CN107924102A - 用于眼镜镜片的有源滤光片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种与眼镜镜片相适配的有源滤光片，所述有源滤光片被配置成用于过滤在至少一个预定波长范围上的光辐射，其中，所述滤光片的过滤功能的半峰全宽小于或等于100nm。

Description

用于眼镜镜片的有源滤光片
技术领域
本发明涉及一种用于眼镜镜片的有源滤光片，所述有源滤光片被配置成用于过滤在预定波长范围上的光学光辐射。
背景技术
在生活中，个人的眼睛累积地暴露于有害光线(UV、蓝光)下。太阳镜片保护眼睛免受自然光的有害影响，但长时间配戴可能会特别影响昼夜节律的最佳调节。此外，太阳镜不会在户外系统地配戴，特别是在冬季、秋季和春季，并且因而在那段时间期间不提供光保护。
除了太阳镜之外，需要提供滤光片，所述滤光片最大程度地过滤可能有害的波长，同时(i)确保了昼夜节律的适当调节，(ii)保持视觉舒适度，特别地是用于颜色辨别和暗视觉，以及(iii)针对任何用户概况和针对永久配戴提供可接受的美感。
现有的无源滤光片可以部分地调制眼睛接收到的光谱。所有这些解决方案都有缺点：
首先，残余颜色(由于在可见光范围内的过滤)是恒定的，并且对于强过滤水平和/或广泛的剔除光谱范围可能是非常显眼的。例如，在高度蓝紫光过滤的情况下，残余颜色是黄色，并且可能显著降低滤光镜片的美感，从而使配戴者不那么舒适。
其次，滤光片是无源的，光谱过滤功能不能在最适当的时间被激活。为了方便昼夜节律的光同步，仅在有限的时间段内、在特定小时、根据用户概括(轮班工人、青少年...)需要进行过滤。
因此，本发明的目的是提供一种不存在以上确认的缺点的滤光片。
特别是在任何光波长范围(UV、可见光、IR...)内都需要有源的且选择性的带阻滤光片。
发明内容
为此，本发明提出了一种与眼镜镜片相适配的有源滤光片，所述有源滤光片被配置成用于过滤在至少一个预定波长范围上的光辐射，其中，所述滤光片的过滤功能的半峰全宽小于或等于100nm。
有利地，根据本发明的装置仅允许在需要时或建议时过滤一个或多个波长带。当过滤功能未被激活时，所述装置不会呈现出任何讨厌的残余颜色。
当然可以将几个这种类型的装置添加到眼镜镜片上，每个装置都可以独立激活。并联的两个装置可以例如组合以在两个不同的波长带提供带阻效应。
根据可以单独或组合地考虑的进一步实施例：
-所述过滤功能的中心波长大于或等于400nm且小于或等于500nm；和/或
-所述过滤功能的中心波长大于或等于410nm且小于或等于460nm；和/或
-所述有源滤光片被配置成用于过滤在至少一个第二预定波长范围上的光辐射，其中，所述滤光片的过滤功能的半峰全宽小于或等于100nm；和/或
-所述有源滤光片被进一步配置成用于使得所述过滤功能的中心波长在第一值至第二值之间移位，例如在540nm至590nm的范围内；和/或
-所述有源滤光片被进一步配置成用于使得所述过滤功能在第一波长范围至第二波长范围之间移位。
-所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料；以及至少两个透明电极，选择所述透明材料使得在所述预定波长范围上所述透明材料的至少一个光学特性在使用所述至少两个透明电极于所述透明支撑件之间施加电场时发生变化；和/或
-所述透明材料的在施加电场时发生变化的光学特性是在所述预定波长范围上的反射率和吸收性之一；和/或
-所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料；以及至少两透明电极，所述单元在所述透明支撑件的内表面之一上进一步至少包括第一全息光栅，所述第一全息光栅被配置成用于反射在所述预定波长范围内的、预定入射角的光辐射，
其中，在使用所述至少两个透明电极于所述透明支撑件之间施加电场时，所述透明材料的折射率从第一值变化到第二值，所述第一值基本上等于所述全息光栅所用材料的折射率，所述第二值不同于所述第一全息光栅所用材料的折射率；和/或
-所述透明材料包括液晶材料配制剂，所述液晶材料配制剂的折射率在施加电场时发生变化；和/或
-所述单元在所述透明支撑件的与包括所述第一全息光栅的所述内表面相对的内表面上进一步包括第二全息光栅，所述第二全息光栅被配置成用于反射在与所述第一全息光栅的波长范围不同的波长范围内的光辐射；和/或
-所述单元在所述透明支撑件的与包括所述第一全息光栅的所述内表面相对的内表面上进一步包括第二全息光栅，所述第二全息光栅由具有的折射率与所述第一全息光栅所用材料的折射率不同的材料制成；和/或
