JP2017506354A - Nanoparticle optical filtering method and apparatus - Google Patents
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Abstract
本発明の実装形態は、可視光スペクトルの神経刺激性波長を遮断、減衰、またはフィルタリングし、それらの波長への露出に関連する症状を低減または防止する装置、システム、および方法に関する。光学ノッチフィルタを作製するために、所定の組成、サイズ、および構造のナノ粒子をホスト媒体中に分散させ、それによって可視スペクトルの狭い範囲のみを減衰させる。【選択図】なしImplementations of the invention relate to devices, systems, and methods that block, attenuate, or filter neurostimulatory wavelengths in the visible light spectrum to reduce or prevent symptoms associated with exposure to those wavelengths. To make an optical notch filter, nanoparticles of a predetermined composition, size, and structure are dispersed in a host medium, thereby attenuating only a narrow range of the visible spectrum. [Selection figure] None
Description
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、2014年11月15日出願の「NANOPARTICLE LIGHT FILTERING METHOD AND APPARATUS」という名称の米国特許出願第14/542,564号に対する優先権を主張するものであり、同出願は、2014年11月14日出願の「NANOPARTICLE LIGHT FILTERING METHOD AND APPARATUS」という名称の米国特許出願第14/542,478号の一部継続出願であり、同出願は、2013年11月15日出願の「NANOPARTICLE LIGHT FILTERING METHOD AND APPARATUS」という名称の米国仮特許出願第61/904,861号に対する優先権およびその利益を主張するものである。上記出願はすべて、全体として参照により本明細書に組み込まれている。
Cross-reference of related applications
[0001] This application claims priority to US Patent Application No. 14 / 542,564, entitled "NANOPARTIC LIGHT FILTERING METHOD AND APPARATUS", filed on November 15, 2014, which is This is a continuation-in-part of US Patent Application No. 14 / 542,478 entitled “NANOPARTICLE LIGHT FILTERING METHOD AND AND APPARATUS” filed on November 14, 2014. It claims priority and benefit to US Provisional Patent Application No. 61 / 904,861, entitled “NANOPARTICLE LIGHT FILTERING METHOD AND APPARATUS”. All of the above applications are incorporated herein by reference in their entirety.
[0002]概して、本発明は、光学濾波に関する。より詳細には、本発明は、ナノ粒子を含むノッチフィルタを使用して光の特定の波長に対する生理反応を低減することに関する。 [0002] In general, the present invention relates to optical filtering. More particularly, the present invention relates to reducing physiological responses to specific wavelengths of light using notch filters containing nanoparticles.
[0003]様々な電磁波長が、人体に身体的影響を与える可能性がある。特に、可視スペクトル内の特定の波長は、人の目の中の特定の光受容体によって受け取られるとき、神経に悪影響を与えると考えられる。人の目の桿状体および円錐体とは異なり、メラノプシン神経節細胞は、内因性光感受性網膜神経節細胞(ipRGC)としても知られており、網膜内に含まれる内因性光感受性細胞である。これらの細胞は、特定の疼痛経路に接続され、ならびに視交差上核に接続される。視床の疼痛経路は、片頭痛に影響を及ぼすと考えられる。一方、ipRGCと視交差上核との相互作用は、サーカディアンリズムの同調に関与する。 [0003] Various electromagnetic wave lengths can have physical effects on the human body. In particular, certain wavelengths in the visible spectrum are thought to adversely affect nerves when received by certain photoreceptors in the human eye. Unlike rods and cones in the human eye, melanopsin ganglion cells, also known as endogenous light sensitive retinal ganglion cells (ipRGC), are endogenous light sensitive cells contained within the retina. These cells are connected to specific pain pathways as well as to the suprachiasmatic nucleus. The thalamic pain pathway is thought to affect migraine. On the other hand, the interaction between ipRGC and upper visual cortex is involved in circadian rhythm synchronization.
[0004]メラノプシン神経節細胞と脳の疼痛経路との相互作用は、羞明(photophobia)に結び付けて考えられてきた。これは、「恐怖症(phobia)」の一般的な用途とは対照的に、光に対する合理的でない恐怖心ではなく、光に対する身体的な感受性である。羞明は、片頭痛または眼瞼痙攣および外傷性脳損傷(TBI)などの他の光に敏感な、神経的な症状を引き起こしまたは悪化させることに結び付けて考えられてきた。羞明に関係する光の波長を遮断または減衰することには、いくつかの明確な利益がある。感受性の高い人の羞明を低減させることで、片頭痛および他の健康上の悪影響を減らし、または防止することができる。 [0004] The interaction between melanopsin ganglion cells and brain pain pathways has been thought to be linked to photophobia. This is a physical sensitivity to light, not an unreasonable fear of light, in contrast to the general use of “phobia”. Photophobia has been linked to causing or exacerbating other light-sensitive, neurological symptoms such as migraine or blepharospasm and traumatic brain injury (TBI). There are several distinct benefits to blocking or attenuating the wavelengths of light associated with dawn. By reducing the sensitivity of sensitive people, migraine and other adverse health effects can be reduced or prevented.
[0005]サーカディアンリズムは、身体の内部周期であり、地球の24時間の昼夜の周期に概ね同期する。この内部周期により、睡眠または食事の必要を感じる時間が決まるため、サーカディアンリズムは、睡眠、気分、および栄養状態にとって重要である。サーカディアンリズムは、身体を「スケジュール通り」に保つのに非常に有益となり得るが、身体を現地の日光のスケジュールに合わせたくないと考えている人にとっては問題となる可能性もある。たとえば、頻繁に旅行する人であれば、時間帯の異なる場所へ短時間で旅行することによる自身のサーカディアンリズムの変化を防止することによって、時差ぼけの影響を回避できる可能性がある。あるいは、日光の時間に基づかないスケジュールの職業に就いている人であれば、日光が自身のサーカディアンリズムに与える影響を回避したいと考える可能性がある。たとえば、交替で夜間勤務をする医師は、起きて活動している時間中には、光または暗闇に関係なく自身の身体をサーカディアンリズムに同調させたいと考える可能性がある。 [0005] Circadian rhythm is the internal cycle of the body and is generally synchronized with the 24-hour day-and-night cycle of the Earth. Circadian rhythm is important for sleep, mood, and nutrition because this internal cycle determines how long you feel you need to sleep or eat. While circadian rhythms can be very helpful in keeping the body “on schedule”, it can also be problematic for those who do not want to keep the body on the local daylight schedule. For example, a person who travels frequently may be able to avoid the effect of jet lag by preventing changes in his circadian rhythm due to traveling to different places in a short time. Or, if you have a profession with a schedule that is not based on the time of daylight, you might want to avoid the effect of sunlight on your circadian rhythm. For example, a shift doctor working at night may want to tune his body to circadian rhythm during the time he is awake and active, regardless of light or darkness.
[0006]良くない神経刺激性の波長を遮断または減衰させるための現在の方法は、可視スペクトルの大部分にわたって光を減衰させるレンズを着用することである。しかし、そのようなレンズは低照度の設定で視覚を損ない、ほぼすべての状況で色を歪ませるため、この方法には著しい不利益がある。神経刺激性を有すると考えられる1つまたは複数の狭い範囲内のみで目に到達する光を減衰させることが好ましい。 [0006] The current method for blocking or attenuating bad neurostimulatory wavelengths is to wear a lens that attenuates light over most of the visible spectrum. However, this method has significant disadvantages because such lenses impair vision at low light settings and distort colors in almost all situations. It is preferred to attenuate light reaching the eye only within one or more narrow ranges that are considered to be neurostimulatory.
[0007]したがって、光の神経刺激性波長の選択的な減衰またはフィルタリングを実現できることにはいくつもの利益がある。 [0007] Thus, there are a number of benefits to being able to achieve selective attenuation or filtering of the neurostimulatory wavelength of light.
[0008]本発明の実装形態は、可視光スペクトルの神経刺激性波長を遮断、減衰、またはフィルタリングし、それらの波長への露出に関連する徴候を低減または防止するための組成物、デバイス、システム、および方法を用いて、当技術分野における上記または他の問題の1つまたは複数に対処する。 [0008] Implementations of the invention block, attenuate or filter neurostimulatory wavelengths in the visible light spectrum and reduce or prevent symptoms associated with exposure to those wavelengths. And methods are used to address one or more of the above and other problems in the art.
