CN101501553B - 具有选择性光抑制的色平衡的眼科系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种眼科系统。该系统包括掺杂有染料的眼科材料和对由于染料对光的吸收而引起的色彩失衡进行校正的层，所述染料吸收波长范围内的光。所述染料能够吸收诸如窄蓝区之类的有害光谱区内的光。色平衡层可以使用户在使用该系统时具有中性色的呈现。

Description

具有选择性光抑制的色平衡的眼科系统
相关申请 
本申请是2006年3月20日递交的美国申请第11/378,317号的部分继续申请，并要求2006年6月12日递交的美国临时申请第60/812,628号的优先权，在此通过引用将上述两个申请的全部内容并入。 
背景技术
当前的研究强力支持以下假设：波长约为400nm-500nm(纳米或10-9米)的短波长可见光(蓝光)可能是AMD(age related maculardegeneration，老年性黄斑变性)的一个成因。人们认为最高水平的蓝光吸收发生在430nm附近的区域，例如400nm-460nm。研究还表明，蓝光使AMD的其他病因因素恶化，例如遗传、烟草烟雾和过量饮酒。 
光由以波的形式传播的电磁辐射组成。电磁谱包括无线电波、毫米波、微波、红外、可见光、紫外(UVA和UVB)以及x射线和伽马射线。人类视网膜仅对电磁谱中的可见光部分有反应。可见光谱包括约为700nm的最长可见光波长和约为400nm的最短可见光波长。蓝光波长落在400nm-500nm的大概范围内。至于紫外波带，UVB波长为从290nm到320nm，并且UVA波长为从320nm到400nm。 
人类视网膜包括多个层。这些层(以从最先暴露于进入眼睛的任何光的层到最深的层的次序列出)包括： 
1)神经纤维层 
2)神经节细胞 
3)内网织层 
4)双极细胞和水平细胞 
5)外网织层 
6)受光体(photoreceptor)(视杆(rod)和视锥(cone)) 
7)视网膜色素上皮(RPE) 
8)布鲁赫膜 
9)脉络膜 
当光被眼睛的受光体细胞(视杆和视锥)吸收时，这些细胞变白， 并且变得不再接受(unreceptive)，直到它们恢复为止。该恢复过程是新陈代谢过程，被称为“视觉周期”。已经表明对蓝光的吸收会过早地逆转该过程。该过早的逆转增大了氧化性损伤的风险，并且被认为会导致视网膜中的色素脂褐素(lipofuscin)的累积。该累积发生在视网膜色素上皮(RPE)层。人们认为，由于过量的脂褐素的缘故，被称为玻璃疣(drusen)的细胞外物质的聚集形成在RPE层中。玻璃疣妨碍或阻碍RPE层向受光体提供适当的营养物，这导致这些细胞的损坏甚至死亡。进一步使该过程复杂化的是，似乎在脂褐素大量吸收蓝光时它变得有毒，从而导致RPE细胞的进一步损坏和/或死亡。人们认为，脂褐素成分A2E是形成RPE细胞的短波长敏感的至少部分原因。已经表明蓝光会最大程度地激发A2E；由这样的激发而引起的光化学事件会导致细胞死亡。例如，参见Janet R.Sparrow等人的“Blue light-absorbing intraocularlens and retinal pigment epithelium protection in vitro”，J.Cataract Refract.Surg.2004，第30卷，第873-78页。 
照明和视力保健行业对人类视觉暴露于UVA和UVB辐射下有标准。令人惊奇的是，对于蓝光没有设置这样的标准。例如，在现今可用的普通荧光灯管中，玻璃壳阻止了大部分紫外光，但是蓝光几乎没有衰减地透射。在一些情况下，外壳被设计成在光谱的蓝色区中具有增强的透射。 
已知提供一定程度的蓝光阻断(blue blocking)的眼科(ophthalmic)系统。但是，存在与这样的系统相关联的缺点。例如，因为由于蓝光阻断而在镜片(lens)中产生的黄色或琥珀色色彩(tint)，它们倾向于在外观上不吸引人。更具体地说，用于蓝光阻断的一种常见技术包括利用诸如BPI滤光视觉(Filter Vision)450或BPI大爱曼(Diamond)染料500之类的蓝光阻断色剂(tint)对镜片进行着色(tint)或染色。例如，可以通过将镜片浸入包含有蓝光阻断染液的加热的着色罐(tint pot)中一预定时间段，来实现该着色。典型地，染液为黄色或琥珀色，因此对镜片着上了黄色或琥珀色。对很多人来说，该黄色或琥珀色的外观在外表上是不希望的。另外，着色可能影响镜片用户的正常的颜色感知，例如，使得难以正确地感知交通灯或标记的颜色。 
已经努力来补偿传统蓝光阻断过滤器(filter)的发黄效应。例如，已经利用诸如蓝色、红色或绿色染料之类的额外染料来处理蓝光阻断镜 片，以抵消发黄效应。该处理使得额外的染料变得与原始的蓝光阻断染料混合在一起。但是，虽然该技术可以减少蓝光阻断镜片中的黄色，但是染料的混合可能会由于允许更多的蓝色光谱通过而降低了蓝光阻断的效果。另外，这些传统的技术不希望地降低了除蓝光波长以外的光波长的整体透射。这种不想要的降低可能继而引起镜片用户的视觉灵敏度的降低。 
