CN108885357B - 用于治疗生物钟紊乱和/或近视的光学系统 - Google Patents

用于治疗生物钟紊乱和/或近视的光学系统 Download PDF

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Abstract

一种具有某个光谱透射率曲线的光学系统，所述光谱透射率曲线在380nm与780nm之间具有平均透射率Ta、并且在第一极限L1与第二极限L2之间具有红光平均透射率Tr，其中Tr<2*Ta/3以及L1＝600nm并且L2＝780nm，并且所述光学系统被配置成选择性地允许眼睛视网膜暴露于可见光谱内460nm至530nm的至少一个选定波长范围的光下。

Description

用于治疗生物钟紊乱和/或近视的光学系统
技术领域
本发明涉及一种具有被适配用于激素调节和近视控制的光谱透射率曲线的光学系统。
背景技术
近视是影响全球数十亿人的非常常见的视力症状。近视导致视觉不便，但也可能对眼睛造成严重的长期后果，甚至可能导致失明。似乎对于大多数人来说，特别是对于儿童来说，眼睛的近视症状往往随着时间而加剧。
最近的研究证明，遗传因素和环境因素都促进近视的发展。
因此，减缓或阻止近视的进展是至关重要的，因为其后果的严重程度与患者达到的最终近视的严重程度有关。
近来的研究指出自然光可以帮助减缓近视的进展。特别是，据观察，户外活动减缓近视的进展。
事实上，光是将内源性节律引入日常光周期的最强有力的刺激：睡眠-觉醒周期、情绪、认知、警觉、还有激素调节，例如多巴胺产生周期……。多巴胺似乎牵涉在眼睛长度的渐变中、并且因此牵涉在近视的进展中。已显示低浓度的视网膜多巴胺与形觉剥夺性近视相关联。屈光形成与依赖于照度的多巴胺释放相关联。
然而，当个人、特别是儿童在室外度过时，他们的眼睛也会暴露在有害光(紫外光、蓝光)下。太阳镜片保护眼睛免受自然光的有害作用、但也可能降低户外活动对近视进展的益处。
因此，需要一种光学系统，所述光学系统保护眼睛免受自然光的有害波长并维持或甚至增强光刺激对近视进展和激素调节的益处。
本发明的一个目的是提供这样的光学系统。
发明内容
为此，本发明提出了一种具有某个光谱透射率曲线的光学系统，所述光谱透射率曲线在380nm与780nm之间具有平均透射率Ta、并且在第一极限L1与第二极限L2之间具有红光平均透射率Tr，其中Tr<2*Ta/3并且L1＝600nm并且L2＝780nm，并且所述光学系统被配置成允许眼睛视网膜暴露于可见光谱内460nm至530nm的至少一个选定波长范围的光下。
有利地，本发明的光学系统组合了用于光管理的两种光学方法：红光过滤以及蓝绿光暴露(通过发射/透射)。本发明的光学系统可以用于最小化或防止进行性近视、同时优化光诱导性激素调节。
实际上，根据本发明的光学系统组合了以下两者的作用：
-在选定波长范围内的光暴露(发射/透射)，以实现激素调节，尤其是牵涉在眼睛长度中的多巴胺的调节，以及
-在另一个特定波长范围上的选择性光过滤，以应对怀疑参与在近视中的色效应。
根据可以单独或组合地考虑的进一步实施例：
-所述光学系统被配置成用于选择性地发射可见光谱内在460nm至530nm的至少一个选定光波长范围内的光
-L2＝650nm；和/或
-Tr<Ta/5；和/或
-L2＝700nm并且Tr<Ta/2；和/或
-所述光谱透射率曲线在第三极限L3与第四极限L4之间具有蓝光平均透射率Tb，其中Tb<2Ta/3，例如Tb<Ta/5，其中L3＝380nm且L4＝455nm；和/或
-Tr基本上等于Tb；和/或
-所述光学系统被配置用于太阳防护；
-在380nm与780nm之间，平均透射率Ta大于或等于50％；和/或
-所述至少一个选定光波长范围是以在范围480nm至510nm内的某个波长为中心，其带宽在从20nm至70nm的范围内；和/或
-所述光学系统进一步至少包括发射在所述至少一个选定光波长范围内的光的发光剂；和/或
-所述滤光片被配置成用于选择性地以大于或等于30％并且优选地大于95％、且更优选地等于100％的发射率来发射在所述至少一个选定光波长范围内的光；和/或
-所述发光剂是分别通过磷光和荧光发射在所述至少一个选定光波长范围内的光的磷光材料或荧光材料；和/或
-所述荧光材料是荧光分子，所述荧光分子吸收光谱的在380nm与455nm之间的能量并且重新发射在所述选定光波长范围内的光；和/或
-所述荧光材料是荧光分子，所述荧光分子吸收光谱的在UV部分内的能量并且重新发射在所述选定光波长范围内的光；和/或
-所述荧光材料包括荧光纳米颗粒，诸如量子点；和/或
-所述光学系统被配置成用于选择性地并且大幅度地反射到达所述光学系统的正面上的在L1与L2和/或L3与L4之间的光；和/或
-所述光学系统包括干涉滤光片；和/或
-所述光学系统包括光子晶体滤光片；和/或
-所述光学系统进一步包括：
o发光源，
o光波导，所述光波导被适配成用于收集从所述发光源发射的光并且用于在配戴者戴着所述光学系统时将所收集的光引导到所述配戴者的眼睛，
