或者1 %或更小的内部透射率。滤光 片在设计入射角下在420nm至680nm的范围内可具有至少60%、或至少70%的平均内部透 射率。该多层光学膜的反射带可具有50nm或更小，或者在20nm至50nm或20nm至40nm的 范围内的宽度（FWHM)。反射带的宽度（FWHM)可限定反射带的短波长带边缘和长波长带边 缘。多层光学膜在420nm到短波长带边缘、以及在长波长带边缘到680nm的范围内取平均 值时可具有至少60%、或至少75%、或至少90%的内部透射率。反射带可为红外反射带的 谐波。在一些情况下，滤光片可基本上由（只）由多层光学膜组成，但即便在这些情况下， 仍可将滤光片应用于其他制品或主体，诸如眼镜。在其他情况下，滤光片可不止包括多层光 学膜，还可包括有色吸收层，诸如设置在多层光学膜的一侧上的品红色吸收层，该品红色吸 收层选择性地吸收绿光。
[0005] 我们还公开了包括多层光学膜和品红色吸收层的滤光片，该多层光学膜具有可见 反射带，而品红色吸收层被设置在多层光学膜的一侧上并具有选择性地吸收绿光的吸收 带。在设计入射角下，可见反射带与吸收带结合起来提供具有60nm或更小的宽度（FWHM)的 阻隔带。在设计入射角下，多层光学膜与品红色吸收层的组合在包括550nm的IOnm宽波长 范围内具有1 〇%或更小的平均内部透射率。另外，对于在入射在多层光学膜上之前以设计 入射角并从使得光穿过品红色吸收层的方向入射到组合上的光而言，多层光学膜与品红色 吸收层的组合在500nm至600nm波长范围内具有小于50%的最大（峰值）反射率。500nm 至600nm波长范围内的最大峰值反射率也可小于40 %、30 %或20 %。
[0006] 吸收带可具有与最大吸收率和最小透射率对应的峰值，该峰值设置在至少530nm 且不超过560nm的波长处。吸收带的峰值可具有大于20%但小于80%的内部透射率。多层 光学膜和品红色吸收层的组合在设计入射角下在IOnm宽波长范围内可具有5%或更小、或 者2 %或更小、或者1 %或更小的平均内部透射率。阻隔带可具有50nm或更小，或者在20nm 至50nm或20nm至40nm的范围内的宽度（FWHM)。多层光学膜和品红色吸收层的组合在设 计入射角下在42〇111]1至68〇111]1的范围内可具有至少50%的平均内部透射率。
[0007] 品红色吸收层在设置于多层光学膜的观察者侧上时，可大幅减少与多层光学膜的 反射性相关联的眩光，同时对阻隔带的带宽和滤光片在420nm至680nm的范围内的平均透 射率几乎没有不利影响。
[0008] 滤光片可基本上由（只）由多层光学膜和品红色吸收层组成。
[0009] 本发明还公开了可包括所公开的滤光片的眼镜。
[0010] 我们还公开了改善具有色觉缺陷的个体的辨色能力的方法。此类方法可包括利用 滤光片来过滤由个体所感知的光，在设计入射角下，该滤光片在420nm至680nm的范围内具 有至少50 %的，平均内部透射率该滤光片在设计入射角下在包括550nm的IOnm宽波长范围 内具有10%或更小的平均内部透射率（与具有60nm或更小的宽度（FWHM)的阻隔带相关 联）。该滤光片在设计入射角下在420nm至680nm的范围内还可具有至少60 %的平均内部 透射率，而在IOnm宽波长范围内还可具有5 %或更小的平均内部透射率。
