CN113946064B - 眼科透镜 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于眼科透镜的薄膜涂层，其包含高折射率材料和低折射率材料的交替层。该涂层使光的透射衰减并且具有包括如下特征的光谱反射率曲线，即在约320nm至约420nm范围内有至少约90％的反射率，在约440nm有约45％的反射率，在约460nm有约5％或更小的反射率，其中光谱反射率曲线在420nm至460nm之间单调递减或严格递减。

Description

眼科透镜
背景技术
本发明涉及眼科透镜***，并且特别涉及使高能可见光的透射衰减的眼科透镜。
只有一小部分电磁波谱是人眼所关心的。这部分波谱位于约100nm至约700nm的波长范围内，并且可以分成几个分立组-紫外(UV)光，高能可见光(HEV)光和低能量可见光。紫外光在约100nm至约400nm的波长范围内，并且细分为3个区域--UVC(100nm至280nm)，UVB(280nm至320nm)和UVA(320nm至400nm)。HEV光在约400nm到约500nm的波长范围内，并且通常对应于可见光谱的蓝色(或蓝紫色)区域。对人眼而言最后的区域是低能可见光，其波长范围从约500nm至约700nm。
众所周知，紫外光对眼睛有害。UVC被臭氧层完全阻挡，臭氧层也阻挡了大部分的UVB。因此，大约95％的太阳紫外光由UVA组成。也有越来越多的研究机构指出，400nm至500nm的HEV光会对眼睛，尤其是视网膜造成伤害。尽管人眼的晶状体和角膜阻挡了UVB和大部分UVA，但几乎所有的HEV光都可以穿透晶状体并影响眼睛后部的视网膜。
HEV光以多种方式影响眼睛。HEV光已经涉及年龄相关性黄斑变性(AMD)，这是老年人进行性失明的主要原因。AMD的原因之一似乎是视网膜色素上皮细胞(RPE)的损伤，该视网膜色素上皮细胞是位于视网膜中负责视觉的光感受体后面的一层光敏细胞。尽管AMD的确切病理尚未完全了解，但越来越多的证据表明，暴露于HEV光可能在破坏RPE细胞和AMD的发展中起到重要作用。
HEV光也被认为会造成眼睛疲劳，并在某些条件下降低视敏度。与HEV光相关的短高能波长可能会导致蓝光闪烁，并且比较长的较低能量波长更容易产生眩光。结果，长时间暴露于HEV光(例如来自计算机屏幕和节能照明的HEV光)可能会导致眼睛疲劳，头痛，身体和精神疲劳。另外，通过眼睛晶状体的光的轴向(纵向)色差可以产生“蓝光模糊”。图1示出通过眼睛2的晶状体3的不同波长4,5,6的光。不同的波长被不同地折射并聚焦在离晶状体不同的距离处。蓝光比其他波长折射得更多，导致蓝光的焦点7在视网膜8的前方而不在视网膜8上。这种效应可以观察到明亮光线(例如阳光和白雪)中物体周围的蓝雾，并且在蓝光强烈反射的雾状条件下也是如此。此外，荧光灯和LED照明(例如汽车前照灯)具有明显的HEV光输出，可以类似地导致视敏度损失，特别是在夜间驾驶时。因此，来自计算机显示器和其他电子设备、现代照明和其他源的蓝光日益普及，使得HEV光的管理日益重要。
尽管存在与HEV光相关的问题，但约460nm至约500nm之间的可见光是人类昼夜节律响应的调节剂。因此，希望减少对HEV光的暴露，尤其是减少眼睛疲劳和蓝光模糊，同时不明显影响从约460nm至约500nm范围内的光的透射，从而不会抑制昼夜节律的自然功能。
发明概述
公开了一种用于眼科透镜的薄膜涂层，其包括高折射率材料和低折射率材料的交替层。在一个实施方式中，所述薄膜涂层使光的透射衰减并且具有光谱反射率曲线，所述光谱反射率曲线包括在约320nm至约420nm范围内的至少约90％的反射率，在约440nm的约45％至约55％之间的反射率，和在约460nm至约700nm的范围内约20％或更小的反射率，其中光谱反射率曲线在约420nm至约460nm之间单调递减。在另一个实施方式中，薄膜涂层被施加到光学透镜的前表面。
在又一个实施方式中，薄膜涂层具有包括第一和第二区域的光谱反射率曲线。第一区域包括在约320nm至约420nm的波长范围内至少约90％的反射率，在约440nm的波长下约45％至约55％的反射率，以及在约460nm的波长下约5％或更小的反射率，其中该光谱反射率曲线在约420nm至约460nm之间单调递减。第二区域包括在约490nm的波长下约5％至约15％的反射率峰值。在一个优选的实施方式中，第二区域中的反射率峰值具有约55nm的半峰全宽。
附图说明
结合附图从以下描述中将更好地理解本文所述的实施方式以及其中包含的其他特征，优点和公开以及获得它们的方式，其中相同的附图标记标识相同的元件，并且其中：
图1是眼睛的垂直截面图，示出不同波长的光的折射；
图2是眼科透镜***的分解剖视图；
图3是眼科透镜***的反射率和波长的数据图；
