FR2645971A1

FR2645971A1 - Dispositif de filtrage de la lumiere respectant le spectre photobiologique humain

Info

Publication number: FR2645971A1
Application number: FR9004802A
Authority: FR
Original assignee: GIRERD RENE
Current assignee: GIRERD RENE
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1990-10-19
Anticipated expiration: 2010-04-13
Also published as: FR2645971B1

Abstract

Le dispositif comprend un substrat transparent et des moyens de montage pour positionner ledit substrat de telle sorte qu'il intercepte la lumière ambiante et la transmette à l'un au moins des yeux d'un utilisateur. Il comporte des moyens de maîtrise de la transmission de la lumière tels que le substrat : - transmet efficacement la lumière dont la longueur d'onde est dans la gamme du spectre photobiologique humain, laquelle gamme correspond sensiblement à la courbe du taux d'absorption de la lumière de la rhodopsine humaine et - réfléchit et/ou absorbe la lumière dont la longueur d'onde est hors de cette gamme.

Description

L'invention a trait à des verres photobiologiques et, en particulier, à des lunettes solaires qui laissent passer le spectre photobiologique, tout en maintenant leurs vertus antiéblouissantes, ainsi que leurs propriétés protectrices.

Les lunettes solaires ont été inventées voici des siècles.

Les premières réalisations modernes remontent, quant à elles, à 1930, année au cours de laquelle l'aviation militaire américaine confia à Bausch and Lomb, Inc. (Rochester, NY) le soin de réaliser des lunettes qui puissent protéger ses pilotes contre l'éblouissement à haute altitude. Il en résulta les lunettes d'aviateur vert foncé, commercialisées sous la marque "RAY-BAN".

Etant donné que les verres foncés conféraient aux lunettes les propriétés antiéblouissantes recherchées, ainsi qu'un-attraåt cosmétique et un incognito éventuellement désirables, aucune autre considération ne fut envisagée dans leur réalisation.

Or, il s'est avéré depuis que ces lunettes bloquent une portion, inconnue à l'époque de leur conception, du spectre solaire qui est nécessaire à la santé.

Depuis lors, en effet, la photobiologie (étude des effets biologiques de la lumière) a été reconnue en tant que discipline scientifique. Il est désormais évident qu'une portion du spectre lumineux est essentiel à la santé. Comme la lumière est nécessaire au maintien de la vie, il semble a priori évident qu'il ne faille pas interférer avec sa propagation en interposant des verres neutres ou colorés, sans s'inquiéter des conséquences possibles sur la santé par une étude préalable.

Cependant, jusqu'à ce jour, les lunettes solaires sont encore; conques et fabriquées sans considérations photobiologiques. Donc, il n'est pas entonnant qu'elles entravent la transmission du spectre photobiologique, seul capable de stimuler et de maintenir d'importantes fonctions vitales. Conséquemment,
ces lunettes interfèrent insidieusement avec une "horloge interne" qui
contre la plupart de nos fonctions physiologiques. Récemment, des
chercheurs français ont effectivement constate que la rapidité d'esprit1 le
sommeil et la libido sont affectés négativement parmi les utilisateurs
habituels de lunettes solaires foncées. Ceci est un handicap sérieux au
port prolongé de ces lunettes.

Curieusement, les lunettes primitives à fente des Esquimaux ont l'avantage sur les lunettes modernes de contrôler la brillance (intensité) sans modifier la couleur (qualité) de la lumière.

Les lunettes solaires ordinaires offrent un choix de verres neutres et de verres colores qui, les uns comme les autres, diminuent la lumière photobiologique. Mais, en fait, la plupart des usagers choisissent leurs lunettes solaires (corrigées ou non) d'après leur style, leur couleur et leur propriétés antiéblouissantes.

Les usagers expérimeítes préfèrent des solaires qui protègent contre les effets nocifs de certaines radiations telles que les ultraviolets (UV).

Malheureusement, certaines lunettes foncées n'ont été ni conques ni testes pour leur protection contre les UV. Les solaires fonces qui ne filtrent pas les UV sont d'autant plus dangereuses qu'elles provoquent une dilatation pupillaire qui permet une pénétration oculaire accrue des UV néfastes. En 1987 1' "American National Standard Institute" (ANSI) a promulgué un code d'étiquettage pour la protection UV.Les consommateurs avertis peuvent s'en servir pour choisir des lunettes qui éliminent une bonne proportion des UV A [400 à 315 nanometres (nm)l, des UV B [315 à 290 nmj et des UV C 1290 a 200nmj. Les UV B et C sont, de loin, les plus pénétrants et les plus dangereux quant d leurs effets cytotoxiquès.

Jusqu'alors, et mise a' part la protection contre les UV, les lunettes modernes n'ont pas éte confines selon des données médicales mais arbitrairement selon la préférence des usagers qui, jusqu a present, n'ont jamais cu de lunettes d'inspiration physiologique.

Enfin, la plupart des verres tels que ceux utilisés pour des lunettes correctrices ou pour faire des vitres, parebrises et diffuseurs ne sont pas conçus photobiologiquament. Par conse'quent, ils rejettent une portion des précieuses radiations pllotoblologiques.

