JP2004520610A - 人の目の色覚を改善または修正するカラーフィルタを設計する方法、およびその方法により設計したカラーフィルタ手段 - Google Patents
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Abstract
本発明は、人の目の色覚を改善または修正するカラーフィルタの設計方法に関する。本発明によれば、達成すべき所望の反対信号関数を、改善または修正すべき目の色覚の、実際の反対信号関数で除し、その結果得られる関数の負の範囲はゼロで置き換え、関数全体を正規化してスペクトル透過関数を求め、望ましい場合には、このスペクトル透過関数の１つまたは複数の区間を修正する。本発明はまた、上記の方法によって設計されるカラーフィルタ手段に関する。
Description
【０００１】
本発明は、人の目の色覚を改善または修正するカラーフィルタを設計する方法に関する。本発明はまた、この方法によって設計されるカラーフィルタ手段に関し、この手段は例えば、眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズとすることができる。本発明による解決策は、主として色弱者（すなわち、色覚不全を有する人、一般には色覚異常者（色盲）とも呼ばれる）の色覚を改善するために適用するものであるが、非色弱者の色覚を修正する必要のある場合にも、有効に適用することができる。
【０００２】
人の目の色覚は、光受容体（錐体とも呼ばれる）の刺激の進行から始まり、この光受容体は網膜上にあり、３つの異なる波長領域、すなわち長波長（ｌ）、中波長（ｍ）および短波長（ｓ）領域において感度を有する（参照：Ｓｔｏｃｋｍａｎ， Ａ．， Ｓｈａｒｐｅ， Ｌ． Ｔ．：”Ｔｈｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｄｄｌｅ ａｎｄ Ｌｏｎｇ Ｗａｗｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｅｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｏｂｓｅｒｖｅｒｓ ｏｆ Ｋｎｏｗｎ Ｇｅｎｏｔｙｐｅ” ； Ｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ４０，１７１１−１７３９ （２０００））。この過程は、これらの網膜の情報が、最初に双極性細胞に、次いで神経節細胞に送られることによって継続する（参照：Ｒｏｄｉｅｃｈ， Ｒ． Ｗ：”Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｓｔｅｐｓ ｉｎ Ｓｅｅｉｎｇ”， ｐ． ３８−４０ （Ｓｉｎａｖｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ， Ｉｎｃ．， ＭＡ，ＵＳＡ， １９９８））。神経節細胞を出る信号は、脳に色情報を運び、そこで色覚のさらなるステップが進行する。
【０００３】
色覚不全の発症においては、網膜上の光受容体のスペクトル感度が、基本的な役割を果たす。色覚不全を補正しようとする初期の試みは、色弱者においては、光受容体の一部が正常なものより単純に感度が低いとの仮定に基づいており、したがって、すべての光受容体間の感度の正しい比を再成するために、その他の光受容体（正常な感度を有する）の感度を比例して低下させた。公開されたハンガリー特許第５５７４５１７号、および米国特許第４９９８８１７号、同第５５７４５１７号、同第５６１７１５４号、同第５３６９４５３号および同第５８４６４５７号に開示されている方法および手段、さらに指定された受容体の感度のある波長領域において選択的に少ない光を透過するカラーフィルタの使用は、そのような補正のための試みとみなすことができる。
【０００４】
カラーフィルタの使用に基づくその他の方法は、色覚の実際の改善を達成しようとせずに、色コントラストをある程度増大させることだけをねらいとした。このようなカラーフィルタは、色覚を低下させることさえもよくあるが、これによって色弱者は、異なる色を異なる明るさで見ることができるようになる。このようなフィルタを用いると、いわゆる仮性同色色覚テスト（石原試験、ＶｅｌｈａｇｅｎテストおよびＤｖｏｒｉｎテストなど）を「だます」ことができるが、色覚を現実に改善するには至らない。
【０００５】
さらなる調査によって、先天性色弱の基本的な理由は、網膜上の特定の光受容体のスペクトル感度関数（以後はＳＳＦと記す）が、波長軸に沿って移動することにあることがわかった（参照：Ｎａｔｈａｎｓ， Ｊ．： Ｔｈｅ Ｇｅｎｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｌｏｒ Ｖｉｓｉｏｎ； Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ ｐｐ． ３５−３８ （Ｆｅｂｒｕａｒｙ， １９８９））。この認識によって、間違いであることがわかった受容体感度低下の理論が、長期にわたりなお残留しているかがよく説明される。すなわち、所与の波長だけにおいて受容体感度を測定すれば、移動のせいで、感度の低いＳＳＦの部分が観察される可能性が高いということである。
【０００６】
米国特許第５７７４２０２号に開示されている方法では、上記の認識を利用しており、受容体ＳＳＦが、誤った形状であること、すなわち色弱は、位置移動および／または変形を有するＳＳＦの結果である可能性も考慮されている。この方法の原理は、カラーフィルタを用い、そのスペクトル透過関数（所与の受容体種類に対して、透過光の割合を、光の波長に対してプロットされている関数）が、達成しようとする正規の形状および位置を有するＳＳＦと、実際の（移動した）位置および／または変形した形状を有するＳＳＦとの商に一致させることにある。この解決策は、補正が必要でないＳＳＦを有する他の受容体に、カラーフィルタが悪影響を及ぼさない限り有効である。この矛盾は、カラーフィルタの光透過を、ある波長領域においてのみ、上記のように計算された関数に調整し、この領域外の波長においては、フィルタの光透過を一定値に維持することで解決される。この解決策の弱点は、この後者の条件にあるが、それは、そこから光透過が一定でなくてはならない波長を選択することが任意であるからである。
【０００７】
上記のすべての解決策は、受容体側から、すなわち入力側から色覚過程に介入する。１組の神経節細胞が、ｌおよびｍ受容体の信号を比較し、その結果として、（ｌ−ｍ）に比例する反対信号を脳に伝送し、それに対して別の組の神経節細胞が、ｓ受容体の信号をｌおよびｍ信号の和と比較し、その結果、（ｓ−（ｌ＋ｍ））に比例する反対信号を脳に伝送することがわかっているが、波長の関数としての反対信号の強度変化に影響を与える試みは行われず、すなわち、色覚を補正するための出力側からのフィードバック制御は、以前には適用されていなかった。
【０００８】
本発明は、人の目の色覚の改善または修正は、カラーフィルタのスペクトル透過関数（以後はＳＴＦ）を、受容体のスペクトル感度関数に基づくのではなく、波長に対してプロットした（ｌ−ｍ）に比例する反対信号の強度（以後、反対信号関数ＯＰ１）に基づくか、または波長に対してプロットした（ｓ−（ｌ＋ｍ））に比例する反対信号（以後は、反対信号関数ＯＰ２とする）の強度に基づいて設計することによって、従来の解決策によるよりも、はるかに効率的に行うことができるという認識に基づいている。
【０００９】
