JP4698584B2 - 選択的スペクトル応答を有する眼鏡レンズ - Google Patents

Description

眼鏡レンズを、人間の眼によって使用するための光学的部分として定義する。この眼鏡レンズには、店で販売されているサングラスなどの処方箋なしで買うことのできる眼鏡、処方箋によって買うことのできる眼鏡、及び所望の処方に表面仕上げされるように設計した半完成されたレンズ半加工品を含んでもよい。この眼鏡レンズには、ゴーグル、バイザ、フェイス・シールド、アイ・シールド、ヘルメットなどのさらに極端な形状物を含んでもよい。レンズは、ガラス材料、ガラス状材料、及び高分子材料を含む広範囲の光学材料から生成することができる。

眼鏡レンズは一般的に視覚を改善するために設計される。この改善は最も通例的には、光を焦点に集めるための眼の能力を増す修正レンズを使用することによって達成される。さらに、眼鏡レンズはまた、まぶしさを減らし露光を調整して（例えばサングラスにおいて）眼自体がより効果的に働くことができるようにすることによって、視覚を改善することができる。焦点調節を増強すること及びまぶしさを減らすことの他に、眼鏡レンズは理想的には、光のレベル又はこの光のスペクトル分布（すなわち、可視光スペクトルの波長における光の分布）のいかなる変化にも関係なく、さまざまな光条件に順応して、改善された視力を提供しなければならない。いくつかの技法がこの調節を実施するために試みられたが、これらは完全には成功しなかった。

例えば、あらゆる外部照明には関係なくレンズの透過を着用者が調節できるようにするエレクトロクロミック・ガラスが作られた。しかし、これらのガラスはバッテリーの電力及び／又はセンサを必要とし、これらは取り扱いが厄介であるか、又は審美的を求めるスタイルの眼鏡には美学的に好ましくない。さらに、コスト、重量、環境的安定性、寿命、及び光密度といった各要因も、これらのレンズの問題点となった。

フォトクロミック・ガラスで作られたレンズも使用されている。これらのレンズは、光の強さの変化に応答して明るくなったり暗くなったりするように設計されている。最も安定したフォトクロミック・システムは、屋内においてレンズを不必要に暗くしないように、最も優先的に紫外線に応答するように設計されている。しかし、この設計基準は結果的にしばしば、自動車の風防ガラスは紫外線をカットするので、風防ガラスの背後などにサングラスが通常使用される適用例において低い応答性を示すフォトクロミックとなる。さらに、ほとんどのフォトクロミック・レンズは不断の着用のために設計されている。このため、屋内での着用時にレンズが過剰の残留色を与えないように、これらのレンズのフォトクロミック濃度は制限されており、したがってこれらのレンズは、最も明るい屋外の条件下においても通常のサングラスほど暗い色合とすることはできない。

その上に、代表的な照明状況では、偏光に起因するまぶしさは良好な視覚を妨げる可能性がある。まぶしさは特に、水や道路などの広い平らな表面から反射が発生するときに厄介であるが、これはスモッグや霧の多い空などのもやのかかった条件下においても重大な問題となり得る。色合い、フォトクロミック、及びエレクトロクロミックのすべては総光通過量を減らすが、偏光レンズのみが優先的にまぶしさを最小に抑える。したがって、偏光レンズは視覚の改善をもたらすために特有の利点を提供する。しかし偏光レンズは一般的に受動的デバイスであり、変化する照明条件に応じて光密度を調節するものでない。したがって、まぶしさを減らして完全な日光露出において十分な透過をもたらす暗い偏光サングラス・レンズは、低い光条件下では十分な透過を可能にしないこともある。

これらの光変調技術を組み合わせるか又はレンズの中に追加の着色剤を含むレンズ又は関連方法の例は、従来の技術において周知である。偏光子の可視光スペクトル・シグネチャは、例えば米国特許第６３８２７８８号及び同第４８７８７４８号に記載されているように、追加の受動的染料の使用によって変調されている。しかし、これらの変調は、レンズを着用する人が異なる色の交通信号灯を明確に識別できるようにするなどの、期待される照明又は視力の条件に合致させるには十分ではないこともある。さらに、このような受動的フィルタリングには、変化する光の強度又はスペクトル分布に不感である。米国特許第４８１８０９６号及び公開された米国特許出願第２００３／００７５８１６号などの参照文献は、結果的に得られるフォトクロミック対象物の活性化される色を変調する受動的着色剤と、フォトクロミック材料とを組み合わせることを論述している。同様に、米国特許第５６２５４２７号及び同第６１４５９８４号などの特許は、フォトクロミックを偏光子と組み合わせることを開示している。これらの参照文献が指摘するように、従来の活動の主な目的は、変化する照明条件下で最適視力のためにレンズの性能を調整することではなく、特定の一定色彩を達成することであった。同様に、米国特許第５６０８５６７号は、フォトクロミックは自動車風防ガラスの背後で限られた応答を有するが、屋外ではエレクトロクロミックを増援するので、フォトクロミックとエレクトロクロミックは互いに相補することができると述べている。米国特許第５６０８５６７号における発明は、エレクトロクロミック・セルに到達する光の量を制御するためにフォトクロミックを使用することにあるが、組合せ技法のこの言及は、非常に異なるエレクトロクロミック技術による。以上、光の制御におけるさらなる進歩がなおも大きな関心事であることが理解できる。