[0009]本発明を組み込む第1の非限定的な実施形態では、光学フィルタは、ホスト媒体中に分散させたナノ粒子を含むことができる。次いで、ホスト媒体を基材上に配置することができる。基材は、可視スペクトル内の光に対して透明とすることができ、それにより、光の唯一の減衰は、表面を被覆するホスト媒体中のナノ粒子の分散によって生じる。 [0009] In a first non-limiting embodiment that incorporates the present invention, the optical filter can include nanoparticles dispersed in a host medium. The host medium can then be placed on the substrate. The substrate can be transparent to light in the visible spectrum, so that the only attenuation of light is caused by the dispersion of nanoparticles in the host medium covering the surface.
[0010]第2の非限定的な実施形態では、光学ノッチフィルタを製造する方法は、フィルタの所望の中心波長を決定するステップと、フィルタの所望の半値全幅を決定するステップと、複数のナノ粒子のサイズ、ナノ粒子の組成、および複数のナノ粒子が位置するホスト媒体の組成を変えることによってフィルタを製造するステップとを含む。フィルタは、スピンコーティングおよび浸漬コーティングを含む様々な成膜技法によって製造することができる。 [0010] In a second non-limiting embodiment, a method of manufacturing an optical notch filter includes determining a desired center wavelength of a filter, determining a desired full width at half maximum of the filter, and a plurality of nanometers. Varying the size of the particles, the composition of the nanoparticles, and the composition of the host medium in which the plurality of nanoparticles are located. Filters can be manufactured by various deposition techniques including spin coating and dip coating.
[0011]第3の非限定的な実施形態では、羞明反応の頻度および/または重大度を低減させる方法は、可視スペクトル全体にわたってある量の光を受け取るステップを含む。
[0012]本発明の例示的な実装形態の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載されており、部分的には以下の詳細な説明から明らかになり、またはそのような例示的な実装形態の実施によって学習することができる。そのような実装形態の特徴および利点は、添付の請求の範囲に特に指摘する機器および組合せによって実現および達成することができる。上記その他の特徴は、以下の詳細な説明および添付の請求の範囲からより詳細に明らかになり、または以下に記載のそのような例示的な実装形態の実施によって学習することができる。
[0011] In a third non-limiting embodiment, a method of reducing the frequency and / or severity of a lightning reaction includes receiving an amount of light over the entire visible spectrum.
[0012] Additional features and advantages of exemplary implementations of the invention will be set forth in the following detailed description, and in part will be apparent from the following detailed description, or such exemplary Can be learned by implementing various implementations. The features and advantages of such implementations may be realized and attained by means of the instruments and combinations particularly pointed out in the appended claims. These and other features will become more fully apparent from the following detailed description and the appended claims, or may be learned by the implementation of such exemplary implementations described below.
[0013]本発明の上記その他の利点および特徴を達成することができる様態について説明するために、上記で簡単に説明した本発明に関するより具体的な説明は、添付の図面に示す本発明の特有の実施形態への言及によって与えられる。よりよい理解のために、様々な添付図面の全体にわたって、同様の要素は同様の参照符号によって示される。図面のいくつかが概略的な図になっていることがあるが、図面の少なくともいくつかは、原寸に比例して描かれることがある。これらの図面が本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定するとみなされるべきではないことを理解した上で、本発明について、添付図面を使用することによって追加の具体性および詳細をもって記載および説明する。 [0013] To illustrate the manner in which the above and other advantages and features of the present invention can be achieved, a more specific description of the invention briefly described above is provided by the present invention as illustrated in the accompanying drawings. Given by reference to the embodiment. For better understanding, like elements are designated by like reference numerals throughout the various accompanying drawings. Although some of the drawings may be schematic, at least some of the drawings may be drawn to scale. With the understanding that these drawings depict only typical embodiments of the invention and are therefore not to be considered as limiting the scope of the invention, the invention will be further illustrated by the use of the accompanying drawings. Describe and explain with characteristics and details.
[0033]本発明の1つまたは複数の実装形態は、人の目に到達する光の特定の波長を遮断、減衰、フィルタリング、または別の形で調節するレンズ、フィルタ、その他のデバイスの作製、または方法に関する。特に、本発明は主に、目の網膜内のメラノプシンを含有する神経節細胞に影響を及ぼす神経刺激性波長の減衰に関する。メラノプシンを含有する神経節細胞は、内因性光感受性網膜神経節細胞またはipRGCとしても知られており、網膜内の光感受性細胞の頂層を形成する。神経刺激性波長がipRGCと相互作用するとき、伝送信号(transmission)は、画像処理中枢とは別に、脳内のいくつかの位置へ送られる。それらの中には、視床内の疼痛中枢および視交差上核内のサーカディアンリズム制御中枢、脳の正中線内のニューロン群が含まれる。本発明は特に、少なくともこれらの神経中枢を活性化する波長の濾波または減衰に関する。 [0033] One or more implementations of the invention may create lenses, filters, or other devices that block, attenuate, filter, or otherwise tune a particular wavelength of light reaching the human eye, Or about the method. In particular, the present invention is primarily concerned with the attenuation of neurostimulatory wavelengths that affect ganglion cells containing melanopsin in the retina of the eye. Ganglion cells containing melanopsin, also known as endogenous light-sensitive retinal ganglion cells or ipRGC, form the top layer of light-sensitive cells in the retina. When the neurostimulatory wavelength interacts with ipRGC, the transmission signal is sent to several locations in the brain, separate from the image processing center. Among these are pain centers in the thalamus, circadian rhythm control centers in the supraoptic nucleus, and neurons in the midline of the brain. The invention particularly relates to the filtering or attenuation of wavelengths that activate at least these nerve centers.
[0034]神経刺激性波長は、光源または目の中の受容器付近で調節することができる。たとえば、光源が波長を放出するのを防止するために、光源でスクリーンまたはレンズ全体にわたってコーティングまたはフィルタを配置することができる。あるいは、または加えて、たとえば特定の波長をフィルタリングまたは減衰する眼鏡を着用することによって、個人で自身の目に接近する光をフィルタリングすることができる。環境上の問題により、その時点でどの方法が好ましいかが左右される可能性もある。仕事場では、神経刺激性波長の大部分は、単に個人の前におかれたコンピュータモニタによって生じることがある。特定の波長に対して感受性の高い人は、コンピュータスクリーンに直接フィルタを適用することによって、その光に対する自身の露出を十分に低減させることができる。同様に、屋内にいるときに光源の波長を減衰させるには、電球または窓上にコーティングを成膜させることもできる。 [0034] The neurostimulatory wavelength can be adjusted near a light source or a receptor in the eye. For example, a coating or filter can be placed across the screen or lens with the light source to prevent the light source from emitting wavelengths. Alternatively or additionally, light that approaches an individual's eyes can be filtered by the individual, for example, by wearing glasses that filter or attenuate certain wavelengths. Environmental issues may affect which method is preferred at that time. In the workplace, the majority of neurostimulatory wavelengths can be generated simply by computer monitors placed in front of individuals. A person who is sensitive to a particular wavelength can sufficiently reduce his or her exposure to that light by applying the filter directly to the computer screen. Similarly, a coating can be deposited on a light bulb or window to attenuate the wavelength of the light source when indoors.
