DE3650185T2

DE3650185T2 - Polarisierungslinse, undurchlässig für ultraviolette strahlung und blaues licht.

Info

Publication number: DE3650185T2
Application number: DE3650185T
Authority: DE
Inventors: Paul A Diffendaffer; Laurie A Johansen
Original assignee: SunTiger Inc
Current assignee: SunTiger Inc
Priority date: 1986-10-16
Filing date: 1986-10-16
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2006-10-17
Also published as: EP0292475B1; EP0292475A1; KR940001224B1; DE3650185D1; JP2501326B2; AU602662B2; KR880701894A; AU6480086A; JPH01501172A; EP0292475A4; WO1988002871A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine transparente Optik, wie Sonnenbrillenlinsen und insbesondere auf Linsen, die einen für horizontal polarisiertes Licht undurchlässigen Polarisator und ein scharfes Kantenfilter, das für blaues Licht und ultraviolette Strahlung undurchlässig ist, kombinieren.
Es ist bekannt, daß in Form von Licht ausgestrahlte Energie geeignet ist, bestimmte fotochemische Reaktionen zu induzieren und/oder zu erzeugen, und daß unterschiedliche fotochemische Reaktionen durch die Wirkung von Lichtstrahlen (oder Photonen) unterschiedlicher Wellenlängen induziert werden. Für bestimmte Lichtwellenlängen, speziell die im blauen und ultravioletten Bereich, ist bekannt, daß sie für das Auge schädlich sind.
Gefärbte Linsen haben grundsätzlich, wenn sie bei Sonnenbrillen mit oder ohne Rezept verwendet werden, eine von zwei Funktionen zu erfüllen: Die erste Funktion ist entweder eine selektive oder Gesamtreduktion des schädlichen Lichts und der Strahlung. Für diesen Zweck gefärbte Linsen sind als Schutzlinsen bekannt. Schutzlinsen können für schädliche Wellenlängen entweder durch Reflexion oder üblicherweise durch Absorption undurchlässig sein. Die zweite Funktion wird durch Linsen erfüllt, die kosmetische Erfordernisse erfüllen und werden als Modetönung bezeichnet. Kombinationsfärbungen, die beide Erfordernisse abdecken, sind ebenso erhältlich.
In der gegenwärtigen Technik gibt es Schutzlinsen, die für blaue und ultraviolette Wellenlängen undurchlässig sind, und es gibt separate Polarisierungslinsen, die für das horizontal polarisierte einfallende Licht undurchlässig sind. Die Kombination einer polarisierenden und einer für blaues und ultraviolettes Licht undurchlässigen Linse ist gegenwärtig nicht erhältlich, wie durch eine 1986 durch Retinitis Pigmentosa International veröffentlichte Auflistung von Linsen und eine Recherche in der Werbeliteratur bestätigt wird. Das Nichtvorhandensein dieser Kombinationslinsen entspricht teilweise dem geringen Forschungsaufwand, der durch Sonnenbrillenhersteller bezüglich des schädlichen Effekts der Gefahr durch blaues Licht auf die Retina des Auges und der beim Kombinieren des temperaturempfindlichen polarisierenden Films mit der Farbe auftretenden technischen Probleme durchgeführt wurde. Dieses Problem wurde durch die vorliegende Erfindung durch Auswählen von Farben gelöst, die die erforderliche Blau-Undurchlässigkeit bei einer Temperatur erzeugen kann, die die Verwendbarkeit und die Strukturintegrität der polarisierenden Folie aufrecht erhält.
Eine Recherche zum Stand der Technik offenbarte keine Patente, die sich unmittelbar auf die Ansprüche der vorliegenden Erfindung lessen lassen. Jedoch wurden die folgenden US und ausländischen Patente als verwandt angesehen. Patentnummer Erfinder Erteilt Shy-Hsien Wu Krumeich Francel et al Riley April August Juni
Das Shy-Hsien Wu-Patent offenbart einen optisch transparenten, durchsichtigen Artikel, der aus einem Glas- oder Kunststoffbasiselement besteht, das einen dünnen oder empfindlichen organischen oder anorganischen Oberflächenfilm, wie beispielsweise eine Kunststoffpolarisationsfolie, trägt. Die Folie wird vor zerstörenden Effekten aufgrund Feuchtigkeit, Kratzen und Abrieb durch eine Kunststoffschutzschicht geschützt. Die Härte der Schutzschicht wird angepaßt, um übermäßige Elastizität oder Brüchigkeit zu vermeiden, so daß eine gute Kratzfestigkeit bei einer relativ weichen Folie erhalten wird.
Die deutsche Krumeich-Offenlegungsschrift offenbart ein optisches Filter, das rot/grün-Farbblindheit korrigiert. Das Filter ist so hergestellt, daß die Spektralkurve im blauen bis grünen Bereich des sichtbaren Spektrums mit einer konstanten Steigung bei sehr geringem Wert zunimmt und im grünen bis roten Bereich steil auf einen hohen Wert ansteigt. Das Filter ist besonders vorteilhaft, wenn seine Spektralkurve eine Permeabilität unter 0,01 % im blauen bis grünen Bereich und eine Durchlässigkeit hat, die bis etwa auf 100 % im roten Bereich zunimmt.
Das Francel et al.-Patent offenbart ein Beschichtungsverfahren für ein glasartiges Substrat, beispielsweise Glas, mit einer Fluidschichtzusammensetzung. Die Schicht verleiht einem sonst klaren und/oder durchsichtigen Glassubstrat die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik von Bernstein oder dunklem Glas. Das simulierte Bernsteinglas erübrigt die Notwendigkeit, separates Bernsteinglas, Serienschmelzung und Hilfsproduktionsvorrichtungen und verwandte Ausrüstung zu besitzen.
Das Riley-Patent offenbart eine absorbierende Flüssigkeitsschichtzusammensetzung, die einen Film bildet, der als Schutz- und/oder dekorative Schicht für Glas und andere, üblicherweise transparente oder lichtdurchlässige Materialien verwendet wird. Der Film hat die Eigenschaft, im wesentlichen alle Wellenlängen ultravioletten, violetten und blauen Lichts unterhalb etwa 490 Nanometer und beträchtliche Mengen von Wellenlängen zwischen 630 bis 750 Nanometer zu absorbieren. Der Film gestattet die Durchlässigkeit ausgewählter Wellenlängen oberhalb 490 Nanometer.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine transparente Optik vorgesehen, die für den Einfall vorgewählter, für das Auge schädliche Lichtwellenlängen in sonnenbeschienener Umgebung in ein menschliches Auge undurchlässig und für vorgewählte Wellenlängen sichtbaren Lichts, die eine hohe Sehschärfe zulassen, zum Auge durchlässig ist, mit einem lichtpolarisierendes Material aufweisenden im wesentlichen durchsichtigen Laminat, wobei ein scharfes Kantenfilter, das dem Laminat zugeordnet ist und das entweder eine vorgewählte einzige Farbe oder eine vorgewählte Kombination unterschiedlicher Farben aufweist, die, um das Auge gegen schädliche Strahlung zu schützen, im wesentlichen für alle Wellenlängen nicht-polarisierten Lichts im Bereich von 300 nm bis dorthin undurchlässig ist, wo sie die Lichtdurchlässigkeit bei einer Kantenwellenlänge im Bereich von 450 nm bis 550 nm scharf zu begrenzen beginnt, wobei das Filter eine sprektrale Durchlässigkeitskurve besitzt, deren Steilheit in einem Hauptbereich bei Lichtwellenlängen größer als die Kantenwellenlänge aber kleiner als 650 nm mit einem Wert von mehr als 0,5 % Änderung in der Lichtdurchlässigkeit für jeden Nanometer zunehmender Wellenlängenänderung zunimmt.
Die transparente Optik gemäß vorliegender Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung beschrieben, in der:
Figur 1 ein Schaubild ist, das die fünf Spektralkurven der Erfindung und die Lage jeder Kurve innerhalb eines Undurchlässigkeitsbereichs, eines Übergangsbereichs und eines Durchlässigkeitsbereichs darstellt;
Figur 2 ein Schaubild ist, das das Durchlässigkeitsspektrum einer Kombination von Farben darstellt, die ultraviolette Löcher verhindert;
Figur 3 eine Tabelle ist, die die vielfältigen Kombinationsfarben, die erforderliche Zeit und Temperatur, um die erwünschten speziell begrenzten Wellenlängen durchzulassen, und den empfohlenen Einsatz der Linsen auflistet;
Figur 4 ein Schaubild ist, das die Fehlerkurve von Polarisatoren und den bevorzugten Bereich, in welchem ein Polarisator mit den Kombinationstauchfarben sicher behandelt werden kann, zeigt;
Figur 5 ein Blockdiagramm zweier Herstellungsprozesse ist, die zum Färben der Linsen verwendet werden können;
Figur 6 ein Querschnitt einer Linse ist, der die in der Oberfläche des Kunststoffs absorbierte Farbe und eine zwischen die beiden Hälften der gegossenen oder vorgeformten Kunststofflinsen laminierte Polarisationsfolie zeigt;
Figur 7 ein Querschnitt einer Linse ist, die die Farbe im Kunststoffkörper und eine zwischen die beiden Hälften der gegossenen oder vorgeformten Kunststofflinsen laminierte Polarisationsfolie zeigt;
Figur 8 ein Querschnitt einer Linse mit einer laminierten Polarisationsfolie und einer Farbe ist, die sich in einer Schicht oder einer laminierten Folie befindet, die mit der Innenseite oder Außenseite der Linse verbunden ist.