-所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明液晶配制剂；以及至少两个透明电极，所述透明液晶配制剂具有胆甾相，所述胆甾相在待过滤的所述预定光波长范围内具有一定螺距，通过所述液晶配制剂中的手性掺杂剂的量、其螺旋扭曲力、以及使用所述至少两个透明电极的在所述透明支撑件之间的电场来控制所述胆甾相的螺距；和/或
-所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明液晶配制剂；以及至少两个透明电极，所述透明液晶配制剂处于蓝相结构，所述蓝相结构待过滤的所述波长范围内具有一定立方体网格大小，通过现有技术中已知的方法使所述蓝相结构在有效温度范围内稳定，通过使用所述至少两个透明电极的在所述透明支撑件之间的电场来控制所述蓝相的立方体网格；和/或
-所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料；以及至少两个透明电极，所述透明材料至少包括液晶矩阵和至少一种二色性染料，所述液晶矩阵的取向在施加电场时发生变化，所述二色性染料待过滤的所述预定波长范围内具有其吸收范围；和/或
-所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料；以及至少两个透明电极，所述透明材料包括具有至少两种染料的透明电解质，所述染料的颜色随其氧化态而变化。
本发明进一步涉及一副眼镜，所述眼镜至少包括安装在眼镜架上的一副眼镜镜片，其中，所述眼镜镜片中的至少一个包括根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片。
根据进一步的方面，本发明本还涉及一种控制根据本发明的有源滤光片的方法。
本发明进一步涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，所述指令是处理器可访问的、并且在由所述处理器执行时致使所述处理器实施根据本发明的方法的步骤。
本发明还涉及一种其上记录有程序的计算机可读存储介质；其中，所述程序使计算机执行本发明的方法。
本发明进一步涉及一种包括处理器的装置，所述处理器被适配用于存储一个或多个指令序列并且实施根据本发明的方法。
如从以下讨论中明显的是，除非另有具体规定，否则应认识到，贯穿本说明书，使用如“运算”、“计算”、或类似术语的讨论是指计算机或计算系统或类似的电子计算设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程对在所述计算系统的寄存器和/或存储器内表现为物理(如电子)量的数据进行操纵和/或将其转换成在所述计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置内类似地表现为物理量的其他数据。
本发明的实施例可以包括用来执行在此所述操作的设备。这些装置可以是为所期望的目的而专门构建的，或所述设备可以包括通用计算机或被储存在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的数字信号处理器(“DSP”)。这种计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，如但不限于任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁性或光学卡，或任何其他类型的适合于存储电子指令并且能够联接到计算机系统总线上的介质。这种计算机可读存储介质可以嵌入根据本发明的一副眼镜中。
附图说明
现将仅以举例方式并且参考以下附图对本发明的实施例进行描述，在附图中：
-图1是根据本发明的有源滤光片的透射图形的实例；
-图2展示了根据本发明的有源滤光片；并且
-图3a至图6b表示根据本发明的不同实施例的有源滤光片。
具体实施方式
本发明涉及一种与眼镜镜片(例如眼科镜片)适配的有源滤光片。有源滤光片被配置成用于过滤至少一个预定波长范围上的光辐射。滤光片的过滤功能的半峰全宽小于或等于100nm。
图1是根据本发明的有源滤光片在被激活时的透射图形的实例的示意性表示。
如图1所展示的，根据本发明的有源滤光片具有至少包括第一、第二和第三区Z1、Z2、Z3的透射图形。
在图1的实例中，第一区Z1从400nm(例如400nm)延伸至在第一区Z1与第二区Z2之间的第一极限L1。
第三区Z3从第二区Z2与第三区Z3之间的第二极限L2延伸至780nm，例如700nm。
在每个区Z1、Z2、Z3内的平均透射率值T1、T2、T3如下：
T2<(T1+T3)/2，其中
-T1是在第一区Z1内的平均透射率，
-T2是在第二区Z2内的平均透射率，
-T3是在第三区Z3内的平均透射率，
-T1和T3大于或等于80％，并且
-T2小于或等于60％。
在本发明的意义上，区内的“平均透射率”对应于光学系统在对应的波长范围上透射的光的百分比的平均值。
