CN110234499B - 用于增强人类色觉的光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于创建光学装置的系统、方法和一种增强人类色觉的装置。用于创建所述光学装置的所述系统、方法，以及装置包括基板、提供在所述基板上的多个薄膜层和应用于所述多个薄膜层的多个着色剂层，所述多个薄膜层包括多种材料，所述多种材料基于所选多种材料各自具有的折射率创建薄膜特定反射光谱，所述多个着色剂层包括至少一种着色剂，所述着色剂基于所选浓度限定的着色剂特定吸收光谱创建。

Description

用于增强人类色觉的光学装置

相关申请的交叉引用

本申请要求如下中国专利申请的优先权：2016年8月30日提交的题为“优化人类色觉感知的光学装置设计方法、光谱及亮度测量方法”的中国专利申请201610758199.3，2016年8月30日提交的题为“一种具有优化人类色觉感知的透射光谱的光学装置”的中国专利申请201620978769.5，2016 年8月30日提交的题为“一种基于着色剂的光学装置及其人工智能的设计方法”的中国专利申请201610756979.4，2016年8月30日提交的题为“一种以着色剂作为活性成分的光学装置”的中国专利申请201620980335.9， 2016年8月30日提交的题为“改善色彩感知和矫正色盲色弱视觉的人工智能透镜及设计方法”的中国专利申请201610761687.X，以及2016年8月30 日提交的题为“一种矫正蓝黄色弱色盲的光学装置及其设计方法”的中国专利申请201610761686.5，每篇申请署名发明人K·瓦伦丁(KeenanValentine)，每篇申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于增强人类色觉的光学装置，并且更具体地，提供了一种用于创建光学装置的系统、方法和一种增强人类色觉的装置。

背景技术

遗传性色觉缺陷和获得性色觉缺陷(CVD)是人类颜色感知的缺陷，目前眼科行业通常不能很好地解决。已经生产并销售简单的红色或类似的有色镜片。这种解决方案通过使能让CVD个体混淆的颜色的色调失真来产生感知的颜色对比，因为这些色调与这种人可以区分的色调相混淆。这种类型的产品通常不令人满意，因为它们不能帮助CVD人员感知原始颜色。

其他类型的镜片通过增加混淆颜色的饱和度来试图使CVD人员更好地区分这些颜色。这些镜片的有效性不如上述解决方案那么高。

由于用于这些类型的镜片解决方案的设计和结构的传统方法，限制了其性能特性。而且，这些镜片解决方案没有设计成在不同类型的照明和色觉条件下具有基本不变或可控变化的性能特性。

黄化的人类天然晶状体或黄色人工晶状体(IOL)的黄色视觉(YCV) 引起颜色感知失真。目前的眼科解决方案没有解决用于YCV的颜色矫正镜片的使用。

因此，需要针对这些和其他视觉问题的更优质的解决方案。

发明内容

本发明公开了一种用于创建光学装置的系统、方法和一种增强人类色觉的装置。用于创建光学装置的所述系统、方法，以及装置包括基板、提供在所述基板上的多个薄膜层和应用于所述多个薄膜层的多个着色剂层，所述多个薄膜层包括多种材料，所述多种材料基于所选多种材料每种具有的折射率创建薄膜特定反射光谱，所述多个着色剂层包括至少一种着色剂，所述着色剂基于所选浓度限定的着色剂特定吸收光谱创建。

创建所述光学装置的方法包括：通过选择着色剂、创建所选着色剂的浓度并创建含有所述着色剂的一个或多个层来创建着色剂特定吸收光谱；通过选择多种材料、选择薄膜中的层数、创建每个膜层来创建薄膜特定反射光谱，所述多种材料各自具有折射率；以及构建光学装置，所述光学装置包括所创建的含有所述着色剂的一个或多个层和所创建的膜层。

附图说明

从以下结合附图的实施例给出的描述中可以得到更详细的理解，其中：

图1示出了用于增强人类视觉的光学装置的横截面示意图；

图2为通过使用着色剂和/或薄膜构建图1的光学装置的方法，以获得所需的透射光谱；

图3示出了用于设计图1的光学装置的透射光谱的方法，以满足最小透射约束并实现CPI目标；

图4示出了使用用于正午日光照明条件的CIE D65光源的三个色域的图；

图5示出了使用用于图4中的光学装置的CIE F2光源的三个色域的图；

图6示出了用于红绿CVD矫正的附加的样本目标透射光谱；

图7示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图8示出了用于由图7的透射图示出的装置的制造方法；

图9示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图10示出了用于由图9的透射图示出的装置的制造方法；

图11示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图；

图12示出了用于由图11的透射图示出的装置的制造方法；

图13示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图14示出了用于由图13的透射图示出的装置的制造方法；

图15示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图16示出了用于由图15的透射图示出的装置的制造方法；

图17示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图18示出了用于由图17的透射图示出的装置的制造方法；

图19示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图20示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图21示出了用于图1装置的构造的透射光谱对波长的图；

图22示出了用于由图21的透射图示出的装置的制造方法；

图23示出了用于找到光学装置的透射光谱的方法，该光学装置的透射光谱在分配的搜索迭代内或在预定的时间内满足最小透射约束并实现CPI 目标或实现最佳CPI用于黄色视觉(YCV)矫正应用；

图24示出了天然黄化的晶状体或类似黄化的人工晶状体(IOL)的透射光谱以及用于矫正YCV的光学装置的透射光谱；

图25示出了存在的色觉色域；

图26示出了用于本发明的构造的透射对波长的图；

图27示出了眼镜镜片对于眼睛的几何形状；

图28示出了RVF的横截面视图；

图29示出了横截面图以表现y，y为RVF的层i的光学或物理厚度，是距离观察中心的径向距离x的函数，其中，yo是RVF的层i在光学装置的观察中心处的光学或物理厚度；

图30示出了RVF的一个或多个层的光学或物理厚度分布的多个示例，其是作为距离本文所述的光学装置的观察中心的径向距离的函数；

图31示出了，对于E＝1.2(光学装置到眼睛的距离)并且ds1＝ds2＝0的构造，距离光学装置上的观察中心的径向距离x与AOI之间的直接关系是严格相关的增加；

图32示出了在各种AOI下用于RVF的7层结构的透射光谱；和

图33示出了用于RVF的结构而获得的颜色色域。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如特定结构、组件、材料、尺寸、方法步骤和技术，以便提供对本实施方式的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方式。在其他情况下，没有详细描述公知的结构或方法步骤，以避免使实施方式模糊不清。应当理解，当诸如层、区域或基板的元件被称为在另一个元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”或“直接”在另一个元件上时，不存在中间元件。还应当理解，当一个元件被称为在另一个元件“下”、“下面”或“下方”时，它可以直接在另一个元件下或下方，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”或“直接”在另一个元件下方时，不存在中间元件。

为了在以下的详细描述中不使实施方式的介绍模糊不清，可以将本领域中已知的一些结构、组件、材料、尺寸、方法步骤和技术组合在一起用于介绍和用于说明目的，并且在某些情况下，可以不详细描述它们。在其他情况下，可以根本不描述本领域中已知的一些结构、组件、材料、尺寸、方法步骤和技术。应该理解，以下描述更侧重于本文所述的各种实施方式的区别特征或元件。

本文所述的是使用吸收性着色剂和/或反射性薄膜的光学装置的各种设计和结构，以增强人类色觉并矫正色觉缺陷(CVD)和黄色视觉(YCV)。这些光学装置提供透射光谱以实现上述效果，同时控制色移，即色移，其由于可变照明(例如早晨、中午和下午日光，荧光照明和发光二极管(LED) 照明)影响装置的性能和美观。另外，光学装置提供适当的透射光谱以矫正和/或减少由于诸如黄化的天然晶状体或黄色人工晶状体(IOL)的原因引起的YCV。还描述了径向可变滤光片(RVF)，其结合上述效果并且减少来自光源的可变入射角(AOI)的装置性能差异。还描述了提供光学装置的设计和结构的方法。

本发明提供装置和用于构建具有所需的透射光谱的光学装置的方法，以增强正常的人类色觉，矫正红绿和蓝黄色觉缺陷(CVD)，并矫正黄色视觉 (YCV)。通过迭代地构建比色性能指标(CPI)的组来建立这种光学装置的目标透射光谱，其包括红绿色觉分离，蓝黄色觉分离和控制色移。色移控制包括限制光学装置的美饰的白点(WP)的色调、距离光学装置的中性点的 WP偏移(WPS)以及在不同照明条件下和具有不同色觉的观察者评估的装置的亮度变化。

本发明描述了如下设计和制造：(1)具有构建的透射光谱的光学装置，其适于增加红绿颜色分离以矫正红绿色觉缺陷(CVD)，(2)具有构建的透射光谱的另一种光学装置，其适于增加蓝黄颜色分离以矫正蓝黄CVD，(3) 具有构建的透射光谱的另一种光学装置，其适于将人的黄化色觉矫正到中性或近中性白点(WP)。中性体现白色和灰色等级。本文所述的光学装置还可以被设计和构建成具有所需水平的亮度、美饰色调(包括无色调)、其他光谱中的色移的控制和色度性能特性。光学装置可以是镜片、眼镜(glasses)、太阳镜、眼镜(spectacles)、隐形眼镜、滤光片、显示器、挡风玻璃、人工晶状体、窗玻璃以及适于透射和/或以其他形式改变光线的任何其他的光学或眼科材料。该光学装置可以具有为光学装置设计的任何光学功率、曲率或其他特性。

该光学装置具有与目标透射光谱最接近匹配的透射光谱，其结构包括(1) 通过选择具有摩尔消光光谱的着色剂、为每种所选的着色剂创建浓度并创建含有染料浓度的一个层或多个层或具有厚度的整个基板来创建着色剂特定吸收光谱，和/或(2)通过选择材料及其折射率、选择薄膜的总层数、选择材料堆叠顺序(例如交替堆叠顺序)并创建每个膜层的光学或物理厚度来创建薄膜特定反射光谱，(3)通过组合来自吸收着色剂和反射薄膜涂层的透射光谱构建光学装置的总透射光谱，以及(4)如果构建的透射光谱达到目标透射光谱，或者达到最大允许迭代或在一些预定的迭代之后在光谱失配(在构建的和目标之间)中无变化，或者达到一个或多个其他停止标准，则结束迭代，并保存结果。由此的光学装置的构成包括：最接近匹配目标透射光谱的光学装置的构建的透射光谱、着色剂选择、着色剂层或整个基板厚度、着色剂浓度、具有折射率的薄膜材料、膜层的光学或物理厚度、膜层总数和层堆叠顺序，以及如果未达到(4)中的停止标准，则继续迭代着色剂和/或薄膜结构，以实现光学装置的目标透射光谱。

构建光学装置的目标透射光谱的具体方法包括：创建一个或多个光源，创建颜色匹配函数，创建用于颜色增强、CVD矫正和/或黄化色觉矫正评估的色谱，创建颜色空间，创建光学装置的满足最小透射要求的透射光谱，评估红绿颜色分离和/或蓝黄颜色分离的CPI、光学装置的亮度、光源的白点偏移、色移的数量和色谱的色度值，以及如果达到CPI目标或达到新的透射光谱的最大迭代或在一些迭代后CPI中无变化或达到其他停止标准，则结束迭代并保存380nm至780nm的光学装置的最佳输出透射光谱。但是，如果没有达到任何停止标准，则继续迭代至光学装置的另一个透射光谱。使用一套人工智能方法来迭代以找到光学装置的透射光谱，用于在380nm至780nm 之间的每纳米波长中的颜色增强、CVD矫正和/或黄化色觉矫正应用。

最后，公开了作为特定类型的薄膜涂层结构的径向可变滤光片(RVF) 的设计和结构。对于本发明的应用，在不同入射角(AOI)下，光学装置的透射光谱应尽可能不变，因此RVF是减少或消除膜涂层(FC)的透射光谱中的变化的解决方案，该变化包括由变量AOI发生的波长偏移。