L'invention se propose
1/ d'apporter. des.lunettes solaires et des verres conquis spécifiquement pour le maintien de la bonne santé des usagers;
2/ d'apporter des lunettes solaires et autres lunettes dont les verres transmettent à ltoeil la portion la plus pliotobiologiquement active du spectre lumineux;
3/ d'apporter des lunettes solaires et des verres conçus spécialement
pour conférer à leurs usagers les avantages de bien-etre résultant de la
transmission du spectre photobiologique;
4/ d'apporter une alternative nécessaire aux lunettes solaires
conventionnelles qui entravent la lumière photobiologique et ont été
blamées pour leur action néfaste sur l'acuité mentale et sur ltactivité
sexuelle;;
5/ d'offrir aux usagers une protection contre ltéblouissement, conférée
par le reSet des rayons visibles en dehors du spectre photobiologique;
6/ d'offrir aux usagers une protection contre les UV et les infrarouges
(IR), conféree par les caractéristiques filtrantes des verres
photobiologiques ;
En plus, les verres photobiologiques présentent les avantages
supplémentaires suivants:
7/ d'apporter à certains usagers particuliers (urbains) des lunettes
écologiques qui restaurent en partie le spectre bleu vert souvent appauvri
par l'habitat urbain moderne;
8/ d'apporter aux usagers des verres augmentant la transmission de la
lumière photobiologique. Ces verres sont utilisables pour des lunettes
(solaires ou non), des diffuseurs, abat jours, verres à vitres etc.

L'inventioù a comme autre but d'utiliser le spectre d'absorption de la rhodopsine humaine comme modèle servant à établir les spécifications des verres photobiologiques.

Plus précisément, l'invention apporte un dispositif de filtrage de la lumière pour l'observation optique au travers dudit dispositif, comprenant un substrat transparent et des moyens de montage pour positionner ledit substrat de telle sorte qu'il intercepte la lumière ambiante et la transmettre à l'un au moins des yeux d'un utilisateur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mattrise de la transmission de la lumière tels que le substrat
- transmet efficacement la lumière dont la longueur d'onde est dans la gamme du spectre photobiologique humain, laquelle gamme correspond sensiblement à la courbe du taux d'absorption de la lumière de la rhodopsine humaine, et
- réfléchit et/ou absorbe la lumière dont la longueur d'onde est hors
de cette gamme.

Dans une première forme d'exécution, lesdits moyens de maîtrise de la transmission consistent en une coloration dudit substrat dans la masse.

Dans une deuxième forme d'exécution, lesdits moyens de maîtrise de la transmission consistent en un surfaçage dudit substrat.

En variante, lesdits moyens de maitrise de la transmission consistent en une série de surfaçages.

La description ci-après ainsi que les figures annexées font ressortir d'autres avantages de l'invention.

Figure:l : courbe de transmission des verres solaires des exemples 1 et2 (taux de transmission en X en ordonnée, longueur d'onde en nanomètres en abscisse).

Figure 2 : courbe d'absorption de la rhodopsine humaine, d'après
Dartnall (taux d'absorption en % en ordonnée, longueur d'onde en nanomè- tresen abscisse).

Figure 3 : lunettes solaires dans lesquelles les deux verres sont surfacés selon l'invention.

Figure 4 : courbes traduisant les propriétés réfléchissantes (inversement liées à l'absorption) de trois substrats identiques : 1/ sans surfa çage ; 2/ surfaçage à couche unique de chaque côté ; 3/ surfaçage à double couche de chaque côté (taux de réflection spectrale totale en % en ordonnée, longueur d'onde en nanomètresen abscisse).

Figure 5 : section d'un verre avec surfaçage double bilatéral.

Figure 6 : section d'un verre avec surfaçage triple bilatéral.

Avant de présenter l'invention, et afin de familiariser le lecteur avec le sujet, certaines données teclmiques de base, y compris la photobiologie trat;spculalre, la wélatotlille, les syndromes detpressifs snisonniers, l'importance de la luminosité, la rhodopsine1 l'impact de llhomme sur la photostimulation et le surfaçage, doivent être passées en revue.

LA PIIOTOBIOLOGIE TRANSOCULAIRE
Tous ceux qui ont des bases en biologie connaissent le ralle sensoriel de la rétine: la vision. Cepenclallt, même parmi les physiologues avertis, fort peu envisagent la fonction photobiologique comme étant un mécanisme physiologique extrasensoriel inportant, relayé par la rétine. Néanmoins, la photobiologie est une science complexe qui a des répercussions souvent inattendues.

D'importantes données scientifiques et médicales prouvent que la photostimulation extrasensorielle rétinienne est un préambule impératif au développement et au maintien de la plupart des fonctions organiques chez toutes les espèces animales. A ce sujet voir:"The science of photobiology" par K. C. Smith, Plenum Press (1977), et surtout "The medical and biological affects of light", Annales de l'académie des sciences de New
York, vol. 43, (1985).

Pendant des milliards d'années, les rythmes nycthdmeraux et saisonniers ont servi à mettre en route des mécanismes adapta tifs qui ont permis la survie optimum de la plupart des espéces animales. Ce sont les variations périodiques de la durée et de l'intensité lumineuse diurne qui ont conditionné la création de cycles physiologiques semi indépendants qui contrôlent les cycles de reproduction de la plupart des espèces et nécessitent une photostimulation oculaire périodique (entratnememt) pour demeurer synchronisés.

Pour être un stimulant efficace la lumière doit etre appropriée quant à sa qualité (longueur d'onde), sa quantité (intensité et durée) et sa distribution (rythmes quotidiens).

Chez presque toutes les espèces animales, y compris lthomme, presque tous les effets de la photostimulation sont relayés par la glande pinéale, par l'intermédiaire des faisceaux rétinohypothalamiques et du relais ganglionnaire suprachiasmatique. En plus d'une stimulation oculaire1 certains oiseaux (moineau, mal lard et caille japonaise), ainsi que quelques mammifères nouveau nés, redoivent une stimulation extraoculaire directe par la lumière qui atteint directement la glande pinéale à travers le crame et le cerveau. À cet effet la glande pinéale (3ème oeil) de certaines espèces contient des photorécepteurs rudimentaires qui ressemblent à des bâtonnets.

Chez l'homme, environ un photon sur un million atteint directement la pinéale à travers le crâne et le cerveau. Ce dernier transmet relativement bien la lumière.