考虑到前述内容，需要一种这样的眼科系统：当被佩戴者佩戴时，它允许在选择性地阻断蓝光的波长同时使超过80％的可见光透射，并被观察该眼科系统的人感知为主要为中性色(color neutral)。另外，更重要的是，这样的系统这样的系统没有削弱佩戴者的色觉，并且从该系统的后表面到佩戴者的眼睛中的反射处于不会令佩戴者讨厌的水平。由于越来越多的数据指出蓝光是黄斑变性(工业化世界中失明的主要原因)和同样的其他视网膜疾病的可能的成因之一，因此存在这种需求。 
发明内容
本发明涉及眼科系统。更具体地，本发明涉及在提供外观上吸引人的产品的同时执行蓝光波长阻断的眼科系统。 
提供一种眼科系统，其能够提供对可见光的80％或更好的透射，抑制蓝光的选择性波长，兼顾佩戴者的适当的色觉性能并且向注视佩戴有这样的镜片或镜片系统的佩戴者的观察者呈现出大概中性色的外观。该系统可以使用各种光学涂层、膜、材料和吸收染料来产生期望的效果。 
附图说明
图1A和1B示出包括后蓝光阻断元件和前色平衡(color balancing)元件的眼科系统的例子。 
图2示出使用防染剂(dye resist)来形成眼科系统的例子。 
图3图示出蓝光阻断元件和色平衡元件被集成到透明的(clear)或大概透明的眼科镜片中的示例性系统。 
图4图示出使用模内(in-mold)涂层而形成的示例性眼科系统。 
图5图示出两个眼科元件的结合。 
图6图示出使用抗反射涂层的示例性眼科系统。 
图7A-7C图示出蓝光阻断元件、色平衡元件以及眼科元件的各种示例性组合。 
图8A和8B示出包括多功能蓝光阻断和色平衡元件的眼科系统的例子。 
图9示出与各种CIE坐标相对应的所观察到的色彩的基准。 
图10示出Gentext E465吸收染料的透射。 
图11示出Gentext E465吸收染料的吸收。 
图12示出具有适于在430nm的范围内吸收的染料浓度的聚碳酸酯衬底的透射率。 
图13示出具有抗反射涂层的聚碳酸酯衬底的、作为波长的函数的透射率。 
图14示出具有抗反射涂层的聚碳酸酯衬底的颜色划分(Color Plot)。 
图15示出无涂层的聚碳酸酯衬底以及两面都有抗反射涂层的聚碳酸酯衬底的、作为波长的函数的透射率。 
图16示出聚碳酸酯衬底上的106nm的TiO2层的谱透射率。 
图17示出聚碳酸酯衬底上的106nm的TiO2层的颜色划分。 
图18示出聚碳酸酯衬底上的134nm的TiO2层的谱透射率。 
图19示出聚碳酸酯衬底上的134nm的TiO2层的颜色划分。 
图20示出适于对具有蓝光吸收染料的衬底进行色平衡的修改的AR涂层的谱透射率。 
图21示出适于对具有蓝光吸收染料的衬底进行色平衡的修改的AR涂层的颜色划分。 
图22示出具有蓝光吸收染料的衬底的谱透射率。 
图23示出具有蓝光吸收染料的衬底的颜色划分。 
图24示出具有蓝光吸收染料和后AR涂层的衬底的谱透射率。 
图25示出具有蓝光吸收染料和后AR涂层的衬底的颜色划分。 
图26示出具有蓝光吸收染料并在前表面和后表面上具有AR涂层的衬底的谱透射率。 
图27示出具有蓝光吸收染料并在前表面和后表面上具有AR涂层的衬底的颜色划分。 
图28示出具有蓝光吸收染料和色平衡AR涂层的衬底的谱透射率。 
图29示出具有蓝光吸收染料和色平衡AR涂层的衬底的颜色划分。 
详细描述 
本发明的实施例涉及这样的眼科系统：该眼科系统在提供外观上吸引人的产品、用户的正常或可接受的色彩感知以及用于良好的视觉灵敏度的高程度透射光的同时，执行有效的蓝光阻断。提供一种眼科系统，其可以提供对可见光的80％或更好的透射的平均透射，抑制蓝光的选择性波长(“蓝光阻断”)，兼顾佩戴者的适当的色觉性能，并对注视佩戴有这样的镜片或镜片系统的佩戴者的观察者呈现出大概中性色的外观。如在此所使用的，系统的“平均透射”是指在诸如可见光谱的范围内的波长处的平均透射。系统也可能由根据眼睛在每个波长处的灵敏度而被加权的系统“光透射(是指在波长范围内的平均)”来表征。在此所描述的系统可以使用各种光学涂层、膜、材料和吸收染料来产生期望的效果。 
更具体地，本发明的实施例可以结合色平衡提供有效的蓝光阻断。在此所使用的“色平衡”或“色平衡的”意思是指，在不降低蓝光阻断的效率的同时，蓝光阻断的黄色或琥珀色或者其他不想要的效果被减少、抵消、中和或以其他方式补偿，以产生外观上可接受的结果。例如，可以阻断400nm-460nm处或其附近的波长，或者降低其强度。尤其是，例如，阻断420nm-440nm处或其附近的波长，或者降低其强度。另外，未被阻断的波长的透射可以维持在高水平，例如，至少80％。另外，对于外部观察者来说，眼科系统可以看起来显得透明或大概透明。对于系统用户来说，色彩感知可以是正常的或可接受的。 
这里所使用的“眼科系统”包括用于例如透镜(或眼镜)、太阳镜、隐形眼镜、眼内镜片、角膜嵌体(inlay)，角膜镶嵌(on lay)的验配(prescription)的和非验配的眼科镜片，并且可以被处置或处理，或者与其他的元件相结合，以提供在此进一步详细说明的期望的功能。如在此所使用的，“眼科材料”是通常用于制造眼科系统的材料，例如校准镜片。示例性眼科材料包括玻璃、诸如CR-39之类的塑料、旋切(Trivex)以及聚碳酸酯材料，不过其他的材料也可以被使用，并且对于各种眼科系统来说是已知的。 