光源是任何光发射源或介质，其不被认为是主要用于允许光透射的透明或半透明的光学体。光源包括一级来源，例如太阳或人工照明，和/或二级来源，例如反射表面，和/或附加光源，例如荧光着色剂。本文所述的光学装置可以采用来自反射介质的反射光谱，该反射介质例如包括天然、人造、合成、模拟的表面和主体以及这种介质的混合组合，如具有涂层的荧光染料。该光学装置可以采用来自荧光介质的荧光光谱，该荧光介质例如包括天然、人造、合成、模拟的表面和主体以及这种介质的混合组合，如涂有荧光染料的衣服。该光学装置可以利用各种来源的光谱功率分布(SPD)，例如，用于发光二极管(LED)的CIE(国际照明委员会)标准光源D55、D65、D75、F2、 F7、F11和L系列。混合光源可适用于具有多种光源的环境。本发明描述了将光源组合成混合光源(BI)的多种方式。等式1中提供了一种实施方式。

BI＝∑c_i*光源_i，i∈所选的光源 等式1。

0≤c_i≤1

等式2中提供了形成BI的另一种实施方式。

BI＝c₁D55+c₂D65+c₃D75+c₄F2+c₅F7+c₆F11+c₇LED₁ 等式2。

该光学装置可以采用颜色空间，例如CIE 1931颜色空间、CIE 1964颜色空间和CIE1976颜色空间，作为量化色觉的基础。通过目标观察者对不同波长的透射光在人类颜色锥体上的色彩响应来测量颜色感知。使用三种颜色匹配函数(CMF)量化人类三色色觉的响应，例如CIE 1931 2°标准观察者(具有正常色觉)中的那些具有CMF的峰值灵敏度的L锥在599nm处， M锥在555nm处，并且S锥在446nm处。绿色色弱的观察者(绿色盲)可能具有M锥在比标准观察者的波长更长的波长(例如556nm)处的CMF的峰值灵敏度。此外，绿色盲的M锥峰值灵敏度的值等于或小于标准观察者的100％。对于红色色弱的观察者(红色盲)，具有L锥在比标准观察者的波长更短的波长(例如598nm)处的CMF的峰值灵敏度。此外，红色盲的L锥峰值灵敏度的值等于或小于标准观察者的100％。对于蓝色色弱的观察者 (蓝色盲)，具有S锥在与标准观察者的波长不同的波长(例如447nm或 445nm)处的CMF的峰值灵敏度。此外，蓝色盲的S锥峰值灵敏度的值等于或小于标准观察者的100％。

分别表示CMF作为L锥、M锥和S锥的波长的函数。对于正常色觉CIE 1931 2°标准观察者，

分别在599nm、 555nm和446nm处具有峰值。对于红色色弱的观察者，

为具有偏斜至小于或等于599nm的L锥CMF峰值以及小于或等于1931 2°标准观察者的100％灵敏度。对于绿色色弱的观察者，

为具有偏斜至大于或等于555nm的M锥CMF峰值以及小于或等于1931 2°标准观察者的100％灵敏度。对于蓝色色弱的观察者，

为具有偏斜至大于446nm的S锥CMF 峰值以及小于或等于1931 2°标准观察者的100％灵敏度。对于蓝色色弱的观察者，

为具有偏斜至小于或等于446nm的S锥CMF峰值以及小于或等于1931 2°标准观察者的100％灵敏度。对于正常色觉CIE 1964 10°标准观察者，

为分别在595nm、557nm和445nm处具有峰值。对于红色色弱的观察者，

为具有偏斜至小于或等于595nm的L锥CMF峰值以及小于或等于1964 10°标准观察者的100％灵敏度。对于绿色色弱的观察者，

为具有偏斜至大于或等于557nm的M锥CMF峰值以及小于或等于1964 10°标准观察者的100％灵敏度。对于蓝色色弱的观察者，

为具有偏斜至大于445nm的S锥CMF峰值以及小于或等于1964 10°标准观察者的100％灵敏度。对于蓝色色弱的观察者，

为具有偏斜至小于或等于445nm的S锥CMF峰值以及小于或等于1964 10°标准观察者的100％灵敏度。对于红色色弱的观察者，

为具有偏斜至585nm 的L锥CMF峰值以及1931 2°标准观察者的100％灵敏度。在CVD的一个实施例中，对于红色色弱的观察者，

为具有偏斜至580nm的L锥 CMF峰值以及1964 10°标准观察者的90％灵敏度。在CVD的另一个实施例中，对于绿色色弱的观察者，

为具有偏斜至565nm的M锥CMF 峰值以及1964 10°标准观察者的100％灵敏度。在CVD的一个实施例中，对于绿色色弱的观察者，

为具有偏斜至562nm的M锥CMF峰值以及 1931 2°标准观察者的85％灵敏度。在CVD的一个实施例中，对于蓝色色弱的观察者，

为具有降低的S锥CMF峰值以及1964 10°标准观察者的80％灵敏度。在CVD的另一个实施例中，对于蓝色色弱的观察者，

为具有偏斜至450nm的S锥CMF峰值以及1931 2°标准观察者的90％灵敏度。在CVD的一个实施例中，对于蓝色色弱的观察者，

为具有偏斜至440nm的S锥CMF峰值以及1931 2°标准观察者的70％灵敏度。

红绿色以及蓝黄色的代表性反射光谱可以用于测量红绿颜色分离、蓝黄颜色分离和一般的颜色感知(包括色调、色度和亮度的感知)。例如，石原 (Ishihara)红色和绿色的反射光谱是通过在石原等色板试验(Ishihara Isochromatic Plates Test)中扫描反射光谱获得的，并且类似地用于石原蓝色和黄色。红绿色以及蓝黄色的其他代表性反射光谱来自蒙塞尔(Munsell)颜色系统。红色的代表性反射光谱为一种或多种蒙塞尔颜色：2.5YR 5/4、7.5R 5/4、2.5R 5/4、5RP 5/4、10P 5/4、10YR 5/4、10R 5/4、10RP 5/4。绿色的代表性反射光谱为一种或多种蒙塞尔颜色：5BG 5/4、10G 5/4、5G 5/4、10GY 5/4、5GY 5/4、10BG 5/4。蓝色的代表性反射光谱为一种或多种蒙塞尔颜色： 5B 5/4、10BG 5/4、5BG 5/4、5P 5/4、10B 5/4、10P 5/4、10PB 5/4。黄色的代表性反射光谱为一种或多种蒙塞尔颜色：10GY 5/4、5GY 5/4、5Y 5/4、10YR 5/4、2.5YR 5/4、10Y 5/4、10YR 5/4。红色、绿色、蓝色和黄色的附加反射光谱来自自然颜色(例如叶子、花和树木)的反射扫描。

在为了评估而确定所选颜色和白点(WP)的颜色空间坐标的方法中可以使用三刺激值。颜色空间坐标可用于评估比色性能指标CPI，例如颜色分离。可以使用等式3-6确定三刺激值。

其中，颜色_i(λ)是第i个所选颜色的反射光谱。该光学装置具有透射光谱T(λ)。光源可以是任何单一光源或混合光源。M_i(λ)是颜色i的光谱导纳，具有特定的光源或混合光源，以及光学装置的特定透射率，并且λ表示波长。

光源可以为CIE D65标准光源、CIE D55标准光源、CIE D75标准光源、 CIE F2标准光源、CIE F7标准光源、CIE F11标准光源、CIE L系列LED标准光源、用于日光和荧光灯照明室内空间的通过将20％的SPD的CIE D65 标准光源添加至80％的SPD的CIE F7而获得的混合光源、用于二级日光和荧光灯照明室内空间的通过将20％的SPD的CIE D55标准光源添加至80％的SPD的CIE F11而获得的混合光源、用于日光和荧光灯照明室内空间的通过将50％的SPD的CIE D75标准光源添加至50％的SPD的CIE F11而获得的混合光源、用于日光和LED照明室内空间的通过将50％的SPD的CIE D75 标准光源添加至50％的SPD的CIE L系列LED而获得的混合光源、用于平均日光来源的通过将50％的SPD的CIE D65标准光源添加至50％的SPD的 CIE D55标准光源而获得的混合光源。

颜色空间是为了定位颜色而创建的众所周知的工具，并在各种实际情况下评估重要的比色性能指标CPI，例如颜色分离、白点(WP)、亮度和色移。影响颜色定位的参数包括光源、评估颜色的反射光谱、CMF、光学装置的透射光谱以及颜色空间本身的特定类型。样本光源、CMF、评估颜色的反射光谱如上所述。来自CIE的典型颜色空间为xyY、XYZ、LUV、LAB、Hunter 和许多其他颜色空间。然而，最有用的颜色空间具有感知均匀性。

可以使用CIE XYZ颜色空间、CIE xyY颜色空间、CIE LAB颜色空间和/或CIE LUV颜色空间。在任何亮度L，指定特定评估颜色i的颜色空间坐标u_i、v_i。具体地，颜色空间坐标在等式7-8中限定。

红绿颜色分离是本文所述的光学装置要实现的目标比色性能指标(CPI)。事实上，红绿颜色分离越大，红绿CVD人员越能更好地区分红色、绿色和衍生色，因为红色/绿色在色度、色调和/或亮度方面变得更易区分。红色i 和绿色j之间的颜色分离可以如等式9中那样用公式表示。

或者可以是蒙塞尔红、绿色。

由于M(λ)是任何所选颜色的光谱导纳，因此颜色的颜色空间坐标<u， v>取决于光谱导纳，并因此随着光源或混合光源以及光学装置的透射光谱而变化。因此，红绿颜色分离随着光学装置的构建的透射率而变化。不同的透射光谱可以产生不同的红绿颜色分离。

由于评估红绿颜色分离用于任何红色和绿色的评估，因此公开了光学装置的透射光谱的示例设计和结构以及实现红绿颜色分离的相应结构。在等式 10中用公式表示红绿颜色分离百分比。

其中，<u*，v*>和<u⁺，v⁺>分别表示采用和不采用光学装置的颜色空间坐标。

颜色分离％可以是关键的CPI并且至少为10％。CIE LAB颜色空间可用于确定红绿颜色分离％，具有使用“a”代替“u”且“b”代替“v”的公式。 CIE xyY颜色空间可用于确定红绿颜色分离％，具有使用“x”代替“u”且“y”代替“v”的公式。

蓝黄颜色分离是本文所述的光学装置的另一个目标CPI。蓝黄颜色分离越大，蓝黄CVD人员越能更好地区分蓝色和黄色，因为它们在色度、色调和/或亮度方面变得更易区分。可以如等式11那样用公式表示蓝色i和黄色j 之间的颜色分离。

蓝色和黄色可以是蒙塞尔蓝色和黄色。

与红绿色颜色分离的情况一样，蓝黄颜色分离随着光学装置设计的透射率而变化。当应用光学装置时，不同的透射光谱可以产生不同的蓝黄颜色分离。

由于评估蓝黄颜色分离用于任何蓝色和黄色的评估，因此公开了光学装置的透射光谱的示例设计和结构及其实现蓝黄颜色分离的相应结构。

在等式12中用公式表示蓝黄颜色分离百分比。

其中，<u*，v*>和<u⁺，v⁺>分别表示采用和不采用光学装置的颜色空间坐标。

该颜色分离％可以是关键的CPI并且至少为1％。CIE LAB颜色空间可用于确定蓝黄颜色分离％，具有使用“a”代替“u”且“b”代替“v”的公式。CIE xyY颜色空间可用于确定蓝黄颜色分离％，具有使用“x”代替“u”且“y”代替“v”的公式。

对于任何期望的光源，光学装置的白点(WP)的颜色空间中的位置以及该WP的位置距离中性WP的偏移是关键的CPI，可能是镜片的美饰和性能中的因素。观察者色觉的WP可能是关键的CPI。可以通过消除光谱导纳确定中的任何特定颜色来评估目标的WP，即，设置颜色_i(λ)＝1。可以用CIE 标准光源D55、D65、D75、F2、F7、F11或L系列评估光学装置的WP。可以用由CIE标准光源D55、D65、D75、F2、F7、F11或L系列的任何组合构成的混合光源评估光学装置的WP。在具有单个光源或混合光源的颜色空间中，具有正常色觉的观察者或CVD，白点偏移(WPS)是光学装置的WP 位置与仅用裸眼的色觉的WP位置之间的颜色距离。具体地，在等式13中评估用户的色觉的WPS。

