专利名称：改善或改变彩色视觉的方法和光学装置以及制造所述光学装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种改善或改变彩色视觉的方法和光学装置以及制造所述光学装置的方法。
人眼能检测到可见光波长范围内的电磁辐射，可见光的波长约为380nm到780nm。人类视觉随波长变化的光效率用所谓的可见度曲线表示。在人眼中有三种正色感受体(色素)来保证彩色视觉，即第一种对红色敏感，第二种对绿色敏感，第三种对紫色敏感。对第一种感受体和第二种感受体同时刺激引起黄色感知，对第二种感受体和第三种感受体同时刺激引起青绿色视觉，而对第三种感受体和第一种感受体同时刺激导致紫红色感知。对三种感受体以不同强度同时刺激会产生彩色的其它过渡色调。
具有正常(平均)彩色视觉的人群的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏曲线图是众所周知的。
图1分别示出了正常人眼的可见度曲线V(λ)、正常人彩色视觉的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)。
眼睛的感受器的光谱灵敏度可以由独特的测量方法(《科学》杂志，1964年3月第143卷，W.B.Marks、W.H.Dobbelle、E.F.Michol中撰写的“单灵长类动物视锥的视觉色素”)确定。拉什顿在活人和活猴的眼睛上进行显微分光镜(microspectrographic)测量(见《科学的美国人》杂志，1975年3月，拉什顿撰写的“视觉色素和色盲”)。在显微分光镜方法中，一细的单色光束通过待测试眼睛的瞳孔在视网膜上成象，到达视网膜的光束的大小不超过各感受体(第一种感受体、第二种感受体、第三种感受体)的大小。连续地测量光速发射前以及从感受体反射后的强度。两者之差对应于被给定感受体吸收的光的强度，即为感受体灵敏度在给定波长的特性。通过改变测试光束的波长，能确定给定感受体的光谱、灵敏度曲线(见美国麻省森德兰的辛诺(Sinauer)联合公司1981年出版的《彩色视觉》第121-122页，由利奥M.赫尔维奇著)。
还有另一种从彩色混合测量结果用数学方法确定感受体光谱灵敏度曲线的方法，(见Finommechanika-Mikrotechnika1985年24卷第8/9号第250-252页，K.文策尔(Wenzel)和G.隆茨(Szasz)撰写的“确定用间接测量方法测得的联立函数的数字方法”(用匈牙利文撰写))。这种计算方法获得的结果与所述显微分光镜法测得的结果一致。
众所周知，人的彩色视觉不是完全相同的。所以，例如所谓的色盲仅能看见两种基色，而不是三种。如果缺少第一种感受体，称这种色盲者为红色盲患者，缺少第二种感受体，我们把他们叫做绿色盲患者，如果无第三种感受体，这种人被称为蓝色盲患者。另外，也已知一些人有异常的彩色视觉，虽然，他们有所有三种感受体，但他们以与常人不同的方式看彩色。最常见的异常彩色视觉形式表现为红-绿色觉倒错。患有红-绿色觉倒错的人分辨不出假等色表(实践中为点状图)，他们不能辨别用于交通控制的红色、黄色和绿色信号。上面引用的利奥M.赫尔维奇(Leo.M.Hurvich)著的课本第222到269页中描述了不同类型的色觉倒错。
异常彩色视觉具有遗传特性，除了某些疾病引起的色盲外，除非一些有毒物质例如酒精暂时引起的作用，否则它并不改变人的寿命。色盲在整个人口中约占2.1%(红色盲约占1%、绿色盲约占1.1%，而蓝色盲约占0.01%)。有异常彩色视觉的约占人口的6.3%(红色弱视者约占1%，绿色弱视者约占5.3%，蓝色弱视者约占0.01%)。这意味着约占整个人口8.4%的人不能正确看见彩色。上面的数据指的是高加索(欧洲)人群的男性人口，而对于其它人群和对于妇女人口，其调查结果值较小。
通常，色盲者或者有色觉倒错的人不能获得驾驶执照，他们不能受雇成为印刷工人、工业设计师和电气技师，他们不能从事纺织、化妆和陶瓷工业等行业。有超过100种职业不能向患色觉倒错的人推荐。
人们已经尝试通过在眼睛前放置一滤色镜来校正彩色视觉错误。在美国专利3，586，423、3，701，590和4，300，819中描述了一个眼睛用彩色透镜，另一个眼睛用全透明透镜的解决方案，它能使色盲者具有一些初步的彩色识别能力，然而，它们对患色觉倒错的人无任何改善。
在美国专利3，731，993中，推荐了一种纠正色觉倒错的滤色镜，它包括与三基色(红、绿、蓝)对应的以镶嵌形式并列排列的滤色镜部件。滤色镜部件的光谱透明度与有异常彩色视觉的人的相应的彩色灵敏度成反比。
在美国专利3，877，797中，推荐了一种改善彩色分辨能力的滤光镜组件，它滤除了到达眼睛的在490nm和580nm附近的两个频段内的光。
这些通过用滤光的方法减弱光谱的某些范围内光强的解决方案仅仅达到实际上减小一些色敏感受体的光谱灵敏度曲线的幅度的结果，但，根据经验，这种方法不适合于校正色觉倒错。迄今为止，市场上没有一种仪器能纠正色觉倒错。
