TWI629051B - 針對色覺障礙之個人用於加強色彩區別之濾光片 - Google Patents
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Abstract
某些濾光片已被發現針對具有色覺障礙(CVD)之個人(亦稱為色盲者)加強色彩區別。該等濾光片通常包括具有在可見光譜之綠色區域之部分中之一強窄反射頻帶的一多層光學膜。該膜具有自420nm至680nm的至少50%、60%或70%之一平均內部透射率,及在包括550nm之一10nm寬範圍上的
Description
本發明大體上係關於光學膜,其特別應用於可針對色盲個人用於加強色彩區別之此等膜。本發明亦係關於併入此等膜之物品及系統,以及製造並使用此等膜之方法。
色覺障礙(color vision deficiency,CVD)(通常亦稱為色盲)係指一些個人感知某些色彩之間的差異之有限能力。CVD係由人眼中之一或多個色彩光感受器的缺乏或障礙所引起。此等色彩光感受器屬於以下三種類型:長波長(L)視錐、中波長(M)視錐,及短波長(S)視錐,其分別對可見光譜之紅色、綠色及藍色部分敏感。大約7%至10%之男性及0.5%至1%之女性有某種程度上之色覺障礙。紅/綠色盲為CVD之最常見形式。
已開發了被發現針對具有CVD之個人(亦即,針對色盲個人)用於加強色彩區別之濾光片。濾光片通常包括具有在可見光譜之綠色區域之一部分中的強但窄之反射頻帶的多層光學膜。但在可見光譜之剩餘部分中,該膜較佳地具有一相對高透射率,例如,該膜可能除窄綠色反射頻帶外沒有顯著可見光反射頻帶。該膜可具有自420nm至680nm的至少50%、60%或70%之平均內部透射率。窄綠色反射頻帶可具有
60nm或50nm或更少,或在20nm至40nm或20nm至50nm範圍中之寬度(FWHM)。與窄綠色反射頻帶相關聯的係多層光學膜之在10nm寬波長範圍(包括550nm)上的不超過10%、5%、2%或1%之一平均內部透射率。(亦即,吾人可發現至少一10nm寬波長範圍(包括550nm)(例如,540nm至550nm之範圍,或545nm至555nm之範圍,或549nm至559nm之範圍,或550nm至560nm之範圍),在該範圍上在如下文論述的在法向入射或另一關注之設計角度下多層光學膜之平均內部透射率不超過10%、5%、2%或1%)。在一些狀況下,濾光片可基本上僅由多層光學膜組成,而在其他狀況下,濾光片亦可包括額外層及塗層(諸如,安置於多層光學膜之觀看者側以減少眩光的吸收性品紅層,該吸收性品紅層選擇性地吸收綠光)。吸收性品紅層之吸收頻帶可具有80nm或更少之寬度(FWHM),且與多層光學膜之反射頻帶組合的吸收頻帶可具有60nm或更少之寬度(FWHM)。濾光片可另外或替代地包括其他著色吸收性層,諸如選擇性地吸收藍色及紅色可見光波長之層,或選擇性地吸收藍色可見光波長之層。在一設計入射角下,濾光片可具有自420nm至680nm的至少50%、60%或70%之平均內部透射率,及在10nm寬波長範圍(包括550nm)上的10%或更少、5%或更少、2%或更少或1%或更少(與一拒斥頻帶(例如,與吸收頻帶組合之反射頻帶)相關聯,該拒斥頻帶之寬度(FWHM)為60nm或更少或50nm或更少或在20nm至40nm或20nm至50nm之範圍內)的平均內部透射率。設計入射角通常非常小,例如15度或更小,或10度或更小,或5度或更小,或實質上0度,其中0度係指光沿垂直於濾光片或膜之平面的軸傳播。在許多狀況下,設計入射角可實質上為法向入射(0度入射角)。濾光片可併入眼鏡或其他物品中。舉例而言,濾光片可施加至透鏡、窗戶、電子顯示器或透光屏蔽。濾光片較佳地與大批量膜製造製程相容,使得個別濾光片(其可為一自較大膜捲筒切割的
小膜片)可以合理成本製造。
本申請案因此揭示適用於針對具有色覺障礙之個人改良色彩區別的濾光片。該等濾光片包括在設計入射角下具有自420nm至680nm的至少50%之平均內部透射率的多層光學膜,且該多層光學膜亦具有在設計入射角下在10nm寬波長範圍(包括550nm)上的10%或更少(與具有60nm或更少之寬度(FWHM)的反射頻帶相關聯)之平均內部透射率。多層光學膜可在設計入射角下具有在10nm寬波長範圍上之5%或更少或2%或更少或1%或更少的平均內部透射率。多層光學膜可在設計入射角下具有在550nm處的10%或更少、5%或更少或2%或更少或1%或更少的平均內部透射率。濾光片可在設計入射角下具有自420nm至680nm的至少60%或至少70%之平均內部透射率。多層光學膜之反射頻帶可具有50nm或更少,或在20nm至50nm或20nm至40nm之範圍內的寬度(FWHM)。反射頻帶之寬度(FWHM)可界定反射頻帶之一短波長頻帶邊緣及一長波長頻帶邊緣,且多層光學膜可具有至少60%或至少75%或至少90%之一內部透射率(當自420nm至短波長頻帶邊緣及自長波長頻帶邊緣至680nm平均時)。反射頻帶可為紅外線反射頻帶之諧波。在一些狀況下,濾光片可基本上(僅)由多層光學膜組成,但即使在彼等狀況下,濾光片仍可施加至其他物品或本體(諸如眼鏡)。在其他狀況下,濾光片可能不僅包括多層光學膜而且包括著色吸收性層(諸如,安置於多層光學膜之一側的吸收性品紅層,該吸收性品紅層選擇性地吸收綠光)。
亦揭示包括一多層光學膜及一吸收性品紅層之濾光片,該多層光學膜具有一可見光反射頻帶,且該吸收性品紅層安置於該多層光學膜之一側且具有選擇性地吸收綠光之吸收頻帶。與吸收頻帶組合之在設計入射角下的可見光反射頻帶提供具有60nm或更少之寬度(FWHM)的拒斥頻帶。多層光學膜與吸收性品紅層之組合在設計入射
角下具有在10nm寬波長範圍(包括550nm)上之10%或更少的一平均內部透射率。又,多層光學膜與吸收性品紅層之組合對於以設計入射角並自一方向入射於該組合上之光具有在500nm至600nm之波長範圍上的小於50%之最大(峰值)反射率,該方向使得光在入射於多層光學膜之前通過吸收性品紅層。在500nm至600nm之波長範圍上的最大峰值反射率亦可小於40%、30%或20%。
吸收頻帶可具有對應於最大吸收率及最小透射率之峰值,該峰值安置於至少530nm且不超過560nm之波長處。吸收頻帶之峰值可具有超過20%但小於80%之內部透射率。多層光學膜與吸收性品紅層之組合可在設計入射角下具有在10nm寬波長範圍上之5%或更少,或2%或更少,或1%或更少的平均內部透射率。反射頻帶可具有50nm或更少,或在20nm至50nm或20nm至40nm之範圍內的一寬度(FWHM)。多層光學膜與吸收性品紅層之組合可在設計入射角下具有自420nm至680nm之50%的平均內部透射率。
吸收性品紅層(當安置於多層光學膜之觀看者側時)可極大地減少與多層光學膜之反射率相關聯的眩光,同時對拒斥頻帶之頻寬及對自420nm至680nm的濾光片之平均透射率有很少的有害影響。
濾光片可基本上(僅)由多層光學膜及吸收性品紅層組成。
亦揭示可包括所揭示濾光片之眼鏡。
亦揭示改良具有色覺障礙之個人之色彩區別的方法。此等方法可包括藉由一濾光片對由個人感知之光進行濾光,該濾光片在一設計入射角下具有自420nm至680nm之至少50%的平均內部透射率,該濾光片在設計入射角下具有在10nm寬波長範圍(包括550nm)上之10%或更少(與具有60nm或更少之寬度(FWHM)的拒斥頻帶相關聯)的平均內部透射率。濾光片亦可在設計入射角下具有自420nm至680nm之至少60%的平均內部透射率,及在10nm寬波長範圍上之5%或更少的平均
內部透射率。
如貫穿本文件中所使用的設計入射角可為濾光片或膜經設計以操作所藉以的任一合適角。在多數應用中,此角通常將非常小,例如,不超過15度或10度或5度或實質上0度(亦即,法向入射)。若角為非零,則其引起多層光學膜之反射頻帶相對於反射頻帶之光譜位置及法向入射向較短波長移位。舉例而言,若由交替PET/coPMMA微層製成之多層光學膜具有在法向入射(入射角=0)下產生以550nm為中心之一階窄反射頻帶的層厚度剖面,則此多層光學膜之反射頻帶的中心在10度入射角下移位至546nm,且在15度入射角下移位至542nm。因此,若需要多層光學膜之反射頻帶待以550nm(或另一目標波長)為中心且多層光學膜將安裝於相對於使用者之視線以(例如)10度之適度角傾斜的一框架(例如,眼鏡框)中,則多層光學膜可經設計以具有一反射頻帶,在法向入射下該反射頻帶之中心波長為一少量大於目標波長之量(例如,若目標波長為550nm,則大約為554nm)。
一給定濾光片或膜之頻譜寬度(FWHM)的前述指定值可係基於該給定濾光片或膜之內部透射率。
亦論述相關方法、系統及物品。
本申請案之此等及其他態樣將由以下詳細描述而顯而易見。然而,決不應將上述概要解釋為對所主張之主旨構成限制,該主旨僅由附加申請專利範圍限定,而附加申請專利範圍可能在申請期間進行修正。
200‧‧‧系統
201‧‧‧個人/觀測者
202a‧‧‧入射光
202b‧‧‧經濾光之光
210‧‧‧多層光學膜
210a‧‧‧主表面
210b‧‧‧主表面
211‧‧‧濾光片
212‧‧‧吸收性品紅層
214‧‧‧吸收性著色層
301‧‧‧曲線
301a‧‧‧拒斥頻帶
401‧‧‧曲線
401a‧‧‧可見光反射頻帶
501‧‧‧曲線
501a‧‧‧可見光反射頻帶
502‧‧‧曲線
502a‧‧‧可見光反射頻帶
503‧‧‧曲線
503a‧‧‧可見光反射頻帶
601‧‧‧曲線
602‧‧‧曲線
603‧‧‧曲線
604‧‧‧曲線
605‧‧‧曲線
701‧‧‧曲線
701a‧‧‧可見光反射頻帶
801‧‧‧曲線
801a‧‧‧可見光反射頻帶
802‧‧‧曲線
802a‧‧‧可見光反射頻帶
901‧‧‧曲線
901a‧‧‧可見光反射頻帶
1001‧‧‧曲線
1001a‧‧‧可見光反射頻帶
1002‧‧‧曲線
1002a‧‧‧可見光反射頻帶
1003‧‧‧曲線
1003a‧‧‧可見光反射頻帶
1101‧‧‧曲線
1101a‧‧‧綠色反射頻帶
1102‧‧‧曲線
1200‧‧‧系統
1201‧‧‧觀測者
1202a‧‧‧環境白光
1202b‧‧‧經散射之光
1202c‧‧‧經濾光之光
1203a‧‧‧雜散光
1203b‧‧‧眩光
1209‧‧‧眼鏡
1210‧‧‧多層光學膜
1211‧‧‧濾光片
1212‧‧‧吸收性品紅層
1216‧‧‧透鏡
1216a‧‧‧透鏡之表面
1301‧‧‧曲線
1302‧‧‧曲線
1303‧‧‧曲線
1304‧‧‧曲線
1305‧‧‧曲線
1305a‧‧‧反射頻帶
1401‧‧‧曲線
1402‧‧‧曲線
1403‧‧‧曲線
1501‧‧‧曲線
1502‧‧‧曲線
1503‧‧‧曲線
1601‧‧‧曲線
1601a‧‧‧反射頻帶
