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技術 人の視覚向上のためにスペクトル的に彫刻された多重狭帯域フィルタ

出願人 エイシーイー、ロナルド・エス.
発明者 エイシーイー、ロナルド・エス.
出願日 2017年7月26日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2019-526194
公開日 2019年9月5日 (5ヶ月経過) 公開番号 2019-525263
状態 未査定
技術分野 メガネ 眼耳の治療、感覚置換
主要キーワード デジタルアルゴリズム 屋内気 外コーティング ノッチフィルタ処理 センサータイプ フィルム窓 色付きレンズ 車両ウィンドウ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

ほとんどのタイプの色覚異常矯正するために、誰にとっても色コントラスト視覚誇張するために、かつ/または正常視力を超えて視力焦点を顕著に鮮鋭化するために、光をスペクトル的彫刻するべく選択された鋭いターンオンおよびカットオフ勾配を有する1または複数の例外的に狭帯域吸収色素により、強化された視覚が提供される。色素は、例えば、サングラス、処方および非処方の眼鏡窓用薄膜、並びに、白熱灯蛍光灯、およびLED電球などの人工光源に組み込まれることにより、明所での色覚メゾピック薄明色覚を改善し、また暗所での夜間視力もより鮮鋭とする。

概要

背景

生来「完全20/20視力」を有する人、または、その視力が完璧な20/20視力に光学的に矯正された人でさえ、無意識のうちにスペクトルの赤と青の部分に2ジオプターぼやけた色収差を受けている。分かり易く言えば、いわゆる完璧な20/20視力を持つ人は青色光の下で2ジオプター程度のぼやけ障害を受けており、それは標準的な視力検査表が、400nmの深青光のみで照射されたならば視られるものである。2ジオプターの青色のぼやけは、11行の標準視力表の3番目ライン(〜20/80視力)を読むことができないことに相当する。あらゆる人間に固有の、このような不可避の自然な色収差は、スペクトルのピーク緑黄部分において人間の視力を支配する、それ以外の、鋭く焦点のあった画像を取り囲むぼやけた色ハローとして現れる。眼科医は、ピーク緑黄スペクトル照明に基づいて彼らの白色光矯正処方を書くが、色収差に起因するぼやけた色ハローが鮮鋭な画像を常に取り巻き、そしてこれらが実際に人間の視力をいわゆる「完全20/20」視力に制限する。本発明の所与の実施形態は、普遍的な色歪みを克服することができる。

人間の視覚は、依然として深遠な驚異であり、研究者には部分的にしか理解されていない。精巧な眼の物理的光学系(レンズ)と5つの感光センサ超高感度広帯域色覚異常桿体、遙かに低感度の赤、緑、青の錐体検知体、および神経節)が組み込まれており、その全てが中央の1つの視覚処理センターではなく、脳の多くの部分でさらに複雑な処理を行うために迷路のような電気信号を送信する。さらに、眼の幾つかの光検知体は、広範囲に異なるスペクトル閾値ターンオン感度を示す。色覚異常(グレースケール)桿体検知体は、錐体カラー受容体よりも何倍も高感度である;錐体検知体は、それら自体の閾値照明活性化および飽和限界を有する。言い換えると、非常に弱い白色光は、照度レベルが遙かに低い感度の錐体検知体を活性化し始めるのに十分となるまでは、白黒の完全に色覚異常の視覚視力を生じるのみである。しかし、桿体検知体がより明るい光で飽和すると、錐体色覚が支配的視力として始動する。それらの明るさレベルの照明を超えると、錐体も飽和し、そして色覚が区別できなくなり、さらには痛みを伴い、網膜を損傷する可能性がある。

色覚異常桿体視力と良好な色覚視力の間は、メゾピック視力(0.001〜3cdm−2)と呼ばれる領域である。例えば、暗灰色のサングラスレンズ曇りの日に装着されているときにメゾピック視力が頻繁に発生する。暗いグラスは、色のコントラストも損う。 より明るい日には、桿体検知体は飽和状態になり、錐体色覚視力が視力を支配し始める。さらに明るい日には、錐体が飽和し、色覚視力は区別できなくなり、痛みや損傷を与える。感光神経節検知体は、網膜を損傷および疼痛から保護しようと試み、目蓋および瞳孔の大きさを調節することに関与する。

の無い明るい屋外日光は、最適な色識別にはあまりにも強すぎ、そのような過剰な日光は、目蓋と瞳孔を最小としていてさえ、通常不快であり潜在的に有害である。これらの理由から、人類は、歴史と通して、多様な巧妙な手段を直感的に模索して、優れた色解像度シャープな20/20画像集束のために高い光レベルの歪みと危険性をさらに制限した(例えば、エスキモーは、彼らの眼に到達する光を制限するためにスリットバイザーを発明した)が、全体的な普遍的な解決策はなく、同様の救済策は世界的に必要なままである。したがって、何十億もの人々が、過度で有害な明るい光への曝露を減らすために様々な種類のサングラスをかけている。

図2(表1)に示すように、5億人を超える人々が顕著な色覚異常を患っており、正しい色を区別できず、特に緑と赤の識別ができない。全人口(6億4千万人)が、様々なタイプの色覚異常を有し、その約6.8%(4億7千万人)が、表1に示され図3にグラフで示すように赤と緑の欠陥(3色型色覚)を有している。何億人ものトラックおよびバス運転者仕事飛行機パイロット消防士警官、および他の無数の色を要求する仕事は色覚障害者雇用することができない。何百万人もの色覚障害者の車の運転者とその乗客は、特に背景街灯の中で雨の日や夜に、衝突怪我、そして死亡事故の非常に危険な信号交差点の危険に直面している。既存の交差点信号を全て改善することは実際的ではなく、色覚異常の問題の一部が是正できるだけである。低コストの色覚異常矯正が可能になったので、交差点での衝突を劇的に減少させながら、従来の信号機を維持することができる。

全ての人は、夜明け、夕暮れ、または非常に暗いサングラスをかけているときのように非常に低い照明条件下で、様々な程度の暗所視(桿体色覚異常)を被っている。そして文字通り誰もが無意識のうちに、非常に著しい色の青と赤のぼやけた人間のレンズ収差ハロー欠陥を被っており、そしてそれ故に、人間の網膜の20/20焦点能力を超える理論的な鋭さを享受することができない。

人間の眼を光による損傷から保護するために様々な装置が製造されてきた。先行技術のポラロイド登録商標フィルムは主に非常に明るい偏光反射光のみを減少させる。先行技術のフォトクロミック光学系は、本当に安全な視力のニーズ適合させるために、ゆっくりすぎる速度で約1,000倍も自動的に暗くなったり明るくなったりする。暗い中性濃度(灰色)の鏡と吸収色素日除け眼鏡は、錐体の色の識別を低下させる。スリットとピンホールのサングラスは視野を制限する。従来のサングラスはいずれも、人間のレンズの深刻な自然の色収差、純粋な(狭帯域)青色および純粋な赤色光照明条件下で非常に顕著になる深刻な劣化を著しく克服することができない。大きな色収差は、裸眼の人間の眼のレンズを含む全ての単純なレンズにとって自然なことである。これは、全ての光学材料ウォーターレンズを含む)が、青から赤へのスペクトルで屈折率の値に大きな変動を示すことによる。青色波長での屈折率は赤色波長よりはるかに大きい。 したがって、青色波長の画像は網膜のかなり前方に集束し、赤色の画像は網膜の少し後方に集束する。これは、処方矯正保護眼鏡の有無にかかわらず、完璧な20/20の視力を持っていると認められる人々にも当てはまる。しかし、強い矯正(処方)眼鏡または強いコンタクトレンズを着用している人にとっては、色のぼやけはかなり悪化する可能性がある。

ほとんどの人が気づいておらず無視するこの深刻な色収差欠陥をよりよく理解するために、それぞれ1、2及び3ジオプターのぼやけた色覚がどのように見えるかを知るために図5A、図5B及び図5Cの表と比較して、図5の視力表を視てもらいたい。図5の白黒の視力表により混乱してはならない。視力表が純粋に深青色波長光(白色光ではない)のみによって照射されるとき、2ジオプターの列(図5B−20/80視力)は、「通常の」20/20視力をもつ誰もが、青色光で経験するであろうが通常は無視している色歪みを示している。そのぼやけた青色の色覚は、鮮鋭な20/20緑黄視力と組み合わされたときでさえ、全ての人の正味の視力の鋭さを劣化させている。赤色歪みは、スペクトルの赤色部分においては青色部分のように顕著に現れていないだけで、類似のハローぼやけ効果をする。上述したように、ぼやけた色収差は全ての人に存在しており、それはほとんど全ての人を20/20視力に制限している。人間の眼は、約550nm(青色光でも赤色光でもない)を中心とする正しい狭帯域白黒照射の下で色収差が排除された場合、20/15(図5の9行目)の視力よりも、または20/10(図5の11行目)の視力よりも良くなることができる。それは偶然にも眼のピーク感度スペクトル領域である。

一般的な先行技術の「広帯域」黄緑色素フィルタは、脳内に1つの黄緑波長として「現れる」が、黄緑波長光の1つの狭い帯域では「ない」光を透過することに留意することは有用である。通常の広帯域の従来のカラー色フィルタは、実際に緑と赤の広い帯域を通過可能とし、そしてこのような従来の広帯域フィルタリング方法は、最大の視力の鋭さをレンダリングすることができず、これらの従来の広帯域緑黄色フィルタでは深赤色ぼやけがなお発生するからである。このようなスペクトル光学系の完全な理解は、通常、一般的な検眼眼科学の範囲を超えている。それにも拘わらず、これらの微妙なスペクトル視力障害の全ては非常に現実的であり、そして本発明によって劇的に改善され得る。

本発明者が1980年代に作製した多層干渉コーティングを含む利用可能な先行技術は、青、緑及び赤の波長の狭帯域の透過を劇的に向上させ、そして色覚異常の人々を喜ばせるだけでなく、鮮やかなテクニカラーの暗いサングラスを装着する全ての人を魅了したであろう。しかしながら、1980年代の真空コーティング技術は非常に繊細すぎて、そのようなレンズは過酷な磨耗に耐えることができなかったので放棄され、そして、それらは、何十年も前に色覚異常の問題を解決しようとしているにも拘わらず、眼科ラボおよび眼鏡小売り業者によりなお一般的に採用されている通常の100℃のファッション用およびサングラス用の着色バス(tint bath)暴露熱膨張試験中に激しく割れた。

積層された色強化干渉レンズは、Enchromaにより紹介され、特許文献1に、現在は特許文献2に記載されている。これらのレンズは、干渉「ノッチフィルタリング」と呼ばれる光学プロセスを生成するために、2枚の低透過偏光フィルムを含む7枚の積層を採用している。しかしながら、それらは熱応力被り、大きい規模または大きい物理的サイズの窓の薄膜用途には適切でなく、光の入射角に対して色透過感受性である(すなわち、それらは光の入射角により色が変わる)。それらは繊細で法外に高価であるが、それらは、本発明者が多層干渉真空コーティングを用いて何十年も前にしたことと同様に、多くの色覚障害者に色覚を回復させる一例として役立つ。色消しレンズの性能は、それらの干渉ラミネートがある場合とない場合のカラー復元画像を示す図6と図7に写真で示されている。Enchromaレンズの性能は、それらの干渉積層がある場合とない場合のカラー復元画像を示す図6および図7に写真で示されている。

先行技術のEnchroma色覚異常積層薄膜レンズをよく理解するために、図8Aは、50nm幅の青緑帯域(470nm〜520nm)及び70nm幅の黄赤帯域(560nm〜630nm)を遮断するように構成されているが、望ましくないことに光入射角によって色が変化する特許文献2に示された干渉帯域パス「ノッチフィルタ」概念を示す。図8A及び図8Bの正味の光透過は、極めて低い。なぜなら、2つの偏光膜がその先行技術のフィルタにより必要とされ、それは入射光の85%まで(正味15%の透過)を吸収し(そして無駄にし)、低い光レベルの屋内用途では極めて不適切だからである。極めて低い透過の問題以外に、そして光入射角によりシフトする透過波長、及び、極めて高コストの問題を含む幾つかの他の欠点以外に、このような繊細な積層光学系は、ほぼ沸騰した水温の着色バスでファッション用着色された場合、高い熱応力のリスクがある。図8Aは、先行技術の特許出願から抽出され、そして図8Bは、理想化された先行技術のノッチフィルタの目的であり、いかにして先行技術の580nm(そしてより好適には560nm)に位置する「ノッチ」が色覚異常を支援できるかを示している。400nmと490nmにある2つの追加の人為的な「ノッチ」は、緑−赤の色覚異常をほとんど矯正しない。

概要

ほとんどのタイプの色覚異常を矯正するために、誰にとっても色コントラスト視覚を誇張するために、かつ/または正常視力を超えて視力焦点を顕著に鮮鋭化するために、光をスペクトル的彫刻するべく選択された鋭いターンオンおよびカットオフ勾配を有する1または複数の例外的に狭帯域の吸収色素により、強化された視覚が提供される。色素は、例えば、サングラス、処方および非処方の眼鏡、窓用薄膜、並びに、白熱灯蛍光灯、およびLED電球などの人工光源に組み込まれることにより、明所での色覚、メゾピック薄明色覚を改善し、また暗所での夜間視力もより鮮鋭とする。

目的

米国特許出願公開第20040114242号公報
米国特許第7106509号明細書






当該技術分野では、色網膜の強化および視力の向上を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

色および/または焦点の鋭さを強化するための装置であって、少なくとも1つの光学的に透明な基材と、前記基材内の少なくとも1つの例外的に狭帯域吸収色素であって、可視光の少なくとも1つの所望の透過帯スペクトル的彫刻するために、選択された波長で少なくとも1つの鋭いターンオフおよびターンオンスペクトル吸収遷移を示し、それにより色覚異常矯正し、網膜画像鮮鋭化し、かつ/または色コントラスト視覚誇張する装置。

請求項2

前記基材が薄膜眼鏡用レンズ、またはコンタクトレンズである、請求項1に記載の装置。

請求項3

前記少なくとも1つの吸収色素が、レンズを通して単一の狭帯域スペクトル透過を付与するための複数の吸収色素の混合物であり、人間の眼のレンズに共通の自然に発生する重度の青色および赤色のぼや欠陥を除去することにより視力の鋭さを実現する、請求項1または2に記載の装置。

請求項4

前記吸収色素の混合物が、屋外視野窓の色コントラストを強化することに加えて屋内の強化された色コントラスト照明を強化する、選択されたスペクトル透過特性を生成するように選択される、請求項1〜3のいずれかに記載の装置。

請求項5

さらに基材内に多重狭帯域吸収色素を含み、前記色素の各々が、可視光の複数の選択された透過帯域をスペクトル的に彫刻するために、選択された波長で少なくとも1つの鮮鋭なターンオフおよびターンオンのスペクトル吸収遷移を示す、請求項1に記載の装置。

請求項6

前記狭帯域吸収色素の各々が、選択されたピーク波長を有し、視力の鋭さを向上させる約20〜60nmの光学的吸収帯域幅を有する、請求項5に記載の装置。

請求項7

前記基材が薄膜、眼鏡用レンズ、またはコンタクトレンズである、請求項5または6の装置。

請求項8

前記薄膜基材が、白色電流光源蛍光光源、またはLED光源などの発光体を取り巻くために適応されている、請求項2または6に記載の装置。

請求項9

前記薄膜基材が、デジタル光源の少なくとも一部のためのカバーリングである、請求項2または6に記載の装置。

請求項10

前記狭帯域吸収色素が、選択されたピーク波長を有し、かつ視力の鋭さを向上させるために約20〜60nmの光学的吸収幅を有する、請求項1〜9のいずれかに記載の装置。

請求項11

前記少なくとも1つの色素が、人間の眼の赤と緑の錐体感度を重ねることにより生じる色覚異常を矯正するためのピーク吸収波長を有するように選択された単一の狭帯域吸収色素であり、選択された波長の狭帯域を吸収する前記選択された色素が、眼の重なり合う網膜波長内の錐体入射する、請求項1〜10のいずれかに記載の装置。

請求項12

前記基材中の前記少なくとも1つの色素が、有効な狭帯域吸収および帯域幅特性を生じるために十分な濃度を有するように選択される、請求項1〜11のいずれかに記載の装置。

請求項13

複数の色素が、視力の鋭さを向上させるために選択されたピーク波長および選択された帯域幅にて複数の吸収帯域を生成するように組み合わされる、請求項1〜12のいずれかに記載の装置。

請求項14

白熱電球蛍光、またはLED光源と、色覚異常矯正光を与えるために選択された狭帯域吸収特性を有する前記光源用フィルタと、を備えた視力の鋭さを向上させる装置。

請求項15

前記フィルタが、選択された波長にスペクトルノッチを有するフィルタリングされた光出力スペクトルを生成するために、選択された狭帯域吸収色素を組み込む、請求項14に記載の装置。