o控制器设备，所述控制器设备被适配成用于控制所述发光源发射的发射光谱和/或辐射率和/或光级，以便选择性地发射在所述选定波长范围内的光；和/或
-所述光学系统进一步包括被适配成用于检测环境光的光级和/或光谱的光学传感器，并且其中，所述控制器设备被配置成用于至少基于所检测到的所述环境光的光级和/或辐射率和/或光谱来控制所述发光源；和/或
-所述控制器设备被适配成用于基于以下各项中的至少一项来控制所述发光源：
o一天中的时间，
o所述光学系统的地理位置，
o与以下各项相关的配戴者数据：配戴者的年龄、和/或配戴者的生物钟、和/或配戴者的活动、和/或配戴者的眼病、和/或配戴者的生理障碍类型；和/或
-所述控制器设备被配置成用于提供梯度辐照度；和/或
-所述控制器设备被配置成用于提供经空间调制的辐照度；和/或
-所述光学系统进一步包括被适配成用于检测所述配戴者的眼睛的位置和/或运动的眼睛跟踪设备，并且其中，所述控制器设备被配置成用于至少基于所述配戴者的眼睛的所检测到的位置和/或运动来控制所述发光源；和/或
-所述光波导包括折射光学器件，例如反射镜、合成棱镜、半反射瞄准器、导光光学元件；和/或
-所述光波导包括衍射光学器件，例如嵌入式光栅和/或全息光学元件；和/或
-所述光波导包括傅里叶光学器件；和/或
-所述光波导包括多路复用分束器；和/或
-所述发光源包括一个或若干个彩色LED，例如蓝绿色LED；和/或
-所述控制器设备被配置成用于提供时间生物学调节或同步和/或情感障碍调节和/或近视预防和/或减轻和/或癫痫缓解治疗，其方式为控制所述发光源以特定的空间和时间模式提供在460nm与530nm之间的发射；和/或
-所述光学系统进一步包括安装在眼镜架中的光学镜片。
本发明进一步涉及使用根据本发明的光学系统来治疗生物钟紊乱和/或近视。
如在此使用的，术语“光学镜片”包括眼科镜片和半成品镜片等光学镜片。眼科镜片是指与眼镜架相适配以保护眼睛和/或矫正视力的镜片。眼科镜片可以是矫正和非矫正镜片、还以及护目镜、眼罩和旨在戴在双眼前方的其他视觉装置。如在此使用的，“光学基材”应理解为是指未涂覆的基材，通常在成品眼科镜片中具有对应于其正面和后面的两个主面。本体特别是由光学透明材料制成的，一般选自眼科工业中使用的眼科等级的透明材料，且被成形为光学装置的形状。
光学透明材料可以是矿物或有机玻璃。有机玻璃的实例是由热塑性或热固性树脂制成的那些。如果透明材料是由热塑性塑料制成的有机玻璃，热塑性塑料可以选自以下各项组成的组：聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚((甲基)丙烯酸甲基酯)、三乙酸纤维素、以及它们的共聚物。如果透明材料是由热固性树脂制成的有机玻璃，热固性树脂可以选自以下各项组成的组：环烯烃共聚物、直链或支链的脂肪族或芳香族多元醇的碳酸烯丙基酯的均聚物和共聚物、(甲基)丙烯酸及其酯的均聚物和共聚物、硫代(甲基)丙烯酸及其酯的均聚物和共聚物、烯丙基酯的均聚物和共聚物、氨基甲酸乙酯和硫代氨基甲酸乙酯的均聚物和共聚物、环氧树脂的均聚物和共聚物、硫化物的均聚物和共聚物、二硫化物的均聚物和共聚物、环硫化物的均聚物和共聚物、以及它们的组合。
如在此使用的，术语“涂层”应理解为是指可以与光学基材和/或与另一个涂层(例如溶胶凝胶涂层或由有机树脂制成的涂层)接触的任何层、层堆叠体或膜。可以通过各种方法(包括湿法处理、气体处理、膜转移)沉积或形成涂层。在光学器件中典型使用的功能性涂层可以是但不限于：抗冲击和/或粘附底漆、耐磨和/或耐刮擦涂层、减反射涂层、抗静电涂层、防尘涂层、防雾涂层、防水涂层、防刮擦涂层、干涉滤光片、着色涂层、镜面涂层、光致变色涂层、以及前述相容涂层中的任意涂层的组合，尤其涂覆有耐磨和/或耐刮擦涂层的抗冲击底漆涂层。
耐磨和/或耐刮擦涂层(硬涂层)优选地是基于聚(甲基)丙烯酸酯或硅烷的硬涂层。在本发明中所推荐的硬耐磨和/或耐刮擦涂层包括从基于硅烷水解物的组合物(溶胶-凝胶法)、具体地基于环氧基硅烷水解物的组合物获得的涂层。
改进在最终产品中的进一步层的抗冲击性和/或粘附性的底漆涂层优选地是聚氨酯或丙烯酸。底漆涂层和耐磨和/或耐刮擦涂层可以选自在申请WO 2007/088312或WO2013/004954中描述的那些。
通过减少在可见光谱的相对大范围内在物品-空气界面处的光反射来改进最终光学物品的减反射特性的减反射涂层可以是在光学器件领域、具体地在眼科领域中典型使用的任何减反射涂层。如熟知的，减反射涂层传统地包括由介质或溶胶凝胶材料、或混合材料(混合材料是指所述多层堆叠体至少可以包括包含碳原子、氧原子以及选自硅、锆、钛和铌的至少金属或准金属的层)组成的单层或多层堆叠体。这些优选地是包括了具有高折射率(HI，n>1.5)的层和具有低折射率(LI，n≤1.5)的层的多层涂层。
在专利申请WO 2010/109154和WO 2012/153072中更详细地描述了减反射涂层的结构和制备。