Offenbarung der Erfindung

Die für ultraviolette Strahlung und blaues Licht undurchlässige Polarisationslinse ist hauptsächlich zum Einsatz bei Sonnenbrillen entwickelt, um für horizontal polarisiertes Licht undurchlässig und für ausgewählte Wellenlängen von 300 bis 549 Nanometer selektiv undurchlässig zu sein, und um 30 bis 40 % der Wellenlängen größer als 625 Nanometer durchzulassen. Die selektive Undurchlässigkeit wird durch ein scharfes Kantenfilter gesteuert, das ausgewählt wurde, um entweder bei 450, 500, 515, 530 oder 550 Nanometer eine Begrenzung durchzuführen. Die Atmosphäre ist undurchlässig für Wellenlängen, die kürzer als 300 Nanometer sind. Deshalb müssen zur Sicherheit nur Wellenlängen größer als 300 Nanometer gefiltert werden.
Sonnebrillen werden normalerweise für helle oder dunkle Bedingungen hergestellt und es ist üblich, ein oder zwei Sonnenbrillen zu besitzen, eine für bedeckte Tage und eine andere für sonnige Tage. Die erfindungsgemäßen Linsen haben sich für einen weiten Bereich von Lichtbedingungen als einsetzbar erwiesen, von dunklen Regentagen bis zu strahlender Wüstensonne. Es wird vermutet, daß diese unerwartete Anwendungsmöglichkeit unter einem derartig weiten Bereich von Lichtbedingungen durch einen psychophysiologischen (oder photoneurologischen) Effekt bewirkt wird, der von der Reduktion der Stimulation hoher Intensität in lokalen Bereichen des Sichtfelds in Verbindung mit der Beseitigung der Blaulichtstimulation herrührt.
Ein anderer wichtiger und unerwarteter Vorteil der erfindungsgemäßen Linsen ist die starke Verbesserung des Bildes, das in hellem Licht ohne Unannehmlichkeit für das Auge erzeugt wird. Mit anderen Worten, der Benutzer sieht durch diesen intensiven klaren Blick ohne Schwierigkeit gleichzeitig sehr klar. Es wird angenommen, daß dieses Phänomen auch ein Ergebnis einer photoneurologischen oder psychophysikalischen Antwort auf die Beseitigung des blauen Lichts und von in lokale Bereiche des Sichtfelds reflektierten Lichtblitzen hoher Intensität ist.
Die Beseitigung dieser Lichtblitze und des blauen Lichts scheint bei der Veränderung des Verhaltens der Retina, das zu gesteigerter Sehempfindlichkeit führt und einen beruhigenden Effekt beim Benutzer erzeugt, synergetisch zu wirken. Der Einbezug eines Polarisators steigert im wesentlichen den beruhigenden Effekt. Es wird zusätzlich angenommen, daß die Beseitigung der Sichtfeldbereiche mit hoher Intensität die neurale Antwort auf das Licht beeinflußt und deshalb den beruhigenden Effekt allein durch das Filtern von blau vergrößert.
Ein allgemeines Merkmal sensorischer Systeme ist, daß die Empfindlichkeit des Systems für Eingangsinformation durch die ihnen angebotenen Stimulationsintensität beeinflußt wird. Im Fall des Auges entsteht prinzipiell ein Schaden durch dessen intensives Aussetzen gegenüber kurzwelliger Strahlung. Im Fall eines Sichtfeldes, in dem es einen diffus beleuchteten Bereich und eine spiegelnde Reflexion oder die Sonne in dem Bereich gibt, ist die Retina am empfindlichsten gegen Zerstörung durch den Anteil des spiegelnden Bereichs.
Das Auge ist fähig, über einen weiten Bereich von Lichtbedingungen durch Verändern der Empfindlichkeit der Retina als eine Funktion von Lichteinfall und durch Verändern des Pupillendurchmessers zu sehen. Die Einstellungen dieser Faktoren basieren teilweise auf einer Abstimmung zwischen einem Sicherheitsbedarf der Retina und dem Bedarf, gut zu sehen. Da spiegelnde Quellen überproportional effektiv bei der Schadenserzeugung an der Retina sind, ist es vernünftig anzunehmen, daß die spiegelnden Quellen überproportional bei der Empfindlichkeitseinstellung der Retina beteiligt sind. Der zellulare Ort dieses Effekts könnte das Ricco-Gebiet im Ganglionzellen-Rezeptorfeldzentrum sein, da bekannt ist, daß es in die Einstellung der Anregung der Rezeptorzellen in der Retina für einfache Helligkeit verwickelt ist. Folglich sollte die Wellenlänge (oder Blauheit) einer spiegelnden Quelle und die Intensität einer spiegelnden Quelle in die Steuerung der Informationsverarbeitung der Retina eingehen und das sichtbare Ergebnis wird als "Blau-Lichtblitz-Retinaantwort" bezeichnet. Dieser Effekt war vor Einführung der vorliegenden Erfindung in die Praxis unbekannt.
Informationsverarbeitung im Auge gelangt über viele neurologische Antworten in das Gehirn. Insbesondere das Auge stellt Informationen bereit, die neuroendokrine für Schlaf und Bereitschaft geeignete Werte zur Verfügung stellen. Es wurde ebenfalls darauf hingewiesen, daß Lichtstärke und spektrale Zusammenstellung in jahreszeitlichen Verhaltensmustern in Stimmungs- und Geschlechtshormonwerten eingang finden. Da es die Informationsverarbeitungsantwort für blaue Lichtblitze dem blauen Licht hoher Intensität gestattet überproportional effektiv bei der Stimulation sensitiver Antworten zu sein, kann sie auch beim beruhigenden Effekt beteiligt sein, der weit über das hinausgeht, was allein von blaufilternden Linsen bekannt ist. Der Effekt der Beseitigung blauer Lichtblitze muß nicht auf die Retina begrenzt sein, sondern kann auch einen psychophysikalischen Effekt auf das Gehirn haben. Das Gehirn kann als Ergebnis der Retinalantwort auf blaue Lichtblitze beeinflußt sein, wodurch die Stimmung beeinflußt und der wahrgenommene Beruhigungseffekt erzeugt wird.
Dieses Phänomen der blauen Lichtblitze kann sich als Antwort auf die speziellen zerstörenden Einflüsse des blauen Lichts hoher Intensität auf der Retina entwickelt haben. Es gibt eine Theorie für retinale Strahlungszerstörung, die das Konzept der täglichen Zerstörungsanhäufung und des Erneuerungsmechanismus, der die Zerstörungen durch Entfernen und Ersetzen der zerstörten Moleküle und Strukturen oder Zellen repariert, aufwirft. Außerdem können sich ebenso Nebenprodukte des Erneuerungsprozesses (Aminosäure-Folgedeffekte in Proteinen und die Bildung anderer nicht abbaubarer Molekülüberbleibsel wie Lipofuscin) durch beeinträchtigte Zellfunktion anhäufen. Bei dieser Theorie häufen Retinalzellen fortschreitend Schäden an, und wenn Zerstörungsraten wegen schädlicher Chemikalien oder Strahlungsaussetzung größer sind, ist auch die Anhäufung der Schäden größer.
Über die allgemeine Zunahme der Überbleibsel vom Erneuerungsprozeß der Retina sind Anhäufungen von Schädigung kurzer Zeit überlagert, die während der Lichtaussetzung während des Tages auftauchen, die dann beseitigt und über Nacht erneuert werden. Jedoch besitzt der Erneuerungsmechanismus endgültige Reparaturraten und, wenn die Lichtaussetzung einen bestimmten Punkt übersteigt, reichen die Erneuerungsprozesse über Nacht nicht aus, um die Retina bis zum Morgen nahe an ihren vorherigen Zustand zurückzubringen. Diese Schädigung ist der oben beschriebenen fortschreitenden Anhäufung von Schädigungen ähnlich und trägt zu dieser bei, aber ist zusätzlich zu dieser fortschreitenden Anhäufung von Zerstörung und bewirkt die Funktion des Auges in einem kürzeren Zeitbereich. Ein Beispiel für dieses ist die Reparaturaktivität, die bei Abnahme des Nachtsehvermögens in Experimenten mit Bademeistern bekannt wurde. Für Schädigungen oberhalb der Schwelle für die Abnahme des Nachtsehvermögens offenbarte das Experiment, daß die Schwelle für Nachtsehvermögen allmählich über Nacht verbessert wurde, aber daß die Ausbeute unter dem Wert des Sehvermögens der Nacht zuvor hinterherhinken würden. Wenn während des Tages ein angemessener Schutz vorhanden wäre, würde das Nachtsehvermögen des Auges jedoch, nach einigen Wochen, wenn der Zellenerneuerungsprozeß nachgeholt wurde, zur Normalität zurückkehren.
Bei längeren Bestrahlungszeiten wird die nutzbare als Erneuerungsmechanismus wirkende Zeit wichtiger. Für solare Retinitis ist die Zeitdauer kurz. Die Schädigungsrate ist ausreichend hoch, um eine Verletzung zu erzeugen, und die anhaltende Bestrahlung würde in kurzer Zeit zu Blindheit führen. Eine Abnahme des Nachtsehvermögens hingegen erfordert weniger Bestrahlung und deshalb geringere Schädigungsraten als solare Retinitis und ist mehr auf einer Tag zu Tag Basis durch die Wirksamkeit des Reparaturmechanismus des Auges beeinflußt.
Wenn die Gesamtschädigungsrate gleich der Gesamterneuerungsrate ist, wird eine Schwelle erreicht, oberhalb der die Schädigung allmählich zunimmt, wobei sich ein fortschreitender Verlust des Sehvermögens ergibt. Diese Schädigungsschwelle wird verwendet, um die in dieser Offenbarung diskutierten Standards einzustellen und ist die Basis für den Aufbau der erfinderischen Linsen.
Die funktionale Beeinträchtigung der Retina wird einer Schädigungsschwelle für eine bestimmte Bestrahlungszeitdauer zugeordnet. Die Schwelle für eine retinale Verletzung liegt bei einer höheren Bestrahlung oder bei einer längeren Zeitdauer als bei der Beeinträchtigung des Nachtsehvermögens.
Wie quantitativ durch Forscher gezeigt wurde, hat diese geringere Bestrahlung bzw. Schädigung über längere Zeit ergeben, daß für eine vorgebene Wellenlänge geringere Bestrahlungen in Schädigung resultieren, wenn die Bestrahlungszeit länger ist und für eine vorgegebene Bestrahlung können längere Wellenlängen eine Schädigung erzeugen, wenn die Bestrahlungszeit länger ist. Um auflängere Zeitdauern und geringer Bestrahlungen zu extrapolieren, würde die Wirksamkeit des Erneuerungsprozesses beim Bestimmen der Schwelle für funktionale Beeinträchtigung, die vom Aussetzen an schädigende Einflüsse wie Bestrahlung herrührt, signifikanter werden. Es wurde nicht überprüft, ob der Schädigungsmechanismus derselbe für Kurzzeitdauern als für lange ist, und es wurde angeregt, daß der Ort der Verletzung sich von dem retinalen Pigmentegithel bei Langzeitschädigung zur Rezeptorschicht verlagert. Jedoch besteht die Grundidee der durch Strahlung eingeleiteten Schädigung entsprechend der Bildung des beeinträchtigten Erneuerungsmechanismus sogar in diesem Fall genausogut wie ein dem Blaulichtgefahrenspektrum ähnliches, wenn nicht identisches Aktionsspektrum. Es liegt nahe, daß für lange Zeitdauern, wie die Lebenszeit, die Erneuerungsmechanismen wichtige Determinanten der Langzeitvorhersage für Blindheit oder Gesundheit der Augen sind.
Die Schädigung durch hochenergetische sichtbare (blaue und violette) und UV-Photonen entspricht der Bildung von reaktiven Molekülen, die dann zellulare Materialien bilden, die durch die Photonen getroffen werden. Die Reparaturmechanismen beinhalten Transport und Umwandlung von hochreaktiven Molekülen in weniger reaktive Formen ohne zuzulassen, daß diese Moleküle mit den zellularen Materialien reagieren. Die Lysosomenzymsysteme, die beschädigte Moleküle beseitigen, sind geeignet, mit Beschädigungsraten unterhalb der Schwelle umzugehen. Jedoch häufen sich oberhalb der Schwelle beschädigte Moleküle, die die Zellfunktionen beeinträchtigen, wenn die reaktiven Moleküle mit den zellularen Materialien und Enzymen reagieren. Diese "schwellenabhängige" Schädigung würde oberhalb und unterhalb der "normal" Anhäufung von Lipofuszin mit den Erneuerungsprozessen verknüpft sein. Um Langzeitschädigungen der Retina zu begrenzen, ist es deshalb ratsam, unterhalb der Schwelle zu bleiben.
Die Bestrahlung relativ zu der Schwelle ist dann der einzige wichtige Faktor, der die Sicherheit und den Komfort bezüglich einer Sonnenbrillenlinse bestimmt. Die folgende mathematische Anlayse hat gezeigt, daß unter bestimmten Lichtbedingungen ein Filter ohne Polarisator ungeeignet ist, um unterhalb der kalkulierten Schwelle zu bleiben. Folglich sind die Zellgewebe in lokalem Maßstab im Bereich eines Lichtblitzbildes auf der Retina dem Schwellenwert am nächsten und werden sie wahrscheinlich überschreiten. Um bei einer konventionellen Sonnenbrille die Lichtblitze auf einen Wert reduzieren zu können, der unter dem Schwellenwert liegt, müßten die Linsen so dunkel sein, daß sie für das Sehen nahezu ungeeignet sind. Die Schädigung der Retina findet in kleinem räumlichem Maßstab statt, und deshalb ist der Schwellenüberschreitungseffekt der Lichtblitze unter bestimmten Bedingungen die einzige signifikante Schädigung des Auges während der Bestrahlung bei für blau undurchlässigen Linsen.
Die Photonenintensität im Lichtblitz kann auch bei der fotochemischen Schädigung durch die Erhitzung der Retina in der Nähe der Lichtblitze beitragen. Lichtblitze hoher Intensität im sichtbaren Bereich bewirken, daß ein lokalisiertes Gebiet der Retina weit mehr Photonen pro Sekunde ausgesetzt wird als außerhalb des fokussierten Lichtblitzgebiets. Sogar Wellenlängen, die relativ harmlos sind (größer als 600 Nanometer), können unter bestimmten Umständen eine Schädigung entsprechend der thermischen Erhitzung der Retina in diesen Gebieten bewirken. Wärmeerhitzung potentiert die fotochemische Minderung der Rezeptorsegmente in den retinalen Zellen, wodurch eine Schädigung der Stäbchen und Zapfen des Auges hervorgerufen wird. Somit wird durch Beseitung der erhitzten Gebiete das auf die Retina auftreffende blaue Licht weniger schädlich. Der zusätzlich beitragende Effekt der Lichtblitze kann bewirken, daß die Schädigungsschwelle bei einer vorgegebenen Retinazelle überschritten wird, und eine fotochemische Schädigung würde dann am Ort des Lichtstrahlbildes entstehen. Ohne den Lichtblitz könnten die blauen Photonen unter dem Schädigungsschwellenwert liegen, und keine irreversible Schädigung würde entstehen. Die Beseitigung der Lichtblitze vermindert die Erhitzung und deshalb das Überschreiten der Schädigungsschwelle für das blaue Licht in diesen Gebieten. Die thermochemische Potentierung der Schädigung wurde quantitativ nicht in dieser Analyse berücksichtigt.
Das Beseitigen der Lichtblitze verbessert im wesentlichen die Sicherheit des Brillenglases ohne auf extremere Blaufilter zurückzugreifen, was notwendig wäre, um denselben Grad der retinalen Sicherheit zu erreichen. Es wurde durch Forscher und die Firmen, die für blau undurchlässige Gläser herstellen, herausgefunden, daß viele Personen durch für blau undurchlässige Linsen irretiert werden und sie sogar verabscheuen. Der Effekt war derart stark, daß viele Firmen nur den medizinischen Markt aussuchten, und die Mehrheit der Sonnenbrillenträger in den USA ignorierten.
Es hat sich bei einer Tierstudie ebenso gezeigt, daß Blaulichtbelichtung die Thyroxinwerte anders als andere Lichtwellenlängen beeinflußt, und dieser Effekt könnte auch bei Menschen auftreten. Weiterhin wurde in anderen Tierstudien gezeigt, daß das blaue Licht besser als andere Lichtwellenlängen die Ausschüttung von Melatonin durch die Zirbeldrüse unterdrückt. Deshalb kann das Tragen von für blau undurchlässigen Brillen in einer verstärkten Ausschüttung von Melatonin durch die Zirbeldrüse resultieren. Die Verästelung dieser Melatoninzunahme kann sehr weitreichend sein, da gezeigt wurde, daß Melatonin andere hormonale Systeme beeinflußt, die wiederum den Metabolismus und die Geschlechtshormone beeinflussen. Es ist bekannt, daß die Melatoninwerte von manisch Depressiven auf Lichtwerte überempfindlich sind. Zusätzlich haben einige Personen "Winterdepressionen" während der kurzen dunklen Tage des Winters, die dann durch Belichtung mit hochintensivem, reich an blauem, fluoreszierenden Licht gelindert werden. Es ist ebenso bekannt, daß Melatonin die retinale Degeneration unter starker Belichtung verstärkt.
Forscher stimmen allgemein überein, daß Menschen genetisch an eine waldbedeckte Umgebung angepaßt sind und deshalb normalerweise weniger Blaulichtbestrahlung und deshalb mehr Melatonin erhalten würden. Folglich kann das Tragen der erfindungsgemäßen Linsen die Melatoninwerte auf einen höheren und historisch normaleren und gesünderen Wert zurückführen. Da die Blauundurchlässigkeit in bestimmtem Grad die endokrinen Systeme von Tieren verändern kann, scheint es wahrscheinlich, daß sie sie zum besseren Verändern, wobei das System zu einem gesünderen, natürlicheren und ausbalancierteren Zustand zurückgeführt wird.
Aus diesem Grund ist die Undurchlässigkeit für blau wünschenswert, sollte aber notwendigerweise nicht im Übermaß vorgesehen sein, solange die Retina gut geschützt ist. Da die Vorteile für die Retina durch die Undurchlässigkeit bei blauem Licht sehr sicher nachgewiesen sind, ist etwas Blauundurchlässigkeit wünschenswert. Der ideale Zustand wird dann erreicht, wenn die Lichtblitze beseitigt sind, so daß die Belichtung relativ einheitlich ist. Unter diesen Bedingungen kann ein Minimum an blauem Licht gefiltert werden, während alle Retinazellen unter der Schwelle gehalten werden.
Folglich wurde ein Bereich von Linsen ausgewählt, die von 300 bis 450 Nanometer selektiv undurchlässig sind, und die ein scharf begrenztes Filter von 450 bis 550 Nanometer mit einem Polarisator haben, so daß das Individuum einen angemessenen Undurchlässigkeitsbetrag gegen kurze Wellenlängen für hinreichenden Schutz unter einem weiten Bereich von Lichtumgebungsbedingungen hat.