Chez la plupart des espèces, dont l'homme, la pinéale produit et sécrète son hormone principale, la mélatonine, selon un cycle quotidien en phase avec la photopériode. La mélatonine sanguine atteint son maximum vers minuit et son minimum vers midi. Tout se passe comme si la nature avait utilisé la lumière comme étant l'inhibiteur de choix pour arrêter la sécrétion de mélatonine de son "horloge interne". Chez presque toutes les espèces, dont l'homme, la photostimulation nocturne inhibe rapidement et totalement la-sécrétion de mélatonine.Chez certains rats, une brève exposition d'une seconde à la lumière pendant la phase nocturne (scotophase) suffit à inhiber la mélatonine, prouvant ainsi qu'il ne faut pas interférer avec la lumière sous peine de conséquences imprévisibles.

Chez le rat, une lumière ininterrompue engendre une atrophie pinéale; inversement, ltobscurité prolongée stimule la pinéale qui s'hypertrophie.

Certains auteurs pensent que "l'horloge" est réglée soit par-la durée du jour, soit par une colucidence entre la pllotopériode et une variation rythmique quotidienne de la sensibilité à la lumière.

LA MÉLATONINE
La plupart des effets de la mélatonine sont inhibiteurs. En fait, la melatonine et certains calmants tels que les benzodiazépines [commercialisées sous les marques Valium et Librium (tous deux fabriqués par Roche Products, Inc. Planati, Puerto Rico, 00701 > 1 ont des effets semblables. De jeunes volontaires traités par la méletonine ont ressenti les symptomes suivants: torpeur, fatigue, confusion mentale avec dépression et aliénation du jugement. Il y a lieu de croire que la mealatonine est responsable de certains désordres mentaux ou du cowportement, étant tonné son analogie structurale avec la sérotonine et d'autres molécules psychomimétiques.

Le marasme physiologique dit "jet lag" qui résulte du décalage horaire, traduit une dissociation physiologique d'avec les conditions ambiantes, avec désynchronisation du sommeil et de l'état de veille, de la faim et du rassasiement. le tout accompagné de déficiences mentales et physiques.

Cinq milligrammes de mélatonine suffisent à normaliser les rythmes, y compris celui du sommeil. Le "jet lag" peut aussi être traité par la photothérapie.

La mélatonine inhibe la maturation sexuelle et inactivité génitale chez la plupart des espèces. Ainsi, chez 1'homme, les taux sanguins de mélatonine demeurent élevés jusqu't la puberté; dès que ces taux diminuent, la puberté commence. D'nutre part, les jeunes garons qui ne sécrètent plus de mélatonine, a cause d'une tumeur destructrice de la pinéale ont une puberté précoce. La mobilité des spermatozoides et la fertilité de l'homme sont déprimés par la mélatonine. Chez la femme, les taux matinaux de la mélatonine sanguine atteignent un minimum dans la période périovulatoire, et un maximum pendant les réelles, La courbe biplasique des naissances chez l'homme concorde avec les changements saisonniers de la photopériode et avec le taux de mélatonine. Certains dérèglements métaboliques comme le syndrome de Mendenhall (hypertrophie pinéale avec diabète) sont dus à la mélatonine.

SYNDROMES DÉPRESSIFS SAISONNIERS
5.500.000 victimes en souffrent aux États Unis. La dépression se produit annuellement entre décembre et février dans l'hémisphare boréal, et de juin à août dans l'hémisphère austral. Elle s'accompagne d'hypersomnie, de perte de la libido, d'une fringale pour les hydrates de carbone et d'un taux de suicide élevé. Le syndrome est du à une photostimulation insuffisante et, en conséquence, est traitable efficacement par des séances de photothérapie à horaire précis et en lumière vive.

IMPORTANCE DE LA LUMINOSITÉ
La mélatonine étant un sédatif dont la sécrétion est inhibée par la lumière, il devient clair que cette dernière agit comme un stimulant.

C'est pourquoi il ne faut pas l'atténuer sans raison.

Les anciens Grecs connaissaient déJà les bienfaits de I'héliothérapie.

Une luminosité intense (photothérapie) représente le meilleur traitement des syndromes dépressifs saisonniers, explicant l'amélioration des malades qui en souffrent quand ils s'approchent de ltéquateur.

Chez le rat, une lunière constante provoque une hypertrophie testiculaire. Chez le rat maintenu à I'obscurité, une exposition brève d'une seconde par jour suffit à déclencher une stimulation gonadotrophique.

Une lumière constante réussit à augmenter la survie de spermophiles atteints de cardiopathie expérimentale.

Chez le nouveau né la photothérapie s'accompagne d'une élévation des hormones gonadotropes. L'intensité de la lumière ambiante provoque une excitation chez l'homme. Il se peut que la schizophrénie soit provoquée par une sensibilité anormale à la lumière.

RHODOPSINE ET STIMOLATION PlIOTOBIOLOGIQUE
Chez toutes les espèces qui perçoivent les couleurs, la rétine possède deux types de photoréçepteurs: les connes (3.000.000 par rétine chez lthomme) qui servent à la vision détaillée des couleurs par lumière vive, et les bâtonnets (100.000.000 par rétine chez l'homme) qui sont responsables-de la vision monochrome par lumière nocturne, ainsi qu'à la stimulation photobiologique. Néanmoins, la plupart des physiologues ne pensent qutà la vision nocturne quand il s'agit des bâtonnets et tendent à oublier le rôle de ces derniers dans la photostimulation de l'organisme.

Les bâtonnets contiennent un pigment: la rhodopsine ou "pourpre visuel".

C'est une molécule très complexe qui peut réagir à un photon (ou quantun) de lumière, qui déclenche par 1à une série de réactions qui amplifie (100.000 fois) et transforme le stimulus lumineux en un influx nerveux.

