CN103635790B

CN103635790B - 用于使用颜色照射物质以实现视觉对比的装置和方法

Info

Publication number: CN103635790B
Application number: CN201280032973.2A
Authority: CN
Inventors: D·K·克拉芬巴赫
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: AU2012256163B2; US8838212B2; JP2014519154A; JP6186348B2; CN103635790A; CA2836698A1; EP2710349A1; WO2012158434A1; CA2836698C; US20120293992A1

Abstract

照射系统包括输出多色的第一光的第一光输出设备；输出多色的第二光的第二光输出设备，第一光输出设备和第二光输出设备被选择为使得（i）当第一光从第一生物物质散射时产生第一表观颜色，以及当第二光从第一生物物质散射时产生第二表观颜色，第一表观颜色与第二表观颜色相同，以及（ii）当第一光从第二生物物质散射时产生第三表观颜色，以及当第二光从第二生物物质散射时产生第四表观颜色，第三表观颜色与第四表观颜色不同；以及用于时间调制光输出中的第一光的量和第二光的量的构件。

Description

用于使用颜色照射物质以实现视觉对比的装置和方法

技术领域

本发明涉及物质的照射，且更具体地涉及使用颜色来照射物质以实现视觉对比。

背景技术

光的光谱通常由说明被绘制为波长的函数的光的振幅的图表表示。例如，对于光输出设备或在光从物质散射之后来自光输出设备的光，会存在光谱。

颜色是对光的光谱的生理响应。颜色可从对光的窄带光谱(例如，单色光)或较宽光谱的响应产生。例如，颜色可以是对光输出设备的光谱的响应(如果光直接入射在眼睛上)或对在来自光输出设备的光从物质散射之后产生的光谱的响应(如果在光入射在物质上之后光被观察到)。

根据脑对眼睛的三种不同类型的视锥细胞响应于光谱的输出的解释产生响应于观察到光的光谱的颜色感知。响应于观察到光的光谱而感知的颜色通常被称为表观颜色。因为很多不同的光谱可从视锥细胞产生相同的输出，当不同光谱中的任一个入射在眼睛上时，给定的颜色可被感知。

看起来相同但从不同的光谱产生的颜色被称为同素异构色(metameric color)或简单地，条件等色(metamer)。

发明内容

同素异构色可例如通过从第一物质散射第一光和第二光来实现，其中第一光和第二光具有不同的光谱分量。如果在被第一光照射的第一物质散射的光的光谱产生的表观颜色与第一物质被第二光照射时产生的表观颜色相同，则使用第一光照射第一物质和使用第二光的照射将产生同素异构色。结果，第一物质看上去具有相同的颜色，而不论两个光谱中的哪个照射第一物质。当同素异构色通过使用第一光和第二光照射第一物质产生时，如果第一光和第二光从第二物质(即，具有与第一物质不同的反射率特性的第二物质)散射，则第二物质将看上去具有两种不同的颜色，颜色取决于第一光和第二光中的哪个用于照射第二物质。也就是说，当第一光和第二光从第二物质散射时，它们将不产生同素异构色。

根据本发明的方面，第一光和第二光被选择为使得对第一物质有意识地实现同色异谱，而不对第二物质实现。此外，闪烁测光法(例如，将不同量的第一光和第二光以交替的方式投射到物质上)可用于增加观察者对第一物质和第二物质的存在的敏感性。例如，在一些实施方式中，以15-20Hz的速率——观察者倾向于对颜色的差异最敏感时的速率——调制光输出是合适的。将认识到，在过程期间，有时，第一物质和第二物质将同时由第一光和第二光照射。在同时照射期间，物质之一将看上去具有恒定的颜色，而其它物质将看上去在颜色上改变，取决于它是由第一光还是第二光照射。

还将认识到，在一些实例中，当对从给定物质反射的光实现同素异构色时，一些闪烁可能由于物质的反射特性的空间变化而出现。例如，如果物质是视网膜组织，则组织的具有血管或大血流的部分可具有与组织的其它部分不同的反射率特性。然而，对于该组织的大部分，同色异谱将被实现。