Analyse, die die Werte der erfindungsgemäßen Linse aufzeigt

Eine Analyse wurde erstellt, um für absolute Bedingungen die Intensität des gefährlichen Lichts zu kalkulieren, die das Auge unter verschiedenen Umständen mit zwischen Auge und Lichtquelle geschobenen optischen Filtern erreicht. Diese Analyse berücksichtigt den Effekt des Polarisators auf die Reduzierung der Lichtintensität unter verschiedenen gefährlichen Außenlichtbedingungen. Die Gefahren wurden mit bekannten Belichtungswerten für solare Retinitis und Nachtblindheit verglichen, die absolute Standards für Sonnenbrillenerfordernisse ergeben. Unter bestimmten Umständen war nur die erfindungsgemäße Linse geeignet, den Standard zu erfüllen.
Es wurde gezeigt, daß hohe Werte von blauem Licht (400 bis 500 Nanometerbereich), die die Retina erreichen, schädlich für die Sehleistung und die Gesundheit des Auges sind. Um die Gefahr unter realen und sachgemäßen Bedingungen zu bestimmen, wurden Modelle für aktuelle Lichtumgebungsbedingungen erstellt. Innerhalb dieser Umgebungen wurden zwei große Kategorien von gefährlichen Blaulichtquellen berücksichtigt "Lichtblitze" und "ausgedehnte Quellen".
"Lichtblitze" bestehen im wesentlichen aus spiegelnden Reflexionen der Sonne. Diese Quellen haben einen Polarisationsgrad entsprechend der natürlichen Reflexion. Lichtblitze begrenzen einen kleinen Winkel des Augensichtfeldes. Die "ausgedehnten Quellen" beinhalten diffuse Reflexionen der Sonne von derart hochreflektierenden Oberflächen wie Schnee und Wolken genauso wie blaues Himmelslicht. Diese Quellen begrenzen einen großen Winkel im Augensichtfeld und belichten große Gebiete der Retina mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Belichtungswert.