本发明的创造意图是寻找一种校正色觉倒错的解决方案。因此，本发明的首要目的在于提供一种方法，用该方法能纠正异常彩色视觉。第二个目的是创造一种改善和改变彩色视觉的装置。
在大多数情况下，色觉倒错是由有异常彩色视觉的眼睛的感受体的光谱灵敏度曲线与有正常彩色视觉的眼睛的相应的灵敏度不同引起的。对于色觉倒错，我们已经认识到，这样一个眼睛的灵敏度曲线与有正常彩色视觉的眼睛的相应灵敏度曲线比较，可以沿波长相互独立地并在两个方向上偏移，还有，这些灵敏度曲线在形状上也可以有些不同，因此，对于指定的眼睛，必须独立分析其第一种、第二种和第三种感受体的光谱灵敏度曲线，确定色觉倒错的类型和程度，以改善彩色视觉。
我们已经认识到，感受体的灵敏度曲线的异常可以用经适当选择的滤色镜来校正，在大多数色觉倒错情况下，是在一定程度下沿波长移动任一灵敏度曲线，使得由滤色镜引起的光强的减少基本上可以由人眼的适应来补偿。例如，由于眼睛的对数敏感特性，用透射率为10%的滤色镜在光感觉方面仅引起非常小的减少。
我们还认识到，用特殊的滤色镜，无论有正常彩色视觉的人还是有异常彩色视觉的人都能赋予特殊的彩色视觉，为特殊目的，如辨认植物寄生虫、食物和药品的处理、伪造品的检测等可以用这种方法提高他的彩色分辨能力。
因此，一方面，本发明是一种改善或改变彩色视觉的方法，在该过程中，通过提供滤色镜来改变人眼的视觉。按照本发明，本方法的特征在于确定彩色视觉待改变的眼睛的彩色敏感第一种、第二种和第三种感受体的光谱灵敏度，然后用一具光谱透明度的滤色镜，这样它在有正常彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大值周围的三个波长范围内补偿已确定的、彩色视觉待改变的眼睛的相应感受体的光谱灵敏度与具正常或所希望的彩色视觉的人眼的相应感受体的光谱灵敏度之间的差值。
另一方面，本发明涉及改善或改变人眼彩色视觉的光学装置，它包括具光谱透明度的滤色镜，它在有正常彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大值周围的三个波长范围内补偿已确定的、彩色视觉待改变的眼睛的相应感受体的光谱灵敏度与具正常或所希望的彩色视觉的人眼的相应感受体的光谱灵敏度之间的差值。
本发明进一步涉及制造改善或改变人眼的彩色视觉的光学装置的方法，在该过程中，形成一光学体，所述光学体包含有一滤色镜。按照本发明，对滤色镜的光谱透明度进行选择，使滤色镜在有正常彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大值周围的三个波长范围内补偿已确定的彩色视觉待改变的眼睛的相应感受体的光谱灵敏度与具正常或所希望的彩色视觉的人眼的相应感受体的光谱灵敏度之间的差值。
本发明的最佳实施例描述在本说明书所附的权利要求书。
本发明的一个优点是它通过一相当简单的光学装置消除或减少了迄今不能解决的色觉倒错，它能通过光学领域中本已知晓的技术生产，适用于眼科实践。
另一个优点是使用本发明不仅能消除色觉倒错，而且还能使彩色视觉在某些方面比正常眼睛更具选择性。
此后，将通过附图所示的实施例描述本发明，其中，图1是正常人眼可见度曲线图及其彩色敏感感受体的光谱灵敏度曲线图;
图2是正常人眼彩色敏感感受体的归一化的光谱灵敏度曲线图;
图3是正常人眼和表现出彩色视觉异常的人眼的彩色敏感感受体的光谱灵敏度曲线图;
图4是按照本发明改善表现出图3所示的异常的眼睛的彩色视觉的滤色镜的光谱透明度特性曲线图;
图5是包含按照本发明的滤色镜的一组透镜的波长偏移图;
图6到图8是用于异常彩色视觉另一些情况的按照本发明的滤色镜的光谱透明度特性曲线图;
图9是正常人眼和表现出另一种类型彩色视觉异常的人眼的彩色敏感感受体的光谱灵敏度曲线图;
图10是按照本发明改善表现出图9所示的异常的眼睛的彩色视觉的滤色镜的光谱透明度特性曲线图;
图11至图14按照本发明制成的眼镜的光学装置的不同实施例的示意性截面图;
图15是按照本发明制成接触透镜的光学装置的实施例的示意性截面图;
图16是按照本发明制成眼内透镜的光学装置的实施例的示意性截面图;
图17是按照本发明制成彩色电视机用滤色板的光学装置的实施例的示意性侧视图。
在图中，相同的部件或相同功能的一个部件用相同的参照符号作标记。
图1示出了表示正常人眼光谱光效率的可见度曲线V(λ)以及正常人眼光敏感受体的光谱P(λ)、D(λ)、T(λ)灵敏度曲线，在纵轴上用%表示相对光谱灵敏度S(λ)，而在横轴上用nm表示波长λ。可见度曲线V(λ)是由灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)组合而成的结果。可以看出，第一种感受体的灵敏度曲线P(λ)约在565nm处有最大值，第二种感受体的灵敏度曲线D(λ)约在530nm处有最大值，第三种感受体灵敏度曲线T(λ)约在448nm处有最大值。