したがって、現在入手可能なレンズと比較して通常変化する光条件に対して改善された応答を有する光学眼鏡レンズが必要とされていることは明らかである。これらのレンズは変化する光の強度に調整されるのみならず、この光の通過量を最適の視力に適応させるべきである。本発明はこれらの必要性を満たし、さらなる利点を提供するものである。

本発明は、紫外可視光スペクトル領域における光に対して能動的応答を提供するレンズにある。このレンズは次の品目、すなわち１）第１特定可視光透過スペクトルを特徴とするベースライン・レンズ部分、２）可視光領域において第１着色吸収状態を生成するために３００〜４００ｎｍの範囲の紫外線によって活性化される少なくとも１つの第１フォトクロミック、及び３）可視光領域において第２着色吸収状態を生成するために４００〜７５０ｎｍの範囲の可視光線によって活性化される少なくとも１つの第２フォトクロミックを組み込んでいる。このレンズはまた、可視光領域全体にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけるか、或いは可視光領域全体にわたって実質的に一定である光の透過率により特徴づけることができる偏光子を組み込むこともできる。

本発明によるレンズの好ましい実施例では、第１特定可視光透過スペクトルは、可視光領域全体にわたって実質的に一定である光の透過率を特徴とするか、或いは可視光領域全体にわたる波長選択的透過率の差異を特徴とする。後者の場合には、このレンズの好ましい実施例は、可視光の吸収材又は反射材をさらに組み込んでいる。第１フォトクロミックを第２フォトクロミックの材料とは異なる材料にすることができ、又は第１及び第２フォトクロミックを単一のフォトクロミックとして実現することができる。好ましい実施例では、第１又は第２着色吸収状態は可視光領域全体にわたる波長選択的透過率の差異を特徴とすることができる。また、第１着色吸収状態を第２着色吸収状態とは異なるものにすることができる。レンズはさらに、紫外線の吸収材又は反射材を組み込むことができ、３８０ｎｍ以下の波長を有する全光の１％未満を透過できることが好ましい。

本発明はまた、日光に対する能動的応答を提供するレンズとして実現され、このレンズは、１）弱い光照明に対する露光中の第１最高可視光透過状態、２）明るい日光照明に対する露光中の第２最低可視光透過状態、及び３）自動車の窓などのＵＶ減衰窓媒質を通る日光に対する露光中の第３中間可視光透過状態を特徴とする。第３中間可視光透過状態が、可視光によって活性化される少なくとも１つのフォトクロミック材料から生ずる吸収を特徴とし、第２最低可視光透過状態が、紫外線によって、又は紫外線と可視光によって活性化される少なくとも１つのフォトクロミック材料から生ずる吸収を特徴とすることは好ましい。フォトクロミック材料はまた、可視光によって活性化される少なくとも１つの第１フォトクロミックと、紫外線によって活性化される少なくとも１つの第２フォトクロミックとを組み込むことができる。好ましい実施例では、このレンズはさらに、上述のような偏光子、又は可視光の吸収材若しくは反射材を組み込んでいる。

本発明の好ましい実施例では、第１最高光透過状態は、約３０％〜約８５％の光透過率を特徴とする。この第１最高透過状態は、好ましくはレンズが弱い光条件で使用されるときに改善された視力を提供するように構成された、可視光領域全体にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられることが好ましい。好ましい実施例では、波長選択的透過率の差異は、レンズを黄色又は黄緑色をにする可視光の吸収、或いは青色又は青味がかった色にする光の反射を組み込む。別の好ましい実施例では、第２最低光透過状態は、約６％〜約２５％の光透過率を特徴とすることが好ましい。第２最低光透過状態が可視光領域全体にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられ、これが明るい日光条件下において改善された視力をもたらすように構成できることは好ましい。好ましい実施例では、波長選択的透過率の差異は、結果としてレンズを赤味がかった若しくは赤青色、又は灰色にする。第３中間光透過状態が好ましくは約１０％〜約４５％の光透過率を特徴とし、これは可視光領域全体にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけることができるのが好ましい。好ましい実施例では、波長選択的透過率の差異は、レンズを褐色又は赤褐色にする。

本発明はまた、日光に対する能動的応答を提供する偏光レンズにもある。このレンズは、１）弱い光照明に対するレンズの露光中の第１最高光透過状態、２）明るい日光照明に対するレンズの露光中の第２最低光透過状態、及び３）ＵＶ減衰窓媒質を通る日光に対するレンズの露光中の第３中間光透過状態を特徴とする。第３中間光透過状態は、可視光によって活性化される少なくとも１つのフォトクロミック材料から生ずる吸収を特徴とする。第２最低光透過状態は、紫外線によって、又は紫外線と可視光によって活性化される少なくとも１つのフォトクロミック材料から生ずる吸収を特徴とし、この場合、フォトクロミック材料は、紫外線と可視光との両方によって活性化される１つのフォトクロミックを組み込むことができる。レンズはさらに可視光の吸収材又は反射材を組み込むことができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、例として本発明の原理を図示する添付の図面を参照して行う好ましい方法の下記の説明から明らかになるはずである。