Le ll-cis-rétinal est un constituant isomèriquement très stable (3.000 ans) dans ltobscurité. I1 est attaché au centre dVune protéine à sept spirales qui agit comme un résonateur déterminant le spectre (ainsi que le pic) capable de déclencher la transformation isomèrique. Quelques trillionièmes de seconde après la "capture" d'un photon (ainsi absorbé), le ll-cis-re'ti- nal prend la forme "trans", provoquant une rotation dans la molécule. Le trans-rétinal active l'opsine (la portion protéinique de la molécule) qui, elle même, énergise la photodiestérase qui ouvre le cycle du 3'-5'guanosine monophosphate cyclique (GMP). Le GMP déclenche l'impulsion nerveuse.Cette série d'événements ultra rapides représente la cascade cyclique de la vision. Bien que ce phénomène permette la vision nocturne monochrome, on oublie souvent qu'il est aussi le seul responsable de la stimulation photobiologique des bâtonnets. Provoqué par un seul photon, il représente; de loin, le mécanisme sensoriel le plus sensible chez l'homme.

Comme d'autres pigments rétiniens, la rhodopsine a une courbe d'absorption qui culmine à une longueur d'onde particulière ( Xmax), variable légèrement d'une espèce à l'autre. Pour être précise, la Xmax de la rhodopsine doit etre mesurée par un microspectrophotométre, la rétine étant illuminée par un faisceau microscopique. An enregistre des variations individuelles et selon l'age dans la transmission optique des milieux de l'oeil. Ces variations rappellent celles qui ont été remarquées dans étude de la Xmax de l'iodopsine hunaine (cones). Chez l'homme, le spectre de la rhodopsine ne varie pas selon le sexe.

La Amax de la rhodopsine humaine a une valeur de 496,3 + 2,3 mn. La plupart des valeurs publiées sont très proches de 500 nm. I1 faut 10 fois plus de photons à 360 nm qu'à 500 nm pour supprimer la sécrétion de mélatonine. Les longueur d'onde d'environ 500 nm sont donc, de loin, les plus efficaces pour déclencher la stimulation neuroendocrinienne. Ceci a trouvé confirmation expérimentale parmi des volontaires qui ont été soumis à six différentes lumières monochromes d'énergie équivalente mais de longueurs d'onde différentes pendant la phase nocturne de la photopériode.

Les longueurs d'onde utilisées furent: 448, 476, 509, 542 et 604 chacune avec une demi bande de 10 nm. La suppression de la mélatonine fut respectivement: 12, 26, 64, 16 et 8%. La lumière de 509 + 10, qui est la plus proche de la Xmax, engendra la suppression maximum (64%) de mélatonine. C'est donc la plus efficace des six. Compte tenu des deux demi bandes de 10 nm, ceci prouve que le spectre entre 499 et 519 nm est le plus actif.

Beaucoup de vertébrés ont des Xmax assez proches: grenouille 520, vache 498, rat 498, macaque 508 nm. Le fait qu'elles soient toutes proches de 520 nm (spectre solaire maximum au niveau de la mer) plaide.en faveur d'une adaptation écologique. Pour la même raison, la > max (475 nm) des poissons de profondeur a évolué vers la couleur de leur environment.

Le spectre lumineux ne contient pas de radiations qui soient photobiologiquement plus efficaces que celles qui activent la rhodopsine, ainsi que le confirme ltexpérience des volontaires déjà citée. De rares mammifères sont stimulés photobiologiquement par les UV (360 nm) a cause d'une transparence exceptionnelle de leurs milieux oculaires, et aussi d'une rhodopsine particuliere.

IMPACT DE L'HOMME SUR LA PHOTOSTIMULATION
L'homme est la seule créature capable de modifier et de contrôler à son gré å la fois les caractéristiques, la durée et le rythme de son exposition à la lumière. En général, lthomme civilisé préfère avoir de la lumière pendant ltétat de veille. Le résultat de cette exposition prolongée à la lumière dépend de la phase de la photopériode, de l'intensité lumineuse et aussi d'une sensibilité individuelle à la lumière. La sensibilité à une lumière faible pendant la scotophase est elle même conditionnée par l'intensité et la durée d'exposition pendant la photophase.Ceci signifie que Si la lumière est trop faible (par exemple en portant des lunettes solaires) pendant la photophase, "l'horloge à mélatonine" l'interprètera comme étant un stimulant insuffisant qutelle essayera de corriger en permettant à cette lumière faible d'inhiber la mélatonine.

Si la mélatonine est basse pendant la photophase, la périodicité se dérègle. Les malades mentaux sont très sensibles à la suppression de mélatonine par la lumière. Mais, même parmi les utilisateurs sains de lunettes solaires, on peut s'attendre à des variations de sensibilité à la lumière. Une lumière vive pendant la photophase constitue le régulateur quotidien de choix.

En diminuant la lumière, les lunettes solaires habituelles diminuent la stimulation photobiologique durant la photophase; en conséquence, une intensité lumineuse normalement efficace durant la scotophase (alors que les solaires ne sont pas normalement utilisées) réussit à inhiber la mélatonine, aggravant par là le dérèglement photopériodique. Ces intensités lumineuses faibles sont normalement produites par l'éclairage artificiel à la maison.

Bien que l'éclairage artificiel ait bénéficié de la technologie moderne, il n'a jamais été inspiré par la photobiologie, sauf pour la photothérapie.

De nos jours, la lumière solaire est acceptée de la même manière que les autres nécessites (air, eau, nourriture) l'étaient il y a cent ans. Quand des "polluants atnosphériques", tels que les hydrocarbures halogènes, détruisent la couche d'ozone et augmentent l'intensité des U.V. "B", ils constituent, en même temps, des "polluants de la lumière" puisqu'ils en altèrent le spectre. Les lunettes solaires ordinaires agissent, elles aussi, comme des polluants individuels de la lumière transmise aux yeux.