例如，可通过检查对于第一物质(即，背景物质)和第二物质(即，目标物质)的反射光谱并调节第一光和/或第二光的光谱以实现从第一物质散射的光的同色异谱，来选择将在本发明的实施方式中使用的第一光和第二光的光谱。可因此得到第一光和第二光的一组光谱对，在交替地照射第一物质时光谱对导致相同的所感知的颜色并在交替地照射第二物质时导致相当大的颜色差异。

如本文使用的术语“散射”指从物质扩散地反射的光。

本发明的方面涉及一种用于照射第一生物物质和第二生物物质的照射系统，其包括：能够输出多色的第一光的第一光输出设备；能够输出多色的第二光的第二光输出设备，第一光输出设备和第二光输出设备被选择为使得(i)当第一光从第一生物物质散射时产生第一表观颜色，以及当第二光从第一生物物质散射时产生第二表观颜色，第一表观颜色和第二表观颜色基本上彼此相同，以及(ii)当第一光从第二生物物质散射时产生第三表观颜色，以及当第二光从第二生物物质散射时产生第四表观颜色，第三表观颜色和第四表观颜色基本上彼此不同；以及用于时间调制来自系统的光输出中的第一光的量和第二光的量的构件。

在一些实施方式中，第一光输出设备和第二光输出设备中的至少一个包括多色源。第一光输出设备和第二光输出设备可包括公共的多色源。

在一些实施方式中，第一光输出设备和第二光输出设备中的至少一个包括单色源。

在一些实施方式中，用于调制的构件适合于在来自系统的光输出中交替地提供第一光和第二光。在一些实施方式中，用于调制的构件适合于改变来自系统的光输出中的第一光和第二光的量，使得第一光和第二光被同时输出。

用于调制的构件可包括用于交替地定位第一滤光器和第二滤光器以形成第一光和第二光的机电组件。用于调制的构件可包括用于交替地使第一滤光器和第二滤光器能够形成第一光和第二光的电气组件。第一光输出设备可包括第一源，而第二光输出设备可包括第二源，且用于调制的构件可包括用于改变来自第一源的输出和来自第二源的输出以改变第一光和第二光的电气组件。

在一些实施方式中，第一光输出设备和第二光输出设备中的至少一个包括至少两个LED。

本发明的另一方面涉及用于照射第一生物物质和第二生物物质的方法，其包括：将A)经调制的多色的第一光和B)经调制的多色的第二光输出到第一生物物质和第二生物物质两者上，(i)第一光的由第一生物物质的散射产生第一表观颜色，以及第二光的由第一生物物质的散射产生第二表观颜色，第一表观颜色和第二表观颜色基本上彼此相同，以及(ii)第一光的由第二生物物质的散射产生第三表观颜色，以及第二光的由第二生物物质的散射产生第四表观颜色，第三表观颜色和第四表观颜色基本上彼此不同。

该方法可包括使用多色源产生第一光和第二光中的至少一个。产生的步骤可包括使用多色源来产生第一光和第二光。

该方法可包括使用单色源产生第一光和第二光中的至少一个。

输出的步骤可包括将第一光和第二光交替地输出到第一生物物质和第二生物物质两者上。输出的步骤可包括调制第一光的量和第二光的量，使得第一光和第二光同时投射到第一生物物质和第二生物物质两者上。