Berechnung der Gefahrenwerte für spiegelnde Reflexionsquellen

Ein Lichtblitz ist eine reflektierte Abbildung der Sonne, wie sie durch das Auge des Betrachters gesehen wird. Die Einfallsebene (definiert durch den einfallenden und den reflektierten Strahl) ist für alle Reflexionen, die in dieser Analyse studiert werden, vertikal. Dies ist der Fall, da im allgemeinen von der Sonne auftretende Reflexionen von der Horizontalen oder nahe zu horizontalen Oberflächen reflektiert werden. Die Größe des Bildes ist gegeben durch:
[1] Yi = (Ysol/soi)* (r/2)
wobei:
yi = Durchmesser des Bildes der Sonne
ysol = Durchmesser der Sonne
ssol = Distanz zur Sonne
r = Krümmungsradius der reflektierenden Oberfläche (r > 0 => konvexer Reflektor)
Die Distanz, mit der das Bild der Sonne hinter dem konvexen Reflektor liegt, ist gegeben durch:
[2] si = -1/(2/r + 1/ssol)
wobei:
si = die Distanz, mit der das Bild der Sonne hinter dem konvexen Reflektor liegt
ssol = Distanz zur Sonne
r = Krümmungsradius der reflektierenden Oberfläche (r > O => konvexer Reflektor)
Die Gesamtstrahlung des Bildes der Sonne ist gegeben durch:
[3] Li = R*Lsol*Tatmosphäre
wobei:
Li = die Strahlung des Bildes der Sonne
R = die kombinierte Reflexion der reflektierenden Oberfläche
Tatmosphäre = Transmission der Erdatmosphäre
Lsol = Strahlung der Sonne von oberhalb der Erdatmosphäre aus gesehen.
Die vorhergehende Analyse berücksichtigt nicht die Polarisationseffekte. Um die Polarisationseffekte zu berücksichtigen, müssen unterschiedliche Reklektionskooffizienten für die zwei Polarisationsachsen verwendet werden, die durch die Einfallsebene definiert sind. Das von dem Bild der Sonne herrührende Licht besteht sowohl aus horizontal polarisiertem Licht als auch vertikal polarisiertem Licht. Da wir eine vertikale Einfallsebene annehmen und da Sonnenlicht zufällig polarisiert ist, ist die Strahlung von vertikal polarisiertem Licht und horizontal polarisiertem Licht gegeben durch:
[4a] Lihorizontal = Liperp = (Lsol/2)*Tatmosphäre*Rperp
[4b] Livertikal = Lipara = (Lsol/2)*Tatmosphäre*Rpara
[4c] Lihorizontal + Livertikal = Li
[4d] (perp + Rpara)/2 = R
wobei:
Livertikall = die vom Bild der Sonne in Watt/(cm² * sterad) abgestrahlte Strahlung des vertikal polarisierten Lichts
Lihorizontal = die vom Bild der Sonne in Watt/(cm² * sterad) abgestrahlte Strahlung des horizontal polarisierten Lichts
Rperp = Reflexionskooffizient für Licht, das senkrecht zur Einfallssebene polarisiert ist (horizontal polarisiertes Licht)
Rpara = Reflexionskooffizient für Licht, das parallel zur Einfallsebene polarisiert ist (vertikal polarisiertes Licht)
Der Faktor 2 geht ein, da die Hälfte des einfallenden Sonnenlichts horizontal polarisiert und die Hälfte vertikal polarisiert ist. Die Reflexionskooffizienten für Reflexion von Licht eines dielektrischen Materials (wie Glas oder Wasser) sind gegeben durch:
[5a] Rperp = [sin(qi - qt)/Sin(qi + qt)]²
[5bj Rpara = [tan(qi - qt)/tan(qi + qt)]²
[5c] qt = (ni/nt)*qi
wobei:
qi = der relativ zur Senkrechten der Ebene gemessene Einfallswinkel
qt = der Übertragungswinkel des Lichts in das dielektrische Medium
ni = der Brechungsindex des Einfallmediums (Luft)
nt = der Brechungsindes des übertragenden Mediums (Glas, Wasser, etc.)
Rpara = Reflexionskooffizient von parallel polarisiertem Licht zur Einfallsebene (vertikal polarisiertes Licht)
Rpara = (Intensität des reflektierten Lichts, das parallel zur Einfallsebene polarisiert ist) : (Intensität des einfallenden Lichts, das parallel zur Einfallsebene polarisiert ist)
Rperp = Reflexionskooffezient für Licht, das senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist (horizontal polarisiertes Licht)
Rperp = (Intensität des reflektierten Lichts, das senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist) : (Intensität des einfallenden Lichts, das senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist).
Der durch das Bild der Sonne begrenzte Winkel, wie er durch das Auge des Betrachters gesehen wird, ist gegeben durch:
[6] ae = Atan(yi/(se+si))
wobei:
ae = der durch das Bild der Sonne begrenzte Winkel, wie er durch das Auge des Betrachters gesehen wird
yi = Durchmesser des Bildes der Sonne
se = Distanz zwischen dem Auge des Betrachters und der reflektierenden Oberfläche
si = Distanz, mit der das Bild hinter der reflektierenden Oberfläche liegt.
Die durch das Bild der Sonne bewirkte Hornhautbestrahlungsdichte ist gegeben durch:
[7] E = pi*Li*(sin(qe))²
wobei:
E = Hornhautbestrahlungsdichte, die durch das Bild der Sonne bewirkt ist
Li = Strahlung durch das Bild der Sonne
qe = ae/2 = halber durch das Bild der Sonne begrenzter Winkel, wie er durch das Auge des Betrachters gesehen wird.
Die unterschiedlichen Reflexionskooffizienten für die zwei Achsen des polarisierten Lichts führen zu separaten Strahlungen und Bestrahlungsdichten für jede Polarisationsachse. Die Bestrahlungsdichten für das horizontal und vertikal polarisierte Licht sind gegeben durch:
[8a] Ehorizontal = pi*Lihorizontal*(sin(qe))²
[8b] Evertikal = pi*Livertikal*(sin(qe))²
wobei:
Ehorizontal = die durch das Bild der Sonne bewirkte Hornhautbestrahlung des horizontal polarisierten Lichts
Evertikal = die durch das Bild der Sonne bewirkte Hornhautbestrahlungsdichte vertikal polarisierten Lichts
Die verschiedenen Reflexionskooffizienten für die zwei Achsen des polarisierten Lichts führen zu separaten Strahlungen und Bestrahlungsdichten für jede Polarisationsachse. Die Reflexionskooffizienten, die oben gezeigt sind, zeigen an, daß das Licht, welches senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist, stärker reflektiert wird. Folglich sind polarisierte Sonnenbrillenlinsen derart orientiert, daß sie für das Licht, das senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist, undurchlässig sind. Da die eingesetzten Polarisierer so ausgerichtet sind, daß sie virtuell für alles Licht undurchlässig sind, das senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist, ist die Gesamtbestrahlungsdichte der Hornhaut, nachdem das Licht von dem Bild des Lichtblitzes den Polarisierer durchlaufen hat, gegeben durch:
[9] Ep = Evertikal = pi*Livertikal*(sin(qe))² = pi*(Lsol/2)*Tatmosphäre*Rpara*(sin(qe))²
Die Standards, die das Belichten bei gefährlichen Werten des blauen Lichts betreffen, werden in Form der gefahrgewichteten Bestrahlungsdichte oder der gefahrgewichteten Strahlung ausgedrückt. Die Gefahrfunktion beinhaltet die Tatsache, daß bestimmte Lichtwellenlängen die Retina mehr schädigen als andere. Allgemein gilt, je kürzer die Lichtwellenlänge umso schädigender ist sie. Dies entspricht der fotochemischen Natur des aktinischen Schädigungsmechanismus. Jedoch werden die ultravioletten (UV-) Wellenlängen des Lichts hauptsächlich durch die Hornhaut, Linse und wässrige und glasartige Feuchtigkeit des Auges absorbiert und deshalb erreicht sehr wenig des kurzwelligen UV-Lichts die Retina. Diese zwei Effekte verbinden sich, um eine Retinagefahrfunktion zu erzeugen, deren Höhepunkt im blauen Bereich des Spektrums bei etwa 450 Nanometer liegt. Die Gleichungen zum Berechnen der gefahrgewichteten Strahlungen und Bestrahlungsdichten sind gegeben durch:
Für ausgedehnte Quellen:
wobei:
Lb = die gefahrgewichtete Strahlung in Watt/(cm²*sr)
LQuelle(l) = die spektrale Strahlung der Quelle als eine Funktion der Wellenlänge in Watt/(cm²*sr*nm)
BLH(l) = die Blaulichtgefahrfunktion als eine Funktion der Wellenlänge
Δ(l) = das Intervall der Wellenlänge, bei der Messungen aufgenommen wurden und die Berechnung durchgeführt wurde. In dieser Studie wurden spektrale Daten in Intervallen von 5 Nanometer aufgenommen.
Und für auf weniger als 11 millirad (etwa 0,62 Grad) begrenzte Punktquellen
wobei:
Eb = die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte in Watt/cm²
EQuelle(l) = die spektrale Bestrahlungsdichte der Quelle als eine Funktion der Wellenlänge in Watt/cm²*Nanometer
BLH(l) = die Blaulichtgefahrfunktion als eine Funktion der Wellenlänge
Δl= das Intervall der Wellenlänge, bei dem Messungen aufgenommen wurden und die Kalkulation durchgeführt wurde. In dieser Studie wurden spektrale Daten in Intervallen von 5 Nanometer aufgenommen.
Die Standards wurden für die beiden Arten von Gefahrenquellen durch Forscher auf dem Gebiet wie folgt eingeteilt:
[12] Lb < = 0,01 W/(cm²*sr)für t> = 10&sup4; Sekunden
[13] Eb < = 1 Mikrowatt/cm² für t> = 10&sup4; Sekunden
Um den Effekt eines selektiven Spektralfilters auf die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte und Strahlung einer Gefahrenquelle zu berechnen, muß das durch das selektive Filter gesehene Spektrum der Quelle wie folgt berechnet werden:
[14] Lgefilterte Quelle(l) = TFilter*LQuelle(l) und
[15] Egefilterte Quelle(l) = TFilter*EQuelle(l)
Die Gefahr durch blaues Licht der durch das Filter gesehenen Quelle kann nun durch Einsetzen von Lgefilterte Quelle(l) anstelle von LQuelle(l) in Gleichung [10] und Einsetzen Egefilterte Quelle(l) anstelle von EQuelle(l) in Gleichung [11] berechnet werden.
Abschließend wird die Gefahr durch blaues Licht eines Lichtblitzes, wie er durch die Kombination eines selektiven Spektralfilters und eines geeignet orientierten Polarisierers gesehen wird, berechnet durch Ersetzen von Livertikal anstelle von LQuelle in Gleichung [14] und Ersetzen von Eivertikal an stelle von EQuelle in Gleichung [15] und Fortfahren mit der Berechnung durch Einsetzen der resultierenden Quellenabstrahlung und Bestrahlungsdichte in die Gleichungen [10] bzw. [11].
In dieser Analyse wird angenommen, daß diese ausgedehnten Quellen einen geringfügigen Polarisationsgrad haben. Blaues Himmelslicht ist um einige Grad in Richtung entgegengesetzt zur Position der Sonne horizontal polarisiert, aber die meisten ausgedehnte Quellen polarisieren das Licht nicht merklich.
Von quantitativer Bedeutung ist die Strahlung Ld für die optische Gefahr ausgedehnter Quellen Ld. Für ausgedehnte Quellen, wie der blaue Himmel, wird die Strahlung direkt gemessen und durch die durch Gleichung [11] beschriebene Prozedur gewichtet, um die blaulichtgefahrgewichtete Abstrahlung zu erzeugen. Für ausgedehnte, durch die Sonne beleuchtete Quellen, die im wesentlichen weiße Lambert-Streuer sind, wie frischer Schnee, trockener weißer Sand oder die Oberseite einer Wolkendecke, ist die Strahlung gegeben durch:
[16] Ld = Rd*Lsol*(sin(qsol))²
Die blaulichtgefahrgewichtete Strahlung von sonnenbeleuchteten ausgedehnten Quellen ist gegeben durch:
[17] Ldb = Rd*Lsolb*(sin(qsol))²
wobei:
Ldb = die blaulichtgefahrgewichtete Strahlung der durch die Sonne beleuchteten ausgedehnten gestreuten Quelle
Rd = der diffuse Reflexionskoeffizient der streuenden Oberfläche
qsol = der durch die Sonne begrenzte Halbwinkel
Lsol = die blaulichtgefahrgewichtete Strahlung der Sonne, wie nachstehend berechnet
wobei:
Lsolb = die gefahrgewichtete Strahlung der Sonne in Watt/ (cm²*sr)
Lsol(l) = die spektrale Strahlung der Sonne als eine Funktion der Wellenlänge in Watt/(cm²*sr*nm)
BLH(l) = die Blaulichtgefahrfunktion als eine Funktion der Wellenlänge
Δl = das Intervall der Wellenlänge, bei dem Messungen aufgenommen und die Berechnung durchgeführt wurde. In dieser Studie wurden spektrale Daten bei Intervallen von 5 Nanometer aufgenommen.