在图2中，示出了正常人眼光敏感受体的归一化光谱灵敏度曲线P(λ)、D(λ)、T(λ)，在纵轴上，用%表示相对光谱灵敏度S(λ)，而在横轴上用nm表示波长λ。在图3和图9中也示出了归一化光谱灵敏度曲线。归一化灵敏度曲线T(λ)和D(λ)的交点约在480nm处，归一化灵敏度曲线D(λ)和P(λ)的交点约在550nm处。对于每组人群来说，最大值相交点以及在一定程度上灵敏度曲线的形状可以是不同的。
在们在实施过程中，已经认识到，异常彩色视觉最常见的原因是感受体灵敏度曲线与正常人眼相应感受体的灵敏度曲线之间的偏差。这种认识使我们把待测试的眼睛的灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)和T＊(λ)与正常眼睛的各个灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)比较。在对异常彩色视觉的人的检查过程中，我们发现，感受体灵敏度曲线可以沿波长轴相互独立地向两个方向偏移。我们还体验到，能发现每个曲线形状的差异，例如，该曲线比正常眼睛的相应曲线宽或窄。沿波长方向的偏移和形状的差异可以同时发生。
按照本发明，用下面的方法来校正色觉倒错或改变彩色视觉。
首先，确定被测试眼睛的光谱灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)和T＊(λ)，例如用本已知晓的显微分光镜测量方法。然而，用滤色镜来改变被测试眼睛的彩色视觉，即实际上，校正相应的灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)和T＊(λ)，以使被测试眼睛的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的彩色感觉对应于有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体光谱灵敏度曲线P((λ)、D(λ)和T(λ)。
用于上述校正的滤色镜的光谱透射特性曲线τ(λ)可以根据下式来确定P(λ)＝P＊(λ)·τP(λ) (1)D(λ)＝D＊(λ)·τD(λ) (2)T(λ)＝T＊(λ)·τT(λ) (3)其中，P(λ)、D(λ)和T(λ)是有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的灵敏度曲线，P＊(λ)、D＊(λ)和T＊(λ)是彩色视觉待改变的眼睛的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的灵敏度曲线;τP(λ)、τD(λ)和τT(λ)是用于校正第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的灵敏度的滤色镜的光谱透射特性。
从等式(1)-(3)可得到如下商函数的透射特线τP(λ)、τD(λ)和τT(λ)τP(λ)=P(λ)P·(λ)(4)]]>τD(λ)=D(λ)D·(λ)(5)]]>τT(λ)=T(λ)T·(λ)(6)]]>校正所有感受体错误的单个滤色镜的透射特性τ(λ)根据格式(4)至(6)的透射特性τP(λ)、τD(λ)和τT(λ)确定，基本上由这些值组合而成。在确定该组合结果时，以图2所示的正常人眼的感受体的灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)作为基础。在有正常彩色视觉的人眼的第一种感受体的光谱灵敏度曲线P(λ)最大值周围的第一波长范围内选择透射特性τP(λ);在第二种感受体光谱灵敏度曲线D(λ)的最大值周围的第二波长范围内选择透射特性τD(λ);在第三种感受体光谱灵敏度曲线T(λ)的最大值周围的第三波长范围内选择透射特性τT(λ)。
所述三个波长范围的边界值可以根据正常人眼的归一化灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)的交叉点来确定。所以第一波长范围从对应于灵敏度曲线P(λ)和D(λ)的交叉点的第一波长值即550nm延伸到780nm，第二波长范围从对应于灵敏度曲线D(λ)和T(λ)的交叉点的第二波长值即480nm延伸到所述第一波长值，第三波长范围从380nm延伸到所述第二波长值。所述第三波长范围的边界值也可以根据正常人眼的灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)的最大值来确定，以使边界值位于所述最大值处波长值之间的中点上。在该方法中，所述第一波长值和第二波长值分别为548nm和489nm。在实践中，第一和第二波长值可以分别在550±30nm和480±20nm范围内选择。