本発明は、動力源を必要とすることなく、光の強度及びスペクトル分布両方の変化を含む変化する自然光条件に対して能動的に応答できる眼鏡レンズを提供するものである。レンズは、変化する光の強度とスペクトル分布に対する選択的且つ能動的応答を有する。特に、レンズは、日光のＵＶ（紫外）成分と可視成分の両方に、且つこれらの強度の変化に選択的に応答し、またよりすぐれた視覚のために調整されたスペクトル・フィルタリングを提供するように設計される。

本発明のさらに詳細な特徴では、レンズは、明るい日光条件と散乱又は制限された日光条件の両方に選択的に応答するように設計される。レンズはさらに、直接屋外露光、及びＵＶ光通過量を大きく制限する車両の窓ガラスを通って露光されるときの両方において、これらの差異に応答するように設計される。これは、レンズの中に、１）低光レベルに適したベースライン最高透過率値のための着色、２）車両の窓ガラスの背後においても、より高い光レベルに露光したときに、より低い透過率と着色のために可視光によって選択的に活性化されるフォトクロミック剤、及び３）より高い直接光レベルに露光したときに、着色とさらに低い透過率のためにＵＶ光によって選択的に活性化されるフォトクロミック剤を組み込むことによって達成される。

本発明の好ましい一実施例では、着色は、レンズのスペクトル応答が光の特定の強度とスペクトル分布を有する改善された視力のために調整されるように、さまざまな照明条件に応じ変化するように設計される。別の好ましい実施例では、偏光子が追加的に使用されて、光をさらに制御し、明瞭な視覚を妨げるまぶしさを最小に抑える。本発明のレンズは、処方箋によって買うことができる光学部品と処方箋なしで買うことができる光学部品の両方に適しており、ゴーグル、バイザ、成形されたマスク、フェイス・シールドを含む広範囲の眼鏡に使用することができる。

上述のように、本発明のレンズは、色彩や透過率などの特定の光学的特性を組み込むことによって、さらに変化する照明条件に応答してこれらの特性を能動的に変化させるためにフォトクロミックを組み込むことによって、変化する自然光条件への改善された視覚的応答性を提供するように最適化される。このレンズの設計にはいくつかの要素が考察され、受け入れられる。第１に、この設計は地球の大気における太陽スペクトルを考慮に入れる。図１は、３７度南向きの傾斜で大気を通して海面から見たものとしての、空からの分散放射を含む１．５倍の気団における標準的近ＵＶ可視光スペクトル・プロットを示す。３００〜４００ｎｍは近ＵＶ領域であり、４００〜７００ｎｍの領域は可視光スペクトルである。３００ｎｍ未満の波長にある大部分の日光は地球の大気によって吸収され、太陽の可視光スペクトル強度は４８０ｎｍの近くでピークを示す。図１は日光の放射照度の代表的な強度を示すが、実際の値とこれらの相対スペクトル分布は、曇り又はかすんだ空、追加の拡散や散乱の影響、及び太陽の変化する位置によって変化することになる。実際に、太陽が地平線に近づいたり散乱効果が増加すると、全光放射照度は著しく減少するが、近ＵＶ及び青光の相対的成分は増加する。さらに、いくつかの研究では、近ＵＶ光は眼に害を与えることもあることが示されている。したがって、最良の視覚的応答のために、眼鏡レンズは、弱い光条件においても光のＵＶ成分の効果的な遮断とともに、光の可視成分の良好な透過をもたらすべきである。

眼の光感度とスペクトル識別は、光の強度の関数として変化することが知られている。眼は２種類の光検出器を有する。すなわち桿状体と錐状体である。弱い光条件では、桿状体は光を非常に高い感度で検出するが、色彩を識別しない。したがって、弱い光条件では、視覚的応答性は約５０７ｎｍ、すなわち可視光スペクトルの中央近くでピークを示す。光レベルが増すと、敏感な桿状体検出器は飽和するか又は光退色し、色識別錐状体が優勢な光検出器となる。ベータ、ガンマ、及びロー錐状体は、可視光スペクトルにわたって重なり合うが異なる波長検出領域を表し、これらの波長感度分布は約４４５ｎｍ、５３５ｎｍ及び５７５ｎｍにおいて、それぞれピークを示す。眼は約２％だけのベータ錐状体と６４％のロー錐状体とを含み、（４４５ｎｍ近くの）低波長領域における光に対する眼の感度は、他の可視光領域に匹敵するものであり、検出器（ベータ錐状体）はより少ないが、感度はより高い。したがって、明るい光条件下では、錐状体の重なり合った検出領域は５５５ｎｍ近くでピーク色彩感度を明確にする。光と色彩に対する眼の応答性のこの周知の変化は、弱い光条件対明るい光条件において異なる可視光透過率と異なる可能性のあるスペクトル応答を有するレンズが、眼の応答機構に対する最適の調整には望ましいことを示唆する。本レンズは以下に論述するように、このようなスペクトル応答を含む。