眼科系统可以包括位于色平衡元件后面的蓝光阻断元件。蓝光阻断元件或者色平衡元件任何一个可以是诸如镜片之类的眼科元件，或者形成其一部分。后蓝光阻断元件和前色平衡元件可以是眼科镜片的表面上 的或邻近眼科镜片的表面的或眼科镜片的表面附近的不同的层。色平衡元件可以减少或中和后蓝光阻断元件的黄色或琥珀色色彩，以产生外观上可接受的外表。例如，对于外部观察者来说，眼科系统可能看起来显得透明或大概透明。对于系统用户来说，色彩感知可以是正常的或可接受的。另外，由于蓝光阻断和色平衡色剂不混合，因此可以阻断蓝光光谱中的波长或降低其强度，而眼科系统中的入射光的透射强度可能是未阻断的波长的至少85％。 
如前所述，用于蓝光阻断的技术是已知的。用于阻断蓝光波长的已知的技术包括吸收、反射、干涉或其任意组合。如前所述，根据一种技术，可以利用诸如BPI滤光视觉450或BPI大爱曼染料500之类的蓝光阻断色剂，以合适的比例或浓度来对镜片进行着色/染色。例如，可以通过将镜片浸入包含有蓝光阻断染液的加热的着色罐中一预定时间段，来实现着色。根据另一技术，将过滤器用于蓝光阻断。过滤器可以包括，例如，表现出对蓝光波长的吸收和/或反射以及/或者与蓝光波长的干涉的有机或无机化合物。过滤器可以包括有机和/或无机物质的多个薄层或涂层。每层可以单独具有或与其他层相结合地具有吸收、反射具有蓝光波长的光或者与具有蓝光波长的光进行干涉的特性。皱波型陷波过滤器(rugate notch filter)是蓝光阻断过滤器的一个例子。皱波型过滤器是折射率在高值和低值之间连续振荡的无机电介质的单个薄膜。通过具有不同折射率的两种材料(例如，SiO2和TiO2)的共沉积而制成的皱波型过滤器已知具有非常明确的用于波长阻断的阻带，在该带以外具有非常小的衰减。过滤器的结构参数(振荡周期、折射率调制、折射率振荡的次数)决定过滤器的性能参数(阻带的中心、阻带的宽度、带内的透射)。在，例如，美国专利第6,984,038号和第7,066,596号中更详细地公开了皱波型过滤器，这两个专利中的每一个都被全部引用。用于蓝光阻断的另一技术是使用多层电介质叠层(stack)。通过沉积离散的高折射率和低折射率交替的材料层来构成多层电介质叠层。类似于皱波型过滤器，诸如单层厚度、单层折射率和层重复的次数之类的设计参数决定多层电介质叠层的性能参数。 
色平衡可以包括将例如合适比例或浓度的蓝色色剂(tinting)/染料或者红色和绿色色剂/染料的适当组合应用于色平衡元件，以使得当被外部观察者观察时，眼科系统作为整体具有外观上可接受的外表。例如， 眼科系统作为整体可能看起来显得透明或者大概透明。 
图1A示出包括后蓝光阻断元件101和前色平衡元件102的眼科系统。每个元件都具有凹的后面或后表面110、115以及凸的前面或前表面120、125。在系统100中，后蓝光阻断元件101可以是或者包括诸如单视觉镜片、晶圆(wafer)或光学预成品(pre-form)之类的眼科元件。单视觉镜片、晶圆或光学预成品可以被着色或染色，以执行蓝光阻断。前色平衡元件102可以包括根据已知技术被应用到单视觉镜片、晶圆或光学预成品的表面浇注(cast)层。例如，可以使用可见光或UV光或者二者的组合将表面浇注层附于或结合到单视觉镜片、晶圆或光学预成品。 
表面浇注层可以被形成在单视觉镜片、晶圆或光学预成品的凸面。由于单视觉镜片、晶圆或光学预成品已经被着色或染色以执行蓝光阻断，所以它们可能具有外观上不希望的黄色或琥珀色的色彩。因此，可以例如利用合适比例的蓝色色剂/染料或者红色和绿色色剂/染料的适当组合，对表面浇注层进行着色。 
在将表面浇注层应用到已经被处理以便于蓝光阻断的单视觉镜片、晶圆或光学预成品之后，可以利用色平衡添加剂来处理表面浇注层。例如，可以将凸表面上具有表面浇注层的蓝光阻断单视觉镜片、晶圆或光学预成品浸入加热的着色罐中，该着色罐在溶液中具有合适比例和浓度的色平衡染料。表面浇注层将会从溶液中吸收色平衡染料。为了防止蓝光阻断单视觉镜片、晶圆或光学预成品吸收任何色平衡染料，可以利用防染剂(例如，带子或蜡或其他涂层)来遮蔽(mask)或密封它们的凹表面。这在图2中被示出，图2示出单视觉镜片、晶圆或光学预成品101的凹表面上具有防染剂201的眼科系统100。可以使单视觉镜片、晶圆或光学预成品的边缘处于无涂层的状态，以允许它们在外观上变成经调整的颜色。这对于具有厚边缘的负焦镜片来说是重要的。 
图1B示出另一眼科系统150，在该眼科系统150中，前色平衡元件104可以是或者包括诸如单视觉或多焦镜片、晶圆或光学预成品之类的眼科元件。后蓝光阻断元件103可以是表面浇注层。为了形成该组合，如上所述可以利用防染剂来遮蔽色平衡单视觉镜片、晶圆或光学预成品的凸表面，以防止它们在该组合被浸入包含有蓝光阻断染液的加热的着色罐中时吸收蓝光阻断染料。同时，暴露的表面浇注层会吸收蓝光阻断 染料。 
应当理解的是，表面浇注层可以用于与多焦(而不是单视觉)镜片、晶圆或光学预成品的组合中。另外，表面浇注层可以被用于向单视觉镜片、晶圆或光学预成品增加放大倍数(power)，包括多焦放大倍数，从而利用线性加法或累进加法将单视觉镜片、晶圆或光学预成品转换成多焦镜片。当然，还可以将表面浇注层设计成不向单视觉镜片、晶圆或光学预成品增加或几乎不向其增加放大倍数。 