請求項16

視力の鋭さを強化する方法であって、基材を設けるステップと、少なくとも1つの例外的に狭帯域の吸収色素を前記基材上または基材内に組込むステップとを備え、色覚異常を矯正し、色コントラストを誇張し、透過光を選択的にノッチ減衰させ、かつ/または、視力焦点を著しく鋭くするために、前記色素がピーク吸収波長を有しかつ選択された波長において鋭いターンオンおよびカットオフのスペクトル勾配を有する方法。

請求項17

少なくとも1つの色素を組み込むステップが、各々が選択されたピーク波長および狭帯域吸収特性を有する複数の色素を選択することと、前記基材に対して、結果的にスペクトル的に彫刻された透過帯域およびピーク波長吸収特性を付与するために前記色素を前記基材上または前記基材内で組み合わせることを含む、請求項16に記載の方法。

請求項18

基材を設けることが、狭帯域透過および吸収光学特性を得るために選択された色素を吸収可能である光学的に透明な眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、または薄膜を選択することを含む、請求項16または17に記載の方法。

請求項19

前記基材上または前記基材内に少なくとも1つの例外的に狭帯域の吸収色素を組み込むことが、選択されたピーク波長を中心とする多様な単一狭帯域透過帯を有する所望する透過特性を精確にかつ柔軟に彫刻するために、異なる波長において異常に鋭いカットオンおよびカットオフ吸収勾配を示す選択された狭帯域吸収色素の組合せを組み込むこと、を含む、請求項16〜18のいずれかに記載の方法。

請求項20

例外的に色収差のない視覚を創出するべく約540nmを中心とする1つの狭帯域透過帯を生じるために、1つの広帯域長波長の鋭いカットオフ色素と、1つの広帯域の短波長の鋭いカットオン色素とを組み込むことを含む、請求項16〜19のいずれかに記載の方法。

請求項21

基材を設けることが、透過光中に560nmまたはその近傍を中心とするピーク波長を有する吸収帯を生じるために、選択された狭帯域色素を受容することができる光学的に透明な眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、または薄膜を選択することを含む、請求項16〜20のいずれかに記載の方法。

請求項22

基材を設けることが、狭帯域透過および吸収光学特性を得るために選択された色素を吸収することができる光学的に透明なレンズまたは薄膜を選択することを含み、3つの光波長透過帯は約450nm、530nm、および600nmに中心があり、そして光波長吸収帯は色覚異常を矯正するために約560〜580nmに中心がある、請求項16〜21のいずれかに記載の方法。

請求項23

赤の波長帯を透過させるために、彫刻された赤の透過帯を生じるべく選択された色素をさらに含む、請求項16〜22のいずれかに記載の方法。

請求項24

それぞれの狭い吸収帯域幅は、前記基材中の各色素の濃度を増減することによって広げたり狭めたりすることができる、請求項16〜22のいずれかに記載の方法。

請求項25

視力を強化するためにほぼ不可視の狭帯域ノッチフィルタを設けるために、CR39レンズのような透明プラスチック眼鏡レンズを含む基材に前記狭帯域吸収色素を適用することをさらに含む、請求項16に記載の方法。

請求項26

透過光を色強調する窓シェードを設けるために薄膜をカスタム着色するべく、薄膜窓ガラスポリマーを有する基材に前記少なくとも1つの狭帯域吸収色素を適用することをさらに含む、請求項16〜25のいずれかに記載の方法。

請求項27

基材を設けることが、選択された狭帯域色素を吸収することができる光学的に透明なコンタクトレンズを選択すること、および、少なくとも1つの選択された狭帯域色素を前記レンズに適用することを含み、それにより鮮やかな色覚を創出するための高透明コンタクトレンズにおける狭帯域透過および吸収の光学的特性を生じる、請求項16〜26のいずれかに記載の方法。

請求項28

基材を設けることが、塗料インク、またはカラー写真からなる層を有する木材または金属または紙などの基材を選択することを含み、かつ、前記基材上または基材内に少なくとも1つの例外的に狭帯域の吸収色素を組み込むことが、異なる波長で異常に鋭いカットオンおよびカットオフの吸収勾配を示す選択された狭帯域吸収色素の組合せを組み込んだ非常に薄い狭帯域吸収オーバーコートで前記層をオーバーコートすることを含み、それにより、選択されたピーク波長を中心とする多様な単一の狭帯域透過帯域を有する所望の透過特性を精確かつ柔軟に彫刻して、鮮明な塗料、インクまたは写真の色を観察者に与えると共に、色覚異常者や色弱者に色覚を与える、請求項16〜27のいずれかに記載の方法。

請求項29

基板を設けることが、マトリックスドットタイプアクティブデジタル色センサーデバイスを有する基材を選択することを含み、かつ、少なくとも1つの例外的に狭帯域の吸収色素を基材上または基材内に組み込むことが、個々の画素上のサブミクロンサイズドットを、選択された狭帯域吸収色素を組み込んだドットに適用することにより、センサーデバイス上に狭帯域緑、狭帯域赤、および狭帯域青の透過画素パターンを設けることを含む、請求項16〜28のいずれかに記載の方法。

請求項30

基材と、前記基材上または前記基材内の少なくとも1つの例外的に狭帯域の吸収色素と、を有し、前記色素は、ピーク吸収波長を有し、透過光または反射光をスペクトル的に彫刻するための鋭いターンオンおよびカットオフのスペクトル勾配を有し、前記少なくとも1つの色素は、ピーク吸収波長および帯域幅を有することにより、色覚異常を軽減し、色コントラスト視覚を強化し、透過光または反射光を選択的にノッチ減衰させ、かつ/または視力焦点を鋭くする、視力強化光学装置

請求項31

前記選択された狭帯域色素が、560nmまたはその付近に中心があるピーク波長を有し、約20から60nmの帯域幅を有する吸収帯を生成する、請求項30に記載の装置。

請求項32

前記基材が、光学的に実質的に透明である、請求項30に記載の装置。

請求項33

前記基材が、眼鏡用レンズ、コンタクトレンズ、または光源と観察者との間に挿入された薄膜であり、前記薄膜が、自然光の光源用の窓シェード、および、白熱灯蛍光灯LEDランプなどの人工光源用のカバーリングを含む、請求項30?32のいずれかに記載の装置。

請求項34

前記基材が、光学的に実質的に不透明である、請求項30〜33のいずれかに記載の装置。

請求項35

前記基材が、光センサ、塗料、インク、または写真である、請求項30〜34のいずれかに記載の装置。

請求項36

少なくとも1つの広帯域色素をさらに含む、請求項33または35に記載の装置。

技術分野

0001

本願は、2016年7月28日出願のロナルド・エスエイスの米国暫定出願第62/494,104の利益を主張し、そのフルカラーの開示全体がここに参照することにより包含され、その優先権が主張される。

0002

この画期的な人間の視覚の発明は、部分的には、何億人もの色覚障害者に対してほとんどのタイプの色覚異常を広く矯正し; 特に、危険な車両用ハイウェイウィンドシールドの色覚異常を矯正し; 処方および非処方の眼鏡における色覚を向上させ;かつ、比類の無い、「完璧な20/20」よりも優れたサングラス視力創出することさえできる方法および装置に関する。本発明はさらに、劇的に色強化された昼光屋内照明を同時にレンダリングしながら、薄膜被覆された建築物窓を通した素晴らしい屋外眺望誇張された全スペクトルカラー視覚に関する。両方の視力の効果は、驚くほど向上した気分と驚くほど高い労働力経済生産性をもたらす。本発明はさらに、屋内色覚異常照明を補正するために人工照明ユニークな屋内フィルタリング; 気分を向上させかつ労働力生産性を驚くほど向上させるための全スペクトルフィルタ人工光源の性能;デジタルカラーカメラおよびデジタルディスプレイの改善; およびより高い色コントラストインクおよび塗料に関する。これらのことを達成するために、本発明は、稀でかつ例外的に狭帯域の角度不感受性吸収色素染料)を組み合わせ上述した一連の先例のない目的および特徴を達成することを広く組み込んでいる。プロトタイプ色覚異常医療試験は、色覚異常に対する本発明の効果を証明した。

背景技術

0003

生来「完全20/20視力」を有する人、または、その視力が完璧な20/20視力に光学的に矯正された人でさえ、無意識のうちにスペクトルの赤と青の部分に2ジオプターぼやけた色収差を受けている。分かり易く言えば、いわゆる完璧な20/20視力を持つ人は青色光の下で2ジオプター程度のぼやけ障害を受けており、それは標準的な視力検査表が、400nmの深青光のみで照射されたならば視られるものである。2ジオプターの青色のぼやけは、11行の標準視力表の3番目ライン(〜20/80視力)を読むことができないことに相当する。あらゆる人間に固有の、このような不可避の自然な色収差は、スペクトルのピーク緑黄部分において人間の視力を支配する、それ以外の、鋭く焦点のあった画像を取り囲むぼやけた色ハローとして現れる。眼科医は、ピーク緑黄スペクトル照明に基づいて彼らの白色光矯正処方を書くが、色収差に起因するぼやけた色ハローが鮮鋭な画像を常に取り巻き、そしてこれらが実際に人間の視力をいわゆる「完全20/20」視力に制限する。本発明の所与の実施形態は、普遍的な色歪みを克服することができる。

0004

人間の視覚は、依然として深遠な驚異であり、研究者には部分的にしか理解されていない。精巧な眼の物理的光学系(レンズ)と5つの感光センサ超高感度広帯域色覚異常桿体、遙かに低感度の赤、緑、青の錐体検知体、および神経節)が組み込まれており、その全てが中央の1つの視覚処理センターではなく、脳の多くの部分でさらに複雑な処理を行うために迷路のような電気信号を送信する。さらに、眼の幾つかの光検知体は、広範囲に異なるスペクトル閾値ターンオン感度を示す。色覚異常(グレースケール)桿体検知体は、錐体カラー受容体よりも何倍も高感度である;錐体検知体は、それら自体の閾値照明活性化および飽和限界を有する。言い換えると、非常に弱い白色光は、照度レベルが遙かに低い感度の錐体検知体を活性化し始めるのに十分となるまでは、白黒の完全に色覚異常の視覚視力を生じるのみである。しかし、桿体検知体がより明るい光で飽和すると、錐体色覚が支配的視力として始動する。それらの明るさレベルの照明を超えると、錐体も飽和し、そして色覚が区別できなくなり、さらには痛みを伴い、網膜を損傷する可能性がある。

0005

色覚異常桿体視力と良好な色覚視力の間は、メゾピック視力(0.001〜3cdm−2)と呼ばれる領域である。例えば、暗灰色のサングラスレンズ曇りの日に装着されているときにメゾピック視力が頻繁に発生する。暗いグラスは、色のコントラストも損う。 より明るい日には、桿体検知体は飽和状態になり、錐体色覚視力が視力を支配し始める。さらに明るい日には、錐体が飽和し、色覚視力は区別できなくなり、痛みや損傷を与える。感光神経節検知体は、網膜を損傷および疼痛から保護しようと試み、目蓋および瞳孔の大きさを調節することに関与する。

0006

の無い明るい屋外日光は、最適な色識別にはあまりにも強すぎ、そのような過剰な日光は、目蓋と瞳孔を最小としていてさえ、通常不快であり潜在的に有害である。これらの理由から、人類は、歴史と通して、多様な巧妙な手段を直感的に模索して、優れた色解像度シャープな20/20画像集束のために高い光レベルの歪みと危険性をさらに制限した(例えば、エスキモーは、彼らの眼に到達する光を制限するためにスリットバイザーを発明した)が、全体的な普遍的な解決策はなく、同様の救済策は世界的に必要なままである。したがって、何十億もの人々が、過度で有害な明るい光への曝露を減らすために様々な種類のサングラスをかけている。

0007

図2(表1)に示すように、5億人を超える人々が顕著な色覚異常を患っており、正しい色を区別できず、特に緑と赤の識別ができない。全人口(6億4千万人)が、様々なタイプの色覚異常を有し、その約6.8%(4億7千万人)が、表1に示され図3グラフで示すように赤と緑の欠陥(3色型色覚)を有している。何億人ものトラックおよびバス運転者仕事飛行機パイロット消防士警官、および他の無数の色を要求する仕事は色覚障害者を雇用することができない。何百万人もの色覚障害者の車の運転者とその乗客は、特に背景街灯の中で雨の日や夜に、衝突怪我、そして死亡事故の非常に危険な信号交差点の危険に直面している。既存の交差点信号を全て改善することは実際的ではなく、色覚異常の問題の一部が是正できるだけである。低コストの色覚異常矯正が可能になったので、交差点での衝突を劇的に減少させながら、従来の信号機を維持することができる。

0008

全ての人は、夜明け、夕暮れ、または非常に暗いサングラスをかけているときのように非常に低い照明条件下で、様々な程度の暗所視(桿体色覚異常)を被っている。そして文字通り誰もが無意識のうちに、非常に著しい色の青と赤のぼやけた人間のレンズ収差ハロー欠陥を被っており、そしてそれ故に、人間の網膜の20/20焦点能力を超える理論的な鋭さを享受することができない。

0009

人間の眼を光による損傷から保護するために様々な装置が製造されてきた。先行技術のポラロイド登録商標フィルムは主に非常に明るい偏光反射光のみを減少させる。先行技術のフォトクロミック光学系は、本当に安全な視力のニーズ適合させるために、ゆっくりすぎる速度で約1,000倍も自動的に暗くなったり明るくなったりする。暗い中性濃度(灰色)の鏡と吸収色素の日除け眼鏡は、錐体の色の識別を低下させる。スリットとピンホールのサングラスは視野を制限する。従来のサングラスはいずれも、人間のレンズの深刻な自然の色収差、純粋な(狭帯域)青色および純粋な赤色光照明条件下で非常に顕著になる深刻な劣化を著しく克服することができない。大きな色収差は、裸眼の人間の眼のレンズを含む全ての単純なレンズにとって自然なことである。これは、全ての光学材料ウォーターレンズを含む)が、青から赤へのスペクトルで屈折率の値に大きな変動を示すことによる。青色波長での屈折率は赤色波長よりはるかに大きい。 したがって、青色波長の画像は網膜のかなり前方に集束し、赤色の画像は網膜の少し後方に集束する。これは、処方矯正保護眼鏡の有無にかかわらず、完璧な20/20の視力を持っていると認められる人々にも当てはまる。しかし、強い矯正(処方)眼鏡または強いコンタクトレンズを着用している人にとっては、色のぼやけはかなり悪化する可能性がある。

0010

ほとんどの人が気づいておらず無視するこの深刻な色収差欠陥をよりよく理解するために、それぞれ1、2及び3ジオプターのぼやけた色覚がどのように見えるかを知るために図5A、図5B及び図5Cの表と比較して、図5の視力表を視てもらいたい。図5の白黒の視力表により混乱してはならない。視力表が純粋に深青色波長光(白色光ではない)のみによって照射されるとき、2ジオプターの列(図5B−20/80視力)は、「通常の」20/20視力をもつ誰もが、青色光で経験するであろうが通常は無視している色歪みを示している。そのぼやけた青色の色覚は、鮮鋭な20/20緑黄視力と組み合わされたときでさえ、全ての人の正味の視力の鋭さを劣化させている。赤色歪みは、スペクトルの赤色部分においては青色部分のように顕著に現れていないだけで、類似のハローぼやけ効果をする。上述したように、ぼやけた色収差は全ての人に存在しており、それはほとんど全ての人を20/20視力に制限している。人間の眼は、約550nm(青色光でも赤色光でもない)を中心とする正しい狭帯域白黒照射の下で色収差が排除された場合、20/15(図5の9行目)の視力よりも、または20/10(図5の11行目)の視力よりも良くなることができる。それは偶然にも眼のピーク感度スペクトル領域である。

0011

一般的な先行技術の「広帯域」黄緑色素フィルタは、脳内に1つの黄緑波長として「現れる」が、黄緑波長光の1つの狭い帯域では「ない」光を透過することに留意することは有用である。通常の広帯域の従来のカラー色フィルタは、実際に緑と赤の広い帯域を通過可能とし、そしてこのような従来の広帯域フィルタリング方法は、最大の視力の鋭さをレンダリングすることができず、これらの従来の広帯域緑黄色フィルタでは深赤色ぼやけがなお発生するからである。このようなスペクトル光学系の完全な理解は、通常、一般的な検眼眼科学の範囲を超えている。それにも拘わらず、これらの微妙なスペクトル視力障害の全ては非常に現実的であり、そして本発明によって劇的に改善され得る。

0012

本発明者が1980年代に作製した多層干渉コーティングを含む利用可能な先行技術は、青、緑及び赤の波長の狭帯域の透過を劇的に向上させ、そして色覚異常の人々を喜ばせるだけでなく、鮮やかなテクニカラーの暗いサングラスを装着する全ての人を魅了したであろう。しかしながら、1980年代の真空コーティング技術は非常に繊細すぎて、そのようなレンズは過酷な磨耗に耐えることができなかったので放棄され、そして、それらは、何十年も前に色覚異常の問題を解決しようとしているにも拘わらず、眼科ラボおよび眼鏡小売り業者によりなお一般的に採用されている通常の100℃のファッション用およびサングラス用の着色バス(tint bath)暴露熱膨張試験中に激しく割れた。