本発明のレンズはまた、自動車若しくはその他の窓のある車両での移動中にもすぐれた性能を有するように設計される。これは、このような移動がほとんどの屋外活動に一般的であるから、このように設計されたレンズは、もう１つの作用効果を奏する。図２は、代表的な積層ガラス風防構造の可視光スペクトル透過率を示す。上述のように、フォトクロミックは光の強度の変化に対して能動的に応答するが、ほとんどは近ＵＶで活性化される。４００ｎｍ近くの透過光の積層ガラスのカットオフでは、このようなフォトクロミックは窓のある車両の中では強く活性化されないことが、図２から明らかである。紫外線のカットオフ又は減少は、その他のガラス及びプラスチック窓材料も同様である。また、視力を落すことなく露光を減少及び制御することは、窓のある車両の運転者に特に重要である。本発明のレンズはこの必要性に満たすべく設計される。

これらの考察から見て、本発明の範囲内にあるレンズによる能動的な選択的応答から利益を得ることになる少なくとも４つの共通照明条件を、定義することができる。これらの条件は、１）屋外における弱い露光、２）窓を通した弱い露光、３）窓を通した明るい露光、及び４）屋外の明るい露光である。これらの条件をさらに、以下の表１に記載するように、これら４条件のそれぞれにおいて出現し眼によって検出された光スペクトルの点から定義することができる。

本発明のレンズが、明るい光条件より弱い光条件で高い透過率を示すことが好ましく、光の強度が増加するに応じてレンズを暗くさせることによってレンズを能動的に応答させる。平均透過率のこれらの変化に加えて、レンズは、上述のさまざまな照明条件内で改善された視力のためにスペクトル的に調整された波長選択的透過率を提供することが好ましい。すなわち、レンズの明白な色並びにその全体的な透過率は変化する。したがって弱い光での眼の桿状体が最も能動的であるときには、レンズは、色識別錐状体が最も能動的であるときの明るい光条件下で示すものとは異なる平均透過率と、異なる波長選択的透過率とを示す。本発明のさらに別の態様では、レンズは、ＵＶをカットする窓を通して知覚される明るい光に応答して、中間レベルの平均透過率と波長選択的透過率とを提供する。

本発明の範囲内にある好ましいレンズは、可視光領域においてフォトクロミック（光で活性化される）吸収を組み込んでいる。エレクトロクロミック技法も使用することができるが、追加の動力源並びにおそらく検出器及びフィードバック制御器を必要とし、レンズ組立体をかなり厄介なものにする。これまでに知られているレンズとは対照的に、本発明のレンズの好ましい実施例は、ＵＶで活性化されるフォトクロミックと可視光で活性化されるフォトクロミックの両方を組み込んでいる。本発明においてＵＶ活性化と可視光活性化との両方を組み合わせることによって、能動的に応答するレンズは、１）ＵＶ及び可視光両方の強い成分を含む明るい光に対する屋外露光の下での最低透過率、２）ＵＶをカットする窓を通して明るい光を見るときの、ＵＶで活性化されるフォトクロミックのより低い応答に起因する中間透過率、３）フォトクロミック剤のＵＶ又は可視光で活性化される吸収度を起こすために限られたエネルギーのみを供給することができる、弱い光の屋外条件下でのより高い透過率、並びに４）弱い光スペクトルのＵＶ成分のすべて又は大部分を効果的に除去する窓を通過するときに、弱い光条件下での最高透過率をもたらす。明るい屋外露光の下では、レンズの平均光透過率はおおよそ６％〜約２５％の透過率範囲にあることが好ましい。レンズの中間透過率の好ましい範囲は約１０％〜約４５％の平均光透過率である。弱い光条件下では、レンズの平均光透過率の好ましい範囲は約３０％〜約８５％である。

さまざまな光レベルに応答するこの透過率の段階的な能動的制御は、本発明のレンズの重要な一態様である。本発明のレンズのもう１つの重要な態様は、視力を改善するためのレンズの継続的透過曲線の波長選択的調整である。表１に指摘するように、弱い光条件下では、眼の中の桿状体はあまりよく色彩を識別しない。したがって、さまざまな可視波長位置において最大及び最小透過率を有するレンズに対して、大きく変動する透過スペクトルは、必要とされないこともあり、又は色彩に鈍感となれば特に効果的ではないこともある。代わりに、可視光領域を通じて透過率を比較的高く保って、眼に至るあらゆる光を最適化することにより効果的にすることもできる。弱い光条件下では高い透過率は本当に重要であるが、正規の距離で見る細かな細部を区別する能力によって決定されるような、視力は、可視光スペクトルのより短い波長領域におけるいくらかの吸収によって意外にも改善される。特に、より短い波長におけるよりも５０５ｎｍに近い暗順応感度最大近くのより高い相対透過率は、細かい細部を見るときに改善された解像度を提供する。この波長選択的改善はまた、かすんだ又は曇りの弱い光条件下でも観察され、この光条件は、これらの照明条件下で増加した青光拡散の量に対する眼の露光を制限するレンズに起因することもある。したがって、レンズの基本色と透過率を、一般の弱い光条件下で容認可能な透過率をもたらすように選択することができ、望むならば、５０５ｎｍの近くでより低い波長領域におけるよりもさらに高い透過率を提供するように、さらに調整することができる。