输出的步骤可包括在来自源的光中交替地定位第一滤光器和第二滤光器以形成第一光和第二光。

输出的步骤可包括使用电气组件来使第一滤光器和第二滤光器能够形成第一光和第二光。

输出的步骤包括改变来自第一源的光输出的量和来自第二源的光输出的量。

附图说明

将参考附图作为例子描述本发明的例证性非限制性实施方式，其中相同的参考数字用于表示不同图中的相同或相似的部件，且其中：

图1A是根据本发明的方面的用于照射物质的照射系统的方框图；

图1B和1C是示出光L₁和光L₂的振幅的调制的光信号的图形表示；

图2是根据本发明的方面的用于照射物质的照射系统的实施方式的例子的示意图；

图3是根据本发明的方面的用于时间调制在用于照射物质的照射系统中使用的光输出的构件的例子的示意图；以及

图4-6是根据本发明的方面的光输出设备和用于时间调制在用于照射物质的照射系统中使用的光输出的构件的例子的示意图。

具体实施方式

图1A是用于照射第一物质S₁和第二物质S₂的照射系统100的方框图。照射系统包括用于产生第一多色光L₁的第一光输出设备110、用于产生第二多色光L₂的第二光输出设备120以及用于时间调制来自系统100的光输出中的第一光L₁的量和第二光L₂的量的构件。

第一光输出设备110能够产生至少包括第一波长的光和第二波长的光的第一光L₁。将认识到，第一光L₁在它从第一生物物质S₁散射之后产生第一表观颜色以及在它从第二生物物质S₂散射之后产生第二表观颜色。

例如，第一光输出设备可包括多色源，或第一光输出设备可包括两个或多个光源，每个光源提供与另一个不同的颜色分量。在具有两个或多个源的实施方式中，两个或多个源的输出被组合以产生具有多色光谱的第一光；且每个源可以是单色的或多色的。例如，在包括单色源的实施方式中，第一光输出设备可包括两个或多个LED，每个LED提供不同颜色的光，或输出设备可包括两个或多个激光器，每个激光器提供不同颜色的光。例如，在包括可被滤光或未滤光的多色源的实施方式中，第一光输出设备可包括一个或多个气体弧光灯或白炽灯。

第二光输出设备120能够产生第二光L₂。第二光输出设备120可以用任何方式配置为如上面参考第一光输出设备110阐述的，假定如本文阐述的第一光和第二光的条件被满足。

将认识到，虽然上述实施方式被描述为形成来自不同源的第一光和第二光，但是第一光和第二光可通过对单个多色源的光谱的部分进行选择性滤光来得到。

第一光输出设备110和第二光输出设备120被选择成使得(i)当第一光L₁从第一物质S₁散射并被眼睛E观察到时产生第一表观颜色，以及当第二光L₂从第一物质S₁散射并被眼睛E观察到时产生第二表观颜色，第一表观颜色和第二表观颜色实质上彼此相同。

此外，第一光输出设备110和第二光输出设备120被选择成使得(ii)当第一光L₁从第二物质S₂散射时产生第三表观颜色，以及当第二光L₂从第二物质S₂散射时产生第四表观颜色，第三表观颜色和第四表观颜色实质上彼此不同。将认识到，第二物质S₂在被第一光L₁照射时将看上去具有第一颜色，而在被第二光L₂照射时将看上去具有第二颜色；而第一物质S₁将看上去具有相同的颜色，而不论第一物质是被第一光L₁还是被第二光L₂照射。第一表观颜色和第二表观颜色将具有彼此相同的色调(例如，红色、黄色、绿色、蓝色或其中间色)。当物质由第一光和第二光交替地照射时，第一表观颜色和第二表观颜色具有相同或非常相似的值和饱和度，使得观察者将物质看作不变的颜色，也是有利的。典型地，第三表观颜色和第四表观颜色将具有彼此不同的色调。然而，第三表观颜色和第四表观颜色可具有彼此相同的色调，假定它们具有实质上不同的值和/或饱和度，使得当物质被第一光和第二光交替地照射时颜色对比度是可见的。

用于时间调制来自系统100的光输出中的第一光L₁和第二光L₂的量的构件130改变输出中的第一光L₁和第二光L₂的相对量。典型地，L₁和L₂的峰值量将出现在不同的时间。例如，L₁和L₂可以是异相(例如，相差180度)的周期性信号。

构件130可以以多种方式实现。例如，构件130可实现为将第一光L₁和第二光L₂交替地引导到系统100的输出中的机械可移动部件。可选地，构件改变输出中的第一光L₁和第二光L₂的量。构件可包括一个或多个光学组件，例如镜或折射元件。例如，光学组件可以是可旋转镜、数字镜或声光组件。