图4是眼科透镜***的另一个实施方式的反射率和波长的数据图；
图5是眼科透镜***的另一个实施方式的反射率和波长的数据图；
图6是眼科透镜***的又一个实施方式的反射率和波长的数据图。
具体实施方式
在以下对本公开的实施方式的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中以说明而非限制的方式示出了这些具体实施方式。应该理解，可以利用其他实施方式，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行改变。
现在参考图2，该图示出了眼科透镜***10，其包括具有(物侧)前表面14和(眼侧)后表面16的光学透镜12。用于眼科***的光学透镜通常制造成具有凸形前表面14和凹形后表面16。使HEV光的透射衰减的薄膜涂层18被施加到前表面14上。任选的抗反射薄膜涂层22可以被施加到后表面16上。
已经发现，在以约440nm为中心的波长范围内HEV光的衰减减少了由HEV光引起的眩光和蓝光模糊的问题，同时不明显影响对于昼夜节律响应重要的光谱部分。在一个实施方式中，薄膜涂层18使约420nm至约460nm范围内的光衰减，这减少HEV光的透射，同时避免对昼夜节律响应的明显干扰。在另一个实施方式中，光的透射率在约420nm处衰减至少约90％，并在约460nm处下降至约5％或更低。在此范围内，光的透射率优选在约440nm的波长下衰减约45％至约55％，更优选在约440nm的波长下衰减约50％。
理想的是，光的衰减在约440nm以上快速减小，以便在阻断不需要的HEV和UV波长之后对昼夜节律响应的干扰最小化。因此，在一个优选的实施方式中，约420nm至约460nm之间的HEV光的衰减具有单调递减的曲线--即在420nm至460nm的范围内递减或不递增。更优选地，约420nm至约460nm之间的HEV光的衰减具有严格降低的曲线--即连续降低而没有平台。在特别优选的实施方式中，光的衰减包括在约420nm至约460nm之间严格降低的光谱反射率曲线，并且在约440nm处具有约-0.70的斜率。
薄膜涂层18还可以通过使小于约420nm的波长范围内的光衰减来帮助阻止UV光的透射。在一个实施方式中，薄膜涂层18可进一步使约320nm至约420nm范围内的光衰减约90％或更多。理想情况下，约460nm以上的可见光的衰减最小化。在另一个实施方式中，约460nm至约700nm范围内的光的衰减是衰减约20％或更少，并且更优选衰减约15％或更少。
设计为使低于约460nm的光衰减的薄膜涂层可能给眼科透镜***带来不希望的紫色或深蓝色反射。已经发现，该效应可以通过在约480nm至约490nm之间的波长处包括约5％至15％之间的衰减峰值的次级区域中的透射光的衰减而降低。在一个实施方式中，次级区域包含在约490nm处的约5％至约15％之间的衰减峰值，并且半峰全宽(FWHM)为约55nm。在一个优选的实施方式中，次级区域具有约12％的衰减峰值。低于5％的衰减不会明显降低紫色或深蓝色反射。
薄膜涂层18包括多层交替的高折射率材料和低折射率材料，例如金属氧化物，金属氟化物和本领域已知的其它材料。高折射率材料具有大于约1.90的折射率，包括但不限于：TiO2，ZrO2，HfO2和市售材料，诸如Dralo(美国罗德岛州普罗维登斯的优美科薄膜产品公司(Umicore Thin Film Products-Providence，RI))。低折射率材料的折射率小于约1.8，包括但不限于：SiO2，MgF2，Al2O3。在优选的实施方式中，低折射率材料具有约1.50或更小的折射率。本领域已知其它氟化物和碳化物具有用于薄膜涂层18的合适的折射率，例如CeF3，冰晶石(Na3AlF6)和AlF。
高折射率材料和低折射率材料的层数和各层的厚度决定了薄膜涂层的光透射衰减和光谱反射率曲线的特性。在一个实施方式中，薄膜涂层18包括至少八个交替的高折射率材料层和低折射率材料层，并且优选包括十层。在特别优选的实施方式中，薄膜涂层包含十个交替的高折射率材料层和低折射率材料层，最优选十个交替的TiO2层和SiO2层。尽管超过十个的交替层是可能的，但增加的制造时间可能会超过增加层提供的好处。
可以通过本领域已知的各种方法将构成薄膜涂层18的交替的高折射率材料层和低折射率材料层施加到基底光学透镜12的前表面14上，所述方法包括化学气相沉积和物理气相沉积，诸如溅射和电子束蒸发。在一个实施方式中，如本领域已知的，可以通过气相沉积Ti3O5原料来施加高折射率TiO2层。
光学透镜12可以由本领域已知的各种不同的塑料材料形成。在一个实施方式中，透镜材料是高折射率材料，例如聚氨酯基聚合物。在一个优选实施方式中，透镜材料不会明显衰减光的透射。常规的UV/蓝光阻挡透镜包含染料，该染料会使透镜产生不希望的微黄色至红色的色调。这些常规透镜通常也可能减少大部分可见光谱范围内的光的透射，从而仅降低了它们白天佩戴的有效性。相反，眼科透镜***的衰减和光透射曲线可以基本上由薄膜涂层18确定，由此允许光学透镜12为无色。通过消除对染料的需求，提高了进入眼睛的色敏度和总光量。