[0035]しかし、別の環境では、点光源において神経刺激性波長の放出を単に低減させるだけでは、個人の露出を低減させるには不十分なことがある。たとえば、建物内のすべての光源からの放出を低減させることはできない可能性があり、または神経刺激性波長の一次光源は、太陽光などの自然光もしくは周囲光である可能性があり、光源に基づく解決策は不可能になる。そのような状況では、感受性の高い人は、自身のipRGC付近または近傍でフィルタを着用しまたは別の形で使用することができる。波長の選択的調節は、透明な表面によって実行することができる。フィルタは、サングラスのように、レンズに一体とすることができ、または単に、視力矯正に使用される従来の処方レンズに、薄いコーティングなどのレンズ上のコーティングを適用することもできる。そのようにして、神経刺激性波長を減衰させる特性を有する眼鏡またはさらにはコンタクトレンズを個人で着用し、目に到達するほぼすべての光を事実上調節することができる。 [0035] However, in other circumstances, simply reducing the emission of a neurostimulatory wavelength in a point light source may not be sufficient to reduce an individual's exposure. For example, it may not be possible to reduce emissions from all light sources in a building, or the primary light source of a neurostimulatory wavelength may be natural light such as sunlight or ambient light, and is based on the light source The solution becomes impossible. In such a situation, a sensitive person can wear or otherwise use a filter near or near his ipRGC. The selective adjustment of the wavelength can be performed with a transparent surface. The filter can be integral to the lens, such as sunglasses, or simply a coating on the lens, such as a thin coating, can be applied to a conventional prescription lens used for vision correction. In that way, glasses or even contact lenses with the property of attenuating the neurostimulatory wavelength can be worn by the individual and virtually all light reaching the eye can be adjusted.
[0036]図1は、ipRGCに対して推定される活動電位スペクトルの一例によるグラフ100を示す。グラフ100上の塗り潰しの点102は、波長に対して実験的に測定された反応値であり、最大の反応に対して正規化されており、破線は、反応データに合うガウス分布110である。このガウス分布110は、ipRGCの厳密な反応スペクトルを代表することを意味するものではなく、図示のデータセットの近似値である。ipRGCの反応スペクトルに関してより厳密なデータセットが利用可能になることもあり、本開示は、厳密な反応スペクトルにも少なくとも等しく適用することができることを理解されたい。
[0036] FIG. 1 shows a
[0037]図1はまた、屋内の環境で日光過敏の人に対する光の透過を調節するために現在一般に処方されるフィルタである「FL−41 35」フィルタの透過特徴120を示す。FL−41 35フィルタは、材料を通る光の透過を低減させるために材料を有機染料に含浸させることによって作製される。図1に示すように、このフィルタは、約500nmの波長で入射光の透過量が最小になり、可視光スペクトル内の紫色からオレンジ色に対応する400nm〜640nmで入射光の透過を70%未満にする。一方、ipRGC内の光受容体は、図示のように、430nm〜520nmの範囲外では5%の反応を下回る。したがって、ipRGCによって知覚される光の量130は、FL−41 35フィルタによって著しく低減されるものの、個人の視覚の残り部分も損なわれる。
[0037] FIG. 1 also shows the
[0038]この影響は、図2でより完全に視覚化されている。図2のグラフ200は、FL−41 35フィルタの透過特徴120が個人の近似値的な総合視覚反応スペクトル210に与える影響を示す。推定される有効な視覚反応230は、スペクトルの全幅にわたって著しい影響を受ける。合計で、FL−41 35フィルタは、可視スペクトル全体の内の入射光の約47%の透過を阻止する。可視光スペクトルの全体を遮断すると、知覚される配色の歪みなどの望ましくない影響をもたらす可能性があり、かつ/または低照度の状況における視力を使用者にとって許容できないレベルまで減少させることがある。さらに、透過の低減はスペクトル全体に広がっているため、点光源に対する被覆を考慮すると、FL−41 35フィルタは望ましくない選択肢である。
[0038] This effect is more fully visualized in FIG. The
[0039]図3は、FL−41 55フィルタの透過特徴320によって抑制されたipRGCに対して推定される活動電位スペクトル310の一例によるグラフ300を示す。FL−41 55は、FL−41 35フィルタの変種であり、透過を遮断する染料がより大量に材料中へ含浸されている。FL−41 55は、メラノプシン細胞が活性である範囲内の光透過の約89%を阻止するが、FL−41 55フィルタはまた、重ね合わせた視覚反応スペクトル210を含む図4に見ることができるように、総スペクトルの約81%が材料を通過するのを阻止する。FL−41 55フィルタが透過する光はより少ないため、FL−41 55フィルタは、主に屋外の用途に処方される。しかし、これにより、FL−41フィルタに対するいくつかの欠点の1つが顕著になる。つまり、スペクトルの他の部分の減衰を伴うことは、屋内の環境から屋外へ移動するとき、使用者が実際のFL−41フィルタを、たとえばFL−41 35フィルタからFL−41 55フィルタに変更しなければならないことを意味する。他の欠点には、低照度の状況における前述の色の歪みおよび安全上の問題、染料を特定のタイプのプラスチックのみと混合する必要があること、ならびに着色プロセスの均一性に伴う難しさが含まれる。
[0039] FIG. 3 shows a
[0040]したがって、スペクトル歪みを最小にしながら神経刺激性波長を減衰させるフィルタを作製することが望ましい。最適化方法を含めて、フィルタ設計に対する追加の制約または他の制約も考慮されることがある。 [0040] Accordingly, it is desirable to make a filter that attenuates neurostimulatory wavelengths while minimizing spectral distortion. Additional constraints or other constraints on the filter design may be considered, including optimization methods.
[0041]メラノプシン細胞による光吸収を遮断するという文脈で光学フィルタの性能を評価する1つの方法を本明細書に提示する。メラノプシン細胞が受ける光線量Dは、次のように表すことができる。 [0041] One method for evaluating the performance of an optical filter in the context of blocking light absorption by melanopsin cells is presented herein. The amount of light D received by the melanopsin cell can be expressed as follows.
上式で、Lは、光スペクトル(強度、パワー、光子数/秒などに関する)であり、Tは、光源と目との間に位置するフィルタのスペクトル透過率であり、Mは、メラノプシンの正規化された活動電位反応スペクトルであり、これは現在、52nmの半値全幅で480nmを中心とするガウス関数として図1から推定される。概して、議論をいかなる特有の光源にも制限しないためにL=1と仮定するが、周知のスペクトルの任意の光源に対して分析を実行することができる。視覚反応スペクトルに関連する類似の線量は、次のように計算することができる。 Where L is the optical spectrum (in terms of intensity, power, number of photons / second, etc.), T is the spectral transmittance of the filter located between the light source and the eye, and M is the normal of melanopsin Is a normalized action potential response spectrum, which is currently estimated from FIG. 1 as a Gaussian function centered at 480 nm with a full width at half maximum of 52 nm. In general, it is assumed that L = 1 in order not to limit the discussion to any particular light source, but analysis can be performed for any light source of known spectrum. A similar dose associated with the visual response spectrum can be calculated as follows.
上式で、Vは、正規化された視覚反応スペクトルを表す。FL−41ティントなどの光学フィルタの効果は、線量を低減させることであり、線量は、フィルタを用いて計算される線量と、フィルタを用いないときの線量との比を得ることによって示される。また、メラノプシン反応の遮断と視覚反応スペクトルの遮断とを比較する性能示数(FOM)は、次のように定義することができる。 Where V represents the normalized visual response spectrum. The effect of an optical filter such as FL-41 tint is to reduce the dose, which is shown by obtaining the ratio of the dose calculated with the filter to the dose without the filter. Moreover, the performance index (FOM) for comparing the block of the melanopsin reaction and the block of the visual reaction spectrum can be defined as follows.
上式で、値FOM>1が望ましいことがある。たとえば、FL−41ティントでは、値FOM≒1になることがある。
[0042]上記のFOMの式に示すように、値FOMは、ノッチフィルタのスペクトルがメラノプシンおよびipRGCの視覚反応スペクトルにより密接に近似するにつれて増大する。フィルタリングされていない光線量Dmelan(T=1)と比較すると、フィルタを用いた場合にメラノプシン細胞が受ける光線量Dmelanが0に接近するにつれて、分子は1に接近する。逆に、可視スペクトルのうちフィルタが減衰させる部分がより小さくなるにつれて、分母は0に接近し、したがって値FOMが1より大きくなる。値FOM>1は、可視スペクトルの残り部分に対して、メラノプシン視覚反応スペクトル内の優先的なフィルタリング波長を反映している。
In the above equation, the value FOM> 1 may be desirable. For example, in the case of FL-41 tint, the value FOM may be approximately 1.