如上所示，在一些实施方式中，第一光和第二光通过对单个宽带源滤光而形成。在这样的实施方式中，第一光输出设备包括宽带源和第一滤光器，而第二光输出设备包括宽带光源，其可以是未滤光的或可被第二滤光器滤光。

将认识到，在这样的实施方式中，通过交替地对来自宽带源的光滤光，可以形成如上所述的第一光和第二光。还将认识到，在一些这样的实施方式中，用于时间调制光输出的构件由用于交替地定位第一滤光器和可选的第二滤光器的机电组件(即，非光学组件)组成，第一滤光器和第二滤光器分别是第一光输出设备和第二光输出设备的部件。例如，第一滤光器和第二滤光器可位于滤光器轮上，滤光器轮使来自源的光交替地由第一滤光器和第二滤光器滤光。

在滤光器材料可电气地改变或由其它刺激物改变以提供不同的滤光特性的其它这样的实施方式中，用于时间调制光输出的构件130由用于交替地提供或实现第一滤光器和第二滤光器的电气或其它非机械组件组成。如上所示，第一滤光器和第二滤光器分别是第一光输出设备和第二光输出设备的部件。

在另一些其它这样的实施方式中，分别提供第一光和第二光的两个光源每个在有或没有滤光的情况下被调制。用于时间调制系统100的光输出的构件由用于调制(例如，交替地启动)第一光源和第二光源的电气设备组成。在任何给定的实施方式中，构件130可包括一个或多个光学、机械、电气或其它组件。

通过在观察第一物质S₁的同时添加到光L₁和/或L₂的光谱或从L₁和/或L₂的光谱减去并调节分量直到第一物质S₁在由第一光L₁或第二L₂照射时看上去具有相同的颜色，来实验性地选择第一光L₁和第二光L₂的波长分量。当然，将认识到，第一光和第二光的光谱必须彼此不同。此外，取决于第二物质是被第一光L₁还是被第二光L₂照射，第二物质S₂必须看上去具有不同的颜色。还将认识到，假定物质S₁和S₂的组分不同，则在已经选择第一光L₁和第二光L₂的光谱分量之后，使得第一物质S₁看上去具有相同的颜色，而不考虑哪个光用于照射第一物质，在大部分情况下，取决于第二物质是被第一光L₁还是被第二光L₂照射，第二物质S₂必须看上去具有不同的颜色并不重要。

可选地，第一光L₁和第二光L₂的波长分量可被计算或被计算来实现用于实验选择的起始点。可使用常规颜色再现技术，例如在Dr.R.W.G.Hunt的“Measuring Colour”(第三版，Fountain Press，ISBN 0 86343 387 1)中描述的技术来实现该计算，该文献的内容通过引用被并入。例如，将认识到，确定第一光L₁和第二光L₂在从物质散射时的光输出的计算一般包括使对于物质的反射率曲线(例如，视网膜组织的反射率曲线)乘以光L₁的光谱以实现第一结果并使对物质的反射率曲线乘以光L₂的光谱以实现第二结果。可随后对于结果之一或两者选择增益以便于针对第一和第二输出实现相同或相似的光振幅。将认识到，增益将一般被选择成使得当物质在被L₁和L₂交替地照射时由系统的用户观看到时，光振幅(除了反射的颜色以外)不引起光强度的相当大的闪烁。在应用增益之后，所得到的光谱可乘以颜色匹配函数，并归一化。

物质S₁、S₂可以是生物的或非生物的。生物物质可以人类或非人类的。生物物质可来自人体的任何内部或外部部分。例如，生物物质可以是眼物质。例如，第一物质可以是视网膜组织，而第二物质可以是玻璃体液。生物物质中的任一种可以是组织或非组织。