したがって、本発明は人の目の色覚を改善または修正するカラーフィルタのスペクトル透過関数を設計する方法に関する。本発明によれば、達成しようとする所望の反対信号関数（ＯＰ１またはＯＰ２）を、色覚を補正または修正しようとする目の実際の反対信号関数（ＯＰ１’またはＯＰ２’）によって除し、結果として得られる関数の負の範囲をゼロで置き換え、関数全体を正規化してスペクトル透過関数を得、必要であれば、修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊またはＯＰ２ ＊）を、前記スペクトル透過関数および、色覚を改善または修正しようとする色覚を有する目のｌ、ｍ、ｓ受容体の実際のスペクトル感度関数から生成し、１つまたは複数の受容体において、前記修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊またはＯＰ２ ＊）と達成しようとする前記所望の反対信号関数（ＯＰ１またはＯＰ２）とを１回または複数回反復して比較することによって、前記スペクトル透過関数の１つまたは複数の区間を、１つまたは複数の波長範囲において修正する。
【００１０】
本発明はまた、人の目の色覚を改善または修正するためのカラーフィルタを備える光学手段であって、カラーフィルタが上述のように設計されるスペクトル透過関数を有する前記光学手段に関する。
次に、添付の図面を参考にして本発明をより詳細に説明する。
【００１１】
赤／緑色覚不全を有する患者（すなわち第一色弱または第二色弱を有する患者）の特性は、ｌ光受容体（第一色弱）のＳＳＦまたは、ｍ光受容体（第二色弱）のＳＳＦが、移動位置にあること、および／または正常のものと比較して変形していること、ならびに両方の場合において、ＯＰ関数の形状が正常なものと異なることである。ほとんどの色弱者が、赤／緑色弱を患っているので、以下では、本発明がどのように正常のＯＰ１を達成できるかについて述べる。しかしながら、ｓ光受容体のＳＳＦが移動位置にあり、および／または変形している、第三色弱を患う患者にも、同じ原理を適用することができることを理解すべきである。また同じ原理を、非色弱者の色覚を特定の目的で修正する場合、すなわち正常なものと異なる処方どうりのＯＰ１またはＯＰ２を得ることがねらいである場合にも適用することができる。
【００１２】
スペクトル透過関数を設計するためには、商形成ＯＰ１およびＯＰ１’関数を最初に準備しなくてはならず、これには正常色覚を有する目、および改善または修正しようとする色覚を有する目の両方についてのｌ、ｍ、ｓ受容体のＳＳＦの知識を必要とする。正常色覚を有する目に対しては、これらの曲線は、出版物に記載されており、したがって公知である（前出のＳｔｏｃｋｍａｎｎら、を参照）。異常色覚を有する目のＳＳＦ特性は、公知の方法によって精密に測定することができる（米国特許第５８０１８０８号を参照）。しかしながら、異常色覚を有する目については、ＳＳＦの正確な知識は絶対的な要件ではなく、概略の曲線を取るだけで十分である。
【００１３】
色覚不全が、ＳＳＦの位置移動のせいだけによる場合（これは大多数の場合にあてはまる）には、適当な近似曲線を、例えば、広範囲に使用されている診断方法である、アノマロスコピイ（ａｎｏｍａｌｏｓｃｏｐｙ）に基づいて、構築することが可能であり、これに基づいて、例えば赤／緑色覚不全の種類と程度を、次の診断グループに分類することができる。それは、
ｌ受容体の欠陥に起因する異常：軽度第一色弱、中程度第一色弱、重度第一色弱、第一色覚異常、
ｍ受容体の欠陥に起因する異常：軽度第二色弱、中程度第二色弱、重度第二色弱、第二色覚異常である。
【００１４】
上記の診断の知識によって、異常受容体に対するＳＳＦを正常なものから、それぞれの正常な受容体のＳＳＦを、波長軸に沿って以下の値だけずらせることによって導くことができる（負の数値は、短い波長領域への移動を表し、正の数値は長い波長領域への移動を表す）。
軽度の第一色弱：−６ｎｍ、
中程度第一色弱：−１２ｎｍ、
重度第一色弱：−１８ｎｍ、
第一色覚異常：−２４ｎｍ、
軽度第二色弱：＋６ｎｍ、
中程度第二色弱：＋１２ｎｍ、
重度第二色弱：＋１８ｎｍ、
第二色覚異常：＋２４ｎｍである。
【００１５】
本発明による色覚改善カラーフィルタを、上記のすべての等級に対するテストフィルタとして一旦準備すると、患者は、その患者の診断に対応するテストフィルタ、またはその次のものが、色覚試験においてより結果をもたらすかどうかを試験することができるので、上記の等級で十分である。
ＯＰ１およびＯＰ１’は、図２に示すモデルに従って、正常のＳＳＦおよび異常のものから、それぞれ得ることができる。ＯＰ２およびＯＰ２’についても同様である。
その後に、ＯＰ１をＯＰ１’で除し、これによってカラーフィルタの最終スペクトル透過関数の、開始関数が得られる。第一色弱を補正するためのこのような開始関数を、いくぶん簡略化した形態で図４ａに示し、また第二色弱を補正するためのものを、図４ｂに示してある。
【００１６】
数学的には、色覚の補正は、フィルタのスペクトル透過関数にＯＰ１’を乗じることで始まり、これによってフィルタのスペクトル透過関数が開始関数と同一である場合には、その積はＯＰ１そのもの、すなわち直ちに完全な補正が得られることになる。しかしながら、これは、次の２つの理由で、理論的にだけ可能であるにすぎない。第１の理由は、開始関数は負領域（図４ａ）を有するが、この領域は、負のフィルタリングは存在しないので、実際には実現することができないことである。したがって、開始関数の負領域は、ゼロに置きかえる必要がある。第２の理由は、カラーフィルタを有する光学手段（例えば眼鏡）の光透過能力は１を超えることはできず、さらに表面反射のために、実際には１に近づくこともなく、例えば９２％に近づくだけであることにある。したがって開始関数は、正規化しなくてはならない。正規化は、カラーフィルタを備える光学手段の最大光透過率に対して行うのが好ましい。図５の例については、開始関数は、０．９（すなわち、光透過率９０％）に対して正規化されており、すなわち、この関数に、その最大値と０．９の商を、その全長にわたって乗じることによって行った。
【００１７】
上述のように設計されたスペクトル透過関数を備えるカラーフィルタを用いることによって、修正（すなわち改善された）反対信号関数（ＯＰ１ ＊）を、人の生体組織内に以下のように生成する。
実際に、カラーフィルタは、入力光のスペクトル組成を変更するが、このことは数学的には、受容体の感度関数を乗じることを意味する。このカラーフィルタを通して、色覚を改善しようとする患者の目に白色光が入ると，目の受容体が白色光に適応する。このことは数学的には次のように説明される。ｌ、ｍおよびｓ受容体のＳＳＦに、まずカラーフィルタのスペクトル透過関数を乗じ、次いで定数を乗じることによって、ｌ、ｍおよびｓ波長感応受容体のＳＳＦの積分比が、元の値（１：１：２）に戻るようにする。このことは、カラーフィルターを用いても、目が、白を白色として認識することを意味している（これは色順応と呼ばれる）。
【００１８】
カラーフィルタのスペクトル透過関数を乗じることと順応によって、受容体の元のＳＳＦが、ＳＳＦ＊に変換される。神経節細胞内において起こる過程の結果として（そのモデルを図２に示す）、修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊）が、ＳＳＦ＊から形成される。上述した２つの理由で、この修正ＯＰ１ ＊は、達成しようとするＯＰ１とは同じとはなり得えないが、図６からわかるように、開始関数ＯＰ１’よりもはるかに所望の関数に近くなっている。
【００１９】
場合によっては、修正ＯＰ１ ＊についてさらに修正を実行するのが望ましいことがある。このような修正を行うと、修正ＯＰ１ ＊が、目的関数、すなわちＯＰ１を近似する区間と、その程度が影響を受ける可能性がある。したがって、より良い結果を得るために、ＯＰ１ ＊の形状またはその最大値が、目標の曲線のそれにできる限り接近すべきかどうかを判定することができる。また、良い結果を得るために、ＯＰ１ ＊の正または負の最大値を、波長において目標の曲線の正または負の最大値と一致させるべきかどうか、またはＯＰ１ ＊の最大値の高さを増大させるべきかどうかを、判定することができる。これらの修正を、以下においては、最適化と呼ぶ。
【００２０】