然而，这样获得的由三段组成的曲线通常不是连续函数，在波长范围的边界点上可以出现不连续点。按照本发明，透射特性τ(λ)可以用不同的方法从所述曲线得出。在第一种方法中，尽技术上的可能把三段曲线与一条连续曲线匹配起来。因此，在段与段之间的非连续点上，连续曲线以尽可能短的略径从一个段通到相邻段上。在另一种方法中，用对各段乘以常数来消除不连续点的方法得出连续的曲线。常数可以这样确定，例如，把每个不连续点上的高值除以低值来确定，把与低值相关联的段每个值乘以如此获得的常数。在实际的实现过程中，可能出现在波长范围的边界点上的连续曲线的断点被修平滑了。按照另一种方法，把这些段乘以常数，这样来确定这些常数，以使由滤色镜引起的在特定波长范围内的超过眼睛适应能力的光强的降低得以减小。在这种情况下，通过使一曲线近似乘以常数的三段曲线来获得连续曲线。
把这样获得的连续曲线归一化，以使滤色镜具有最低的光吸收率。在可见光波长范围内(380-780nm)，把连续曲线的每个值除以最大值然后乘以100来进行最佳归一化。较好地，归一化应当至少到90%。归一化之后，就得到了待实现的透射特性τ(λ)。
眼睛的适应能力在某些限度内对每种感受体补偿透射特性为τ(λ)的滤色镜引起的光吸收。由于适应性引起的眼睛的高灵敏度，因此按照本发明在光学装置上涂覆一本已知晓的保护层以对眼睛提供保护来抵御紫外(UV)线是可取的。
图3示出了正常人眼的彩色敏感感受体的灵敏度曲线P(λ)、D(λ)、T(λ)以及彩色视觉异常的眼睛的相应感受体的灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)、T＊(λ)。与灵敏度曲线P(λ)相比，灵敏度曲线P＊(λ)向波长较长的方向偏移，其形状也与灵敏度曲线P(λ)有偏差。与灵敏度曲线D(λ)相比，灵敏度曲线D＊(λ)向波长较短的方向偏移，其形状几乎与灵敏度曲线D(λ)相同。而且，与灵敏度曲线T(λ)相比，灵敏度曲线T＊(λ)向波长较长的方向偏移，其形状也与灵敏度曲线T(λ)不同。偏移程度如下△λP＝17.5nm，△λD＝-4nm，△λT＝17.5nm。
图4示出了作为校正图3所示色觉倒错的滤色镜的作为波长函数的光谱透射特性τ(λ)。可以看出，在灵敏度曲线T(λ)最大值周围的波长范围内透射特性τ(λ)单调下降，而在灵敏度曲线D(λ)最大值附近的波长范围内单调上升，并且在灵敏度曲线P(λ)最大值附近的波长范围内又单调下降。有所述色觉倒错的眼睛和彩色视觉受该滤色镜的影响，好象图3所示的灵敏度曲线T＊(λ)向左偏移了△λT，灵敏度曲线D＊(λ)向右偏移了△λD，而灵敏度曲线P＊(λ)也向左偏移了△λP。为了能实用，在波长范围的边界点上把透射特性τ(λ)修平滑。
如果被测试的眼睛的光谱灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)、T＊(λ)的形状与彩色视觉正常的眼睛的光谱灵敏度曲线P(λ)、D(λ)、T(λ)的形状相同，仅仅一条灵敏度曲线或两条灵敏度曲线甚至所有三条灵敏度曲线向波长更长或更短方向上各自偏移，那么可以用一个具有使进入眼睛的光偏移的透射特性为τ(λ)的滤色镜，这样在彩色视觉正常的眼睛的灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)的最大值附近的所述三个波长范围的每一个范围内，透射特性τ(λ)单调上升，由此引起光向波长更短的方向偏移，或者单调下降，由此起起光向波长更长的方向偏移，或者基本上为一常数，几乎不引起光沿波长方向偏移。在这些情况下，足以确定被测试眼睛的灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)和T＊(λ)的最大值的偏移量，用以在所述三个波长范围的每一个范围内形成滤色镜的透射特性τ(λ)。
通过从有正常彩色视觉或者所希望的彩色视觉的人眼的光谱灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)和将这些光谱灵敏度曲线的最大值移动到如上确定的彩色视觉待改变的眼睛的相应的光谱灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)和T＊(λ)的最大值上获得的曲线来产生三个商曲线并且基本上按照各商曲线在所述三个波长范围的每一个范围内选择光谱透明度就能获得提供所述波长偏移的滤色镜的透射特性τ(λ)。
已经发现，彩色视觉异常的眼睛的大多数表现为仅沿上面提及的波长方向有一偏移，并且在大多数视觉倒错的情况下，仅在灵敏度曲线P＊(λ)和D＊(λ)上存在偏移。按照本发明，为校正这种异常彩色视觉，能用与已知的屈光透镜组相似的眼镜或接触透镜的预制组，这组中部件相当于如图5所示的二维集，并且与能确保传输的光分别按照图5的坐标值△λP和△λD在彩色视觉正常的人眼的光谱灵敏度曲线P(λ)和D(λ)的最大值附近的所述波长范围内有一位移的滤色镜相配合。△λP和△λD的坐标值最好以5nm的步长增量地改变。如果把色觉倒错中不重要的第三种感受体灵敏度曲线T＊(λ)也考虑在内，该组相应于三维集。