Par conséquent, l'utilisation de lunettes solaires ordinaires est aussi peu recommandable que le largage de gaz sulfureux dans l'atmosphère ou que l'addition de nitrites aux viandes. Il parait clair que, pour etre idéales, les solaires ne doivent pas présenter les inconvénients ci-dessus et, surtout, ne pas altérer la portion bénéfique du spectre lumineux.

En outre, les modifications apportées par l'homme à son environnement représentent un autre type de pollution, de par l'albédo qui en résulte.

Pendant des millénaires, l'environnement de l'homme a été dominé par le vert (végétation) et le bleu (ciel). L'albédo était donc déplacée vers le vert-bleu, expliquant peut etre pourquoi la Xmax de la rhodopsine n'est pas à 520 nm mais plus proche de 500 nm. Les bâtiments, les trottoirs, l'asphalte produisent une déplétion urbaine des verts alors que le ciel est moins visible, de sorte que la lumière réfléchie a perdu sa qualité originale. C'est donc un avantage supplémentaire de l'invention de restituer à l'habitat urbain la qualité (environ 500 nm ) de ltenvironnement naturel primitif.

Puisque les effets d'une carence en lumière sont variables et à retardement, la relation de cause a effet est difficile a démontrer.

Cependant, en France, des psychologues ont noté une baisse de l'acuité intellectuelle, alors que les sexologues ont remarque' une baisse certaine de l'activite sexuelle parmi les porteurs habituels de lunettes foncées.

Un autre expert, le professeur Hervouet, a mis en garde les utilisateurs de lunettes foncées qui, d'après lui, constituent un danger pour la santé
En diminuant la photostimulation les lunettes solaires peuvent provoquer ou aggraver les états suivants: syndrome dépressif saisonnier , anomalies du comportement, hypersomnie, troubles du sommeil, dépression mentale avec tendance au suicide, fécondité réduite et diminution de la libido.

Pour être idéales les lunettes solaires devraient réduire l'éblouissement et protéger les yeux contre les radiations nocives, tout en maintenant la photostimulation.

VERRES SURFACES
Dans l'air et dans des conditions normales de température, tous les substrats transparents surfacés-avec une couche dont l'indice de réfraction est différent de celui du substrat acquièrent des propriétés nouvelles quant à la réflexion et à la transmission de la lumière. Ces propriétés nouvelles dépendent de l'indice de réfraction, de la transparence et de lthomogénéite optique du substrat et des couches, du nombre et de l'épaisseur des couches ainsi que de leur ordre d'application et des conditions (température, vide et pression partielle d'oxygène) pre'sentes lors de leur application. Ces mêmes conditions influencent l'adhésion et la dureté des couches ainsi que l'indice de réfraction de certaines couches telles que les oxydes de silicium.

Des surfac,ages simples permettent de modifier la réflexion (et par conséquent l'absorption) d'un substrat.

Sans surfaçage un substrat transparent à deux faces parallèles polies (comme celui utilisé pour les verres à lunettes) peut perdre par réflexion plus de 8% (4t pour chaque face) de la lumière incidente (fig 4). La réflexion est proportionnelle à l'indice de réfraction du substrat selon le coefficient de Fresnel:

Ou: nO est l'indice de réfraction du milieu ambiant (air, en général).

nS est l'indice de réfraction du substrat.

Ce coefficient de Fresnel s'applique à des incidences normales. I1 s'applique aussi à des incidences obliques si on utilise les indices effectifs appropriés au lieu de nO et ns.

La réflexion après surfaçage unilatéral devient:

Ou: nO et nS sont définis comme plus haut.

ne est l'indice de réfraction du surfaçage.

est l'angle d'incidence de la lumière.

Aux alentours de 500nm, un surfaçage bilatéral quart d'onde élimine entre 75 et 95% de la réflexion pour des incidences respectives de 900 et 600; ceci pour un substrat en verre crown (n = 1,52) et un surfaçage de fluorure de magnésium (n = 1,38).

Pour les surfaçages à couches multiples (chacune ayant un indice différent de celui de sa voisine) d'un substrat approprié (fig 5 et 6 ), la réflectivité et la transmission varient considérablement selon le nombre de couches, leur épaisseur individuelle et l'ordre dans lequel elles sont déposées. Ces surfaçage multiples-peuvent changer radicalement la transmission par la substrat; l'ensemble substrat-couches devient un système optique complexe qui agit comme un syntoniseur possédant des zones réfléchissantes qui rejettent certaines longueurs d'onde, ne transmettant qu une bande étroite du spectre lumineux. Ils sont délicats et de fabrication laborieuse.

L 'invention apporte des lunettes solaires et des verres qui transmettent efficacement la lumière photobiologique tout en réduisant la transmission du reste du spectre lumineux et des ultraviolets. La lumiere transmise est donc unique et idéale pour promouvoir les effets photobiologiques.

Les verres à lunettes sont équipés de montures appropriées permettant a l'usager de voir en toute sécurité et confort.

Plusieurs réalisations de l'invention sont proposées. Ces réalisations sont obtenues soit par teinture ou coloration du substrat, soit par surfaçage, ou encore par une combinaison des deux méthodes selon les exemples suivants.