最適化が望ましいときには（例えばＯＰ１改善の治療を受ける患者についてＯＰ２も改善すべき場合などが当てはまる）、まず人の生体組織内で起こる上述の過程を数学的に反復し、すなわちｌ、ｍおよびｓ受容体の開始ＳＳＦに、カラーフィルタのスペクトル透過関数を乗じて、その結果として得られるＳＳＦの積分比を、１：１：２の開始値に再調節する。こうすることで、修正ＳＳＦ＊’が生成され、それからＰ１ ＊が、図２に示すモデルに従って形成される。次いで、結果として得られる曲線（ＯＰ１ ＊）を正しい曲線（ＯＰ１）と比較し、どの区画を、どのように修正すべきかを決定する。次のステップでは、スペクトル透過関数を、１つまたは複数の区間で修正し、次いで第２の、さらに修正されたＯＰ１ ＊を、上述したように修正透過関数を用いて生成する。
【００２１】
このさらに修正されたＯＰ１ ＊上に所望の変更が現れる場合に、最適化は成功とみなされる。いくつかのステップで最適化を実施することによって、スペクトル透過関数が波長軸に沿った区間に分割され、個々のステップのそれぞれにおいて、これらの区間の１つだけが修正するのが好ましい。したがって、例えば次に示す個々の区間のパラメータは、完全に単独に、あるいは互いに組み合わせて、修正することができる。
−区間の高さ；
−区間の一方または両方のエンドポイント位置；
−全範囲またはその一部にわたる区間の勾配。
【００２２】
例として、以下に様々な種類の色覚不全に対して有効な補正を達成するために、６つの区画に分割したスペクトル透過関数の、個々の区間の特定のパラメータを変更することが推奨できることを示す。この６つの区間は、次のとうりである。
（１） ４００〜４５０ｎｍ
（２） ４５０〜５４０ｎｍ
（３） ５４０〜５６０ｎｍ
（４） ５６０〜５８０ｎｍ
（５） ５８０〜６００ｎｍ
（６） ６００〜７００ｎｍ
【００２３】
第一色弱：
区間（１） 高さ
区間（２） 高さ、５４０ｎｍでのエンドポイントの位置
区間（３） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（４） 両エンドポイントの位置
区間（５）〜（５） 勾配
このようなパラメータを変更することによって得られるスペクトル透過関数を図５ａに示す。
軽度から中程度の第二色弱：
区間（２）〜（３） 勾配
区間（４） 両エンドポイントの位置
区間（５） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（６） 高さ
【００２４】
このようなパラメータを変更することによって得られるスペクトル透過関数を図５ｂに示す。
重度の第二色弱：
区間（１）〜（２） 高さ
区間（３） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（４） 両エンドポイントの位置
区間（５） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（６） 高さ
このようなパラメータを変更することによって得られるスペクトル透過関数を図５ｃに示す。
第三色弱：
区間（１）〜（２） 勾配
区間（３）〜（４）〜（５）〜（６） 高さ
【００２５】
赤／緑色弱（第一または第二色弱）を患う患者の色覚の補正に適したスペクトル透過関数の特性数値パラメータを、例として以下に示す。
（ａ）スペクトル透過関数は、第一色弱を補正しようとする場合、５８０〜７００ｎｍ区間に入り、かつ０〜７．５×１０−３ｎｍ−１の勾配を有するか、または４５０〜５６０の区間に入り、かつ−１０−２〜０ｎｍ−１の勾配を有する、単調に変化する小区間を有する。
（ｂ）５６０〜５８０ｎｍ区間において、スペクトル透過関数は、０〜２０％の光透過の小区間を有する。
【００２６】
（ｃ）スペクトル透過関数は、ほぼ一定の光透過の小区間を有し、第一色弱を補正するときには、この小区間は４００〜５４０ｎｍにあり、または第二色弱を補正する場合には、６００〜７００ｎｍ区間およびまれには４００〜５４０ｎｍにある。
（ｄ）光透過が、ほぼ一定の光透過を有する（「オーバシュート」）先行の、または後続の、小区間の光透過よりも大きい小区間を有し、前記小区間は、第一色弱を補正する場合には、５４０〜５６０ｎｍであり、または第二色弱を補正する場合には、５８０〜６００ｎｍ区間、およびまれには５４０〜５６０ｎｍ区間にある。
【００２７】
すでに述べたように、正常な目の色覚を意図どうりに修正する役割をするカラーフィルタのスペクトル透過関数も、上記の方法によって設計することができる。この場合には、補正しようとする色覚を有する目の反対信号関数特性は、実際の正常な色覚を有する目の反対信号特性と一致するのに対して、達成しようとする反対信号関数は、達成しようとする変更にしたがって正常なものからずれた反対信号関数となる。この過程における他のすべてのステップは、上記と同じである。このように設計されたスペクトル透過関数を図７に示してある。図７に示すスペクトル透過関数を有するフィルタによって、色調をさらにいきいきと描き、非色弱者にもよりコントラストの強い色覚をもたらすことができる。このようなカラーフィルタは、例えば、仕事の一部として、色調を非常に高精度で識別しなくてはならない人に、好適である。
【００２８】
本発明によって設計されたスペクトル関数を有するカラーフィルタは、カラーフィルタ製造に適する任意の技術で製作することができる。カラーフィルタを製作するための、広く普及している方法の例を以下に説明する。
これらの方法の一つが、薄膜層構造の真空蒸着カラーフィルタを製造する方法であり、これは例えば反射防止層を有する眼鏡の製造に使用される。光の干渉特性を利用するこの技術を用いると、任意に設計したスペクトル透過関数を有するフィルタを、異なる反射率の材料を、互いにλ／４の光学経路を有する層として互いに蒸着することによって、製造することができる。今日では、市販ソフトウエアも販売されており、それを用いると所望のスペクトル透過関数を提供する層システムを設計することができる。個々の層の材料に応じて、所与のスペクトル透過関数を、様々な方法で提供することができる。
【００２９】
別の公知の方法によれば、必要なスペクトル透過関数は、多種多様な市販の染料から選択される既製品の顔料から形成される。これらの顔料は、レンズの材料に混合して染料入りレンズを得るか、または熱拡散方法によってレンズの表面層に進入させるか、またはレンズ表面に塗布される。この方法は、以前に述べた方法よりも簡単であるが、利用可能な顔料のスペクトル特性が、この方法によって得ることのできるスペクトル透過関数の選択を制限する。したがって、既成の顔料を用いると、必要なスペクトル透過関数は近似することだけが可能であるが、そのような近似も受容できるものである。
【００３０】
上記の２つの解決策は、組み合わせて適用することもできる。したがって、染料入りフィルタを、薄膜層型のものと組み合わせるか、または薄膜層型フィルタを、レンズの塗布または熱拡散処理表面、またはその反対表面に塗布することもできる。このような場合には、個々のカラーフィルタのスペクトル透過関数は、本発明に従って設計されたスペクトル透過関数に一致することになる。
【００３１】
新規な解決策として、本発明に従って設計されたスペクトル透過関数は、サンドイッチフィルタを用いて得ることもできる。この場合には、２つのカラーフィルタが、透明光学接着剤を間において互いに重ね合わされ、２つのフィルタのスペクトル透過関数の合成（すなわち積）は、本発明によって設計されたスペクトル透過関数と一致することになる。この解決策は、本発明の一部を形成し、必要とするスペクトル透過関数を公知の方法で製造するのが困難な場合に、有利に適用することができる。
【００３２】
上記から明らかなように、多くの場合に、カラーフィルタは実際には互いに組み合わされたカラーフィルタの組立体である。したがって、明細書および請求項がカラーフィルタに関する場合には、この用語は、このような組み合わせも包含する。染料入りレンズまたは表面層を染められたレンズも、カラーフィルタとみなされる。
本発明はまた、本発明によって設計されたスペクトル透過関数を有するカラーフィルタを有する光学カラーフィルタ手段にも関する。このような光学手段の例のいくつかを図８〜１１に示す。
【００３３】