Auf Effekten basierende Standards

Es wurden diverse Forschungsberichte präsentiert, die die mikroanatomischen und funktionalen Effekte von Belichtung durch bestimmte Lichtwellenlängen beschreiben. Einer dieser Berichte ergab, daß die 35 bis 50 % -Durchlässigkeit der konventionellen Sonnenbrillen ungeeignet waren, um einen länger als einen Tag oder so anhaltenden Schutz vorzusehen, während 10 bis 12 % -Durchlässigkeitssonnenbrillen angemessen sind, um das Nachsehvermögen über eine längere Dauer zu schützen. Es wurde auch argumentiert, daß kurze Wellenlängen sichtbaren Lichts der effektive Teil des Spektrums bei der beobachteten Verminderung des Nachtsehvermögens ist. Durch diese Vorgabe und unter Verwendung der oben gezeigten Orginalberechnungen können wir die gefahrgewichtete Strahlung, der die Subjekte ausgesetzt waren, berechnen, und deshalb die Schwelle für den Schutz des Nachtsehvermögens bestimmen. Es scheint, daß die Schwelle für die Minderung des Nachtsichtsehvermögens bei etwa 0,2 mW/(cm²*sr) liegt. Die Schwelle für solare Retinitis ist 10 Milliwatt/(cm²*sr).
Einige Retinalbestrahlungsstudien sind bei Belichtung mit ausgedehnten Quellen, während andere bei Belichtung mit spiegelnden Quellen durchgeführt wurden. Das Abbild einer spiegelnden Quelle ist nicht perfekt focusiert und wird durch Bewegung des Auges über die Retina bewegt, wodurch sich ein größeres effektives Gebiet und eine geringere effektive Bestrahlungsdichte ergibt, als erwartet werden würde, wenn die Bestrahlungsdichte an einem Ort perfekt fokusiert wäre. Eine Mikrowatt/cm²-Punktquelle produziert dieselbe Retina Bestrahlungsdichte wie eine ausgedehnte 10 Milliwatt/(cm²*sr)- Quelle über dem betroffenen Gebiet. Die resultierenden Schädigungsschwellen sind in der folgenden Tabelle gezeigt: Schädigungsschwellen Schädigung Gespiegelt Ausgedehnt Solare Retinitis Nachtsichtverlust
Auf der obigen Tabelle basierende Standards werden derzeit nicht durch die Sonnenbrillenindustrie umgesetzt und sind eine Neuerung der Erfinder. Der Standard wird als Augenschutzfaktor (EPF) bezeichnet. Der EPF-Standard basiert darauf, wie gut die Sonnenbrille schädliche Strahlung bezüglich der oben beschriebenen Schwelle für eine Standardbedingung filtert und ergibt einen Zahlenwert, den ein Konsument in einer Art ähnlich den Sonnenschutzfaktor (SPF)-Werten, die auf Sonnenschutzmitteln angegeben werden, verwenden kann.
Im Hinblick auf die obige Veröffentlichung offenbart die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel ein Sonnenbrillenlinsenaufbau, der eine Kombinationsfarbe und einen Polarisator verwendet, um eine Linse zu erzeugen, die im wesentlichen ultraviolette Strahlung, blaues Licht und horizontal polarisiertes Licht filtert. Das Ergebnis davon ist eine Linse, die:
- für eine erweiterte Zeitperiode ohne Schädigung oder Unwohlsein verwendet werden kann,
- optische Sehschärfe verbessert,
- gegen Langzeitaugenschädigung schützt,
- Nachtsichtsehvermögen bewahrt,
- das Risiko für Augenkrankenheiten reduziert,
- den Strahlungsanfall reduziert, der durch das Altern des Augenzellgewebes und den Ablauf regenerativer Prozesse im Auge entsteht.
Zusätzlich zu den primären Zielen besteht ein Ziel der Erfindung auch darin, eine Linse vorzusehen, die:
- kosteneffektiv und sicher zu besitzen ist,
- kosteneffektiv und sicher herzustellen ist,
- mechanisch leicht zu handhaben und zu benutzen ist,
- anpaßbar an eine Vielzahl von Sonnenbrillenrahmen ist,
- anpaßbar an eine Vielzahl von Sichtumgebungen ist,
- in anderen Anwendungen als Sonnenbrillen verwendet werden kann.
Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung die Erfindung und der Ansprüche, in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung, ersichtlich.

Beste Art, die Erfindung auszufunren

Anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die beste Art dargestellt, um die erfindungsgemäße für ultraviolette Strahlung und blaues Licht undurchlässige polarisierende Linse 12, die hauptsächlich zur Montage in einer Sonnenbrille hergestellt wurde, auszuführen. Die Linse 12 ist im wesentlichen für horizontal polarisiertes Licht undurchlässig und ist undurchlässig für ausgewählte Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum, das zwischen 300 und 549 Nanometer liegt und läßt zu, daß 30 bis 40 % der Wellenlängen im sichtbaren Bereich des Spektrums, die größer als 625 Nanometer sind, durchgelassen werden. Die selektive Undurchlässigkeit wird durch ein scharfes Kantenfilter gesteuert, das ausgewählt ist, um entweder bei 450, 500, 515, 530 oder 550 Nanometer zu begrenzen. Nur Wellenlängen, die größer als 300 Nanometer sind, brauchen wegen der atmosphärischen Absorption von kürzeren Wellenlängen nicht gefiltert werden.
Die Linse 12 in der folgenden Offenbarung bezieht sich auf verschiedene Begriffe. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, werden diese Begriffe anfänglich definiert.

Elektromagnetisches Spektrum.

Im Rahmen dieser Erfindung besitzt das Spektrum eine untere Grenze von 300 Nanometer und eine obere Grenze von 780 Nanometer. Der sichtbare Bereich des Spektrums ist ferner als zwischen 400 und 780 Nanometer fallend definiert.

Durchlässigkeit.

Der Prozentsatz des Lichts, der durch eine Linse durchtritt.

Undurchlässigkeit.

Das Gegenteil von Durchlässigkeit und ist ein Meßwert des Prozentsatzes des Lichts, das entweder durch die Oberfläche oder Oberflächenbeschichtung reflektiert oder durch die Farbe oder den Kunststoff der Linse absorbiert wird.

Wesentliche Undurchlässigkeit.

Wenn in bezug auf Wellenlängen verwendet, ist sie als Undurchlässigkeit von über 99 % der Einfallsstrahlung oder Durchlässigkeit von weniger als 1 % der Einfallsstrahlung bei jeder und allen Wellenlängen definiert. Wenn in bezug auf die Polarisation verwendet, ist sie als Undurchlässigkeit von 80 % oder mehr der horizontal polarisierten Einfallstrahlung bei jeder oder allen Wellenlängen definiert.

Scharf begrenzt.

Im Rahmen dieser Erfindung ist scharf begrenzt im Zusammenhang mit einer Farbe oder einem Filter definiert, mit einer Begrenzungssteilheit, die mehr als ein halbes Prozent (0,5 %) Änderung der Durchlässigkeit für jeden Nanometer ansteigender Wellenlängenänderung zunimmt. Die Begrenzungssteilheit ist der Bereich des Übertragungspektrums einer begrenzten Farbe, die den Übergang zwischen der im wesentlichen undurchlässigen Region und der im wesentlichen durchlässigen Region wiedergibt.

Kombinationsfarbe.