减反射涂层可以呈现特定的反射光谱。更具体地，在本发明的实施例中，光学物品可以包括在紫外区域和可见光区域内均呈现低反射的减反射涂层，如US8534853中描述的。
可以使用在本领域中已知的方法(包括旋涂、浸涂、喷涂、蒸镀、溅镀、化学气相沉积和层压)沉积根据本发明的涂层，诸如底漆、硬涂层和减反射涂层。关于“层压”应理解的是，将内在地包含或在其表面上包含(其中的至少一种情形)所述涂层的扁平热塑性膜胶粘至光学基材上、直接胶粘在其上或胶粘在所述光学基材上沉积的前一个涂层上。层压可以在光学基材的正面和/或背面上进行，如在以下专利EP2026950和US8062444中描述的。
如在此使用的，位于基材/涂层“上”或已经沉积于基材/涂层“上”的涂层被定义为这样的涂层：所述涂层(i)被定位于基材/涂层上方，(ii)不必与基材/涂层接触，也就是说，可以在基材/涂层与相关的涂层之间插入一个或多个中间涂层(然而，它优选地接触所述基材/涂层)，并且(iii)不必完全地覆盖基材/涂层。当“层1被安排在层2之下”时，旨在是指层2比层1距基材更远。
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至图3展示了在根据本发明的实施例的光学系统中使用的不同荧光团的发射光谱和激发光谱，并且
-图4是表示了配戴者的眼睛和根据本发明实施例的光学系统的示意性框图。
图4中的要素为了简单和清楚起见被展示，但并不一定按比例绘制。例如，这些图中的某些要素的尺寸可以相对于其他要素被放大，以便帮助提高对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
本发明涉及在特定波长范围上具有选择性过滤作用的光学系统，所述光学系统被配置成用于选择性地允许眼睛的视网膜暴露于至少一个选定波长范围的光下。根据本发明的光学系统可以是头戴式系统，例如包括光学镜片、诸如眼科镜片的眼镜架。
每个光学镜片包括具有第一表面和第二表面的光学基材。
在光学镜片的具体实施例中，第一表面是凹面后/后侧表面、在使用时被安置在配戴者的眼睛近侧，并且第二表面是一个凸面前/前侧表面、在使用时被安置在眼睛远侧。
根据本发明的光学系统具有光谱透射率曲线，所述光谱透射率曲线在380nm与780nm之间具有平均透射率Ta并且在第一极限L1与第二极限L2之间具有红光平均透射率Tr，其中Tr<2*Ta/3并且L1＝600nm且L2＝780nm。
根据本发明的实施例，L2可以等于700nm且Tr<Ta/2。
根据本发明的实施例，L2可以等于650nm且Tr<Ta/5。
在本发明的意义上，在给定波长(λ1，λ2)范围内的“平均透射率”对应于
Figure BDA0001824002860000081
其中T(λ)是所述光学系统的根据波长变化的透射率。透射率对应于透射穿过光学系统的入射光的分数。
在380nm与780nm之间，光学系统的平均透射率Ta大于或等于50％。
根据本发明实施例，例如取决于所要求的太阳防护等级，诸如NF EN1836+A1_2007E或ISO_DIS 12312-1E等国际标准所定义的0到4级，光学系统被配置成在380nm与780nm之间具有从3％至43％的平均透射率(即，抑制率为97％至57％)。
更确切地，平均透射率Ta可以是：
-大于或等于18％且小于或等于43％，从而提供与平均光度环境相适配的光学系统，或
-大于或等于8％且小于或等于17％，从而提供与高光度环境相适配的光学系统，或
-大于或等于3％且小于或等于8％，从而提供与非常高光度环境相适配的光学系统。
在另一个实施例中，该光学系统被配置成在可见光谱中具有包括在80％和100％之间的平均透射率(即，在20％至0％的抑制率)。
此外，本发明的光学系统可以用于保护使用者的眼睛的至少一部分免受有害紫外光和/或有害蓝光。
实际上，所述光学系统可以具有光谱透射率曲线，所述光谱透射率曲线在第三极限L3与第四极限L4之间具有蓝光平均透射率Tb，其中Tb<2Ta/3，例如Tb<Ta/5，其中L3＝380nm且L4＝455nm。
根据本发明的实施例，在L1和L2上的红光平均透射率Tr基本上等于在L3和L4之间的蓝光平均透射率Tb。
在实施例中，所述光学系统的光谱透射率曲线可以通过滤光片实现。
可以通过吸收滤光片、干涉滤光片、或其组合来获得滤光片，以便限定根据本发明的所期望的光谱透射率曲线。
这些干涉滤光片可以被涂覆在光学基材的正面和/或背面上，诸如任何功能性涂层，或者可以被施加到功能性涂层上。
关于吸收滤光片，它们可以包括(例如但不限于)染料、颜料、吸收剂、以及本领域已知的其组合。
吸收滤光片可以通过借助于各种方法来涂覆溶液或膜层压而被施加到所述光学镜片的功能性涂层上，这些方法中有湿加工、气体处理、膜转移和层压方法，如旋涂、浸涂、喷涂、真空淀积、蒸镀、溅射、化学气相沉积。
可替代地或此外，吸收滤光片至少包括分散在热塑性或热固性聚合物中的染料和/或颜料。染料和/或颜料可以在交联过程之前加入到聚合物的单体中并且然后在交联过程中被束缚在聚合物内。