如图5所示，横轴上的△λD和纵轴上的△λP值可以是0，±7.5，±12.5，±17.5和±22.5nm。如果把彩色视觉待校正的眼睛的灵敏度曲线D＊(λ)向波长较长的方向移动例如6nm，并且把同一眼睛的灵敏度曲线P＊(λ)向波长较短的方向移动例如12nm，那么，选择图5中用星号作标记的组中的部件来进行校正。该部件为传输的光在第二种感受体最大灵敏度附近的波长范围内提供7.5nm向波长较长方向的位移，在第一种感受体最大灵敏度附近的波长范围内提供12.5nm向波长较短方向的位移，以在实际上确保适当地校正该色觉倒错。
按照本发明的改善或改变彩色视觉的光学装置可以用许多方法来实现。具有所希望的透射特性曲线τ(λ)的滤色镜可以用本已知晓的由光学薄层组成的干涉滤光器有利地实现。用干涉滤光器几乎所有的透射特性τ(λ)的滤色镜都能制造。在该技术中，把多层不同材料和厚度在μm范围内的薄层覆在玻璃或塑料载体上。这些层的材料和厚度可以用市售的计算机程序进行设计。作为设计的输入数据，它足以确定待实现的滤色镜的透射特性τ(λ)。
在一些情况下，滤色镜可以用有合适透明度的有色玻璃或者塑料制成，或者用这种有色玻璃或塑料层的组合物制成。在文献和玻璃目录中，描述了多种有色玻璃的光谱透明度(例如厄尔斯维尔出版社，阿姆斯特丹，冯·范德立克著的《玻璃的光学性质》1983年，第154-155页)。
按照本发明的滤色镜还可以用其表面上有一层或多层具有合适透明度的染料层的玻璃或塑料载体来实现。采用通常用于光学工业的镜片上色工艺可以把各种光谱透明度的苯胺染料的水基或酒精基溶液涂覆到透镜表面上。通过各种染料的相减混合，即通过适当地选择材料成份和涂覆的染料层的厚度可以确定适当的透明度τ(λ)。所上的色可以用一薄的SiO2保护层来保护。
按照本发明的滤色镜还可以把上面提到的技术结合来实现。例如，结合使用有色玻璃和其表面上的染料可以确保所需要的透明度。可以把干涉滤光器与有色玻璃结合，因此，把光学薄层涂覆在有色载体上。
在下面的一些例子中将给出用在按照本发明的光学装置内的滤色镜。
例1通过测试指定的人的眼睛，已经确定第一种感受体和第二种感受体的灵敏度曲线向波长较长的方向偏移了17.5nm，而第三感受体的灵敏度曲线与正常眼睛一致。这意味着△λP＝17.5nm，△λD＝17.5nm，△λP＝0。为进行第一种感受体校正，必须要有一个透射特性τP(λ)如图6所示的滤色镜，而为进行第二种感受体校正，还需要有一个透射特性τD(λ)如图所示的滤色镜。对于第三种感受体，不需要校正，它对应于水平的透射特性τT(λ)。根据等式(4)和(5)来分别得到透射特性τP(λ)和τD(λ)。产生待实现的如图6虚线所示的透射特性τ(λ)，以在从550至780nm、480到550nm和380到480nm的波长范围内分别选择透射特性τP(λ)、τD(λ)和τT(λ)，并把这三段乘以常数获得连续的曲线。用例如蒸发等薄层技术在载体覆以指定材料和厚度的光学层来实现滤色镜。为获得如图所示的透射特性τ(λ)，在玻璃载体上按顺序涂敷下列十二薄层层1 0.12μm MgF2层2 0.75μm SiO2层3 0.25μm ZrO2层4 0.25μm SiO2层5 0.25μm ZrO2层6 0.25μm SiO2层7 0.25μm ZrO2层8 0.25μm SiO2层9 0.25μm ZrO2层10 0.25μm SiO2层11 0.30μm ZrO2层12 0.15μm SiO2作为第十三层，可以涂敷上本已知晓的UV保护层。作为载体，如果人在其被测试眼睛上用这镜片，可用例如+2D镜片。如果他不戴眼镜，则可在OD镜片上涂敷这些层。
例2被测试人眼睛的第一种感受体和第二种感受体的灵敏度曲线分别向波长较短的方向偏移27.5nm和17.5nm，而第三种感受体有与正常眼睛相同的灵敏度。这意味着△λP＝-27.5nm，△λP＝-17.5nm，△λT＝0。为进行第一种感受体校正，需要一个透射特性△P(λ)如图7所示的滤色镜，而对于第二种感受体的校正，必须要有一个透射特性τP(λ)如图所示的滤色镜。根据式(4)和(5)分别得到透射特性τP(λ)和τD(λ)。对于第三种感受体，不需要校正，它对应于水平透射特性τT(λ)。产生待实现的如图7虚线所示的滤色镜透射特性τ(λ)，以分别在从548到780nm，489到548nm和380到489nm的波长范围内选择透射特性τP(λ)、τD(λ)和τT(λ)，并使一连续曲线接近这三段。用任一薄层技术在载体上涂敷指定材料和厚度的光学层来实现滤色镜。为获得如图所示的透射特性τ(λ)，在透明塑料载体上按顺序涂敷下列薄层层1 0.25μm MgF2层2 0.95μm ZrO2+TiO2化合物层3 0.25μm MgF2层4 0.25μm ZrO2+TiO2化合物层5 0.25μm MgF2层6 0.25μm ZrO2+TiO2化合物层7 0.25μm SiO2层8 0.25μm ZrO2层9 0.40μm SiO2层10 0.50μm MgF2化合物ZrO2+TiO2为MERCK公司按编号第16413号制造的产品。涂一层本已知晓的UV保护层作为第十一层是可取的。作为载体，如果人在其被测眼睛上用这镜片，可用例如-2D镜片。如果他不戴眼睛，则可在OD镜片上涂敷这些层。