好ましい基本色と透過率を、着色剤をレンズ自体に、又はレンズに組み込まれたコーティング若しくは薄膜に加えることによって達成することができる。着色剤は、光学業界では周知の標準的な材料であり、染料、顔料、ＵＶ吸収材、薄膜コーティング、干渉フィルタなどが含まれる。これらの着色剤は、吸収や反射などの機構によって光と相互作用する。これらの応答は広帯域であってもよく、これは、着色剤が広いスペクトル領域にわたって光の波長とほぼ均等に相互作用するか、或いはこれらを波長選択的反射材又は吸収剤にしてもよいことを意味する。例えば、着色剤が可視光スペクトルの青領域において選択的に吸収する場合には、対象物は通常は黄色がかった色（すなわち青がない）を示す。このような着色剤の一例は染料又は顔料である。他方では、着色剤がこの光を選択的に反射する場合には、対象物は、青の波長領域が優先的に反射して見る人に戻ってくるので、外部の見る人には青味を帯びて現れることがある。このような反射的な着色剤の一例は、反射させるために設計されたコーティング又は干渉薄膜フィルタである。したがって、波長選択的着色剤も、その動作機構に応じてレンズをさまざまな色にすることができる。

弱い光条件下では、可視光及びＵＶで活性化されるフォトクロミックもレンズのベースライン色と吸収度にいくらか貢献することができる。しかし、この場合、単一ベースライン・スペクトル設計が、フォトクロミックを活性化する低レベルの光であるため、弱い光の両条件（すなわち直接見るか、車両の窓を通して見る）に有効となる。それにもかかわらず、レンズのベースライン色と透過率は、フォトクロミック又はその他の光で活性化される吸収剤からのいくらか限定された効果を含むこともある。

本発明の好ましい実施例では、レンズは、視力を妨げることもあるまぶしさを減らすための偏光子を含む。偏光子の存在はレンズのベースライン色と透過率に貢献し、所望のスペクトル結果を達成するために必要な他の着色剤の量と種類を変えることもある。広範囲の偏光子を使用することができ、これには中性灰色偏光子、着色偏光子、反射材又は反射妨害スタックを組み込んだ偏光子などが含まれる。したがって、偏光子は広帯域又は波長選択的透過率の制御、並びにまぶしさの減少を示し、両方の特徴をレンズの性能の中に適切に設計することができる。その上、偏光子を、上述のような他の着色剤と組み合わせることもできる。反射的着色剤、広帯域反射材、又は干渉フィルタを偏光子と共に使用する場合には、これらの化学剤は、入ってくる光が反射的化学剤の前に偏光子に当るように置かれる。これは、偏光子が極めて効率的に動作して、これらの特定の着色剤の反射又は干渉効果によって生じる迷光の回転又は無作為化が生ずることなく、入ってくるまぶしさを減少することを確実にする。あるいは、薄膜干渉積層体によって作られたいくつかの偏光子が、両方の特定波長制御（反射、吸収、又は透過）を備えると共に、高い偏光度を達成することができる。

上に論述したように、多くのさまざまな技術の組合せを本発明のレンズの中で使用して、全体的な透過率と、望むならば波長選択的透過率との両方のベースライン条件を作り出すことができる。次いで、所望のより低い透過率を明るい光条件下で達成するために、可視光領域で結果的に吸収を伴うＵＶ活性型フォトクロミックを本発明のレンズに使用することができる。このようなフォトクロミックには例えば、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第４８１８０９６号に記載されたもの、並びにＴｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ Ｏｐｔｉｃａｌ，Ｉｎｃ．によって開発されて、そのＴｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ（登録商標）フォトクロミック・レンズ技術の中に使用されているさまざまなフォトクロミックがある。ＵＶ活性型フォトクロミックを、基本レンズ材の中に完全混合する、レンズ表面の中に吸収させる、レンズ・コーティングの中に組み込む、及びレンズの中に若しくは上に埋め込まれるか含まれるフォトクロミックの膜又は積層板を使用する、といったさまざまな周知の方法を使用してレンズの中に組み込んでもよい。

本発明のレンズはまた、最も明るい屋外の光条件への追加応答のため、及びＵＶ減衰窓の背後の能動的応答のために可視光活性化が可能なフォトクロミックを含む。これらは同様に、上述のさまざまな周知の方法を使用してレンズに組み込まれる。レンズの中で使用しようとする特定のフォトクロミックは、所望の透過率及びスペクトル分布、フォトクロミックの特定の活性化特性、並びにおそらく特定のレンズ材料及び着色又はレンズ安定性のためのその他の添加物に依存する。実際に多くのフォトクロミックは、ＵＶスペクトルと可視光スペクトルの両方に重複する広い波長領域にわたって、光に応答する。これは、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第４８１８０９６号及び同第６１０２５４３号に論述されているように、以前の光学的適用で取り組まれた関心事であった。しかし本発明では、この重複を有利に使用して、上述のさまざまな照明条件のための特定の色彩値及び透過率値を達成することもできる。