图3示出被集成到眼科元件中的蓝光阻断功能和色平衡功能。更具体地，在眼科镜片300中，在眼科元件301的后区域处与渗入到另外的透明或大概透明的眼科元件301中的着色深度相对应的部分303可能是蓝光阻断的。另外，在眼科元件301的前面的或前区域处与渗入到另外的透明或大概透明的眼科元件301中的着色深度相对应的部分302可能是色平衡的。可以如下所示这样来制造图3所示的系统。例如，首先眼科元件301可以是透明或大概透明的单视觉或多焦镜片、晶圆或光学预成品。在例如通过如前所述利用防染剂遮蔽或涂敷来使透明或大概透明的单视觉或多焦镜片、晶圆或光学预成品的前凸表面表现为非吸收性的同时，可以利用蓝光阻断色剂对透明或大概透明的单视觉或多焦镜片、晶圆或光学预成品进行着色。结果，可以通过染料渗透来生成始于透明或大概透明的单视觉或多焦镜片、晶圆或光学预成品301的后凹表面处、向内延伸并具有蓝光阻断功能的部分303。然后，可以除去前凸表面的防吸收涂层。然后可以将防吸收涂层施加于凹表面，并对单视觉或多焦镜片、晶圆或光学预成品的前凸表面以及周围边缘进行着色(例如，通过浸入到加热的着色罐中)以用于色平衡。色平衡染料将被由于较先的涂敷而处于未被着色的状态的、始于前凸表面处并向内延伸的部分302以及周围边缘所吸收。前述过程的次序可以被反转，即，可以首先遮蔽凹表面而对剩余部分进行着色以用于色平衡。然后，可以除去涂层，并将由于遮蔽而处于未被着色状态的凹区域处的深度或厚度着色，以用于蓝光阻断。 
现在参考图4，可以使用模内涂层来形成眼科系统400。更具体地，已经利用合适的蓝光阻断色剂、染料或其他添加剂而被着色/染色的诸如单视觉或多焦镜片、晶圆或光学预成品之类的眼科元件401可以使用着色的模内涂层403通过表面浇注来进行色平衡。可以将包括合适含量和 /或混合比的色平衡染料的模内涂层403施加于凸表面模具(即，用于将涂层403施加于眼科元件401的凸表面的模具，未示出)。可以在涂层403和眼科元件401之间填充无色单体402并使其固化(cure)。固化单体402的过程将使色平衡模内涂层将自身转移到眼科元件401的凸表面。结果为具有色平衡表面涂层的蓝光阻断眼科系统。模内涂层可以是，例如，抗反射涂层或传统的硬涂层。 
现在参考图5，眼科系统500可以包括两个眼科元件，一个用于蓝光阻断，另一个用于色平衡。例如，第一眼科元件501可以是利用合适的蓝光阻断色剂而被着色/染色以实现期望程度的蓝光阻断的后单视觉或凹表面多焦镜片、晶圆或光学预成品。第二眼科元件503可以是，例如，使用UV或可见光固化粘合剂502而被结合或附于后单视觉或凹表面多焦镜片、晶圆或光学预成品的前单视觉或凸表面多焦镜片、晶圆或光学预成品。在与后单视觉或凹表面多焦镜片、晶圆或光学预成品结合之前或之后，可以使前单视觉或凸表面多焦镜片、晶圆或光学预成品表现为色平衡的。如果是在之后，则可以例如通过上面所述的技术来使前单视觉或凸表面多焦镜片、晶圆或光学预成品表现为色平衡的。例如，可以利用防染剂来遮蔽或涂敷后单视觉或凹表面多焦镜片、晶圆或光学预成品，以防止它吸收色平衡染料。然后，可以将所结合的后、前部分一起置于包含有合适的色平衡染料溶液的加热的着色罐中，从而允许前部分吸收色平衡染料。 
可以使任一上述实施例系统与一个或多个抗反射(AR)元件相组合。这在图6中以示例的方式针对图1A和1B中所示的眼科镜片100和150而示出。在图6中，将第一AR元件601(例如，涂层)施加于后蓝光阻断元件101的凹表面，将第二AR元件602施加于色平衡元件102的凸表面。类似地，将第一AR元件601施加于后蓝光阻断元件103的凹表面，并且将第二AR元件602施加于色平衡元件104的凸表面。 
图7A-7C示出包括蓝光阻断元件和色平衡元件的其他的示例性系统。在图7A中，眼科系统700包括蓝光阻断元件703和色平衡元件704，蓝光阻断元件703和色平衡元件704被形成为透明或大概透明的眼科镜片702的前表面上的或邻近该前表面的相邻但不同的涂层或层。蓝光阻断元件703在色平衡元件704的后面。在透明或大概透明的眼科镜片的后表面上或邻近该后表面处，可以形成AR涂层或其他层701。可以在 色平衡层704的前表面上或邻近该前表面处形成另一AR涂层或层705。 
在图7B中，蓝光阻断元件703和色平衡元件704被布置在透明或大概透明的眼科镜片702的后表面上或邻近该后表面处。同样，蓝光阻断元件703在色平衡元件704的后面。可以在蓝光阻断元件703的后表面上或邻近该后表面形成AR元件701。可以在透明或大概透明的眼科镜片702的前表面上或邻近该前表面形成另一AR元件705。 
在图7C中，蓝光阻断元件703和色平衡元件704分别被布置在透明的眼科镜片702的后表面和前表面上，或者分别邻近该后表面和该前表面。同样，蓝光阻断元件703在色平衡元件704的后面。可以在蓝光阻断元件703的后表面上或邻近该后表面形成AR元件701，而在色平衡元件704的前表面上或邻近该前表面形成另一AR元件705。 
图8A和8B示出眼科系统800，在该眼科系统800中，可以将阻断蓝光波长和执行色平衡这二者的功能组合在单个元件803中。例如，组合的功能元件可以阻断蓝光波长，并反射一些绿色和红色的波长，从而中和蓝色并消除镜片中的主色的出现。组合的功能元件803可以被布置在透明的眼科镜片802的前表面或后表面上，或者邻近该前表面或后表面。眼科镜片800还可以包括透明的眼科镜片802的前表面或后表面上或者邻近该前表面或后表面的AR元件801。 