0013

積層された色強化干渉レンズは、Enchromaにより紹介され、特許文献1に、現在は特許文献2に記載されている。これらのレンズは、干渉「ノッチフィルタリング」と呼ばれる光学プロセスを生成するために、2枚の低透過偏光フィルムを含む7枚の積層を採用している。しかしながら、それらは熱応力被り、大きい規模または大きい物理的サイズの窓の薄膜用途には適切でなく、光の入射角に対して色透過感受性である(すなわち、それらは光の入射角により色が変わる)。それらは繊細で法外に高価であるが、それらは、本発明者が多層干渉真空コーティングを用いて何十年も前にしたことと同様に、多くの色覚障害者に色覚を回復させる一例として役立つ。色消しレンズの性能は、それらの干渉ラミネートがある場合とない場合のカラー復元画像を示す図6図7写真で示されている。Enchromaレンズの性能は、それらの干渉積層がある場合とない場合のカラー復元画像を示す図6および図7に写真で示されている。

0014

先行技術のEnchroma色覚異常積層薄膜レンズをよく理解するために、図8Aは、50nm幅の青緑帯域(470nm〜520nm)及び70nm幅の黄赤帯域(560nm〜630nm)を遮断するように構成されているが、望ましくないことに光入射角によって色が変化する特許文献2に示された干渉帯域パス「ノッチフィルタ」概念を示す。図8A及び図8Bの正味の光透過は、極めて低い。なぜなら、2つの偏光膜がその先行技術のフィルタにより必要とされ、それは入射光の85%まで(正味15%の透過)を吸収し(そして無駄にし)、低い光レベルの屋内用途では極めて不適切だからである。極めて低い透過の問題以外に、そして光入射角によりシフトする透過波長、及び、極めて高コストの問題を含む幾つかの他の欠点以外に、このような繊細な積層光学系は、ほぼ沸騰した水温の着色バスでファッション用着色された場合、高い熱応力のリスクがある。図8Aは、先行技術の特許出願から抽出され、そして図8Bは、理想化された先行技術のノッチフィルタの目的であり、いかにして先行技術の580nm(そしてより好適には560nm)に位置する「ノッチ」が色覚異常を支援できるかを示している。400nmと490nmにある2つの追加の人為的な「ノッチ」は、緑−赤の色覚異常をほとんど矯正しない。

先行技術

0015

米国特許出願公開第20040114242号公報
米国特許第7106509号明細書

発明が解決しようとする課題

0016

当該技術分野では、色網膜の強化および視力の向上を提供するための確固たる方法および装置が必要であることが認識されている。

課題を解決するための手段

0017

概要として、本明細書に記載の発明は、基材と、基材上または基材内の少なくとも1つの例外的に狭帯域の吸収色素とを有する視力向上光学装置に関し、色素は、ピーク吸収波長を有すると共に、鋭いターンオンおよびカットオフのスペクトル勾配を有することにより、透過光または反射光をスペクトル的彫刻し、ピーク吸収波長と帯域幅を有する少なくとも1つの色素が、色覚異常を緩和し、色コントラスト視覚を向上させ、透過光または反射光を選択的にノッチ減衰させ、かつ/または視力焦点を鮮鋭とする。好適な狭帯域色素の一つは、560nmまたはその近傍を中心とするピーク吸収波長を有し、約20〜60nmの帯域幅を有する吸収帯を生成する。本発明の所与の実施形態では、基材が光学的に実質的に透明であり、眼鏡用のレンズ、コンタクトレンズ、または光源視認者の間に介在する薄膜とすることができ、薄膜は、例えば自然光源用の窓シェード及び、白熱灯蛍光灯およびLEDランプ等の人工光源用のカバーリングを含む。他の実施形態では、基材が、光学的に実質的に不透明であり、そして基材が光センサ、塗料、インクまたは写真である。

0018

本発明の別の態様は、基材を設け、その基材上または基材内に幾つかの狭帯域吸収色素を組み込むことを含む、視力の鋭さを向上させるための方法に関する。狭帯域の組合せは、透過光を段階的にスペクトル彫刻して、520nmまたはその近傍に中心があるピーク透過波長を有する1つの透過光帯域のみをもたらし、20 / 20よりはるかに優れた視力焦点を著しく鮮鋭化する。この実施形態では、それぞれ選択されたピーク波長および狭帯域吸収特性を有する複数の色素が提供され、それらの色素は基材上または内部で組み合わされて、基材に対してスペクトル彫刻された狭い透過帯域特性を提供する。この方法は、いくつかの実施形態では、狭帯域透過光学特性を得るために選択された色素を吸収することができる光学的に透明な眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、または薄膜から基材を選択することを含む。他の実施形態では、基材上または基材内に少なくとも1つの例外的に狭い帯域の吸収色素を組み込むステップは、段階的かつ柔軟に所望の透過特性を彫刻するために異なる波長で異常に鋭いカットオンおよびカットオフ吸収勾配を示す選択された狭帯域吸収色素の組み合わせを組み込むことを含み、その透過特性は、3帯域光学系と呼ばれる、青色+緑色+赤色の透過帯域における同時の狭い透過帯域のような、多重狭帯域透過帯域である。さらに別の実施形態は、1つの広帯域長波長の鋭いカットオフ色素および1つの広帯域短波長の鋭いカットオン色素を組み込んで、約550nmを中心とする1つの狭い透過帯域を生成し、極めて色収差のない視覚を生成することを含む。

0019

概して、本発明は、観察者の網膜に光が到達する前に、透過可視光スペクトルを段階的に彫刻するために、少なくとも1つ、好ましくはいくつかの狭帯域吸収色素を基材上または基材に組み込んだ基材を提供することによってこれらの多様なニーズを満たす。各色素は、透過光をスペクトル的に彫刻して基材の所望の透過または反射特性を生じさせてほとんどのタイプの色覚異常を矯正し、誰にとっても色コントラストを誇張して、選択的に透過光をノッチ減衰させ、および/または視覚焦点を著しく鮮鋭化するために、選択された波長において鋭いターンオンおよびカットオフスペクトル勾配を有する。本明細書で論じるように、狭帯域吸収色素は、本明細書で「例外的に狭い帯域」と呼ばれることがある狭いスペクトル帯域にわたって光の強い吸収を示す色素であり、 添付の図面に示されるように、典型的にはその選択された吸収ピークの半分で約20〜60ナノメートル未満の幅である。他の何百万もの通常の広帯域吸収色素の中に、わずか数十個のそのような例外的に狭い帯域の吸収色素が存在する。染色された狭帯域透過は存在せず、したがって、狭い透過帯域を段階的に彫刻する必要がある。本発明によれば、単一の狭帯域色素で赤−緑の色覚異常の所望の視覚的補償を達成するのに十分であり得るが、他の場合には、ほとんどの波長で同じように狭い透過帯域を生成し、または彫刻するために複数の狭帯域吸収色素を組み合わせることによって視覚的鋭さの向上を得ることができる。後者の場合、例えば、各々が異なる選択されたピーク吸収波長を有する複数の狭帯域吸収色素を、基材内または基材上で組み合わせて複数の異なる波長帯の入射光を吸収するが、光の透過が望まれる選択された波長帯の色素を省くことができる。これは、波長の吸収連続体に「透過ノッチ」を生成し、それによって選択された狭帯域のみにおいて光透過を可能にする。必要に応じて、複数の狭帯域透過ノッチを設けて、基材に対する所望の透過特性の彫刻を可能にすることができることが理解されるだろう。同様に、間隔をあけたピーク波長または間隔をあけた帯域の複数の吸収色素を選択して、透過光または反射光に複数の吸収ノッチを設けることができる。

0020

本発明の一実施形態では、視覚を向上させるための装置は、眼鏡を必要としない、独自の色覚異常矯正照明を提供するための彫刻波長特性を有する白熱灯、蛍光灯、またはLED光源、またはランプを含む。そのような装置は、例えば独自の色覚異常矯正人工白熱光、蛍光灯、およびLED電球を創出するために、一般的な広帯域光源をフィルタリングすること、すなわち選択された狭いスペクトル透過帯域を有するフィルタリングされた光出力を生成するべく、組み合わせて選択された複数の狭帯域吸収フィルタを有するランプをフィルタリングすることを含むことができる。そのような装置から放出された光は、向上した明順応の色覚、メゾピック薄明色覚、およびより鮮鋭な暗順応夜視力も提供する。予想外に向上した視力(色覚異常治療を含む)およびより活発な通常の色覚を提供する選択された出力波長帯域を生成するために、多数の例外的に狭い帯域の吸収色素を組み合わせる、または彫刻することができる。他の実施形態では、本発明の狭帯域インクを白紙上に堆積させる場合、または先行技術の塗料によっては以前には知覚されなかった、より鮮明な高コントラスト単色をレンダリングするために任意の波長の単色狭帯域カラー塗料を白色表面に塗る場合、同様の驚くほど鮮やかな色コントラストを生じることができる。特に最大の比較コントラストにするために互いに隣接して塗装されている場合に生じる。そしてもちろん、以前には紙、ポスター、及び高速道路看板にでは知覚されなかった狭帯域マトリックスドットプリント画像を白地印刷して、鮮明で高コントラストの画像をレンダリングすることもできる。

0021

処方用眼鏡および非処方用眼鏡のための本発明の好ましい単一狭帯域透過の実施形態では、すべての人間の眼のレンズに共通の自然に発生する重度の青および赤の色にじみの欠陥を完全に排除することによって、完璧な20/20視力の鮮明さがさらに改善される。本発明の方法および装置によって、有彩色ハローぼやけが完全に除去されると、20 / 20超の超鮮明な明順応錐体視力および暗順応桿体視力が生じ、そして標準視力表の10行目および11行目(20/13及び20/10視力)さえも読むことができる。先行技術の装置は、入射光角度の欠陥等の幾つかの非常に望ましくない光学的副作用を生じることなくこのような非常に狭帯域透過光学系を生成することはできない。これは本明細書に記載される。色と何千もの色相と明るさのレベルの脳視覚処理は、現実の重要性感覚の階層を確立する。色覚を高めることによって、静的および動的な運動深度知覚さえも改善される。この深遠な脳の迷路と気分の複雑さはどちらも可倒的で欺瞞的であり、それらはすべて本発明によって大幅に改善することができる。

0022

上記のように、誰もが、色のぼやけた視力と大きなメゾピック(中程度の明るさ)色障害の両方を患っている。両方の普遍的な視力障害は、本発明の吸収色素の発明を利用する眼鏡によって著しく改善することができる。さらに、汎用的なの暗い中間的濃さのサングラスは、低い光レベルを生じ、したがって桿体優勢で色が損なわれた、メゾピックの白黒の視力を生成する。したがって、本発明の目的の他の一つは、2つの暗い偏光フィルムに対する先行技術の必要性を排除しそして角度感受性干渉フィルタを排除することによりサングラスにより生じる桿体優位のメゾピック色覚異常視力の発生を回避することである。

0023

本発明の非常に多数の用途は、眼鏡用途から始まるだけである。ガラス張り建物および車両の窓は、労働者の気分、創造性警戒心、および生産性を改善するために本発明にしたがって修正され得る。本発明による商用車両列車/飛行機など)の窓処理は、乗客の気分を改善し、より楽しい交通手段を提供することができる。先行技術の暗吸収窓ガラスは、空調エネルギー節約に効果的であり、そしてその設置費用は数年以内に回収することができるが、そのような節約は「鈍い屋内気分の犠牲および生産性の大きな損失によってのみ生じる。なぜなら、先行技術の暗い薄膜窓ガラスはまた、屋内のメゾピック色障害および季節性情動障害(SAD)を生じさせ、これは、ネガティブ気分変動うつ病、ならびに著しく低下した創造性および生産性を含み得るからである。このような負の副作用は、本発明の狭帯域の彫刻可能なスペクトルの発明を利用する窓処理の使用によって克服することができ、それは同等以上のエネルギーの節約を達成することができる一方、屋外または屋内の両方の視野を改善しながら生産性を大幅に向上させることができる。例えば、本発明によれば、窓を覆う薄膜は、網膜のピーク検出波長付近に中心がある1つの狭い緑黄色の太陽光透過帯を除いて、全太陽スペクトルを吸収することができる複数の狭帯域色素を組み込んでいる。この実施形態は、高い屋内および屋外の視野および20/20以上の視力を創出しながら、太陽エネルギーの80%以上を遮断することができる色素を使用する。例えば、改善された「屋外」視野(すなわち、そのようなフィルムを通して屋内から非常に遠い屋外の物体を見ること)の1つの結果は、屋外の物体がより鮮明に焦点を合わせられることになるであろう。遠方大気ヘイズの低減は、このような単一狭帯域透過ガラス窓のもう一つの利点である。そのようなフィルムを通して部屋に入る少量の青と赤の狭帯域を有する高度に濾過された緑黄色の太陽光は、全スペクトルの色覚を少し犠牲にして、色収差のないより鮮明な焦点の合った屋内視野を創出する。単一の先行技術の色素は本発明の多重狭帯域透過を生じさせることができない。 本発明はその点で独特である。

0024

任意選択的に、薄膜ガラス窓は、赤、緑、および青の自然太陽光の3つの非常に狭い帯域の高透過帯域を除いて、ほとんどすべての入射太陽エネルギーが吸収される暗い外観の3帯域色透過を提供できる。本発明のこの選択肢を選択することによって、屋内の色覚障害を患う人口の6.8%のうちの幾人かについての色覚異常を矯正しながら、屋内の日光グレアを低減し、全員にとって非常に活気のある屋内色照明が得られる。したがって、本発明の窓ガラスは、屋内の色覚異常を低減し、エネルギーを節約し、そしてとりわけ人間の生産性を著しく向上させることができる。

0025

3原色すべてで部屋を照明しながら鮮明な焦点を達成し、人間の生産性を向上させるために、非常に狭い帯域の緑−黄の太陽光と適度に減衰する青と赤の狭い帯域を透過させる第3の窓薄膜ガラス窓の選択肢がある。さらに、本発明は、無限の数の狭帯域色透過および彫刻されたスペクトル色相を、最大の生産性とすることを可能にする。研究は、青に富んだ(深く非常にぼやけた青ではない)高色温度照明が刺激的であることを示した。本発明の設計は、彫刻された透過帯域、帯域幅、色相、視力、色の強調、および屋内の照度の完全な制御を可能にする。

0026

従来技術の建築用および車両用ガラス窓は通常、接着性薄膜またはプルダウン透明シェードを使用しており、プルダウン透明シェードが多くの理由でしばしば好ましい。本発明は、これらの従来技術の全ての選択肢を保持し、色収差のない視覚を達成するために恒久的全スペクトル窓とプルダウン薄膜選択肢とを組み合わせる更なる選択肢を可能にする。本発明の狭帯域の発明では、色歪みゼロ(より鮮明な焦点)のために屋内および屋外の鮮やかな色覚およびプルダウンシェードのような窓の選択肢が可能である。最も重要なことに、狭帯域の色素透過フィルタリングおよび照明は、高価な先行技術の干渉コーティングがそうであるように日光の入射角または日中の視野角によって色を変えない。

0027

本発明のさらなる利点は、薄膜製造業者が本発明を既存の資本設備に適用できることである。本発明の色素混合物の選択肢は、フィルム押出しの前に単にフィルムポリマーに添加されそして混合される。大きな設備投資は必要ない。

0028

速やかなエネルギー節約見返りの可能性にもかかわらず、なぜ薄膜ガラス窓産業が理論的市場の約0.03%にしか浸透していないのかは推測することしかできない。この観察から大きな問題が生じる。人口の99.97%が、暗くなる先行技術の窓フィルム拒絶するのはなぜか。そのような低い、ほぼゼロの市場浸透性の良い論証は、先行技術の暗いガラス窓を採用する人々に対するそれらの望ましくないそしてさらに憂鬱な視覚生成の感情的効果である。穏やかな鬱病が実際に従来技術の主要な欠点であったならば、本発明によって提供される驚くべき視覚、そして特に活気に満ちた屋内照明は驚くほど高い創造性と生産性を刺激しながら省エネ薄膜に対する歴史的な抵抗の大部分を克服することができる。科学的研究は、これらの生産性の観察を確認している。暗い窓フィルムは、ほとんど明確にされない理由から、ほとんどの人にとって望ましくないことが調査によって示されているのも事実である。上記で提示された人間の視覚および感情の理由は、本発明によって克服することができる根本的な原因であると考えられている。

0029

より魅力的なサブリミナル色とサブリミナルのぼやけ色ハロー視覚が気分に影響を及ぼし、生産性を最大10パーセント向上させ得ることは、雇用主や屋内照明の専門家にはよく知られている。この窓薄膜の生産性への影響を理解するために、薄膜のエネルギー節約だけでなく、向上した生産性のほんの一桁の割合で、改善された窓視覚ガラス窓の全設置コストをいかに速やかに回収できるかを考慮されたい。例えば、現在の給与に基づいて、わずか5%高い生産性で、本発明は、数年間のエネルギー節約ではなく、ほんの数週間以内に薄膜設置費用全体を回収することができ、これまでにない100倍のガラス窓の回収速度である。このようにして、一回限りの窓ガラス設置費用を記録的な速さで回収することができ、そして新しい無限の利益項目匹敵する大きな経済的プレミアムを享受し続けることができる。言い換えれば、生産性を低下させる従来技術の中間的濃さの暗い窓ガラスの代わりに、低コストの本発明は、非常に価値のある恒久的な生産性の向上をもたらすであろう。それは、5%の先行技術による損失を+5%の利得(意義深い10%の恒久的な正の差)に変えることに匹敵する。