1602‧‧‧曲線
1603‧‧‧曲線
1604‧‧‧曲線
1701‧‧‧曲線
1702‧‧‧曲線
1703‧‧‧曲線
1801‧‧‧外部透射率曲線
1802‧‧‧外部透射率曲線
1803‧‧‧外部透射率曲線
1804‧‧‧外部透射率曲線
1805‧‧‧曲線/透射光譜
1805a‧‧‧反射頻帶
1901‧‧‧吸收率曲線
1902‧‧‧吸收率曲線
1903‧‧‧吸收率曲線
1904‧‧‧吸收率曲線
2001‧‧‧吸收率或光學密度曲線
2002‧‧‧吸收率或光學密度曲線
2003‧‧‧吸收率或光學密度曲線
2004‧‧‧吸收率或光學密度曲線
2101‧‧‧曲線
2101a‧‧‧拒斥頻帶
2201‧‧‧曲線
2202‧‧‧曲線
2301‧‧‧曲線
2302‧‧‧曲線
2303‧‧‧曲線
2501‧‧‧內部透射率曲線
2502‧‧‧內部透射率曲線
2503‧‧‧內部透射率曲線
2503a‧‧‧反射頻帶
2601‧‧‧曲線
2601a‧‧‧反射頻帶
2602‧‧‧曲線
2602a‧‧‧反射頻帶
2701‧‧‧曲線
2701a‧‧‧末端
2701b‧‧‧末端
2702‧‧‧曲線
2702a‧‧‧末端
2702b‧‧‧末端
2801‧‧‧曲線
2802‧‧‧曲線
2803‧‧‧曲線
2804‧‧‧曲線
p‧‧‧點
p1‧‧‧點
p2‧‧‧點
p3‧‧‧點
圖1A為用於視覺檢查以確定色盲的彼等圖案中之典型圖案(石原氏(Ishihara)色彩測試板或斑塊)的正視圖,該圖案係彩色的,但出於該圖之目的而以灰階予以展示;圖1B為圖1A之圖案的正視圖,但其中該圖案中之選定點已被加
深以顯示具有正常色覺之人將能辨別之影像;圖2為一濾光片用以對由CVD個人觀測之光進行濾光之系統的示意側視圖,該濾光片經特製以加強個人區分或區別色彩之能力;圖3為假設濾光片或其組件(諸如,多層光學膜)之透射光譜的曲線圖,該濾光片阻擋在可見光譜之綠色區域之一部分中的窄頻帶內之光;圖4及圖5為經製造並經測試的各種多層光學膜之所量測外部透射光譜的曲線圖;圖6為經製造並經測試的各種吸收性品紅染色膜之所量測外部透射光譜的曲線圖;圖7為具有阻擋綠色可見光之一部分的反射頻帶之多層光學膜之所量測外部透射光譜的曲線圖,該反射頻帶比圖5之膜的反射頻帶窄;圖8為如在已製造捲筒上之兩個不同位置處取樣的多層光學膜之所量測外部透射光譜的曲線圖,膜樣本具有阻擋綠色可見光之一部分的反射頻帶,該等反射頻帶比圖7之反射頻帶窄;圖9為具有阻擋綠色可見光之一部分之反射頻帶的多層光學膜之所量測外部透射光譜的曲線圖,該反射頻帶具有類似於圖8之彼等寬度的寬度;圖10為若干多層光學膜之所量測外部透射光譜的曲線圖,每一多層光學膜具有阻擋綠色可見光之一部分的反射頻帶,此等膜中之每一者的反射頻帶比圖9之反射頻帶窄;圖11為窄頻帶綠色反射多層光學膜之所量測透射光譜的曲線圖,其疊加於螢光光源之相對光譜強度的曲線圖上;圖12為一濾光片施加至眼鏡以對由CVD個人觀測之光進行濾光之系統的示意側視圖,該濾光片經特製以加強個人之色彩區別;
圖12A為適於供所揭示濾光片使用之眼鏡的透視圖;圖13為再現來自圖6之吸收性品紅膜的所量測透射光譜中之一些並於其上疊加來自圖7之窄頻帶綠色反射多層光學膜之所量測透射光譜的曲線圖;圖14為來自圖13之吸收性品紅層之光譜吸收率(光學密度)的曲線圖,該吸收率係自所量測透射光譜而計算;圖15為來自圖13及圖14之吸收性品紅層之光譜吸收率的曲線圖;圖16為展示可如何藉由經合適地安置之具有適度峰值吸收率之吸收性品紅層來顯著減少來自窄頻帶綠色反射多層光學膜之眩光(反射)的曲線圖;圖17為在法向入射下窄頻帶綠色反射多層光學膜之所量測透射率及其在傾斜角下計算之透射率的曲線圖,該曲線圖亦包括吸收性品紅層之所量測透射率;圖18為額外吸收性品紅層之所量測透射率的曲線圖,該曲線圖亦包括窄頻帶綠色反射多層光學膜之所量測透射光譜;圖19為圖18中之品紅層之光譜吸收率的曲線圖;圖20為圖18及圖19中之品紅層之光譜吸收率(光學密度)的曲線圖;圖21為具有與吸收性品紅層組合之窄頻帶綠色反射多層光學膜的濾光片之所量測透射率的曲線圖;圖22為兩個濾光片之所量測透射率的曲線圖,該等濾光片中之每一者包括與吸收性品紅層組合之窄頻帶綠色反射多層光學膜;圖23為額外濾光片之所量測透射率的曲線圖,每一濾光片具有與吸收性品紅層組合之窄頻帶綠色反射多層光學膜;圖24A為展示在沒有濾光情況下由19個不同個人(多數人為CVD)
正確評估(自總計25個斑塊中)之石原氏斑塊之數目的曲線圖;圖24B為除其中19個個人各自經由特定窄頻帶濾光片觀測石原氏斑塊外類似於圖24A之曲線圖的曲線圖;圖25為窄頻帶綠色反射多層光學膜、吸收性品紅層及選擇性地吸收藍色及紅色波長之層之內部透射率的曲線圖;圖26為由與選擇性地吸收藍色及紅色波長之層組合的窄頻帶綠色反射多層光學膜組成之第一濾光片及其中吸收性品紅層添加至該第一濾光片之第二濾光片的內部透射率的曲線圖;圖27為展示除其中紅色/藍色吸收性層在重染色負載至輕染色負載之間變化外類似於圖26之彼等濾光片之濾光片的經計算之色彩座標(a*,b*)的曲線圖;及圖28為併入一些窄頻帶綠色阻擋濾光片中之各種吸收藍色染料層之所量測透射率的曲線圖。
在該等圖中,相同參考數字表示相同元件。
已發現多層光學膜技術可用以建構可實質上改良具有CVD之人的色彩區別的濾光片。濾光片可為窄頻帶綠色反射多層光學膜,或此多層光學膜與其他層及塗層(諸如,選擇性地吸收綠色波長之吸收性品紅層,及/或選擇性地吸收藍色波長及/或藍色及紅色波長之層)的組合。所要的濾光性質包括在550nm處或其附近的一強但窄的拒斥頻帶,及在其他可見光波長處的相對較高透射率,使得該濾光片不具有一過於暗的外觀。儘管可在理論上僅藉由吸收性材料(諸如,染料及顏料)獲得此等濾光性質,但吾人研究之吸收性材料自身不可用於提供(a)在550nm處或其附近之充分阻擋強度(充分低的透射率)與(b)充分窄的頻寬兩者之一最佳化混合。相比而言,多層光學膜可經特製以具有在所關注波長處及在窄頻帶中之強阻擋(非常低的透射率,具有相
應高反射率)。多層光學膜之透射及反射性質係基於在一或多個層堆疊中之(通常)數十、數百或數千個個別微層之界面處的光之相長干涉或相消干涉。藉由適當選擇材料、處理條件及微層之厚度,透射光譜可經特製以提供在550nm處或其附近的一強但窄的反射頻帶,因此提供在窄頻帶中之強阻擋。綠色阻擋頻帶在波長空間中愈窄(同時光譜仍足夠寬以改良色彩區別),需要在光譜之紅色及/或藍色部分中阻擋以提供一改良之色彩平衡的光愈少,或需要的藍色吸收愈少。
測試人色彩感知之一常見方式為使用所謂之石原氏色彩測試,該測試利用石原氏色彩測試板或斑塊。圖1A中展示一種此類石原氏測試板。構成圖案之個別點具有形成特定數字之影像的不同色彩。數字之影像可由具有正常色覺之個人感知,但不能由具有CVD之個人感知。圖1A為此石原氏測試板之灰階表示,且在沒有影像可在點之圖案內被辨別方面而言清楚地完全代表具有CVD之個人的感知。
圖1B為圖1A之相同石原氏測試板的視圖,但其中選定點已被加深以顯示(在此灰階表示中)著色數字之影像。經加深之點形成數字「57」之影像。此影像對於具有正常色覺之人而言可自石原氏測試板辨別。一般而言,所揭示之濾光片允許具有CVD之人亦辨別數字之影像。
此濾光片(用以對由CVD個人觀測之光進行濾光)經示意地展示為圖2之系統200中的濾光片211。濾光片211接收入射光202a,且對光之選定波長進行濾光以提供經濾光之光202b。經濾光之光202b係由個人201之眼睛感知,該個人可具有CVD。濾光片211(若經適當設計)之效應係實質上加強具有CVD之個人區分或區別色彩之能力。吾人已經驗地判定用於此目的之濾光片的有效性可高度取決於濾光片211之設計參數,諸如拒斥頻帶之波長範圍。舉例而言,吾人已發現在550nm處或其附近之波長特別有效,而在570nm處或其附近之波長具有很小或
沒有有效性。
濾光片211通常包括具有在550nm處或其附近之一強但窄的拒斥頻帶但對於其他可見光波長具有相對較高透射率的至少一多層光學膜210。因此,例如,膜210可在設計入射角(例如,法向入射)下具有自420nm至680nm的至少50%或至少60%之平均內部透射率。膜210亦可在設計入射角下具有在10nm寬波長範圍(包括550nm)上的10%或更少或5%或更少或2%或更少或1%或更少之一平均內部透射率,此減少之透射率與具有60nm或更少或50nm或更少或在20nm至50nm或20nm至40nm之範圍內之寬度(FWHM)的反射頻帶相關聯。結合圖3進一步論述此等光學性質。多層光學膜之光學性質有時係在法向入射下或在所關注之不同入射方向下指定,此係因為多層光學膜之透射及反射特性實質上可隨光之入射方向而改變。
多層光學膜可經設計以具有針對一些光波長之高反射及低透射,及針對其他光波長之低反射及高透射。此等膜一般具有可忽略之吸收,使得至少在可見光、近紅外線及近紫外線波長上,實質上透射未經反射之任何光,且反之亦然。此等膜包含光學薄微層之堆疊,通常呈具有大折射率失配之材料的交替配置(諸如,二氧化矽與二氧化鈦之交替層),但亦可使用其他合適之無機或有機材料。此等反射器可藉由將交替層真空沈積於玻璃或其他合適基板上(例如,直接沈積於透鏡部件之外表面上或可隨後施加至此表面之膜或基板上)來製成。或者,合適之反射膜可藉由可涉及交替聚合物材料之共擠壓及拉伸所得多層聚合物腹板(polymer web)的連續製程而製成,(例如)如美國專利第5,882,774號(Jonza等人)、第6,531,230號(Weber等人)及第6,783,349號(Neavin等人)中所描述。無關於用於二向色反射器之材料及所使用之製造方法,反射器具備用於多層堆疊之經特製以提供隨波長而變之所要透射及反射特性的層厚度剖面。該厚度剖面可經特製以
提供作為窄頻帶反射器操作之多層光學膜,例如,藉此在波長之窄頻帶中的光被高度地反射(具有相應低透射)且在波長之窄頻帶外的光被高度地透射(具有相應低反射)。
此多層光學膜之反射頻帶(其亦可被稱作拒斥頻帶)隨光之入射方向而在波長方面移位。在法向入射下(其中光沿垂直於膜之平面的方向入射),反射頻帶係在一第一波長或波長範圍處。接著當光以漸增傾斜角入射於膜上時,反射頻帶通常單調地移位至比第一波長或波長範圍短的波長。
除膜210外,濾光片211亦可包括額外層或塗層,諸如,吸收性品紅層212及另一吸收性著色層214。品紅層212選擇性地吸收綠光且因此在透射中具有一品紅外觀。若品紅層212施加至膜210之面對觀測者201之主表面210a,或更一般而言若層212安置於膜210與觀測者201之間,則層212可有利地用以減少由來自膜210之光反射引起的眩光。膜210在與其窄反射頻帶相關聯之綠色波長下具有特別高的反射率,因此以最大化眩光之減少,使品紅層212之吸收頻帶(及/或峰值吸收)在設計入射角下與膜210之反射頻帶在波長方面至少大致對準係有利的。