为了量化色平衡元件的效能，观察被眼科材料的衬底所反射和/或透射的光是有用的。可以通过所观察到的光的CIE坐标来表征所观察到的光，以指示所观察到的光的颜色；通过比较这些坐标与入射光的CIE坐标，可以确定多少光的颜色由于反射/透射而被偏移。白光被定义为具有CIE坐标(0.33，0.33)。因此，所观察到的光的CIE坐标越接近(0.33，0.33)，对观察者来说它就显得“越白”。为了表征通过镜片所执行的色移或色平衡，可以使(0.33，0.33)白光对准镜片，并观察反射光和透射光的CIE。如果透射光具有约(0.33，0.33)的CIE，则将不会有色移，通过该镜片所观察到的事物将具有自然的外观，即，相对于在没有镜片的情况下所观察到的事物，颜色将不会偏移。相似地，如果反射光具有约(0.33，0.33)的CIE，则镜片将具有自然的外观，即，对于观察镜片或眼科系统的用户的观察者来说，它将不会显得带有色彩。因此，对于透射光和反射光来说，所希望的是具有尽可能接近(0.33，0.33)的CIE。 
图9示出表示与各种CIE坐标相对应的所观察到的色彩的CIE图。基准点900表示坐标(0.33，0.33)。虽然典型地图的中心区域被表示为“白”，但是，该区域中的某些具有CIE坐标的光可以相对于观察者来说显得略微带有色彩。例如，CIE坐标为(0.4，0.4)的光对于观察者来说将看起来为黄色。因此，为了在眼科系统中实现中性色的外观，对于被系统透射和/或反射的(0.33，0.33)光(即，白光)来说，所希望的是在透射/反射之后具有尽可能接近(0.33，0.33)的CIE坐标。在此将使用图9中示出的CIE图作为基准，来示出使用各种系统所观察到的色移，不过为了清楚起见将省略所标记的区域。 
通过将吸收染料注模(injection molding)到眼科镜片的衬底材料中，可以将吸收染料包括在眼科镜片的衬底材料中，以制造具有特定光透射和吸收特性的镜片。由于存在典型地发现于卟啉材料中的索雷带(Soretband)，这些染料材料能够在染料的基本峰值波长处或者在较短的谐振峰值波长处进行吸收。示例性眼科材料包括诸如CR- 
Figure G2007800292281D00111
聚碳酸酯、有机玻璃、硅树脂和含氟聚合物之类的各种聚合体和玻璃，不过可以使用其他的材料，并且这些其他的材料对于各种眼科系统来说是已知的。 
仅仅举例来说，Gentex日常材料E465的透射率和吸收率在图10-11中被示出。吸收率(A)与透射率(T)有以下等式的关系：A＝log10(1/T)。在这种情况下，透射率位于0和1之间(0＜T＜1)。通常将透射率表示为百分数，即，0％＜T＜100％。E465染料阻断小于465的那些波长，并且通常用于阻断具有高光密度(OD＞4)的那些波长。可以使用类似的产品来阻断其他的波长。例如，Gentex的E420阻断420nm以下的波长。其他示例性染料包括卟啉、二萘嵌苯以及能够在蓝光波长处进行吸收的类似的染料。 
可以通过减小染料浓度来减小较短波长处的吸收率。该染料材料和其他染料材料可以在430nm的区域中获得～50％的透射率。图12示出具有适于在430nm的范围内进行吸收的染料浓度的聚碳酸酯衬底的透射率，并且在420nm-440nm的范围内具有一定吸收。这通过减小染料的浓度并包括聚碳酸酯衬底的效果来实现。这里后表面没有抗反射涂层。 
染料的浓度还可以影响眼科系统的外观和色移。通过减小浓度，可以获得具有变化的色移度的系统。在此所使用的“色移”是指基准光的 CIE坐标在眼科系统的透射和/或反射后所改变的量。由于一般被感知为白色的各种类型的光(例如，日光、白炽光和荧光)存在差异，通过由系统所引起的色移来表征系统可能也是有用的。因此，根据在入射光被系统透射和/或反射时入射光的CIE坐标被偏移的量来表征系统，可能是有用的。例如，可以将其中具有CIE坐标(0.33，0.33)的光在透射后变成具有CIE为(0.30，0.30)的光的系统描述成引起(-.03，-.03)(更普通地为(±0.03，±0.03))的色移。这样，由系统所引起的色移指示光和所观察到的事物对于系统的佩戴者来说看起来显得有多“自然”。如下面进一步说明的，已经实现了引起的色移小于(±0.05，±0.05)至(±0.02，±0.02)的系统。 
眼科系统中短波长透射的减小对于减少由于眼睛中的光电效应(例如A2E的激发)而导致的细胞死亡可能是有用的。已经显示，将430±30nm处的入射光减少约50％可以将细胞死亡减少约80％。例如，参见JanetR.Sparrow等人的“Blue light-absorbing intraocular lens and retinalpigment epithelium protection in vitro”，J.Cataract Refract.Surg.2004，第30卷，第873-78页，通过引用将其公开的内容全部并入。人们还认为，将诸如在430-460nm范围内的光的蓝光的量减少5％之少，可以相似地减少细胞死亡和/或变性，从而防止或减少诸如萎缩的老年性黄斑变性之类的状况的不良影响。 
虽然可以使用吸收染料来阻断期望波长的光，但是作为副作用，染料可能在镜片中产生彩色的色彩。例如，许多蓝光阻断眼科镜片具有通常不希望的和/或从美观上说令人不愉快的黄色色彩。为了抵消该色彩，可以将色平衡涂层施加于其中包含有吸收染料的衬底的一个表面或两个表面。 