在一个具体实例中，包含染料和/或颜料的热塑性或热固性聚合物是施加在光学镜片上的额外的层。
在另一个具体实例中，光学镜片的光学基材包括至少一种染料和/或颜料。
取决于光谱透射率曲线，可以相应地配置如上所述的干涉滤光片，或者可以进行如上所述的吸收性材料的适当选择。
可以通过增加滤光片的吸收层或干涉层的数量来调整红光透射率。
根据本发明的实施例，所述光学系统被配置成用于选择性地并且大幅度地反射到达所述光学系统的正面上的(即入射光)、具有包含在L1与L2和/或L3与L4之间的波长的光。
为了选择性地并且大幅度地反射光，根据本发明的光学系统可以包括干涉滤光片。
在示例性实施例中，所述干涉滤光片是一种干涉涂层。
所述干涉滤光片可以通过使用干涉技术来制造，诸如具有可变光折射率的介质多层、光子带隙材料(诸如液晶技术、胆甾型液晶或MOF技术)、或全息光栅、以及其任意组合。
在示例性实施例中，通过在说明书中更详细地进一步描述的和从现有技术中已知的针对结合发光剂而披露的各种方法，干涉滤光片可以被涂覆在所述光学系统的正面上(诸如任何功能性涂层，例如减反射涂层、镜面涂层)或者可以涂覆到功能性涂层上。
在本发明的一个示例性实施例中，所述光学系统的正面的干涉涂层可以包括介质材料层与高折射率(HI，n>1.5)层相组合的堆叠体、以及低折射率(LI，n≤1.5)层，所述层被配置成用于根据本发明限定光谱反射率曲线。
在一个实施例中，所述滤光片可以通过光子晶体滤光片来获得以便根据本发明限定期望的光谱透射率曲线。
光子晶体滤光片可以通过使用光子带隙材料来制造。
根据本发明的光学系统被进一步配置成用于选择性地允许眼睛的视网膜暴露在可见光谱中在460nm至530nm、优选480nm至520nm的至少一个选定波长范围(在此被定义为光或时间生物学蓝光的选定波长范围)的光。
在实施例中，配戴者眼睛的视网膜暴露可以通过被配置成允许选择性地大幅度透射所述选定波长范围的光的滤光片来实现。
可以通过吸收滤光片、干涉滤光片、或其组合来获得滤光片，以便限定所期望的光透射率曲线。
这些干涉滤光片可以被涂覆在光学基材的正面和/或背面上，诸如任何功能性涂层，或者可以被施加到功能性涂层上。
关于选择性吸收滤光片，它们可以包括(例如但不限于)染料、颜料、吸收剂、以及本领域已知的其组合。
吸收滤光片可以通过借助于各种方法来涂覆溶液或膜层压而被施加到所述光学镜片的功能性涂层上，这些方法中有湿加工、气体处理、膜转移和层压方法，如旋涂、浸涂、喷涂、真空淀积、蒸镀、溅射、化学气相沉积。
可替代地或此外，吸收滤光片至少包括分散在热塑性或热固性聚合物中的染料和/或颜料。染料和/或颜料可以在交联过程之前加入到聚合物的单体中并且然后在交联过程中被束缚在聚合物内。
在一个具体实例中，包含染料和/或颜料的热塑性或热固性聚合物是施加在光学镜片上的额外的层。
在另一个具体实例中，光学镜片的光学基材包括至少一种染料和/或颜料。
取决于选定的透射波长范围，可以相应地配置如上所述的选择性干涉滤光片，或者可以进行如上所述的吸收性材料的适当选择。
可以根据所想到的用途和/或所需要的防护水平来配置光学滤光片在选定透射波长范围之内的透射率。
可以通过增加滤光片的吸收或干涉层的数量来调整透射率。
在其他实施例中，所述光学系统被配置成用于选择性地发射至少在可见光谱中的选定光波长范围内的光。
有利地，过滤红光的组合光疗法可以用于最小化或预防进行性近视。
在优选的实施例中，所述选定光波长范围是以在范围480nm至510nm内的波长为中心，具有从20nm至70nm的带宽。
在第一优选示例性实施例中，所述波长范围是以基本上480nm的波长为中心，具有从20nm至40nm的带宽。
在第二优选示例性实施例中，所述波长范围是以基本上490nm的波长为中心，具有从20nm至40nm的带宽。
本发明的光学系统可以被配置成用于以大于或等于30％、例如在范围50％至100％内、并且优选地大于95％、且更优选地等于100％的发射率来发射在所述至少一个选定波长范围内的光。
实际上，根据本发明的光学系统增大了在可见光谱的蓝绿光范围内、即在时间生物学蓝光内的视网膜暴露。
如上所述，这样的时间生物学蓝光是人类非视觉生物功能的最佳同步器。
通过优化在460nm与500nm之间的视网膜光接收，我们根据人类的黑视素光感受峰值在480nm而进行了ipRGC的直接刺激。
具体地，这个具体照度范围是用于将内源性节律引入日常光周期的最有效的刺激，其中涉及两个光感受过程：在ipRGC自身内的黑视素驱动的光转导机构、峰值在480nm左右；以及视杆中的间接光感受，峰值在500nm左右。
因此，根据本发明的实施例的光学系统可以用于治疗和/或疾病预防。
具体地，它们可以用于治疗患有生物钟紊乱、诸如昼夜节律睡眠障碍(睡眠时相延迟和提前综合征)、激素问题、认知和记忆障碍、精神运动障碍、体温放松管制、情绪障碍、警觉性障碍、神经行为问题、季节性情感障碍(诸如疲劳和抑郁)的受试者的疗法中。