Im Rahmen dieser Erfindung ist eine aus zwei Farben hergestellte Mixtur als Kombinationsfarbe definiert, deren ultraviolette Übertragungslöcher sich im wesentlichen nicht überlappen.
Das in den Figuren 1 bis 8 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die folgenden sechs Hauptelemente auf: Eine (Polarisations-) Kunststofflinse 12, ein scharf begrenztes bzw. scharfes Kantenfilter 14, eine horizontal polarisierender Folie 16, eine Kombinationsfarbe 18, eine scharf begrenzte orange-drei Dispersionsfarbe 20, eine scharf begrenzte rot-zwei Dispersionsfarbe 22 und eine scharf begrenzte gelb-dreiundzwanzig Dispersionsfarbe 24.
Die Linse 12, wie sie in dieser Erfindung verwendet wird, ist eine Undurchlässigkeitslinse und keine Durchlässigkeitslinse und ist aus einem optischen Kunststoff oder optischen Glas gegossen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Linse aus einem optischen Hartharzkunststoff gegossen, der aus Dialylglyclolcarbonatmonomer, wie ein CR-39 Polymer hergestellt ist. CR-39 ist eine registrierte Marke der Pittsburgh Plate Glass Company mit ihrem Hauptunternehmen in den USA. Das CR-39 Polymer besitzt Eigenschaften, die, wie unten beschrieben, unter gesteuerten Bedingungen zulassen, daß die Linse leicht mit der ausgewählten Dispersionsfarbe gefärbt wird, die die erforderliche Wellenlängenundurchlässigkeit zulassen.
Sonnenlicht besteht hauptsächlich aus sichtbarem Licht und unsichtbarer, als UV und Infrarot bekannter Strahlung. Die meisten Personen, die strahlendem Licht, speziell Sonnenlicht, ausgesetzt werden, fühlen sich zu jeder Zeitperiode wohler, wenn sie Sonnenbrillen tragen, die Wellenlängen im 400 bis 780 Nanometerbereich nicht durchlassen. Konventionelle Sonnenbrillenlinsen, die in diesem Bereich undurchlässig sind, reduzieren übermäßig grelles Licht, das die Unbehaglichkeit des Auges erzeugt, aber sie hemmen wegen ihrer notwendigerweise geringen Durchlässigkeit die Sehschärfe.
Die Undurchlässigkeitsmerkmale der erfindungsgemäßen Linse 12 wird durch das scharfe Kantenfilter 14 erreicht, das in Kombination mit der horizontal polarisierenden Folie 16 verwendet wird. Die Funktion des Filters 14 wird am besten in bezug auf Figur 1 verstanden, die die spektralen Kurven der Erfindung offenbart.
Die spektralen Kurven sind in einen Undurchlässigkeitsbereich, einen Übergangsbereich und einen Durchlässigkeitsbereich unterteilt. Die Kurven definieren die Durchlässigkeitsspektren einer Sonnenbrillenlinsen-Familie mit scharfe Kantenfiltern bei Wellenlängen von 450, 500, 515, 530 und 550 Nanometer.
Ist ein Filter 14 mit einer Begrenzung bei 450 Nanometer ausgewählt, sind der Undurchlässigkeitsbereich und der Durchlässigkeitsbereich mit anderen Mitgliedern der Familie gemeinsam. In diesem Fall werden Wellenlängen zwischen 300 und 449 Nanometer bis zum Übergangsbereich wesentlich gefiltert, wo das scharfe Kantenfilter 16 bei 450 Nanometer begrenzt und steil zum Durchlässigkeitsbereich ansteigt, wo 30 bis 40 % der Wellenlängen, die größer als 625 Nanometer sind, übertragen werden.
Wird ein anderes als bei 450 Nanometer begrenzendes Filter 14 ausgewählt, nimmt die Größe des Undurchlässigkeitsbereichs zu (horizontal versetzt). Wäre beispielsweise ein 500-Nanometer- Kantenfilter ausgewählt, würden Wellenlängen zwischen 300 und 499 Nanometer bis zu und in den Übergangsbereich hinein nicht durchgelassen, wo das scharfe Kantenfilter 14 bei 500 Nanometer begrenzen würde; entsprechend würde eine Begrenzung bei dem Maximum 550 Nanometer Wellenlängen zwischen 300 und 549 Nanometer nicht durchlassen, bevor das Kantenfilter bei 550 Nanometer begrenzt. In allen Fällen des bevorzugten Ausführungsbeispiels bleibt der Durchlässigkeitsbereich jenseits von 625 Nanometer vollständig offen, wobei für jede und alle Wellenlängen bis zum Infrarotbereich zwischen 30 und 40 % übertragen werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden 30 bis 40 % der Wellenlängen größer als 625 Nanometer durchgelassen. Jedoch kann die Durchlässigkeit im Durchlässigkeitsbereich über dem 625 Nanometer-Punkt auf jeden Bereich zwischen 10 und 90 % durch geeignete Auswahl der Kombinationsfarbe 18 und der Polarisierungsfolie 16 vergrößert werden.
Die hauptsächliche Neuheit der Erfindung besteht in der Fähigkeit der Linse 12, mittels des scharfen Kantenfilters 14 in Kombination mit dem Polarisator 16 für ultraviolette Strahlung, blaues Licht und horizontal polarisiertes Licht undurchlässig zu sein. Während ein beruhigender Effekt nur durch Tragen von für blau undurchlässigen Linsen erreicht wird, verstärkt die Hinzunahme des Polarisators 16 im wesentlichen den beruhigenden Effekt und verbessert im wesentlichen das Sehvermögen ohne optisches Unbehagen. Zusätzlich läßt die erfindungsgemäße Linse einen besonderen Grad an Sicherheit zu, ohne die Hormonbalance des Körpers mehr als nötig zu beeinflussen. Diese überraschenden und unerwarteten Ergebnisse wurden durch eine Hypothese erklärt, nachdem die Kombination in der Praxis eingeführt wurde und die Effekte in erster Hand erforscht wurden. Doch zur vollständigen Erklärung einiger Effekte muß ein tieferes Verständnis des menschlischen Gehirns und des Zusammenwirkens des menschlichen Auges mit Licht abgewartet werden. Im Gegensatz dazu sind die begrenzte Verbesserung der Sehschärfe und der durch die Unterdrückung der ultravioletten Strahlung hervorgebrachte Augenschutz und die Reduzierung des Blaulichtgehalts den Forschern auf diesem Gebiet wohl bekannt.
Der Prozeß, der die erfindungsgemäße Linse zu einer erfolgreichen Ausführung brachte, war von Beginn an nicht offensichtlich. Die ökonomische Produktion von für UV und blauundurchlässige polarisierende Sonnenbrillen wurde durch die Tatsache gehemmt, daß die gegenwärtig produzierten Kunststofflinsenpolarisatoren im wesentlichen aus einer Schicht aus wärmeempfindlichen polarisierenden Folienlaminat zwischen zwei Schichten der CR-39 Polymerlinse besteht. Der Polarisator wird durch Dehnen der dünnen Folie gebildet, um die Folienmoleküle in einer Art anzuordnen, daß durch die Linse durchtretendes Licht polarisiert wird. Wenn diese Folie in dem gegossenen CR-39 Polymer aufgetragen wird, kann es der Wärme widerstehen, die normalerweise bei Tauchfarblinsen mit kosmetischer Tönung verwendet werden. Diese Tönungen sind gewöhnlich sehr leichte Schattierungen von Pastellfarben, die der Linse ein dekoratives und individualisierendes Aussehen geben. Die Anforderung für das Färben der Linse auf einen Wert, der bei der vorliegenden Erfindung für vollständigen Augenschutz und maximale Sehschärfe erforderlich ist, erforderten Zeit und eine Temperatur in dem Tauchfarbenkessel, die die polarisierende Wirkung der Linse 12 zerstörten.
Es ist in der Technik auch bekannt, daß kommerziell erhältliche scharf begrenzte Dispersionsfarben, die für das Warmtauchfärben der CR-39 Kunststofflinse geeignet sind, eine signifikante UV-Strahlungsdurchlässigkeit haben. Diese UV- Durchlässigkeit wird manchmal als ein "UV-Loch" bezeichnet. Wie in Figur 2 durch die Kurven A und B gezeigt, haben die in dieser Erfindung verwendet begrenzten Farben beide ein "UV- Loch". Wenn die Linse 12 durch Erweitern der Färbezeit ausreichend dunkel werden kann, werden die UV-Löcher auf weniger als 1 % absorbiert. Leider wird die für die UV- Reduzierung erforderliche Zeit bewirken, daß der Polarisator wegen der Zeit, in der die Polarisierungsfolie 16 in der Farbe erhitzt wird und den Färbechemikalien ausgesetzt wird, zerstört wird.
Die Minimalzeit, in der die Linse 12 in der Farbe sein muß, ist dadurch bestimmt, wie lange es dauert, um das UV-Loch zu füllen. Bei Verwendung der in Figur 1 durch Kurve C gezeigten Kombinationsfarbe 18 können die zur Beseitigung der UV-Löcher erforderliche Zeit und Temperatur, wie in Figur 4 durch Kurve A gezeigt, reduziert werden, um der Polarisierungsfolie 16 ein Überstehen des Herstellungsprozesses zu ermöglichen.
Der Warmtauchfärbungsprozeß ist der am weitest verbreiteten verwendete Prozeß, um opthalmische Linsen zu färben und ist die Basis für den bestmöglichen Prozeß. Die verwendeten Farben sind Dispersionsfarben, d.h. es sind Moleküle einer öllösliche Farbe in einer Oberflächenhaut eingegossen. Die Farben sind in Wasser bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celcius feinst verteilt. Wenn ein eingegossenes Farbmolekül die Kunststoffoberfläche kontaktiert, bricht die Oberflächenhaut auf und das öllösliche Farbmolekül diffundiert in die Oberfläche der Kunststofflinse. Das Erhöhen der Farbkonzentration in der kochenden Wasserlösung steigert die Färbungsrate nicht signifikant, aber die Gefahr, daß die Lösung zusammenbricht, nimmt dramatisch zu. Wenn viele Farbmoleküle miteinader kollidieren, kann ihre Oberflächenhaut zusammenbrechen, und sie können sich in einem Ölklumpen von Farbmolekülen anhäufen, die ihre Oberflächenhaut verloren haben. Der Klumpen bleibt auf der Linsenoberfläche kleben, wo er einen sichtbaren Punkt auf der Linse erzeugt. Wenn der speziellen, scharf begrenzten Dipersionsfarbe erlaubt wird, für eine ausreichend lange Zeit und bei einer ausreichend hohen Temperatur in den Kunststoff zu diffundieren, werden die UV-Löcher auf akzeptable Werte reduziert, um einen geeigneten Augenschutz und die erforderliche Begrenzungswellenlänge vorzusehen.
Was der opthalmischen Linsenfärbungsindustrie nicht bekannt war, ist die Tatsache, daß einige Farben untereinander ihre UV-Löcher bei geringfügig unterschiedlichen Wellenlängen haben. Dieser Offset der UV-Löcher in unterschiedlichen Farben ist die Entdeckung, die den Prozeßteil der vorliegenden Erfindung einleitete.
Die vorliegende Erfindung macht die scharf begrenzte Färbung des hitzeempfindlichen Polarisators technisch und ökonomisch durchführbar. In der in Figur 3 gezeigten Optimierungstabelle kann beobachtet werden, daß eine Kombination einer gelbdreiundzwanzig Dispersionsfarbe 24 mit einer orange-drei Dispersionsfarbe 20 die erwünschten Ergebnisse eines scharfen Kantenfilters bei den kürzeren (hellorange) Wellenlängen erzeugt; und eine Kombination einer orange-drei Dispersionsfarbe 20 mit einer rot-zwei Dispersionsfarbe 22 wird ein scharfes Kantenfilter bei längeren (dunkelorange) Wellenlängen erzeugen. Die Farbkonzentrationen wurden empirisch bestimmt, um eine Farbkombination zu erzeugen, die keine öligen Klumpen produziert und die hitzempfindliche Polarisationslinse schnell genug färbt, daß sie nicht zerstört werden würde. Die Optimierungstabelle in Figur 3 sieht die Farbkombination 18, die erforderliche Zeit und Temperatur, um die erwünschten speziellen Begrenzungswellenlängen zu erzeugen, vor. Die Tabelle beinhaltet ebenso die empfohlene Verwendung für die UV- und blauundurchlässige Polarisationslinse 12. Obwohl kein bevorzugtes Verfahren berücksichtigt wurde, kann die Linse durch die Kombinationsfarbe bei einer Temperatur von 37± 1º Celsius behandelt werden, wobei die Zeit zwischen 7 und 10 Tagen liegt.
Der kombinierte Polarisator 16 ergibt einen Polarisierungsschirm, der horizontal polarisiertes Licht nicht durchläßt. Wie zuvor erwähnt, ist die verwendete Folie empfindlich bezüglich Chemikalien und Temperaturschädigung. Deshalb wird eine polarisierte Folie, die Wärme und Chemikalien (wie einer Farbe) ausgesetzt wird, nach einer Zeitdauer zerstört und aufhören, das polarisierte Licht zu filtern. Eine typische Fehlerkurve einer Polarisationsfolie 16 ist in Figur 4 als Kurve A gezeigt. Das Gebiet oberhalb der Kurve A bildet die Polarisatorfehlerregion, während unterhalb der Kurve A die sichere Region liegt. Um Polarisationslinsen sicher zu färben, müssen deshalb die Farben so ausgewählt werden, daß die erforderliche optische Dichte innerhalb des in Figur 4, Bereich B gezeigten eingeschlossenen Bereichs erzielt werden kann, der unterhalb der Polarisiererfehlerkurve A liegt. Mit anderen Worten müssen die Färbezeit und Temperaturen, die in Figur 3 gezeigt sind, ausgewählt werden, um in eine als Bereich B gezeigte sichere Region zu fallen. Der Abwärtsknick der Kurve A entspricht der chemischen Minderung der Polarisationslinse, die nach einer erweiterten Zeitperiode in der Farbe bei niedrigen Temperaturen auftritt.
Eine Recherche nach Quellmaterialien für Polarisator wurde durchgeführt, die eine möglichst hohe Kurve A aufweisen. Eine solche Linse, ein hitzebeständiger Polarisator, der sich nicht aufspaltete oder bei der erforderlichen Zeit und Temperatur nicht ausfiel, ist als "R-Plano Rauchfarbe gemäß Lieferung 10- 324" bekannt und wird durch die Alpha Company Ltd. in Japan bereitgestellt. Unter den zahlreichen geprüften Quellmaterialien wurde auch eine außergewöhnlich hitzebeständige durch die Polarlite Co. in Seattle, Wa. hergestellte Linse gefunden, die manchmal durch eine einzige Farbe (orange oder gelb) bei längeren Zeiten und höheren Temperaturen gefärbt werden könnte. Jedoch wurde die Verwendung einer Farbe wegen der teuren hitzebeständigen Linse nicht als die beste Art angesehen, aber es ist ein weiterer Weg, die Linse 12 herzustellen.
Andere Wege, um polarisierte Linsen herzustellen, beinhalten:
- Beschichten einer Folie auf oder zwischen einem vorgefärbten UV- und blauundurchlässigen Linsenrohling,
- Färben der Linse mit einem eingebetteten Polarisator in einer gelösten Farbe und/oder Mixen der Farbe in das Monomer bevor es um einen polarisierenden Film geschmolzen wird.
Während unter bestimmten Umständen diese Techniken wünschenswert sein könnten, sind sie wegen ihrer Komplexität, der Werkzeugkosten und der Minimalherstellungsmengen für kleineren Herstellungsumfang undurchführbar.
Für mittleren Produktionsumfang können Linsen durch Verwendung der in Figur 3 gezeigten und strukturartig in Figur 5, Teil A gezeigten bestmöglichen Zeit, Temperaturen und Farbkonzentrationen gefärbt werden. In diesem Prozeß kleinen Umfangs wird eine Linse 12 an einem Drahthalter 52 aufgehängt und in einen kleinen Kessel 50 mit wässriger Dispersionsfarbkombination 18 bei 98 ± 10º Celsius betrieben gebracht. Die Dampfblasen 54 steigen vom Boden des Behälters auf und bringen die Farbe in Kontakt mit den Linsen 12. Ein Thermometer wird manchmal zum Messen der Farbtemperatur verwendet, um die erforderliche Zeit vorherzusagen, um die erforderlichen spektralen Merkmale zu erhalten. Der Behälter wird elektrisch erhitzt.