例3通过测试指定人的眼睛，已经确定第一种感受体的灵敏度曲线向波长较短方向偏移12.5nm，第二种感受体的灵敏度曲线向波长较长的方向偏移7.5nm，第三种感受体的灵敏度曲线与正常眼睛一致。灵敏度曲线P＊(λ)和D＊(λ)的最大值相互之间的间隔比彩色视觉正常的情况近20nm。这意味着△λP＝-12.5nm，△λT＝7.5nm，△λT＝0。为进行第一种感受体校正，必须要有一个透射特性τP(λ)如图8所示的滤色镜，而对于第二种感受体校正还需要一个透射特性τD(λ)如图所示的滤色镜。对于第三种感受体，不需要校正。它与水平透射特性τT(λ)一致。通过对这三个透射特性如例子1所述的那样组合起来，得到如图8虚线所示的待实现的滤色镜的透射特性τ(λ)。用任一薄层技术在载体上涂敷指定材料和厚度的光学层以实现滤色镜。为获得如图所示的透射特性τ(λ)，在玻璃载体上按顺序涂敷下列8层薄层层1 0.46μm ZrO2层2 0.05μm SiO2层3 0.05μm ZrO2层4 0.18μm SiO2层5 0.26μm ZrO2层6 0.28μm SiO2层7 1.74μm ZrO2层8 0.25μm MgF2作为第9层，可以涂敷一层本已知浇的UV保护层。作为载体，在把薄层密封在两塑料半透镜之间时应用例如硬+5D接触透镜。把薄层涂敷在半透镜之一上，然后把两个半透镜放在一起，并沿它们的边缘熔化(图15)。
例4通过测试指定的人的眼睛，已经确定第一种感受体和第二种感受体的灵敏度曲线均向波长较长的方向偏移10nm，而第三种感受体的灵敏度曲线与正常眼睛一致。这意味着△λP＝10nm，△λD＝10nm，△λT＝0。图9示出了正常人眼的感受体的灵敏度曲线P(λ)、D(λ)和T(λ)以及表现出上述异常情况的眼睛的感受体的灵敏度曲线P＊(λ)、D＊(λ)和T＊(λ)。有如图10所示的透射特性的滤色镜适合于校正这种异常，该滤色镜可以用巴尔泽斯(BACZERS)公司按编号第8006T240号制造的有色玻璃做成的2毫米厚的玻璃滤光镜来实现。
包含透射率为τ(λ)的滤色镜的改善或改变彩色视觉的光学装置可以制成传统的眼睛、接触透镜或眼内透镜，或者其它任何位于眼睛和观察目标之间的光学装置。眼镜可以与简单的太阳眼镜相似，但对于戴眼镜来校正屈光误差的人来说，可以在光学镜片上按照本发明涂敷光学薄层，或上色，形成滤色镜。此后，将根据附图描述按照本发明的改善或改变彩色视觉的光学装置的一些实施例。
图11示出了作为用包含负屈光透镜11和零屈光度有色透镜10的镜片实现的光学装置，透镜10构成按照本发明的滤色镜。可以把透镜10制得与屈光透镜11的标准变曲面相匹配。透镜10和11的材料可以是玻璃或塑料。
图12示出了作为包含正屈光度透镜12和零屈光度有色透镜13的镜片实现的光学装置，后者代表按照本发明的滤色镜。仍把透镜13制得与屈光透镜12的标准变曲面相匹配。透镜12和13的材料可以是玻璃或塑料。
图13示出了作为包含零屈光度玻璃或塑料透镜14和涂敷于其凹面上的光学薄层15的镜片实现的光学装置。薄层15表示按照本发明的干涉滤色镜。如图这样示出光学薄层15是为了能看清，它们真正的厚度要薄得多。
图14示出了实现包含零屈光度有色透镜16和17的镜片的光学装置，它们合在一起表示按照本发明的滤色镜。透镜16和17的材料可以是玻璃或塑料。
图15示出了作为包含两个半透镜18，19和光学薄层20的接触透镜15实现的光学装置，两由硬性材料制成的半透镜18和19确保所需的屈光度，光学薄层20在它们之间形成按照本发明的干涉滤色镜。薄层20被涂敷在半透镜之一上，例如在半透镜18上，然后把两个半透镜18和19合在一起并沿其边缘21熔化。用由生物相容(biocompatible)的材料制成的半透镜18和19密封薄层20，所以在戴接触透镜5时不会产生任何问题。在一些情况下，接触透镜5还可以用有合适透射特性的有色塑料材料制成，这些接触透镜5还可以用软性材料制成。
图16示出了作为眼内透镜实现的光学装置，它主要在白内障手术过程中用来代替眼睛的自然晶状体。在保证所必须的屈光度的两个半透镜22和23之间有光学薄层24形成按照本发明的滤色镜。薄层24被涂敷在半透镜之一上例如在半透镜22上，然后把两个半透镜22和23合在一起并沿其边沿25熔化。用由生物相容的材料制成的半透镜22和23密封薄层24，所以在戴植入的眼内透镜6时不会产生任何问题。本已知晓，眼内透镜6有两个触觉器26和27(haptica)以固定眼内透镜6。
图17示出了作为滤光板7实现的光学装置，它可以用本已知晓的悬挂结构30置于具有支架33的彩色电视机28的屏幕29前或者置于彩色显示器前。如果彩色视觉异常的人想看到电视屏幕29中逼真的彩色，他可以放上滤光板7。如图所示的滤光板7包含两层有不同颜色的玻璃或透明塑料层31和32，但是也可以用其上涂敷有表示按照本发明的滤色镜的干涉滤光器的玻璃或者透明塑料材料制成。然而，滤光板7还可以用已经提及的其它方法来实现。还可以用例如蒸发等方法把表示按照本发明的滤色镜的光学薄层系统涂敷在屏幕29上。