VERRES COLORÉS ler EXEMPLE, COLORATION PAR IMMERSION: La coloration par immersion est facile et aboutit à une transmission photobiologique satisfaisante, en utilisant la méthode suivante:
Une feuille de chlorure de polyvinyle plastifiée, telle que le GLASKLAR
H 5 numéro 12 (American Renolit Inc., 135 Algonquin Parkway, Whippany, NJ, 07981) de 0,4mm d'épaisseur est immergée pendant 5seconde dans une solution de 15% de terpolymere de chlorure de vinyle-acétate de vinyle et vinylalcohol (UNCAR solution vinyl VAGH, Union Carbide Inc., 39 Olé
Ridgebury Road, Danbury, CT, 06817-0001) dans du n-propylacétate (Eastman
Kodak Inc., Rochester, NY, 14650) contenant 0,1% de FACROLEX GREEN 5 B (Mobay Inc., 550 Belmont Avenue, Haledon, NJ, 07508), un pigment anthraquinonique.Le séchage demande une heure, et s'effectue sans dépolissement de la surface.

La figure 1 montre la transmission de ce substrat coloré, mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre enregistreur Beckman modèle 35 (Beckman Inc., 45 Belmont Drive, Somerset, NJ, 08873) de 200 à 600nm. La même figure 1 montre que la transmission maximum (80%) a lieu à 493nm, ce qui correspond exactement à la # max de la rhodopsine humaine illustrée par la figure 2.

La courbe de la figure 2 représente le spectre d'absorption de la rhodopsine humaine établie selon Dartnall (mentionné dans "Some properties of solubilized rhodopsin par F. Crescitelli, Experimental Eye Research, vol. 40, p. 523, 1985). Une comparaison des figures 1 et 2 montre que la transmission du "verre" coloré est très proche de la courbe d'absorption de la rhodopsine, résultat tres satisfaisant puisque correspondant exactement au spectre photobiologique.

Un examen de la figure 1 montre aussi que la transmission des longueurs d'onde en dehors du spectre photobiologique est relativement faible, réduisant par la ltéblouissement; en dec,a de 420nm et au delà de 560nm, la transmission est de moins de 50Z. De plus, il n'y a aucune transmission mesurable dans 1'UV B et C qui sont complétement bloqués par le "verre" coloré entre 200 et 315nm. Donc l'exemple coloré transmet le spectre photobiologique tout en rejettant les autres radiations. Ceci confère une protection oculaire totale vis à vis des radiations les plus nocives dont l'intensité est accrue par la dépletion de la couche d'ozone atmosphérique.

2eme EXEMPLE, SUBSTRAT COLORÉ DANS LA FIASSE: Les pigments non polaires tels que le MACROLEX GREEN 5 B utilisé pour le premier exemple sont excellents pour colorer le substrat par incorporation directe avant l'extrusion ou la lamination. Ainsi coloré le substrat transmet comme s'il était coloré par immersion (fig.l).

Ces "verres" colorés sont très appropriés pour des lunettes solaires, etant donné qu'ils rejettent les longueurs d'onde indésirables. Ils permettent aussi de varier facilement la densité de la couleur (offrant par là un choix) au cours de la fabrication.

SURFACAGES 3ème EXEMPLE, SURFAgAGE A UNE COUCIIE: Un verre surfacé de chaque côté représente une application facile de l'invention. La couche appliquée doit, théoriquement, avoir une épaisseur de 496,3/4 = 124,075nm, entant donné que 496,3nm est la valeur la plus eénérnlement admise dans la littérature pour la Xmax de la rhodopsine humaine. Comme il est virtuellement impossible de faire des surfaçage avec une précision supérieure à 1X on parlera d'une épaisseur de 124nm.

Le verre Crown (n = 1,52) est surfacé par déposition sous vide. Le fluorure de magnésium (Mg F2) est un matériau de choix de par son indice (1,38) et aussi par sa dureté remarquable.

Il est préférable d'utiliser des particules de Mg F2 (A. D. Mackay Inc.,
P. O. Box 1612, Darien, CT 06820) de moins d'un millimètre. L'évaporation du Mg F2 est produite dans une chambre à vide (Kurt J. Lesker Inc., 1515
Worthington Avenue, Clairton, PA 15025) par chauffage électrique résiste.

Le vide est maintenu à 10mm de 11g. Le substrat doit être préparé sous vide a 4U0C pour éliminer les traces d'eau et d'autres contaminants adsorbés par les surfaces.

- A la figure 3, la réf. 6 désigne un verre de lunettes monté dans une monture comportant des branches 7. La réf. 1 désigne la lumière reçue et la réf. 2 la lumière transmise. Une partie du verre 6 est représenté à plus grande échelle et en coupe dans la zone circulaire isolée de la figure 3.

Le substrat 3 peut être en matière plastique aussi bien qu'en verre. Il est alors surfacé par évnporatio1l-polymèrisation à basse température qui aboutit à une fine couche 4 de polymère (tel que le parylène). Le parylène se produit par polymèrisation du p-xylène ou diméthylbenzène (Mallinkrodt
Inc., P. 0. 22648, St Louis, MO 63147). Après chauffage à la vapeur a 950C il se transforme en un dimère solide, le di-p-xylylène. Ce dimère est pyrolysé à 550 C produisant une vapeur monomère de p-xylylène qui, par refroidissement en dessous de 50 C, se dépose par condensation et polymèrisation sur n'importe quel substrat sous forme d'un film uniforme de haute purete.Dans cet exemple le substrat 3 est un polycarbonate (American Acrylics Inc., 4868 North Clark Street, Chicago, IL 60640).

L'épaisseur de la monocouche 4, déposte avec une précision de 1% est vérifiée par interfèromètrie (Michelson). La figure 4 montre la courbe de transmission du modèle (fig. 3) surfacé des deux côtés. La courbe identifiée "MC" (monocouche)montre le pourcentage de la lumière réfléchie par'rapport au substrat 3 non surfacé "SN". Sans surfaçage 8,75% des 1o"'8rers d'onde entre 400 et 800nn1 sont réfléchies. Avec surfaçage la réflexion varie entre 2,5Z (à 49G,3nm) et 4,5X (à 4OOnm). Ceci représente une différence de 6,25% å 496,3nm.Etant donné que la lumière qui n'est pas réfléchie est-transmise par le substrat 3, le gain de transmission dû au surfaçage est de 6,25a à 496 > 3nm, longueur d'onde photobiologique par excellence. Les longueurs d'onde proches de 496.3nm montrent aussi un gain analogue. A 400nm, le surfaçage bilatéral réduit la re'flexion (donc augmente la transmission) de 4,25 (8,75 - 4,50) par rapport au substrat non traité.