層214為可包括於濾光片211中之另一可選層。在一些狀況下,層214可用以對膜210及可選層212進行至少部分地色彩校正。亦即,因為膜210及層212選擇性地阻擋至少一些綠色波長並針對其他可見光波長具有一較高透射率,所以其可在透射中趨於具有一品紅色,此可能令觀測者201不愉快。為至少部分地減少品紅色,同時仍維持濾光片211針對CVD個人之色彩區別能力,層214可經特製以選擇性地吸收紅色及/或藍色波長。層214可如圖中所示施加至層212之與主表面210a對置的主表面210b。或者,層214可施加或安置於濾光片211內之別處,包括在膜210與層212之間,或在層212之外表面上。如上文所提
及,多層光學膜之綠色阻擋頻帶愈窄(在波長方面),需要由層214阻擋以提供改良之色彩平衡的紅色及/或藍色光愈少,且反之亦然。
層214(及/或濾光片211之其他層)亦可為或包含一所謂之深藍色阻擋器。深藍色阻擋器提供對在紫外線範圍內及高達約400nm、410nm或420nm之光的強阻擋(藉由吸收、反射或其他機制)。此層可特別用於眼鏡之情形中以保護使用者之眼睛以免受紫外線及近紫外線輻射。
層212、214及膜210為說明性目的而經展示為彼此分開,但通常其在單一構造中附接在一起,例如,沒有內部空氣/膜界面。附接可使用一或多個黏接劑層(諸如(多個)光學清晰黏接劑)或藉由其他已知附接材料或機制而達成。讀者亦將理解圖2中描繪之濾光片211之給定組件可以兩個或兩個以上層或膜來替代以實現相同之所要功能,且濾光片211之組件中的兩者或兩者以上可經組合成單一層或膜以再次實現相同之所要功能。舉例而言,層214及/或層212可經分成兩個或兩個以上層(其可為較薄或另外較少之吸收性),其可安置於多層光學膜210之對置側上(在需要時)。在另一實例中,用以製造層212、214之染料可經組合成具有與獨立層212、214相同之透射性質的單一層。濾光片211之組件的配置及次序可根據需要來重新配置。
圖3中展示假設濾光片或其一或多個組件(諸如,多層光學膜)之透射性質。在此圖中,相對於以奈米計之光波長λ描繪透射率百分比,波長軸在400nm至700nm之範圍上延伸,該範圍有時視為人可見光波長範圍。然而,出於此應用之目的,將人可見光範圍考慮為自420nm至680nm之波長範圍。曲線301可表示在法向入射或另一設計入射角下整個濾光片或其一或多個個別組件之所量測透射率。在不失一般性的情況下,對於此圖3之論述的剩餘部分,為簡單起見將假定曲線301表示整個濾光片之透射率(然而,注意濾光片在一些狀況下可僅為多層光學膜)。濾光片選擇性地阻擋在可見光譜之綠色區域之一
部分中的一窄頻帶內之光,由曲線301之拒斥頻帶301a之低透射率所證實。拒斥頻帶301a可為反射頻帶、吸收頻帶或反射頻帶與吸收頻帶之組合。
為了量化曲線301之相關特徵,吾人識別曲線301之基線值B、曲線301之峰值P(在此狀況下峰值P對應於拒斥頻帶301a之最小透射率,在點p3處展示)及曲線301之中間值H(在P與B之間的一半位置)。曲線301與值H相交於點p1及p2處,該等點之波長值分別等於拒斥頻帶301a之短波長頻帶邊緣λ1及長波長頻帶邊緣λ2。短及長波長頻帶邊緣可用以計算所關注之兩個其他參數:拒斥頻帶301a之寬度(在半最大值下之全寬,或FWHM),其等於λ2-λ1;及拒斥頻帶301a之中心波長λc,其等於(λ1+λ2)/2。注意中心波長λc可與拒斥頻帶301a之峰值波長(參見點p3)相同或不同,此取決於拒斥頻帶301a如何對稱或不對稱。
基線B易於識別在窄拒斥頻帶外部很少有或沒有吸收或反射的濾光片,如曲線301在拒斥頻帶301a之兩側的相對平坦區域所說明。然而,在一些狀況下,給定濾光片可具有一更複雜之光譜(例如,具有多個峰及谷),且一些濾光片(例如,經染色之層)可係非常寬頻,從而展現在全部可見光波長下之實質吸收,且在此等狀況下可使用替代基線。此等更複雜濾光片中之可用基線為在濾光片之內部透射率曲線上的100%透射率值,如下文所定義。具有更複雜光譜之此等濾光片之實例為吸收性品紅膜,其光譜在下文中經提供為圖18中之曲線1801至1804。用於計算彼等染色膜之光譜寬度(FWHM)的基線值為用於該膜之100%內部透射率值,其對應於圖19之對應吸收率曲線中的零吸收率。
濾光片(或其(多個)組件)之透射率一般係指所透射光強度除以入射光強度(對於給定波長、入射方向等之光),但可以用「外部透射率」或「內部透射率」來表示。光學元件之外部透射率為光學元件在
浸入空氣中時且在未對在元件之正面處的空氣/元件界面處之菲涅爾反射或未對在元件之背面處的元件/空氣界面處之菲涅爾反射進行任何校正情況下之透射率。光學元件之內部透射率為元件在已移除在其正表面及背表面處之菲涅爾反射時的透射率。正面及背面菲涅爾反射之移除可以計算方式(例如,藉由自外部透射光譜中減去適當函式)或以實驗方式來進行。對於許多類型之聚合物及玻璃材料,菲涅爾反射在兩個外表面中之每一者處為約4%至5%(對於法向或近法向入射角),其導致外部透射率相對於內部透射率向下移位約10%。圖3未指定使用此等透射率中之哪一者,因此,其通常可應用於內部透射率或外部透射率。若本文中在未指定為內部或外部之情況下提及透射率,則除非上下文另有指示,否則讀者可假定透射率係指外部透射率。在許多眼鏡透鏡中,表面抗反射塗層之施加可導致TinternalTexternal。
拒斥頻帶之光譜寬度(例如,經計算為其在半最大值下之全寬度(FWHM))可稍微不同,此取決於其係基於內部透射率還是外部透射率來計算。基於內部透射率計算之FWHM通常比基於外部透射率計算之FWHM稍大(例如,小於5nm)。在下文報告FWHM值之多個表中之每一者中,除非另有指示,否則FWHM係基於內部透射率而計算。
曲線301之另一可能相關特徵為其在420nm至680nm之波長範圍上的平均(內部或外部)透射率。此參數(其可藉由計算自420nm至680nm在曲線301下的面積(例如,藉由積分)並將結果除以260nm而獲得)提供全部可見光中多少光被濾光片阻擋的指示。該參數可替代地藉由簡單平均自420nm至680nm之所有波長值(例如,以1nm增量或另一合適之小增量)之(內部或外部)透射率來計算。
曲線301之另一可能相關特徵為其在10nm寬波長範圍(包括550nm)上的平均(內部或外部)透射率。舉例而言,吾人可計算曲線301之
在540nm至550nm之波長範圍或545nm至555nm之範圍或549nm至559nm,或550nm至560nm之範圍上的平均(內部或外部)透射率。
曲線301之又一可能相關特徵為其在可見光區域上但在拒斥頻帶301a外部的平均(內部或外部)透射率,其可藉由計算自420nm至λ1及自λ2至680nm在曲線301下的面積並將結果除以((λ1-420)+(680-λ2))nm而獲得。此參數可替代地藉由可見光光譜之在拒斥頻帶兩側的部分上之簡單平均來計算。
若干類型之濾光片經製造並針對一或多個CVD個人進行測試以判定其在幫助該(等)CVD個人較好地區分或區別色彩方面的實用性。現將描述此等濾光片(其中之一些僅由多層光學膜組成)。
具有一窄反射頻帶之多層光學膜可由共擠壓聚合物樹脂層以便形成相對較窄之反射頻帶而製成。諸如聚酯之高雙折射材料與諸如丙烯酸系樹脂之低折射率材料組合使用提供在交替層之間的大折射率差,該等折射率差接著提供在反射頻帶中之高反射率。對於製造此等反射器,存在若干選項。在一些狀況下,微層之層厚度剖面可經特製以提供在一所要可見光波長(例如,在550nm處或其附近之波長)處之一第一階反射頻帶(在法向入射下)。在其他狀況下,微層可製造得較厚,使得在法向入射下之該第一階反射頻帶係在紅外線波長處,但紅外線頻帶之高階諧波(例如,第2、第3或第4階諧波)係在所要的可見光波長處。在美國專利第6,531,230號(Weber等人)中論述此後一設計方法及隨後聚合物處理技術。
對於一多層光學膜,聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之交替層經共同擠壓並經雙軸定向以形成具有大約412個微層之膜。分別具有275層及137層的聚合微層之第一群組及第二群組提供具有在法向入射下之兩個不同第一階紅外線反射頻帶的膜:在約1125nm處之第一此IR頻帶,及在約1650nm處之第二此IR頻帶。第
一IR頻帶之第2階諧波實質上與第二IR頻帶之第3階諧波重疊或疊加於第二IR頻帶之第3階諧波上,以產生在自大致560nm至590nm之可見光波長下的強但稍窄之反射頻帶。在400nm至700nm之範圍內在法向入射下的此膜之所量測外部透射率在圖4中經展示為曲線401。可見光反射頻帶401a(其為第一IR頻帶之第2階諧波與第二IR頻帶之第3階諧波的組合)可在圖中易於識別。(需要時,交替設計之多層光學膜可經製造以(例如)藉由提供僅一個第一階IR反射頻帶並將其特製使得第2階或第3階諧波提供類似於頻帶401a之可見光反射頻帶而具有類似於圖4之反射頻帶的可見光反射頻帶。此交替膜可具有(例如)總計約300個微層,其可替代地由PEN與PMMA,或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)與共聚甲基丙烯酸甲酯(coPMMA),或其他合適聚合物組合製成。又一交替多層光學膜可提供用於該等微層之產生在可見光區域中之一第一階反射頻帶(類似於反射頻帶401a)的厚度梯度。)
圖4之光譜亦展現一對於在420nm及更低處之波長的深藍色阻擋頻帶。此反射頻帶為在1125nm處之第一階IR反射頻帶之第3階諧波。第二階諧波如上文描述位於575nm處。因此藉由利用各種較高階諧波頻帶,可使用建立一所要黃色或綠色反射頻帶之相同層而形成深藍色阻擋頻帶。舉例而言,若IR頻帶之第三階諧波中心在550nm附近,則第4階諧波頻帶將位於420nm附近,其中確切位置將取決於用於多層光學膜中之微層的構成材料之折射率分散。
下文在表1中提供圖4之多層光學膜之相關光學特性(諸如,反射頻帶401a之短及長波長頻帶邊緣(λ1及λ2)及其他參數)。此膜係由2個CVD個人藉由接近其眼睛固持該膜並經由該膜觀測石原氏測試板及/或其他著色物件來測試。用於此等測試之環境為以漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合照明的辦公室。對於每一個人(當膜之平面垂直於個人之視線時),很少或沒有體驗到色彩區別方面的改良。然而,藉由
以一相對於視線之傾斜角來傾斜膜(因此反射頻帶401a相對於圖4向較短波長移位),個人各自注意到在色彩區別方面顯著改良。