按照本发明，不仅可以校正异常彩色视觉，而且还可以改变正常彩色视觉，例如可以改善彩色视觉正常的人的彩色分辨能力以能更容易地完成特殊的任务。例如，可以通过把进入眼睛的光在灵敏度曲线P(λ)的最大值附近的波长范围内向波长较长的方向移动和在灵敏度曲线D(λ)的最大值附近的波长范围内向波长较短的方向移动来改善红-绿分辨能力。它可以应用于皮肤病医学诊断、图象处理的观察工作、食品的质量测试、选矿工作、特殊的军事任务、钞票真伪的鉴别等领域。可以把按照本发明的光学装置做成对于一个有正常彩色视觉的人仅改变他一个眼睛的彩色视觉用于特殊的任务。为达到所希望的彩色视觉，可以根据式(4)到(6)来确定按照本发明的色镜的透射特性τ(λ)，其做法是不考虑正常眼睛的感受体的灵敏度曲线而代之以考虑对应于所希望的彩色视觉的灵敏度曲线。
按照本发明，根据指定眼睛的彩色视觉特性曲线来确定改善或改变彩色视觉的光学装置的滤色镜。通常，彩色视觉异常的人的两个眼睛表现出相同的异常彩色视觉。两个眼睛有各自不同的彩色视觉的情况是很少见的。当然，这意味着每个眼睛需要一个适于其自己的与另一个眼睛的滤色镜不同的滤色镜来校正其色觉倒错。
显然，对于那些对本技术领域的熟练人员来说，上面所揭示的仅仅是例子，他们可以在下面权利要求书所限定的本发明的范围内作出种种选择，修改和变更。
权利要求
1.一种改善或改变彩色视觉的方法，在该过程中通过提供滤色镜来改变人眼的视觉，其特征在于确定彩色视觉待改变的眼睛的彩色敏感的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度，提供具有光谱透明度的滤色镜使它在彩色视觉正常的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大值附近的三个波长范围内补偿已确定的彩色视觉待改变的眼晴的相应的感受体的光谱灵敏度与正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的相应感受体的光谱灵敏度之间的差异。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于滤色镜可以由镜片(1、2、3、4)或接触透镜(5)或眼内透镜(6)来实现。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于滤色镜置于眼睛和被观察的目标之间。
4.一种改善或改变人眼的彩色视觉的光学装置，包括波色镜，其特征在于滤色镜具有这样的光谱透明度，以使它在彩色视觉正常的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大值附近的三个波长范围内补偿已确定的彩色视觉待改变的眼睛的相应的感受体的光谱灵敏度和有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的相应感受体体的光谱灵敏度之间的差异。
5.根据权利要求4的光学装置，其特征在于滤色镜的光谱透明度在所述三个波长范围内基本上与有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线对彩色视觉待改变的眼睛的相应的感受体的光谱灵敏度曲线的商一致。
6.根据权利要求4的光学装置，其特征在于这样来选择滤色镜的光谱透明度，以使滤色镜在所述三个波长范围内提供波长偏移，这些偏移基本上对应于在与有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线最大点关联的波长值和已确定的、与彩色视觉待改变的眼睛相应的感受体的光谱灵敏度曲线的最大点关联的波长值之间的差值。
7.根据权利要求6的光学装置，其特征在于所述滤色镜的光谱透明度值在所述三个波长范围的每个范围内单调上升引起向波长较短方向移动，或者单调下降引起向波长较长方向移动，或者基本上为常数，沿波长几乎不引起移动。
8.根据权利要求4至7中任一个的光学装置，其特征在于滤色镜的光谱透明射特性的归一化最大值大于90%。
9.根据权利要求4的光学装置，其特征在于所述三个波长范围为从550±30nm延伸到780nm的第一波长范围、从480±20nm延伸到550±30nm的第二波长范围和从380nm延伸到480±20nm的第三波长范围。
10.根据权利要求4的光学装置，其特征在于光学装置为有屈光度或零屈光度的镜片(1，2，3，4)，它有一添加物，该添加物在其材料中，和/或被涂在其表面上，和/或由两个或更多不同的有色层组成，和/或在其表面上有一组光学薄层(15)形成干涉滤光器。
11.根据权利要求4的光学装置，其特征在于光学装置为有屈光度或零屈光度的接触镜(5)，它有一添加物，该添加物在其材料中，和/或被涂在其表面上，和/或由两个或更多不同的有色层组成，和/或在其表面上有一组光学薄层(20)形成干涉滤光器。