其中，<u*_wp，v*_wp>和<u⁺ _wp，v⁺ _wp>分别表示采用和不采用光学装置的 WP坐标。具体地，<u*_wp，v*_wp>和<u⁺ _wp，v⁺ _wp>同时表示任何用户的色觉的 WP，包括具有正常色觉的、CVD的、黄化色觉的或任何其他类型色觉的用户。

在等式14中评估光学装置的美饰的WPS。

其中，<u^# _wp，v^# _wp>和<u^- _wp，v^- _wp>分别表示采用和不采用光学装置的WP 坐标，具体用于具有正常色觉的任何用户。

CIE LAB颜色空间可用于确定WPS，具有使用“a”代替“u”且“b”代替“v”的公式。CIExyY颜色空间可用于确定WPS，具有使用“x”代替“u”且“y”代替“v”的公式。

色移是针对装置美饰和观察者(包括正常、绿色盲、红色盲和蓝色盲) 的色觉在不同照明条件下观察的对应于光学装置或系统的透射光谱的亮度、 WP色调和WPS值的组。控制色移需要限制亮度、WP色调和WPS值的设置。为了评估光学装置的色移(色移)，光学装置的WPS分别用单个CIE标准光源D55、D65、D75、F2、F7、F11、L系列和/或混合光源通过这些标准光源的任意组合进行评估。可以记录WP色调和亮度。色移可以定义为在评估的单个光源或混合光源下光学装置的WPS的组的任何统计和相关的WP 色调。这种统计可以包括平均值、平均值、模式、最大值、最小值和范围。

色度是特定色调的饱和度，用于评估采用和不采用光学装置的与WP对比的颜色。使用等式15评估由红色、绿色、蓝色和黄色组成的原色目标的以及包括紫色、青绿色、棕色、橙色和粉色的衍生色目标的色度值。

使用等式16评估色度百分比变化。

其中，<u*，v*>和<u⁺，v⁺>分别表示采用和不采用光学装置的颜色空间坐标。颜色分离％可以是关键的CPI并且至少为1％。CIE LAB颜色空间可用于确定光学装置的色度百分比变化，具有使用“a”代替“u”且“b”代替“v”的公式。CIE xyY颜色空间可用于确定光学装置的色度百分比变化，具有使用“x”代替“u”且“y”代替“v”的公式。

光学装置的亮度可以是关键的CPI。可以通过等式17-19限定亮度。

亮度＝116f(Y_wp)-16 等式19。

其中，光谱导纳为M(λ)＝光源(λ)*T(λ)。光源可以是CIE标准光源或CIE 标准光源的任何混合组合或其他构建的光源。为了安全或其他原因，制造至少0.2％的光学装置的最小透射值以确保在可见波长下的最小透射率。为了安全或其他原因，制造具有至少0.2％的光学装置的最小透射值以确保500nm 到650nm内任何部分的的波长的最小透射率。为了安全或其他原因，制造具有至少0.2％的光学装置的最小透射值以确保400nm到500nm内任何部分的的波长的最小透射率。

图1示出了用于增强人类视觉的光学装置100的横截面示意图。该光学装置包括基板110、设置在基板110上的多个薄膜层130以及应用于多个薄膜层130的多个着色剂层120。如本文将描述的，多个薄膜层130包括创建薄膜特定反射光谱的材料，基于所选的多种材料各自具有折射率。多个着色剂层120包括至少一种着色剂，该着色剂基于所选浓度限定的着色剂特定吸收光谱创建。

着色剂(例如染料和颜料)可用于吸收所需波长的入射光，并从而在光学装置的透射光谱中创建所需的阻带和通带。在一层中，着色剂可以与光学基板混合并注入，例如聚碳酸酯、PMMA、CR-39、Trivex或其他材料。在多于一层中，着色剂可以与光学基板混合并注入，例如聚碳酸酯、PMMA、CR-39、Trivex或其他材料。可以通过浸渍、喷涂、旋涂、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、任何其他涂覆方法或方法的组合将着色剂涂覆到光学基板上。这种涂覆方法可以应用于具有或不具有厚度变化的装置，例如在产生光学功率的应用中。着色剂子集可以与各种层中的光学基板混合并注入，当组合形成单个光学系统或基板时，在光学系统的有效透射光谱中产生所需的阻带和通带。这种结构可以在光学系统的层中具有染料，或者在一些层中而不在其他层中具有染料。着色剂可以掺入光学装置之中或之上，以通过混合、注入基板、涂覆到基板上和层叠到基板中的任何组合产生所需的透射光谱。着色剂可以涂覆到光学装置的表面上或装置内的一个或多个光学层的表面上。这些着色剂涂层的每一个的物理厚度可以是任何距离测量值，例如小于20mm，使得改变这些染料的浓度产生光学装置所需的总透射光谱。

可以在光学基板的表面上涂覆薄膜(例如干涉膜)，以便反射所需波长的入射光，并从而在光学装置的透射光谱中创建所需的阻带和通带。该薄膜可以在涂覆于光学装置表面上的较高和较低折射率的交替层中形成，以反射所需的波长。可以通过着色剂和薄膜的组合创建所需的透射光谱，使得它们对透射光谱的组合效果是期望的。可以在光学装置的表面上涂覆一层或多层干涉薄膜，以构建所需的可见光透射光谱。薄膜的光学透射光谱是由膜材料的折射率、层的物理厚度、层数和层堆叠顺序决定的。改变这些参数可以在所需的入射角(AOI)范围内产生光学装置所需的总透射光谱。

由于着色剂具有吸收光谱，其可以通过它们的峰值吸光度和半峰全宽 (FWHM)来描述，它们对透射光谱的吸收影响是众所周知的并且由比尔- 兰伯特定律(Beer-LambertLaw)所描述。吸收光谱取决于每种波长的着色剂的摩尔消光、光学介质中的浓度和携带着色剂的光学介质的物理厚度。已知摩尔消光的吸收染料可以在物理厚度大于0.5mm的基板中使用，例如光学透镜，使得改变这些染料的浓度产生光学装置所需的透射光谱。已知摩尔消光的吸收染料可以在一个或多个基板层中使用，每个都具有任何距离测量的物理厚度，诸如小于20mm，诸如光学透镜的层，使得改变这些染料的浓度产生光学装置中一个或多个光学层所需的透射光谱。使用这些层一起创建整个光学装置所需的有效透射光谱。光学层的这种组合使用可以包括将这些层物理地组合成一个固体光学装置，例如通过层压工艺，或者以物理分离方式使用光学层，以产生所需的透射光谱。

从下面图3中本文所述的设计方法输出的目标透射光谱在光学装置的结构中可以与使用一种或多种着色剂和/或薄膜的透射光谱基本匹配。目标透射光谱与构建的透射光谱之间的任何失配都被迭代地减少或最小化。对于预先选择的着色剂和预先确定的光学介质(例如基板或涂层)的厚度，可以迭代地改变并记录染料的浓度，使得光学装置的目标和构建的透射光谱之间的差异(380nm和780nm之间的波长上总计)最小化。该光学装置可以含有预先选择的染料，在具有预先确定的物理厚度的光学基板上的涂层中或混合到具有预先确定的物理厚度的光学基板中的涂层中具有其最终浓度。

对于迭代选择的着色剂(未预先确定)、预先确定的物理载体(例如基板或涂层)的厚度，也可以迭代地改变并记录迭代选择的染料的浓度，使得光学装置的目标和构建的透射光谱之间的差异(380nm和780nm之间的波长上总计)最小化或减少。该光学装置可以含有最终选择的染料，在具有预先确定的物理厚度的光学基板上形成的涂层中或混合到具有预先确定的物理厚度的光学基板中的涂层中具有其最终浓度。

可以迭代地改变光学装置的物理厚度，以最小化或减少光学装置的目标和构建的透射光谱之间的差异(380nm和780nm之间的波长上总计)。

薄膜材料、材料堆叠顺序和折射率可以是预先确定的，并且可以迭代地改变每个膜层在100nm至1200nm之间的厚度，并且总层数小于121层，使得光学装置的目标和构建的透射光谱之间的差异(380nm和780nm之间的波长上总计)最小化或减少。

通过选择性地改变所使用的染料、它们的浓度和每个薄膜层的物理厚度，可以使用着色剂和薄膜的组合来创建光学装置的有效透射光谱，使得光学装置的目标和构建的透射光谱之间的差异(380nm和780nm之间的波长上总计)最小化或减少。

可以应用380nm至780nm之间的每个波长的可变权重，使得光学装置的目标和构建的透射光谱之间的总差异朝向具有更高权重的那些波长加权。可以应用该加权以特别注意例如在500nm至650nm之间的某些波长，以符合最小透射要求。

图2为构建图1的光学装置的方法200，以通过使用着色剂和/或薄膜获得所需的透射光谱。方法200被设计为构建光学装置的所需的输出透射光谱。方法200包括在步骤210创建着色剂特定吸收光谱和/或在步骤250创建薄膜特定反射光谱。通过以下步骤创建颜色特异性吸收光谱：在步骤215选择具有摩尔消光光谱的着色剂，在步骤225创建每种所选着色剂的浓度，在步骤 235创建含有该染料浓度的一个或多个层或具有厚度的整个基板。通过以下步骤创建薄膜特定反射光谱：在步骤255选择材料及其折射率、在步骤265 选择薄膜的总层数、在步骤275选择材料堆叠顺序(例如交替堆叠顺序)以及在步骤285创建每个膜层的光学或物理厚度。

方法200包括在步骤290构建光学装置的总透射光谱。使用等式20中的总吸收光谱(TAS)和总反射光谱(TRS)来定义构建的透射光谱(CTS)。

CTS＝(1-TAS_着色剂)*(1-TRS_薄膜) 等式20。

方法200根据构建的透射光谱到达目标透射光谱或其他终点的情况而完成。其他终点包括达到最大允许迭代或者在一些预先定义的迭代之后在光谱失配(在构建的和目标之间)中无变化。

方法200的结果提供了光学装置的最佳构建的透射光谱、着色剂选择、着色剂层或整个基板厚度、着色剂浓度、具有折射率的薄膜材料、膜层的光学或物理厚度、膜层总数和层堆叠顺序，并且如果未达到停止标准，则可以进行着色剂和薄膜结构的进一步迭代，以构建光学装置的目标透射光谱。

在数据库中有超过820种着色剂(染料、颜料和其它着色试剂)以在图 1的光学装置的结构中进行选择。着色剂包括多种化学形式和衍生物，例如菁、三芳基甲烷、香豆素、罗丹明、氧杂蒽、恶嗪、苯乙烯、荧光素、金属基和二萘嵌苯。数据库中的其他着色剂包括富含金属氧化物的无机颜料：锰紫、钴紫、汉紫、普鲁士蓝、钴铝蓝、埃及蓝、汉蓝、石青、银锰蓝、钛酸镍锑、铬锑钛抛光剂、铬黄、针铁矿、赤铜矿、鳞绿泥石、黄色氧化铁、金黄色钴黄(aureolin-cobalt yellow)、镍锑钛黄。其他着色剂包括富含金属硫化物的无机颜料：雌黄、镉黄和镶嵌金。其他着色剂包括合成有机物：(PY＝颜料黄)，单芳基黄：PY1(Hansa G)、PY3(Hansa 10G)、PY65、PY73、PY74、 PY75、PY97、PY98、PY116；二芳基黄：AAA黄、MX黄、OT黄、黄NCG、 OA黄、PT黄、黄H10G、黄HR、黄GGR、黄H19GL、黄G3R、黄DGR、黄GRL、黄YR；苯并咪唑酮黄：黄H2G、黄H4G、黄H3G、黄HLR、黄 H6G；杂环黄和偶氮缩合黄：四氯异吲哚啉酮黄、四氯异吲哚啉酮黄、甲亚胺黄、喹酞酮黄、镍二恶英黄、偶氮缩合黄、异吲哚黄、三嗪基黄；和铜酞菁蓝：酞菁蓝BN。该数据库含有在380nm至780nm的几乎每个可见波长处具有峰值吸收并且FWHM范围从小于10nm至大于200nm的广谱和陷波吸收着色剂。