兩個額外多層光學膜係藉由取得圖4之薄膜片並將此等片雙軸地拉伸不同數量以產生具有與圖4之構造相同之基本構造(例如,每一膜仍具有412個微層及兩個不同IR反射頻帶,其第3及第2諧波再次重疊以產生一可見光反射頻帶)但其較薄且因此具有在比圖4之波長短的波長處之可見光反射頻帶的膜而獲得。在400nm至700nm之範圍內在法向入射下此等兩個額外膜的所量測外部透射率在圖5中展示為曲線502及503。此等膜之可見光反射頻帶502a、503a可分別易於在圖中識別。
下文在表1中提供此等兩個額外多層光學膜(由圖5中之其標記502、503識別)之相關光學特性。由2個CVD個人藉由使用眼鏡框,在法向入射下並經由該膜觀測石原氏測試板及/或其他著色物件而測試此等膜,在眼鏡框中接近個人之眼睛而固持該膜,該膜具有約60nm之圓柱曲率半徑,且每一透鏡之曲率中心直接位於每一眼睛之視網膜後面。用於此等測試之環境為以漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合照明的辦公室。對於每一個人,無關於膜之平面是垂直於個人之視線還是成一傾斜角,很少或沒有體驗到色彩區別方面的改良。
製造另一多層光學膜。以類似於圖4之方式的方式來製造此膜,但在擠壓期間鑄造輪之速度經修改。該膜再次具有總計412個微層及兩個不同IR反射頻帶,其第3及第2諧波再次重疊以產生一可見光反射頻帶。在法向入射下之可見光波長反射頻帶係在相對於圖4之膜的較短波長處,但在相對於與曲線502、503相關聯之膜的較長波長處。在400nm至700nm之範圍內在法向入射下的膜之所量測外部透射率在圖5中經展示為曲線501。此膜之可見光反射頻帶501a可易於在圖中識別。
下文在表1中提供此多層光學膜(由圖5中之其標記501識別)之相關光學特性。此膜係由2個CVD個人藉由使用眼鏡框,在法向入射下並經由該膜觀測石原氏測試板及/或其他著色物件而測試,在眼鏡框中接近個人之眼睛而固持該膜,該膜具有約60nm之圓柱曲率半徑,且每一透鏡之曲率中心直接位於每一眼睛之視網膜後面。用於此等測試之環境為以漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合照明的辦公室。對於每一個人(當膜之平面垂直於個人之視線時),在色彩區別方面體驗到顯著改良。
只要染料或顏料在充分窄的吸收頻帶中充分強地吸收,吾人將自由染色或著色之膜而非多層光學膜製成之濾光片預期針對CVD個人的類似色彩加強結果。然而,多數染料不具有特別窄之吸收頻帶,且難以獲得具有強阻擋(低透射率)及不超過約60nm或50nm之頻寬(FWHM)的染色膜。可易於發現的最窄頻寬綠色吸收染料係一稱為EpolightTM 5391可見光染料(由Epolin公司(Newark,NJ)出售)之染料。五個不同吸收性濾光片係藉由在清晰載體膜(carrier film)上塗佈不同數量之此染料而製成。歸因於綠色吸收,此等濾光片或膜各自在透射中具有一品紅外觀。
Epolight 5391染料併入清晰PET基膜上之Vitel塗層中。Vitel及5391染料兩者以不同比溶解於甲基乙基酮(MEK)中,且接著用邁耶棒
以不同厚度值塗佈於50微米清晰聚酯膜上。表2中針對重染料溶液且表3中針對較輕染料溶液概述混合及塗佈細節。此等樣本為手工塗層,因此均勻度不如生產塗層操作好,且結果可變化。然而,根據需要調整塗層厚度或Viterl中之染料濃度係一簡單的事。許多其他聚合物亦可用作染料載體。表2及表3中給出Vitel中染料之兩種濃度的塗佈溶液,表3中的塗佈溶液在染料之固體與總固體之百分比方面係第一染料濃度之一半。使用此等兩種混合物之情況下,可藉由各種邁耶棒使用不同塗層厚度值形成染料塗層之大範圍的光學密度。
藉由此程序製造不同染料負載之五個膜樣本。(術語染料「負載」就此而言係意欲涵蓋染料濃度及/或染料厚度。)在400nm至700nm之範圍內在法向入射下此等膜之所量測外部透射光譜在圖6中展示為曲線601、602、603、604及605。此等曲線係按遞減染料負載之次序列出,亦即,曲線601之膜具有最重染料負載且曲線605之膜具有最輕染料負載。使用表1之塗層特性製造曲線602及603之膜;使用表2之
塗層特性製造曲線604及605之膜;且藉由連同光學黏接劑一起層壓曲線602之膜中之兩者製造曲線601之膜。此等膜之可見光吸收頻帶在圖中顯而易見。此等曲線各自在550nm附近之波長處具有一最小透射率(例如,參見曲線605之點p)。因而,染色膜選擇性地吸收綠色可見光,且因此此等膜中之每一者在透射中具有一品紅外觀。自圖中亦顯而易見的係吸收頻帶之寬度(FWHM)隨染料負載增加而增加,其導致阻擋可見光譜之多數綠色部分,及某一青色光(對於兩個最重負載,亦即,曲線601及602)。
下文在表4中提供此等染色膜(由用於圖6中之其標記來識別)之相關光學特性。(表中的所計算之FWHM經獲得用於如下文在圖15中所示之內部透射率的吸收曲線。)此等膜係由CVD個人藉由接近其眼睛固持每一膜並經由該膜觀測(多個)石原氏測試板及/或其他著色物件而測試。用於此等測試之環境為具有漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合的有窗戶房間。對於此個人,針對曲線603、604及605之膜,很少或沒有體驗到色彩區別方面的改良。對於剩餘膜(亦即,曲線601及602之彼等膜),CVD個人體驗到色彩區別方面之某一改良,但該等膜係暗的(很少有綠光含量)。
圖6之在光譜之綠色區域中具有充分光阻擋的吸收性品紅膜具有如此寬以致產生非最佳化(暗、低光位準)色彩觀看的頻寬。然而,具
有較低染料負載及較少綠光阻擋之此等膜可與一窄頻帶綠色反射多層光學膜組合使用(例如,當塗佈於多層光學膜之觀看者側時),以有助於減少來自反射器之眩光。引起眩光之經反射綠光可基本上通過染料塗層兩遍,從而允許較輕染料負載提供顯著眩光減少。此在下文中結合圖12進一步加以論述。眩光亦可藉由揭示之濾光片所施加至的玻璃眼鏡(glasses)或眼鏡之設計細節而減少。舉例而言,眼鏡可利用一彎曲之捲繞設計,其導致來自使用者後面之很少光照射於眼鏡之透鏡上。抗反射塗層(其不影響反射器之內部層的反射率)亦可經添加以減少光自透鏡表面之寬頻反射,因此進一步減少來自透鏡之眩光。
製造另外多層光學膜。類似於圖4及圖5之膜,此等膜係由數百個交替聚合物層之共擠壓,將多層擠壓物澆鑄於鑄造輪上及雙軸地拉伸鑄造膜(cast film)以形成多層光學膜而製成。在一狀況下,多層光學膜係由223個個別微層之堆疊製成,該等微層在PET與coPMMA聚合物材料之間交替。堆疊之層厚度剖面經特製以產生在光譜之紅外線區域中的一第一階反射頻帶。IR反射頻帶之第3階諧波係在550nm處或其附近之可見光區域中。在400nm至700nm之範圍內在法向入射下的此膜之所量測外部透射率在圖7中經展示為曲線701。此膜之可見光反射頻帶701a可易於在圖中識別。
下文在表5中提供此多層光學膜(由圖7中之其標記識別)之相關光學特性。注意,反射頻帶701a之寬度(FWHM)小於反射頻帶501a之寬度。
另一多層光學膜係由275個個別微層之堆疊製成,該等微層在PET與coPMMA聚合物材料之間交替。堆疊之層厚度剖面經特製以產生在光譜之紅外線區域中的一第一階反射頻帶。IR反射頻帶之第3階諧波係在550nm處或其附近之可見光區域中。此膜之光學性質隨已製造膜腹板上之位置而稍微改變。在法向入射下之外部透射率係在膜上
之兩個不同位置處量測,且結果在圖8中經展示為曲線801、802。此膜之可見光反射頻帶801a、802a可易於在圖中識別。
下文在表5中提供此多層光學膜(由針對兩個經量測位置的圖8中之其標記所識別)之相關光學特性。注意,反射頻帶801a、801b之寬度(FWHM)小於反射頻帶501a及701a之寬度。此膜係由一CVD個人藉由使用眼鏡框,在法向入射下並經由該膜觀測(多個)石原氏測試板及/或其他著色物件而測試,在眼鏡框中接近眼睛而固持該膜,該膜具有約60nm之圓柱曲率半徑,且每一透鏡之曲率中心直接位於每一眼睛之視網膜後面。用於此等測試之環境為具有漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合的有窗戶房間。對於此個人,體驗到在色彩區別方面之顯著改良。
製造另一多層光學膜。此多層光學膜為來自上文結合圖8描述之多層光學膜之腹板之另一部分的一片。該膜之外部透射率係在法向入射下量測,且結果在圖9中經展示為曲線901。此膜之可見光反射頻帶901a可易於在圖中識別。
下文在表5中提供此多層光學膜(由圖9中之其標記識別)之相關光學特性。注意,反射頻帶901a之寬度(FWHM)小於反射頻帶501a及701a之寬度,且與反射頻帶801a及802a之寬度大致相同。此膜未獨立地自圖8之膜而測試。
更多多層光學膜係使用與用於圖8及圖9之膜相同的層計數、第3階反射頻帶及材料而製成,但層厚度範圍稍微改變,以便產生一甚至更窄之反射頻帶。使用相同之275層擠壓物,藉由使用不同鑄造輪速度而獲得三個不同多層光學膜。此等膜之外部透射率係在法向入射下量測,且結果在圖10中經展示為曲線1001、1002及1003。此等膜之可見光反射頻帶1001a、1002a、1003a可易於在圖中識別。由於類似製造方法,所以頻帶1001a、1002a、1003a之形狀類似,但其頻帶中心
歸因於所使用之不同拉伸比而在波長方面發生移位。
下文在表5中提供此等多層光學膜(由圖10中之其標記識別)之相關光學特性。注意,反射頻帶1001a、1002a、1003a之寬度(FWHM)小於反射頻帶501a、701a、801a、802a及901a之寬度。此等膜係由一CVD個人藉由使用眼鏡框,在法向入射下並經由該膜觀測(多個)石原氏測試板及/或其他著色物件而測試,在眼鏡框中接近眼睛而固持該膜,該膜具有約60nm之圓柱曲率半徑,且每一透鏡之曲率中心直接位於每一眼睛之視網膜後面。用於此等測試之環境為具有漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合的有窗戶房間。對於此個人,使用曲線1002之多層光學膜體驗到色彩區別之最大加強;使用曲線1001及1003之多層光學膜體驗到色彩區別之某一加強但數量較小。