したがって、本発明において使用するためのフォトクロミックはＵＶ活性型又は可視光活性型としているが、これらも他の波長領域においても応答性を有することができる。実際に本発明では、可視光領域とＵＶ領域の両方において著しい活性化を示す１つ又は複数のフォトクロミックを組み込んだレンズを、着色剤の使用によって片方又は両領域における応答のために有利に制御することもできる。この選択的応答を、フィルタ、受動的光吸収染料又は顔料、及びフォトクロミックと光源の間に挟まれた吸収剤又は反射剤などの、さまざまな技法によって達成することができる。着色剤とフォトクロミックのこの組合せを、本発明のレンズにおける別の制御機構又は設計されたプロセス変数として使用してもよい。必要に応じて、フォトクロミックに到達する光の量を調節するため、又はフォトクロミックを充分に照明できるようにするために、着色剤を配置することができる。本発明のレンズの追加の好ましい実施例では、反射剤がフォトクロミックの背後に置かれ、活性化スペクトルを反射するように設計される。これらの化学剤は、フォトクロミック層を通して反射光に余分の経路をとらせることによってレンズのフォトクロミック活動を増加することができる。したがって、要素の多くのさまざまな組合せを本発明のレンズに使用して、光に対するレンズの能動的応答を制御、変更、及び最適化することができる。

応答性および競争反応に応じて、いくつかのフォトクロミックを、所望の光学的効果を達成するために単一若しくは組合せのいずれかでより効果的に使用することもできる。これは結果として例えば、所与の照明条件の範囲全体にわたって、最適化された色、色彩密度、又は色彩濃度になることもある。これに加えて、所与のフォトクロミックが、優先的吸収によって入ってくる光を遮断することによって、又は光に選択的にフィルタをかけることによって、他のフォトクロミックに対して着色剤として作用することもある。さらにまた、あるフォトクロミック材料が別のフォトクロミックに比べて、レンズ材料や着色剤、又はレンズ製造技術と両立できることもある。例えば、フォトクロミックの特性はしばしば、熱可塑性レンズを製造するために使用される射出成形法の高熱によって劣化する。同様に、感熱性偏光子もレンズの中に組み込まれる場合には、これらの偏光子では、許容する高温度がフォトクロミックよりも、もっと低い場合があり、過熱によって効率を失い、色を変化させる可能性がある。このような要素が、レンズ、レンズ材料、及びレンズ添加物をフォトクロミックと組み合わせるときに受け入れられない場合には、結果として得られる色及び透過率が所望のものとならないか、又は時間的変化若しくは環境への露出により不安定になることがある。

本発明のレンズの好ましい別の態様は、着色剤とフォトクロミック材料を組み込んでおり、これらのフォトクロミック材料は、これらの明るい光条件について波長選択的透過率曲線を調整し、並びに全体的透過率を制御する。明るい光条件では、すぐれた色識別を提供する錐状体は眼の応答を支配する。好ましくは次に、レンズを通る透過が可視光スペクトルにわたってすぐれた解像力を可能にするはずである。明るい光条件下では、着色剤及び／又はフォトクロミックが可視光スペクトルのさまざまな領域において局部的な透過率最大と透過率最小を作り出すようにレンズを設計するときでも、すぐれた解像力を維持できることが、わかっている。これらの透過率最大及び最小は、波長選択的透過率の差異に対応し、光の特定の波長を優先的に反射又は吸収することによって、レンズを特定の色にする。したがって、多くの流行色を、本発明のレンズの性能を落すことなく作り出すこともできる。しかし、可視光領域における極端なカットオフは避けるべきである。第１に、著しいカットオフは感度をそのスペクトル領域に限定し、したがってその色彩範囲における対象物に対する視力に影響する。第２に、色の認識と透過率は、ＡＮＳＩ Ｚ８０．３−１９８６に定義された赤、黄、緑の交通信号試験に合格するために十分である必要がある。極端なカットオフのレンズはこれらの試験で落されることが多い。

明るい屋外の直接光条件のための１つの好ましい色は、約５００ｎｍ近くの相対的に最小な透過率と、青領域でこれと等しいか高い透過率とを有する。これは青を外見上多く保持するが、すぐれた緑と赤の感度を維持する。この色の好みの１つの理論的解釈は、比較的高い青の透過率は限られた数のベータ錐状体からのすぐれた視覚的応答を保証するが、より多くのレセプタを有する他のスペクトル領域においても感度を維持することである。このスペクトル応答が波長選択的吸収によって達成される場合には、レンズは赤味がかった、又は赤青の外見を呈する。別の例示的な色は中性灰色で、この色は可視光スペクトル全体にわたってほぼ等しい透過率をもたらす。

特定の屋外活動において、又は流行の考えに基づいてレンズを使用するために、各種の色彩を選択してもよい。例えば水球の選手は、モトクロス・レーサーが好む色とは異なる明るい屋外での使用のための色彩を好むと思われる。したがって、特定のスポーツ、趣味、又は職業的活動での使用のために特有の又は好まれる色彩によって設計された、本発明のレンズを構想することができよう。本発明のレンズにおいて組み合わせることができる多様な着色剤、フォトクロミック、及び任意選択の偏光子が、このような設計を可能にする。

自動車、列車、又はフェリーなどの乗物の窓の背後で、日光のＵＶ成分は、窓の材料の固有カットオフ又は設計されたカットオフによってかなり減衰又は遮断される。したがって、ＵＶ活性型フォトクロミックは、窓を通った光に対して弱く応答することになる。しかしながら、可視光によって活性化されるフォトクロミックは応答することになり、これらのＵＶカットされた明るい光条件下でのレンズの透過率及び／又は色に影響するように設計可能である。