[0042] As shown in the FOM equation above, the value FOM increases as the spectrum of the notch filter more closely approximates the visual response spectrum of melanopsin and ipRGC. Compared to the unfiltered light dose D melan (T = 1), the numerator approaches 1 as the light dose D melan received by the melanopsin cell approaches 0 when using the filter. Conversely, as the portion of the visible spectrum that the filter attenuates becomes smaller, the denominator approaches 0, so the value FOM becomes greater than 1. The value FOM> 1 reflects the preferential filtering wavelength in the melanopsin visual response spectrum for the rest of the visible spectrum.
[0043]ノッチまたはバンドストップフィルタは、大部分の波長または周波数を変化させることなく通過させるが、狭い範囲内の波長を非常に低いレベルに減衰させるフィルタである。ノッチフィルタは、バンドパスフィルタの逆と考えることができる。ノッチフィルタは、高いQ値を有することができ、これは狭い阻止帯に対応する。光学フィルタ技術は、他の技術の中でも、誘電体の多分子層およびナノ粒子のコーティングを含むことができる。ナノ粒子のコーティングは、金属ナノ粒子、誘電体ナノ粒子、半導体ナノ粒子、または量子ドット、磁気ナノ粒子、コア−シェル粒子を含むことができ、これはコア内の1つの材料およびシェルとして働く別の材料からなる。ナノ粒子は、様々な形状を有することができる。ホスト材料は、ポリマー、ソルゲル、ガラス、または類似の透明もしくは半透明の材料を含むことができる。 [0043] A notch or bandstop filter is a filter that passes most wavelengths or frequencies unchanged, but attenuates wavelengths in a narrow range to a very low level. A notch filter can be thought of as the inverse of a bandpass filter. A notch filter can have a high Q value, which corresponds to a narrow stopband. Optical filter technology can include dielectric multilayers and nanoparticle coatings, among other technologies. Nanoparticle coatings can include metal nanoparticles, dielectric nanoparticles, semiconductor nanoparticles, or quantum dots, magnetic nanoparticles, core-shell particles, which act as one material and shell within the core. Made of materials. Nanoparticles can have a variety of shapes. The host material can comprise a polymer, sol gel, glass, or similar transparent or translucent material.
[0044]波長減衰のためのナノ粒子の使用は、図4Aのグラフ440に示すように、光の入射角にかかわらずナノ粒子が光を散乱および吸収するため、薄膜法とは異なる特性を有する。フィルタの表面に対して450aで直角、450bで30°、および450cで60°の入射光の測定透過率間の変動は、少なくとも部分的に、光学フィルタに対してそれぞれ8%、12%、および31%の二重界面反射によってもたらされうる。二重界面反射係数は、フレネルの式から計算することができる。計算された二重界面反射係数は、測定された透過スペクトルに一致する。ナノ粒子ノッチフィルタは光源の方向にかかわらず予測可能に作用するため、眼鏡のレンズなどの汎用のフィルタリングによく適している。さらに、光の適正な散乱および吸収を実現するために、複数のパラメータを変えて、減衰される波長の範囲および減衰の量を最適化し、異なる波長に合わせてノッチフィルタを調整することができる。
[0044] The use of nanoparticles for wavelength attenuation has different properties than the thin film method because the nanoparticles scatter and absorb light regardless of the incident angle of light, as shown in
[0045]金属ナノ粒子は、入射光または他の電磁(「EM」:electromagnetic)放射によって励起することができる。金属ナノ粒子の励起の結果、金属ナノ粒子は、伝導電子の集団的な発振を呈することができる。伝導電子の電荷密度の発振が、局在表面プラズモン(「LSP」:localized surface plasmon)である。LSPは、入射光の選択的波長によって励起される複数のLSPの共鳴中に局在電磁場を増強することができる。複数のLSPの共振挙動は、局在表面プラズモン共鳴(「LSPR」:localized surface plasmon resonance)として知られている。LSPRは、大きな光学場の増強を提供することができ、入射波長の強い散乱および/または吸収をもたらすことができる。簡略的に、LSPRが生じる周波数は、次式によって得ることができる。 [0045] Metal nanoparticles can be excited by incident light or other electromagnetic ("EM") radiation. As a result of the excitation of the metal nanoparticles, the metal nanoparticles can exhibit a collective oscillation of conduction electrons. The oscillation of the charge density of the conduction electrons is a localized surface plasmon (“LSP”). The LSP can enhance the localized electromagnetic field during resonance of multiple LSPs excited by a selective wavelength of incident light. The resonant behavior of multiple LSPs is known as localized surface plasmon resonance ("LSPR"). LSPR can provide large optical field enhancement and can result in strong scattering and / or absorption of incident wavelengths. For simplicity, the frequency at which LSPR occurs can be obtained by the following equation.
上式で、ωLSPRは、局在表面プラズモン共鳴の周波数であり、ωpは、金属のプラズモン周波数であり、εdは、金属ナノ粒子を取り囲む環境の誘電率である。ナノ粒子光学反応のLSPR波長およびピーク幅は、少なくともナノ粒子の組成、サイズ、形状、誘電体環境、他のナノ粒子との近接度、またはそれらの組合せの影響を受けることがある。 Where ω LSPR is the frequency of localized surface plasmon resonance, ω p is the plasmon frequency of the metal, and ε d is the dielectric constant of the environment surrounding the metal nanoparticles. The LSPR wavelength and peak width of the nanoparticle optical reaction may be affected at least by the nanoparticle composition, size, shape, dielectric environment, proximity to other nanoparticles, or combinations thereof.
[0046]LSPRでは、ナノ粒子の表面における高い局在場の増強により、入射光の散乱および吸収をもたらすことができる。光の散乱は、電磁(EM)波が障害物(すなわち、ナノ粒子)に遭遇するときに生じる光の方向変換として説明することができる。光の吸収は、ナノ粒子によって熱の形で吸収される入射光エネルギーの量によって説明することができる。光の散乱および吸収の組合せによる入射光の減衰または損失が、消光である。透明な媒体上またはその中でのナノ粒子の分散により、入射光の様々な角度および量での消光の増大を可能にすることができる。 [0046] In LSPR, the enhanced localized field at the surface of the nanoparticles can result in scattering and absorption of incident light. Light scattering can be described as the redirection of light that occurs when an electromagnetic (EM) wave encounters an obstacle (ie, a nanoparticle). The absorption of light can be explained by the amount of incident light energy that is absorbed in the form of heat by the nanoparticles. The attenuation or loss of incident light due to a combination of light scattering and absorption is quenching. Dispersion of nanoparticles on or in a transparent medium can allow for increased quenching at various angles and amounts of incident light.
[0047]分散されたナノ粒子の消光スペクトルは、近似値の組合せによってモデル化することができる。準静的な近似値は、入射光の波長の1%未満のサイズの球状寸法の散乱および吸収係数のモデル化を可能にするであろう。ミー散乱理論(またはミー理論)は、他の形状および/またはサイズのナノ粒子の散乱および吸収係数の近似値を提供するであろう。ミー理論は、球状粒子の光の散乱および吸収に対する的確な解決策を可能にする概略的な枠組みを提供するであろう。 [0047] The extinction spectrum of dispersed nanoparticles can be modeled by a combination of approximations. A quasi-static approximation will allow modeling of the scattering and absorption coefficients of spherical dimensions with a size of less than 1% of the wavelength of the incident light. Mie scattering theory (or Mie theory) will provide an approximation of the scattering and absorption coefficients of nanoparticles of other shapes and / or sizes. Mie theory will provide a general framework that allows an accurate solution to the light scattering and absorption of spherical particles.