光学装置中的着色剂层的数量包括1至60层，每层的厚度在0.01mm 至40mm之间，每种着色剂的浓度在0.001至1000微摩尔之间。

在第一层光谱活性着色剂和/或薄膜层之前，在最后一层之后或任何数量的层之间，进行光学装置的预处理和/或后处理。这些处理包括抗反射(AR)、抗划痕(AS)、疏水和其他处理。通过根据等式21将处理光谱应用于光谱导纳，将这些处理的透射光谱结合到光学装置的结构中。

其中，n为结合的处理光谱的数量。M_处理(λ)在存在前处理和后处理的制剂中可以取代M_无处理(λ)。

在不同波长下改变光学装置的透射光谱的着色剂和/或薄膜涂层一起作用，以增加红绿和/或蓝黄色觉分离，并且对于光学装置美饰和观察者的色觉：对于具有不同色觉的观察者(包括正常的、绿色盲、红色盲和蓝色盲)，保持亮度，控制白点，控制不同照明条件下的色移。吸收绿黄色、黄色和黄红色光谱区域(550nm至610nm)的各种着色剂和薄膜结构用于增加人类红绿和/或蓝黄色觉分离。然而，由于这些染料还显著影响光学装置的色移(亮度、 WP色调和WPS)和观察者的色觉，因此染料的选择及其浓度被精心设计和构建以满足CPI。吸收蓝色、青色、绿色和红色(即黄色(570nm至585nm) 之外的剩余光谱区域)的各种着色剂和薄膜结构，用于控制装置美饰的色移和各种照明环境下不同观察者的色觉。

图3示出了用于设计图1的光学装置的透射光谱的方法300，以满足最小透射约束并实现CPI目标。方法300包括在步骤310创建和/或选择一个或多个光源和/或混合光源。在步骤320，方法300包括创建和/或选择CMF。在步骤330，方法300包括创建和/或选择用于颜色增强、CVD矫正和/或黄化色觉矫正评估的色谱。在步骤340，方法300包括选择或创建颜色空间。在步骤350，方法300包括为光学装置创建满足最小透射要求的透射光谱。在步骤360，方法300包括评估红绿颜色分离和/或蓝黄颜色分离的CPI、光学装置的亮度、光源的白点偏移以及色谱的色移量和色度值。

如果实现CPI目标或达到另一个终点，则方法300可以结束，并且可以节省光学装置380nm至780nm的输出透射光谱。其他终点包括例如这样的情况：在达到新的透射光谱时的最大迭代或在一定量的迭代之后CPI无变化或达到其他停止标准。

可以使用人工智能方法来迭代以找到光学装置的透射光谱，用于在 380nm至780nm之间的每纳米波长下的颜色增强、CVD矫正和/或黄化色觉矫正应用。也可以使用比1nm更粗糙的纳米分辨率。人工智能方法包括例如线性规划、非线性规划、混合整数规划、二次规划、梯度下降和随机搜索。

可以通过以下方式来设计光学装置的透射光谱：使红绿颜色差异最大化；保持光学装置的亮度高于70％；使用CIE LUV颜色空间作为评估空间，通过将CIE D65照射的光学装置的WPS保持在0.02以内并且将CIE F11照射的光学装置的WPS保持在0.018以内来保持对色移的控制。可以通过以下方式来设计光学装置的透射光谱：使蓝黄颜色差异最大化；保持光学装置的亮度高于75％；使用CIE LUV颜色空间作为评估空间，通过将CIE D55照射的光学装置的WPS保持在0.025以内并且将CIE F2照射的光学装置的 WPS保持在0.022以内来保持对色移的控制。可以通过以下方式来设计光学装置的透射光谱：使光学装置的亮度最大化；保持红绿颜色分离％高于10％；满足波长0.5％的最小透射要求；并且使用CIE LUV作为评估空间，通过将 D11照射的光学装置的WPS保持在0.02以内，并将列出的光源(包括混合光源)的WPS色移(色觉和光学装置)的范围保持在0.009以内，来保持对色移的控制。

举例来说，图4示出了使用用于正午日光照明条件的CIE D65光源的三个色域的图400。使用红色、绿色、蓝色、黄色、青色、紫色和其他衍生颜色的一组蒙塞尔颜色生成图400，如图400的外部周围所示。色域410示出了具有标准或正常色觉的人所感知的蒙塞尔颜色。还示出了正常色觉的白点(WP)415。色域420示出了具有未矫正的绿色色弱色觉缺陷(CVD)的典型人员所感知的相同的蒙塞尔颜色。示出了未矫正人员的色觉的WP 425。色域430示出了色域420相同人员使用本文所述的提供CVD矫正的光学装置所感知的相同蒙塞尔颜色。示出了矫正的色觉的WP 435。

图400示出了正确的(也可以称为增强的)色觉比未矫正的色觉更好地匹配正常色觉。用于矫正的该光学装置增加了红绿颜色分离的CPI。还矫正了衍生颜色，包括紫色、青色和橙色。白点偏移的CPI被很好地控制，并接近正常色觉的WP。进一步地，例如，用于矫正的该光学装置被设计成不会显著降低任何颜色组(例如蓝色)的饱和度(色度)。

图5示出了使用用于图4中光学装置的CIE F2光源的三个色域的图500。使用红色、绿色、蓝色、黄色、青色、紫色和其他衍生颜色的一组蒙塞尔颜色生成图500，如图500的外部周围所示。在图5中测试的光学装置，与图 4中的相同，图5中的CPI由作为代表常见荧光照明条件的不同光源的CIE F2 确定。色域510示出了具有标准或正常色觉的人员所感知的蒙塞尔颜色。还示出了正常色觉的白点(WP)515。色域520示出了具有未矫正的绿色色弱色觉缺陷(CVD)的典型人员所感知的相同蒙塞尔颜色。示出了未矫正人员的色觉的WP 525。色域530示出了色域520相同人员使用本文所述的提供 CVD矫正的光学装置所感知的相同蒙塞尔颜色。示出了矫正的色觉的WP 535。

如图400的情况，图500示出了正确的(也可以称为增强的)色觉比未矫正的色觉更好地匹配正常色觉。用于矫正的该光学装置增加了红绿颜色分离的CPI。还矫正了衍生颜色，包括紫色、青色和橙色。白点偏移的CPI被很好地控制，并接近正常色觉的WP。进一步地，例如，用于矫正的该光学装置被设计成不会显著降低任何颜色组(例如蓝色)的饱和度(色度)。

图6示出了用于红绿CVD矫正的其他样本目标透射光谱的图600。这些光谱610、620、630是图3中的光学装置设计方法的三个代表性结果，其创建了光学装置的透射光谱以实现CPI目标。光谱610的CPI目标包括实现红绿颜色分离在20％-35％之间，WPS小于0.02，光学装置亮度大于70(由光源的亮度标准化)，所有这些都在CIE D65、D55、D75、F2和F7光源下，以控制使用光学装置的或在使用光学装置时的美观、比色性能和/或人类色觉的色移。

光谱620的CPI目标包括实现红绿颜色分离在25％-40％之间，WPS小于0.02，光学装置亮度大于65(由光源的亮度标准化)，所有这些都在CIE D65、 D55、D75、F2和F7照明条件下，以控制色移。

光谱630的CPI目标包括实现红绿颜色分离在30％-60％之间，WPS小于0.03，光学装置亮度大于60(由光源的亮度标准化)，所有这些都在CIE D65、 D55、D75、F2和F7照明条件下，并且具有典型的绿色盲和/或红色盲的颜色匹配函数(CMF)的CPI，例如下表1-9中的那些。

图7示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图700。在图7所示的构造中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可以用作图1的光学装置的基板。 PMMA是由甲基丙烯酸甲酯聚合生成的合成树脂，通常是透明且坚硬的塑料。PMMA可以形成为光学装置的基板，厚度为3mm，直径为65mm。在该构造中，可以增强正常色觉并且可以矫正红绿CVD。图700示出了光学装置的透射光谱，其具有380nm至780nm之间的至少三个通带710、720、 730。通带740也可以是一个通带。然而，通带740可能对比色性能的影响很小，因为它接近于通常超出人类视觉的近红外线。阻带790的目的是减少另外的红色白点(WP)。

图700可以示出在540nm至610nm之间表现出1％的最小透射约束的曲线。使用在390nm(760)和590nm(750)处具有峰值吸收的双峰吸收染料，以及在465nm(770)和490nm(780)处具有峰值吸收的两种染料，570nm (750)处的另一种染料和在665nm(790)处的最终染料。这些染料的浓度范围在3微摩尔至70微摩尔之间。可以选择这些光谱吸收750、760、770、 780、790以创建特定的通带和阻带，来自均匀100％透射的其他光谱差异以产生下表1中所示的比色性能。例如，增加红绿分离，同时约束光学装置亮度，控制光学装置WP色调和偏移，以及控制色移(不同光源下的性能差异)。在不精确、启发式或高级方式中，阻带750增加红绿分离，通带710、720、 730允许蓝色/绿色/红色以更大的对比度显示。使用真正的染料可以确定通带和阻带的实际透射量及其光谱位置，以产生表1中所示的比色性能。由于真正的染料除了目标陷波(锐利)吸收外还具有“噪音吸收”(意味着550nm 吸收染料也可以吸收其他波长，尽管通常程度较小)，染料的选择可能会导致每种染料的这种“噪音吸收”，以确定对于比色性能的染料最佳组合及其浓度。

对于具有图7中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表1中列出的CPI。图8中所示的制造方法800开始于在步骤810使用挤出机将必要的染料混合到PMMA树脂中以获得适当的浓度。在步骤820，通过模具注射将注入染料的树脂在低于230摄氏度的工作温度下成型产品几何形状。

表1表示具有图7所示的透射特性的图1的装置的比色性能。

表1：具有图7所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

红色偏移和蓝色偏移(对应于比色和/或光谱的波长)分别偏移到更长和更短的波长。在色觉类型和光源的各种条件下，这使得红绿颜色分离增强持续超过20％。具有图7所示的透射特性的图1的光学装置用亮度变化小于 10、WP色调保持在黄色和黄红色之间以及WPS范围小于0.005很好地控制了色移。具有图7的透射特性的图1的装置的黄色和黄红色WP(色调)移动CVD测试中使用的CVD混淆颜色(例如石原测试颜色和/或法恩斯沃思(Farnsworth)D15测试颜色)以及用于评估脱离用于绿色盲和红色盲的颜色混淆线的CPI的颜色。这种色调进一步提高了CVD人员区分混淆颜色的能力。

具有图7所示的透射特性的图1的光学装置提供了增加自然的和人造的蓝色和非蓝色之间的颜色距离和对比度的效果。较低饱和的蓝色、青色、紫色和白色通过光学装置的黄色和/或黄红色WP更容易偏移到黄色和其他较暖颜色。其他的颜色增强进一步分离了所产生的较暖的颜色和蓝色。该光学装置结构结合暖色调和通过该装置的透射光谱的颜色增强的效果来创建蓝色和非蓝色的优异对比度。这种类型的光学装置的特殊应用可以包括驾驶、钓鱼，其中，各种蓝色和其他颜色之间增大的颜色对比可能有益于对比度和深度感知。

图9示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图900。在图9所示的构造中，Trivex可以用作图1的光学装置的基板。Trivex是一种聚氨酯基预聚物，具有优异的抗冲击性。一个示例Trivex基板可以被制造为具有 1.5mm的厚度和75mm的直径，这种构造的装置可以用于增强正常的色觉感知和/或矫正红绿CVD的目的。图900示出了光学装置的透射光谱，其具有 380nm至780nm之间的至少三个通带910、920、930。图900可以示出在 555nm至610nm之间表现出1％的最小透射约束的曲线。使用在395nm(950) 和570nm(960)处具有峰值吸收的双峰吸收染料，以及在470nm(970)处具有峰值吸收的一种染料，595nm(980)处的另一种染料和在660nm(990) 处的最终染料。这些染料的浓度范围在20微摩尔至110微摩尔之间。再次参考图7如上所述，这些吸收增大红绿分离，同时约束光学装置亮度，控制光学装置WP色调和偏移，以及控制色移(不同光源下的性能差异)。随着光源和/或CMF变化，可以改变所使用的染料以获得类似的或更好的比色性能指标(CPI)。