在商业眼科涂层工业中，抗反射(AR)涂层(其是干涉过滤器)沿用已久。所述涂层典型地为几层，通常小于10，并且典型地被用于将来自聚碳酸酯表面的反射减小到小于1％。聚碳酸酯表面上的这样的涂层的例子在图13中被示出。该涂层的颜色划分在图14中被示出，可以观察到，该色彩很中性。可以观察到总反射率为0.21％。可以观察到反射光具有CIE坐标(0.234，0.075)；透射光具有CIE坐标(0.334，0.336)。 
可以将AR涂层施加于镜片或其他眼科设备的两个表面，以获得较高的透射率。这样的配置在图15中被示出，其中较黑的线1510是涂有 AR涂层的聚碳酸酯，较细的线1520是无涂层的聚碳酸酯衬底。该AR涂层提供总透射光的10％的增加。由于聚碳酸酯衬底的吸收，存在一些光的自然损耗。用于该例子的特定聚碳酸酯衬底具有约为3％的透射率损耗。在眼科工业中，通常将AR涂层施加于两个表面，以增加镜片的透射率。 
在根据本发明的系统中，AR涂层或其他的色平衡膜可以与吸收染料相结合，以兼顾同时对蓝光波长光(典型地在430nm的区域内)的吸收和增加的透射率。如前所述，仅消除430nm区域内的光典型地产生具有一定残留偏色(residual color cast)的镜片。为了在光谱上剪裁(tailor)光以实现中性色的透射率，可以改变AR涂层中的至少一个，以调整光的整体透射色彩。在根据本发明的眼科系统中，可以在镜片的前表面上执行该调整，以产生下列镜片结构： 
空气(离用户的眼睛最远)/前凸镜片涂层/吸收眼科镜片衬底/后凹抗反射涂层/空气(最接近用户的眼睛)。 
在这样的配置中，除了在传统的镜片中典型地执行的抗反射功能外，前涂层可以提供光谱剪裁，以抵消由衬底中的吸收而引起的偏色。因此该镜片对于透射光和反射光这二者都可以提供合适的色平衡。在透射光的情况下，色平衡兼顾合适的色觉；在反射光的情况下，色平衡可以提供合适的镜片美观。 
在一些情况下，可以将色平衡膜置于两层其他眼科材料之间。例如，可以将过滤器、AR膜或其他膜置于眼科材料内。例如，可以使用下列配置： 
空气(离用户的眼睛最远)/眼科材料/膜/眼科材料/空气(最接近用户的眼睛)。 
色平衡膜还可以是被施加于镜片的外表面和/或内表面的诸如硬罩(hardcoat)之类的涂层。其他的配置是可能的。例如，参考图3，眼科系统可以包括掺杂有吸收蓝光的染料的眼科材料301以及一个或多个色平衡层302、303。在另一配置中，内层301可以是被掺杂有吸收蓝光的染料的眼科材料302、303包围的色平衡层。可以将诸如AR涂层之类的其他层和/或涂层置于系统的一个或多个表面上。应当理解如何可以将类似的材料和配置用于例如关于图4-8B所描述的系统中。 
因此，诸如AR涂层之类的光学膜和/或涂层可以被用于微调具有吸 收染料的镜片的整体光谱响应。可见光谱范围内的透射变化是公知的，并且作为光学涂层中的层的厚度和数量的函数而变化。在本发明中，可以使用一个或多个层来提供对光谱特性的所需调整。 
在示例性系统中，通过单层TiO2(常见的AR涂层材料)产生色彩变化。图16示出106nm厚的单层TiO2的谱透射率。该同一层的颜色划分在图17中被示出。所示出的透射光的CIE色坐标(x，y)1710为(0.331，0.345)。反射光具有CIE坐标(0.353，0.251)1720，从而产生略带紫色的粉红色。 
如分别在图18和19中示出的134nm层的透射谱和颜色划分所示，改变TiO2层的厚度会改变透射光的色彩。在该系统中，透射光表现为CIE坐标(0.362，0.368)1910，并且反射光具有CIE坐标(0.209，0.229)1920。各种AR涂层的透射特性以及对其的预测或估计在本领域中是已知的。例如，可以使用各种计算机程序来计算和预测由已知厚度的AR材料形成的AR涂层的透射效果。示例性但非限制性的程序包括可从Thin Film Center Inc.获得的Essential Macleod Thin Films Software、可从Software Spectra Inc.获得的TFCalc以及可从FTG Software Associates获得的FilmStar Optical Thin Film Software。可以使用其他方法来预测AR涂层或者其他类似涂层或膜的性能。 
在根据本发明的系统中，可以将吸收蓝光的染料与涂层或其他膜相结合，以提供蓝光阻断、色平衡的系统。该涂层可以是前表面上被改变以校正透射光和/或反射光的色彩的AR涂层。示例性AR涂层的透射率和颜色划分分别在图20和21中被示出。图22和23分别示出具有吸收蓝光的染料但没有AR涂层的聚碳酸酯衬底的透射率和颜色划分。染色的衬底在430nm的区域内最强烈地吸收，包括在420-440nm区域内的一些吸收。可以将染色的衬底与如图20-21所示的合适的AR涂层相结合，以增大系统的整体透射率。具有后AR涂层的染色的衬底的透射率和颜色划分分别在图24和25中被示出。 