0030

民間および望遠鏡、望遠鏡、顕微鏡、およびその他の精密光学機器は、20/20を超える眼の解像度についての重要な必要性を強調している。たとえそのような光学系が高価で完全に補正された色消しレンズまたは鏡を用いたとしても、人間の眼は依然として非常に大きな色収差を被る。本発明によれば、眼のピーク感度波長(約550nm)を中心とする単一の狭帯域透過フィルタは、そのような光学系においてはるかに鮮明でより高い解像度の視野を提供することができる。そのような単一狭帯域の色歪みのないフィルタは、望遠鏡または顕微鏡レンズキャップ、あるいは一対の眼鏡の形をとることができる。

0031

本発明の広範なスポーツ用途が多数ある。最小のボールと最大の距離(数百ヤード)に関わるゴルフほど最大の視覚鮮明さが重要なものはどこにもない。このような状況下での超人的な焦点視力は、競争上の大きな優位性となる。20/20視力だけが明確なゴルフハンディキャップである。アメリカには約2,300万人のゴルファー推定7,800万人のゴルフ見物人がおり、合計で約1億人の潜在的な米国人の本発明の受益者である。同様に、アメリカのプロ野球選手、および処方眼鏡またはコンタクトレンズを着用している、または矯正眼鏡を必要としていない何百万もの有料入場見物人は、本発明によって提供される20/20より優れた視力によって恩恵を受けることができる。

0032

年間約1億個のサングラスがアメリカ人によって購入されており、世界中では年間6億個以上が購入されている。サングラスを所有し使用しているのは、約2億人のアメリカ人、そして世界中では何億人もの人々である。購入する約1億のサングラスは、しばしば過酷な屋外環境にさらされ、そのことが多くのサングラスが損傷し非常に頻繁に交換される理由をよく説明している。本発明の、大部分は一回限りの窓ガラス適用および他の一回限りの適用とは異なり、サングラスはより大きな、継続的な、何世紀にもわたる伝統を表している。

0033

本発明の狭帯域吸収色素発明が先行技術の干渉光学系より優れており、そして主として色素の低い製造コスト、色素の高い耐久性、色コントラストの視力を向上させる性能、そして何よりも、より高い労働力生産性を生み出す性能故に、未開発の市場潜在力を有することは、当業者に明らかであろう。本発明は、ポラロイド(登録商標)光学系、フォトクロミック光学系、処方眼鏡、および2つ以上のプルダウン薄膜光学効果の様々な窓ガラスの組み合わせと組み合わせることができる。しかしながら、単一の550nm透過狭帯域暗眼鏡は、赤の停止信号機を見ることができないであろう道路運転者には許されないであろう。その深刻な安全性の問題は、本明細書に開示されている本発明の彫刻可能な透過スペクトル狭帯域発明によっても克服することができる。

0034

何百万もの色素と顔料のうち、ごくわずかなものだけが狭い吸収帯を示し、そしてさらに少ない数が環境曝露と非毒性の厳しさに耐えることができる。全可視スペクトルの幅はわずか300nmであるが、それでもほとんどすべての市販の吸収および透過色素は、数百nmの帯域幅を持つ非常に広帯域の化学物質である。例えば、典型的な市販の黄色透過色素は、短波長スペクトル(500nm)から全ての緑、黄、橙、および赤(700nm)の波長を透過する。典型的な広帯域の黄色の市販の色素は、緑、黄、橙、および赤を大部分透過させ、そして青の波長のみが吸収される。人間はそのような広帯域の色素を高透過率の「黄色」と認知している。同様に、単一の「マゼンタ」波長のようなものはないが、市販のマゼンタ色素は広帯域の青と赤の波長を透過し、広帯域の緑(本質的な錐体視力色)を吸収する。同様に、通常の市販のシアン色の透過色素は、青と緑の広い帯域(400−550nm)のみを透過し、スペクトルの本質的な赤部分をほとんど遮断する。

0035

通常の色素は、青、緑、赤の間の可視スペクトルの大部分を遮断する一方で3つすべての必須の青、緑、赤の狭帯域を同時に透過させることはない。言い換えれば、マゼンタ、シアン、および黄色の広帯域の大部分を吸収する一方で青、緑、および赤の狭帯域のみを透過させる色素はない。したがって、本発明の目的の1つは、所望の狭い透過帯のみが残るように、いくつかの狭帯域吸収色素を混合して彫刻することによって極めて要求の厳しい透過スペクトルを達成することである。本発明に適した透過帯域は、限定されないが、QCR Solutions Corp.により製造される水不溶性VIS494BおよびVIS593A色素、および/または、Exciton Corp.により製造される水不溶性色素、ABS556、ABS574、P491、および/またはABS473等の狭帯域色素により作製することができる。

0036

他の希少な狭帯域吸収ノッチフィルタは、限定はされないが、Exciton Corp.により製造される色素ABS556、ABS574および/または色素ABS594のような複数の狭帯域の吸収帯色素を使用することによって製造でき、これらの狭帯域吸収色素だけが、緑−赤の色覚異常矯正に必要である。他の短波長の狭帯域吸収色素を添加して白を再バランスさせることができる。重要な点として、言及した既存の狭帯域吸収色素の全ては、わずかにシフトした波長吸収ピークを用いて特注製造することができることに留意されたい。その性能は、本発明をさらに多用途なものとする。
本発明の上述の、および追加の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明から当業者には理解されるであろう。

図面の簡単な説明

0037

図1は、色と明るさの両方の典型的な精神的画像処理エラー図式的に示しており、網膜ではなく脳内でわずかな色または明るさの違いさえも人為的に生じさせる方法を示す。
図2は、表1に、青、緑、および赤の色覚異常の異なるタイプの罹患率の平均割合を示す。
図3A?図3Eは、緑/赤の色覚異常を矯正するために、またはサングラスの弱い光の場合に、増幅された緑/赤の色コントラスト画像を生成するために、比較的小さな色コントラストフィルタリングを脳によってどのように拡大できるかを概略的に示す。
図4Aは、通常の白色光スペクトルの図であり、図4Bは、比較的まれな青欠乏ヒト網膜が見ているもの、すなわち黄色が通常検出される波長での奇妙な白色光を示す。
図5は、4列の典型的な視力表を示し、各列は11行の漸進的に小さくなる文字を有し、図5A、5Bおよび5Cは、自然の人間の眼のレンズに生じる色ぼやけのジオプターの劇的な効果を示す。
図6および図7は、赤 −緑欠陥色覚異常景色図6)および先行技術のEnchroma 580nm「ノッチフィルタ」(図7)で補正された同じ景色を図式的に示す。
図6および図7は、赤 −緑欠陥色覚異常景色(図6)および先行技術のEnchroma 580nm「ノッチフィルタ」(図7)で補正された同じ景色を図式的に示す。
図8Aおよび8Bは、基本的な従来技術の色覚異常治療を図式的に説明するために図7で使用されるEnchroma特許取得済みの「干渉ノッチフィルタ」のスペクトルチャートを示す。
図8Aおよび8Bは、基本的な従来技術の色覚異常治療を図式的に説明するために図7で使用されるEnchroma特許取得済みの「干渉ノッチフィルタ」のスペクトルチャートを示す。
図9(表2)は、人間の労働生産性の向上または他の色覚特性から利益を得ることができる様々な種類の大きな窓の概算を示す。
図10(表3)は、本発明によって改善することができる連続電球の数の概算を示す。
図11は、それぞれ正常な赤、緑、および青の網膜錐体スペクトル応答、および異常な緑−赤の網膜錐体スペクトル応答を示す。
図12は、それぞれ正常な赤、緑、および青の網膜錐体スペクトル応答、および異常な緑−赤の網膜錐体スペクトル応答を示す。
図13は、本発明による選択された狭帯域色素の混合物透過率波長スペクトル特性を示す図である。
図14は、眼鏡、コンタクトレンズ、窓または電球のための緑−赤の色欠陥視覚を向上させることを目的とした単一の狭帯域黄−橙吸収フィルタの透過対波長スペクトル特性を示す図である。
図15は、典型的な市販のLED個別狭帯域発光波長を示す。
図16は、本発明にしたがって色覚異常の個人用に独自に最適化されている個別可変強度狭帯域3原色RGBLED電球の発光波長を示す図である。
図17は、緑−赤の障害のある人々のための強化された色覚を提供するために蛍光体を覆って被覆されるか又はそうでなければ電球に組み込まれる狭帯域吸収色素フィルタを有するLED−蛍光体連続光源の発光波長を示す。
図18は、20/20以上の焦点の眼鏡、スコープ、窓、懐中電灯などのための、500nmから590nmを中心とする狭帯域透過フィルタについての透過対波長スペクトル特性を示し、それは任意に、赤い信号機を見るための彫刻された赤透過帯域を含むことができる。
図19および図20は、3原色の狭い透過RGBサングラス彫刻型フィルタの正規化吸光度波長スペクトルグラフを示す図である。図19は、明るい日光強度を同時に減衰させながら、そして赤−緑の色覚異常サングラス性能を向上させるための560〜580nmの狭帯域吸収ノッチを含む、メゾピック色覚を拡張するために低減された桿体スペクトル応答を示す図である。
広い桿体応答を最小にし、緑−赤の色覚異常を改善し、明るいスペクトル昼光の約90%まで減衰させるためのノッチを組み込むように慎重に配置された3つの狭い透過帯域を有する図19の繰り返しブロック図を示す。
図20aは、選択された狭い透過帯を生成するために組み合わされた複数の狭い吸収帯の色素混合物の波長帯を示す図である。
図21は、一般的に理解されている加法混色光の組み合わせを示す。
図22は、一般的な減法混色原色顔料の組み合わせを示す。
図23は、黄色以外の波長でいくつかの高吸収色素を使用するただ1つの超狭帯域真黄色波長インクについての減法スペクトルを示し、超狭帯域真黄色波長インクは、心に黄色の光としてしか現れない先行技術の非常に広帯域の緑−赤の反射顔料と比較される。
図24は、各RGBソリッドステート光検出器における比較的広帯域のRGB透過フィルタを歴史的に使用する、一般的な従来技術のBayerデジタルカラーカメラフィルタの不透明な基材を示し、このような従来技術は、本発明の狭帯域フィルタの場合よりもはるかに高い電池電力消費する。
図25は、本発明による適切な複数の色素を組み込んだ、典型的な眼鏡に使用されるプラスチック基材などの透明基材を示す図である。
図26は、本発明による適切な複数の色素を組み込んだコンタクトレンズに使用される透明プラスチック基材などの基材を示す。
図27は、本発明による適切な複数の狭帯域吸収色素を組み込んだ薄膜などの透明基材を示す。
図28は、塗装または印刷され、次いで本発明の適切な狭帯域吸収色素を含有する非常に薄い透明最外コーティングオーバーコートされた紙、木材、または金属などの厚い不透明基材を示す。
図29は、482にプラスチックヘルメットを有し、484にヒートシンクを有し、プラスチックヘルメットに少なくとも1つの狭帯域吸収色素が混合または被覆されている従来の発光ダイオード(LED)電球を示す。
図30は、本発明にしたがって少なくとも1つの狭帯域吸収色素でプレドープされた薄いプラスチックフィルムを有し、そして管状ランプ周り巻き付けられそして固定された一般的な管状蛍光電球を示す。

実施例

0038

本発明の目的は、網膜応答曲線の緑黄部分にてピークとなりかつ本来の人のレンズで深刻な無彩色の青および赤のぼやけの無い、優れた鮮鋭な焦点視力を必要とする人のために非常に優れた視力の鋭さを提供できる方法および装置を提供することである。

0039

本発明の別の目的は、多重狭帯域吸収色素を使用することによりまたは連続体タイプの自然又は人工の光源の狭帯域ノッチフィルタリングを提供することにより色覚異常の光学的矯正を提供することである。

0040

広く言えば、本発明は、一実施例では、光学的に透明な基材内に1又は複数の例外的に狭帯域の吸収色素を組み込むことにより視覚の鋭さを向上させるための方法および装置に関する。好適には、各色素が鋭いターンオンおよびカットオフのスペクトル勾配と、中心吸収波長を有し、ほとんどのタイプの色覚異常を矯正する光透過特性を生じるように複数の色素が透過光波長をスペクトル的に彫刻するために慎重に選択されており、全ての人の色コントラスト視覚を誇張し、視力焦点を著しく鋭くすることになる。一実施形態では、基材は、例えば、処方されたまたは処方されていない眼鏡またはコンタクトレンズであってもよく、色素は、すべての人間の眼のレンズに共通の自然に発生する重度の青色および赤色のぼやけ欠陥を完全に排除することによって完全な20/20よりも優れた視力を達成するために単一の狭帯域スペクトル透過を提供するように選択される。別の実施形態では、基材は、接着フィルムとしてまたは窓用のプルダウンシェードとしてのいずれかとして、窓ガラスと共に使用するための薄膜であってもよく、その場合、基材中に組み込まれてスペクトル透過率をもたらすために選択されるのは色素であり、建物内からの色コントラストを向上させた窓からの視界と屋内の色コントラスト照明の向上を実現する。

0041

さらに別の実施形態では、視力向上のための人工照明が、白熱灯、蛍光灯、およびLEDランプからのような独特の色覚異常矯正人工照明を提供するために、広帯域発光源上の類似の選択された狭帯域吸収薄膜コーティングまたはシェードを有する電球などの光源を組み込んでもよい。これらの装置では、ほとんどの屋内および夜間の緑−赤の色覚異常視力を矯正するために、人工照明が、典型的には560nm〜590nmを中心とするがこれに限定されない狭帯域スペクトル吸収ノッチを有するように選択された波長を有することができる。

0042

本発明によって可能になった劇的なコントラスト視力の向上の長いリストを説明するために、MITの視力科学部門のエドワルド・アデルソン教授によって1995年に作成された古典的な神経処理による色およびコントラスト錯視を符号10で示す図1を参照する(例えばhttps;//en.wikipedia.org/wiki/Checker shadow illusionを参照されたい)。この図は、色と明るさの両方の典型的な虚偽の精神的画像処理エラーを示しており、網膜ではなく脳内でわずかな色または明るさの違いさえも人為的に生じさせることができることを示している。図1では、色1および3は、色2および4と同じであるが、違って見える。したがって、本発明によれば、光が網膜に到達する前により高いコントラストとなるように実際の画像が狭帯域の光学的にフィルタリングされ、わずかにフィルタリングされた色でさえ精神的処理がその脳で好ましく拡大され得る。本発明は、静的および動的な3D距離視力を含む色覚を改善するためにコントラスト視力を利用する。

0043

図2の表1に示すように、色覚異常は世界最大でありながらも矯正不可能な眼の障害である。11人に1人(全人口の9.2%、つまり6億4000万人)が色覚障害または色覚異常である。15分の1(全人口の6.8%、すなわち4億7000万)は、本発明を用いて光学的に狭帯域に強化されることができるので、本発明は色覚異常の問題に対する普遍的な解決策に近づいており、そしてフォトクロミック、偏光フィルム、耐スクラッチコーティング飛散防止材料などの先行技術と組み合わせた場合はなおさらである。

0044

図3A〜図3Eは、狭帯域ノッチフィルタリングがどのようにして色コントラスト視覚を神経学的に拡大して緑/赤の色覚異常を強化するか、または暗いサングラスの弱められた光の場合に拡大した緑/赤/青の色コントラスト画像を生成するかを示す。図3Aは、本発明にしたがって緑と赤のスペクトルの間に挿入された単一の狭帯域吸収ノッチフィルタを用いて、矯正された緑/赤の色覚異常者が見るものを示し、そして図3Bは、挿入された狭帯域ノッチフィルタなしで同じ色覚異常者が見るものを示す。1つの狭帯域ノッチフィルタだけが、通常25%未満の光を透過する先行技術の干渉フィルタ(色覚異常者にとっては悪いこと)と比較して、利用可能な光の最大85%を透過することに注意されたい。図3Cは、サングラスを着用していない通常の視力の人が非常に明るい日光(過度のグレア)の中で見るものを示し、一方、図3Dは、色コントラストを低下させるダークグレーのサングラスを通しての視野を示す。最後に、図3Eは、本発明による狭帯域色素を組み込んだ等しく暗い(正味透過率の低い)サングラスを用いた同じ景色を示し、その場合、色素は、後述する図20に簡略化して示されるように、青色、緑色および赤色光の非常に狭い帯域のみを透過する。したがって、図3Eに示される結果を生成する眼鏡は、明るい光を大きく減衰させるが、同時にそれを劣化させることなく色覚を高めるという目標を達成する。