对于具有图9中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表2中列出的CPI。图10中所示的制造方法1000开始于在步骤1010 将染料机械混合到Trivex的至少一个未聚合部分(例如单体)。在步骤1020，方法1000包括将Trivex的两个或多个部分混合在一起以聚合成所需的几何形状。然后可以将这种几何形状切割和/或抛光成最终所需的规格。

表2表示具有图9所示的透射特性的图1的装置的比色性能。

表2：具有图9所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

这种构造的光学创建红绿颜色分离增强持续超过40％。具有图9所示的透射特性的图1的光学装置通过限制亮度变化小于20、WP色调保持在暖色内并且WPS范围小于0.025来控制色移。具有图9中透射特性的图1的光学装置的一致的暖色WP(色调)移动CVD测试中使用的CVD混淆颜色和用于评估脱离用于绿色盲和红色盲的颜色混淆线的CPI的颜色。这些色调进一步提高了CVD区分混淆颜色的能力。

图11示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图1100。在图11所示的构造中，聚碳酸酯(PC)可以用作图1的光学装置的基板。PC表示一组在其化学结构中含有碳酸酯基团的热塑性聚合物。一个示例PC基板可以被制造为具有2mm的厚度和72mm的直径，这种构造的装置可以用于增强正常的色觉和/或矫正红绿CVD的目的。图1100示出了光学装置的透射光谱，其具有380nm至780nm之间的至少三个通带1110、1120、1130。图1100 可以示出在565nm至610nm之间表现出0.5％的最小透射约束的曲线。使用在400nm(1150)和595nm(1160)处具有峰值吸收的双峰吸收染料，以及在498nm(1170)处具有峰值吸收的一种染料，在570nm(1180)和640nm(1190) 处的两种其他染料，和在665nm(1195)处的最终染料。这些染料的浓度范围在28微摩尔至150微摩尔之间。

对于具有图11中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表3中列出的CPI。图12中所示的制造方法1200开始于在步骤1210 使用挤出机将必要的染料混合到PC树脂中以获得适当的浓度。在步骤1220，通过模具注射将注入染料的树脂在高于230摄氏度的工作温度下成型产品几何形状。

表3表示具有图11所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能。

表3：具有图11所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

这种构造的光学装置创建红绿颜色分离增强持续超过12％。该光学装置通过限制亮度变化小于5、WP色调保持在黄色和黄红色之间以及WPS范围小于0.01来控制色移。

图13示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图1300。在图13 所示的构造中，PC可以用作图1的光学装置的基板。PC可以形成为光学装置的基板，厚度为2mm，直径为68mm。在该构造中，可以增强正常色觉和 /或可以矫正红绿和蓝黄CVD。图1300示出了光学装置的透射光谱，其具有 380nm至780nm之间的至少三个通带1310、1320、1330。图1300可以示出在550nm至625nm之间表现出1％的最小透射约束的曲线，以及集中在 560nm(1350)至610nm(1360)之间具有吸收的半峰全宽(FWHM)大于 40nm的阻带。使用在560nm(1350)和660nm处具有双峰吸收的染料，以及在470nm(1370)和500nm(1375)处具有峰值吸收的两种染料，在575nm (1380)和595nm(1385)处的两种其他染料，在550nm(1390)和610nm 处的两种附加的染料，以及在620nm处的最终染料。550nm至620nm之间的吸收将WP和色域偏移到冷色，增加红绿颜色分离/对比，并增加蓝黄颜色分离/对比。450nm至500nm之间的吸收确保控制颜色偏移至蓝色。在660nm 处的吸收(来自具有双峰的染料)确保蓝色偏移不会变成紫色(被认为是“蓝色加红色”的颜色)。

对于具有图13中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表4中列出的CPI。图14中所示的制造方法1400开始于在步骤1410 将染料溶解到溶剂中。在步骤1420，通过浸渍、旋涂和/或喷涂将具有染料的溶剂转移到PC光学基板上。注入染料的涂层的厚度在20微米至50微米之间，并且可以在如3微米至70微米那么大的范围内变化。由于薄的染料涂层，这些染料的浓度可以在20微摩尔至20,000微摩尔之间的范围。

表4表示具有图13所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能。

表4：具有图13中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

具有图13中所示的透射特性的图1的光学装置创建红绿颜色分离增强持续超过14％，并且蓝黄颜色分离增强持续超过8％。该光学装置通过限制亮度变化小于10、WP色调保持在蓝色以及WPS在0.043和0.069之间来控制色移。可以专门构建该光学装置的一致蓝色WP(色调)以移动CVD测试中使用的CVD混淆颜色和用于评估绿色盲、红色盲和蓝色盲的颜色混淆线的CPI的颜色。这种色调提高了CVD人员区分混淆颜色的能力。该光学装置可以增加自然的和人造的暖色和冷色之间的颜色距离和对比度。较低饱和的黄色、橙色、红色和白色通过该光学装置的蓝色或冷色WP更容易偏移到蓝色和其他冷色。其他的颜色增强进一步分离了所产生的较冷的颜色和剩余的暖色。该光学装置结构结合冷色调和通过该光学装置的透射光谱的颜色增强的效果来创建暖色和冷色的优异对比度。另外，该光学装置的蓝色或其他冷色调有助于将暖色颜色平衡至更中性的颜色。这种类型的光学装置的专业应用可以包括在日出和/或日落时驾驶，其中，光源是暖色的，并且需要增大的颜色对比度和/或深度感知和/或具有更中性WP的色觉。

图15示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图1500。在图15 所示的构造中，CR39可以用作图1的光学装置的基板。CR39是用于制造光学镜片的普通塑料。CR39形成为光学装置的基板，厚度为2.5mm，直径为 72mm。在该构造中，可以增强正常的色觉和/或可以矫正红绿CVD。图1500 示出了光学装置的透射光谱，其具有380nm至780nm之间的至少三个通带 1510、1520、1530。图1500可以示出在550nm至630nm之间表现出1％的最小透射约束的曲线，以及集中在560nm(1540)至615nm(1550)之间具有吸收FWHM大于40nm的阻带。可以使用在558nm(1555)处具有峰值吸收的染料，以及在470nm(1560)和500nm(1565)处具有峰值吸收的两种染料，在575nm和595nm处的两种其他染料，在550nm和610nm处的两种附加的染料，以及在620nm处的最终染料。

对于具有图15中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表5中列出的CPI。图16中所示的制造方法1600开始于在步骤1610 将染料溶解到溶剂中。在步骤1620，通过浸渍、旋涂和/或喷涂将溶解的染料转移到CR39光学基板上。注入染料的涂层的厚度在20微米至50微米之间，并且可以在如3微米至70微米那么大的范围内变化。由于薄的染料涂层，这些染料的浓度范围可以在20微摩尔至20,000微摩尔之间。

表5表示具有图15所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能。

表5：具有图15中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

具有图15中所示的透射特性的图1的光学装置创建红绿颜色分离增强持续超过30％。该光学装置通过限制亮度变化小于10、WP色调保持在品红和粉色之间以及WPS在0.01和0.034之间来控制色移。可以构建该光学装置的一致品红或粉色WP(色调)以移动CVD测试中使用的CVD混淆颜色和用于评估脱离用于绿色盲和红色盲的颜色混淆线的CPI的颜色。这种色调提高了CVD人员区分混淆颜色的能力。该光学装置可以增加自然的和人造的绿色、黄绿色、黄色和白色之间的颜色距离和对比度。较低饱和的绿色、黄绿色、黄色和白色通过该光学装置的品红和/或粉色WP更容易偏移到较暖的颜色。其他的颜色增强进一步分离了所产生的较暖的颜色和绿色。该光学装置结构结合暖色调和通过该装置的透射光谱的红绿颜色增强的效果来创建绿色、黄绿色、黄色和白色的优异对比度。这种类型的光学装置的专业应用可以包括高尔夫、棒球、网球，其中，各种绿色和其他颜色之间增加的颜色对比可能是有益的。

图17示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图1700。在图17 所示的构造中，Trivex可以为图1的光学装置的基板。Trivex可以提供优异的抗冲击性，并且可以形成为光学装置的基板，厚度为2mm，直径为75mm。在该构造中，可以增强正常色觉和/或可以矫正红绿CVD。图1700示出了光学装置的透射光谱，其具有380nm至780nm之间的至少三个通带1710、1720、 1730。可以使用在475nm(1740)处具有峰值吸收的吸收染料，在590nm(1750)处峰值吸收的另一种染料和在658nm(1760)处的最终染料完全混合到光学基板中。这些染料的浓度范围在5微摩尔至95微摩尔之间。

对于具有图17中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表6中列出的CPI。例如，图18中所示的制造方法1800开始于在步骤1810将染料机械混合到Trivex的至少一个未聚合部分(例如单体)。在步骤1820，将Trivex的两个或更多个部分混合在一起以聚合并通过如步骤1830 切割和/或抛光成所需的几何形状。

表6表示具有图17中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能。

表6：具有图17中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

具有图17中所示的透射特性的图1的光学装置提供红绿颜色分离增强持续超过50％。该光学装置通过限制亮度变化小于5、WP色调保持在中性以及实现最大WPS为0.005(几乎难以感知的色度)来控制色移。该光学装置提供具有非常显著的红绿颜色分离性能的结构，同时消除或最小化色移，即由于不同的合理视觉和照明情况导致的WP色调、WPS和亮度的变化。该光学装置可以被构建为实现光学装置的中性色调，对于具有正常的和CVD 色觉的人来说，具有小到零的色移。

图19示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图1900。在图19 所示的构造中，光学玻璃或塑料可以用作图1的光学装置的基板。光学玻璃或塑料可以形成为光学装置的基板，厚度为2mm，直径为68mm。在该构造中，可以增强正常色觉和/或可以矫正红绿和/或蓝黄CVD。图1900示出了该光学装置的透射光谱，由薄膜涂层产生，具有380nm至780nm之间的至少三个通带1910、1920、1930。图1900可以示出在整个可见光谱范围内表现出至少1％的最小透射率的曲线，具有至少25nm的FWHM反射率的集中在560nm至620nm之间的阻带1940，以及具有至少35nm的FWHM反射率的集中在450nm至555nm之间的另一个阻带1950。

可以将膜涂层应用于基板。该膜涂层可以由高折射率材料和低折射率材料以交替堆叠顺序构建，以产生总层数，例如总共21层。高折射率材料可以为ZnS和/或TiO₂。低折射率材料可以为SiO₂和/或冰晶石。任何层的膜涂层材料的物理厚度在100nm至1500nm之间，例如，低折射率材料为280nm，高折射率材料为440nm。可以采用物理气相沉积(PVD)将膜涂层沉积到光学基板上。当使用冰晶石时，可以使用两个或更多个密封剂层来保持水分远离。

对于具有图19中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表7中列出的CPI。

表7表示具有图19中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能。

表7：具有图19中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

具有图19中所示的透射特性的图1的光学装置提供蓝黄颜色分离增强持续超过5％。该光学装置通过限制亮度变化小于7、WP色调保持在蓝色或青色以及WPS在0.007和0.012之间来控制色移。可以构建该光学装置的一致蓝色/青色WP(色调)以移动CVD测试中使用的CVD混淆颜色和用于评估脱离用于蓝色盲的颜色混淆线的CPI的颜色。这种色调进一步提高了蓝色盲区分混淆颜色的能力。

图20示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图2000。在图20 所示的构造中，光学玻璃或塑料可以用作图1的光学装置的基板。该光学玻璃或塑料可以形成为光学装置的基板，厚度为3mm，直径为75mm。在该构造中，可以增强正常色觉和/或可以矫正红绿CVD。图2000示出了光学装置的透射光谱，由薄膜涂层产生，具有380nm至780nm之间的至少三个通带 2010、2020、2030。图2000可以示出在整个可见光谱范围内表现出至少0.5％的最小透射率的曲线，具有至少10nm的FWHM反射率的集中在560nm至 590nm之间的阻带2040，以及具有至少8nm的FWHM反射率的集中在 465nm至500nm之间的另一个阻带2050。