[0048]図5A〜5Fに示すように、ナノ粒子の形状は、その消光スペクトルに影響を与えることがある。図5Aに示すように、40nmの直径を有する球状の銀(Ag)ナノ粒子に基づいて計算された球状粒子スペクトル510は、サイズおよび組成の変更を使用して最適化を可能にする単一の狭い一次ピークを有するため、提示の実施形態のうち最も集束されたスペクトルを有することができる。しかし、他の形状の粒子の組合せを利用して所望のフィルタスペクトルを作り出すことも可能である。いくつかの実施形態では、たとえば40nmの立方体のナノ粒子または40nmの八面体のナノ粒子を単に導入することによって、40nmの球状のナノ粒子フィルタの消光スペクトルを広くすることができる。たとえば、図5Bは、40nmの幅を有する立方体のAgナノ粒子に基づいて計算された立方体の粒子スペクトル520を示す。図5Cは、40nmの幅を有する四面体のAgナノ粒子に基づいて計算された四面体の粒子スペクトル530を示す。図5Dは、各辺に沿って40nmの幅を有する八面体のAgナノ粒子に基づいて計算された八面体の粒子スペクトル540を示す。他の実施形態では、たとえば三角形の板状ナノ粒子を導入することによって、より長い波長で二次的なピークを導入することができる。図5Eは、長い辺に沿った40nmの幅および5nmの厚さを有する三角形の板状Agナノ粒子に基づいて計算された三角形の粒子スペクトル550を示す。様々な粒子形状の使用は、ナノ粒子フィルタのスペクトルを調整するのに有益となることができる。図5Fは、軸方向の長さが様々な幅50nmのAgプリズムの消光スペクトルを示す。最も長い軸方向の長さは最も長い波長の消光スペクトル560をもたらし、中間の軸方向の長さは中間の波長の消光スペクトル562をもたらし、最も短い軸方向の長さは最も短い波長の消光スペクトル564をもたらす。
[0048] As shown in FIGS. 5A-5F, the shape of the nanoparticles can affect its extinction spectrum. As shown in FIG. 5A, a
[0049]図5Gは、20nm、60nm、120nm、および240nmのAg粒子に対してミー散乱理論を使用して、球状粒子に対する模擬消光スペクトルを示す。球状のナノ粒子の直径を増大させるにつれて、スペクトル反応は赤方偏移し(より長い波長の方へ動き)、ピークは広くなり、より短い波長でより高次の共鳴モードがより顕著になりうる。粒子の寸法が光の波長と同等になるとき、LSPRのスペクトル位置は、静電理論によって予測される位置に対して赤方偏移しうる。光の入射波長の寸法により近い寸法を有する粒子は、球状粒子全体にわたって入射EM場が連続していないため、遅延場を経て、ナノ粒子の不均質な偏光をさらにもたらすことがある。ナノ粒子の不均質な偏光は、図5Gに見ることができるより高次の共振モード570の励起をもたらすことがある。したがって、直径約100nm未満の粒子を使用することが有益であり、さらに、直径約80nm未満のナノ粒子を使用することがより好ましい。
[0049] FIG. 5G shows simulated quenching spectra for spherical particles using Mie scattering theory for 20 nm, 60 nm, 120 nm, and 240 nm Ag particles. As the diameter of the spherical nanoparticle increases, the spectral response shifts red (moves towards longer wavelengths), the peaks become wider, and higher order resonance modes can become more pronounced at shorter wavelengths. . When the particle size is equivalent to the wavelength of light, the spectral position of the LSPR can shift red with respect to the position predicted by electrostatic theory. Particles with dimensions that are closer to the incident wavelength dimension of the light may further result in inhomogeneous polarization of the nanoparticles via a delayed field because the incident EM field is not continuous throughout the spherical particle. The inhomogeneous polarization of the nanoparticles may result in excitation of higher
[0050]周囲のホスト材料もまた、ナノ粒子分散および関連する光学フィルタの消光スペクトルに影響を及ぼすことがある。たとえば、散乱係数は、ホスト材料の相対屈折率に比例することがある。消光スペクトルの位置は、ホスト材料の誘電率に少なくとも部分的に依存することがある。ナノ粒子が埋め込まれたホスト材料の屈折率が増大されると、LSPRのスペクトル位置は赤方偏移し、その結果、より狭くより大きい消光係数を得ることができうる。 [0050] The surrounding host material may also affect the nanoparticle dispersion and the extinction spectrum of the associated optical filter. For example, the scattering coefficient may be proportional to the relative refractive index of the host material. The position of the extinction spectrum may depend at least in part on the dielectric constant of the host material. As the refractive index of the host material with embedded nanoparticles is increased, the spectral position of the LSPR shifts red, which can result in a more narrow and larger extinction coefficient.
[0051]一実施形態では、本発明によるフィルタは、狭い範囲内の光を吸収または反射してその範囲の波長のみを事実上遮断するナノ粒子を使用することができる。一実施形態では、ナノ粒子は、バルク透明ホスト材料中に分散させられうる。別の実施形態では、ナノ粒子は、基材上にコーティングとして付着される透明ホスト材料中に分散させられうる。基材も同様に透明とすることができる。たとえば、図6に示すように、ナノ粒子620は、ホスト材料610中に分散させられてもよく、または図7に示すように、ナノ粒子720は、基材750の表面上へ成膜させたコーティング710中に懸濁させられてもよい。
[0051] In one embodiment, a filter according to the present invention may use nanoparticles that absorb or reflect light within a narrow range, effectively blocking only that range of wavelengths. In one embodiment, the nanoparticles can be dispersed in a bulk transparent host material. In another embodiment, the nanoparticles can be dispersed in a transparent host material that is deposited as a coating on the substrate. The substrate can be transparent as well. For example, as shown in FIG. 6, the
[0052]図6で、ナノ粒子620は、ホスト材料610中に懸濁させた状態で示されている。ホスト材料610は、普通なら可視スペクトルに対して透明である。したがって、ホスト材料610自体は、可視光をまったく減衰させることはなく、可視スペクトルの完全またはほぼ完全な透過を可能にする。したがって、ホスト材料610を通過しようとする光に対する唯一の影響は、ナノ粒子620によるものである。いくつかの実施形態では、ナノ粒子620は、ホスト材料610全体にわたって実質上均一に分散させることができる。他の実施形態では、ナノ粒子620は凝集し、その結果、分布が不均一になることがある。たとえば、Agナノ粒子は、溶液中で凝集し、ナノ粒子のクラスタを形成することがあり、ナノ粒子のクラスタは、事実上、より大きい粒子として作用してLSPR挙動に影響を及ぼす。ナノ粒子620は、ナノ粒子の凝集を制限するために、解凝集コーティングをその上に含むことができる。ナノ粒子620が分散された溶液はまた、解凝集剤を含むことができる。
In FIG. 6,
[0053]同様に、図7に示すように、ホスト材料はコーティング710とすることができ、コーティング710は基材750とともに、可視スペクトルに対して実質上透明とすることができる。いずれの状況でも、ホスト材料610、コーティング710、基材750、または類似の構造は、透明とすることができ、または独立した光フィルタリングもしくは遮断特徴を有することができる。ナノ粒子720は、基材750へのナノ粒子720およびコーティング710の付着中にともに凝集することがあり、または別の形でクラスタ化することがある。ナノ粒子720のクラスタ化を制限し、または場合によって防止するために、コーティング710を薄い膜として適用してもよい。いくつかの実施形態では、薄い膜のコーティング710は、スピンコーティングによって基材750に適用されてもよい。スピンコーティングは、基材750の表面全体にわたってコーティング710およびナノ粒子720の均一の厚さの成膜を可能にする。他の実施形態では、コーティング710は、浸漬コーティングによって基材750に適用されてもよい。
[0053] Similarly, as shown in FIG. 7, the host material can be a
[0054]スピンコーティングは、コーティング710の付着中に基材750を回転させることによって、薄い実質上均一のコーティング710を作製する。基材の回転は、流体のコーティング710(および懸濁させたナノ粒子720)を円形運動で動かすであろう。円形運動は、コーティング710および懸濁させたナノ粒子720に慣性を提供し、慣性は、コーティング710および懸濁させたナノ粒子720を回転軸から径方向に外向きに押す。外向きに印加される力(一般に「遠心力」として知られる)は、次式によって得ることができる。
[0054] Spin coating creates a thin, substantially
Fc=m×r×ω2
上式で、Fcは遠心力であり、mはコーティングの質量であり、rは回転軸からの距離であり、ωはラジアン毎秒単位の角速度である。コーティング710の厚さは、力の増大とともに減少し、したがって質量および角速度の2乗に対して減少するであろう。
F c = m × r × ω 2
Where F c is the centrifugal force, m is the mass of the coating, r is the distance from the axis of rotation, and ω is the angular velocity in radians per second. The thickness of the