还可以将AR涂层施加于眼科系统的前面(即，离系统佩戴者的眼睛最远的表面)，从而产生分别在图26和27中被示出的透射率和颜色划分。虽然系统表现为高透射，并且透射光相对自然，但是反射光具有CIE(0.249，0.090)。因此，为了更完全地对吸收蓝光的染料的效果进行色平衡，可以修改前AR涂层，以获得必要的色平衡，从而产生中性 色配置。该配置的透射率和颜色划分分别在图28和29中被示出。在该配置中，透射光和反射光这二者都可以被优化，以获得中性色。对于内部反射光来说，优选地可以为约为6％。如果系统佩戴者苦恼于该反射率水平，可以通过将额外的不同的吸收染料添加到镜片衬底中(所述镜片衬底将吸收不同波长的可见光)，来进一步减少反射。但是，该配置的设计获得了显著的性能，满足了对如在此所述的蓝光阻断、色平衡系统的需要。总透射率超过90％，并且透射色彩和反射色彩这二者都很接近中性色的白色点。如图27所示，反射光具有CIE(0.334，0.334)，透射光具有CIE(0.341，0.345)，表示几乎没有或没有色移。 
在一些配置中，能够将修改后的前抗反射涂层设计成阻断100％的待抑制的蓝光波长。但是，这可能会引起对于佩戴者的约9％-10％的后反射。这种程度的反射率对于佩戴者来说可能是令人讨厌的。因此，通过将用于该反射的镜片衬底中的吸收染料与修改后的前抗反射涂层相结合，随着反射率降低到可被佩戴者很好接受的程度，能够实现期望的效果。包括一个或多个AR涂层的系统的佩戴者所观察到的反射光可以被减小到8％或更小，或者更优选地为3％或更小。 
前AR涂层和后AR涂层的组合被称为电介质叠层，可以使用各种材料和厚度来进一步改变眼科系统的透射特性和反射特性。例如，前AR涂层和/或后AR涂层可以由不同的厚度和/或不同的材料而制成，以实现特定的色平衡效果。在一些情况下，用于生成电介质叠层的材料可以不是传统上用于生成抗反射涂层的材料。即，在不执行抗反射功能的情况下，色平衡涂层可以校正由衬底中的吸收蓝光的染料所引起的色移。 
如前所述，过滤器是用于蓝光阻断的另一技术。因此，所讨论的任一蓝光阻断元件可以是或者可以包括或者可以结合蓝光阻断过滤器。这样的过滤器可以包括皱波型过滤器、干涉过滤器、带通过滤器、带阻过滤器、陷波过滤器或二向性过滤器。 
在本发明的实施例中，可以结合其他的蓝光阻断技术使用上述蓝光阻断技术中的一个或多个。仅仅举例说明，镜片或镜片元件可以利用染料/色剂和皱波型陷波过滤器这二者来有效地阻断蓝光。 
在根据本发明的眼科系统中可以采用以上所公开的任意结构和技术，以在400-460nm处或其附近执行对蓝光波长的阻断。例如，在实施 例中，被阻断的蓝光波长可以在预定的范围内。在实施例中，该范围可以是430nm±30nm。在其他实施例中，该范围可以是430nm±20nm。在又其他实施例中，该范围可以是430nm±10nm。在实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为90％的入射波长。在其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为80％的入射波长。在其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为70％的入射波长。在其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为60％的入射波长。在其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为50％的入射波长。在其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为40％的入射波长。在又其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为30％的入射波长。在又其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为20％的入射波长。在又其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为10％的入射波长。在又其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为5％的入射波长。在又其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为1％的入射波长。在又其他实施例中，眼科系统可以将上面所定义的范围内的蓝光波长的透射限制为基本上为0％的入射波长。另外要说明的是，眼科系统对上面所指定的范围内的波长中的电磁谱的衰减可以是至少10％；或者至少20％；或者至少30％；或者至少40％；或者至少50％；或者至少60％；或者至少70％；或者至少80％；或者至少90％；或者至少95％；或者基本上100％。 
在一些情况下，可能尤其希望过滤相对小部分的诸如400nm-460nm区之类的蓝光谱。例如，已经发现，阻断过多的蓝光谱会影响暗视觉和昼夜节律。传统的蓝光阻断眼科镜片典型地阻断量大得多的宽范围的蓝光谱，这可能对佩戴者的“生物钟”带来了不良影响，并且具有其他的不良影响。因此，如在此所述的，可能希望阻断相对窄范围蓝光谱。可以过滤相对小范围内的相对少量的光的示例性系统包括阻断或吸收波长为400nm-460nm、410nm-450nm以及420nm-440nm的光的 5-50％、5-20％以及5-10％的系统。 
同时，如上所述，当蓝光波长被选择性地阻断时，至少80％，或至少85％，并且在其他实施例中至少90-95％的其他部分的可视电磁谱可以通过眼科系统而透射。要另外说明的是，眼科系统对蓝光谱之外的波长(例如，除430nm附近的范围内的波长之外的波长)处的电磁谱的衰减可能是20％或更小、15％或更小、10％或更小，并且在其他实施例中可能是5％或更小。 