可以将膜涂层应用于基板。例如，膜涂层可以包括以交替堆叠顺序的高折射率材料和低折射率材料，以产生总层数，例如总共11层。高折射率材料可以为ZnS。低折射率材料可以为冰晶石。任何层的膜涂层材料的物理厚度在150nm至1000nm之间，例如，低折射率材料为290nm，高折射率材料为445nm。可以采用物理气相沉积(PVD)将膜涂层沉积到基板上。当使用冰晶石时，使用两个或更多个密封剂层来保持水分远离。

对于具有图20中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表8中列出的CPI。

表8表示具有图20中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能。

表8：具有图20中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

具有图20中所示的透射特性的图1的光学装置提供红绿颜色分离增强持续超过30％。该光学装置通过限制亮度变化小于10、WP色调在CIE日光光源下保持大部分在中性或在CIE F7光源下在淡蓝色/青色以及WPS在 0.003和0.007之间来控制色移。可以构建该光学装置的一致的中性或浅蓝色 /青色WP(色调)以保持光学装置的大部分中性美观或令人愉悦的冷色美感。这种结构产生具有亮度为68或更高的光学装置，适用于室内和室外。亮度小于65的光学装置的其他结构通常被制造用于发光环境中，例如室外或灯光明亮的室内。

图21示出了用于本发明的构造的透射光谱对波长的图2100。在图21 所示的构造中，PMMA可以用作图1的光学装置的基板。PMMA可以形成为光学装置的基板，厚度为2mm，直径为70mm。在该构造中，可以增强正常色觉和/或可以矫正红绿CVD。图2100示出了光学装置的透射光谱，具有 380nm至780nm之间的至少三个通带2110、2120、2130。可以使用在478nm处具有峰值吸收(2140)的吸收染料和在588nm处具有峰值吸收(2150)的染料。这些染料的浓度范围在0.5微摩尔至35微摩尔之间。

对于具有图21中所示的透射特性的图1的装置，使用CIE LUV颜色空间评估表9中列出的CPI。

图22中示出了制造基板的方法2200。在步骤2210，将染料混合到树脂中。在步骤2220，将具有混合了染料的树脂成型成所需的几何形状，使得染料完全注入光学基板中。在步骤2230，可以进行包括抗磨损、抗反射和UV 涂层的任何后处理。

表9表示具有图21中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能。

表9：具有图21中所示的透射特性的图1的光学装置的比色性能

具有图21中所示的透射特性的图1的光学装置提供红绿颜色分离增强持续超过7％。该光学装置通过限制具有最小亮度为76的亮度变化小于6、 WP色调保持在中性或淡蓝色以及白点偏移(WPS)范围为0.007来控制色移。该光学装置可以构建成具有非常高的亮度和良好的红绿颜色分离性能，同时根据日光和荧光灯的不同色觉和照明情况，控制和/或最小化色移。

变黄和/或黄化的人类晶状体和黄色替代IOL将人类色觉的WP偏移至黄色色调。简而言之，这被称为黄色视觉(YCV)。YCV将其他原色和衍生色的感知偏移于它们的正常感知。使用和不使用矫正光学装置，YCV观察的任何颜色i的光谱导纳由等式22限定。

M_YCV(λ)在涉及YCV的公式中用作光谱导纳。

用于YCV光谱导纳中的颜色可以包括代表性的蒙塞尔颜色，红色 (2.5YR 5/4、7.5R 5/4、2.5R 5/4、5RP 5/4、10P 5/4、10YR 5/4、10R 5/4、 10RP 5/4)、绿色(5BG 5/4、10G 5/4、5G 5/4、10GY 5/4、5GY 5/4、10BG 5/4)、蓝色(5B 5/4、10BG 5/4、5BG 5/4、5P 5/4、10B 5/4、10P 5/4、10PB 5/4) 和黄色(10GY 5/4、5GY 5/4、5Y 5/4、10YR 5/4、2.5YR 5/4、10Y 5/4、10YR 5/4)。用于YCV光谱导纳中的颜色可以包括代表性的石原CVD测试颜色。用于YCV光谱导纳中的颜色可以包括自然界(例如叶子、花、树木)中的代表性的颜色。

黄化的晶状体在380nm至780nm之间的透射光谱可以为YCV_晶状(λ)，并且可以由功能性眼睛原位测量或者从数据统计地列表。黄色IOL在380nm 至780nm之间的透射光谱可以为YCV_IOL(λ)，并且可以通过分光光度法直接测量或者从数据统计地列表。

为了安全或其他原因，可以构建至少0.5％的光学装置的最小透射值以确保在可见波长下的最小透射率。为了安全或其他原因，可以构建具有至少 0.5％的光学装置的最小透射值以确保500nm到650nm内的任何部分波长的最小透射率。为了安全或其他原因，可以构建具有至少0.5％的光学装置的最小透射值以确保400nm到500nm内的任何部分波长的最小透射率。

光学装置的关键CPI可以是通过在应用光学装置之后减小观察者的色觉的白点偏移(WPS)来矫正或尝试矫正观察者的YCV。光学装置的另一个关键CPI可以是通过减少在应用光学装置之后如具有YCV的观察者观察到的代表性的颜色和如具有正常色觉的另一个观察者观察到的那些颜色之间的失配来矫正或尝试矫正观察者的YCV。失配测量包括总计两个观察者的颜色感知之间的颜色距离(超过代表性的颜色)。

在各种光源或混合光源下，观察者的矫正的色觉(先前具有YCV)中的色移可以是使用构建的光学装置的透射光谱来控制和/或最小化的关键 CPI。在各种光源或混合光源下，光学装置的美观的色移可以是使用其自身构建的透射光谱来控制和/或最小化的CPI。在各种光源或混合光源下，观察者的矫正的色觉的亮度可以是使用光学装置的目标和构建的透射光谱来控制和/或最大化的关键CPI。在各种光源或混合光源下，光学装置的亮度可以是使用其自身的目标和构建的透射光谱来控制和/或最大化的CPI。

图23示出了用于找到光学装置的透射光谱的方法2300，该光学装置的透射光谱在分配的搜索迭代内或在预定的时间内满足最小透射约束并实现 CPI目标或实现最佳CPI用于黄色视觉(YCV)矫正应用。方法2300类似于本文上面描述的方法300。

方法2300包括在步骤2310创建和/或选择一个或多个光源和/或混合光源。在步骤2320，方法2300包括创建和/或选择YCV光谱，例如，黄化晶状体和黄色IOL的透射光谱。在步骤2330，方法2300包括创建和/或选择用于YCV矫正确定的评估色谱。方法2300包括在步骤2340选择或创建颜色空间。在步骤2350，方法2300包括为光学装置创建满足最小透射要求的透射光谱。方法2300包括在步骤2360评估矫正的色觉的白点偏移(WPS)的 CPI、通过矫正的色觉感知的评估颜色和具有正常色觉的另一个人感知的相同颜色之间的颜色距离、校正的色觉的色移、光学装置的色移、矫正的色觉的亮度和光学装置的亮度。

如果达到CPI目标或在新的透射光谱达到最大迭代或在一些迭代后CPI 中无变化或达到其他停止标准，则方法2300结束。一旦完成，可以节省从 380nm到780nm的光学装置的最佳输出透射光谱。

颜色增强、红绿CVD和蓝黄CVD矫正以及YCV矫正可以是单个光学装置或系统的CPI。具有这种透射率的光学装置的设计包括两个步骤。第一步是设计具有透射光谱的光学装置，使得YCV被完全或部分矫正。可以使用图23的方法2300来进行这个步骤。第二步是设计具有不同透射光谱的另一个光学装置，使得来自第一步的透射光谱用作有效光源输入，且颜色增强和/或CVD矫正以CPI为目标，例如，使红绿颜色分离最大化。可以使用图 3的方法300来进行该第二步骤。来自两个步骤的两个透射光谱的乘积是单个光学装置或系统的有效目标透射光谱，其完全或部分地矫正YCV并且增强颜色和/或完全或部分地矫正CVD。这些步骤可以在顺序上颠倒。也就是说，首先是颜色增强和/或CVD矫正，然后是YCV矫正，这样的相反顺序同样是可以接受的。

图2的方法200可用于构建具有由两种方法(即使用着色剂的光谱吸收方法和使用薄膜的光谱反射方法)的组合产生的目标透射光谱的光学装置。例如，混合到和/或涂覆到光学基板的着色剂以及/或者涂覆到光学基板的薄膜可用于构建具有矫正YCV和/或增强颜色和/或完全或部分地矫正CVD的目标透射光谱的光学装置。

图2400中示出了天然黄化的晶状体或类似黄化的人工晶状体(IOL)的透射光谱以及用于矫正YCV的光学装置的透射光谱。由2410表示的曲线是天然黄化晶状体或类似黄化的IOL的透射光谱。由实线示出的2420表示的曲线是矫正YCV的光学装置的透射光谱。

图25示出了图2500中存在的色觉色域。色觉色域是完整的颜色的子集，例如可以在颜色空间内或通过光学装置准确表示的颜色的子集。图2500示出了色觉色域，由用CIED65光源在CIE LUV颜色空间中选择的红色、绿色、蓝色、黄色和衍生色的蒙塞尔颜色环绕。根据黄化的晶状体或IOL包括相应的YCV 2515的黄色WP，示出了YCV 2510。示出了具有色觉2525的相应中性WP的正常色觉2520。根据光学装置与图24的相应透射光谱2420 的拟合，示出了具有矫正的色觉的相应中性WP 2535的矫正的色觉2530。还示出了光学装置2540的美饰蓝色WP。

还参考图24，光学装置的透射光谱2420具有380nm至780nm之间的至少三个通带2430、2440、2450。曲线2420可以示出560nm至610nm之间的1％的最小透射约束，并且具有380nm至510nm之间或650nm至780nm 之间的峰值透射值。使用在500nm(2460)和520nm(2470)处具有峰值吸收的双峰吸收染料，以及在590nm(2480)处具有峰值吸收的一种染料，和在663nm(2490)处的最终染料。光学装置的蓝色或冷色WP(色调)以及其在透射光谱中的一组通带和阻带矫正YCV的WP和/或消除或减少在应用光学装置后如具有YCV的观察者观察的图25中所示的颜色和/或色域与具有正常色觉的另一个观察者观察的那些颜色之间的失配。矫正的光学装置的结构可以是任何眼科形式，包括眼镜、太阳镜和隐形眼镜。

光学玻璃或塑料可以形成用于构建眼镜或太阳镜的基板，厚度为2mm，直径为68mm。对于染料注入的光学基板，这些染料的浓度范围在1微摩尔至90微摩尔之间。

对于具有图24中所示的光谱2420的透射特性的这种装置，使用CIE LUV颜色空间评估表10中列出的CPI。可以使用公知的混合/模塑或涂覆方法，例如浸渍、旋涂、喷涂或气相沉积，将染料注入光学基板中或涂覆到基板的表面上。可以使用基本上匹配光谱2420并涂覆/沉积在光学基板上的薄膜涂层来构建光学装置的透射光谱。用YCV和各种光源，可以为正常观察者实现YCV的矫正。该光学装置通过限制亮度变化小于6、WP色调保持在中性以及WPS范围小于0.002(不易察觉的色度)来控制矫正的色觉的色移。该光学装置是蓝色WP/有色太阳镜或具有较暗的亮度的光学装置。该装置通过限制亮度变化小于5、WP色调保持在蓝色以及WPS范围小于0.015(相当于平均WPS的13.6％)来控制色移。