12.根据权利要求4的光学装置，其特征在于光学装置为有屈光度或零屈光度的眼内透镜(6)，它有一添加物，该添加物在其材料中，和/或被涂在其表面上，和/或由两个或更多不同的有色层组成，和/或在其表面上有一组光学薄层(24)形成干涉滤光器。
13.根据权利要求11或12的光学装置，其特征在于光学薄层组(20、24)被密封入透镜(5、6)的材料中。
14.根据权利要求4的光学装置，其特征在于所述光学装置为玻璃或透明塑料滤光板(7)，它有一添加物，该添加物在其材料中，和/或被涂在其表面上，和/或由两个或更多不同的有色层(31，32)组成，和/或在其表面上有一组光学薄层形成干涉滤光器。
15.根据权利要求10到12和14中之一的光学装置，其特征在于进一步包括一保护层以防紫外线辐射。
16.一种制造改善或改变人眼彩色视觉的光学装置的方法，在制造过程中，形成一光学体，所述光学体包含滤色镜，其特征在于这样选择滤色镜的光谱透明度，使滤色镜在彩色视觉正常的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大值附近的三个波长范围内补偿已确定的彩色视觉待改变的眼睛的相应的感受体的光谱灵敏度和有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的相应感受体的光谱灵敏度之间的差异。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于通过确定彩色视觉待改变的眼睛的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线，从有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线和已确定的彩色视觉待改变的眼睛的相应感受体的光谱灵敏度曲线产生三条商曲线，并实质上按照各条商曲线，在所述三个波长范围的每一个内选择光谱透明度来获得滤色镜的光谱透明度。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于通过确定与彩色视觉待改变的眼睛的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大点相关联的波长值，产生与有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大点相关联的波长值和已确定的、与彩色视觉待改变的眼睛的相应的感受体的光谱灵敏度曲线的最大点相关联的波长值之间的差值，以及选择光谱透明度使滤色镜在所述三个波长范围的每个范围内提供基本上相应于各个差值的波长偏移，来获得滤色镜的光谱透明度。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于通过从有正常彩色视觉或所希望的彩色视觉的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线和把这些光谱灵敏度曲线的最大点移到已经确定的彩色视觉待改变的眼睛的相应感受体的光谱灵敏度曲线的最大点上获得的曲线来产生三条商曲线，实质上按各条商曲线在所述三个波长范围的每个范围内选择光谱透明度，来获得能提供所述波长偏移的滤色镜的光谱透射特性。
20.根据权利要求17或19的方法，其特征在于在确定滤色镜的光谱透明度时，使一条连续的曲线与所述三条商曲线相匹配，并且通过乘以一常数对所述曲线进行变换，使其归一化最大值大于90%。
21.根据权利要求17或19的方法，其特征在于在确定滤色镜的光谱透明度时，通过把所述三条商曲线乘以常数使它们在所述三个波长范围的边界上相互匹配来获得一条连续曲线，并且通乘以一常数对所述连续曲线进行变换，使其归一化最大值大于90%。
22.根据权利要求17或19的方法，其特征在于在确定滤色镜的光谱透明度时，把所述三条商曲线乘以常数，使一连续曲线与通过所述相乘获得的曲线相匹配，通过乘以一常数对所述连续曲线进行变换使其归一化最大值大于90%。
23.根据权利要求1或16的方法，其特征在于所述三个波长范围为从550±30nm延伸到780nm的第一波长范围，从480±20nm延伸到550nm的第二波长范围和从380nm延伸到480±20nm的第三波长范围。
全文摘要
通过提供一有光谱透明度τ(λ)的滤色镜来改善或改变人的彩色视觉的方法和光学装置，它在彩色视觉正常的人眼的第一种感受体、第二种感受体和第三种感受体的光谱灵敏度曲线的最大值附近的三个波长范围内补偿已确定的彩色视觉待改变的眼睛的相应感受体的光谱灵敏度P
文档编号G02C7/00GK1086319SQ93117668
公开日1994年5月4日 申请日期1993年9月10日 优先权日1993年9月10日
发明者G·亚伯拉罕, G·温泽尔, J·泽帕诺斯 申请人:G·亚拉伯罕, G·温泽尔, J·泽帕诺斯