本文中描述之多數色彩感知測試係在具有漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合的室內,或在一些狀況下在一僅由螢光燈照明之房間中執行。亦研究環境照射對色彩感知測試之影響。詳言之,研究三種不同環境照射條件:僅藉由螢光燈進行的照明;藉由漫射太陽光與螢光燈之平衡混合進行的照明;及僅藉由太陽光進行之照明。吾人在針對一些特定多層光學膜之色彩感知測試中使用此等不同環境照射條件,該等光學膜中之每一者具有一反射頻帶,該反射頻帶之中心波長係在550nm處或在其附近,但其FWHM頻寬不同。第一膜為曲線701之膜,其具有約550nm之中心波長及48nm至49nm之頻寬,在膜之面積上有較小變化。第二膜為一與曲線801及802相關聯之膜:相同膜捲筒之不同部分,具有549nm之中心波長並歸因於膜面積上之變化而具有範圍自35nm至38nm變化之頻寬。第三膜為曲線1002之膜,其具有548nm之中心波長並具有26nm之頻寬。將此等三個多層光學膜中之每一者插入眼鏡框中,在眼鏡框中以法向入射接近眼睛而固持該膜,且藉由CVD個人使用眼鏡在不同環境照射條件下藉由經由該等膜中之
給定者觀測(多個)石原氏測試板來測試此等三個多層光學膜中之每一者。此等測試之結果為,針對三個膜中之每一者,對於僅螢光照明環境指明了實質上加強之色彩區別,對於螢光/太陽光混合照明環境指明了稍少的色彩區別加強,且對於僅太陽光照明環境指明了較少的色彩區別加強,此取決於FWHM頻寬。在僅太陽光環境中,第一膜及第二膜(分別具有49nm及37nm之頻寬)(尤其當其與弱吸收品紅染料(如下文進一步描述)組合時)有助於CVD個人更好地看見紅色物件。第三膜(具有26nm之頻寬)在僅太陽光照明環境中提供很少或沒有色彩區別加強,尤其當在沒有吸收品紅染料情況下單獨地使用第三膜時。
為了向CVD個人提供色彩區別之最大加強,尤其當環境照射包括(部分或全部)螢光照明時,需要濾光片(或多層光學膜)具有一中心波長(λ中心)在設計入射角下在540nm至560nm之範圍內的拒斥頻帶。表示此之替代方式係根據在545nm至555nm之範圍上(或在替代之10nm寬波長範圍(包括550nm)上)之平均內部或外部透射率,例如,此平均值較佳應不超過10%、5%、2%或1%,而同時具有即使有亦極少數的任何其他可見光反射頻帶及在可見光波長範圍上之高平均透射率。圖11展示代表性多層光學膜之所量測透射率(參見曲線1101),其疊加於來自在吾人之測試中使用的一些環境中之典型辦公室螢光光源之所量測相對強度(參見曲線1102)上。對於包括至少某一此螢光燈之環境,假定多層光學膜之綠色反射頻帶1101a至少部分地重疊來自辦公室螢光燈之綠色發射峰值係有利的,以便有效用於色彩區別加強。曲線1101與圖9之曲線901相同。因此,曲線1101之多層光學膜的相關光學特性可藉由在表5中查找曲線901之光學特性而發現。
圖12之系統1200有助於說明眩光之問題。環境白光1202a照明一物件(其可為一石原氏測試板或任一其他合適物件),且該物件吸收某一光並將剩餘光散射為光1202b。觀測者1201(其可為CVD個人)使用眼鏡1209(例如,護目鏡、壯觀眼鏡或玻璃眼鏡)藉由物件散射之光1202b來觀測物件。讀者應理解,儘管展示觀測者1201之僅一個眼睛及眼鏡之僅一部分,但眼鏡可包括實質上與圖12中所示之相同的另一半,以及合適之框架、條帶及/或其他支撐結構以將眼鏡固持於觀測者之頭上的適當位置。眼鏡包括一透鏡1216及一施加至透鏡之表面1216a的濾光片1211。濾光片1211可為本文中揭示用於加強CVD個人之色彩區別之濾光片中的任一者。透鏡1216經展示為一彎月形透鏡,但亦可使用任一其他類型之透鏡。此外,在此上下文中之術語「透鏡」不僅係指具有正或負光學(聚焦)功率之習知透鏡,而且足夠廣泛以涵蓋具有零光學功率的均勻厚度之平坦或彎曲板(其可充當一屏蔽或窗)。
經散射之光1202b通過透鏡1216並由濾光片1211濾光以提供經濾光之光1202c,經濾光之光1202c由觀測者1201使用以感知物件。濾光
片1211較佳地包括至少一多層光學膜1210及一吸收性品紅層1212。該多層光學膜1210具有在可見光譜之綠色區域之部分中的一強但窄之反射頻帶。品紅層1212選擇性地吸收(例如)在相對窄之吸收頻帶中的綠光。濾光片1211可包括如本文中在別處論述之其他層及特徵,及/或其可以本文中描述之濾光片中之任一者來替代。濾光片1211可經由光學清晰黏接劑或任一其他合適材料或製程施加至透鏡1216。較佳地,附接係這樣,使得沒有氣隙存在於濾光片1211與透鏡1216之間。
雜散光1203a(其可源自觀測者1201後面或觀測者1201之側面,或可為或包含自觀測者之臉反射的光)照射於觀看者之眼鏡1209之側面(亦即,自與經散射之光1202b對置之方向)。可藉由將合適設計特徵併入眼鏡中(例如,捲繞設計)及/或藉由將不透明側屏蔽包括於眼鏡設計中而最小化或減少此雜散光。然而,此等設計特徵可能不會在所有狀況下適合,且甚至在包括此等設計時,此等設計仍不可消除足夠的雜散光。雜散光1203a通常將不引起一關於一般眼鏡之問題,此係因為一般眼鏡將通常將僅小百分比之雜散光作為反射之光1203b來反射,吾人亦將反射之光1203b稱作眩光1203b。但不同於一般眼鏡,多層光學膜1210具有在光譜之綠色區域之部分中的一強反射頻帶(且反射頻帶在漸增之傾斜角下移位至較短波長)。因此,即使在可見紅色及藍色波長下的雜散光1203a之部分可實質上以很少反射通過眼鏡1209,多層光學膜1210之反射頻帶內的綠色波長之至少部分將作為眩光1203b被強烈地反射,且此綠色眩光1203b可使觀測者1201分心、令觀測者1201討厭或以其他方式不為觀測者1201所需要。
吸收性品紅層1212可用於濾光片1211中以顯著地減少此眩光。為達成此,品紅層1212安置於多層光學膜1210之觀看者側,使得變為眩光1203b之任何光通過品紅層1212兩遍。此外,品紅層經特製以具有選擇性地吸收至少某一綠色可見光的吸收頻帶,且該吸收頻帶(及/或
此頻帶之一峰值吸收)較佳地至少大致與膜1210之反射頻帶在波長方面對準。因為光必須通過品紅層1212兩遍以變為眩光1203b,所以品紅層可有利地提供一相對大量的眩光減少(藉由吸收機制)同時具有一相對小的峰值吸收率,如(單遍次)透射中所量測。在例示性實施例中:多層光學膜之反射頻帶與品紅層之吸收頻帶組合以形成一拒斥頻帶,在設計入射角下該拒斥頻帶之寬度(FWHM)為60nm或更少,或50nm或更少,或在20nm至50nm之範圍內,或在20nm至40nm之範圍內;及/或多層光學膜與品紅層之組合在設計入射角下在10nm寬波長範圍(包括550nm)上具有10%或更少,或5%或更少,或2%或更少,或1%或更少之平均內部透射率;及/或對於以設計入射角及自一方向入射於多層光學膜與吸收品紅層之組合上的光,該組合在500nm至600nm之波長範圍上具有小於50%,或小於40%,或小於30%,或小於20%之最大反射百分比,該方向使得該光在入射於多層光學膜上之前通過吸收性品紅層兩遍;及/或對應於品紅層之最大吸收率及最小透射率之吸收率峰值可安置於至少530nm且不超過560nm之波長處;及/或該吸收率峰值可具有超過20%但小於80%之內部透射率。
圖12A中展示例示性眼鏡實施例(包括所揭示濾光片可附接至或以其他方式併入至的合適框架及透鏡對);然而,眼鏡1209可具有任一合適設計。對於校正之透鏡眼鏡,眼鏡1209可以相對於使用者之視線或相對於一正交於使用者臉之軸的大致10度之角度傾斜濾光片1211。濾光片1211可經層壓或以其他方式附接至稍微彎曲之眼鏡透鏡(例如,具有大於100mm之曲率半徑)之內表面或外表面。基於PET之多層光學膜可經冷壓以依從此等曲率,且藉由通常可用光學黏接劑固持於彼處,但可能需要施加某一熱以使膜依從如100mm一樣小的曲率。聚合濾光片至曲率半徑為約100mm或更小之透鏡的施加可藉由使用大約100℃或更大之低位準加熱來輔助。當將聚合濾光片熱成形
至小曲率半徑表面時可能要當心,以便避免膜之非均勻拉伸。濾光片可經層壓至透鏡之正面或背面,或濾光片可附接至眼鏡成為一利用機械及/或磁性附接元件之「可以夾住之」結構。或者,可使用諸如美國專利第5,827,614號(Bhalakia等人)及/或第6,328,446號(Bhalakia等人)中論述之彼等方法的方法將膜併入一透鏡中。其他附接技術包括透鏡材料抵靠濾光片之射出成形,或使透鏡分成兩個部分及接著在將兩個透鏡部分光學地結合在一起之前將光學濾光片或其多個組件層壓至該等透鏡部分之一者或另一者。濾光片無需附接至任一校正透鏡,但可藉由任何合適之眼鏡框(例如,習知眼鏡框)自承並固持於適當位置。在一些實施例中,濾光片或在加固層壓件中之濾光片可與框架一起使用,框架在不熱成形情況下以具有40mm或更大之曲率半徑的圓柱組態將兩個濾光片中之每一者機械地固持於適當位置。在一些狀況下,可需要在眼鏡透鏡之正表面上包括一偏光染料。在一些狀況下,眼鏡1209可(例如)藉由使用合適框架將一聚合膜濾光片固持於適當位置或以其他方式將濾光片固持至一相對於(例如)一相對於使用者之臉的法向方向之所要入射角(傾角)及一所要曲率半徑(無論平坦還是不平坦)而省略透鏡1216。
現將繼續描述各種吸收性品紅染料及可(例如)與所揭示多層光學膜組合用於所揭示濾光片以減少眩光之材料,且亦將描述用於所揭示濾光片之其他吸收性著色層。
窄頻帶染料之光譜寬度(若根據染料之光學密度(下文中進一步論述)量測)通常不依賴於染料負載。然而,如自內部透射率百分比、吸收百分比或吸收率曲線量測的光譜寬度實質上隨增加之染料負載而增加。此效應對濾光片(其中一窄頻帶反射多層光學膜與窄頻帶染色層(或類似窄頻帶吸收性層)組合)之效能具有重大影響:用於透射光之窄頻帶阻擋,及用於提供經反射眩光之較大吸收的較寬頻帶。
染料或其他吸收性材料或層可經選擇以擁有一綠色選擇吸收頻帶,該綠色選擇吸收頻帶之FWHM寬度(如自內部透射率、吸收或吸收率所量測)藉由使用具有相對適度峰值吸收率(例如,在40%至80%之範圍內)之稀釋塗層而特製為相對較窄。此允許屬於多層光學膜之反射頻帶之外的光之相對較高透射率。當吸收性層施加至多層光學膜之觀看者側時,光通過吸收器雙遍次(在自多層光學膜反射之前及之後)與單遍次吸收相比由於吸收頻寬及路徑長度之有效增加而增加反射光之光衰減。換言之,適度吸收染料之FWHM對於雙遍次反射光比對於單遍次透射光實質上大。此提供反射之綠光之不在染料之峰值吸收率值處的波長之較大衰減。
除眩光減少外,吸收性層(例如,稀釋之染料)之窄頻寬在設計入射角下在透射中向觀看者提供類似於多層光學膜的色彩。當在一大角度範圍上在透射中觀看含有吸收性層及多層光學膜兩者之濾光片兩者時,複合膜之外觀色彩比在吸收性層自濾光片中省略情況下或比在吸收性層為較少色彩選擇性(諸如寬頻灰色吸收膜)情況下展現更少值得注意之色彩變化。此特徵減少由多層光學膜之反射頻帶隨視角之已知色彩變化引起的觀看者之可能分心(例如,參見美國專利第6,531,230號(Weber等人))。對於大於約20度或30度之非法向觀看角度,給予觀看者之色彩加強益處可歸因於多層反射器之頻帶移位而減少,但不同於諸如雷射保護眼鏡之一些應用,在此狀況下沒有危險可能強加於眼鏡之使用者上。在雷射保護眼鏡之狀況下,隨角度而變的反射頻帶移位之現象被認為係非常不需要的,且因為該原因,此應用中之一多層反射器通常安置於一非常彎曲之基板(例如,透鏡、窗戶或屏蔽)上,例如,一其曲率半徑在40mm至60mm之範圍內的基板,其中該基板及反射器之曲率中心通常位於使用者眼睛之視網膜後面或附近。相比而言,本文中揭示之眼鏡及施加至此眼鏡的所揭示之濾光片無需具有