尽管如此，光学透镜12可以包含大量染料或其他添加剂。在一个实施方式中，光学透镜12可以含有染料或颜料，该染料或颜料赋予透镜美学上期望的色调或着色。在另一个实施方式中，光学透镜12可以含有大量紫外吸收添加剂，其补充薄膜涂层18的紫外阻挡性质。紫外/蓝光吸收染料和添加剂可商购，包括BPI Melanin Therapeutic Tint，DiamondDye 550，UV Blue Filter Vision 450(美国佛罗里达州迈阿密的脑动力公司(BrainPower Inc.-Miami，FL))和C200-95 Opti-Safe Lens Dye(美国佛罗里达州迈阿密的幻影研究实验室公司(Phantom Research Laboratories Inc.-Miami，FL))。本领域已知的其它UV吸收添加剂包括聚酰胺，二苯甲酮，羟基二苯甲酮，羟苯基苯并***，苯并***，羟苯基三嗪，2-(2-羟基苯基)-苯并***，2-羟基-二苯甲酮，羟苯基-s-三嗪和草酰苯胺。在一个优选的实施方式中，UV吸收添加剂在约280nm至约400nm的波长范围内使光的透射衰减至少约95％，并且更优选地在约320nm至约400nm的范围内使透射衰减至少99％。添加UV吸收添加剂可以给光学透镜12带来明显的黄色至红色色调。
眼科透镜***10任选地包括施加到光学透镜12的后表面16上的抗反射涂层22，但该抗反射涂层22不是必需的。抗反射涂层22减少UV和HEV光从后表面16不希望地向佩戴者的眼睛反射回去。在一个实施方式中，抗反射涂层22在约280nm至约700nm的波长范围内具有至少约99.25％的透射率。在一个优选的实施方式中，抗反射涂层22对约300nm至约460nm范围内的光的反射小于约1.5％。这种抗反射涂层和将它们应用于光学透镜的方法在本领域中是众所周知的。
包括以下实施例以说明本发明的优选实施方式。本领域技术人员应该理解，在下面的实施例中公开的技术代表发明人发现的在本发明的实践中发挥良好作用的技术，并且因此可以认为构成其实践的优选模式。然而，根据本公开内容，本领域技术人员应该理解，可以在公开的具体实施方式中做出许多改变，并且仍然获得相似或类似的结果而不偏离本发明的范围。
实施例1
如表1所示，开发了包含10层交替的高折射率(TiO2)和低折射率(SiO2)材料的薄膜涂层。层1表示最接近光学透镜12的层，并且TiO2是薄膜涂层中第一最内层材料。层10表示离光学透镜12最远的层，并且SiO2是薄膜涂层中最后的最外层材料。表1列出了各层材料的厚度。
表1–实施例1，薄膜涂层组合物
图3中示出了在范围从300nm到700nm的波长下薄膜涂层的光谱反射率曲线。透射衰减的特征在于具有光谱反射率曲线30的主反射区域，其中在约440nm处具有约50％的反射率，斜率约为m＝-0.7。反射率在约320nm至约420nm为至少约90％，在约400nm为至少约95％，从在420nm的约90％严格递减到在460nm的约5％或更低，并且在约460nm到约700nm为约20％或更低。存在次级反射区32，其在约490nm处具有约15％的反射峰值，并且FWHM为约55。反射率在峰值的任一侧减小至460nm和540nm处的约2％或更小。次级反射区减少了上面讨论的紫色或深蓝色反射，并且提供约480nm至约490nm范围内的HEV光的一些衰减，同时提供460nm以上的光的充分透射以避免对昼夜节律响应的损害。
如图3所示，透射的衰减在小于约320nm的波长下降低。如上所述，可以通过向光学透镜12添加大量UV吸收添加剂来补充眼科透镜***10的UV阻挡特性，使得从约320nm至约400nm的透射率的衰减至少为约95％。
实施例2
按照实施例1所述，开发包含10层交替的高折射率(TiO2)和低折射率(SiO2)材料的薄膜涂层，不同的是各层材料的厚度如表2所示。
表2–实施例2，薄膜涂层组合物
图4中示出了在范围从300nm到700nm的波长下薄膜涂层的光谱反射率曲线。透射衰减的特征在于与实施例1的薄膜涂层相似的主反射区域，并且光谱反射率曲线40具有在约440nm处约50％的反射率，斜率约为m＝-0.65。存在次级反射区42，其在约490nm处具有约10％的反射峰值，并且FWHM为约53。反射率在峰值的任一侧减小至460nm和540nm处的约2％或更小的反射率。
实施例3
按照实施例1所述，开发包含10层交替的高折射率(TiO2)和低折射率(SiO2)材料的薄膜涂层，不同的是各层材料的厚度如表3所示。