实际上，根据本发明的光学系统可以补偿照明不足情况(缺少有利的蓝光)来通过蓝光/褪黑素分泌的良好关系帮助使生物钟保持同步。
根据本发明的任一实施例的光学系统可以被配置用于增强眼睛瞳孔的收缩，从而为眼睛提供针对有害波长、即红光、UV光和/或蓝紫有害光的增强保护。
另外，有利地，根据本发明的任一实施例的光学系统可以用于提高配戴者的视敏度。
瞳孔大小的减小会在某种程度上减小对光学像差视敏度和杂散光视敏度的有害影响。
根据本发明的实施例，所述光学系统至少包括发射在所述至少一个选定光波长范围内的光的发光剂。
发光剂可以是分别通过磷光和荧光发射在选定光波长范围内的光的磷光材料或荧光材料。
众所周知，荧光材料吸收特定波长的光能、并且重新发射更长波长的但仍是可见波长的光，而不反射大量的辐射。
荧光材料的化学性质不特别受限制，其条件是它能够通过荧光(理想地最大发射峰)发射在范围从460至510nm、优选从480至500nm的波长处的光。
有利地，荧光材料不呈现任何的角度敏感性。
以非限制性的方式，荧光材料可以是有机荧光团染料、或荧光纳米颗粒，诸如量子点。
荧光材料可以单独或组合使用。
荧光团可以不受限制地选自来自呫吨、吖啶、恶嗪、多烯、花菁、香豆素、混合杂芳族化合物(如噻唑)、恶二唑(如苯并咪唑)、四吡咯(如卟吩)、Oxonol(类菁染料)、假吲哚、氦次甲基染料(Azamethine)、Styril、蒽醌、萘酰亚胺、氮杂[18]轮烯、金属配体配合物、方酸、8-羟基喹啉衍生物、聚甲炔、二萘嵌苯、酞菁、二酮吡咯并吡咯、以及以上的任意衍生物或组合的这些族。
在第一示例性实施例中，荧光材料可以是荧光分子，所述荧光分子吸收在光的UV和/或紫外区(通常用范围340nm至400nm限定)内的光、并且通过荧光发射主要在所述选定光波长范围内的光。
在图1展示的非限制性实例中，所使用的荧光分子可以是1-苯胺基萘-8-磺酸，其具有375nm的最大吸收波长以及480nm的最大发射波长。
有利地，荧光材料允许实质性地阻挡有害UV光、同时允许视网膜暴露于有益的时间生物学蓝光下。
在非限制性实例中，荧光材料可以是吸收380-455nm范围内的有害蓝光、并且通过荧光重新发射在460-530nm范围内的光的荧光染料。
所述荧光染料可以是青色荧光蛋白(CFP)，包括图2和图3中展示的增强型CFP(e-CFP)。
如图2所示，青色荧光蛋白具有435nm的最大吸收波长和475nm的最大发射波长。
如图3所示，增强型CFP(e-CFP)具有431nm的最大吸收波长和476nm的最大发射波长。
有利地，这样的荧光染料将到达配戴者视网膜的有害蓝光的量最小化、同时允许视网膜暴露于有益的时间生物学蓝光下。
关于荧光纳米颗粒，其可以包括半导体纳米颗粒、量子点、以及核壳颗粒。它们可以限制性地选自来自硒化铅(PbSe)、硫化铅(PbS)、碲化镉(CdTe)/硫化镉(CdS)、硒化镉CdSe/硫化锌ZnS、或硒化镉CdSe的这些族。
有利地，荧光纳米颗粒具有在480nm至500nm范围内的最大发射波长、以及在1.9纳米与6纳米之间的平均粒径。
将一种或若干种发光剂结合到光学基材或功能性涂层中的方法是本领域熟知的。
在一个实施例中，可以将一种或若干种发光剂通过在例如通过浇注或注射模制而制造基材本身的过程中分散在热塑性或热固性聚合物材料中、和/或更尤其在将通过层压工艺对光学基材施加涂层时分散在粘合剂材料中，而结合到光学基材中，其中，所述涂层被扁平热塑性膜支撑。用于在所述膜与所述光学基材之间获得内聚性粘附的粘合剂可以有利地包含这样的发光剂。
可以通过本领域熟知的方法、例如浸渍法或渗吸法来将发光剂结合到光学基材中，所述方法包括将基材浸入有机溶剂和/或基于水的热染色浴、优选水基溶液中几分钟。
在另一个实施例中，将发光剂结合到光学基材上涂覆的至少一个层中。
可以将若干种发光剂结合到基材中和/或基材表面处沉积的相同或不同层中。
在优选实施例中，将发光剂结合到沉积在光学基材的背面上的层中。
可以将发光剂结合到任何功能性涂层中，例如结合到底漆涂层、硬涂层、耐磨/耐刮擦涂层(例如，清漆)、减反射涂层、抗静电涂层中。
在一些示例性实施例中，清漆可以是包括有机溶剂介质的清漆，包括至少一种有机溶剂或有机溶剂的混合物，例如溶胶-凝胶清漆、丙烯酸清漆、或聚氨酯清漆。
可以在由液态涂层组合物准备层时沉积发光剂、或者也可以在单独的过程或子过程中通过旋涂、浸涂或喷涂将发光剂包含在涂层中。
还可以将染料结合到膜内，所述膜随后将被转移、层压、熔合或胶粘至光学基材或功能性涂层上。
本领域技术人员应认识到所期望的发光剂量将取决于包括使用的发光剂的性质和量在内的若干因素而变化。为此，通过简单的实验室试验可以确定每种化合物的最佳量。
根据图4所示的本发明实施例，所述光学系统可以进一步包括发光源12、光波导14、以及控制器设备16。
根据本发明的光学系统可以是非沉浸式头戴设备，即，透视式或环顾式头戴显示设备。