0045

図4Aは、「a」にスペクトルの通常の黄色の帯域を含む通常の白色光スペクトルを示す。図4Bは、青の色覚異常の人の集団のごく少数(0.0001%)が見ているものを示す。すなわち、黄色が眼の中の全スペクトルの通常錐体によって普通に処理される、非常に奇妙な白色光帯域「b」である。

0046

図5、5A、5B、および5Cはそれぞれ、20で示される典型的な視力検査表を示し、ぼやけた視力の効果は、それぞれの図中の22、24、および26によって示される。図5の通常の視力検査表20は、11行の漸進的に小さくなる文字を示しており、視力検査表の最初の行だけを読む能力は20/200の視力を表している。2行目=20/100;3行目=20/70;4行目=20/50;5行目=20/40;6行目=20/30;7行目=20/25;8行目=20/20;9行目=20/15;10行目=0/13;そして11行目=20/10の視力である。それぞれ図5A、5B、および5Cの関連する表22、24、および26は、ぼやけた視力によって生じる焦点エラーの1、2、および3ジオプターがどのように見えるかを表している。白色光を使用して、優れた20/20の視力を持つ普通の人は、表20を8行目まで読むことができる。しかし、表を照らすために白色光の代わりに400nmの深青色光を使用すると、青色光が表をぼやけさせ、または焦点をあわないようにさせることによる色収差のために20/20の人でも表20の3行目を読むのが困難になる。それは「2ジオプター」(2D)表として描かれている図5Bの表24のようである。この青色光下での焦点の困難さは、そのような深青色の波長での人間の眼のより高い屈折率によって、そして結果として生じるすべての人間によって経験される自然の色収差によってのみ引き起こされるであろう。しかしながら、「クロマティックレンズのぼやけ」を色覚異常と混同すべきではない。この2つは無関係だが、これはすべての人に共通の深刻な自然の色収差欠陥であり、ほとんどの人はまったく知らないか無視している。

0047

図5Bによって示される非常にぼやけた2ジオプターの青い視力は、鋭い20/20の緑−黄色の視力と組み合わされたときでさえ、すべての人の正味の視力を20/20以下の視力に制限する。赤色ぼやけは、スペクトルの青の部分ほど赤では顕著ではないが、同様のハローバーリング効果を生成する。しかしながら、(後述する図18に示すように)眼のピーク感度スペクトル領域である約550nmを中心とする正しい狭帯域単色照明の下で色収差が除去されれば、人間の目は20/15以上(9行目)または20/10以上(11行目)の視力が可能である。言い換えれば、赤、橙、緑、そして青が複数の狭帯域吸収色素によってブロック(吸収)されるとき、20/20以上の視力が生じることによって、550nmの緑がかった黄色の波長の狭い帯域だけが人間のレンズを通過でき、そして鮮明に網膜に焦点を合わせ、網膜の前または後ろには焦点を合わせない。本発明の一実施形態によれば、色収差の青および赤の波長を完全に吸収しながら、白色光を彫刻して黄緑色光の1つの狭帯域のみを透過させることができる一方、色収差の青と赤の波長を完全に吸収することにより20/20以上の視力と、図5の9行目、10行目、さらには11行目を読み取ることができる狭帯域色素の組み合わせが、眼鏡またはコンタクトレンズに提供される。言い換えれば、通常の20/20の視覚を有する人は、本発明の彫刻フィルタを用いて通常の距離の2倍の距離で物事を読み/解像することができるかもしれない。

0048

図6および図7は、緑と赤の色覚障害者が、どのようにして青を正常に見ることができるが赤と緑を区別できないかを示している。図7は、緑と赤の間のいくつかの波長(すなわち黄橙色)が遮断されたときに何が起こるかを示している。したがって、図6は、緑と赤がオリーブタンとして色覚障害者に見える赤−緑欠陥色覚障害景色を示し、図7は、色覚障害者が実施の赤と緑の色を見るように、干渉フィルタの形のEnchroma 580nm「ノッチフィルタ」で矯正された同じ景色を示す。積層色強化干渉レンズ(色素ではない)は、Enchromaによって導入されている(特許文献2)。彼らは、干渉「ノッチフィルタリング」と呼ばれる光学プロセスを生み出すために、2枚の低透過偏光フィルムを含む7層の積層を採用している。しかしながら、これらの層は熱応力を受け、経時的に剥離する可能性があり、大規模または大きな物理的サイズの窓用薄膜用途には不適当であり、そして光の入射角に対して色透過感度が高い(入射光角により色が変わる)。繊細で法外なほど高価ではあるが、それらは、本発明者が多層干渉真空コーティングを用いて何十年も前に行ったことと同様に、多くの色覚障害者に色覚を回復させる例として用いられる。Enchromaレンズの性能は、図6および図7に写真で示されている。これらの図は、干渉ラミネートがある場合とない場合で、画像が色覚異常の人にどのように見えるかを示している。剥離することができない、角度に影響されない、頑な狭帯域吸収色素の混合物のみを用いて、本発明は非常に優れた性能で今やそれを凌駕することができる。

0049

図8Aは、実際の分光透過率対波長のグラフを示し、先行技術のEnchroma特許の角度感受性干渉「ノッチフィルタ」の波長対透過率(%T)を示しており、それは2つの光吸収偏光フィルムを必要とするもので、そしてわずか約25%の正味の透過率となる(暗いレンズ)。先行技術のEnchroma色覚異常ラミネートをよりよく理解するために、図8Aは、42で示される50nm幅の青−緑帯域(470nmから520nm)および44で示される70nm幅の黄−赤帯域(560?630nm)を遮断するように設計された特許文献2に示される帯域通過「ノッチフィルタ」概念をグラフ40に示す。このフィルタの全体の最大透過率(%T)は、2枚の偏光フィルムが必要なため非常に低く、入射光の65%から75%を吸収(無駄に)する。その非常に低い透過率の問題に加えて、このフィルタは、入射光角度と共にシフトする透過波長を生成し、非常に高いコストの問題を含む他の多くの欠点とは別に、そのような繊細な積層光学系は、そのような積層体を使用する眼鏡が沸騰水着色バス中でファッション用着色されている場合、高い熱応力を受ける。図8Bは、可視光スペクトル48をさらに含む、図8Aのノッチフィルタ対物レンズの簡略化/理想化された描写である。この図は、概して図8Aのノッチ44に対応し、約580nm(より好ましくは560nm)に位置する「ノッチ」50がいかにして色覚異常を助長し得るかを示す。400nmの52および490nmの54の2つの追加のアーティファクト「ノッチ」は、緑−赤の色覚異常をほとんど矯正しない。これらの余分な不要な干渉帯の人工吸収ノッチは、網膜に到達する全光をさらに減少させる。これは、色覚障害者をさらに害するようなもので理想的なことではない。

0050

上記のように、誰もが色のぼやけた分光視力に加えて別の大きなメゾピック(中程度の光レベル)色彩障害を被っている。 両方の普遍的な視力障害は、現在のはるかに安価な狭帯域吸収色素の発明によって著しく改善することができる。暗いニュートラルサングラスは、光量が少ないため、桿体優位の、色覚異常の、メゾピックの白黒桿体視力を生成する。したがって、本発明の目的の1つは、図13および以下に関連して後述するように、2つの暗い偏光フィルムの先行技術の必要性を排除することによって、桿体優位のメゾピック色覚異常サングラス視力の発生を回避する。この先行技術の図8類似性を、議論されるべき本発明の無制限の多用途および角度不感知狭帯域吸収色素アプローチのうちの1つと比較されたい。

0051

太陽光のまぶしさ、暖かい天候での暖房、または寒い天候での熱損失を制御するためにしばしば使用される先行技術の暗い薄膜建物用窓ガラスはまた、周知の季節性情動障害(SAD)効果に類似する屋内のメゾピック色覚障害、悪い気分変動、うつ病、および創造性と生産性の著しい低下を生み出す。 これらはすべて本発明の狭帯域彫刻可能色素発明によって克服することができる。先行技術の暗吸収性窓ガラスまたはガラス窓フィルムは、空調エネルギー節約により5〜7年以内にそれらの設置費用を回収することができるが、これは屋内の視野を犠牲にして生産性を失うことで生じる。しかしながら、本発明は、屋外および屋内の両方の視野を改善し、同時に生産性を著しく向上させながら、同じまたはさらに高いエネルギー節約を達成することができる。例えば、本発明は、網膜のピーク検出波長付近に中心がある1つの狭い緑黄色の太陽光透過帯を除いて、全太陽スペクトルを吸収することができる複数の狭帯域色素を組み込んだコーティングまたは薄膜を提供する。このオプションは、20/20以上の視力−記録的な高い屋内および屋外の視力を送出しながら、太陽エネルギーの80%−90%以上を遮断することができる。より鮮明な焦点で屋内から非常に遠い屋外の物体を見ることが1つの結果である。狭帯域透過ガラス窓のもう1つの利点は、遠方の大気のかすみの減少である。部屋に入る青と赤の狭い帯域が少量入った、狭帯域のフィルタ処理された緑黄色の太陽光は、フルカラー視力を犠牲にすることなく、収差のない、より鮮明な焦点の合った屋内視界を作り出す。単一の先行技術の色素では、本発明の独特の多重狭帯域透過を生じさせることはできない。

0052

任意選択的に、ガラス窓は、赤、緑および青の太陽光帯域の3つの非常に狭い透過帯を除いて、ほとんどすべての入射太陽エネルギーが吸収される3重狭帯域色透過をもたらすことができる。本発明のこの選択肢を選択することによって、鮮やかな屋内色照明が得られ、それによって屋内色覚障害を患う人口の6.8%のうちのいく人かについて色覚異常を矯正する。したがって、本発明のガラス窓は、屋内の色覚異常を矯正し、エネルギーを節約し、そしてとりわけ、気分を著しく改善し、そして人間の生産性を高めることができる。図9(表2)は、本発明の複数の彫刻色素を組み込んだフィルムを利用することによってSADの欠点無しにそのような暗いフィルムから利益を得ることができる、住宅、オフィスレストラン店舗、およびラミネート車両窓における膨大な数の窓の概算を示す。

0053

3つの窓ガラスの選択肢があり、緑−黄の非常に狭い帯域の太陽光と、青−赤の減衰した狭い帯域を主に透過させ、3原色すべてで部屋を照らしながら鮮明な焦点を実現することにより人間の生産性を高める。さらに、本発明は、無限の数の狭帯域色透過および色相が最大の生産性を創出することを可能にする。青が豊富な高い色温度照明が刺激的であることが研究により示されている。本発明の設計は、透過帯域、帯域幅、色相、視力、色強調、および照度の完全制御を可能にする。

0054

先行技術の建物用および車両用の窓ガラスは通常、接着性薄膜またはプルダウン透明シェードを使用する。本発明は、これらの先行技術の選択肢の全てを保持し、そして永久的な全スペクトル窓ガラスとプルダウン薄膜の選択肢とを組み合わせて色収差のない視覚を実現する更なる選択肢を可能にする。本発明の狭帯域の発明では、屋内および屋外の鮮やかな色覚および色歪みのない(より鮮明な焦点の)プルダウンシェードのような窓の選択肢が可能である。最も重要なことに、狭帯域色素透過フィルトレーションおよび照明は、高価な先行技術の干渉コーティングが行うように日中の太陽の入射角によって色を変えない。

0055

光源フィルトレーションの実施形態にさらに一歩進んで、上記の角度不感知吸収ノッチ色覚異常フィルトレーション概念を実行すると、人工屋内照明条件下での屋内色覚異常もまた本発明にしたがって矯正できることが分かった。白熱灯および蛍光灯も、上述のように「ノッチフィルタリング」され得る白色光スペクトルの連続照明を生成するので、白熱灯または蛍光灯からの連続光の大部分は依然として屋内照明に存在することになる−黄橙色(〜560から580nm)の小さな切り込みがない。そのようなフィルタ処理された人工照明は、普通の視力の人々にはわずかに濃い緑と赤を伴ってわずかにピンク色に見えるが、ほとんどの色覚異常の人々は屋内の人工的な光色覚異常を被ることがないであろう。重度の2型色覚異常と1型色覚異常の両方の色覚異常患者で、これらの深遠な色覚効果がプロトタイプ化され、臨床的に100%の成功を収めていることが証明されている。プロトタイプ化された白熱電球およびLED電球は、本発明にしたがってノッチフィルタで覆われるかまたはコーティングされて、屋内の人工照明の色覚異常を矯正しながら、同時に通常の視覚のために色を豊かにすることができる。図10(表3)は、本発明によって改善することができる連続電球の数の概算を示す。一般的に住居ごとに50〜100色の強化型電球を必要とする、2200万人のアメリカ人の色覚障害者をまかなうことは、米国だけで、10億から20億以上の新しい電球(好適にはLED電球)の野心的な取り組みを表している。しかし、1億2000万もの米国の住宅はすべて、人工照明の強化と気分の向上によって恩恵を受けることができる。同数の商業用および工業用照明の機会が存在する。世界的に見て、よりカラフル食品衣類を使用した米国の小売用途の必要性もたくさんある。

0056

図11および図12はそれぞれ、正常および色覚異常の網膜反応を図示する。図11は、それぞれ、曲線60、62、および64において、通常の赤、緑、および青の円錐形のスペクトル受容体、または人間の眼の錐体の入射光に対する応答を示す、吸光度対波長(ナノメートル)のグラフである。ここで、青の錐体は約440nmの波長でピーク感度を有し、緑の錐体は約540nmのピーク感度を有し、そして赤の錐体は約570nmのピーク感度を有する。65で示すように、正常な網膜の緑と赤の錐体ピーク感度の間にわずかな落ち込み、もしくは自然なノッチがあり、または正常な眼には自然な吸収ノッチがあり、正常な眼が緑と赤を区別する必要があるのはこれだけである。しかしながら、図12は、曲線66、68および70にそれぞれ示される吸光度対波長(ナノメートル)のグラフであり、光に対する典型的な異常な色覚異常の緑−赤網膜錐体スペクトル応答の入射光に対する応答を示す。この図は色覚異常の場合を示し、曲線66で示されるピーク青錐体感度は約440nmのままであるが、曲線68で示されるピーク緑錐体感度が通常の540nmから約550nmにわずかにシフトし、曲線70で示されるピーク赤錐体感度が通常の570nmから約560nmにわずかにシフトしている。図示のように、ほとんどの色覚異常者は、緑と赤の錐体スペクトル応答曲線68と70が互いに向かってシフトしているので、+/−10nmの小さな錐体応答または感度シフトが赤−緑に近い重なりを引き起こす。結果として、自然の緑−赤のノッチ65が大きく欠けているので、緑と赤を色覚異常の人々によって区別することはできない。シフトされた応答を補正し、そして赤と緑の応答曲線を分離するための人工的な狭帯域ノッチが必要とされ、そして本発明によって提供される。

0057

図12に示される異常を矯正するために、単一の狭い吸収帯72が曲線「Y」によって示され、本発明にしたがって入射光の経路に設けられ、緑と赤の錐体スペクトル応答を効果的に分離する。実際には、狭い吸収帯は、正常な網膜の応答をエミュレートするために、2つの応答曲線68および70をわずかにさらに離して移動させる。そのような狭い吸収帯は、吸収曲線72によって示されるスペクトル応答曲線を有し、例えば入射光源と網膜との間の適切な透明基材に組み込まれる狭帯域「ノッチ」吸収色素によって設けられる。この色素は、例えば約560〜580nmを中心とするピーク吸収を有する吸収帯「Y」を有し、ほぼ透明な眼鏡またはコンタクトレンズまたは薄い窓フィルムに適用することができる。この好ましい実施形態では、緑と赤のスペクトルの間の非常に狭い帯域の光がこの1つの狭帯域吸収色素によって吸収されるとしても、色素基材を通過するほとんどすべての入射光は依然として網膜に到達することができる。周波数帯Yにおける衝突光の吸収は網膜の緑と赤の波長応答を効果的に分離するので、眼はこれらの色をより容易に区別することができ、それによって曲線68と70によって示される感度の重なりによって引き起こされる色覚異常を矯正する。曲線72は、網膜の緑と赤の応答を分離するのに使用されるわずかに高い濃度の色素を示す。所望であれば、曲線73で示されるように、同じピーク波長でより低い濃度の色素を使用することができ、これはより狭い吸収帯域幅を生成する効果を有する。いずれにせよ、この色素の挿入は、自然のノッチ65を効果的に回復させることによって、図11に示される通常の網膜特性をシミュレートする。この単一狭帯域色素の適用は、本発明の他の実施形態に対する例外であり、そうでない場合は、視力の鋭さを彫刻的に向上させそして誰にとっても色覚を強化するために複数の狭帯域色素の使用を要求する。