図８に示す光学手段は、本発明によって設計されるスペクトル透過関数のカラーフィルタ２を備える、眼鏡フレームまたは機器のウインド内に配置するためのレンズ１である。
図９は、上述のサンドイッチフィルタを備える手段の実施態様を示す。前記手段は、その内部表面に第１カラーフィルタ２と、その外表面に第２のカラーフィルタ４を備える第２のレンズ５と、前記第１のカラーフィルタ２を、前記第２カラーフィルタに接着する光学接着剤３を備える。ここでも両レンズとも、眼鏡レンズ、または機器のウインドとして使用するレンズであってもよい。
【００３４】
図１０は、その内部にフィルタ層２を備えるコンタクトレンズ１を示す。図１１は、フィルタ層２および触覚３を設けられた眼内レンズ１を示す。
レンズは、ゼロ屈折でも、または予め処方された適当な屈折補正を施して製作してもよい。レンズは、従来型の保護カバーおよび／または反射防止層を設けてもよく、この後者の場合には、レンズの光透過は、９９％まで高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】正常色覚を有する人の目のｌ、ｍおよびｓ光受容体のスペクトル感度関数を示す図である（横軸はｎｍ単位の波長（λ）、縦軸は任意単位の感度）。
【図１ｂ】図１ａの座標系において、理論的な種類の第一色覚異常に対する光受容体のスペクトル感度関数を示す図である。ここでｓ受容体のＳＳＦは、点線で示してある。比較の目的で、ｓ受容体のＳＳＦの正しい形状及び位置を実線で示してある。
【図２】神経節細胞レベルにおける、受容体信号の処理のブロックスキームを示し、さらなる処理のために脳に色情報を伝達する、ＯＰ１型（赤／緑）およびＯＰ２型（青／黄）反対信号が、どのように生成されるか、また無色Ｖ（λ）スペクトル光度関数がどのように形成されるかを示した図である。
【図３ａ】正常な色覚を有する目に対する反対信号関数（ＯＰ１およびＯＰ２）を示し（横軸は単位ｎｍのλ、縦軸は強度）、グラフをわかりやすくするために、関数ＯＰを垂直方向に約５倍に拡大した図である。
【図３ｂ】図３ａの座標系において、典型的な赤／緑色弱を有する患者のＯＰ１’関数を、正常な色覚を有する目のＯＰ１関数と比較して示す図である。
【図４ａ】第一色弱の色弱患者についてのＯＰ１／ＯＰ１’の商から得られる関数を示す図である。
【図４ｂ】第二色弱を有する色弱患者用のそれぞれの関数を示す図である。図４ａおよび４ｂの両方において、０．９に対して正規化した関数を、わずかに簡略化して示してあり、関数の負の範囲は、図４ｂから除外されている。横軸λはｎｍであり、縦軸は光透過強度である。
【図５ａ】異なる強度の色弱を有する患者用に設計したスペクトル透過関数を示す図である。
【図５ｂ】軽度から中程度の第二色弱を有する患者用に設計されたスペクトル透過関数を示す図である。
【図５ｃ】重度の第二色弱を有する患者用に設計されたスペクトル透過関数を示す図である。すべての関数は、図４ａまたは４ｂに示す関数の負の範囲を、それぞれゼロに置きかえ、関数を０．９に対して正規化し、結果として得られる一次スペクトル透過関数のいくつかの区間を修正することによって設計されている。
【図６】図３ａ用の座標系において、色弱患者用のＯＰ１型反対信号関数を、色覚を改善する手段を用いない場合（ＯＰ１’、点線で示す曲線）、および本発明による色覚改善手段を使用した場合（ＯＰ１ ＊、細い実線で示す曲線）について示した図である。比較のために、正常な色覚を有する目のＯＰ１曲線（太い実線で示す曲線）も示してある。
【図７】正常色覚を有する目に使用するために本発明にしたがって設計された、色明度および色コントラストを改善するカラーフィルタのスペクトル透過関数を示す図である。
【図８】カラーフィルタ層を片側に設けた眼鏡用レンズを示す図である。
【図９】２つのハーフレンズの重畳する表面に配置されたカラーフィルタ層を示す図であり、このカラーフィルタ層は、透明光学接着剤によって互いに分離されている。
【図１０】着色材料で製作するか（染料入りレンズ）、またはカラーフィルタを設けることのできるコンタクトレンズを示す図である。
【図１１】着色材料で製作するか（染料入りレンズ）、またはカラーフィルタを設けることのできる眼内レンズを示す図である。
本発明は、人の目の色覚を改善または修正するカラーフィルタを設計する方法に関する。本発明はまた、この方法によって設計されるカラーフィルタ手段に関し、この手段は例えば、眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズとすることができる。本発明による解決策は、主として色弱者（すなわち、色覚不全を有する人、一般には色覚異常者（色盲）とも呼ばれる）の色覚を改善するために適用するものであるが、非色弱者の色覚を修正する必要のある場合にも、有効に適用することができる。
【０００２】
人の目の色覚は、光受容体（錐体とも呼ばれる）の刺激の進行から始まり、この光受容体は網膜上にあり、３つの異なる波長領域、すなわち長波長（ｌ）、中波長（ｍ）および短波長（ｓ）領域において感度を有する（参照：Ｓｔｏｃｋｍａｎ， Ａ．， Ｓｈａｒｐｅ， Ｌ． Ｔ．：”Ｔｈｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｄｄｌｅ ａｎｄ Ｌｏｎｇ Ｗａｗｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｅｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｏｂｓｅｒｖｅｒｓ ｏｆ Ｋｎｏｗｎ Ｇｅｎｏｔｙｐｅ” ； Ｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ４０，１７１１−１７３９ （２０００））。この過程は、これらの網膜の情報が、最初に双極性細胞に、次いで神経節細胞に送られることによって継続する（参照：Ｒｏｄｉｅｃｈ， Ｒ． Ｗ：”Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｓｔｅｐｓ ｉｎ Ｓｅｅｉｎｇ”， ｐ． ３８−４０ （Ｓｉｎａｖｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ， Ｉｎｃ．， ＭＡ，ＵＳＡ， １９９８））。神経節細胞を出る信号は、脳に色情報を運び、そこで色覚のさらなるステップが進行する。
【０００３】
色覚不全の発症においては、網膜上の光受容体のスペクトル感度が、基本的な役割を果たす。色覚不全を補正しようとする初期の試みは、色弱者においては、光受容体の一部が正常なものより単純に感度が低いとの仮定に基づいており、したがって、すべての光受容体間の感度の正しい比を再成するために、その他の光受容体（正常な感度を有する）の感度を比例して低下させた。公開されたハンガリー特許第５５７４５１７号、および米国特許第４９９８８１７号、同第５５７４５１７号、同第５６１７１５４号、同第５３６９４５３号および同第５８４６４５７号に開示されている方法および手段、さらに指定された受容体の感度のある波長領域において選択的に少ない光を透過するカラーフィルタの使用は、そのような補正のための試みとみなすことができる。
【０００４】
カラーフィルタの使用に基づくその他の方法は、色覚の実際の改善を達成しようとせずに、色コントラストをある程度増大させることだけをねらいとした。このようなカラーフィルタは、色覚を低下させることさえもよくあるが、これによって色弱者は、異なる色を異なる明るさで見ることができるようになる。このようなフィルタを用いると、いわゆる仮性同色色覚テスト（石原試験、ＶｅｌｈａｇｅｎテストおよびＤｖｏｒｉｎテストなど）を「だます」ことができるが、色覚を現実に改善するには至らない。
【０００５】