Für großen Produktionsumfang können Linsen durch Verwendung der in Figur 3 und strukturartig in Figur 5, Teil B gezeigten bestmöglichen Zeit, Temperaturen und Farbkombinationen gefärbt werden. In diesen Prozeß großen Umfangs werden die Linsen 12 an einem gestellartigen Kunststoffhalter 58 aufgehängt und in einen großen Kessel 50 mit wässriger Dispersionsfarbkombination 18 bei 98 ± 1º Celsius betrieben eingebracht. Die Dampfblasen 54 steigen vom Boden des Kessels auf und bringen die Farbe in Kontakt mit den Linsen 12. Der große Kessel wird normalerweise durch eine natürliche Gasflamme erhitzt.
Nachdem die Linsen gefärbt sind, werden sie durch Industriestandardätzmaschinen, die in der opthalmischen Industrie wohl bekannt sind, geätzt. Die Linsen werden dann in Metall- oder Plastikrahmen montiert, die für die verschiedenen Einsatzbereiche und für die in der Optimierungstabelle in Figur 3 erwähnten Verwendung geeignet sind. Bevor die vollendeten Sonnenbrillen versendet werden, werden sie mit den Spektralstandards verglichen, um sicherzustellen, daß sie die erforderlichen begrenzten Filteranforderungen und die erforderliche Polarisationsleistung erfüllen. Die Sonnenbrillen werden auf Unvollkommenheit und passender Montage im Rahmen kontrolliert.
Die Polarisationssfolie 16, wie sie in verschiedenen Kombinationen von Farbanordnungen verwendet wird, ist in den Figuren 6, 7 und 8 im Schnitt gezeigt.
In Figur 6 ist die Farbe in der Oberfläche der Kunststofflinse 12 absorbiert und die Polarisationsfolie 16 ist zwischen zwei Linsenhälften aus gegossenem oder vorgeformtem Kunststoff aufgetragen. Die Farbe wurde in diesem Fall in der Linsenoberfläche durch einen Heißtauchdispersionsfärbungsprozeß oder einen Kalttauchlösungsfarbenprozeß absorbiert.
In Figur 7 wurde die Farbe in die gegossene oder vorgeformte Kunststofflinse 12 gemischt, bevor der Kunststoff gegossen wurde. Zwei Hälften werden dann auf jeder Seite der Polarisationsfolie aufgetragen.
In Figur 8 ist die Polarisationsfolie 16 laminiert und die Farbe ist in einer Deckschicht oder einer gefärbten Filmbeschichtung, die an der Innen- oder Außenseite einer Kunststoff- oder Glaslinse 12 angeklebt ist. Wenn die Kunststoff- oder Glaslinse fotochromatisch ist, und die färbbare Folie auf der Innenseite (konkav) der Linse ist, werden die Farben das UV, das zur Aktivierung des fotochromatischen Materials notwendig ist, nicht durchlassen, bevor das UV ins Auge eintritt.
Der synergetische Effekt durch eine Linse 12 mit einem Polarisator 16 und einer Kombinationsfarbe 18, die im wesentlichen blaues Licht absorbiert, resultiert in einer Linse, die einen effektiven Schutz der Retina gewährleistet. Die in der Veröffentlichung des Erfindungsbereichs diskutierte Idealsituation ist die Notwendigkeit, die Blauundurchlässigkeit zu minimieren, indem man unter der Schädigungsreparaturschwelle bleibt, und die thermische Erhitzung der Retina durch die Lichtblitze, die durch die Retina durchgehen, verhindert. Die erfinderische Linse 12 erreicht diesen Schutz, indem sie für horizontal polarisierte Lichtblitze in blauen und UV-Wellenlängen undurchlässig ist. Die Kombinationsfarbe 18, die für den Einsatz mit der Linse 12 erhältlich ist, kann so ausgewählt werden, daß sie für alle Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum zwischen 300 und 549 Nanometer im wesentlichen undurchlässig ist. Die spezielle Begrenzungswellenlänge, die innerhalb dieses spektralen Bereiches ausgewählt wurde, ist unabhängig von der letztendlichen Verwendung der Linse und der Zeit, Temperatur und Farbkomponenten, die zur Herstellung der Kombinationsfarbe verwendet wird.
Um eine Linse 12 zu produzieren, wird eine optische Kunststofflinse mit einer darin eingebetteten Polarisationsfolie 16 geschaffen. Falls eine Begrenzungswellenlänge bei 450 Nanometer erwünscht ist, wird eine Kombinationsfarbe 18 durch einen Heißtauchkombinationsdispersionsfarbenprozeß auf die Linse 12 angewendet. Der Prozeß besteht im wesentlichen darin, die Linse in einen Kessel 50 mit einer Mischung von gelbdreiundzwanzig Dispersionsfarbe 24 und einer orange-drei Dispersionsfarbe 20 und einem Konzentrationsverhältnis von etwa 1 : 1 zu tauchen. Die Linse 12 verbleibt in dem Kessel für eine Zeitdauer von 2,5 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius.
Ist eine Begrenzungswellenlänge bei 500 Nanometer erwünscht, wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit einer Mischung von dispergierter gelb-dreiundzwanzig Dispersionsfarbe 24 und einer orange-drei Dispersionsfarbe 20 bei einem Konzentrationsverhältnis von etwa 1 : 1 für eine Zeitdauer von 5 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Für eine Begrenzungswellenlänge bei 515 Nanometer wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit einer Mischung von gelbdreiundzwanzig Dispersionsfarbe 24 und einer orange-drei Dispersionsfarbe 20 bei einem Konzentrationsverhältnis von etwa 1 : 1 für eine Zeitdauer von 12 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Für eine Begrenzungswellenlänge bei 530 Nanometer wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit einer Mischung von rot-zwei Dispersionsfarbe 22 und einer orange-drei Dispersionsfarbe 20 in einem Konzentrationsverhältnis von etwa 1 : 1 für eine Zeitdauer von 4,5 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Für eine Begrenzungswellenlänge bei 550 Nanometer wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit einer Mischung von rot-zwei Dispersionsfarbe 22 und einer orange-drei Dispersionsfarbe 20 in einem Konzentrationsverhältnis von etwa 1 : 1 für eine Zeitdauer von 12 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Der bestmögliche Prozeß zur Herstellung der Linse 12 ist der oben beschriebene Heißtauchkombinationsdispersionsfarbenprozeß. Andere Prozesse, die ebenso verwendet werden können, um die Kombinationsfarbe 18 oder individuelle Farben zu erzeugen, weisen einen Laminatfolienprozeß, einen Farblösungsbedeckungsprozeß, einen Kalttauchlösungsfarbenprozeß und einen vorgefärbten lösungsschmolzenen Kunststoffprozeß auf. Die zusätzlichen Prozesse sind in der Technik wohl bekannt und sind deshalb nicht beschrieben.
Die Prozesse, die die Kombinationsfarbe 18 verwenden, können für all die zuvor beschriebenen scharfen Kantenfilter 14, verwendet werden. Für Filter, die zwischen 450 und 530 begrenzen, kann eine einfache orange oder eine rote Heißtauchfarbe mit speziellen wärmeresistenten Polarisationslinsen verwendet werden.
Ist eine Begrenzung bei 450 Nanometer erwünscht, wird bei diesem alternativen Prozeß die Linse 12 in einen Kessel 50 mit der gelb-dreiundzwanzig Farbe 24 während einer Zeitdauer von 16 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Für eine Begrenzung bei 500 Nanometer wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit der orange-drei Farbe 20 während einer Zeitdauer von 5 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Für eine Begrenzung bei 515 Nanometer wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit der orange-drei Farbe 20 während einer Zeitdauer von 12 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Für eine Begrenzung bei 530 Nanometer wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit der orange-drei Farbe 20 während einer Zeitdauer von 18 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celsius eingetaucht.
Für eine Begrenzung bei 550 Nanometer wird die Linse 12 in einen Kessel 50 mit der rot-zwei Farbe 22 während einer Zeitdauer von 18 Minuten bei einer Temperatur von 98 ± 1º Celcius eingetaucht.
Die Standardtemperatur von 98 ± 1º Celsius, wie sie in dem bevorzugten Prozeß verwendet wird, kann auf 37 ± 1º Celsius geändert werden. Wird die Linse 12 bei dieser geringen Temperatur eingetaucht, ist die erforderliche Zeit etwa 7 bis 10 Tage.
Die für den Einsatz mit der Linse 12 ausgewählte Kombinationsfarbe 18 ist abhängig von ihrem letztendlichen Einsatz. Alle denkbaren Sichtprobleme können durch Einsatz einer Polarisationslinse mit einem scharf begrenzenden Kantenfilter 14 gelöst werden. Fünf typische Problemsituationen werden berücksichtigt: Ein Bademeister, ein Schiffer, ein Fischer, ein Fahrer und ein Pilot - die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte, auf die in der Diskussion bezug genommen wird, genauso wie andere numerische und technische Benennungen sind in der Offenbarung des Erfindungsteils dargestellt und beschrieben. Die Spektren dieser Linsen sind in Figur 1 gezeigt.
Die typische Situation für den Bademeister ist folgende: Die Zeit ist Mittag mit der Sonne im Zenit. Der Bademeister ist 8 Meter vom Wasser entfernt, das Wellen mit einem Krümmungsradius von 3 Metern aufweist. Die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte beträgt 3,27 Mikrowatt/cm², was weit über der Schwelle sowohl für solare Retinitis als auch für Nachtsichtverlust ist. Mit einem 500-Kantenfilter fällt die Bestrahlungsdichte auf 0,036 Mikrowatt/cm², was weit unter der Schwelle für solare Retinitis aber oberhalb der Schwelle für Nachtsichtverlust liegt. Durch Zusatz eines Polarisators wird die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte auf 0,004 Mikrowatt/cm² reduziert, was unter der Nachtsichtverlustschwelle liegt.
Die typische Situation für einen Schiffer ist folgende. Die Zeit ist Mittag mit der Sonne im Zenit. Der Schiffer ist 4,5 Meter vom Wasser entfernt, welches Wellen mit einem Krümmungsradius von 3 Metern aufweist. Die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte ist 8,2 Mikrowatt/cm², was weit über der Schwelle sowohl für solare Retinitis als auch für Nachtsichtverlust liegt. Mit einem 515-Kantenfilter fällt die Bestrahlung auf 0,063 Mikrowatt/cm², was weit unter der Schwelle für solare Retinitis aber über der Schwelle für Nachtsichtverlust liegt. Durch Zusatz eines Polarisators wird die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte auf 0,007 Mikrowatt/cm² reduziert, was unter der Nachtsichtverlustschwelle liegt.
Die typische Situation für den Fahrer ist folgende: Die Zeit ist Mittag mit der Sonne im Zenit. Der Fahrer ist 5 Meter von der Frontglasscheibe des Fahrzeugs entfernt. Das Glasfenster hat einen Krümmungsradius von 4 Metern. Die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte ist 39,6 Mikrowatt/cm², was weit über der Schwelle sowohl für Solar Retinitis als auch für Nachtsichtverlust liegt. Mit einem 530-Kantenfilter nimmt die Bestrahlungsdichte auf 0,.24 Mikrowatt/cm² ab, was leicht oberhalb der Schwelle für solare Retinitis und weit oberhalb der Schwelle für Nachtsichtverlust liegt. Druch Zusatz eines Polarisators wird die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte auf 0,002 Mikrowatt/cm² reduziert, was unter der Nachtsichtverlustschwelle liegt.
Die typische Situation für den Fischer ist folgende: Die Zeit ist Mittag mit der Sonne im Zenit. Der Fischer ist 6 Meter vom Wasser entfernt, welches niedrige Wellen mit einem Krümmungsradius von 6 Metern hat. Die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte ist 8,2 Mikrowatt/cm², was weit oberhalb der Schwelle sowohl für solare Retinitis als auch für Nachtsichtverlust liegt. Mit einem 550-Kantenfilter nimmt die Bestrahlung auf 0,045 Mikrowatt/cm² ab, was weit unter der Schwelle für solare Retinitis aber oberhalb der Schwelle für Nachtsichtverlust liegt. Durch Zusatz eines Polarisators reduziert sich die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte auf 0,005 Mikrowatt/cm², was unterhalb der Nachtsichtverlustschwelle liegt.
Der wirksamste ist das auf 550 begrenzte Kantenfilter. Die 550er Begrenzung wurde als eine Grenze ausgewählt, da sie die größte Begrenzung ist, die sich nicht mit der Rot-grün-gelb- Farbunterscheidung überschneidet, was für die Sicherheit bei Verkehrssignalen notwendig ist. Diese Verkehrssignalerkennung wurde experimentell bestimmt. Diese Linse ist eine Wahl für Personen, ein Maximum an Schutz benötigen, wie solche mit erkrankter Retina, beispielsweise Retinitis Pigmentosa, altersabhängige Makulardegeneration usw.. Jedoch kann die Linse auch von anderen, die einen maximalen Schutz suchen, getragen werden.
Die typische Situation für Polizeibeamte ist folgende: Die Zeit ist Mittag mit der Sonne im Zenit. Der Fahrer ist 5 Meter von der Frontglasscheibe des Fahrzeugs entfernt. Die Glasscheibe hat einen Krümmungsradius von 4 Meter. Die gefahrgewichtete Bestrahlungsdichte ist 39,60 Mikrowatt/cm², was weit oberhalb der Schwelle sowohl für solare Retinitis als auch für Nachtsichtverlust liegt. Mit einem 450-Kantenfilter nimmt die Bestrahlungsdichte etwas ab, aber da die Notwendigkeit für Farbtreue für den Beamten besteht, um korrekt die Farben von Fahrzeugen zu identifizieren, liegt der Beamte oberhalb der Schwelle sowohl der Nachtsichtverlustschwelle als auch der Solarretinitisschwelle. Jedoch ist dies noch besser für ihn, als wenn er die polarisierenden, für blau undurchlässige Linse nicht verwenden würde.
Die typische Situation für den Piloten ist folgende: Die Zeit ist Mittag mit der Sonne im Zenit. Der Pilot ist um eine extrem variable Distanz von der Wolkendecke entfernt, die sich in kurzer Zeit von bedeckt bis strahlender Sonne ändern kann.
Der Polarisationszustand kann sich ebenso dramatisch abhängig von der Richtung der Sonne und den Wolkenbedingungen ändern. Deshalb ist es schwierig, die Gefahr vorherzusagen, der der Pilot ausgesetzt ist. Jedoch ist bekannt, daß Piloten einer weit größeren Intensität von Gesamtblau und UV wegen der Höhe ausgesetzt sind (die Atmosphäre absorbiert UV und blaues Licht, so daß Personen in großer Höhe ein größeres Risiko haben, als die, die nahe der Mehreshöhe sind). Ein Pilot kann jede der begrenzenden Linsen von 515 bis 550 verwenden, um den Schaden zu mindern. Die unerklärte Wirkung dieser Erfindung, die es ermöglicht, über einen weiten Bereich von Lichtbedingungen verwendet zu werden, wird für den Piloten nützlich sein.
Während die Erfindung in allen Einzelheiten beschrieben und bildlich durch die beigefügten Zeichnungen dargestellt wurde, ist sie nicht auf derartige Details begrenzt, da viele Änderungen und Modifikationen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang abzuweichen. Beispielsweise können die erfinderischen Linsen 10 ebenso eine Anwendung in Fahrzeug- und Flugzeugwindschutzscheiben, speziellen Anwendungsfenstern, Flug-, Ski- und Schweißbrillen oder Visieren und bei Mikroskopen, Teleskopen oder Opthalmoskopen haben. Folglich sollen jede und alle Modifikationen und Formen abgedeckt sein, die innerhalb der Terminologie und des Schutzumfangs der Ansprüche liegen.