0058

上述のように、例えば、他の点ではほぼ透明な眼鏡用のレンズ(または窓の薄膜)に設けられたただ1つの吸収ノッチが、必要な緑−赤色覚異常を矯正しながら、約85%から90%以上の高い正味の光透過率を提供することができる。それは、先行技術の暗い色覚異常レンズによってもたらされる〜75%の吸収(〜25%の透過率)とは著しく異なる。色覚異常の人々は通常、できるだけ高いコントラストの光を必要とする。驚くべきことに、緑−赤色覚異常視覚を強化するためのこの単一ノッチの実施形態はまた、通常視力に対しても曲線72および73により示す狭帯域色素を組み込んで図11に示すように法線ギャップ65を拡大することによって、通常視力の緑−赤の色コントラストを拡大および強める。これは、現在および将来のすべての処方眼鏡、コンタクトレンズ、および窓を容易に単一ノッチフィルタ処理して、暗い外観のない全員にとってより鮮やかな緑と赤を創出できることを意味する。したがって、透明な眼鏡レンズは、わずかにまたは顕著な560nmの狭帯域ノッチ「ティント(色相)」72または73のいずれかを有することで、ほとんど検知できないほど鮮明な色付きレンズまたは窓を生み出し、さらにすべての人に、通常の人および色覚異常の人に、より鮮やかな緑と赤を提供する。同様に、図12の72または73に示すような吸収ノッチは、ほぼすべての販売済みの透明な建物および車両の窓、あるいはすべての新しい窓の設置に適用することができ、そのようなほぼ透明な窓を通して屋外の景色を見ることは、普通の視力の人のためにより活気に満ちた緑色を提供すると共に、また屋内と屋外の色覚異常の人も矯正するであろう。そのような透明なノッチフィルタ付きの窓用フィルムは、色覚異常を矯正しながら、屋外光に事前光学フィルタをかけて建物の中に入れ、緑と赤の屋内の物体を通常の視力に対してより鮮やかにレンダリングする一方、色覚異常に対して矯正し、それにより、気分、創造性、および生産性を向上させながら、より快適な視力を提供する。さらに、狭帯域色素72および73によって提供される狭帯域緑−赤ノッチの実施形態はまた、商業用途、より詳細には自動車用途で使用されるもののような積層された飛散防止窓に提供され得る。2枚の自動車ガラスの間にラミネートされる通常の薄膜中に、このほぼ透明な狭帯域色素が適用される。これは、自動車の乗員、特に色覚異常の乗員が最大の色コントラストで赤と緑の信号機を見るのを助けるという有益な効果をもたらすであろう。12人のうち1人の男性運転者が色覚異常であるため、米国の自動車ガラス製造業者がそのような低コストの緑−赤の色強化を省くことは想像できないことであり、昼間、特に夜間に遠方から赤と緑の信号機をより鮮明に見分ける必要がある。多くの国では、1億人を超える色覚障害者に運転免許証発行することさえしていないため、国民経済に大きな影響を与えている。本発明がなければ、色覚異常運転者は通常、赤と緑の両方の信号機を様々な色合いの黄褐色/色として見ることになる。図3Bおよび図6は、信号機の緑色と赤色が色覚異常の人々にとってどのように区別できなくなるかを示している。この積層窓遮蔽の色覚異常用の実施形態なしでは、夜間の色覚異常運転者は、赤の上の信号と下の緑の信号とを区別することができない。なぜなら、かなり遠方では、上と下の信号は区別できず、赤(停止)と緑(進行)は、両方とも茶色/黄褐色の色合いとして表示されるからである。このように、本発明の積層車両用窓は、車両の色覚異常運転者にとって不可欠であるだけでなく、通常の視力の車両運転者および乗客にとってより鮮やかな緑および赤を生み出すこともできる。この低コストの色強化発明は、高速道路の安全性を向上させるために、すべての車両窓に法的に要求されるべきである。信号機交差点での高速道路事故および死亡者の大部分は、本発明によって排除することができる。幸いなことに、そのような色覚異常矯正フィルムは、現在市販されている何百万もの自動車に販売後の窓用フィルムとして、またはラミネートされる新しい車両窓に対するほぼ透明な薄膜の代替品として適用できる。この光学的な高速道路安全の実施形態は、現在、高速道路の危険な運転者であり、無意識のうちに無数の事故および死亡の原因となっている、約4億7000万人の世界の、および約2200万人の米国の色覚異常運転者および乗客に適用される。米国だけでも、4万人以上が死亡している(そして何倍もの事故がある)。これまで、何百万もの危険な色覚障害の運転者のすべてが視力障害に対する改善策を持っていなかった。今や、自動車製造業者および販売後の自動車所有者は、色覚異常矯正眼鏡を着用するか、または単に自動車の窓をラミネートすることによって問題を解消することができる。

0059

吸収曲線72によって示されるように、約560〜580nmに中心がある1つの狭帯域「ノッチ」帯域「Y」のみが、色覚障害のある人々に対してより鮮やかな緑色および赤色の視力を回復し、そして通常の視覚の人々に対して緑色および赤色のコントラストを強化するために望ましいが、吸収曲線74で示される約485nmにピークを有する任意の「X」吸収帯を提供することができ、これは主にいくつかの青色波長を吸収することによって白色の色相を再調整するためである。したがって、図11および図12は、網膜桿体および錐体上に2つの色素生成狭吸収帯(「X」および「Y」)を重ね合わせることの効果を示す。この効果は、色覚異常を矯正するために使用される繊細な先行技術の積層干渉レンズコーティング図8Aおよび図8Bに図示)によって生じるものと同様であるが、堅牢で角度不感受性色素を使用する本発明の利点を組み込んでいる。「X」および「Y」ピーク吸収波長および帯域幅ノッチの両方が、本発明にしたがって1つまたは複数の色素を慎重に選択し、それらのピーク帯域幅および濃度を制御することによって変えることができ、または彫刻することができる。図11および図12の73に示すように、低濃度色素を使用することの1つの利点は、色覚異常を矯正し、通常の視力での緑および赤を強化しながら、知覚される白の色合いを再調整するために青吸収色素74がほとんどまたは全く必要ないことである。

0060

図12の3つの青、緑、および赤の錐体感度帯66、68、および70は個々の網膜に固定されているが、網膜に当たる光は、色素ピーク波長および濃度(したがって、帯域幅)を変える(彫刻する)ことによって、任意の程度の色強化および任意の程度の色彩障害低減を達成するために、狭帯域吸収色素の無制限の組み合わせを使用することによって、強度が無限に変わる。そのような色素は、眼鏡だけでなく、窓およびデジタル光センサおよび発光体と共に使用するための薄膜にも組み込むことができる。図12に示すように、より高濃度のノッチ色素72を使用すると、色覚異常を矯正するためだけでなく、通常の視力に対して色のコントラストおよび鮮やかさを増大させるために、緑と赤のより高い識別がもたらされる。したがって、本発明は、曲線72および73によって例示される全範囲の狭帯域吸収色素帯域を包含し、ここで吸収百分率は一桁からほぼ100%の範囲であり得る。これらの無限の可変性および狭帯域吸収色素の非常に改良された耐久性は、先行技術の干渉フィルムよりも明らかに優れた視覚技術をもたらす。

0061

何百万もの色素と顔料のうち、ごくわずかなものだけが狭い吸収帯を示し、そしてさらに少数が環境曝露と非毒性の厳しさに耐えることができる。全可視スペクトルの幅はわずか300nmであるが、それでもほとんどすべての市販の吸収および透過色素は、数百ナノメートルの帯域幅を持つ非常に広帯域の化学物質である。例えば、典型的な市販の「黄色」透過色素は、短波長スペクトル(500nm)から全緑色、黄色、橙色、および赤色(700nm)の波長に亘って透過する。典型的な広帯域の「黄色」の市販の色素は、緑色、黄色および赤色を大部分透過させ、そして青色波長のみが吸収される。同様に、市販のマゼンタ色素は、広帯域の青−赤の波長を透過し、一方で広帯域の緑(必須視力色の一つ)を吸収する。同様に、通常の市販のシアン色素は、青と緑の広帯域(400−550nm)のみを透過し、スペクトルの本質的な赤部分をほとんど遮断する。通常の広帯域色素は、青、緑、赤の間の可視スペクトルの大部分を遮断しながら、3つすべての青、緑、赤の狭帯域を同時に透過することはできない。言い換えれば、マゼンタ、シアン、および黄色の広帯域の大部分を吸収しながら、青、緑、および赤の狭帯域のみを透過するものはない。本発明に必要とされる非常に要求の厳しい狭帯域透過スペクトルを彫刻するために、所望の狭い透過帯のみが残るようにいくつかの吸収色素を混合する(すなわち「彫刻する」)。

0062

図13は、先行技術の干渉フィルタによってもたらされる結果と同様の結果をもたらすが、本発明にしたがって選択された2つの狭帯域吸収色素を用いることによって奏する本発明の実施形態の透過対波長スペクトル特性を曲線80で示す。曲線80の2つの狭い吸収帯、すなわちノッチ82および84は、Exciton(http://exciton.com/selectiveabsorbers.html)およびQCR Solutions(http://www.qcrsolutions.com/Site/Ultraviolet and Visible_Dyes_QCR_Solutions_Corp.html)によって製造された色素の例である。それらの狭帯域色素の多くは市販の色素であるが、それらの狭帯域スペクトル波長をシフトするために特別に変更することもできることに留意されたい。曲線80によって示されるように、これらの彫刻された狭帯域色素のスペクトル特性は、選択されたピーク周波数で吸収ノッチ82および84を提供し、ノッチは、上下の選択された波長で鋭いターンオフおよびターンオンスペクトル吸収遷移勾配86および88を示す。 それらの対応するピーク波長は、可視光の所望の透過帯をスペクトル的に彫刻するためのものであり、そして上記のように、そのような色素は、先行技術の干渉遅延薄層およびポラロイド(登録商標)フィルムよりもはるかに高い性能が可能である。

0063

図13に示す吸収ノッチまたは帯域82は、QCR Solutions Corp.製の100万分の1部の狭帯域の非水溶性VIS494BおよびVIS593A;および/またはExciton Corp製の非水溶性色素P491および/またはABS473を用いて製造することができる。図13の吸収ノッチまたは帯域84は、限定するものではないが、Exciton Corporationによって製造されている色素ABS574および/または色素ABS594などの狭帯域色素の100万分の1を使用することによって製造することができる。帯域84を生成する狭帯域吸収色素のみが緑−赤の色覚異常矯正に必要であり、一方、図12に関して上述したように、他の短波長狭帯域吸収色素を加えて白を再平衡化することができる。言及された既存の狭帯域色素の全ては、シフトされた波長吸収ピークを用いて特注製造することができ、それにより本発明をさらに用途が広いものにすることを強調しなければならない。

0064

完全に色覚異常の網膜桿体センサは、微弱光に非常に敏感であり、そしてそれらは低光条件下ではるかに低感度の赤、緑、および青の錐体を凌駕する。したがって、本発明の高度に彫刻可能なスペクトル特性は、色錐体センサが低光レベル条件下で凌駕されないように、極めて高感度の桿体波長の一部(498nmでピークとなる)を選択的に吸収および抑制する新しい機会を提供する。その結果、色錐体センサは、低照度条件下ではそれほど圧倒されず、それによって改善された色覚を夜明けおよび夕暮れの低照度条件、または非常に暗いサングラスレンズ条件下でも拡大する。言い換えれば、図18および図19に関してより詳細に論じられる、狭帯域吸収色素を適切に挿入することによって、メゾピック薄明視レベルの中程度の視力をより色強調することができる。498nm(帯域82)を取り囲む超高感度桿体波長の大部分を意図的に吸収することにより、色錐体センサの抑制よりもはるかに多く、メゾピック視覚を選択的に抑制することができる。本発明の最も重要な違いは、狭帯域色素を使用することによってこれらの改良された視力目標を達成することであり、受光の全体的な減少を含む多くの欠点を被る望ましくない多層干渉フィルムではない。前述のように、図12のXおよびY吸収帯は、狭帯域吸収色素を使用して任意の程度の色強化および任意の程度の色彩障害低減を達成することによって強度および位置を無限に変えることができる。狭帯域吸収色素のこれらの無限の可変性および非常に改善された耐久性は、先行技術の干渉フィルムを超えて明らかに優れた視覚技術をもたらす。

0065

図13スペクトル構成を有する彫刻色素の組み合わせは、先行技術の干渉コーティングで利用可能な約25%と比較して、数倍多くの光、約85%を透過し、この追加の光は、色覚障害者にとって非常に必要とされる。図13のような狭帯域ノッチフィルタ色素構成は、光入射角の関数として透過光の波長を変えず、そして2枚の暗いポラロイド(登録商標)フィルム積層体を必要としない。単純な色素は製造するのに何倍も安価であり、そしてまた多くの繊細な超薄膜を必要とする先行技術の積層体よりも何倍も耐久性がある。色素はポリマー中に直接分散させることができるので、安全な標準的方法のレンズ着色が依然として可能である。本発明により、より素晴らしい(より高いコントラストの)青、緑、および赤が達成され、一方で、完全に白黒の桿体視力が部分的に抑制される。

0066

上述のノッチフィルタは眼鏡に適用できるだけでなく、日光窓屋内照明および人工屋内照明光源にも適用することができる。図14は、曲線100波長対透過特性を示し、その透過特性は、フィルム窓ガラス、処方および非処方眼鏡、さらには〜560nmのピーク波長を中心とする吸収ノッチ102を有する単一の狭帯域色素を組み込んだランプまたは電球などのスペクトル彫刻人工光源にも適したものである。この色素は、図12に関して上述したように、緑−赤の色覚障害の視力を強化するために緑色錐体応答スペクトルと赤色錐体応答スペクトルとの間にノッチフィルタを埋め込むことによって色覚異常を矯正するために使用される。図14の狭い透過帯102を生成することができる色素は、Exciton Corporation製の狭帯域色素ABS574および/またはABS594を有する。図14に示されるように、約500nmのピーク波長を有する第2の狭い吸収帯110もまた提供され得る。これは赤−緑の色覚異常を補助するのには重要ではないが、やはり図12に関して説明したように、わずかに青い色相を除去してより白い画像を作成するために含めることができる。吸収帯110は、約500nmより短い波長を有する光を吸収する数百万分の一部の幾つかの狭帯域色素を使用することによって製造することができる。しかし、ほとんどの色覚障害者は、眼鏡なしで、より鮮やかな屋内用の赤と緑色の屋内の日光の色覚を楽しむでしょう

0067

図14および本発明の色覚異常に対する改善策をより明確にするために、図12の図に関して言及されたほとんどの色覚異常の原因を再考するべきである。上述したように、図12は、赤錐体のスペクトル応答70とほぼ重なる網膜緑錐体スペクトル応答68を示す。研究は、狭帯域干渉ノッチフィルタが、網膜内の緑色と赤色の錐体のスペクトル検出器吸収波長の間に約580nm(図8Aも参照)に課されるならば、そしてより多くの赤色波長が通過できるなら、色覚異常網膜欠陥は 改善されることを示している。特定のEnchromaの先行技術の干渉技術がこの同じ領域にノッチを提供するために使用されてきたが、それはまた、図8Aの42に描かれている約490nmを中心とする不要な第2のノッチを生成する。先に述べたように、赤と緑を顕著に区別するためには、ほとんどの色覚障害者にとって、実際には約560nm〜580nmの赤と緑の錐体の間に集中する非常に狭帯域の吸収ノッチフィルタを1つ必要とするだけである。そのような赤と緑の鮮やかな色の区別は、図3A?3Eおよび図7に写真で示されている。単一の狭帯域吸収ノッチ色素102(図14)のみが使用される場合、結果として生じる鮮やかな(高色コントラスト)緑および赤の視覚は、わずかにより鮮やかな青色で強調されることになり、これは気分の良い増強剤である。さらに、図14から、単一の狭帯域吸収ノッチフィルタ102を有する色素を組み込んだ薄い窓フィルム(または透明なロールダウンシェード)は、−日光スペクトルの狭い黄−橙(〜560nm−580nm)を引いた部分−明るい屋内昼光窓照明を生成することになり、したがって、屋内の色覚異常照明(人工的な屋内照明が消えた状態)を鮮やかに補助することができる。そのような狭帯域窓フィルタは、全入射日光のわずかな割合を吸収するだけであり、通常の視力の人々によっては、緑色および赤色の屋内照明が強化された望ましいわずかに青色の屋内色相として解釈される。しかし、ほとんどの色覚障害者は、眼鏡なしで、より鮮やかな屋内用の赤と緑色の屋内の日光の色覚を楽しむであろう。そのようなフィルタのカラーバランスの調整は、前述のように、 フィルタを通して通過する光のわずかな青味を減らすべく110で示される第2の狭帯域ノッチを生成するために第2の色素または色素の組み合わせを加えることによって達成できる。

0068

窓への薄いポリマーフィルム接着を必要としない任意の色覚異常矯正窓ノッチフィルタが可能である。最近のほとんどすべての新しい窓は2重または3重窓であるので、前述の狭帯域色素または色素の混合物のミクロン厚のコーティングを、多重ガラス窓表面のうちの1つの内面に直接溶媒コーティングすることは容易にできる。窓ガラスは色素のための基材として用いられる。窓ガラス間に狭帯域色増強色素の極薄コーティングをこのように直接適用することは、フィルムを磨耗から保護し、屋内および屋外の視野の色覚異常を強化する一方で、誰にとってもより鮮やかな緑および赤を生成する。しかしながら、本発明の好ましい実施形態は、窓に適用される永久的な薄膜ではなく、その代わりに、窓シェードと同様に、色素が薄膜シェード(または多重シェード)に組み込まれた交換可能なプルダウン窓の薄膜である。