Toutes les valeurs précédentes s'appliquent à des incidences normales (90 ) que le substrat soit incolore ou teinté. Les valeurs sont donc minimum étant donné que, pour des incidences obliques, le gain de transmission pour les longueurs d'onde photobiologiques est plus marqué.

II se trouve qu'un surfaçage de 124nm d'épaisseur réfléchisse fort bien les infrarouges conférant par là à l'usager une protection oculaire supplémentaire. Ceci s'applique aux verres à vitre qui, en conséquence, deviennent de meilleurs isolants thermiques sauvegardant l'énergie calorifique.

Après surfaage, les verres de lunettes correcteurs transmettent plus de lumière pilotobiologique sans altérer sensiblement la couleur de la lumière transmise. L'addition d'un surfaçage aux verres solaires (exemples 1 et 2) exacerbe la transmission du spectre photobiologique.

4ème EXEMPLE, SURFAÇAGE A DOUBLE COUC11E(fig. 5) : Du couches successives d'un quart d'onde (124nm d'épaisseur pour une > de 496,3nm), la deuxième 12 de silice (A. D. Mackay Inc.) recouvrant la première il de Mg F2, sont appliquées par évaporation sous vide sur le substrat 10 comme indiqué pour l'exem- ple 1. L'indice de réfraction de la couche de silice 12 peut varier entre 1,4 et 1,9 selon la pression partielle d'oxygène durant ltopération. Toutefois ceci ne change pas sensiblement la transmission selon 9 de la lumière recule selon 8. L'épaisseur des couches est vérifiée spectroscopiquement.

Pour les plastiques et autres substrats 10, une couche double est
déposée en recouvrant un surfaçage de parylène il par une couche de
polytetrafluorothylne (Tefion), le tout par exposition sous vide comme
pour l'exemple 1.

La figure 4 illustre la réflexion du surfaçage à double couche
representé figure 5. Les deux surfaces sont traites. Chaque couche mesure
124nm. La courbe de réflexion est identifiée par la mention "DC" (double
couche). La réflexion maximum est entre 0,15% a 496nm et 5X à 400nm. Ceci
représente une différence de 8,6% par rapport au substrat nu "SN". Ceci signifie
que la réflexion des longueurs d'onde voisines de 496nm est virtuellement
abolie. Puisque la lumière non réfléchie est transmise à travers le
substrat, ceci correspond à un gain de 8,6% pour la transmission de ces
longueurs d'onde.

La figure 4 démontre que les surfaçages à double couche sont bien
supérieurs aux surfaçage monocouches quant à la lumière transmises dans le
spectre photobiologique. Pour les longueurs d'onde éloignées de 496nm, la
réflexion devient même supérieure à celle donnée par le substrat non surfacé. Ceci réduit la transmission de ces radiations non photobiologiques qui, étant rejetées, diminuent l'éblouissement.

Après surfaçage à double couche, les verres de lunettes correcteurs augmentent de 8,6Z la transmission photoblologlque, tout en protégeant les yeux contre les ultraviolets et les infrarouges. Quant aux verres colore's des exemples 1 et 2, leur transmission photobiologique est encore accrue par les surfacages à double couche.

Les surfaçages a double couche (chaque couche ayant une épaisseur d'l/4 d'une longueur d'onde photobiologique) augmentent spécifiquement la transmission de cette longueur d'onde; ils sont donc parfaitement compatibles avec l'esprit de l'invention.

5ème EXEMPLE, SURFACAGE A TRIPLE CQUCHE (fig. 6): Les substrats 15 à bas indices de réfraction (1,5 a 1,7) donnent les meilleurs résultats. La réflexion est t minimum quand n, x n3 = no x ns et n21 = nOx ns ou nO est l'indice de réfraction du milieu (air)
nS est l'indice de réfraction du substrat
nD, n et n3 sont les indices de réfraction de la première 16, deuxième 17 et troisième 18 couche, respectivement.

La réfection minimum, donc la meilleure transmission.pour 496,3nm, se produit avec les trois couches suivantes:
1ère (16) et 3ème(l8)couches de FIg FX (n - 1,38), épaisseur 124nm
chacune.

2ème couche de dioxyde de zirconium (A. D. Mackay) (n P 2,1),
épaisseur 248nm.

Ces couches sont déposées par évaporation comme pour le 3ème exemple.

La lumière est reçue selon 13 et transmise selon 14. Au voisinage de 496,3
nm, il y a très peu de différence (fig. 4)'dans la lumière transmise que
les surfaçages soient doubles ou triples. Toutefois le triple surfaçage est un bien meilleur réflecteur des radiations aux deux extrémités du spectre lumineux, améliorant ainsi la réjection des ultraviolets et des infrarouges.

Conséquemmellt les surfaçages triples, tels qu'ils sont décrits, sont en harmonie avec l'esprit de l'invention et peuvent, par conséquent, être utilisés pour des verres correcteurs ordinaires ou pour des verres solaires afin d'augmenter la transmission pllotobiologique sans changer beaucoup la couleur de la lumière transmise. Ils augmentent aussi la protection UV et
IR.

6ème EXEMPLE, COklLINAlSONS COLORATION-SURFÂÇAGE; Le substrat coloré du 2ème exemple peut être surfacé comme suggéré dans les 3ème, 4ème et 5ème exemples. Le surfaçage augmentera de 8,6X la transmission de la lumière photobiologique q;i, sans lui, serait perdue par réflexion.