これらの照明条件下における１つの好ましい色は、色が吸収度の結果であるときには、褐色がかった色合いである。これは、通常の強さの日光の下での運転条件のためには鋭いコントラストをもたらし、交通信号のすぐれた認識と他の対象物についてのすぐれた視力を可能にする。褐色がかったレンズは、錐状体の大部分が最も敏感である可視光スペクトルの赤領域に向かって増加する透過率を有する。実際、ガンマ錐状体とロー錐状体の色彩感度は５５０〜６５０ｎｍ領域にわたって広く重複し、錐状体レセプタの約９８％からの高い応答を可能にする。さらに、太陽が地平線に近づくと、又はかすんだ明るい光条件下では、日光スペクトルのより長い波長領域（赤端部）の相対放射照度は、短い波長領域よりもさらに著しく減少する。したがって、この赤波長領域における増加した透過率は、このような照明条件下では良好な視力のためには望ましいと言える。

本発明のレンズは、フォトクロミックの可視光及びＵＶ励起のための可能な競合的経路が理由で、色彩選択と透過率に追加の自由を提供することもできる。例えば、フォトクロミック材料によるＵＶ活性型変化が、可視光領域において同フォトクロミック又は他のフォトクロミックを活性化するために必要なエネルギーよりもはるかに少ないエネルギーを使う場合には、ＵＶ活性型材料は窓の背後においても着色の貢献者であり続けるかもしれない。代わりに、可視光とＵＶ光の両方によって活性化することができる特定のフォトクロミックは、各波長領域の相対的影響に応じて異なるスペクトルの最大及び最小を示すことがある。これらの変数をレンズの基礎着色と組み合わせるとき、視覚と流行の両方の必要性のために色彩選択の幅広い制御が存在する。例えば上述のように、短い波長領域において透過率を低下させるレンズは、吸収度が発生した場合に黄色、又は短い波長の光が選択的に反射した場合には青色のいずれかを呈することができる。

その上、レンズのフォトクロミックを活性化するＵＶ光を制御するために、多様な技法を使用することができる。光学業界内では、ＵＶ露光を制御又は除去するために多様な標準的方法が使用されている。これらの方法には、ＵＶ吸収剤、顔料、及びカットオフ染料をレンズ材料の中又は上に組み込むこと、ＵＶ吸収又は反射コーティングの使用、及び干渉フィルタの使用などの方法がある。さらに、ＵＶ活性型フォトクロミック、又は紫外線にも応答する可視光活性型フォトクロミックも、ＵＶ露光の能動的制御を提供し、したがって、その他の方法を変更してもよい。同様に本発明では、窓媒質による減衰及び弱い光条件下でのより低いＵＶ放射照度も、レンズへのさらなるＵＶ限界を設計するときに考慮されてもよい。好ましい一実施例では、レンズは３８０ｎｍ以下で非常に低い光透過率を示し、眼をＵＶＡ及びＵＶＢ露光から保護する。レンズの可視光透過率への限られた影響が望まれるときには、はっきりしたＵＶカットオフ法を使用してもよい。代わりに、可視光透過率を調整しながらＵＶを著しく減らすようにカットオフを漸進的にするようにしてもよい。明るい光条件のために、好ましい一実施例が３８０ｎｍ以下で約１％未満の透過率を示している。

自然の日光条件を論述したが、本発明のレンズはまた、屋内照明強度及びスペクトル変化にも適合することができる。日光への応答のために最適化された実施例によって、屋内照明は日光条件ほど強くフォトクロミックを活性化することを期待されないが、これらのフォトクロミックは照明スペクトルに応じて吸収度と色彩のいくらかの変化を起こさせることもできる。例えば、黒体源に近い強い白熱光に露光した場合には、可視光活性型フォトクロミックはレンズに対していくらかの光学濃度と色彩を与えることもある。上述の好ましい実施例では、これはレンズをわずかな褐色の色合いに移すことになる。同様に、明るい蛍光照明又はハロゲン照明では、ＵＶに敏感なフォトクロミックは、可視フォトクロミックと同様にわずかに活性化される。さらに好ましい実施例の例では、これはレンズをわずかに灰色又は赤味がかった色合いとすることになる。

本発明を、次の実施例を参照してさらに詳細に説明する。

「実施例」
着色剤を組み込んだ硬質樹脂レンズを準備し、こうしてレンズは、４００〜４５０ｎｍ領域においてより低い透過率と、４５０〜５００ｎｍ領域において高い透過率とを特徴とするスペクトルを示す。この実施例では、４００〜４５０ｎｍ領域におけるより低い透過率は吸収によって達成され、黄色がかった色合いをレンズに与える。レンズは、すべての照明条件下で偏光されたまぶしさを減らすための受動的デバイスとして、埋め込まれた偏光子を含み、この偏光子は、少なくとも９０％の偏光係数と約４０〜５０％の光透過率を特徴とする。可視光によって活性化することができる少なくとも１つのフォトクロミック材料をレンズの中に組み込み、活性化されると、この材料はレンズの可視光透過率を減少させ、４５０〜５５０ｎｍ領域における減少した透過率によってレンズを褐色がかった色にする。その上、ＵＶ光によって活性化することができる少なくとも１つのフォトクロミック材料をレンズの中に組み込み、活性化されると、この材料はレンズの可視光透過率をさらに減少させ、５２０ｎｍの近くにおいては局部的最低透過率示すが、スペクトルの青領域においてはいくらか高い相対透過率によって、レンズを赤味がかった青色にする。必要な場合には、追加の材料をレンズの中に組み込んで、眼のＵＶ露光を制限し、結果的に３８０ｎｍ以下において１％未満の透過率にすることができる。