表3–实施例3，薄膜涂层组合物
图5中示出了在范围从300nm到700nm的波长下薄膜涂层的光谱反射率曲线。透射衰减的特征在于与实施例1的薄膜涂层相似的主反射区域，并且光谱反射率曲线50具有在约440nm处约50％的反射率，斜率约为m＝-0.62。存在次级反射区52，其在约490nm处具有约5％的峰值反射，并且FWHM为约56。反射率在峰值的任一侧减小至460nm和540nm处的约2％或更小。
实施例4
也可以开发具有类似于常规紫外/蓝光阻挡透镜中透射衰减的特性的薄膜涂层，而不需要大量染料或颜料。按照实施例1所述，开发包含10层交替的高折射率(TiO2)和低折射率(SiO2)材料的薄膜涂层，不同的是各层材料的厚度如表4所示。
表4–实施例4，薄膜涂层组合物
图6中示出了在范围从300nm到700nm的波长下薄膜涂层的光谱反射率曲线。透射衰减的特征在于与实施例1的薄膜涂层相似的主反射区域，不同的是向更高波长迁移–即具有的光谱反射率曲线60显示在约460nm处约50％的反射率，斜率约为m＝-0.70。反射率在约340nm至约440nm为至少约90％，在约420nm为至少约95％，从在440nm的约90％严格递减到在480nm的约5％或更低，并且在约480nm到约700nm为约20％或更低。存在次级反射区62，其在约510nm处具有约15％的反射峰值，并且FWHM为约56。反射率在峰值的任一侧减小至480nm和560nm处的约2％或更小。因此，主反射区使更宽范围的HEV光的透射衰减，但与被认为对于昼夜节律响应重要的约460nm至约500nm的范围明显重叠。
根据本文描述的实施方式的眼科透镜***10提供导致损伤和诱发疲劳的UV和HEV光的衰减。薄膜涂层18特别地使引起眩光和蓝光模糊的HEV光的部分的透射最小化，使得在观看计算机和电子设备显示器时以及在诸如荧光灯和LED灯的现代照明条件下提高视敏度。同时，眼科透镜***10允许与身体的昼夜节律相关的波长范围内的光大量透射到达眼睛。
尽管将薄膜涂层18描述为施加于眼科透镜***10的前表面，但是本领域技术人员将会理解，薄膜涂层18也可以施加于眼科透镜***的后表面。此外，本领域已知的其他类型的涂层可以被结合到薄膜涂层18中。例如，薄膜涂层18还可以包含本领域已知的抗静电涂层、耐刮擦涂层、疏水/疏油涂层和/或抗反射涂层。
尽管已经说明和描述了本公开的特定实施方式，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种其他改变和修改。因此，所附权利要求旨在覆盖本公开范围内的所有这些改变和改进。

Claims (10)

1.一种用于眼科透镜的薄膜涂层，其包括高折射率材料和低折射率材料的交替层，所述薄膜涂层使光的透射衰减并具有光谱反射率曲线，所述光谱反射率曲线包括：
第一区域，其包括从320nm至420nm的至少90％的反射率，并且降低到460nm处的5％或更低；和
第二区域，其包括在490nm处5％至15％的反射率峰值。
2.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，第二区域中的反射率峰值具有55nm的半峰全宽。
3.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，所述光谱反射率曲线在440nm的波长下具有45％至55％的反射率。
4.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，所述光谱反射率曲线在420nm至460nm之间单调递减。
5.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，所述高折射率材料具有至少1.90的折射率，所述低折射率材料具有1.80或更小的折射率。
6.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，所述低折射率材料具有1.50或更小的折射率。
7.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，所述高折射率材料选自下组：TiO2，ZrO2和HfO2。
8.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，所述低折射率材料选自下组：SiO2，MgF2和Al2O3。
9.如权利要求1所述的薄膜涂层，其特征在于，所述薄膜涂层包含交替的TiO2层和SiO2层。
10.一种眼科透镜，其包含：
具有前表面和后表面的光学透镜；
在所述前表面上的如权利要求1-9中任一项所述的薄膜涂层。
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