根据本发明的头戴式显示设备10有利地以眼镜的形式被容纳。壳体具有限定眼镜的形状的眼镜架。优选地，头戴式显示设备10进一步至少包括光学镜片11，所述光学镜片安装在眼镜架上并且被设计为放置在配戴者的对应的眼睛18的前方。
在一个实施例中，发光源可以包括一个或若干个发光二极管(LED)，例如且优选地是具有包含在460nm至530nm之间的中心发射波长的LED。
光波导14被适配成用于收集从发光源12发射的光并且用于当配戴者戴着头戴式显示设备10时将所收集的光引导到所述配戴者的眼睛18。
被适配成用于收集发射的光并且用于将其引导到配戴者的眼睛18的光波导14可以包括折射光学器件、衍射光学器件、傅里叶光学器件、和/或多路复用分束器。
折射光学器件可以是例如反光镜、合成棱镜、半反射瞄准器、和/或导光光学元件(LOE)。
衍射光学器件可以是例如嵌入式光栅和/或全息光学元件。
控制器设备16被适配成用于控制发光源12发射的发射光谱和/或辐射率和/或光级。
此外，控制器设备16可以被配置成用于提供梯度辐照度和/或经空间调制的辐照度。因此，眼睛的视网膜的暴露可以是均匀的和/或受控的，从而有利地允许光治疗的更好功效。
有利地，根据本发明的头戴式显示设备允许同时控制光的特性：到达配戴者的眼睛的视网膜的光的空间分布、方向性、强度、以及光谱。
优选地，对眼睛的照明是周边性的以便减小对光治疗的感知。因此，发光源12发射的并来自光波导14的光的入射角是利用周边入射角的斯泰尔斯-克劳福德(Stiles-Crawford)效应以及视网膜内的视锥密度和分布来限定的。
控制进入眼睛瞳孔并且到达视网膜的光的方向和漫射角提供了更好的光聚焦以及对到达眼睛的光的更好的强度控制。
有利地，发光源12和控制器设备16被容纳在眼镜架中、具体是在眼镜架的镜腿中。
优选地，光波导14可以被嵌入或安装在光学镜片11的前方。
此外，头戴式显示设备10优选地包括至少一个光学传感器20，所述光学传感器被安排成用于测量与头戴式设备10上的入射光、如环境光相关的数据。
光学传感器20被适配成用于测量环境光的光级和/或光谱。
光学传感器20可以被安排在光学镜片的前方和/或后方。
光学传感器20可以向外定位以看见没有被光学镜片11改变的现实场景。然而，它可以直接布置在光学镜片11的正面上和被容纳在所述光学镜片中。
控制器设备16被配置成用于至少基于测得的所述入射光/环境光的光级和/或光谱数据来控制发光源12。
更具体地，光学传感器20可以是：
-微型光谱仪；
-光电二极管阵列，各个光电二极管具有允许检测具体光频率的特定带宽；
-用于完成场景分析或特殊物体(像高亮度物体)检测的相机；
-更专用的传感器，例如用于精确地检测光级、强度和/或待消除的波长。
光学传感器20通过有线或无线连接与控制器设备16通信。这种连接可以进一步包括以下详述的传感器接口。
有利地，控制器设备16还被配置成用于基于头戴式显示设备10的白天时间和/或地理位置来控制发光源12。为此，头戴式显示设备10进一步包括实时时钟22和/或全球定位系统(GPS)24。头戴式显示设备10还可以包括被适配成用于控制头戴式显示设备的配戴时间的传感器。
实际上，控制器设备16可以控制光疗法的开始和/或结束或者光疗法的视网膜暴露时长。
控制器设备16可以包括处理装置41。这些后者部件未被详细描述、但可以是用于设计电子系统的任何常用部件，诸如STM32或Kinetis微控制器或iMX6处理器。控制器设备16还可以包括连接装置。例如，传感器接口可以允许控制器设备16在功能上连接光学传感器20。
所述连接装置未被详细描述、但可以是用于设计电子系统的任何常用接口，例如I2C总线、Mipi接口、或部件之间的任何有线或无线通信。
控制器设备16可以进一步包括数据存储装置，例如用于存储所测得的和/或所收集的数据。这些后者未被详细描述、但可以是用于设计电子系统的任何常用非瞬态存储介质，例如SRAM存储器、闪存等。
控制器设备16可以进一步包括补充传感器、或者与这样的补充传感器通信地相连，其中这些补充传感器包括在或者不包括在一些外部设备中。补充传感器未被详细描述、但可以是触摸传感器、压力传感器、光传感器、温度传感器、计时器、位移传感器、加速度计、陀螺仪、磁力计、或活动测量传感器中的任一种。因此，在特定实施例中，位移传感器可以用于自动地检测活动(行走、跑步、站立或坐着)。还可以使用其他传感器(温度传感器、血压传感器等)。
控制器设备16与外部处理器的无线连接也是可能的；因此通过使用外部处理器可以进行头戴式设备10的管理，并且控制单元16有利地需要较少的处理资源。可以在本地(在头戴式设备10上或附近)或远程地(在外部设备上)确定要激活头戴式设备10的决定和方式。
所述外部设备或外部处理器可以包括移动电话、智能电话、控制板、iPad、平板电脑、或图形输入板。这些设备或处理器可以获得关于设备10的环境的补充信息，并且如果适当的话，可以获得配戴者(活动、健康测试、日程等)的补充信息，以便控制器设备16在控制发光源12时考虑这些补充信息或所测得的数据中的至少一者。