0069

上記の吸収ノッチ色覚異常フィルタ概念を、一段階さらに電球フィルタの実施形態で実行することは、夜間の人工的屋内照明条件下で、屋内での色覚異常を矯正することにつながる。白熱灯および蛍光灯は白色光スペクトルの連続照明を生成し、これは図11および図12に関して説明したように「ノッチフィルタ」することもできる。言い換えれば、白熱灯または蛍光灯光源からの連続光のほとんどは、緑−黄(〜560nm)光の小さな切り込みがなく、屋内照明用にまだ存在しているはずである。そのようなフィルタ処理された人工照明は、通常の視覚の人々にはより豊かな緑と赤でわずかに青みがかって見えるだろうが、ほとんどの色覚異常の人々は屋内の人工光の色覚異常に悩まされないだろう。本発明によれば、電球などの人工光源は、屋内の人工照明の色覚異常を矯正するために、図14のノッチフィルタで覆われるかまたは溶媒コーティングされる。同様の色覚強化はまた、狭帯域フィルタリングの現代の蛍光型の図17の発光ダイオード(「LED」)照明にも適用される。

0070

図15〜図17に示すように、屋内照明に対する上記の吸収色素アプローチの代わりに、新規で好ましい色覚異常LED照明アプローチが可能である。図15は、LEDランプ用の個々の狭帯域発光波長の典型的な配列を示し、図16は、元のLED準白色光源用の狭帯域赤、緑、および青の発光波長120、122、および124をそれぞれ示す。図17は、青色から赤色への連続したLED光を刺激してほぼ連続した白色光出力を生成する、最近の多蛍光体被覆高効率青色LEDを表す出力波形130を示しており、これは、3つの異なるLEDエミッタよりも究極太陽光スペクトル連続性に近いものである。青色刺激蛍光体は電気的により効率的な光源であるため、ほとんどすべてのLED電球は現在蛍光体タイプのLEDになっており、異なる色のLEDのように色覚異常を矯正することはできない。しかしながら、蛍光体タイプのLED電球は、住宅、商業施設、および職場の色覚異常を矯正するために、図17の狭帯域132によって示される吸収特性を有する薄膜吸収ノッチフィルタ色素で被覆または被覆することができることに留意されたい。明らかに、ノッチフィルタリングやLED色覚異常の矯正では少量のLED蛍光体光が失われるが、LEDは非常に効率的で、少量の吸収された光でも依然として優れた光源となる。非常に多くの人々が被っている色覚障害を無効にする遙かに重要な改善のために犠牲とする価値がある。図示のLEDノッチフィルタ132はまた、液体浸漬薄膜、または前述の1つ以上の狭帯域吸収色素を吸収させたいくつかの弾性またはゴム状薄膜シースのうちの1つの形態をとることもできる。

0071

吸収ノッチフィルタシースや眼鏡を必要としない、選択的な高LED効率色覚異常矯正は、緑−黄560nmスペクトルの光を放出しないことによってノッチフィルタをシミュレートするために複数の慎重に選択された狭帯域の個別のLEDからなる光源を組み立てることによって達成できる。図17のノッチ132のそれと同様である。上述したように、LED電球は図15に示す色/波長のパレットで利用可能であり、波形120、122、および124(図16)のRGB特性を有するLEDの選択は、所望の色覚異常矯正を提供する。しかしながら、図17の特定のフィルタの実施形態は、色覚異常ユーザに対し、個々の色覚異常者毎にLED色矯正を補償しかつ最適化するために、色覚異常LED連続電球の波長をより濃い赤と緑に無限に調整する選択肢を可能にすることに留意されたい。これと図16による選択された個別のLED電球の使用との間の違いは、図17の実施形態で利用可能な無限のLED調整であり、それはその特定の特性(より明るくまたはより暗く、またはより狭くまたはより広い個別発光ダイオードの色)のために各赤および緑のダイオードを選択する必要性とは対照的である。

0072

本発明の上記の狭帯域および広帯域のLED色覚異常の実施形態は、白色光照明ならびに色覚異常の矯正および色覚強化に適用される。明らかに、本発明のLEDの実施形態は、住居ごとに複数の電球、職場で色覚障害者ごとに複数の電球、およびほとんどの小売店に適用される。先行技術の温白色LEDは、色覚異常を改善するためにほとんど効果がない。冷白色および昼光の先行技術は、タイプ4および5(表1)の色覚異常を矯正するためになすことはさらに少ない。しかしながら、青の豊富な先行技術の蛍光体LEDは、実際にはタイプ6(表1)の青の色覚異常を改善するが、それは世界の人口の0.0001%(10万分の10)のみが被っているものである。カラーテレビカラーコンピュータディスプレイ、および携帯電話は、色覚異常の人々のためにビデオカラーを向上させるためにノッチフィルタリングすることができることにも留意されたい。

0073

先行技術の干渉ノッチフィルタは3つの可視光帯を吸収する(そして全利用可能光の約1/2を透過する)だけでなく、そのような先行技術はまた、残りの利用可能光の半分以上(〜60%)も吸収する2つの偏光フィルムを使用しなければならない。したがって、利用可能な光の約25〜30%だけが、ノッチと2枚のポラロイド(登録商標)フィルムとの組み合わせによってそれを通過させる。そのような先行技術の色覚異常矯正フィルタは、利用可能な屋内人工光の3/4を吸収して無駄にすることになり、これは最も許容できないことであろう。色覚異常の人々から大量の光を奪うのは、まさに間違ったことである。先行技術と本発明(図14の実施形態)とを比較すると、屋内色覚異常を矯正しながら、利用可能な全屋内人工光の約85%を保存することができる。これは、眼鏡のない人工的な明るい色覚異常照明や、色覚異常車両の窓にも当てはまる。本発明の色覚異常発明は、暗いレンズまたは暗い窓フィルムではなく、ほとんど検出されない非常にマイルドな色合いを表現するであろう。本発明は、はるかに少ない電力を消費しながら、3倍多い屋内光を色覚異常の人々にもたらすことができる。

0074

本発明の別の実施形態によれば、網膜の欠陥ではない、人間の色収差レンズの欠陥によって引き起こされるぼやけ色収差は、図5?5Cに関して上述したように、540?550nmのピーク網膜検出ゾーンではなく青および赤のスペクトルで自然に発生する。この欠陥はまた、本発明にしたがって視覚を向上させるために補償することができる。図18は、概して152および154で示される複数の波長域の入射光を吸収するように彫刻的に組み合わされた複数の狭帯域吸収色素を組み込んだ暗いサングラス(または他の眼鏡、処方および非処方の両方)を通過する光の透過率対波長特性を示す。これらの色素は、ピーク540nm網膜感度域を中心とする一次高透過率域156のものを除く実質的に全ての波長を吸収するように選択(または彫刻)される。狭帯域透過対狭帯域吸収について明確にするために、多数の重なり合う狭帯域吸収色素が基材の中または上に組み込まれると、スペクトル全体が吸収され、基材がほぼ黒く見えることがある。しかし、色素が1つの小さなスペクトルセグメントを除いて全スペクトルを吸収する場合、その結果は1つの狭い透過帯になる可能性がある。例えば、人間のレンズの色収差(ぼやけ)を排除することを目的とした狭い緑黄色の透過帯域であり、したがって、20/20の完全な視力よりもはるかに優れた視を提供する。

0075

単一の540nmの狭い透過帯域が本発明のこの実施形態にしたがって彫刻することができる唯一の波長ではないことに留意されたい。本発明は、一般に、1または複数の所望の透過帯域の狭帯域吸収彫刻および狭帯域透過を教示する。透過波長のこの彫刻の目的は、色にじみを大幅に減らすことによって視力を大幅に向上させることである。透過スペクトル150は、サングラス光学系を用いて20/20よりも良好な視野を生成し、約540nmに基本の狭透過帯156を提供し、これにより人間は、はるかに大きな距離で小さい対象物をより鋭く焦点合わせできる。例えば、図18の帯域156によって提供される、狭帯域の緑−黄色の20/10サングラス視力を有する人は、200フィートの距離で小さい対象物を鮮明に焦点合わせすることができるであろうが、「完全な20/20」視力を有する人は 同じ小さな物体に鋭く焦点合わせするには、200フィートから100フィートに移動する必要がある(図5の視力表を参照)。この例は、視力矯正レンズが不要であることを示唆するものではない。処方眼鏡、コンタクトレンズ、および/または外科視力矯正は依然として人口の約60%に必要である。本発明は、処方された光学矯正光学系の後、またはそれと組み合わせた場合に、20/20の視力を超える上記の驚異的な視力焦点の改善をもたらすことができる。

0076

図18の光学系はゴルファー、野球選手観客、そして標的射手にとっては優れた選択であるが、自動車ドライバーには適していない。この狭帯域単一透過光学系(狭帯域吸収光学系ではない)は、ユーザが、黒く見えてしまう赤い信号機などの赤い物を見るのを防ぐ。図18の狭帯域緑−黄透過光学系は、緑色および黄色の信号灯視力を可能にし、高速道路の運転者に合法的な最小量の赤信号を提供するために、図中に「好ましい赤色透過」と記された小さな赤色透過帯域160を含むように容易に彫刻することができる。ここでの赤い目的は安全性であり、視力ではない。20/20をはるかに超える視力の大部分は、約540nmを中心とする非常に狭い透過帯156によって維持されている。したがって、通常の赤の色にじみは青の色にじみの度数と比較して例外的に無視できるほどであり、本発明はさらに赤の色にじみをほとんど検出できない赤のハローにするために、赤の透過を約5〜10倍減少させる。したがって、本サングラスの実施形態は、スポーツマンおよび自動車運転者に非常に適しており、20 / 20よりもはるかに優れた視界をもたらすために、540nmで1つの狭い透過帯域の光と、わずかな量のわずかにぼやけた赤色透過を可能にする暗いサングラスを提供する。上記のように著しく改善された視力は、運動選手および観客にとって著しい競争スポーツの利益をもたらす。たった20/20の視力しかない人は、著しいスポーツの不利益を被るであろう。ユーザは交通標識を2倍も遠くまで読むことができる。図18の光学系の圧倒的な特徴は、はるかに長い距離で対象物により明確に焦点合わせするための超高視力である。ただし、図18は全スペクトル製品ではないため、このような光学系は色覚異常を矯正しない。

0077

本発明の他の実施形態は、全スペクトル視力および20 / 20の視力よりも改善された視力を企図する。したがって、前述のように、(紫外線損傷から眼を保護するため)可視スペクトル全体を透過する広帯域UVAおよびUVB色素などの長波、広帯域、鋭いカットオフ材料の例が多数ある。他の鋭い遷移広帯域色素は、UV波長を吸収するだけでなく、図18の162に示されるような青色波長、または164に示されるような赤色波長も同様に吸収する。これらの広帯域の鋭い遷移色素は、本発明の非常に狭帯域の色素発明の彫刻の主題から逸脱することなく他の色素と組み合わせて使用することができる。したがって、それらの長波長側(図18、色素広帯域吸収体164参照)またはそれらの短波長側(図18、色素広帯域吸収体162参照)で鋭い吸収遷移を示すいくつかの広帯域吸収体材料は、図18の波長152および154によって示される1または複数の非常に狭帯域の彫刻色素と組み合わせることができる。

0078

単一の色素の代わりに、帯域162によって示されるただ1つの広帯域長波の鋭いカットオフ色素+波形164によって示されるただ1つの広帯域短波長の鋭いカットオフ色素が組み合わされている本発明の実施形態は、約540nmを中心とする1つの狭帯域透過帯域156を生成するために組み合わされ、例外的に色収差のない視野を生成するが、そのような単一帯域通過レンズは、上述のように赤信号の透過がほとんどまたは全くないので決して高速道路運転に使用してはならない。そのような単一の透過帯域通過フィルタは、精密ターゲットシューター望遠鏡などには有用であるが、高速道路運転には有用ではない。1960年に、ギブソン(Gibson)ら(1935)による、およびイルフォード(Ilford)らによるゼラチン狭帯域フィルタなど、先行技術の彫刻不可能な帯域通過ガラス光学系(プラスチックではない)が存在する。しかしながら、本発明以前には、ほとんどあらゆる可視波長で多重狭帯域吸収フィルタを彫刻することはできなかった。

0079

一般に、本発明は、異なる波長で異常に鋭いカットオンおよびカットオフ吸収勾配を示す狭帯域吸収色素の組み合わせを利用する。この特徴により、狭帯域色素は、図18の実施形態だけでなく、本発明によって企図される他のほぼ無限の数の実施形態についても、ほぼ正確にかつより柔軟にほとんどすべての望ましい透過帯を彫刻することができる。「実施形態」とは、5/20nmだけでなく、ほぼあらゆる理想波長に彫刻され、異常に鋭いカットオンおよびカットオフを示す、20/20以上の視力のための様々な単一狭帯域透過光学素子を意味する。さらに、2つ以上の透過帯を異なる波長で彫刻して、わずかにオフホワイトの色相を有するレンズを得ることができる。さらに、狭帯域色素および急勾配広帯域色素を組み合わせて、広範囲にわたる発明の彫刻可能な思想を達成することもできる。

0080

典型的には100nmから300nmを超える帯域幅を透過する一般的な従来の非常に広帯域のカラー染料は、本彫刻可能な発明の思想には含まれていない。何百万ものそのような従来の染料(色素)は、ぼやけた色収差を完全に排除することはできず、鮮明な高色コントラストのフルスペクトル視力を創出することができない。例えば、典型的な非常に広帯域の黄色透過または橙色透過色素は、実際には、ほとんどの緑色スペクトルおよび全赤色スペクトルからなる約200nm幅のスペクトルを透過し、青色および緑色のスペクトルの一部のみを遮断する。そのような一般的な広帯域の黄色またはオレンジ色の色素は、白色(フルスペクトル)の画像をレンダリングすることができず、広帯域の強い太陽光を適切に遮断することができず、ぼやけた赤色の色歪みを除去することができない。濃い黄色または濃い橙色のサングラスを実現するために広帯域スペクトル(中間色)のグレー色素を広帯域の一般的な黄色または橙色の色素に添加しても、視力は損なわれたままである。同じ欠点が、すべての先行技術の広帯域色素および色素の組み合わせにも当てはまる。 広帯域色素スペクトル彫刻はほとんど役に立たず、ファッションの色付けに追いやられたままであるが、視力の向上にはつながらない。

0081

図19スペクトルグラフ、および図19のブロック図バージョン図20は、本発明のサングラスおよび暗い薄膜窓ガラスタイプのフィルタの実施形態の両方に対する好ましい3重狭帯域透過特性を示し、全体の色覚異常桿体スペクトル応答をいかにして最小限に抑えることができるかを示している。すなわち、すべての人に強化された色覚を創出しながら、明るい日光のまぶしさの大部分を最小限に抑える方法、赤−緑の色覚異常を矯正するために狭帯域560nmノッチを同時にブロックする方法である。グラフ19および20はまた、眼鏡、スコープ、窓、懐中電灯などの、視力および焦点を向上させるための、約500/590nmを中心とする20/20よりもはるかに優れた単一狭帯域フィルタオプションのスペクトル特性を示す。それは、ユーザが赤い信号機を見ることができるように彫刻された赤の透過帯域を選択的に含めることができる。より具体的には、図19は、青、緑、および赤の網膜吸収、または網膜感度の帯域200、202、および204を示し、それぞれ通常のRGB網膜センサの感度をそれぞれ表す(図11を参照)。この網膜吸収グラフに重ね合わせて、それぞれ206、208、および210により、3帯域全スペクトルサングラスおよび3帯域全スペクトル窓に望ましい3つの好ましい狭い光透過帯域が示されている。上述のように、これらの透過帯域は、図20の対応する青、緑、および赤の透過ブロック220、222、および224によってさらに示されるように、約450nm、530nm、および600nmを中心とする。また、図19において、この暗い外観の本発明の全スペクトル実施形態は、色覚異常を矯正するために約560?580nmで透過帯208と透過帯210との間の狭い吸収帯を意図的に位置付けていることに留意されたい。同じ効果が図20ブロック形式で示されている。言い換えれば、暗い窓と暗い日除け装具は、3つの機能を同時に果たすことができ、すなわち、明るい日光を遮断し、誰にとっても色覚を劇的に高め、そして色覚異常を補正することである。