さらなる調査によって、先天性色弱の基本的な理由は、網膜上の特定の光受容体のスペクトル感度関数（以後はＳＳＦと記す）が、波長軸に沿って移動することにあることがわかった（参照：Ｎａｔｈａｎｓ， Ｊ．： Ｔｈｅ Ｇｅｎｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｌｏｒ Ｖｉｓｉｏｎ； Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ ｐｐ． ３５−３８ （Ｆｅｂｒｕａｒｙ， １９８９））。この認識によって、間違いであることがわかった受容体感度低下の理論が、長期にわたりなお残留しているかがよく説明される。すなわち、所与の波長だけにおいて受容体感度を測定すれば、移動のせいで、感度の低いＳＳＦの部分が観察される可能性が高いということである。
【０００６】
米国特許第５７７４２０２号に開示されている方法では、上記の認識を利用しており、受容体ＳＳＦが、誤った形状であること、すなわち色弱は、位置移動および／または変形を有するＳＳＦの結果である可能性も考慮されている。この方法の原理は、カラーフィルタを用い、そのスペクトル透過関数（所与の受容体種類に対して、透過光の割合を、光の波長に対してプロットされている関数）が、達成しようとする正規の形状および位置を有するＳＳＦと、実際の（移動した）位置および／または変形した形状を有するＳＳＦとの商に一致させることにある。この解決策は、補正が必要でないＳＳＦを有する他の受容体に、カラーフィルタが悪影響を及ぼさない限り有効である。この矛盾は、カラーフィルタの光透過を、ある波長領域においてのみ、上記のように計算された関数に調整し、この領域外の波長においては、フィルタの光透過を一定値に維持することで解決される。この解決策の弱点は、この後者の条件にあるが、それは、そこから光透過が一定でなくてはならない波長を選択することが任意であるからである。
【０００７】
上記のすべての解決策は、受容体側から、すなわち入力側から色覚過程に介入する。１組の神経節細胞が、ｌおよびｍ受容体の信号を比較し、その結果として、（ｌ−ｍ）に比例する反対信号を脳に伝送し、それに対して別の組の神経節細胞が、ｓ受容体の信号をｌおよびｍ信号の和と比較し、その結果、（ｓ−（ｌ＋ｍ））に比例する反対信号を脳に伝送することがわかっているが、波長の関数としての反対信号の強度変化に影響を与える試みは行われず、すなわち、色覚を補正するための出力側からのフィードバック制御は、以前には適用されていなかった。
【０００８】
本発明は、人の目の色覚の改善または修正は、カラーフィルタのスペクトル透過関数（以後はＳＴＦ）を、受容体のスペクトル感度関数に基づくのではなく、波長に対してプロットした（ｌ−ｍ）に比例する反対信号の強度（以後、反対信号関数ＯＰ１）に基づくか、または波長に対してプロットした（ｓ−（ｌ＋ｍ））に比例する反対信号（以後は、反対信号関数ＯＰ２とする）の強度に基づいて設計することによって、従来の解決策によるよりも、はるかに効率的に行うことができるという認識に基づいている。
【０００９】
したがって、本発明は人の目の色覚を改善または修正するカラーフィルタのスペクトル透過関数を設計する方法に関する。本発明によれば、達成しようとする所望の反対信号関数（ＯＰ１またはＯＰ２）を、色覚を補正または修正しようとする目の実際の反対信号関数（ＯＰ１’またはＯＰ２’）によって除し、結果として得られる関数の負の範囲をゼロで置き換え、関数全体を正規化してスペクトル透過関数を得、必要であれば、修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊またはＯＰ２ ＊）を、前記スペクトル透過関数および、色覚を改善または修正しようとする色覚を有する目のｌ、ｍ、ｓ受容体の実際のスペクトル感度関数から生成し、１つまたは複数の受容体において、前記修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊またはＯＰ２ ＊）と達成しようとする前記所望の反対信号関数（ＯＰ１またはＯＰ２）とを１回または複数回反復して比較することによって、前記スペクトル透過関数の１つまたは複数の区間を、１つまたは複数の波長範囲において修正する。
【００１０】
本発明はまた、人の目の色覚を改善または修正するためのカラーフィルタを備える光学手段であって、カラーフィルタが上述のように設計されるスペクトル透過関数を有する前記光学手段に関する。
次に、添付の図面を参考にして本発明をより詳細に説明する。
【００１１】
赤／緑色覚不全を有する患者（すなわち第一色弱または第二色弱を有する患者）の特性は、ｌ光受容体（第一色弱）のＳＳＦまたは、ｍ光受容体（第二色弱）のＳＳＦが、移動位置にあること、および／または正常のものと比較して変形していること、ならびに両方の場合において、ＯＰ関数の形状が正常なものと異なることである。ほとんどの色弱者が、赤／緑色弱を患っているので、以下では、本発明がどのように正常のＯＰ１を達成できるかについて述べる。しかしながら、ｓ光受容体のＳＳＦが移動位置にあり、および／または変形している、第三色弱を患う患者にも、同じ原理を適用することができることを理解すべきである。また同じ原理を、非色弱者の色覚を特定の目的で修正する場合、すなわち正常なものと異なる処方どうりのＯＰ１またはＯＰ２を得ることがねらいである場合にも適用することができる。
【００１２】
スペクトル透過関数を設計するためには、商形成ＯＰ１およびＯＰ１’関数を最初に準備しなくてはならず、これには正常色覚を有する目、および改善または修正しようとする色覚を有する目の両方についてのｌ、ｍ、ｓ受容体のＳＳＦの知識を必要とする。正常色覚を有する目に対しては、これらの曲線は、出版物に記載されており、したがって公知である（前出のＳｔｏｃｋｍａｎｎら、を参照）。異常色覚を有する目のＳＳＦ特性は、公知の方法によって精密に測定することができる（米国特許第５８０１８０８号を参照）。しかしながら、異常色覚を有する目については、ＳＳＦの正確な知識は絶対的な要件ではなく、概略の曲線を取るだけで十分である。
【００１３】
色覚不全が、ＳＳＦの位置移動のせいだけによる場合（これは大多数の場合にあてはまる）には、適当な近似曲線を、例えば、広範囲に使用されている診断方法である、アノマロスコピイ（ａｎｏｍａｌｏｓｃｏｐｙ）に基づいて、構築することが可能であり、これに基づいて、例えば赤／緑色覚不全の種類と程度を、次の診断グループに分類することができる。それは、
ｌ受容体の欠陥に起因する異常：軽度第一色弱、中程度第一色弱、重度第一色弱、第一色覚異常、
ｍ受容体の欠陥に起因する異常：軽度第二色弱、中程度第二色弱、重度第二色弱、第二色覚異常である。
【００１４】
上記の診断の知識によって、異常受容体に対するＳＳＦを正常なものから、それぞれの正常な受容体のＳＳＦを、波長軸に沿って以下の値だけずらせることによって導くことができる（負の数値は、短い波長領域への移動を表し、正の数値は長い波長領域への移動を表す）。
軽度の第一色弱：−６ｎｍ、
中程度第一色弱：−１２ｎｍ、
重度第一色弱：−１８ｎｍ、
第一色覚異常：−２４ｎｍ、
軽度第二色弱：＋６ｎｍ、
中程度第二色弱：＋１２ｎｍ、
重度第二色弱：＋１８ｎｍ、
第二色覚異常：＋２４ｎｍである。
【００１５】
本発明による色覚改善カラーフィルタを、上記のすべての等級に対するテストフィルタとして一旦準備すると、患者は、その患者の診断に対応するテストフィルタ、またはその次のものが、色覚試験においてより結果をもたらすかどうかを試験することができるので、上記の等級で十分である。
ＯＰ１およびＯＰ１’は、図２に示すモデルに従って、正常のＳＳＦおよび異常のものから、それぞれ得ることができる。ＯＰ２およびＯＰ２’についても同様である。
その後に、ＯＰ１をＯＰ１’で除し、これによってカラーフィルタの最終スペクトル透過関数の、開始関数が得られる。第一色弱を補正するためのこのような開始関数を、いくぶん簡略化した形態で図４ａに示し、また第二色弱を補正するためのものを、図４ｂに示してある。
【００１６】