表１にまとめたさまざまな光条件におけるこのレンズの期待される応答と外見を、表２に総括した。

さまざまな照明条件下における実施例のレンズの例示的な透過スペクトルを、図３に示す。直接の屋外露光又はＵＶ減衰窓を通した露光の両方において、透過曲線は似ているので、１つの例示的透過曲線のみを弱い光条件について示した。したがって、自然光に対する能動的及び選択的応答を有するレンズが得られ、このレンズはさらに色彩を変えてさまざまな照明条件のために視力を最適化する。

好ましい材料とスペクトル特性を参照して本発明を詳細に開示したが、追加の材料又は材料と技法の組合せを、本発明の範囲から逸脱することなく、同じスペクトル特性及び追加のスペクトル特性を達成するために使用できることは、当業者には理解されよう。したがって、本発明は冒頭の特許請求の範囲によって明確にされる。

３０５ｎｍ〜７５０ｎｍの波長領域における１０００に正規化された標準太陽スペクトル（ＡＭ１．５）放射照度プロットの可視及び近ＵＶ領域を示す図である。 可視光領域全体にわたる代表的自動車風防ガラスの透過率を示す図である。 ３つの別個の照明条件、すなわち強度の弱い日光、明るい日光、及び代表的な運転条件について最適化された、本発明の範囲内におけるレンズのための例示的な可視光スペクトル応答を示す図である。

Claims (27)

1. 紫外可視光スペクトル領域における光に対して能動的応答を提供するレンズであって、該レンズは、
   偏光子と、
   第１最高可視光透過スペクトルにより特徴づけられるベースライン・レンズ部分と、
   ３００〜４００ｎｍの範囲における紫外線によって活性化されて、可視光領域において第１着色吸収状態を生成する少なくとも１つの第１フォトクロミックと、
   ４００〜７５０ｎｍの範囲における可視光によって活性化されて、可視光領域において第２着色吸収状態を生成する少なくとも１つの第２フォトクロミックと
   を備えたレンズ。
2. 前記偏光子が可視光領域にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
3. 前記偏光子が可視光領域にわたって実質的に一定である光の透過率で特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
4. 前記第１最高可視光透過スペクトルが可視光領域にわたって実質的に一定である光の透過率により特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
5. 前記第１特定可視光透過スペクトルが可視光領域にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
6. 可視光の吸収材又は反射材をさらに含む、請求項５に記載のレンズ。
7. 前記の少なくとも１つの第１フォトクロミックが、前記の少なくとも１つの第２フォトクロミックの材料とは異なる材料を含む、請求項１に記載のレンズ。
8. 前記第１及び第２フォトクロミックが、紫外線と可視光との両方によって活性化される単一フォトクロミックを含む、請求項１に記載のレンズ。
9. 前記第１着色吸収状態が可視光領域にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
10. 前記第２着色吸収状態が可視光領域にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
11. 前記第１着色吸収状態が前記第２着色吸収状態とは異なる、請求項１０に記載のレンズ。
12. 前記レンズが、紫外線の吸収材又は反射材をさらに含む、請求項１に記載のレンズ。
13. ３８０ｎｍ以下の波長を有する全光の１％未満を透過する、請求項１２に記載のレンズ。
14. 前記第１最高可視光透過スペクトルが、３０％〜８５％間の光透過率により特徴付けられる請求項１に記載のレンズ。
15. 前記波長選択的透過率の差異が、レンズが弱い光条件下で視力を改善するように構成されている、請求項５に記載のレンズ。
16. 前記波長選択的透過率の差異が、レンズを黄色又は黄緑色にする可視光の吸収を含む請求項５に記載のレンズ。
17. 前記波長選択的透過率の差異が、レンズを青色又は青味がかった色にする可視光の反射を含む請求項５に記載のレンズ。
18. 前記第１着色吸収状態が、６％〜２５％間の光透過率により特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
19. 前記第１の着色吸収状態が、可視光領域全体にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられる、請求項１８に記載のレンズ。
20. 前記波長選択的透過率の差異が、明るい日光条件下で視力を改善するように構成されている、請求項１８に記載のレンズ。
21. 前記波長選択的透過率の差異が、レンズを赤味がかった色又は赤青色にする、請求項１９に記載のレンズ。
22. 前記波長選択的透過率の差異が、レンズを灰色にする、請求項１９に記載のレンズ。
23. 前記第２着色吸収状態が、１０％〜４５％間の光透過率により特徴づけられる、請求項１に記載のレンズ。
24. 前記第２着色吸収状態が、可視光領域にわたる波長選択的透過率の差異により特徴づけられる、請求項２３に記載のレンズ。
25. 前記波長選択的透過率の差異が、レンズを褐色又は赤褐色にする、請求項２４に記載のレンズ。
26. 少なくとも１つの第２フォトクロミック材料が、ＵＶ減衰窓媒質を通った可視光によって活性化される、請求項１に記載のレンズ。
27. 前記レンズが、可視光の吸収材又は反射材をさらに含む請求項１に記載のレンズ。

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