[0011] 如本文通篇所用，设计入射角可以是滤光片或膜被设计成在其下工作的任何合 适的角度。在大多数应用中，该角度通常很小，例如不超过15度、10度、或5度，或基本上 为〇度（即，法向入射角）。如果该角度为非零，那么其使得多层光学膜的反射带相对于 该反射带的光谱位置和法向入射角而偏移到较短的波长。例如，如果由交替的PET微层和 coPMM制成的多层光学膜具有在法向入射角（入射角度为0度）下产生以550nm为中心的 狭窄一阶反射带的层厚度分布，那么这种多层光学膜的反射带的中心在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，如果需要多层光学膜的反射带以 550nm(或另一目标波长）为中心，并且该多层光学膜将被安装在相对于用户的视线倾斜适 当角度（例如10度）的框架（例如眼镜框架）中，那么可将该多层光学膜设计成具有在法 向入射角下的中心波长比目标波长略大（例如，如果目标波长为550nm，那么中心波长为约 554nm)的反射带。
[0012] 给定滤光片或膜的光谱宽度（FWHM)的前述指定值可基于给定滤光片或膜的内部 透射率。
[0013] 还讨论了相关方法、系统和制品。
[0014] 本申请的这些方面和其他方面通过下文的详细描述将显而易见。然而，在任何情 况下都不应将上述
【发明内容】
理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅由所附权利要求 书限定，并且在审查期间可进行修改。
【附图说明】
[0015] 图IA为判别色盲的视觉检查中通常会用到的图案（石原颜色检测图或检测板） 的前视图，此图案是彩色图案，但出于附图的目的以灰度图示出；
[0016] 图IB为图1的图案的前视图，但图案内的所选点已加深以显示出可被具有正常色 觉的人可识别的图像；
[0017] 图2为使用滤光片来过滤被CVD个体观察到的光的系统的示意性侧视图，该滤光 片被定制成增强个体区分或辨别颜色的能力；
[0018] 图3为假想滤光片或其元件（例如多层光学膜）的透射光谱的曲线图，该滤光片 在可见光谱的绿光区域的一部分中的窄带内阻挡光；
[0019] 图4和图5为被制造和测试的各种多层光学膜的所测得的外部透射光谱的曲线 图；
[0020] 图6为被制造和测试的各种染成品红色的吸收膜的所测得的外部透射光谱的曲 线图；
[0021] 图7为具有将绿色可见光的一部分阻挡的反射带的多层光学膜的所测得的外部 透射光谱的曲线图，该反射带比图5的膜的反射带更窄；
[0022] 图8为在所制造的膜卷上的两个不同位置处取样的多层光学膜的所测得的外部 透射光谱的曲线图，这两个膜样品具有将绿色可见光的一部分阻挡的反射带，这些反射带 比图7的反射带更窄；
[0023] 图9为具有将绿色可见光的一部分阻挡的反射带的多层光学膜的所测得的外部 透射光谱的曲线图，该反射带具有与图8的那些反射带类似的宽度；
[0024] 图10为各自具有将绿色可见光的一部分阻挡的反射带的若干多层光学膜的所测 得的外部透射光谱的曲线图，这些膜中的每一者的反射带比图9的反射带更窄；
[0025] 图11为叠加在荧光光源的相对光谱强度的曲线图上的窄带绿光反射多层光学膜 的所测得的透射光谱的曲线图；
[0026] 图12为把滤光片应用于眼镜以过滤被CVD个体观察到的光的系统的示意性侧视 图，该滤光片被定制成增强个体的辨色能力；
[0027] 图12A为适于与所公开的滤光片一起使用的眼镜的透视图；
[0028] 图13为再现图6中品红色吸收膜的一些测得透射光谱的曲线图，该曲线图叠加在 图7中窄带绿光反射多层光学膜的测得透射光谱上；
[0029] 图14为从图13得到的品红色吸收层的光谱吸收率（光密度）的曲线图，该吸收 率由所测得的透射光谱来计算；
[0030] 图15为来自图13和图14的品红色吸收层的光谱吸收率的曲线图；
[0031] 图16为示出利用具有中等峰值吸收的适当设置的品红色吸收层可将来自窄带绿 光反射多层光学膜的眩光（反射）明显减少到何种程度的曲线图；