此強曲率,但在需要時其可具有此強曲率。舉例而言,此眼鏡(例如,透鏡)及濾光片可具有大於100mm或大於150mm之曲率半徑,此等範圍包括無限曲率半徑,亦即一平坦透鏡表面或濾光片。
現在回訪上文結合圖6論述之吸收性品紅染色膜,並進一步詳細地評估此等膜。圖13再現所量測外部透射光譜601、602、603及604,且分別簡單地將其重新標記為1301、1302、1303及1304。與此等光譜相關聯之膜使用EpolightTM 5391染料之不同負載量,如上文所描述。圖13亦將來自圖7之窄頻帶綠色反射多層光學膜(其光譜在圖13中經重新標記為1305)之所量測外部透射光譜(參見曲線701)疊加於此等光譜上。疊加之透射光譜以圖形方式證明吸收性品紅層之吸收頻帶及/或該頻帶之峰值吸收率可如何至少大致地在波長方面與多層光學膜之反射頻帶對準。
吾人自曲線1301至1304之比較及自表4之檢查,使用來自圖15之資料(其包括與曲線1301至1304相關聯之吸收性膜的光學特性)可看到,此等吸收性品紅膜之FWHM寬度隨染料負載而變化。吸收頻寬對於具有較少染料負載量及在可見光範圍上之較高平均透射率的膜(例如,參見曲線1304)係最窄。吸收頻寬對於具有較大染料負載量及在可見光範圍上之較低平均透射率的膜(例如,參見曲線1301)係最寬。具有較低染料負載之較窄頻帶膜可執行為可接受窄頻帶眩光減少器。
有趣地,若吸收性品紅膜之透射特性根據光學密度(OD)或吸收率而重新用公式表示,其中光學密度(或OD)=吸收率=-Log10((內部透射率百分比)/100),則各種膜之所得透射光譜展現對染料負載非常少依賴性的吸收率寬度。圖13之一些染色膜的光學密度或吸收率係藉由首先以數學方式自各別外部透射光譜移除聚合物/空氣界面處光反射之效應(以獲得內部透射率百分比),接著除以100並根據上述方程計算負對數而計
算。在聚合物/空氣界面處之(菲涅耳)反射率可藉由以下公式以數學方式來移除,該公式自一膜之量測的外部透射率「Texternal」計算該膜之內部透射率「Tinternal」:Tinternal=(-b+sqrt(b^2-4ac))/2a,其中:a=r1*r2*t b=1-r1-r2+r1*r2 c=-Texternal r1=自其折射率計算的第1聚合物/空氣表面之反射率,且r2=自其折射率計算的第2聚合物/空氣表面之反射率。
此等計算之結果展示於圖14中。在圖14中,曲線1401、1402、1403分別為曲線1302、1303及1304之吸收性品紅膜之計算出的光學密度或吸收率。對於圖14中之每一曲線,兩個細垂直線經提供以標誌吸收率為最大值一半所在的短及長波長位置。
可自圖中看到,各種染色膜之吸收率或光學密度光譜具有對染料負載較少依賴性的寬度(每一者約40nm)。然而,對於CVD個人之色彩區別加強的所呈現應用而言,吸收頻寬之此量測(基於吸收性層之光學密度)與基於由吸收性層吸收之光的分率或百分率(亦即,基於吸收率或內部透射率)量測之頻寬相比不重要。「吸收率」為一範圍在0與1之間的參數,且等於一減去內部透射率(其中內部透射率表示為十進位值而非百分比)。當吾人結合圖6及圖13來看時,與圖14相比,染色膜之吸收頻帶的寬度(FWHM)實質上隨染料負載而變化。然而,嚴格而言,圖6及圖13包括菲涅耳表面反射之效應,且因此用外部透射率而非內部透射率表示。吾人可易於用數學方式自外部透射光譜移除如上文描述之正面及背面菲涅耳表面反射之效應以獲得更精確結果。
在此方法之後,曲線1302、1303及1304之吸收率經計算出且在
圖15中分別描繪為曲線1501、1502及1503。對於圖15中之每一曲線,兩個細垂直線經再次提供以標誌吸收率為最大值一半所在的短及長波長位置。此導致分別等於80nm、63nm及52nm的曲線1501、1502及1503之FWHM寬度。因此,再次看到,此等吸收性品紅膜之吸收頻帶之寬度實質上隨染料負載增加(及隨吸收率增加)而增加。類似地,與單遍次透射光的染料層之FWHM相比,光經由來自相鄰多層反射器之反射通過一染料層雙遍次有效地加倍染料負載且因此增加用於反射光之染料層之FWHM。
自圖13(及圖15),吾人看到,曲線1303及1304(曲線1502及1503)之吸收性品紅膜具有接近於曲線1305的多層光學膜之頻寬的頻寬,且此等兩個吸收性品紅膜吸收在多層光學膜之反射頻帶外的一相對較小量之光。因此,在此等吸收性膜之相對稀釋塗層中,大部分吸收發生在一已經被多層光學膜之反射頻帶阻擋的頻帶中,且此等頻帶(個別地或一起)阻擋整個綠色可見光範圍之僅一部分。使用由曲線1305之多層光學膜與曲線1303或1304之吸收性品紅層的組合製成之濾光片的觀看者因此仍可感知實質量綠色可見光以用於在減少之眩光情況下觀看著色物件及影像,同時多層光學膜提供針對綠色可見光範圍之選定部分的大部分阻擋能力。
圖16提供證明可如何藉由經合適地安置之具有適度峰值吸收率之吸收性品紅層來顯著減少來自窄頻帶綠色反射多層光學膜之眩光(反射)的一些例示性透射率及反射率曲線。曲線1601為窄頻帶綠色反射多層光學膜之反射率(根據在法向入射下之所量測外部透射率而計算)。曲線1602為使用Epolight 5391染料製造的類似於圖6之彼等膜的吸收性品紅膜之內部透射率。對於此吸收性品紅膜,染料溶解於一抗刮擦UV固化丙烯酸酯硬塗層之溶劑中,且接著與該抗刮擦UV固化丙烯酸酯硬塗層之樹脂混合。丙烯酸酯與43%二氧化矽矽烷(silica
silane)一起載入且染料負載經調整以給出所要峰值吸收率值。如下文在表6中所展示,硬塗層中之染料的光譜寬度(FWHM)大於Vitel塗層中之相同染料的光譜寬度。比較表4中之染料曲線604及605之FWHM值及峰值透射率與表6中之曲線1602的FWHM值及峰值透射率。不同染料主體(dye host)亦將峰值吸收波長自Vitel中之554nm移位至較低值551nm。光通過品紅染料層雙遍次透射率由曲線1603近似,其考慮僅某些波長之光由多層堆疊完全反射且經歷雙遍次通過染料層的事實。曲線1603及1604係基於曲線1601及1602而計算。特定而言,除在多層光學膜之反射頻帶1601a之區域中外,曲線1603實質上追蹤曲線1602。在反射頻帶1601之區域中,鑒於此波長區域中之光通過吸收性品紅膜兩遍(參見圖12)的事實,曲線1603為吸收性品紅膜之「雙遍次」內部透射率。曲線1603之峰值吸收率實質上大於曲線1602之峰值吸收率。藉由與圖13及圖15之曲線類比,吸收率曲線1603之有效FWHM亦實質上大於曲線1602之FWHM,因此提供反射之眩光的較大吸收之較寬頻帶同時提供一透射光之較窄吸收頻帶以用於觀看彩色物件及影像。
曲線1604為基於多層光學膜在法向入射下之反射率(曲線1601)及曲線1603之(藉由)透射光譜(提供吸收率)而計算出之總反射率或眩光。此曲線圖考慮到歸因於反射頻帶之有限頻寬,並非所有由吸收性品紅膜顯著吸收的光之波長由多層光學膜顯著地反射之事實。(反射頻帶隨入射角而移位的效應亦可被考慮,且下文結合圖17加以論述。)此等考慮導致吸收性層之吸收頻帶的寬度及峰值吸收率之「放大」的複雜度。
下文在表6中提供吸收性品紅膜(由其標記1602識別)之相關光學特性,且下文在表7中提供多層光學膜(由其標記1601識別)之相關光學特性。多層光學膜之反射頻帶具有一比染料之FWHM寬度窄的
FWHM寬度。因而,多層光學膜將不反射吸收性品紅膜具有顯著吸收率所對應的所有波長,且吸收性品紅膜將不產生在其整個吸收頻帶上之全雙遍次吸收。
然而,對於近法向入射於膜上之光傳播(例如,歸因於離開觀測者之眼球或離開觀測者眼睛附近之皮膚的光反射),光通過吸收性品紅膜雙遍次仍將導致反射器之頻寬內的光之衰減,如由圖16之曲線1603大致展示。因此在法向入射於具有垂直頻帶邊緣之多層光學膜之狀況下,眩光將仍大致由圖16中之曲線1604給出。濾光片構造因此提供在500nm至600nm上實質上減少之峰值反射率。
光以非法向角進入吸收性膜且接著自多層光學膜(其反射頻帶歸因於非法向入射角而發生光譜移位)反射之狀況更複雜,此係因為其取決於角度。圖17之曲線圖針對與圖16中相同之窄頻帶綠色反射多層光學膜及相同之吸收性品紅膜研究此情形。在圖17中,在法向入射下多層光學膜之所量測外部透射率經描繪為曲線1701,且在30度傾斜角下的相同膜之計算之外部透射率經描繪為曲線1702。圖17亦包括吸收性品紅膜之所量測外部透射率(標記為1703)。在30度入射角下,光通過吸收性品紅膜雙遍次主要針對約500nm至530nm之波長而發生。吸收性膜在此等波長處仍具有顯著吸收率,且將提供一些抗眩光益處。在此處之實例中,與Vitel中之相同染料相比,硬塗層中稍微加寬之Epolight 5391染料頻寬及其波長移位之峰值的使用提供在較低波長處之更多吸收率。在諸如45度至60度之較高入射角下,多層光學膜之反射頻帶將移位至藍色可見光區域中,在藍色可見光區域中吸收性膜具有小很多之吸收率,但藍色可見光區域亦在歸因於人眼之適光敏感度回應的下降而不太能引起眼睛注意的波長範圍中。
若一抗眩光溶液需要用於來自濾光片之在一大角度範圍下的高強度光反射,則一寬頻吸收器(例如,一寬頻染料或共同地產生寬頻
吸收之多個染料的組合)亦可用作抗眩光層。此寬頻吸收器可具有在可見光區域上隨波長而變的相對均勻之透射率(及相對均勻之吸收率)。儘管所得濾光片構造(窄頻帶綠色反射多層光學膜加上寬頻吸收器)將具有一較低的總光透射率,例如,420nm至680nm之光的平均透射率可小於50%,或小於30%,或甚至小於20%,但其可用於可需要十分低之總透射率的明亮太陽光之戶外環境中。
研究Epolight 5391窄頻帶染料之替代例。替代例為SD-048型(一可自日本東京Yamamoto化學公司購得之窄頻帶染料)。接著使用多種染料負載中之SD-048染料以類似於以Epolight 5391染料製造之膜的方式來製造另外吸收性品紅膜。下文在表8、表9、表10及表11中提供四個不同染料負載(一些在Vitel中且一個在PMMA中)之製備細節。藉由使用邁耶棒#24於50微米清晰聚酯膜上形成此等染料溶液中之每一者的一手工塗層而製造四種染色膜。
對於所得四種吸收性品紅膜中之每一者,量測在法向入射下之