数学的には、色覚の補正は、フィルタのスペクトル透過関数にＯＰ１’を乗じることで始まり、これによってフィルタのスペクトル透過関数が開始関数と同一である場合には、その積はＯＰ１そのもの、すなわち直ちに完全な補正が得られることになる。しかしながら、これは、次の２つの理由で、理論的にだけ可能であるにすぎない。第１の理由は、開始関数は負領域（図４ａ）を有するが、この領域は、負のフィルタリングは存在しないので、実際には実現することができないことである。したがって、開始関数の負領域は、ゼロに置きかえる必要がある。第２の理由は、カラーフィルタを有する光学手段（例えば眼鏡）の光透過能力は１を超えることはできず、さらに表面反射のために、実際には１に近づくこともなく、例えば９２％に近づくだけであることにある。したがって開始関数は、正規化しなくてはならない。正規化は、カラーフィルタを備える光学手段の最大光透過率に対して行うのが好ましい。図５の例については、開始関数は、０．９（すなわち、光透過率９０％）に対して正規化されており、すなわち、この関数に、その最大値と０．９の商を、その全長にわたって乗じることによって行った。
【００１７】
上述のように設計されたスペクトル透過関数を備えるカラーフィルタを用いることによって、修正（すなわち改善された）反対信号関数（ＯＰ１ ＊）を、人の生体組織内に以下のように生成する。
実際に、カラーフィルタは、入力光のスペクトル組成を変更するが、このことは数学的には、受容体の感度関数を乗じることを意味する。このカラーフィルタを通して、色覚を改善しようとする患者の目に白色光が入ると，目の受容体が白色光に適応する。このことは数学的には次のように説明される。ｌ、ｍおよびｓ受容体のＳＳＦに、まずカラーフィルタのスペクトル透過関数を乗じ、次いで定数を乗じることによって、ｌ、ｍおよびｓ波長感応受容体のＳＳＦの積分比が、元の値（１：１：２）に戻るようにする。このことは、カラーフィルターを用いても、目が、白を白色として認識することを意味している（これは色順応と呼ばれる）。
【００１８】
カラーフィルタのスペクトル透過関数を乗じることと順応によって、受容体の元のＳＳＦが、ＳＳＦ＊に変換される。神経節細胞内において起こる過程の結果として（そのモデルを図２に示す）、修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊）が、ＳＳＦ＊から形成される。上述した２つの理由で、この修正ＯＰ１ ＊は、達成しようとするＯＰ１とは同じとはなり得えないが、図６からわかるように、開始関数ＯＰ１’よりもはるかに所望の関数に近くなっている。
【００１９】
場合によっては、修正ＯＰ１ ＊についてさらに修正を実行するのが望ましいことがある。このような修正を行うと、修正ＯＰ１ ＊が、目的関数、すなわちＯＰ１を近似する区間と、その程度が影響を受ける可能性がある。したがって、より良い結果を得るために、ＯＰ１ ＊の形状またはその最大値が、目標の曲線のそれにできる限り接近すべきかどうかを判定することができる。また、良い結果を得るために、ＯＰ１ ＊の正または負の最大値を、波長において目標の曲線の正または負の最大値と一致させるべきかどうか、またはＯＰ１ ＊の最大値の高さを増大させるべきかどうかを、判定することができる。これらの修正を、以下においては、最適化と呼ぶ。
【００２０】
最適化が望ましいときには（例えばＯＰ１改善の治療を受ける患者についてＯＰ２も改善すべき場合などが当てはまる）、まず人の生体組織内で起こる上述の過程を数学的に反復し、すなわちｌ、ｍおよびｓ受容体の開始ＳＳＦに、カラーフィルタのスペクトル透過関数を乗じて、その結果として得られるＳＳＦの積分比を、１：１：２の開始値に再調節する。こうすることで、修正ＳＳＦ＊’が生成され、それからＰ１ ＊が、図２に示すモデルに従って形成される。次いで、結果として得られる曲線（ＯＰ１ ＊）を正しい曲線（ＯＰ１）と比較し、どの区画を、どのように修正すべきかを決定する。次のステップでは、スペクトル透過関数を、１つまたは複数の区間で修正し、次いで第２の、さらに修正されたＯＰ１ ＊を、上述したように修正透過関数を用いて生成する。
【００２１】
このさらに修正されたＯＰ１ ＊上に所望の変更が現れる場合に、最適化は成功とみなされる。いくつかのステップで最適化を実施することによって、スペクトル透過関数が波長軸に沿った区間に分割され、個々のステップのそれぞれにおいて、これらの区間の１つだけが修正するのが好ましい。したがって、例えば次に示す個々の区間のパラメータは、完全に単独に、あるいは互いに組み合わせて、修正することができる。
−区間の高さ；
−区間の一方または両方のエンドポイント位置；
−全範囲またはその一部にわたる区間の勾配。
【００２２】
例として、以下に様々な種類の色覚不全に対して有効な補正を達成するために、６つの区画に分割したスペクトル透過関数の、個々の区間の特定のパラメータを変更することが推奨できることを示す。この６つの区間は、次のとうりである。
（１） ４００〜４５０ｎｍ
（２） ４５０〜５４０ｎｍ
（３） ５４０〜５６０ｎｍ
（４） ５６０〜５８０ｎｍ
（５） ５８０〜６００ｎｍ
（６） ６００〜７００ｎｍ
【００２３】
第一色弱：
区間（１） 高さ
区間（２） 高さ、５４０ｎｍでのエンドポイントの位置
区間（３） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（４） 両エンドポイントの位置
区間（５）〜（５） 勾配
このようなパラメータを変更することによって得られるスペクトル透過関数を図５ａに示す。
軽度から中程度の第二色弱：
区間（２）〜（３） 勾配
区間（４） 両エンドポイントの位置
区間（５） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（６） 高さ
【００２４】
このようなパラメータを変更することによって得られるスペクトル透過関数を図５ｂに示す。
重度の第二色弱：
区間（１）〜（２） 高さ
区間（３） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（４） 両エンドポイントの位置
区間（５） 高さ、両エンドポイントの位置
区間（６） 高さ
このようなパラメータを変更することによって得られるスペクトル透過関数を図５ｃに示す。
第三色弱：
区間（１）〜（２） 勾配
区間（３）〜（４）〜（５）〜（６） 高さ
【００２５】
赤／緑色弱（第一または第二色弱）を患う患者の色覚の補正に適したスペクトル透過関数の特性数値パラメータを、例として以下に示す。
（ａ）スペクトル透過関数は、第一色弱を補正しようとする場合、５８０〜７００ｎｍ区間に入り、かつ０〜７．５×１０−３ｎｍ−１の勾配を有するか、または４５０〜５６０の区間に入り、かつ−１０−２〜０ｎｍ−１の勾配を有する、単調に変化する小区間を有する。
（ｂ）５６０〜５８０ｎｍ区間において、スペクトル透過関数は、０〜２０％の光透過の小区間を有する。
【００２６】
（ｃ）スペクトル透過関数は、ほぼ一定の光透過の小区間を有し、第一色弱を補正するときには、この小区間は４００〜５４０ｎｍにあり、または第二色弱を補正する場合には、６００〜７００ｎｍ区間およびまれには４００〜５４０ｎｍにある。
（ｄ）光透過が、ほぼ一定の光透過を有する（「オーバシュート」）先行の、または後続の、小区間の光透過よりも大きい小区間を有し、前記小区間は、第一色弱を補正する場合には、５４０〜５６０ｎｍであり、または第二色弱を補正する場合には、５８０〜６００ｎｍ区間、およびまれには５４０〜５６０ｎｍ区間にある。
【００２７】
すでに述べたように、正常な目の色覚を意図どうりに修正する役割をするカラーフィルタのスペクトル透過関数も、上記の方法によって設計することができる。この場合には、補正しようとする色覚を有する目の反対信号関数特性は、実際の正常な色覚を有する目の反対信号特性と一致するのに対して、達成しようとする反対信号関数は、達成しようとする変更にしたがって正常なものからずれた反対信号関数となる。この過程における他のすべてのステップは、上記と同じである。このように設計されたスペクトル透過関数を図７に示してある。図７に示すスペクトル透過関数を有するフィルタによって、色調をさらにいきいきと描き、非色弱者にもよりコントラストの強い色覚をもたらすことができる。このようなカラーフィルタは、例えば、仕事の一部として、色調を非常に高精度で識別しなくてはならない人に、好適である。