Donc, les combinaisons colorntion-surfaçage représentent les réalisations les plus souhaitables, étant donné le gain photobiologique supplémentaire associé à une élimination accrue des rayons indésirables.

VARIANTES : Tous les exemples cites sont applicables aux lunettes solaires.

Le premier exemple est supérieur quant à l'élimination des rayons non photobiologiques. L'intensité de la coloration des verres peut être facilement nodifiée selon la concentration du pigment offrant une gamme à l'usager. Pour les solaires ordinaires, des verres non correcteurs sont1 en général, utilisés. Pour les utilisateurs qui en ont besoin, les verres solaires correcteurs sont préparés individuellement.

Les verres à teinte dégradée à partir du centre optique représentent une variante possible pour certains des exemples donnés.

Les verres de contact cosmétiques peuvent être photobiologiques s'ils ont la couleur appropriée.

Après surfaçasse, les verres correcteurs ordinaires deviennent photobiologiques puisqu'ils augmentent la transmission photobiologique tout en amdliorat la protection contre les ultraviolets et infrarouges.

Une fois surfacées, les vitres transmettent plus de lumière photobiologique par les vitraux, parebrises, etc. Ils rejettent étalement certaines longueurs d'onde nocives. Par conséquent, tout individu recevant ainsi son illumination solaire recevra un surplus de 8,6 de lumière photobiologique tout en limitant les pertes energetiques par rayonnement infrarouge étant donné que le surfaçage photobiologique réduit la transmission dans l'infrarouge.

Il ressort de l'exposé qui précède que l'invention apporte des verres pour lunettes solaires et autres applications, verres qui sont capables de transmettre efficacement la portion du spectre lumineux essentiel à la santé. Cette précieuse lumière peut donc alors atteindre la rétine pour y jouer un rôle fondamental. Ceci est un avantage vis a vis des solaires ordinaires qui inhibent la transmission photobiologique. La lumière photobiologique a un role à la fois préventif et curatif pour les états dépressifs saisonniers, les troubles du sommeil et du comportement, la dépression mentale avec tendances au suicide, la diminution de la spermatogénèse et la perte de la libido.En plus, les verres photobiologiques ont les avantages suivants:
- Ils donnent aux porteurs de solaires une protection antieblouissante
en dehors du spectre photobiologique qui peut être déterminée (pendant
la fabrication) soit par l'intensité de la coloration, soit par le
nombre de couches du surfaçage.

--Ils donnent une protection contre les ultraviolets et les infrarouges.

- Ils donnent aux porteurs de solaires une réhabilitation du spectre
urbain.

- Ils donnent ulule photostimulation accrue aux utilisateurs de solaires
ordinaires qui souffrent d'une photos timulation insuffisante.

- Ils donnent un surplus de 8,6% en lumière photobiologique aux
porteurs de verres correcteurs, même non teintés.

- Ils donnent un surplus de 8,6% en lumière photobiologique aux
utilisateurs de vitres, vitraux, parebrises etc. Le surplus atteint
16% si ces mêmes utilisateurs portent des verres correcteurs.

- Ils permettent une économie par réflexion, de l'énergie radiante
infrarouge qui n'est pas transmise.

- Ils permettent la combinaison surfaiage-coloration aboutissant à une
cumulation dans la transmission photobiologique.

- Ils permettent aux diffuseurs, transmetteurs, filtres, abat-jours,
écrans et autres systèmes transparents de transmettre plus de lumière photobiologique.

- Ils permettent aux générateurs de lumière (ampoules, etc.) d'émettre
plues de lumière photobiologique.

Bien que certaines réalisations et applications de l'invention aient ete' donnes pour illustrer la nouveauté du concept, les experts reconnaîtront que des cilaugements mineurs dans les courbes de transmission des verres peuvent être envisages tout en deneurant fidèles à l'esprit de l'invention.

Par exemple, le pic de la courbe de transmission d'un verre ne doit pas nécessairement etre à la Amax, tant qu'il se trouve à une longueur d'onde qui est dans la courbe d'absorption de la rhodopsine humaine. Par conséquent, la portée de l'invention n'est déterminée que par les revendications plutôt que par les exemples fournis.

Claims

REVENDICATIONS

1- Dispositif de filtrage de la lumière pour l'observation optique au travers dudit dispositif, comprenant un substrat transparent C3j 10, 15) et des moyens de montage (7) pour positionner ledit substrat de telle sorte qu'il intercepte la lumière ambiante (1, 8, 13) et la transmette (2, 9, 14) à l'un au moins des yeux d'un utilisateur, caractérise en ce qu'il comporte des moyens de maîtrise de la transmission de la lumière tels que le substrat

- transmet efficacement la lumière dont la longueur d'onde est dans la gamme du spectre photobiologique humain, laquelle gamme correspond sensiblement à la courbe du taux d'absorption de la lumière de la rhodopsine humaine, et

- réfléchit et/ou absorbe la lumière dont la longueur d'onde est hors de cette gamme.

2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de maîtrise de la transmission consistent en une coloration dudit substrat dans la masse.

3- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de maîtrise de la transmission consistent en un surfaçage (4 ; 11, 12 ; 16, 17, 18) dudit substrat.

4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de maîtrise de la transmission consistent en une série de surfaçages (11, 12 ; 16, 17, 18).

5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens de montage sont constitués par une monture de lunettes (7) et en ce que ledit substrat transparent est une lentille (6) montée dans ladite monture.

6- Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, à la fabrication de pare-brise de véhicules, verre à vitre, vitraux, enveloppes d'ampoules d'éclairage, diffuseurs, transmetteurs, filtres, abat-jour et écrans transparents.