外部透射率。代表性外部透射光譜在圖18中描繪為曲線1801、1802、1803及1804。曲線1801對應於由表9之染料溶液(Vitel 1:2溶液)製成之膜,曲線1802對應於由表8之染料溶液(Vitel 1:1溶液)製成之膜,曲線1803對應於由表10之染料溶液(Vitel 3:1溶液)製成之膜,且曲線1804對應於由表11之染料溶液(PMMA 3:1溶液)製成之膜。上文在表6中根據圖19之資料提供此等吸收性品紅膜(由其各別標記識別)之相關光學特性。亦在圖18中描繪的(如曲線1805)係來自圖7之多層光學膜之法向入射外部透射率。(透射光譜1805及相關聯反射頻帶1805a正好分別對應於透射光譜701及反射頻帶701a。)此多層光學膜可與吸收性膜中之任一者組合以提供用於實質上加強具有CVD之個人區分或區別色彩之能力的濾光片,其中歸因於吸收性膜而減少眩光。
可根據吸收率或光學密度(OD)或根據吸收率使用上文結合圖13至圖15描述之技術來重新計算吸收性品紅膜之性質。以此方式,分別基於外部透射率曲線1801、1802、1803、1804來計算圖19之吸收率曲線1901、1902、1903、1904。曲線1901、1902、1903、1904之FWHM寬度分別經計算為61nm、81nm、88nm及122nm。此處再次看到,如同由Epolight 5391製造之膜,用於此等吸收性品紅膜之吸收頻帶的寬度實質上隨染料負載增加而增加,並隨峰值吸收率增加而增加。在低染料負載下,此染料可提供在反射頻帶波長範圍外的相對高透射率,及頻帶內之良好吸收率。80nm或更少之FWHM寬度在許多狀況下可能對於良好之眩光控制及可接受的頻帶外透射而言係足夠的。
亦分別基於外部透射率曲線1801、1802、1803、1804來計算圖20之吸收率或光學密度曲線2001、2002、2003、2004。曲線2001、2002、2003、2004之FWHM寬度分別經計算為47nm、56nm、40nm及43nm。此再次證明各種染色膜之吸收率或光學密度光譜具有對染料負載較少依賴性的寬度。
製造併入一與吸收性品紅層組合(層壓至該吸收性品紅層)之窄頻帶綠色反射多層光學膜的各種複合濾光片,且此等濾光片出於確定色彩區別之任一改良之目的而由(多個)CVD個人來測試。圖21至圖23展示此等濾光片之所量測外部透射光譜。
對於圖21之濾光片,曲線701之窄頻帶綠色反射多層光學膜(參見圖7;此膜獨立地具有一49nm之FWHM寬度)經層壓至曲線1304之吸收性品紅膜(參見圖13;此膜獨立地具有一52nm之FWHM寬度)。所得複合濾光片具有圖21中之曲線2101所展示的在法向入射下之一經量測外部透射率。拒斥頻帶2101a(安置於550nm處或其附近)可易於被看見。下文在表12中提供此複合濾光片之相關光學特性。該複合濾光片之FWHM寬度(54nm)單獨地僅稍大於多層光學膜之FWHM寬度(49nm)或吸收性品紅層之FWHM寬度(52nm)。
兩個複合濾光片與圖22相關聯。除鑄造輪速度經調整以向所要波長移位反射頻帶外,此等濾光片係以與圖21之濾光片相同之方式來製造。在此第一濾光片中,窄頻帶綠色反射多層光學膜經層壓至曲線1304之吸收性品紅膜。如圖21中,多層光學膜之反射頻帶為具有稍小於550nm之中心波長及約48nm之FWHM寬度的第三階頻帶。所得複合濾光片之在法向入射下的所量測外部透射率由圖22中之曲線2201展示。下文在表12中提供此複合濾光片之相關光學特性。FWHM增加至58nm,此係因為多層光學膜之反射頻帶移至較短波長,但染料之吸收頻帶並未如此移動。為提供具有較窄光譜寬度(FWHM)之拒斥頻帶,可需要使用具有在較短波長處之吸收頻帶的替代染料。
圖22之第二複合濾光片具有一稍微超過550nm之中心波長。反射頻帶具有一約49nm之FWHM寬度。此多層光學膜經層壓至用於曲線2201之複合濾光片中的相同吸收性品紅膜。所得複合濾光片之在法向入射下的經量測外部透射率由曲線2202展示。下文在表12中提供此
複合濾光片之相關光學特性。FWHM增加至59nm,此係因為多層光學膜之反射頻帶移至較短波長,但染料之吸收頻帶並未如此移動。為提供具有較窄光譜寬度(FWHM)之拒斥頻帶,可需要使用具有在較短波長處之吸收頻帶的替代染料。
三個複合濾光片與圖23相關聯,每一者由一多層反射器及一吸收性品紅染料層組成。用於此等三個濾光片中之每一者的多層反射器具有PET與coPMMA之275個交替層,該等交替層具有一產生紅外線中之第一階反射頻帶的層厚度梯度,該第一階反射頻帶之第三階諧波產生在550nm處或其附近的可見光反射頻帶。藉由在擠壓製程中改變鑄造輪速度而將該等多層光學膜中之每一者的可見光反射頻帶之精確光譜位置向其所要值調整。第一多層光學膜(第一複合濾光片之組件)之可見光反射頻帶具有一稍小於550nm之中心波長,第二多層光學膜(第二複合濾光片之組件)之可見光反射頻帶具有一最接近於550nm之中心波長,且第三多層光學膜(第三複合濾光片之組件)之可見光反射頻帶具有一稍大於550nm之中心波長。為產生複合濾光片,此等多層光學膜中之每一者附接至一吸收性品紅膜。在每一狀況下,所使用之吸收性品紅膜為具有由曲線2501(參見下文圖25)指示之染料負載的吸收性品紅染料膜,其具有51%之最小內部透射率。此亦係針對曲線1602所使用及所量測的相同之染色膜。曲線1703展示此相同染料層之外部透射率。此吸收性品紅膜與三個多層光學膜之組合產生第一、第二及第三複合濾光片,該等濾光片在法向入射下的經量測外部透射率分別由圖23中之曲線2301、2302及2303展示。此等濾光片之拒斥頻帶(其為各別多層光學膜之(第3階)反射頻帶與吸收性品紅膜之吸收頻帶的組合)可在圖中清晰地看到。下文在表12中提供此等複合濾光片之相關光學特性。注意曲線2301至2303之窄光譜寬度(FWHM)值僅稍大於在添加曲線1602(68nm FWHM)之品紅層之後的35nm之基本光學膜
值(曲線1701)。
圖21之複合濾光片係由19個個人來測試,19個個人中多數為CVD。(已知一個個人具有正常色覺且無CVD(參見圖24A、圖24B中之人#10));另一個人咸信其自身為CVD但測試顯示其不是(參見圖24A、圖24B中之人#4));又一個人(其確實具有CVD)經測試兩遍,且結果經獨立地報告為兩個人(亦即,人#1及人#11)。將濾光片插入固持膜(該膜具有約60nm之圓柱曲率半徑,且其中每一透鏡之曲率中心直接位於每一眼睛之視網膜後面)之眼鏡框中用於在法向入射下觀看膜表面。每一個人嘗試在不使用經濾光之眼鏡並在具有漫射太陽光與螢光吊燈之平衡混合的有窗戶房間之環境中讀取25個石原氏測試板中之數值圖案。由每一個人正確識別(在總計25個當中)的石原氏測試板之所得數目經描繪於圖24A中。(針對人#10未描繪資料點,該人為已知具有正常色覺之個人。此人認出所有25個石原氏測試板。)在此曲線圖中,垂直軸為經正確識別的石原氏測試板之數目,且水平軸為進行測試的個人之識別號(自1至20)(其中為防止誤解而說明一下,水平軸上之該等「人」中之兩者為被測試兩遍之一個人)。藉由標準方法,13次或更少次正確回應之得分指示有障礙之色覺,且17次或更多
次正確回應之得分指示正常色覺。細水平線為參考之目的而在13及17處提供於曲線圖上。顯而易見20個個人中幾乎全部具有有障礙之色覺。
相同的19個個人中之每一者接著在佩帶濾光眼鏡的同時但另外在實質上相同之條件下重新進行測試。全部19個個人之結果經描繪為圖24B之曲線圖中的正方形資料點,以與圖24A之曲線圖相同之方式來設置圖24B之曲線圖。原始資料點(其中個人未佩帶濾光眼鏡)為方便起見亦在圖24B中再現,原始資料點經繪製為圓形資料點。再次注意,圖24B之水平軸上的該等「人」中之兩者(人#1及人#11)為一個被測試兩遍之CVD個人。又,人#10在此具有濾光眼鏡之測試中再次認出全部25個石原氏(Nishihara)板。
除人#1外,相同之19個個人中之每一者亦在佩帶濾光眼鏡的同時但在不同照明條件下重新進行測試:房間僅由頭頂螢光燈來照明。召回人#1以作為人#11重新測試,使得其亦將經歷測試之此部分。對於全部19個個人在此狀況下之結果經描繪為圖24B之曲線圖中的菱形資料點(記住人#10(對於其,未提供資料點)再次認出全部25個石原氏測試板)。
亦藉由圖22之濾光片來執行色彩區別測試。對於此等測試,濾光眼鏡經修改,使得圖21之濾光片以曲線2201之濾光片(其中心波長經展示為上文表12中的538nm)來替代,且具有相同之圓柱組態,其提供自觀看者之眼睛之視點來看大致法向入射觀看。一般而言,群中之CVD個人注意到,當與在無濾光眼鏡情況下觀看石原氏測試板比較時,具有曲線2101之濾光片之眼鏡及具有曲線2201之濾光片之眼鏡兩者提供顯著改良之色彩區別。一般而言,改良程度對於此等兩種類型眼鏡而言大致相同,且多數CVD個人不能辨別曲線2101之濾光片與曲線2201之濾光片之間的任何差異。
亦藉由圖23之濾光片及若干其他濾光片來執行色彩區別測試。在此等測試中,將若干不同石原氏測試板呈現給上文結合圖21論述之19個個人中之一者(其為CVD且其被視為19個之群中的CVD個人的相當有代表性者)並要求其讀取每一板中之數值圖案。照明條件被控制。當使用「無濾光片」時及當使用以下濾光片中之一者所施加至的眼鏡時,記錄個人在讀取石原氏測試板數字中的成功及失敗。
●曲線2301之複合濾光片(圖23);●曲線2302之複合濾光片(圖23);●曲線2303之複合濾光片(圖23);●曲線2101之複合濾光片(圖21);●一僅由一片在法向入射下具有以下內部透射特性之多層光學膜(本文中被稱作MB530)組成的濾光片:λ1=513nm;λ2=548nm;FWHM頻寬=35nm;λ中心=530nm;在一10nm寬波長範圍(包括550nm)上(在540nm至550nm之範圍上,其範圍經選擇以提供最小數值結果)的平均內部T%=38%;自420nm至680nm之平均內部T%=86%;自420nm至λ1及λ2至680nm之平均內部T%=97%;及●一僅由一片在法向入射下具有以下特性之多層光學膜(本文中被稱作MB570)組成的濾光片:λ1=552nm;λ2=588nm;FWHM頻寬=36nm;λ中心=570nm;在一10nm寬波長範圍(包括550nm)上(在550nm至560nm之範圍上,其範圍經選擇以提供最小數值結果)的平均內部T%=31%;自420nm至680nm之平均內部T%=85%;自420nm至λ1及λ2至680nm之平均內部T%=96%。
表13含有針對上述濾光條件中之每一者的在其中所有電燈關閉且日光經由窗戶進入房間的有窗戶房間之環境中CVD個人對石原氏數值圖案的觀測/解譯。可藉由針對所測試石原氏板中之每一者比較(1)實際數值圖案;(2)CVD個人在沒有使用濾光片時對數值圖案之解