控制器设备16还可以例如经由外部设备与互联网无线连接。在这样的情况下，可以用来自互联网的关于配戴者及其环境的信息来进行调节，并且可以通过包括在互联网服务器中的遥控器来执行对头戴式设备的管理。
根据本发明的实施例，头戴式显示设备10可以进一步包括被适配成用于检测配戴者的眼睛18的位置和/或运动的眼睛跟踪设备28。在这个优选实施例的情况下，控制器设备16被配置成用于至少基于所检测到的配戴者的眼睛的位置和/或运动来控制发光源12。眼睛跟踪设备28可以被安排在光学镜片11的前方和/或后方。
而且，控制器设备16还可以被配置成用于基于配戴者参数所限定的配戴者概况来个人化或控制发光源12。
这样的配戴者参数与以下各项相关：配戴者的年龄、和/或配戴者的生物钟、和/或配戴者的活动(工作活动、体育活动等)、和/或配戴者的眼病、和/或配戴者的生理障碍类型。
这样的配戴者数据可以被存储在存储器26上的数据存储装置中。
在一个实施例中，这样的存储器26可以被整合在头戴式显示设备10中并被容纳在镜架中。
因此，这样的头戴式设备10允许根据配戴者概况来个人化地管理发光源12所发射的光。
此外，控制器设备16可以被配置成用于提供时间生物学调节和/或情感障碍和/或近视减轻和/或预防和/或癫痫缓解治疗，其方式为：控制发光源12以特定的空间和时间模式提供在460nm与530nm之间的选定波长范围内的发射。
在操作中，来自发光源12的、优选地具有范围从460nm至530nm的波长的光被发射到光波导14的一个末端中。发光源12受控制器设备16控制，所述控制器设备用于优选地根据存储在存储器中的配戴者参数并根据数据和时间来调制发射的光谱、光强度、暴露时间和时长。
而且，例如当在白天接收到的并且至少由光学传感器20测量的入射光小于根据配戴者参数预定的阈值时，发光源12可以被激活。
根据本发明的头戴式显示设备导致了视网膜在蓝绿范围内的选定波长范围下的暴露增多。所述选定波长范围是人类非视觉生物功能的最佳同步器。
发明人在2013年对52位年轻健康的受试者进行的临床研究中已经证明，2周持续配戴阻隔被包含在460nm与520nm之间的波长的99％以上的滤光片足以在L5(五个最不活跃的小时)和M10(10个最活跃的小时)睡眠-觉醒指标中产生1个小时的偏差。
通过优化在460nm与500nm之间的视网膜光接收，我们根据人类的黑视素光感受峰值在480nm而进行了ipRGC的直接刺激。
通过考虑与视杆光感受器相比，ipRGC的较差空间密度(仅1％至3％的视网膜神经节细胞)，对于给定的光刺激面积而言，吸收光子的概率低了超过100万倍。因此，即使ipRGC光转导级联被大大放大，发明人仍怀疑，ipRGC从涉及视杆的补充光感受过程中接收了额外输入。已经观察到，ipRGC可以对低于初始计划的照度水平做出响应，从而确认视杆的作用。通过将透射光谱范围扩展至460nm–530nm，我们进行了对ipRGC的直接刺激以及按照进入的视杆驱动信号峰值在500nm左右而进行了间接刺激。
具体地，这个具体照度范围是用于将内源性节律引入日常光周期的最有效的刺激，其中涉及两个光感受过程：在ipRGC自身内的黑视素驱动的光转导机构、峰值在480nm左右；以及视杆中的间接光感受，峰值在500nm左右。
因此，根据本发明的实施例的光学系统可以用于治疗和/或疾病预防。
根据本发明的这样的设备可以用于治疗患有昼夜节律睡眠障碍等生物钟障碍、睡眠障碍、瞳孔扩张、时差感、睡眠相位后移和前移综合症、心情障碍、抑郁和疲劳等季节性情感障碍、产后抑郁、癌症风险、激素失调、警觉性障碍、以及认知表现、食欲和肥胖症、记忆力障碍、精神运动障碍、体温失调、经前障碍、癫痫危机以及近视的受试者的疗法中。所述设备可以有助于轮班工人将其生物钟调到新的轮班。
实际上，根据本发明的设备可以补偿照明不足情况(在特定时刻缺少有益的蓝光)来通过蓝光/褪黑素分泌的良好关系帮助生物钟保持同步。
本发明还提供了一种治疗昼夜节律睡眠障碍的方法，所述方法包括选择性地允许眼睛的视网膜暴露于可见光谱中在460nm至530nm、优选480nm至520nm的至少一个选定波长范围的光下。
在实施例中，如已经讨论的，根据本发明的这样的设备可以用于近视的预防和/或减轻。适合的光疗法可以有助于通过积极地作用于多巴胺的产生周期来降低发生近视的风险。多巴胺是与光适应相关联的视网膜神经递质。多巴胺影响眼睛长度并且因此影响近视。最近的研究表明，多巴胺能细胞与内在光敏性视网膜神经节细胞相关联并且通过在大约480nm下的时间生物学蓝光进行调节。这种特定的光可以激活内源性多巴胺的产生，而缺少这种光(光谱和/或光级)可能抑制多巴胺的产生。所述抑制可能长期地有助于眼睛的伸长。
应注意的是，所述滤光片可以被配置为无源系统或有源系统。无源系统应理解为，滤光片存在不能被修改或改变的过滤功能。有源系统应理解为，滤光片至少存在可以通过外部刺激(如能量、光化辐射、加热等)来修改或改变的功能，这样使得选定波长范围的光的透射可以被开启或切断，或者光透射系数根据一天的时间或配戴者的活动或在光下的暴露量而变化。