换言之，第一区内的80％的平均透射率对应于在400nm与L1之间的入射光的80％透射穿过光学系统。
根据优选实施例，第二区Z2内的平均透射率T2优选地小于或等于40％，最优选地小于或等于20％。
根据本发明的滤光片的过滤功能的半峰全宽Δλ小于或等于100nm。有利地，滤光片可以用于阻止窄带光。
为了减少蓝光引起的对于视网膜的风险，根据本发明的滤光片可以适于具有在415nm与455nm之间延伸的第二区Z2。
根据本发明的有源滤光片可以被配置成用于过滤在465nm与495nm之间的绿蓝光，以便昼夜节律钟主动同步。这样的实施例对于患有睡眠相关障碍(比如失眠、时差反应、DSPS、ASPS gold)的使用者或对于轮班工人是特别有利的。
在一个实施例中，有源滤光片被进一步配置成用于使得过滤功能在第一波长范围至第二波长范围之间移位。
在一个实例中，有源滤光片被配置成用于使过滤功能在415nm-460nm的范围至465nm-495nm的范围之间移位。
在另一个实例中，有源滤光片被配置成用于使过滤功能在包含在540nm至590nm的范围内的两个波长范围之间移位。
有源滤光片可以进一步被配置成用于过滤在560nm与600nm之间的光辐射，以便治疗或预防光诱发的癫痫发作。
有源滤光片还可以被配置成用于在IR范围内进行过滤，以便可能减少干眼症效应。
有源滤光片还可以被配置成用于对在540nm与590nm之间、优选地过滤在560nm与580nm之间的光辐射，其中长波长视锥细胞(L视锥细胞)和中波长视锥细胞(M视锥细胞)在小细胞色彩视网膜通路中交叉。过滤功能可以显著减少在绿色范围与红色范围之间的颜色混淆，从而使颜色更饱和或更纯。
根据色盲类型和严重程度，通过部分地或全部滤虑掉以视锥感光细胞的灵敏度最大值之一为中心的光谱带，有源滤光片可以有利地用于色盲患者。对于较强的红绿无能轴，适配的过滤轮廓能够消除处于大约520-530nm的波长，即M视锥细胞(或绿色视锥细胞)的最大灵敏度。这种过滤应答可能引起色盲患者的对比度差异，从而使得有可能区分所看到的场景内的红色和绿色的空间分布。根据绿色vs红色的空间分布，通过前置传感器(如相机)，可以激活过滤功能，以便对场景进行完整的空间和光谱分析。
根据一个实施例，所述有源滤光片被进一步配置成用于允许所述过滤功能的中心波长在第一值至第二值之间、例如在540nm至590nm的范围内。
根据使用者及其活动调整中心波长允许使混淆的颜色区域最小化(即，在M视锥细胞和L视锥感光细胞的交叉处切割)。
例如，有源滤光片的使用者可以通过在有源滤光片的至少两个电极之间的电场的作用来操作过滤功能的中心波长的移位。
在以下实施例中，通过在聚合物稳定装置上施加电场可以使蓝相的反射颜色切换到另一种颜色。通过与蓝相的局部介电各向异性相互作用，适度的电场可以可逆地引起滤光片的剔除颜色的红移。
尽管在图1中有源滤光片被展示为只过滤掉一种波长范围，但是本发明的有源滤光片并不限于一种过滤光谱范围。
根据本发明的一个实施例，所述滤光片被配置成用于过滤在至少一个第二预定波长范围上的光辐射，其中，所述滤光片的过滤功能的半峰全宽小于或等于100nm。
如图2所展示的，根据本发明的有源滤光片10可以包括至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件14和16之间包括透明材料12。
在此实施例中，透明材料12本身可以具有如图1所表示的透射图形。
透明支撑件14、16中的至少一者(例如所述透明支撑件两者)包括至少一个透明电极，选择所述透明材料使得在所述预定波长范围上所述透明材料的至少一个光学特性在使用所述至少一个透明电极于所述透明支撑件之间施加电场时发生变化。
所述透明材料的在施加电场时发生变化的光学特性可以是在所述预定波长带宽上的反射率和吸收性之一。
实现根据本发明的有源滤光片的解决方案是使表面全息图的折射率与液晶配制剂相匹配或不匹配。
液晶在配制剂中的取向在施加电场时发生变化，并且因此透过滤光片的光看到的折射率发生变化。
如图3所展示的，所述单元在透明支撑件的内表面之一上至少包括第一全息光栅20。第一全息光栅20被配置成用于反射在预定波长范围内的光辐射。
在使用所述至少一个透明电极于所述透明支撑件之间施加电场时，所述透明材料的折射率从第一值变化到第二值，所述第一值基本上等于所述全息光栅所用材料的折射率，所述第二值不同于所述第一全息光栅所用材料的折射率。
当液晶配制剂的折射率(如通过穿过滤光片的光所看到的)等于全息光栅所用材料的折射率时，滤光片的反射效应“消失”。换言之，即使在待过滤的预定波长范围上，所述单元也基本上是透明的。
当液晶配制剂的折射率(如通过穿过滤光片的光所看到的)不同于全息光栅所用材料的折射率时，对于预定波长范围，全息光栅20的反射效应“出现”。