第一光输出设备110和第二光输出设备120可直接照射第一物质S₁和/或第二物质S₂，或可通过一个或多个光学元件，例如光纤引导。

图1B和1C是示出光L₁和光L₂的调制的周期性光振幅信号的图形表示。曲线指示作为时间的函数的光振幅(例如，强度)。在图1B中，光L₁和光L₂的信号是方波，其中光L₁和光L₂在系统100的输出中被交替地提供。也就是说，光L₁和光L₂中的每个完全开启和完全关闭，且信号彼此异相(例如异相180度)。在图1C中，系统输出中的光的量改变；然而，光L₁和光L₂都不在照射时间段t内完全关闭。将认识到，在这样的配置中，闪烁的量可被设定到可见的然而不是令人不快的量。还将认识到，非方波信号(例如正弦波)可用于控制用户所观察到的闪烁的量。

图2是根据本发明的方面的用于照射物质的照射系统的实施方式的例子的示意图。在所示实施方式中，第一光输出设备220a包括宽带光源210和滤光器240a，而第二光输出设备220b包括宽带光源210和滤光器240b。如所示，设备220a和220b可包括一个或多个准直光学器件230a和230b以及一个或多个转向光学器件(例如，镜250)。用于时间调制光输出的构件225包括数字镜260和用于选择性地将来自输出设备220a的光和来自输出设备220b的光引导到输出路径O中的适当的控制构件262。可选地，输出路径可包括光纤280和用于将光输送到物质的相应的聚焦光学器件270。例如，在光被输送到人体内部例如眼睛中的情况下，光纤是合乎需要的。图3示出用于时间调制来自系统100的光输出中的第一光L₁和第二光L₂的量的构件325的例子。构件325包括通过驱动机构312绕着轴A可旋转的常规平面镜310。构件325可代替图2的系统中的构件225，并选择性地将来自输出设备220a的光和来自输出设备220b的光引导到输出路径O中。

图4是根据本发明的方面的光输出设备420a、420b和用于时间调制在用于照射物质的照射系统中使用的光输出的构件425的示意图。在所示实施方式中，第一光输出设备420a包括第一宽带源422a和第一滤光器424a用于产生第一光；而第二光输出设备420b包括第二宽带源422b和第二滤光器424b用于产生第二光。用于时间调制光输出O的构件425包括不透明快门426和用于在第一位置X和第二位置X’之间移动快门的驱动器428，其中它交替地阻挡来自光输出设备420a、420b之一的光，并允许光进入来自另一光输出设备420a和420b的输出O。在一些实施方式中，为了实现如图1B或1C所示的光L₁和L₂的信号，快门426可以补水完全不透明的，或快门426可配置成当在位置X上时不完全阻挡来自设备420a的光，且当在位置X上时不完全阻挡来自设备420b的光。

图5是根据本发明的方面的光输出设备520a、520b和用于时间调制在用于照射物质的照射系统中使用的光输出的构件525的示意图。在所示实施方式中，第一光输出设备520a包括宽带源522和第一滤光器524a用于产生第一光；而第二光输出设备520b包括宽带源522和第二滤光器524b用于产生第二光。用于时间调制光输出O的构件525包括可旋转结构，用于交替地将第一滤光器524a和第二滤光器524b定位在源522和用于旋转该结构的驱动器528前方，使得来自源522的光在进入输出O之前由第一滤光器器524a和第二滤光器524b交替地滤光。输出O可包括用于将光输送到物质的一个或多个光学器件(例如，光纤、转向光学器件或聚焦器件)。

图6是根据本发明的方面的光输出设备620a、620b和用于调制在用于照射物质的照射系统中使用的光输出O中的第一光L₁和第二光L₂的量的构件625的示意图。在所示实施方式中，用于产生多色光L₁的第一光输出设备620a包括第一多个多色源622a用于产生第一光L₁；而用于产生多色光L₂的第二光输出设备620b包括第二多个多色源622b用于产生第二光L₂。例如，源622a和/或源622b可包括两个或多个LED。用于调制在光输出O中的第一光L₁和第二光L₂的量的构件625包括用于调制设备620a和设备620b的电子驱动器。设备620a和620b可包括一个或多个滤光器。输出O可包括用于将光输送到物质的一个或多个光学器件(例如，光纤、转向光学器件或聚焦器件)。