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概念。
对于参考了以上说明性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。
在权利要求中，词语“包括”并不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”并不排除复数。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 (16)

1.一种具有某个光谱透射率曲线的光学系统，所述光谱透射率曲线在380nm与780nm之间具有平均透射率Ta、并且在第一极限L1与第二极限L2之间具有红光平均透射率Tr，其中Tr<2*Ta/3以及L1＝600nm并且L2＝780nm，并且所述光学系统被配置成选择性地允许眼睛视网膜暴露于可见光谱内460nm至530nm的至少一个选定波长范围的光下，并且其中，所述光学系统包括：
-发光源；
-光波导，所述光波导被适配成用于收集从所述发光源发射的光并且用于在配戴者戴着所述光学系统时将所收集的光引导到所述配戴者的眼睛；以及
-控制器设备，所述控制器设备被配置成用于基于所述光学系统的白天时间和/或地理位置来控制所述发光源。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统被配置成用于选择性地发射可见光谱内至少在所述选定光波长范围内的光。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，L2＝650nm。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，Tr<Ta/5。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述光谱透射率曲线在第三极限L3与第四极限L4之间具有蓝光平均透射率Tb，其中Tb<2Ta/3，其中L3＝380nm并且L4＝455nm。
6.根据前述权利要求5所述的光学系统，其中，Tb<Ta/5。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，进一步被配置成用于太阳防护。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，其中，所述至少一个选定光波长范围是以480nm至510nm范围内的某个波长为中心，其带宽在从20nm至70nm的范围内。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，其中，所述光学系统进一步至少包括发射在所述至少一个选定光波长范围内的光的发光剂。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述发光剂是分别通过磷光和荧光发射在所述至少一个选定光波长范围内的光的磷光材料或荧光材料。
11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，所述荧光材料是荧光分子，所述荧光分子：
-吸收光谱中在380nm与455nm之间和/或在光谱的UV部分中的能量，并且
-重新发射在所述选定光波长范围内的光。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统被配置成用于选择性地并且大幅度地反射到达所述光学系统的正面上的在L1与L2和/或L3与L4之间的光。
13.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述光学系统包括干涉滤光片。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述控制器设备被适配成用于控制所述发光源发射的发射光谱和/或辐射率和/或光级，以便选择性地发射在所述选定波长范围内的光。
15.根据权利要求14所述的光学系统，进一步包括被适配成用于检测环境光的光级和/或光谱的光学传感器，并且其中，所述控制器设备被配置成用于至少基于所检测到的所述环境光的光级和/或辐射率和/或光谱来控制所述发光源。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的光学系统，其中，所述控制器设备被配置成用于提供时间生物学调节或同步和/或情感障碍调节和/或近视预防和/或减轻和/或癫痫缓解治疗，其方式为至少基于所检测到的所述环境光的光级和/或光谱控制所述发光源以特定的空间和时间模式提供在460nm与530nm之间的发射。
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