因此，通过控制单元中包含的液晶配制剂的取向和因此控制其光折射率，可以控制所述单元的过滤特性。使用全息光栅20作为反射元件提供了过滤功能的半峰全宽，例如过滤功能的半峰全宽可以是约20nm。
根据另一个实施例，所述单元在所述透明支撑件的与包括所述第一全息光栅的内表面相对的内表面上可以进一步包括第二全息光栅，所述第二全息光栅被配置成用于反射在与所述第一全息光栅的波长范围相同或不同的波长范围内的光辐射。
有利地，这种配置允许具有可以过滤在两个不同的带宽上的光辐射的双带阻滤光片。
为了能够交替地过滤两个不同的带宽，第二全息光栅可以由具有的折射率与第一全息光栅所用材料的折射率不同的材料制成。
有利地，通过改变在两个透明支撑件之间的透明材料的折射率，滤光片可以从一个波长范围切换到另一个波长范围。
根据图4a和图4b所展示的本发明的另一个实施例，所述有源滤光片包括至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明液晶配制剂，所述透明支撑件中的至少一者包括透明电极。所述透明液晶配制剂具有胆甾相，其在待过滤的预定波长带宽内具有一定螺距，通过引入所述配制剂中的手性掺杂剂的量、和其螺旋扭曲力、以及使用所述至少一个透明电极的在所述透明支撑件之间的电场来控制所述胆甾相的螺距；
胆甾相液晶也被称为手性向列相液晶。所述液晶成层组织，在层内没有位置排序，但是导向轴随着层而变化。所述导向轴的变化在性质上趋于周期性。这种变化的周期(即完成360°完全旋转的距离)被称为螺距p。此螺距决定了被反射的光的波长(布拉格反射)。
当在两个透明支撑件之间施加电场时，液晶的取向发生变化，并且例如允许从胆甾相液晶反射期望波长的状态移动至所述液晶取向不同且不再反射、或取向相同且增加光反射的状态。
所述电极可以被配置成使得液晶的取向在眼科镜片的光学表面的期望区域中发生变化。可以使用放置在眼镜架上的光传感器来确定此区域，并且检测入射光的方向和/或波长。光传感器可以被配置成仅在给定量的所接收的光通量(比如光强度或光亮度)之上才有效。例如，对于非常小的来源的稳定注视(视角小于11mrad)，即蓝光危害的ICNIRP极限：
-对于t＝0至10000s，极限：(10mJ/cm2)/t，
-对于t>10000s，极限：1μW/cm2
对于日光，极限：1mW/cm2。
如图5所展示的，根据一个实施例，放置在两个透明支撑件之间的透明液晶配制剂可以处于蓝相结构，其在待过滤的预定波长范围内具有一定立方体网格大小。必须通过现有技术已知的方法将蓝相结构在可用温度范围内稳定。蓝相的立方体网格可以通过使用至少一个透明电极的在透明支撑件之间的电场来控制。
如图6所展示的，放置在两个透明支撑件之间的透明材料可以至少包括液晶矩阵和至少一种二色性染料，所述液晶矩阵的取向在施加电场时发生变化，所述二色性染料在待过滤的预定波长范围内具有其吸收范围。
选择二色性染料以在期望波长区域中具有吸收光谱。一旦结合在液晶矩阵中，它们提供吸收效应。
根据另一个实施例，包含在两个透明支撑件之间的透明材料可以包含具有至少两种染料的透明电解质，所述染料的颜色随其氧化态而发生变化。
这些染料可以在电流的作用下在包含盐的电解质中着色或褪色。对于此相同，使用两种染料，一种染料处于还原态，另一种染料处于氧化态。其中一种染料在两种状态下都可以是透明的，比如噻蒽，另一种染料在其一种状态下可以具有适当的光谱，例如从透明至黄色，如5,10-二氢化吩嗪。
以上已经借助于实施例描述了本发明，而并不限制总体发明构思。
对于参考了以上说明的实施例的本领域技术人员来说，还可提出很多进一步的改进和变化，所述实施例仅以举例方式给出，无意限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求决定。
在权利要求书中，词“包括”不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一个(a)或(an)”不排除多个。不同的特征在相互不同的从属权利要求中被叙述这个单纯的事实并不表示不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制本发明的范围。

Claims (17)

1.一种与眼镜镜片相适配的有源滤光片，所述有源滤光片被配置成用于过滤在至少一个预定波长范围上的光辐射，其中，所述滤光片的过滤功能的半峰全宽小于或等于100nm。
2.根据权利要求1所述的有源滤光片，其中，所述过滤功能的中心波长大于或等于400nm且小于或等于500nm。