0082

本発明が、20/20より良好な視力を生成する図18の実施形態について、スペクトルの黄−緑部分における透過帯域156以外の全ての入射光を遮断するために選択され、彫刻された幾つかの色素の使用を企図していることに留意することは有用である。同じ考え方を拡張することによって、本発明の希少かつカスタマイズ可能な色素のほぼ無限に柔軟な性質は、図20(a)に示される本質的に任意の所望の独特の1個、2個、3個または他の複数の狭帯域透過の組み合わせを彫刻することができる。同様に、1〜2個の狭帯域吸収色素を使用して〜560nm前後の波長のノッチバンドを吸収すると、400nm〜700nmの全可視スペクトルにわたって高い全体の光透過率(ほぼ透明なレンズ)が得られる。また、ほとんど透明な光学系(暗い日除け装具光学系ではない)を使って、色覚異常の大部分を補正することができる。本発明の最も広い意味では、奇態および非定型の個々の色覚異常の網膜をより完全に一致させて矯正するために、ノッチスペクトル吸収レンズを注文製造することさえ可能である。後者の性能は、(以前に引用した)狭帯域色素製造業者が、より広い多様な狭帯域色素を生成するべくそれらの個々の色素の狭い吸収帯域をシフトするためにそれらの個々の分子色素構造をわずかに修正する能力を有することを思い起こすことによってより明確にされる。それは図20(a)に象徴的に描かれているように、帯域212から219はピーク吸収波長を示し、214は狭い吸収帯域の対の間の透過帯域を示し、216および218は各色素の濃度を増減することによって各狭い吸収帯域幅をどのように広げまたは狭めることができるかを示す。図18の単一の狭い透過帯域156の概念の広範囲の教示によれば、中心透過波長は、赤および緑の白熱電球信号機等をカバーするが、これらに限定されず、他の驚くべき用途のために本質的に他の任意の狭い透過帯域波長に配置することができ、それにより色覚異常の高速運転者のために狭帯域の赤と狭帯域の緑の光を放射することができる。このような非常に安価な用途は、交差点の信号機を狭帯域のLED信号機に変換するよりもはるかに安価である。

0083

いくつかの帯域に応答する標準的な網膜センサの種類は、図19および図20において識別されており、「S」は420nmでピークに達する波形200に応答するセンサについて「短い」を意味し、「M」は534nmでピークとなる波形202に応答するセンサについて「中くらい」を意味し、「L」は564nmでピークに達する赤い波形204に応答するセンサについて「長い」を意味する。広いスペクトルの光に応答する高応答性白黒網膜桿体センサータイプ応答特性は「R」で示され、曲線240は498nmでピークに達する。3つの青、緑、および赤の透過率曲線200、202、および204の下の全面積に対する曲線240によって画定される桿体視野面積の比は、本発明によって改善することができる。したがって、白黒桿体信号の非常に広い帯域のいくつかは、統合された「R」、「G」および「B」の色信号よりもさらに低減することができる。言い換えれば、R、GおよびBの錐体信号ほど減衰させずに、桿体センサによってかなり弱い白黒信号を生成することができる。これは、先行技術の脆弱層間剥離可能な狭帯域干渉フィルムを必要とせずに、全スペクトルサングラス色覚のより鮮明なまたはより高いコントラストをもたらす。従来技術と比較した本発明の同様のいくつかのさらなるスペクトルの達成に留意されたい。すなわち、緑−赤の色覚異常を矯正するための約560nmの狭い「ノッチ」フィルタと、網膜に到達する結果として得られるより高い正味の光である。

0084

図19は、曲線240で示されるように、約498nmをピークとし、非常に広帯域(400nm〜600nm)の検知器である、非常に広い超高感度だが完全に色覚異常の網膜桿体を通常、活性化するスペクトルの大部分を彫刻し減少させる本発明の性能を示す。「正規化された」図19図20スペクトル曲線は当てにならない。以前に強調したように、網膜の完全に色覚異常の桿体感受性は、錐体よりも数倍(約5倍)敏感である。図19相対スケール(「正規化」スケールではない)で描かれている場合、非常に広い498nmの桿体帯域240は、3つの420nm、534nm、および564nmの錐体帯域200、202、および204にそれぞれ広がる。色覚異常の桿体信号は、弱いカラー景色を圧倒する望ましくない白黒画像を生成する。メゾピック(中程度の明るさのレベル、または非常に暗いサングラスの状態でさえ)下での色検出および色コントラスト画像は、弱い光の状態では画像を「グレー」にする傾向がある。非常に敏感な498nm桿体検出帯域240の下の領域は、色覚錐体曲線の下の色検出領域の大部分を凌駕しかつ支配するであろう。錐体視力は、弱い光と暗いサングラスによってひどく損なわれる。しかしながら、3つの狭い透過帯域220、222、および224を使用する本発明は、帯域220、222、および224の間の498nmの広いスペクトルの大部分を大きく吸収することができる。言い換えれば、通常白黒画像を見る非常に敏感な桿体検出波長のほとんどは刺激されず、そして活性化されないであろう。コーンは、比較的高い割合のRGB透過光を受光するであろう。特に、吸収され、約460nmから510nmまでの桿体を活性化しない、透過帯222と224との間の図20の広帯域の光を参照されたい。そのほんのわずかな帯域の光が、非常に敏感な桿体に届くのである。その結果、桿体信号に比べて青と緑の錐体信号の比率が増加する。よりカラフルな色覚が可能である。その結果、統合錐体信号の統合桿体信号に対する比率が増加するため、色が損なわれたグレーのメゾピック視覚の代わりに、より鮮明なカラー視覚が可能になる。図20は、本発明の暗い(平均透過率10%)サングラスバージョンの過度に単純化された図であり、本発明がどのようにして従来技術における白色光スペクトル全体の減衰の代わりに、暗いがより鮮明なサングラスを実現するために透過帯域の狭窄化と桿体ブロッキングを用いるかを示している。白色光と桿体波長の約90%がどのようにブロックされるかに注意されたい。それでも、青(220)、緑(222)、および赤(224)の高コントラスト狭帯域の〜80%が錐体に強い色を透過させることによって、明るいサングラスの日中に強化された色覚を生成する。複雑な心理的な「コントラスト」視力錯覚を理解するために、図1を参照されたい。このように、選択的かつ彫刻された透過帯域の狭帯域化を採用することによって、いくつかの網膜の利点が同時に生み出される。1)減少した桿体刺激が、正常な視力の人にとって、メゾピック色コントラスト視覚と、早い時間帯と遅い時間帯の色覚とを改善する。2)色覚異常用の暗いサングラス色コントラスト視覚は、明るい晴れの日に強化される。3)先行技術の入射角色変化は起こらない。4)赤、黄、緑、マゼンタ、白、および黒のフルカラースペクトル知覚を維持することができる。図20は、70億人の普通の人に高い色コントラストのサングラス視力を提供するだけでなく(図2参照)、4億7000万人の色覚異常の人々にも色覚を向上させることに注意されたい。

0085

メゾピック(弱い光)領域では驚くべき視力が可能となる。図19に示されるように、適切なフィルタリングは、色強化眼鏡において眼の中の円錐対桿体比の電気信号コントラストを改善する。それはまた、本発明が暗い窓ガラスのグレージングとして使用されるときに屋内から屋外への改善された視認性を生み出し、それはまた、本発明によってグレージングされた部屋の窓の屋内太陽光照射を色強調する。狭帯域の吸収フィルタ処理された(グレージングされた)日光の下で、色覚障害の人でも、より鮮やかな屋内の真のカラーアイテムを見ることができる。本発明は、遺伝的に3つの赤、緑または青の受容体を完全に欠いている一部の色覚異常の人々には適用されないが、本発明がほとんどの色覚異常について視力を著しく改善できることは確かである。さらに、本発明が、ほぼすべての人にとって、鮮やかな色覚と人間の生産性を同時に著しく改善することができることも同様に確かである。

0086

特に100℃近くの非毒性の熱溶剤に溶解する場合、溶解性狭帯域色素は、小売用眼鏡ディスペンサによる狭帯域着色のいくつかの混合物によってCR39レンズのような透明プラスチックレンズを、特にほとんど色覚異常または色覚欠陥の人々にとって価値のある鮮やかな色強化光学系に変えることを可能にする。任意選択的に、眼鏡技師は、処方眼鏡または非処方眼鏡を着用する色覚障害のない人々の視力を劇的に強化することができる。狭帯域色素は、多くのポリマー、モノマー無毒性および不燃性油、そして好ましくは界面活性剤ベースの超無毒性熱水溶液に可溶性および分散性であることが知られている。したがって、本発明のいくつかの別々の狭帯域着色色素の混合物を装備した眼鏡技師は、患者が待っている間に、ほんの数分で、異なる種類および程度の色覚異常をカスタム矯正することができる。同様に、本発明の他の多くの変形態様を装備した眼鏡技師は、強化されたサングラス色覚を生成することができ、そして既存の処方眼鏡患者および非処方患者に対して「完全な20/20視力」よりもよいものを生成することさえできる。さらに、柔らかく多孔質のコンタクトレンズでさえも、狭帯域色素で穏やかに前染色されることができ、より鮮やかな色覚を作り出す高度に透明なコンタクトレンズを製造することができる。本発明のコンタクトレンズに必要とされるほんの百万分の一の色素化学物質は、界面活性剤が水に添加されない限り水溶性ではなく、そして色素化学物質も非毒性であり、したがって、コンタクトレンズ患者に処方するのに安全であるべきである。

0087

拡張により、そして上記の眼鏡レンズ着色と同様に、本発明の熱い狭帯域混合物溶液により、好ましくは水ベースの界面活性剤のカスタム染色により、薄膜窓ガラスポリマーをカスタム着色することができる。後者のオプションは、複数の(重なり合う)透明なプルダウンウィンドウシェードを含む、カスタムのフィールド着色建物および車両ウィンドウオプションの無限の多様性を開き、それは、色を強化し、20/20視力を鮮鋭にし、かつ/または、労働生産性を著しく向上させ、偏光を遮断し、そしてプルダウンシェード光学効果のほぼ無限の類似した組み合わせをもたらす。

0088

もう1つの驚くべきメゾピック視力強化は上記から推測することができる。非常に優れた単一の530nmから550nmの緑がかった黄色のLED発光懐中電灯/スポットライトヘッドライトの実施形態が可能である。図15、16、および17に関して説明したように、530〜550nmの波長域の狭帯域LEDが利用可能である。しかし、通常、懐中電灯に狭帯域の緑がかった黄色のLEDを選択することはない。ほとんどの人は、白色光の懐中電灯が遠方での色覚をレンダリングすると誤って想定しているからである。これは非常に欠陥のある想定である。白色光で照らされた遠方の物体は、非常に弱い暗所(厳密には白黒)の桿体網膜像のみを返す(反射する)。基本的に色はまったくない。人間の心は、網膜色錐体では検出できない幻想的カラー画像を作り出す傾向がある。白い懐中電灯から戻ってくる非常に薄暗い青と赤のスペクトル光の大部分は、不活性な錐体に当たってしまい、人間のレンズによって著しく色がぼやけてしまい、低い光レベルでは桿体だけが活性になる。このような非常に弱く遠方の暗視条件下では、青、緑、または赤の錐体は作動しない。したがって、単一の狭帯域の緑がかった黄色の530nmまたは550nmのLED光ビームは、実際に検出可能な光を戻し、はるかに鮮明な焦点と最も明るい検出可能な光を生成する。これらはすべて懐中電灯の電池寿命を大幅に延ばすだろう。520〜550nmの狭放射帯域LED懐中電灯は、最高の遠方補助なし暗視画像をレンダリングするのに最適である。最も鮮明な焦点は緑黄色の光になるが、最高の桿体感度は498nmになる。したがって、520nmのLED光は、色覚異常吸収光学系(560nm)でさえもブロックしないという良い妥協点となるであろう。もう一つの便利な懐中電灯は、最大距離の暗所視(ピーク感度)桿体視力のために、498nmの放射青色光に切り替えられたクローズアップ色覚のための切り替え可能な白色LEDであろう。

0089

これまでのところ、本発明は、狭い透過帯域の光の彫刻も可能にする、偶然とも考えられる新規な彫刻された狭帯域吸収フィルタリングに主に取り組んできた。この種のコントラスト色の強調は、図21に示す加法色知覚と呼ばれ、これは、原色の赤、緑および青(RGB)の光が眼に到達する前に加算されると、白が知覚され得ることを示す。加法波長混色は、目に到達する前に2つ以上の波長の光を加えることによって作り出される。赤、緑、青は、眼鏡、電球、プロジェクタコンピュータ端末などの加法混色システムで使用される加法混色の主波長である。図21からわかるように、黄色の光は単に緑色の光と赤色の光を足し合わせたものである。しかし、緑プラス赤だけではなく、純粋な黄色の波長の光が存在することを強調しておく必要がある。減色のもう1つの古典的な世界を図22に示す。これは、塗料と同様に、眼に到達する前に、黄色、マゼンタ、シアン(Y、M、およびC)の主化学物質が反射された白色光から色を差し引かれる方法を示している。減色法によって黒色光(より正確には、光無し)を生成することができる。原色の減法混色の黄色、マゼンタ、シアンは、塗料、インク、衣服などに幅広く使用されている。白色光スペクトルに単一の「マゼンタ」波長のようなものがないことに注意されたい。真の黄色の光は、純粋な白色光のスペクトルに存在する。したがって、黄色とマゼンタとシアンの光を合わせても「黒色光」は生じない。黒はすべての色の光が完全に存在しないことである。

0090

ここでの、これまでの色覚の議論はすべて透過および吸収光学系を包含していた。(例えば)白い紙の上のインクまたは塗料の場合、狭帯域透過インクまたは塗料の入射白色光照明は最初に材料を通過しなければならず、残りの狭帯域光が白色の基材紙で反射され網膜で単一の真の狭帯域の色として受け取られる前に、すべての波長が狭帯域材料によって吸収される。広帯域反射顔料は、狭帯域の光を反射することはできない。したがって、狭い反射色帯域の光は、本発明に特有の、まだ想像もつかない印刷カラー画像を生成することができる。この文書を通して、例外的に狭い帯域の吸収色素を彫刻して、色覚異常の治療法およびより活発な正常視力を含む予期せぬ強化された視覚を作り出すことができることが指摘されてきた。図23に示すように、本発明の狭帯域インクを白紙上に付着させると、同様に驚くほど鮮やかな色のコントラストが生じる。

0091

図23は、スペクトル曲線300によって示される非常に広帯域の緑−赤の先行技術の黄色インクをグラフで示し、それは白い紙の上で「黄色インク」として知覚される。白い紙によって反射される1つの狭帯域の純粋な580nmの黄色光304を除いて、全てが狭い波長302を有する複数の色素によって吸収される、白い紙に当たる白色光の応答も示されている。白色光中に存在する真の黄色光は、インクを透過して白色紙に当たり、続いて白色紙からほぼ全反射し、再びインクを通過して純粋な狭帯域黄色光として網膜に現れることができる。この狭帯域黄色インクの例は、「黄色インク」としても知覚されるスペクトル曲線300によって示される先行技術の広帯域黄色インクとは著しく異なるが、そのような従来技術の広帯域黄色インクは、実際にはかなりの量の緑、黄、橙、および赤の光で構成されている。本発明は、擬似色ではなく、いくつかの狭帯域吸収色素を使用して、真の狭帯域スペクトルインク色を彫刻することができる。さらに、本発明のインクは、図23に示されている黄色インクの例だけではなく、これまで人間の眼には見られなかった無限の独自のインク色の配列の生成を可能にする。網膜検出の最端部で約400nmを中心とした超深青色狭帯域インク(図示せず)は、本発明の彫刻可能なインクの発明によって製造することができる。青、緑、黄、橙、赤、マゼンタ、およびシアンのインクのほとんどすべての真に独特な色相は、本発明の教示を使用することによって当業者によって生成され得る。無数の独自の高い安全性のインク用途が豊富にある。さらに、狭帯域インクの三原色(青、緑、および赤)がカラー画像を印刷するために使用される場合、図3Eの強化写真に示される人間の視覚画像と同様に、非常に高い色コントラストのマトリックスドット画像が生成され得る。これまで印刷物では見られなかった色を含む印刷されたマトリックスドットカラー画像が可能になる。マトリックスドット印刷画像は、元の景色の色よりも鮮やかであるように眼には見える。例えば、現実の景色が非常に濃い400nmの青の物体を含む場合、従来技術の典型的な480nmの青インクは、そのような元の400nmの青のカラー景色を再現することができない。したがって、560nmの吸収ノッチ特性を有する狭帯域インクドットは、図3Aのように色覚異常を補償し、色覚異常用のフルカラー画像をレンダリングするべくマトリックスドット印刷することができる。ここで詳細を説明しなくても、色覚異常の減色塗料を、色覚異常用の補正されたカラー画像をレンダリングするように設計することもできることは当業者には明らかであろう。それにもかかわらず、特に最大コントラスト比較のために互いに隣接して塗装されている場合には、任意の波長の単一狭帯域カラー塗料を白色表面上に塗装して、従来技術の塗料によって以前は知覚されなかった鮮やかな高コントラスト単色を得ることができる。そしてもちろん、狭帯域マトリックスドット印刷画像を白地に印刷して、鮮明な高コントラスト画像をレンダリングすることができ(図3E)、それは、白い背景紙、ポスター、白い高速道路の看板、あるいは写真用フィルム投影では、これまでに認識されたこともなかった。

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