在这样描述了创造性概念和多个示例性实施方式之后，对本领域的技术人员将明显的，可以用各种方式实现本发明，以及将容易想到修改和改进。因此，实施方式并不意欲是限制性的，且仅作为例子被提供。本发明仅如下面的权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于照射第一生物物质和第二生物物质的照射系统，包括：

第一光输出设备，其能够输出多色的第一光；

第二光输出设备，其能够输出多色的第二光，所述第一光输出设备和所述第二光输出设备被选择为使得(i)当所述第一光从所述第一生物物质散射时，产生第一表观颜色，以及当所述第二光从所述第一生物物质散射时，产生第二表观颜色，所述第一表观颜色和所述第二表观颜色彼此相同，以及(ii)当所述第一光从所述第二生物物质散射时，产生第三表观颜色，以及当所述第二光从所述第二生物物质散射时，产生第四表观颜色，所述第三表观颜色和所述第四表观颜色彼此不同；以及

用于时间调制来自所述系统的光输出中的所述第一光的量和所述第二光的量的构件。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一光输出设备和所述第二光输出设备中的至少之一包括多色源。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一光输出设备和所述第二光输出设备包括公共的多色源。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一光输出设备和所述第二光输出设备中的至少之一包括单色源。

5.如权利要求1所述的系统，其中，用于调制的所述构件适合于在来自所述系统的所述光输出中交替地提供所述第一光和所述第二光。

6.如权利要求1所述的系统，其中，用于调制的所述构件适合于改变来自所述系统的所述光输出中的所述第一光和所述第二光的量，使得所述第一光和所述第二光被同时输出。

7.如权利要求1所述的系统，其中，用于调制的构件包括用于交替地定位第一滤光器和第二滤光器以形成所述第一光和所述第二光的机电组件。

8.如权利要求1所述的系统，其中，用于调制的构件包括用于交替地使第一滤光器和第二滤光器能够形成所述第一光和所述第二光的电气组件。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一光输出设备包括第一源，而所述第二光输出设备包括第二源，且其中用于调制的所述构件包括用于改变来自第一源的输出和来自第二源的输出以改变所述第一光和所述第二光的电气组件。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一光输出设备和所述第二光输出设备中的至少之一包括至少两个LED。

11.一种照射第一生物物质和第二生物物质的方法，包括：

将A)经调制的多色的第一光和B)经调制的多色的第二光输出到所述第一生物物质和所述第二生物物质两者上，

(i)所述第一光的由所述第一生物物质的散射引起第一表观颜色，以及所述第二光的由所述第一生物物质的散射引起第二表观颜色，所述第一表观颜色和所述第二表观颜色彼此相同，以及

(ii)所述第一光的由所述第二生物物质的散射引起第三表观颜色，以及所述第二光的由所述第二生物物质的散射引起第四表观颜色，所述第三表观颜色和所述第四表观颜色彼此不同，

其中，输出的步骤包括将所述第一光和所述第二光交替地输出到所述第一生物物质和所述第二生物物质两者上。

12.如权利要求11所述的方法，还包括使用多色源产生所述第一光和所述第二光中的至少之一。

13.如权利要求12所述的方法，其中，产生的步骤包括使用所述多色源来产生所述第一光和所述第二光。

14.如权利要求11所述的方法，还包括由包括单色源的两个或多个源来产生所述第一光和所述第二光中的至少之一。

15.如权利要求11所述的方法，其中，输出的步骤包括在来自源的光中交替地定位第一滤光器和第二滤光器以形成所述第一光和所述第二光。

16.如权利要求11所述的方法，其中，输出的步骤包括使用电气组件来使第一滤光器和第二滤光器能够形成所述第一光和所述第二光。

17.如权利要求11所述的方法，其中，输出的步骤包括改变来自第一源的光输出的量和来自第二源的光输出的量。

18.一种照射第一生物物质和第二生物物质的方法，包括：

其中，输出的步骤包括调制所述第一光的量和所述第二光的量，使得所述第一光和所述第二光同时投射到所述第一生物物质和所述第二生物物质两者上。