另外，本发明的实施例可以进一步阻断紫外辐射UVA和UVB谱带以及波长大于700nm的红外辐射。 
可以将上面所公开的任一眼科系统集成到一件眼睛佩戴物(eyewear)中，包括诸如眼镜、太阳镜、风镜或隐形眼镜之类的外戴的眼睛佩戴物。在这样的眼睛佩戴物中，由于系统的蓝光阻断元件在色平衡元件后面，所以在佩戴了眼睛佩戴物时，蓝光阻断元件总是比色平衡元件更靠近眼睛。还可以将眼科系统用于可用外科手术植入的眼内镜片的这种制品。 
在此具体示出和/或说明了本发明的几个实施例。但是，应当理解的是，在不偏离本发明的精神和预定范围的情况下，对本发明的修改和改变为上述教导所覆盖，并且落在所附权利要求的范围内。 

Claims (26)

1.一种眼科镜片系统，包括：
第一层，包括：
眼科镜片材料；以及
染料，有选择地吸收波长范围在400nm到460nm以内的光的至少5％；以及
置于第一层上的膜；
其中，所述膜对由于染料对光的吸收而引起的色彩失衡进行补偿；
其中，所述系统在可见光谱上具有至少80％的平均透射；并且
其中当透射穿过所述系统时，白光的CIE(x，y)坐标为(0.33±0.05，0.33±0.05)。
2.如权利要求1所述的系统，还包括置于所述膜上的第二层眼科镜片材料，其中所述膜被置于第一层和第二层之间。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述波长范围为420nm-440nm。
4.如权利要求1所述的系统，其中由所述染料吸收的波长范围包括吸收波长为430nm的光的至少20％。
5.如权利要求1所述的系统，其中由所述染料吸收的波长范围包括吸收波长为430nm的光的至少50％。
6.如权利要求1所述的系统，其中在透射通过系统时，白光的CIE(x，y)坐标为(0.33±0.02，0.33±0.02)。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述膜是置于眼科衬底的外表面上的抗反射涂层。
8.如权利要求1所述的系统，还包括置于最接近所述系统的佩戴者的眼睛的、所述系统的表面上的抗反射涂层。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述系统的佩戴者所观察到的反射光少于8％。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述系统的佩戴者所观察到的反射光少于3％。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述染料为二萘嵌苯。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述染料为卟啉。
13.一种眼科镜片系统，包括
眼科镜片材料；以及
染料，其有选择地吸收波长范围在400nm到460nm以内的光的至少5％；
其中所述系统在可见光谱上具有至少80％的平均透射，并且
其中当透射穿过所述系统时，白光的CIE(x，y)坐标为(0.33±0.05，0.33±0.05)。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述系统在可见光谱上具有至少90％的平均透射。
15.如权利要求13所述的系统，其中由所述染料吸收的波长范围包括吸收波长为430nm的光的至少20％。
16.如权利要求13所述的系统，其中由所述染料吸收的波长范围包括吸收波长为430nm的光的至少50％。
17.如权利要求13所述的系统，其中在透射通过系统时，白光的CIE(x，y)坐标为(0.33±0.02，0.33±0.02)。
18.如权利要求13所述的系统，其中所述染料为二萘嵌苯。
19.如权利要求13所述的系统，其中所述染料为卟啉。
20.一种用于制造眼科镜片设备的方法，包括：
提供包括眼科镜片材料和染料的第一层，所述染料有选择地吸收波长范围在400nm-460nm的光的至少5％；
以及
在第一层上沉积膜；
其中，所述膜对由于染料对光的吸收而引起的色彩失衡进行补偿，以使得当透射穿过所述设备时，白光的CIE(x，y)坐标为(0.33±0.05，0.33±0.05)。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述染料有选择地吸收波长在420nm-440nm的光的至少5％。
22.如权利要求20所述的方法，其中由所述染料吸收的波长范围包括吸收具有430nm的波长的光的至少20％。
23.如权利要求20所述的方法，其中由所述染料吸收的波长范围包括吸收具有430nm的波长的光的至少50％。
24.如权利要求20所述的方法，其中在透射通过所述设备时，白光的CIE(x，y)坐标为(0.33±0.02，0.33±0.02)。
25.如权利要求20所述的方法，其中所述膜为抗反射涂层。
26.如权利要求20所述的方法，还包括：
在所述膜上沉积第二层眼科镜片材料，其中所述膜被置于第一层和第二层之间。
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