[0055]浸漬コーティングは、懸濁させたナノ粒子720を含む溶液中に基材750を一定期間にわたって浸漬し、次いで溶液から基材750を抜き取ることによって、スピンコーティングより厚いコーティング710を作製することができる。コーティングの厚さは、浸漬の持続時間、基材750の抜き取り速度、および溶液の粘性に少なくとも部分的に依存するであろう。たとえば、溶液中の浸漬をより長くすることで、基材750上へ成膜されるコーティング710をより薄くすることが可能になる。コーティング710内のナノ粒子720の濃度は、浸漬時間がより長くなるにつれて増大するであろう。別の例では、抜き取り速度をより速くすることで、基材750上のコーティング710の厚さを減少させることができる。
[0055] Dip coating creates a
[0056]図7Aに示すように、限定ではなく例として約70nmの主要寸法を有するAgナノ粒子を用いるとき、フィルタの総合透過率は、浸漬の持続時間が増大するにつれて増大する。コーティング710をより薄くすることで、透過すべき入射光の割合をより大きくすることが可能になる。図7Aは、PVAが溶解されたAgナノ粒子溶液中のスライドガラスの10秒、30秒、60秒、および120秒の浸漬の透過スペクトルを示す。溶液中に懸濁させたAgナノ粒子は、直径約70nmでありうる。他の実施形態では、ナノ粒子は、他の直径を有し、類似の挙動を呈するであろう。10秒浸漬の曲線760aは、フィルタを通る光の総合透過率をより低くするであろう。総合透過率は増大し、120秒浸漬の曲線760bは、より全体的な光を透過するであろう。
[0056] As shown in FIG. 7A, when using Ag nanoparticles having a major dimension of about 70 nm by way of example and not limitation, the overall transmittance of the filter increases as the duration of immersion increases. By making the
[0057]一実施形態では、従来のサングラス用レンズなどにおいて、光の透過を低減させるために神経刺激性波長を調節することが意図されるナノ粒子のコーティングを、材料、コーティング、または染料を含む基材の表面内またはその上に配置することが有益になり得る。そのような状況では、染料は、その神経刺激性波長を調節する特性とは独立して選択することができ、積層構造はやはり前述の神経学的利益を提供する。別の実施形態では、材料、コーティング、または基材材料は、光互変性の成分など、他の所望の添加物を含むことができる。たとえば、この結果、神経刺激性波長の最適の減衰を維持しながら可視スペクトルの一部または実質上すべてにわたってその透過特徴を変えることができる眼鏡向けのレンズを得ることができる。したがって、そのようなレンズは、屋内または屋外での使用に適している。 [0057] In one embodiment, in a conventional sunglasses lens or the like, the nanoparticle coating intended to tune the neurostimulatory wavelength to reduce light transmission comprises a material, coating, or dye It can be beneficial to place it in or on the surface of the substrate. In such a situation, the dye can be selected independently of the property that modulates its neurostimulatory wavelength, and the laminated structure still provides the aforementioned neurological benefits. In another embodiment, the material, coating, or substrate material can include other desired additives, such as photochromic components. For example, this can result in a lens for spectacles that can change its transmission characteristics over part or substantially all of the visible spectrum while maintaining optimal attenuation of the neurostimulatory wavelength. Such lenses are therefore suitable for indoor or outdoor use.
[0058]また、図6および7に、それぞれ懸濁させたナノ粒子620を有するホスト材料610およびナノ粒子720を有するコーティング710に対する、海面での日光を表すスペクトルによる入射光630、730、および模擬透過光640、740のグラフ600、700を示す。この例では、ナノ粒子は、480nmの範囲内の波長を散乱および/または吸収する。一実施形態では、光学ノッチフィルタは、480nmなどの標的波長および標的波長より前後約25nmの波長を減衰させることができ、標的波長は、約50nmの半値全幅(「FWHM」:full-width half-maximum)として測定される。別の実施形態では、ノッチフィルタは、約50nm〜約80nmのFWHMを有することができる。さらに別の実施形態では、ノッチフィルタは、約l00nm未満のFWHMを有することができる。480nmは、ipRCGから最大の反応を生成する波長であるが、分散させたナノ粒子は、590nmまたは620nmなどの他の波長の透過も同様に調節することができる。一実施形態では、ナノ粒子は、約80nm未満の主要寸法を有してもよい。別の実施形態では、ナノ粒子は、約72nm未満の主要寸法を有してもよい。さらに別の実施形態では、ナノ粒子は、約50nm未満の主要寸法を有してもよい。
[0058] Also, FIGS. 6 and 7 show, respectively,
[0059]図8を次に参照すると、外部シェル820を伴う内部コア810を有するコア−シェルナノ粒子800が示されている。図示のコア−シェルナノ粒子800は実質上球状であるが、他の実施形態では、コア−シェルナノ粒子は、円、長円、長方形、六角形、八角形、または他の多角形を含む横断面を有することができる。ナノ粒子のコアおよびシェルは、異なる組成を有することができる。いくつかの実施形態では、内部コア810は、金属、誘電体材料、および磁性材料からなる群から選択された1つまたは複数の材料を含むことができる。内部コア810は、貴金属、遷移金属、ポスト遷移金属、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属を含みうる。貴金属は、銀、金、または白金でありうる。遷移金属は、銅、チタン、または亜鉛でありうる。ポスト遷移金属は、アルミニウムまたはガリウムでありうる。アルカリ金属は、ナトリウムまたはカリウムでありうる。アルカリ土類金属は、マグネシウムでありうる。内部コア810はまた、前述の金属の2つ以上の合金を含んでもよい。他の実施形態では、内部コア810は、SiO2、TiO2、Al2O3、またはZnOを含む金属酸化物を含んでもよい。
[0059] Referring now to FIG. 8, a core-
[0060]同様に、前述の金属、誘電体材料、または磁性材料はいずれも、同様に外部シェル820向けの材料としても適している。いくつかの実施形態では、コアは、SiO2を含むことができ、外部シェル820は、銀(Ag)を含むことができる。他の実施形態では、コア−シェルナノ粒子800は、SiO2およびAgを含み、SiO2は内部コア810の材料であり、半径の約58%を占めてもよい。半径の残り42%は、Agの外部シェル820である。しかし、コア−シェルナノ粒子800は、スペクトル反応を調整するために、内部コア810と外部シェル820との間に他の比を有してもよい。さらに別の実施形態では、内部コア810は、16nmの厚さを有してもよい。またさらなる実施形態では、外部シェル820は、8nmの厚さを有してもよい。
[0060] Similarly, any of the aforementioned metals, dielectric materials, or magnetic materials are suitable as materials for the
[0061]球状のナノ粒子の消光スペクトルは、ミー散乱理論を使用して計算することができ、ミー散乱理論は、コア−シェルナノ粒子800の半径に部分的に依存する。したがって、図5Gに関連して説明したように、ナノ粒子の半径を使用して、ナノ粒子フィルタのスペクトル反応830を微調整することができる。いくつかの実施形態では、光学フィルタ内のナノ粒子の組成が一定であるものとして、フィルタの消光スペクトルは、ナノ粒子の平均半径がより大きくなるにつれてより長い波長の方へ偏移することができる。他の実施形態では、ナノ粒子の平均半径をより大きくすることで、光のより大きい部分を減衰させることができる。
[0061] The extinction spectrum of the spherical nanoparticles can be calculated using Mie scattering theory, which depends in part on the radius of the core-
[0062]図5Gとは対照的に、図8は、コア−シェルナノ粒子800のコアの半径を変えることの影響を示す。ノッチ位置はほとんどまたはまったく偏移しないが、ピーク位置付近で曲線の振幅および分布のみが偏移する。コア−シェルナノ粒子800内の材料の分布のそのような変化は、減衰される光の量を変えることによって、媒体の変更またはコア−シェルナノ粒子800のサイズの変更を必要とすることなく、ノッチフィルタの最適化を可能にすることができる。
[0062] In contrast to FIG. 5G, FIG. 8 illustrates the effect of changing the core radius of the core-
[0063]さらに、材料中に懸濁させたナノ粒子の密度は、神経刺激性波長の所望の減衰速度を実現するように選択することができる。より高密度のナノ粒子がより速い減衰速度を提供するが、それはさらなる濃縮により粒子間の共鳴の結合がもたらされるまでにすぎないことを、当業者は理解するであろう。ナノ粒子の凝集を防止するために、ナノ粒子は、図6に関連して説明したように、ポリビニルピロリドンなどの凝集防止シェルまたはコーティングを含むことができる。 [0063] Furthermore, the density of the nanoparticles suspended in the material can be selected to achieve a desired rate of decay of the neurostimulatory wavelength. One skilled in the art will appreciate that higher density nanoparticles provide a faster decay rate, but that further enrichment only results in resonance coupling between the particles. To prevent nanoparticle aggregation, the nanoparticles can include an anti-agglomeration shell or coating, such as polyvinylpyrrolidone, as described in connection with FIG.