譯;及(3)CVD個人在使用給定濾光片時對數值圖案之解譯來確定給定濾光片改良個人之色彩區別的能力。
表14含有在與表13相同之濾光條件下但在僅藉由頭頂螢光燈明亮照射的房間之環境中相同CVD個人對相同石原氏數值圖案之觀測/解譯:
除吸收性品紅膜(其選擇性地吸收可見綠色波長)外及/或替代吸收性品紅膜,所揭示濾光片亦可包括其他著色吸收性膜或層。舉例而言,選擇性地吸收藍色及紅色可見光波長之層或選擇性地吸收藍色可見光波長之層可用以至少部分地朝更中間的白色(或灰色)平衡濾光片之透射色彩。若不嘗試色彩平衡,則濾光片通常歸因於在綠色波長範圍之一部分上的強阻擋而在透射中將具有一強或至少顯著之品紅外觀。即使一些使用者發現濾光片可有助於加強色彩區別,但此外觀仍可被彼等使用者視為討厭。另一方面,過多色彩平衡可抵銷濾光片加強色彩區別之能力。舉例而言,若藉由選擇性地阻擋綠光之一部分並
自由地通過藍光、紅光及剩餘綠光的多層光學膜來加強色彩區別,則阻擋紅光及藍光但通過綠光之吸收性濾光片可很好地部分或完全地抵銷多層光學膜之影響。
已發現在所揭示濾光片中之某一色彩平衡常常係需要的,且可與色彩區別(包括紅色/綠色區別)之加強相容。
塗佈有綠色染料(213型白焰綠色)之膜係自LEE濾光片(www.leefilters.com)獲得。就此而言,「綠色」染料係指選擇性地吸收藍色及紅色波長並透射綠光因此在透射中具有綠色外觀之染料。此吸收性綠色膜之內部透射光譜在圖25中經描繪為曲線2502。亦在圖25中描繪的係品紅染料(詳言之,使用Epolight 5391染料製成之品紅染料)之內部透射光譜(參見曲線2501)。最後,曲線2503描繪一窄頻帶綠色反射多層光學膜之內部透射率。此多層光學膜為分別與圖16及圖17中之曲線1601及1701相關聯的相同膜。膜之反射頻帶可見於2503a處。類似於上文描述之程序的數學程序用以自外部透射率量測中移除外部聚合物/空氣表面反射之影響,以便獲得內部透射率曲線2501、2502、2503。
圖25中之內部透射率曲線可用以以數學方式建構或仿真一或多個複合濾光片。關注之第一複合濾光片為圖25之所有三個膜之層壓件:多層光學膜(曲線2503)、吸收性品紅膜(曲線2501)及吸收性綠色膜(曲線2502)。若三個膜藉由光學清晰黏接劑層壓在一起,則所得第一複合濾光片之內部透射率將為曲線2501、2502及2503之組合。此組合(亦即,第一複合濾光片之內部透射率)在圖26中經展示為曲線2602。關注之第二複合濾光片為多層光學膜(曲線2503)及吸收性綠色膜(曲線2502)之層壓件。若此等兩個膜係藉由光學清晰黏接劑層壓在一起,則所得第二複合濾光片之內部透射率將為圖26中之曲線2601。注意,仿真之第一複合濾光片(曲線2602)與仿真之第二複合濾光片(曲
線2601)之間的差異係第二複合濾光片中沒有吸收性品紅膜。
使用簡單計算程序,吾人亦可研究仿真之複合濾光片中之每一者中的吸收性綠色膜之較重或較輕染料負載的影響。執行此之一原因可為看看綠色染料之量的此等改變可(例如)出於至少部分色彩平衡之目的如何改變複合濾光片之外觀色彩。為簡單起見,吾人可將圖25中之曲線2502與綠色染料負載值1或「1X」相關聯。使用此基線,計算在兩倍原始染料負載(2X),或三倍原始染料負載(3X),或甚至零染料負載(0X,亦即,其中自濾光片中省略了吸收性綠色膜)之情況下吸收性綠色膜將具有的內部透射率(或吸收率,等等)係一簡單的事。
使用此等仿真工具,仿真之第一複合濾光片(參見曲線2602,針對1X綠色染料負載加上品紅染料之狀況)可經展示具有以下隨綠色染料負載而變的光學性質:
仿真之第二複合濾光片(參見曲線2601,針對1X綠色染料負載及無品紅染料之狀況)可經類似地展示具有以下隨綠色染料負載而變的光學性質:
此等表15及表16假定以下各者:照明體CIE D65;觀測者10度-
1964;波長間隔1nm。此外,在此等表中「色度x」及「色度y」係指根據CIE 1931 x,y色度圖的仿真之複合濾光片的色彩座標;「T lum」係指如該色彩系統中定義之發光透射率,「T a*」及「T b*」及「T L*」係指如CIE 1976 L*a*b*色彩空間或CIELAB中定義的色彩及透射率參數。
仿真之第一及第二複合濾光片的(a*,b*)色彩座標在圖27中經描繪為吸收性綠色層中綠色染料負載之函式。曲線2702描繪仿真之第一複合濾光片之(a*,b*)色彩座標。曲線之末端2702a對應於零綠色染料負載(0X),且末端2702b對應於3X之綠色染料負載。曲線2701描繪仿真之第二複合濾光片之(a*,b*)色彩座標。曲線之末端2701a對應於零綠色染料負載(0X),且末端2701b對應於3X之綠色染料負載。自此等曲線可見,無關於濾光片是否包括一吸收性品紅層或膜,具有甚至一小綠色染料負載之吸收性綠色膜可有助於藉由至少某一量將濾光片之色彩調整較接近於中間色彩點(0,0)。藉由使用一僅阻擋綠光之波長之一部分的窄頻帶綠色阻擋膜或濾光片來促進色彩平衡。若綠色阻擋反射器或染料展現一很寬頻寬(FWHM)(諸如等於或大於80nm或100nm),則色彩平衡將係困難或不可能的。
吾人亦研究一些著色吸收性膜而非著色品紅膜對給定濾光片輔助CVD個人進行色彩區別之能力的影響。使用自LEE濾光片(www.leefilters.com)獲得之染料製造四個不同著色吸收性膜。該等染料中之至少三者在藍色波長處比在綠色或紅色波長處更強地吸收。第一吸收性膜係以Lee染料類型764來製造;該膜之所量測外部透射率在圖28中經展示為曲線2801。第二吸收性膜係以Lee染料類型151來製造;該膜之所量測外部透射率在圖28中經展示為曲線2802。第三吸收性膜係以Lee染料類型009來製造;該膜之所量測外部透射率在圖28中經展示為曲線2803。第四吸收性膜係以Lee染料類型765來製造;該膜
之所量測外部透射率在圖28中經展示為曲線2804。
以類似方式使用該等石原氏板中之四者來測試上文結合表13及表14測試的相同CVD個人。在其中所有電燈關閉且明亮日光經由窗戶進入房間的有窗戶房間之環境中執行測試。當經由曲線2302(參見上述圖23)之多層光學膜,及經由與圖28之四個著色吸收性膜中之每一者組合的相同多層光學膜觀看石原氏板時,要求個人識別數值圖案。下文在表17中概述在各種條件下CVD個人對數值圖案之解譯。各種著色吸收性膜對多層光學膜之色彩區別功能的影響可藉由針對所測試石原氏板中之每一者比較(1)實際數值圖案;(2)CVD個人在僅使用曲線2302之多層光學膜時對數值圖案之解譯;及(3)CVD個人在使用與給定著色吸收性膜組合之多層光學膜時對數值圖案之解譯來確定。
除非另外指示,否則應將在本說明書及申請專利範圍中使用的表示量、性質量測等等之所有數目理解為由術語「約」修飾。因而,除非相反地指示,否則在說明書及申請專利範圍中闡述之數值參數為可取決於熟習此項技術者利用本申請案之教示所尋求獲得之所要性質的近似值。並不試圖限制將等效原則應用於申請專利範圍之範疇,各數值參數應至少根據所報告之有效數位的數字並藉由應用一般捨入技術來理解。儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值,
但在本文所述之特定實例中闡述任何數值的範圍內,其被儘可能精確地報告。然而,任何數值十分可能含有與測試或量測侷限性相關之誤差。
對於熟習此項技術者而言,在不脫離本發明之精神及範疇之情況下,本發明之各種修改及更改將顯而易見,且應理解本發明並不限於本文中所闡述之說明性實施例。讀者應假定,除非另外指示,否則一揭示之實施例的特徵亦可應用於所有其他揭示之實施例。亦應理解,本文中所提及之所有美國專利、專利申請公開案及其他專利及非專利文件在其不與前述揭示內容相抵觸之情況下以引用之方式併入本文中。
Claims (10)
- 一種濾光片,其用於改善具有色覺障礙(color vision deficiency)之個人之色彩區別(discrimination),該濾光片包含:一多層光學膜,其在一設計入射角下具有自420nm至680nm的至少50%之一平均內部透射率,該膜在該設計入射角下亦具有包括550nm之一10nm寬波長範圍上的10%或更少之一平均內部透射率所界定的一經縮減的透射帶(transmission band),該經縮減的透射帶係在具有60nm或更少之一寬度(FWHM)之該膜的一反射頻帶中;及一吸收性品紅層(magenta layer),其安置於該多層光學膜之一側,該吸收性品紅層選擇性地吸收綠光。
- 如請求項1之濾光片,其中該膜在該設計入射角下具有在該10nm寬波長範圍上的5%或更少之一平均內部透射率。
- 如請求項2之濾光片,其中該膜在該設計入射角下具有在該10nm寬波長範圍上的2%或更少或1%或更少之一平均內部透射率。
- 如請求項1之濾光片,其中該膜在該設計入射角下具有在550nm處的10%或更少之一內部透射率。
- 如請求項4之濾光片,其中該膜在該設計入射角下具有在550nm處的5%或更少或2%或更少或1%或更少之一內部透射率。
- 如請求項1之濾光片,其中該濾光片在該設計入射角下具有自420nm至680nm的至少60%之一平均內部透射率。
- 如請求項6之濾光片,其中該濾光片在該設計入射角下具有自420nm至680nm的至少70%之一平均內部透射率。
- 如請求項1之濾光片,其中該反射頻帶之該寬度(FWHM)為50nm或更少。
- 一種眼鏡(eyewear),其包含適合用於改善具有色覺障礙之個人之色彩區別的一濾光片,該濾光片包括一多層光學膜,該多層光學膜在一設計入射角下具有自420nm至680nm的至少50%之一平均內部透射率,該膜在該設計入射角下亦具有包括550nm之一10nm寬波長範圍上的10%或更少之一平均內部透射率所界定的一經縮減的透射帶,該經縮減的透射帶係在具有60nm或更少之一寬度(FWHM)之該膜的一反射頻帶中。
- 一種濾光片,其包含:一多層光學膜,其具有一可見光反射頻帶;及一吸收性品紅層,其安置於該多層光學膜之一側,該吸收性品紅層具有選擇性地吸收綠光之一吸收頻帶;其中在一設計入射角下之該可見光反射頻帶與該吸收頻帶組合提供一拒斥(rejection)頻帶,該拒斥頻帶具有60nm或更少之一寬度(FWHM);其中該多層光學膜與該吸收性品紅層之一組合在包括550nm之一10nm寬波長範圍上的該設計入射具有10%或更少之一平均內部透射率;且其中該多層光學膜與該吸收性品紅層之該組合對於以該設計入射角並自一方向入射於該組合上之光具有在500nm至600nm之一波長範圍上的小於50%之一最大反射率百分比,該方向使得該光在入射於該多層光學膜之前通過該吸收性品紅層。
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