【００２８】
本発明によって設計されたスペクトル関数を有するカラーフィルタは、カラーフィルタ製造に適する任意の技術で製作することができる。カラーフィルタを製作するための、広く普及している方法の例を以下に説明する。
これらの方法の一つが、薄膜層構造の真空蒸着カラーフィルタを製造する方法であり、これは例えば反射防止層を有する眼鏡の製造に使用される。光の干渉特性を利用するこの技術を用いると、任意に設計したスペクトル透過関数を有するフィルタを、異なる反射率の材料を、互いにλ／４の光学経路を有する層として互いに蒸着することによって、製造することができる。今日では、市販ソフトウエアも販売されており、それを用いると所望のスペクトル透過関数を提供する層システムを設計することができる。個々の層の材料に応じて、所与のスペクトル透過関数を、様々な方法で提供することができる。
【００２９】
別の公知の方法によれば、必要なスペクトル透過関数は、多種多様な市販の染料から選択される既製品の顔料から形成される。これらの顔料は、レンズの材料に混合して染料入りレンズを得るか、または熱拡散方法によってレンズの表面層に進入させるか、またはレンズ表面に塗布される。この方法は、以前に述べた方法よりも簡単であるが、利用可能な顔料のスペクトル特性が、この方法によって得ることのできるスペクトル透過関数の選択を制限する。したがって、既成の顔料を用いると、必要なスペクトル透過関数は近似することだけが可能であるが、そのような近似も受容できるものである。
【００３０】
上記の２つの解決策は、組み合わせて適用することもできる。したがって、染料入りフィルタを、薄膜層型のものと組み合わせるか、または薄膜層型フィルタを、レンズの塗布または熱拡散処理表面、またはその反対表面に塗布することもできる。このような場合には、個々のカラーフィルタのスペクトル透過関数は、本発明に従って設計されたスペクトル透過関数に一致することになる。
【００３１】
新規な解決策として、本発明に従って設計されたスペクトル透過関数は、サンドイッチフィルタを用いて得ることもできる。この場合には、２つのカラーフィルタが、透明光学接着剤を間において互いに重ね合わされ、２つのフィルタのスペクトル透過関数の合成（すなわち積）は、本発明によって設計されたスペクトル透過関数と一致することになる。この解決策は、本発明の一部を形成し、必要とするスペクトル透過関数を公知の方法で製造するのが困難な場合に、有利に適用することができる。
【００３２】
上記から明らかなように、多くの場合に、カラーフィルタは実際には互いに組み合わされたカラーフィルタの組立体である。したがって、明細書および請求項がカラーフィルタに関する場合には、この用語は、このような組み合わせも包含する。染料入りレンズまたは表面層を染められたレンズも、カラーフィルタとみなされる。
本発明はまた、本発明によって設計されたスペクトル透過関数を有するカラーフィルタを有する光学カラーフィルタ手段にも関する。このような光学手段の例のいくつかを図８〜１１に示す。
【００３３】
図８に示す光学手段は、本発明によって設計されるスペクトル透過関数のカラーフィルタ２を備える、眼鏡フレームまたは機器のウインド内に配置するためのレンズ１である。
図９は、上述のサンドイッチフィルタを備える手段の実施態様を示す。前記手段は、その内部表面に第１カラーフィルタ２と、その外表面に第２のカラーフィルタ４を備える第２のレンズ５と、前記第１のカラーフィルタ２を、前記第２カラーフィルタに接着する光学接着剤３を備える。ここでも両レンズとも、眼鏡レンズ、または機器のウインドとして使用するレンズであってもよい。
【００３４】
図１０は、その内部にフィルタ層２を備えるコンタクトレンズ１を示す。図１１は、フィルタ層２および触覚３を設けられた眼内レンズ１を示す。
レンズは、ゼロ屈折でも、または予め処方された適当な屈折補正を施して製作してもよい。レンズは、従来型の保護カバーおよび／または反射防止層を設けてもよく、この後者の場合には、レンズの光透過は、９９％まで高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】正常色覚を有する人の目のｌ、ｍおよびｓ光受容体のスペクトル感度関数を示す図である（横軸はｎｍ単位の波長（λ）、縦軸は任意単位の感度）。
【図１ｂ】図１ａの座標系において、理論的な種類の第一色覚異常に対する光受容体のスペクトル感度関数を示す図である。ここでｓ受容体のＳＳＦは、点線で示してある。比較の目的で、ｓ受容体のＳＳＦの正しい形状及び位置を実線で示してある。
【図２】神経節細胞レベルにおける、受容体信号の処理のブロックスキームを示し、さらなる処理のために脳に色情報を伝達する、ＯＰ１型（赤／緑）およびＯＰ２型（青／黄）反対信号が、どのように生成されるか、また無色Ｖ（λ）スペクトル光度関数がどのように形成されるかを示した図である。
【図３ａ】正常な色覚を有する目に対する反対信号関数（ＯＰ１およびＯＰ２）を示し（横軸は単位ｎｍのλ、縦軸は強度）、グラフをわかりやすくするために、関数ＯＰを垂直方向に約５倍に拡大した図である。
【図３ｂ】図３ａの座標系において、典型的な赤／緑色弱を有する患者のＯＰ１’関数を、正常な色覚を有する目のＯＰ１関数と比較して示す図である。
【図４ａ】第一色弱の色弱患者についてのＯＰ１／ＯＰ１’の商から得られる関数を示す図である。
【図４ｂ】第二色弱を有する色弱患者用のそれぞれの関数を示す図である。図４ａおよび４ｂの両方において、０．９に対して正規化した関数を、わずかに簡略化して示してあり、関数の負の範囲は、図４ｂから除外されている。横軸λはｎｍであり、縦軸は光透過強度である。
【図５ａ】異なる強度の色弱を有する患者用に設計したスペクトル透過関数を示す図である。
【図５ｂ】軽度から中程度の第二色弱を有する患者用に設計されたスペクトル透過関数を示す図である。
【図５ｃ】重度の第二色弱を有する患者用に設計されたスペクトル透過関数を示す図である。すべての関数は、図４ａまたは４ｂに示す関数の負の範囲を、それぞれゼロに置きかえ、関数を０．９に対して正規化し、結果として得られる一次スペクトル透過関数のいくつかの区間を修正することによって設計されている。
【図６】図３ａ用の座標系において、色弱患者用のＯＰ１型反対信号関数を、色覚を改善する手段を用いない場合（ＯＰ１’、点線で示す曲線）、および本発明による色覚改善手段を使用した場合（ＯＰ１ ＊、細い実線で示す曲線）について示した図である。比較のために、正常な色覚を有する目のＯＰ１曲線（太い実線で示す曲線）も示してある。
【図７】正常色覚を有する目に使用するために本発明にしたがって設計された、色明度および色コントラストを改善するカラーフィルタのスペクトル透過関数を示す図である。
【図８】カラーフィルタ層を片側に設けた眼鏡用レンズを示す図である。
【図９】２つのハーフレンズの重畳する表面に配置されたカラーフィルタ層を示す図であり、このカラーフィルタ層は、透明光学接着剤によって互いに分離されている。
【図１０】着色材料で製作するか（染料入りレンズ）、またはカラーフィルタを設けることのできるコンタクトレンズを示す図である。
【図１１】着色材料で製作するか（染料入りレンズ）、またはカラーフィルタを設けることのできる眼内レンズを示す図である。
Claims (15)
- 人の目の色覚を改善または修正するカラーフィルタのスペクトル透過機能を設計する方法であって、