表10表示具有图24中所示的透射特性的光学装置的比色性能。

表10：具有图24中所示的透射特性的光学装置的比色性能

图26示出了用于本发明的构造的透射对波长的图2600。在这种构造中，天然黄化的晶状体或类似黄化的IOL的透射光谱2610以及光学装置的透射光谱能够至少部分地矫正YCV2620。图2600示出了构建的光学装置的透射光谱2620，具有380nm至780nm之间的至少两个通带。曲线2620示出了 560nm至610nm之间的1％的最小透射约束，并且具有380nm至510nm之间的峰值透射值(2630)或620nm至780nm之间的峰值透射值(2640)。使用在639nm处具有峰值吸收(2650)和在664nm处具有峰值吸收(2660) 的双峰吸收染料，以及在582nm处具有峰值吸收(2670)的一种染料。该光学装置的蓝色或冷色WP(色调)以及其在透射光谱中的一组通带和阻带部分地矫正YCV的WP和/或减少在应用光学装置后具有YCV的观察者观察的颜色与具有正常色觉的另一个观察者观察的那些颜色之间的失配。矫正的光学装置的结构可以是任何眼科形式，包括眼镜、太阳镜和隐形眼镜。

光学玻璃或塑料可以用作光学基板用于构建眼镜或太阳镜。基板厚度可以为2mm，直径为68mm。对于用于模塑和混合树脂的染料注入的光学基板，这些染料的浓度范围在0.1微摩尔至70微摩尔之间。

对于表现出图26中的透射曲线(2620)的光学装置，可以使用CIE LUV 颜色空间评估表11中列出的CPI。可以使用公知的涂覆方法，例如浸渍、旋涂、喷涂或气相沉积，将染料涂覆到基板的表面上。可以使用薄膜涂层构建光学装置的透射光谱，以提供曲线2620的透射光谱。用YCV和各种光源，通过在保持视觉和光学装置本身的高亮度用于室内和室外使用的同时减少视觉的黄度来实现YCV的部分矫正。该光学装置通过限制亮度变化小于5、 WP色调保持在淡黄色以及WPS范围小于0.022来控制部分矫正的色觉的色移。如果CIE F2光源被排除在评估之外，则WPS范围小于0.009，因为部分矫正的解决方案的WPS本身仅为0.008。该光学装置可以具有蓝色WP/ 色调。该光学装置通过限制亮度变化小于5、WP色调保持在蓝色以及WPS 范围小于0.016(相当于平均WPS的26％)来控制色移。

表11表示具有图26中所示的透射特性的光学装置的比色性能。

表11：具有图26中所示的透射特性的光学装置的比色性能

基于干涉的层状膜涂层可用于创建本文所述的透射光谱。基于干涉的层状膜涂层可称为薄膜涂层和多层涂层。本文中可使用膜涂层来指代这些基于干涉的层状膜涂层和涉及基于干涉的层状膜涂层的其他方式。这种膜涂层可以包括抗反射涂层、二向色滤光片和带通滤光片。

膜涂层具有多种几何设计，涵盖了广泛的可能性，例如高折射率材料和低折射率材料的交替层并且层与层之间以及一层内的可变光学和/或物理厚度作为膜上距离位置的函数。例如，线性可变滤光片(LVF)在膜涂层的一层或多层中具有线性变化的光学厚度，作为线性距离尺寸的函数。基于膜涂层的RVF可以限定光学装置，其中，一个或多个层的光学或物理厚度是来自至少一个中心的径向距离尺寸的函数，用于颜色增强、CVD矫正和YCV 矫正的应用。

膜涂层的现有设计对于入射角(AOI)从0度增加的情况并不稳健。具体地，随着AOI增加，透射光谱特性偏移到更短的波长。这种现象称为蓝移。例如，在0度AOI下具有以600nm为中心的通带的带通滤光片可以在较高的AOI下经历通带中心偏移至<600nm。

在将膜涂层应用于眼镜时，认为光学装置固定在佩戴者眼前。根据眼镜片设置的几何形状，AOI严重依赖于光学装置的曲率。例如，如图27中所示，描绘了透镜(光学装置12710和光学装置2 2720)对于眼睛2730的的几何形状。图27示出了眼睛2730(或另一接收器)作为相对于光学装置(例如眼镜)的基本上固定位置的光学接收器，并且光学装置12710和光学装置 2 2720分别用作装置形状的示例。对于光学装置1 2710，在掠过平的或相对平的装置形状时AOI范围为0度至大于60度。对于光学装置2 2720，在掠过更弯曲的装置形状时AOI保持更接近0度或基本上为0度。通过弯曲的装置形状减小AOI是控制来自可变AOI的比色和光谱性能偏移的一种方法。

为了保持接近零或零蓝移，AOI可以在光学装置2710、2720上的位置处接近0度。为了实现该结果，光学装置2710、2720的曲率半径(ROC) 是从眼睛2730到眼镜上的观察位置的实际径向距离。由于光学装置2710、 2720的ROC偏离处方，因此结果为非零AOI。该非零AOI导致蓝移。对于中心为眼睛2730，通过增加或减小光学装置2710、2720的ROC，可以减小AOI与0度的差异。然而，如果蓝移相对较小，例如小于15nm，则佩戴者可能几乎没有注意到或以其他方式容忍光学装置2710、2720的CPI的轻微偏离的性能。

在许多情况下，例如出于美观、几何和/或性能原因，不希望有小的ROC 的球面弯曲透镜。从光学装置的佩戴者的角度来看，RVF可以用于在宽范围的AOI上基本上保持光学装置的CPI的类似性能。

可以通过改变每个膜涂层的光学或物理厚度来构建RVF作为距光学装置的观察中心的径向距离的函数，以基本上补偿由于AOI变化引起的CPI 的性能偏差。图28示出了具有RVF 2800的光学装置的俯视截面图。眼睛 2810(或另一接收器)是相对于具有RVF 2800的光学装置(例如眼镜)的基本上固定位置的光学接收器。可以将整个RVF 2820涂覆到基板2830上。 RVF 2820可以含有适合用作薄膜层的一层或多层材料(例如，层1 2824至层n2828)。层i 2850是一个示例性薄膜层，在y维度上被放大以显示其径向可变的厚度。x是距膜涂层2870的观察中心的径向距离2860，并且y是层i 2850的x 2860处的光学或物理厚度2880。例如，x 2860可以比y 2880 大得多，例如x 2860以毫米计，而y 2880以数百纳米计。这种实用性使得 dy/dx≈0，即，y 2880相对于x 2860的斜率非常小。因此，任何RVF层上的AOI近似等于基板2830上的AOI。尽管未示出，但是基板2830可以是任何弯曲形状，包括平的形状。

图29示出了光学装置2900的俯视截面图，该图被分解以示出y 2910， RVF的层i的光学或物理厚度，作为距离观察中心的径向距离x 2920的函数，其中，yo 2930是RVF的层i在光学装置2900的观察中心处的光学或物理厚度。y 2910和yo 2930，作为RVF上的点的厚度(在图29中被放大)，并且可以针对整个RVF或RVF的多层的组合，而不是仅针对单个层。观察中心可以与眼睛2940或其他固定位置的光学接收器的位置对准。RVF可以位于顶层2950和底层2960(均为阴影)之间。这两个层2950、2960可以是用于任何目的的任何材料，例如，抗划痕层和基板。这两个层2950、2960可以是任何种类的前后涂层。附加距离变量包括表示概念性非折射入射光线与眼睛2940之间的虚拟距离的D2970，表示光学装置2900与眼睛2940之间的距离的E2980，表示前层2950的平均厚度的d_s12990，表示后层2960的平均厚度的d_s22995。折射率(RI)是n₁(外部环境)、n_s1(前层2950)、n_s2(后层2960)和n_t(RVF层或层间平均值或整个RVF的平均值)。光学角度是θ₁ (AOI)、θ₂(前层中的折射光线角度)和θ₃(后层中的折射光线角度)。

在图29中的光学装置的构造中，维度的和光学的参数对应于多个RVF 层的总和。等式23中限定了至少一个膜涂层的厚度y。

其中，x是θ₁(AOI)的函数，并且因此y和x是AOI的参数函数。在存在更大幅度的距离维度的情况下，当公式方便且不牺牲精度时，忽略y，等式23简化为等式24。

x＝tanθ₁(E+d_s1+d_s2)-D 等式24。

其中，D＝d_s1(tanθ₁-tanθ₂)+d_s2(tanθ₁-tanθ₃)，具有

y可以单调地不随x的增加而减小，以减少或消除由于光学装置(例如眼镜)的AOI增加而导致的CPI的性能偏差。除了x的特定值外，y通常可以不随x的增加而减小，以减少或消除由于光学装置的AOI增加而导致的CPI的性能偏差。

可以使用计算机系统来计算薄膜的透射光谱，该薄膜用于确定一个或多个RVF薄膜层的光学或物理厚度y，y单调地不随x的增加而减小，或除了 x的特定值外，y通常不随x的增加而减小，以减少或消除由于光学装置的 AOI增加而导致的CPI的性能偏差。

图30示出了RVF的一个或多个层的光学或物理厚度分布的示例3000，其作为距离本文所述的光学装置的观察中心的径向距离的函数。RVF涂层可以包括ZnS和冰晶石的交替层。在一个实施例中，可以使用总共七层。因为 ZnS 3030和冰晶石3020的径向距离增加以减少或消除由于AOI增加而导致的CPI的性能偏差，所以分析设计需要单调地增加层厚度。由于ZnS 3040 具有较高的折射率(RI)，因此其厚度可以以通常比具有较低RI的冰晶石3010的速率更慢的速率增加。因为ZnS和冰晶石的径向距离增加以减少或消除由于AOI增加而导致的CPI的性能偏差，所以可能存在包括不减小但不必须单调地增加的层厚度的设计。再次由于ZnS具有较高的折射率(RI)，因此其厚度可以以通常比具有较低RI的冰晶石的速率更慢的速率增加。在一个实施例中，光学装置基板的几何表面曲率小于或等于应用于眼科镜片中的基础曲率8。

图31示出了相对于AOI的径向距离的3100。3100示出了来自图 29具有E＝1.2cm并且d_s1＝d_s2＝0的实施例，并且提供了距离光学装置上的观察中心的径向距离x与AOI之间是严格相关增加的直接关系。也就是说，随着径向距离增加，AOI单调地增加。来自光学装置上的观察中心的径向距离x与AOI之间的关系通常是相关的增加。也就是说，除了径向距离测量的特定值外，随着径向距离增加，AOI通常增加。

如图30示出了RVF的物理或光学厚度比与AOI之间的四种样本关系，并且图31显示了AOI与距离观察中心的径向距离之间的一种样本关系，这两个图中包含的关系用于直接确定物理或光学厚度比与距离观察中心的径向距离之间的关系，用于RVF或其任何单层或多层的组合。

RVF可以由两层或更多层的至少两种不同的薄膜材料制成。RVF可以由至少两种不同的薄膜材料的两个或更多个交替层制成。图32示出了在各种 AOI下用于RVF的7层结构的透射光谱3200。示出了在0度AOI(3210)、 20度AOI(3220)、40度AOI(3230)和60度AOI(3240)的透射光谱3200。高RI材料(例如，ZnS和TiO₂)和低RI材料(例如，SiO₂和冰晶石)的交替层用于每层的物理厚度在80nm和1400nm之间的光学装置的结构。通过具有基本上类似于图30中所示的光学或物理厚度分布的RVF的这种结构基本上减少或消除了来自增加的AOI的透射光谱的蓝移。

图33示出了用于RVF的结构而获得的色域3300。色域3300是由红色、绿色、蓝色、黄色和衍生色的代表性蒙塞尔颜色环绕的基本上不变的色域，以及跨多个AOI的基本上不变的白点。内部色域包括淡色，外部色域包括饱和色。样本RVF包括TiO₂和SiO₂的交替层，总共15层。每个TiO₂层的物理厚度在150nm至1450nm之间，并且每个SiO₂层的厚度在100nm至1340nm 之间。除了高于40度的特定的AOI外，光学或物理厚度分布通常随着距离光学装置的观察中心的径向距离的增加而增加，其中，相应的层厚度对于特定的径向距离测量保持基本恒定。平均而言，对于AOI中每增加10度，SiO₂的光学或物理厚度分布以1％至30％的速率增长。对于AOI中每增加10度， TiO₂的厚度分布以0.2％至20％的速率增长。