[0064]ナノ粒子は、ホスト媒体中に溶けた状態とすることができる。ホスト媒体は、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ソルゲル、または類似の媒体などのポリマー懸濁液とすることができる。一実施形態では、ホスト媒体中に溶けたナノ粒子の濃度は、重量体積比約15%である。別の実施形態では、ホスト媒体中に溶けたナノ粒子の濃度は、重量体積比約20%である。さらに別の実施形態では、ホスト媒体中に溶けたナノ粒子の濃度は、1立方センチメートル当たり約7.05×1010粒子である。さらなる実施形態では、ホスト媒体中に溶けたナノ粒子は、30,000〜100,000の分子量を有してもよい。 [0064] The nanoparticles can be in a dissolved state in the host medium. The host medium can be a polymer suspension such as polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate (PMMA), sol gel, or similar medium. In one embodiment, the concentration of nanoparticles dissolved in the host medium is about 15% by weight. In another embodiment, the concentration of nanoparticles dissolved in the host medium is about 20% by weight. In yet another embodiment, the concentration of nanoparticles dissolved in the host medium is about 7.05 × 10 10 particles per cubic centimeter. In a further embodiment, the nanoparticles dissolved in the host medium may have a molecular weight of 30,000 to 100,000.
[0065]加えて、ナノ粒子が懸濁されるバルク材料またはコーティング材料に選択される媒体は、反応スペクトルを偏移させるであろう。図9を次に参照すると、半径920を有する単一の材料910を含むナノ球900が示されている。一実施形態では、ナノ球900は、上述のコア−シェルナノ粒子800の内部コア810内での使用に関して説明した材料の1つまたは複数を含むことができる。15nmのAgナノ球930aおよび25nmのAgナノ球930bのスペクトル反応は、ナノ球が懸濁されたバルク材料またはコーティング媒体の両方の屈折率に依存する。図9Aは、媒体屈折率が球状の30nmのAgナノ粒子の模擬スペクトル反応に与える影響を示す。媒体の屈折率が増大するにつれて、ノッチフィルタによって減衰される波長が長くなる。様々な実施形態では、媒体の屈折率は、約1.5未満、約1.5、または約1.5より大きいものとすることができる。先に論じたように、ナノ球の半径の増大は減衰の増大をもたらすが、スペクトル反応も偏移させる。しかし、媒体の屈折率の変更により、スペクトル反応を所望の波長、この場合は480nmの方へ後方偏移させることが可能である。
[0065] In addition, the medium selected for the bulk or coating material in which the nanoparticles are suspended will shift the reaction spectrum. Referring now to FIG. 9, a
[0066]単一の半径910を有するナノ粒子900(すなわち、実質上均質のナノ粒子)は、様々な消光係数を呈することができる。一定の半径910を維持しながらナノ粒子900中の材料の合金化割合を変えることで、ノッチフィルタによって減衰される波長を偏移させることができる。たとえば、図9Bは、銀−アルミニウム合金金属(AgXXAlXX、ここでXXは組成の割合である)を含むナノ粒子の合金化割合の変動の影響を示すグラフである。各組成に対する消光係数は、合金中のアルミニウムの割合が増大するにつれて青方偏移しうる。たとえば、Ag90Al10の曲線950aは、約400nmで極大を有し、Ag50Al50の曲線950bは、約320nmで極大を有する。
[0066]
[0067]これらの例は、高いQ値を達成し、単一の波長または狭い範囲の波長を減衰させるために、ナノ粒子の単一モードの分布を含む光学ノッチフィルタについてここまで説明されたものであることが理解されるであろう。しかし、光学ノッチフィルタの使用は、1つの波長に限られるものではなく、2つ以上の波長の選択的な減衰のために、異なる形状、組成、またはサイズのナノ粒子の使用が可能である。 [0067] These examples have been described so far for optical notch filters that include a single-mode distribution of nanoparticles to achieve high Q values and attenuate single wavelengths or narrow ranges of wavelengths. It will be understood that. However, the use of an optical notch filter is not limited to one wavelength, and it is possible to use nanoparticles of different shapes, compositions, or sizes for selective attenuation of two or more wavelengths.
[0068]これは、2つ以上の組成、形状、および/もしくはサイズを有するナノ粒子の均質の分散によって、または1つもしくは複数の特定の種のナノ粒子を有するコーティング材料の積層によって実現することができる。たとえば、図8の25nmのAgナノ球を有するフィルタを作製して、スペクトルの480nmの範囲内の光を減衰させることができるが、他のナノ粒子は、スペクトルの別の範囲内の光を減衰させるのに適当であり、これらの種はそれぞれ、均質に分散される。あるいは、480nmの範囲などの第1の範囲内の光を減衰させるのに適当な第1のコーティングを、眼鏡レンズの表面に適用することができ、次いで、第2の範囲内の光を減衰させるのに適当な第2のコーティングを、レンズの別の表面に適用することができ、または第1のコーティングの上に積層することができる。単独で適用するか、それとも組合せで適用するかにかかわらず、各コーティングは、約5μmより大きい厚さを有することができる。別の実施形態では、コーティングは、約6μmの厚さを有することができる。別の実施形態では、コーティングは、約11μmの厚さを有することができる。 [0068] This can be achieved by homogenous dispersion of nanoparticles having two or more compositions, shapes, and / or sizes, or by stacking coating materials having one or more specific species of nanoparticles. Can do. For example, a filter with 25 nm Ag nanospheres in FIG. 8 can be made to attenuate light in the 480 nm range of the spectrum, while other nanoparticles attenuate light in another range of the spectrum. Each of these species is homogeneously dispersed. Alternatively, a first coating suitable for attenuating light in a first range, such as the 480 nm range, can be applied to the surface of the spectacle lens and then attenuates the light in the second range. A suitable second coating can be applied to another surface of the lens or can be laminated over the first coating. Each coating, whether applied alone or in combination, can have a thickness greater than about 5 μm. In another embodiment, the coating can have a thickness of about 6 μm. In another embodiment, the coating can have a thickness of about 11 μm.
[0069]コーティングの厚さおよびコーティング内のナノ粒子の分布は、コーティングの成膜方法によって制御することができる。一実施形態では、コーティングの付着は、スピンコーティングステップを含むことができる。別の実施形態では、コーティングの付着は、浸漬コーティングステップを含むことができる。さらに別の実施形態では、コーティングの付着は、解凝集ステップを含むことができ、解凝集ステップ自体は、超音波分散を含むことができる。 [0069] The thickness of the coating and the distribution of nanoparticles within the coating can be controlled by the coating deposition method. In one embodiment, depositing the coating can include a spin coating step. In another embodiment, coating deposition can include a dip coating step. In yet another embodiment, the deposition of the coating can include a deagglomeration step, which can itself include ultrasonic dispersion.