達成すべき所望の反対信号関数（ＯＰ１またはＯＰ２）を、改善または修正すべき色覚を有する目の実際の反対信号関数特性（ＯＰ１’またはＯＰ２’）で除し、結果として得られる関数の負の範囲をゼロで置き換え、関数全体を正規化することによってスペクトル透過関数を得ると共に、望ましい場合には、前記スペクトル透過関数と、改善または修正すべき色覚を有する目のｌ、ｍおよびｓ受容体の実際のスペクトル感度関数とから修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊またはＯＰ２ ＊）を生成し、前記修正反対信号関数（ＯＰ１ ＊またはＯＰ２ ＊）と達成すべき前記所望反対信号関数（ＯＰ１またはＯＰ２）とを、１回または複数回繰り返して比較することによって、前記スペクトル透過関数の１つまたは複数の区間を、１つまたは複数の波長範囲で修正する、前記方法。 - カラーフィルタを設ける光学手段の最大光透過率に対して、正規化を実施する、請求項１に記載の方法。
- 正常な色覚を有する目のＯＰ１特性を、達成すべき反対信号関数として使用し、色弱者のｌおよびｍ受容体の実際のスペクトル感度関数の差として生成したＯＰ１’を、実際の反対信号関数として使用する、赤／緑色覚不全を有する色弱者の色覚を補正するカラーフィルタのスペクトル透過関数を設計するための、請求項１または２に記載の方法。
- 正常色覚を有する目のＯＰ２特性を、達成すべき反対信号関数として使用し、色弱者のｌ、ｍおよびｓ受容体の実際のスペクトル感度関数の差（ｓ−（ｌ＋ｍ））として生成するＯＰ２’を、実際の反対信号関数として使用する、第三色弱を有する色弱者の色覚を補正するカラーフィルタのスペクトル透過関数を設計するための、請求項１または２に記載の方法。
- 正常色覚の反対信号関数特性を、実際の反対信号関数として使用し、正常色覚の反対信号関数特性からの意図的な修正によって得られる反対信号関数を、達成すべき反対信号関数として使用する、非色弱者の色覚を意図的に修正するカラーフィルタのスペクトル透過関数を設計するための、請求項１または２に記載の方法。
- 第一色弱を有する色弱者の色覚をさらに改善するために、ＯＰ１をＯＰ１’で除し、結果として得られる関数の負の範囲をゼロで置き換え、次いで得られた関数を正規化することによって得られるスペクトル透過関数を、
波長範囲４００〜５４０ｎｍ内に入る区間で関数の高さ、および／または５４０ｎｍ側のエンドポイント位置を変更し、
波長範囲５４０〜５６０ｎｍ内に入る区間で関数の高さ、および／または一方または両方のエンドポイント位置を変更し、
波長範囲５６０〜５８０ｎｍ内に入る区間で一方または両方のエンドポイント位置を変更し、
５８０〜７００ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の勾配を変更することによって修正する、請求項１または３に記載の方法。 - 軽度から中程度の第二色弱を有する色弱者の色覚をさらに改善するために、ＯＰ１をＯＰ１’で除し、結果として得られる関数の負の範囲をゼロで置き換え、次いで得られた関数を正規化することによって得られるスペクトル透過関数を、
４５０〜５６０ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の勾配を変更し、
５６０〜５８０ｎｍの波長範囲に入る区間で一方または両方のエンドポイント位置を変更し、
波長範囲５８０〜６００ｎｍに入る区間で関数の高さ、および／または一方または両方のエンドポイント位置を変更し、
６００〜７００ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の高さを変更することによって修正する、請求項３に記載の方法。 - 重度の第二色弱を有する色弱者の色覚をさらに改善するために、ＯＰ１をＯＰ１’で除し、結果として得られる関数の負の範囲をゼロで置き換え、次いで得られた関数を正規化することによって得られるスペクトル透過関数を、
４００〜５４０ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の高さを変更し、
５４０〜５６０ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の高さ、および／または一方または両方のエンドポイント位置を変更し、
５６０〜５８０ｎｍの波長範囲に入る区間で一方または両方のエンドポイント位置を変更し、
波長範囲５８０〜６００ｎｍに入る区間で関数の高さ、および／または一方または両方のエンドポイント位置を変更し、
６００〜７００ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の高さを変更することによって修正する、請求項３に記載の方法。 - 第三色弱を有する色弱者の色覚をさらに改善するために、ＯＰ２をＯＰ２’で除し、結果として得られる関数の負の範囲をゼロで置き換え、次いで得られた関数を正規化することによって得られるスペクトル透過関数を、
４５０〜５４０ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の勾配を変更し、かつ／または、
５４０〜７００ｎｍの波長範囲に入る区間で関数の高さを変更することによって修正する、請求項４に記載の方法。 - 請求項１〜９のいずれかに記載の方法によって設計されるスペクトル透過関数を備えるカラーフィルタを含む、人の目の色覚を補正または修正するためのカラーフィルタを備える光学手段。
- 第一色弱を有する色弱者の色覚を補正するための光学手段あって、
（ａ）５８０〜７００ｎｍの波長範囲に入る区間で、勾配が０〜７．５×１０−３ｎｍ−１の単調に変化する小区間、および／または
（ｂ）５６０〜５８０ｎｍの波長範囲に入る区間で、０〜２０％の光透過を有する小区間、および／または
（ｃ）４００〜５４０ｎｍの波長範囲に入る区間で、ほぼ一定の光透過を有する小区間、および／または
（ｄ）５４０〜５６０ｎｍの波長範囲に入る区間で、ほぼ一定の光透過を有する前記小区間のよりも、光透過が大きい小区間を有する、スペクトル透過関数を備えるカラーフィルタを含む、請求項１０に記載の前記光学手段。 - 第二色弱を有する色弱者の色覚を補正するための光学手段あって、
（ａ）４５０〜５６０ｎｍの波長範囲に入る区間で、勾配が−１０−２〜０ｎｍ−１である単調に変化する小区間、および／または
（ｂ）５６０〜５８０ｎｍの波長範囲に入る区間で、０〜２０％の光透過を有する小区間、および／または
（ｃ）６００〜７００ｎｍの波長範囲に入る区間、および任意選択で４００〜５４０ｎｍの波長範囲に入る区間で、ほぼ一定の光透過を有する小区間、および／または
（ｄ）５８０〜６００ｎｍの波長範囲に入る区間上、および任意選択で５４０〜５６０ｎｍの波長範囲に入る区間で、ほぼ一定の光透過を有する前述の小区間のそれよりも、光透過が大きい小区間を有する、スペクトル透過関数を備えるカラーフィルタを含む、請求項１０に記載の光学手段。 - 眼鏡フレーム中または計器窓中に配置するレンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズであり、すべてがそれぞれの表面上にカラーフィルタを有する、請求項１０〜１２のいずれかに記載の光学手段。
- 眼鏡フレーム中または計器窓中に配置するレンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズであり、すべてが染料入りであり、任意選択で一表面上にカラーフィルタを有する、請求項１０〜１２のいずれかに記載の光学手段。
- 眼鏡フレーム中または計器窓中に配置するレンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズであり、そのすべてが、その内表面に第１のカラーフィルタ（２）を備える第１のレンズ（１）と、その外表面に第２のカラーフィルタ（４）を備える第２のレンズ（５）と、前記第１のカラーフィルタ（２）と前記第２のカラーフィルタ（４）を相互連結する光学接着層（３）とを備え、前記第１のカラーフィルタ（２）と前記第２のカラーフィルタ（４）とのスペクトル透過関数の合成が、請求項１〜９のいずれかの方法で設計されるスペクトル透過関数に対応する、請求項１０〜１２のいずれかに記載の光学手段。
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