[0032] 图17为窄带绿光反射多层光学膜在法向入射角下的所测得的透射率及其在倾斜 角下的所计算的透射率的曲线图，该曲线图还包括品红色吸收层的所测得的透射率；
[0033] 图18为附加品红色吸收层的所测得的透射率的曲线图，该曲线图还包括窄带绿 光反射多层光学膜的所测得的透射光谱；
[0034] 图19为图18中的品红色层的光谱吸收率的曲线图；
[0035] 图20为图18和图19中的品红色层的光谱吸收率（光密度）的曲线图；
[0036] 图21为具有与品红色吸收层结合的窄带绿光反射多层光学膜的滤光片的所测得 的透射率的曲线图；
[0037] 图22为两个滤光片的所测得的透射率的曲线图，这两个滤光片中的每个滤光片 包括与品红色吸收层结合的窄带绿光反射多层光学膜；
[0038] 图23为附加滤光片的所测得的透射率的曲线图，每个滤光片具有与品红色吸收 层结合的窄带绿光反射多层光学膜；
[0039] 图24A为示出在不滤光的情况下而由19个不同个体（他们中的大多数有CVD)正 确评估出的石原检测板的数量（共计25个检测板）的曲线图；
[0040] 图24B为类似于图24A的曲线图，但其中这19个不同个体各自通过特定的窄带滤 光片观察石原检测板；
[0041] 图25为窄带绿光反射多层光学膜、品红色吸收层、和选择性地吸收蓝光波长和红 光波长的层的内部透射率的曲线图；
[0042] 图26为包括与选择性地吸收蓝光波长和红光波长的层结合的窄带绿光反射多层 光学膜的第一滤光片和把品红色吸收层添加到第一滤光片上得到的第二滤光片的内部透 射率的曲线图；
[0043] 图27为示出与图26的那些滤光片类似的滤光片的所计算的颜色坐标（a*，b*)的 曲线图，但其中红光或蓝光吸收层从重染料负载变为轻染料负载；
[0044] 图28为结合到一些窄带绿光阻挡滤光片中的各种蓝光吸收染色层的所测得的透 射率的曲线图。
[0045] 在附图中，类似的附图标号指示类似的元件。
【具体实施方式】
[0046] 我们已发现，可使用多层光学膜技术来构造可显著改善具有CVD的人的辨色能力 的滤光片。这种滤光片可以是窄带绿光反射多层光学膜、或与其他层和涂层结合的此类多 层光学膜。该其他层和涂层诸如选择性地吸收绿光波长的品红色吸收层，和/或选择性地 吸收蓝光波长和/或蓝光波长和红光波长的层。所需的过滤特性包括在550nm处或附近具 有强而窄的阻隔带，并且在其他可见波长处有相对高的透射率，使得滤光片不具有过于黯 淡的外观。虽然理论上只利用吸收材料（诸如染料和颜料）就可获得此类过滤特性，但我 们研宄的吸收材料无法通过自身来提供（a)在550nm处或附近具有足够高的阻挡强度（足 够低的透射率）与（b)足够窄的带宽两者的最佳搭配。相比之下，可将多层光学膜定制成 在所关注的波长处并且在窄带中具有强阻挡（透射率非常低，对应地，反射率高）。多层光 学膜的透射特性与反射特性基于光在一个或多个层叠堆中的数十个（通常情况）、数百个 或数千个独立微层的界面处发生的相长干涉或相消干涉。通过适当选择微层的材料、加工 条件和厚度，可把透射光谱定制成提供强而窄的反射带，因而在550nm处或附近提供窄带 中的强阻挡。绿光阻挡带在波长空间中越窄（但在光谱上仍足够宽，以改善辨色能力），要 提供改善的色彩平衡需要在光谱的红光部分和/或蓝光部分中阻挡的光越少，或者需要较 小的蓝光吸收率。
[0047] 判断人类对颜色感知的一种常用方法是所谓的石原颜色检测法，这种石原颜色检 测法会用到石原颜色检测图或检测板。一个此类石原检测图在图IA中示出。构成图案的 独立点具有不同颜色，这些不同的颜色形成了特定数字的图像。该数字的图像可具有正常 色觉的个体感知到，但是不能被具有CVD的个体感知到。图IA为这种石原检测图的灰度表 示，并且该灰度表示清楚地表示具有CVD的个体