[0070]図10は、神経刺激性波長に対する露出に関連する症状を低減または軽減するための光学ノッチフィルタを作製する方法1000を示す。図示のように、この方法は、少なくとも、ホスト媒体を取得するステップ1010と、メラノプシン経路の活動電位スペクトルに対応する光をフィルタリングするナノ粒子をホスト媒体内に埋め込む、またはホスト媒体上に適用するステップ1020とを含む。この方法の追加のステップは、フィルタの所望の中心周波数を決定するステップ、フィルタの所望の半値全幅を決定するステップ、または複数のナノ粒子もしくはナノ粒子の組成物のサイズを変えるステップを含むことができる。加えて、製造プロセスは、ホスト媒体の組成を変えるステップを含むことができる。使用されるホスト媒体に応じて、製造方法は、任意選択で、ホスト媒体およびナノ粒子の溶液から気泡を除去するステップを含むことができる。
[0070] FIG. 10 shows a
[0071]「a」、「an」、および「the」という冠詞は、前述の説明における要素が1つまたは複数存在することを意味することが意図される。「含む(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」という用語は、開放的であり、記載の要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味することが意図される。追加として、本開示の「一つの実施形態(one embodiment)」または「一実施形態(an embodiment)」への言及は、そこで説明されている特徴を同様に組み込むさらなる実施形態の存在を除外すると解釈されることが意図されるものではないことを理解されたい。本開示の実施形態によって包含される当技術分野の当業者には理解されるように、本明細書に記載の数、割合、比、または他の値は、その値を含み、また「およそ(about)」または「約(approximately)」当該値の範囲にある他の値も含むことが意図される。したがって、記載の値は、少なくとも所望の機能を実行しまたは所望の結果を実現するのに十分に記載の値に近い値を包含するのに十分に広範囲に解釈されるべきである。記載の値は、少なくとも、適した製造または作製プロセスにおいて予期される変動を含み、記載の値の5%の範囲内、1%の範囲内、0.1%の範囲内、または0.01%の範囲内の値を含むことができる。 [0071] The articles "a", "an", and "the" are intended to mean that one or more of the elements in the foregoing description are present. The terms “comprising”, “including”, and “having” are intended to be open and mean that there may be additional elements other than the listed elements. The Additionally, references to “one embodiment” or “an embodiment” of the present disclosure are to be interpreted as excluding the existence of further embodiments that also incorporate the features described therein. It should be understood that it is not intended to be done. As will be appreciated by those skilled in the art encompassed by embodiments of the present disclosure, the numbers, percentages, ratios, or other values described herein include those values and are also “approximately ( "about" or "approximately" is intended to include other values within the range of the value. Accordingly, the stated value should be construed broadly enough to encompass values that are sufficiently close to the stated value to perform at least the desired function or achieve the desired result. The stated value includes at least the expected variation in a suitable manufacturing or fabrication process and is within 5%, 1%, 0.1%, or 0.01% of the stated value. Values within the range of.
[0072]本開示を考慮すると、同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱しないこと、ならびに本開示の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更、置換え、および改変を本明細書に開示する実施形態に加えることができることが、当業者には理解されよう。機能上の「ミーンズ・プラス・ファンクション」クレームを含む同等の構造は、同様に動作する構造上の均等物と同じ機能を提供する同等の構造との両方を含めて、記載の機能を実行するものとして本明細書に記載する構造を包含することが意図される。「手段(means for)」という単語が関連する機能とともに示されるクレームを除いて、いかなるクレームに対するミーンズ・プラス・ファンクションまたは他の機能上の主張も求めないことが、本出願人の明白な意図である。請求の範囲の意味および範囲内に入る実施形態に対する各追加、削除、および修正は、請求の範囲によって包含されるものとする。 [0072] In light of the present disclosure, various modifications, substitutions, and alterations disclosed herein do not depart from the spirit and scope of the present disclosure and equivalents without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Those skilled in the art will appreciate that these can be added to the embodiment. Equivalent structures including functional “means plus function” claims perform the described functions, including both structural equivalents that operate similarly and equivalent structures that provide the same function As intended to encompass the structures described herein. Applicant's express intent is not to seek means-plus-function or other functional claims against any claim, except for claims where the word “means for” is indicated with the relevant function. is there. Each addition, deletion, and modification to an embodiment falling within the meaning and scope of the claims is intended to be covered by the claims.
[0073]本明細書では、「約(approximately)」、「およそ(about)」、および「実質上」という用語は、同様に所望の機能を実行する、または所望の結果を実現することができる、当該量に近接する量を表す。たとえば、「約(approximately)」、「およそ(about)」、および「実質上」という用語は、記載の量の5%未満の範囲内、1%未満の範囲内、0.1%未満の範囲内、および0.01%未満の範囲内の量を指すことができる。さらに、上記の説明におけるあらゆる方向または基準系は、単なる相対的な方向または運動であることを理解されたい。たとえば、「上(up)」および「下(down)」または「上(above)」または「下(below)」に対するあらゆる言及は、単に関係する要素の相対的な位置または運動を説明するものである。 [0073] As used herein, the terms "approximately", "about", and "substantially" can similarly perform a desired function or achieve a desired result. , Represents an amount close to the amount. For example, the terms “approximately,” “about,” and “substantially” are in the range of less than 5%, less than 1%, less than 0.1% of the stated amount. And amounts within the range of less than 0.01%. Further, it should be understood that any direction or reference system in the above description is merely a relative direction or motion. For example, any reference to “up” and “down” or “above” or “below” merely describes the relative position or motion of the elements concerned. is there.
[0074]本開示は、本開示の精神または特徴から逸脱することなく、他の特有の形態で実施することができる。記載の実施形態は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。したがって、本開示の範囲は、上記の説明ではなく添付の請求の範囲によって示される。請求の範囲の等価の意味および範囲内の変更は、請求の範囲内に包含されるものとする。 [0074] The present disclosure may be implemented in other specific forms without departing from the spirit or features of the present disclosure. The described embodiments are to be considered exemplary rather than limiting. The scope of the disclosure is, therefore, indicated by the appended claims rather than by the foregoing description. Any equivalent meanings and changes within the scope of the claims shall be embraced within the scope of the claims.
Claims (20)
ホスト材料と、
前記ホスト材料中へ組み込まれ、コーティングとして前記基材に付着された複数のナノ粒子とを含み、前記複数のナノ粒子が120nm未満の平均主要寸法を有し、
前記基材、前記ホスト材料、および前記ナノ粒子が協働して、所定の中心波長を有する減衰スペクトルを提供し、前記減衰スペクトルが前記所定の中心波長付近で100nm未満の半値全幅を有する、
光学フィルタ。 A light transmissive substrate;
A host material,
A plurality of nanoparticles incorporated into the host material and attached to the substrate as a coating, the plurality of nanoparticles having an average major dimension of less than 120 nm;
The substrate, the host material, and the nanoparticles cooperate to provide an attenuation spectrum having a predetermined center wavelength, the attenuation spectrum having a full width at half maximum of less than 100 nm near the predetermined center wavelength;
Optical filter.
前記フィルタの所望の中心波長を決定するステップと、
前記フィルタの所望の半値全幅を決定するステップと、
複数のナノ粒子のサイズ、前記ナノ粒子の組成、およびホスト媒体の組成を変化させることによって前記フィルタを製造するステップと
を含む方法。 A method of manufacturing an optical notch filter, comprising:
Determining a desired center wavelength of the filter;
Determining a desired full width at half maximum of the filter;
Manufacturing the filter by varying the size of a plurality of nanoparticles, the composition of the nanoparticles, and the composition of a host medium.
可視スペクトル全体にわたって光の量を受け取るステップと、
ホスト材料中に分散させた複数のナノ粒子を含む光学フィルタを前記光の経路に導入するステップと、
1.5より大きい性能示数が実現されるように、メラノプシン神経節細胞による吸収に関連する前記スペクトルの部分を減衰させるステップと
を含み、
前記性能示数が、メラノプシン経路の活動電位スペクトル全体にわたって加重された光の減衰と、視覚スペクトル反応全体にわたって加重された光の減衰との比として定義される、方法。 A method of reducing the frequency and / or extent of photophobia, including migraine, photosensitivity associated with traumatic brain injury, and blepharospasm, or adjusting the circadian cycle,
Receiving an amount of light over the entire visible spectrum;
Introducing into the light path an optical filter comprising a plurality of nanoparticles dispersed in a host material;
Attenuating the portion of the spectrum associated with absorption by melanopsin ganglion cells so that a performance index greater than 1.5 is achieved;
The method wherein the performance index is defined as the ratio of light attenuation weighted over the action potential spectrum of the melanopsin pathway and light attenuation weighted over the visual spectrum response.
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