3.根据权利要求2所述的有源滤光片，其中，所述过滤功能的中心波长大于或等于410nm且小于或等于460nm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，所述有源滤光片被配置成用于过滤在至少第二预定波长范围上的光辐射，其中，所述滤光片的过滤功能的半峰全宽小于或等于100nm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，其中，所述有源滤光片被进一步配置成允许所述过滤功能的中心波长在第一值至第二值之间、例如在540nm至590nm的范围内移位。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的有源滤光片，其中，所述有源滤光片被进一步配置成允许所述过滤功能在第一波长范围至第二波长范围之间移位。
7.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，其中，所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料；以及至少两个透明电极，选择所述透明材料使得在所述预定波长范围上所述透明材料的至少一个光学特性在使用所述至少两个透明电极于所述透明支撑件之间施加电场时发生变化。
8.根据权利要求7所述的有源滤光片，其中，所述透明材料的在施加电场时发生变化的光学特性是在所述预定波长范围上的反射率和吸收性之一。
9.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料；以及至少两个透明电极，所述单元在所述透明支撑件的内表面之一上进一步至少包括第一全息光栅，所述第一全息光栅被配置成用于反射在所述预定波长范围内的光辐射，
其中，在使用所述至少两个透明电极于所述透明支撑件之间施加电场时，所述透明材料的折射率从第一值变化到第二值，所述第一值基本上等于所述全息光栅所用材料的折射率，所述第二值不同于所述第一全息光栅所用材料的折射率。
10.根据前一项权利要求所述的有源滤光片，其中，所述透明材料包括液晶材料配制剂，所述液晶材料配制剂的折射率在施加电场时发生变化。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的有源滤光片，其中，所述单元在所述透明支撑件的与包括所述第一全息光栅的所述内表面相对的内表面上进一步包括第二全息光栅，所述第二全息光栅被配置成用于反射在与所述第一全息光栅的波长范围不同的波长范围内的光辐射。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的有源滤光片，其中，所述单元在所述透明支撑件的与包括所述第一全息光栅的所述内表面相对的内表面上进一步包括第二全息光栅，所述第二全息光栅由具有的折射率与所述第一全息光栅所用材料的折射率不同的材料制成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，其中，所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明液晶配制剂；以及至少两个透明电极，所述透明液晶配制剂具有胆甾相，所述胆甾相在待过滤的所述预定波长范围内具有一定螺距，通过使用所述至少两个透明电极在所述透明支撑件之间的电场来控制所述胆甾相的螺距。
14.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，其中，所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明液晶配制剂；以及至少两个透明电极，所述透明液晶配制剂处于蓝相结构，所述蓝相结构在待过滤的所述预定波长范围内具有一定大小的立方体网格，通过使用所述至少两个透明电极在所述透明支撑件之间的电场来控制所述蓝相的立方体网格。
15.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，其中，所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料，所述透明支撑件中的至少一者包括透明电极，所述透明材料至少包括液晶矩阵和至少一种二色性染料，所述液晶矩阵的取向在施加电场时发生变化，所述二色性染料在待过滤的所述预定待过滤波长范围内具有其吸收范围。
16.根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片，其中，所述有源滤光片包括：至少一个单元，所述单元在两个透明支撑件之间包括透明材料；以及至少两个透明电极，所述透明材料包括具有至少两种染料的透明电解质，所述染料的颜色随其氧化态而变化。
17.一副眼镜，至少包括安装在眼镜架上的一副眼镜镜片，其中，所述眼镜镜片中的至少一个包括根据前述权利要求中任一项所述的有源滤光片。
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