对于色觉感知缺陷，描述了含有一种或多种蒙塞尔颜色的红色组：2.5yr 5/4、7.5r 5/4、2.5r 5/4、5rp 5/4、10p 5/4、10yr 5/4、10r 5/4、10rp 5/4，含有一种或多种蒙塞尔颜色的绿色组：5bg 5/4、10g 5/4、5g 5/4、10gy 5/4、5gy 5/4、 10bg 5/4，含有一种或多种蒙塞尔颜色的蓝色组：5b 5/4、10bg 5/4、5bg 5/4、 5p 5/4、10b 5/4、10p 5/4、10pb5/4，和含有一种或多种蒙塞尔颜色的黄色组：10gy 5/4、5gy 5/4、5y 5/4、10yr 5/4、2.5yr5/4、10y 5/4、10yr 5/4。可以使用红色组中的任何一种或多种颜色和绿色组中的任何一种或多种颜色来评估红绿颜色分离。可以使用蓝色组中的任何一种或多种颜色和黄色组中的任何一种或多种颜色来评估蓝黄颜色分离。

对于亮度低于65的光学装置(当仅适用于光源CIE D65时)，使用1976 CIE LUV颜色空间和文本中所述的公式，并且对于CIE D55、D65或D75 光源的任何两种单一光源或任何混合光源，对于正常、绿色盲和/或红色盲，矫正/增强的色觉的红绿颜色分离可以比未矫正/未增强的色觉高10％或更多，对于正常、绿色盲和/或红色盲，矫正/增强的色觉的蓝黄颜色分离可以比未矫正/未增强的色觉高2％或更多，并且对于正常、绿色盲和/或红色盲，光学装置的白点可以偏移中性色0.35以内。

对于亮度等于或高于65的光学装置(当仅适用于光源CIE D65时)，使用1976CIEluv颜色空间和文本中所述的公式，并且对于CIE D55、D65、 D75、F2、F7、F11或L系列LED光源的任何两种单一光源或任何混合光源，对于正常、绿色盲和/或红色盲，矫正/增强的色觉的红绿颜色分离可以比未矫正/未增强的色觉高4％或更多，对于正常、绿色盲和/或红色盲，矫正/增强的色觉的蓝黄颜色分离可以比未矫正/未增强的色觉高2％或更多，对于正常、绿色盲和/或红色盲，光学装置的白点可以偏移中性色0.30以内。

对于使用1976CIE LUV颜色空间和文本中所述的公式的黄色视觉，并且对于CIED55、D65、D75、F2、F7、F11或L系列led光源的任何单一光源或任何混合光源，采用光学装置的观察者的黄色视觉的白点偏移可能小于不采用光学装置的观察者。

对于可穿戴的光学装置，例如，眼科镜片、太阳镜和隐形眼镜，当从装置佩戴者的角度观察时，光学装置的白点可以是蓝色、青色、绿色或紫色色调，并且白点偏移可以是至少0.001。

所述光学装置吸收、反射和/或散射500nm至650nm之间的光。可以在人工晶状体(IOL)或其他眼植入物之中或之上设计并构建这种光谱特性，用于降低植入物黄度的比色效应。

描述了径向可变的滤光片，其包括光学装置，其中，干涉膜涂层的至少一个材料层的光学厚度从材料层上的至少一个中心开始径向变化。对于光学装置中的至少一个材料层，具有20度至85度之间的入射角(AOI)的至少一个位置的光学或物理厚度大于具有0度至19.99度之间的AOI的至少一个位置的光学或物理厚度。当用CIE D55、D65、D75、F2、F7、F11或L系列 led或这些光源的任何混合光源评估时，光学装置的亮度可以在5至95之间。

通常，本文所述的光学装置提供了从575nm到585nm的0.5％的最小透射，基本上集中在380nm至780nm之间的一个或多个阻带，具有基本上集中在550nm至605nm之间的至少一个阻带，基本上集中在450nm至505nm 之间的至少一个附加的阻带，和/或基本上集中在400nm至449nm之间的至少一个附加的阻带。对于绿色弱视，评估可能具有从CIE1931 2°标准观察者 (如CMFx建模)偏移至更长波长至少1nm的峰值绿锥灵敏度。对于红色弱视，评估可能具有从CIE 1931 2°标准观察者(如CMFy建模)偏移至更短波长至少1nm的峰值红锥灵敏度。

在CIE D55、D65、D75、F2、F7、F11或L系列led光源的任何两种单一光源或任何混合光源下，在使用光学装置之前和之后，红色组中的至少一种颜色可以保持黄色、橙色、红色、粉色或紫色的暖色调，绿色组中的至少一种颜色可以保持绿色、青色、蓝色或紫色的冷色调。

具有所需透射光谱的光学装置的结构的方法包括将着色剂注入基板中或将着色剂层压到基板上和/或将着色剂涂覆在基板上。基板的总厚度可以在 0.1mm至10cm之间。

具有所需透射光谱的光学装置的结构的方法包括薄膜沉积，其具有至少三个膜层、两种膜材料，至少一个层具有小于1500nm的光学或物理厚度。

当用任何两种所列光源进行评估时，包括眼睛外部和内部植入物的光学装置的色移控制受限于白点偏移的差异小于0.1，且亮度差异小于30。

尽管以上以特定组合描述了特征和元素，但是本领域的普通技术人员将理解，每个特征或元素可以单独使用，或者与或不与其他特征和元素以任意组合使用。另外，本文描述的方法可以由计算机或处理器执行，在与计算机可读介质结合的计算机程序、软件或固件中实现。计算机可读介质的示例包括电子信号(通过有线或无线连接传输)和计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的示例包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、高速缓冲存储器、半导体存储器装置、磁性介质(例如内部硬盘和可移除盘)、磁光介质和光学介质(例如CD-ROM盘)和数字通用盘(DVD)。

Claims (23)

1.一种用于增强人类色觉的光学装置，所述装置包括：

基板；以及

一个或多个着色剂层，所述一个或多个着色剂层应用于所述基板之上和所述基板之中的至少一者，所述一个或多个着色剂层包括至少一种着色剂，所述着色剂基于所选浓度创建着色剂特定吸收光谱；以及

提供在相结合的所述基板和所述一个或多个着色剂层上的一个或多个薄膜层，所述一个或多个薄膜层包括多种材料，所述多种材料基于所选多种材料各自具有的折射率创建薄膜特定反射光谱；

通过组合来自吸收着色剂和反射薄膜涂层的透射光谱构建光学装置的总透射光谱，用特定评估颜色的颜色空间坐标<u,v>表示所述光学装置的颜色，所述颜色空间坐标<u,v>用如下的等式7和等式8限定：

在CIE D55、D65或D75光源的任何两种单一光源下，对于正常、绿色盲和/或红色盲人用的所述光学装置的白点偏移中性色在0.35之内，所述光学装置的亮度差异小于30。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，在任何两种单一光源下，在使用光学装置之前和之后，红色组中的至少一种颜色保持黄色、橙色、红色、粉色或紫色的暖色调，并且绿色组中的至少一种颜色保持绿色、青色、蓝色或紫色的冷色调。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，使用红色组中的任何一种或多种颜色以及绿色组中的任何一种或多种颜色评估红绿颜色分离，所述红色组包括一种或多种蒙塞尔颜色：2.5YR 5/4、7.5R 5/4、2.5R 5/4、5RP 5/4、10P 5/4、10YR 5/4、10R 5/4、10RP 5/4，所述绿色组包括一种或多种蒙塞尔颜色：5BG 5/4、10G 5/4、5G 5/4、10GY 5/4、5GY 5/4、10BG5/4，并且使用蓝色组中的任何一种或多种颜色和黄色组中的任何一种或多种颜色评估蓝黄颜色分离，所述蓝色组包括一种或多种蒙塞尔颜色：5B 5/4、10BG 5/4、5BG 5/4、5P 5/4、10B 5/4、10P 5/4、10PB 5/4，所述黄色组包括包含一种或多种蒙塞尔颜色：10GY 5/4、5GY5/4、5Y 5/4、10YR 5/4、2.5YR 5/4、10Y 5/4、10YR 5/4。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其中，从575nm到585nm的最小透射为0.5％，并且当在CIE D55、D65、D75、F2、F7或F11光源的任何两种单一光源下，光学装置的色移控制受限于光学装置的白点偏移的差异小于0.1，且亮度差异小于30。

5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，其透射光谱含有至少一个基本上集中在550nm至605nm之间的阻带。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，其透射光谱含有至少一个基本上集中在450nm至505nm之间的阻带。

7.根据权利要求1所述的光学装置，其中，其透射光谱含有至少一个基本上集中在400nm至449nm之间的阻带。

8.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置红绿颜色分离增强超过7％。

9.根据权利要求1所述的光学装置，其中，表现为65以下的亮度，并且所述光学装置在CIE D55、D65或D75光源的任何两种单一光源下，增强正常人的、绿色盲人的或红色盲人的红绿颜色分离比未增强的要高至少10％。

10.根据权利要求1所述的光学装置，其中，表现为65以上的亮度，所述光学装置在CIED55、D65、D75、F2、F7或F11光源的任何两种单一光源下，增强正常人的、绿色盲人的或红色盲人的红绿颜色分离比未增强的要高至少4％，并且所述光学装置的白点偏移中性色在0.30之内。

11.根据权利要求1所述的光学装置，所述光学装置在CIE D55、D65或D75光源的任何两种单一光源下，增强正常人的、绿色盲人的或红色盲人的蓝黄颜色分离比未增强的要高至少2％。

12.根据权利要求1所述的光学装置，在CIE D55、D65或D75光源的任何单一光源下，采用所述光学装置的人的黄色视觉的白点偏移小于不采用光学装置的人的黄色视觉的白点偏移。

13.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置为镜片、眼镜、滤光片、显示器、挡风玻璃、人工晶状体和窗玻璃中的至少一种。

14.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置为太阳镜和/或隐形眼镜。

15.根据权利要求1所述的光学装置，其中，通过限制所述光学装置的亮度变化小于20和白点偏移范围小于0.025来控制色移。

16.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置使用在575nm和595nm处有吸收的两种染料。

17.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述一个或多个薄膜层是反射膜、抗反射膜和抗划痕膜的至少一种。

18.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述一个或多个薄膜层是抗磨损膜。

19.一种用于增强人类色觉的光学装置，所述装置包括：

基板；以及

一个或多个着色剂层，所述一个或多个着色剂层应用于所述基板之上和所述基板之中的至少一者，所述一个或多个着色剂层包括至少一种着色剂，所述着色剂基于所选浓度创建着色剂特定吸收光谱；以及

提供在相结合的所述基板和所述一个或多个着色剂层上的一个或多个薄膜层，所述一个或多个薄膜层包括多种材料，所述多种材料基于所选多种材料各自具有的折射率创建薄膜特定反射光谱；

通过组合来自吸收着色剂和反射薄膜涂层的透射光谱构建光学装置的总透射光谱，其中，用特定评估颜色的颜色空间坐标<u,v>表示所述光学装置的颜色，所述颜色空间坐标<u,v>用等式7和等式8限定：

在CIE D55、D65、D75、F2、F7或F11光源的任何两种单一光源下，光学装置的色移控制受限于光学装置的白点偏移的差异小于0.1，且亮度差异小于30。

20.根据权利要求19所述的光学装置，其中，其透射光谱含有至少一个基本上集中在550nm至605nm之间的阻带。

21.根据权利要求19所述的光学装置，其中，所述一个或多个薄膜层是反射膜、抗反射膜和抗划痕膜中的至少一种。

22.根据权利要求19所述的光学装置，其中，所述一个或多个薄膜层是抗磨损膜。

23.一种用于增强人类色觉的透射光学装置，所述装置包括：

基板；以及

一个或多个着色剂层，所述一个或多个着色剂层应用于所述基板之上和所述基板之中的至少一者，所述一个或多个着色剂层包括至少一种着色剂，所述着色剂基于所选浓度创建着色剂特定吸收光谱；以及

用特定评估颜色的颜色空间坐标<u,v>表示所述光学装置的颜色，所述颜色空间坐标<u,v>用等式7和等式8限定：

在CIE D55、D65、D75、F2、F7或F11光源的任何两种单一光源下，光学装置的色移控制受限于光学装置的白点偏移的差异小于0.1，且亮度差异小于30。

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