Claims

1. Transparente Optik, die für den Einfall vorgewählter, für das Auge schädliche Lichtwellenlängen in sonnenbeschienener Umgebung in ein menschliches Auge undurchlässig und für vorgewählte Wellenlängen sichtbaren Lichts, die eine hohe Sehschärfe zulassen, zum Auge durchlässig ist, mit einem licht-polarisierendes Material aufweisenden im wesentlichen durchsichtigen Laminat (16); gekennzeichnet durch ein scharfes Kantenfilter (14), das dem Laminat (16) zugeordnet ist und das entweder eine vorgewählte einzige Farbe oder eine vorgewählte Kombination unterschiedlicher Farben aufweist, die, um das Auge gegen schädliche Strahlung zu schützen, im wesentlichen für alle Wellenlängen nicht-polarisierten Lichts im Bereich von 300 nm bis dorthin undurchlässig ist, wo sie die Lichtdurchlässigkeit bei einer Grenzwellenlänge im Bereich von 450 nm bis 550 nm scharf zu begrenzen beginnt, wobei das Filter (14) eine spektrale Durchlässigkeitskurve besitzt, deren Steilheit in einem Hauptbereich bei Lichtwellenlängen größer als die Grenzwellenlänge aber kleiner als 650 nm mit einem Wert von mehr als 0,5% Änderung in der Lichtdurchlässigkeit für jeden Nanometer zunehmender Wellenlängenänderung zunimmt.

2. Transparente Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polarisierende Material derart ist, daß Lichwellenlängen im wesentlichen horizontal polarisiert werden.

3. Transparente Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat zwei Schichten aus optischem Kunststoff (12) aufweist und daß das lichtpolarisierende Material (16) eine zwischen den beiden Schichten liegende Folie ist.

4. Transparente Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Diallylglykolkarbonat aufweist.

5. Transparente Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) ferner derart ausgebildet ist, daß es für wenigstens 20% der Wellenlängen polarisierten Lichts größer als 625 nm durchlässig ist.

6. Transparente Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) ferner derart ausgebildet ist, daß es für wenigstens 30% der Wellenlängen polarisierten Lichts größer als 625 nm durchlässig ist.

7. Transparente Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) ferner derart ausgebildet ist, daß es für zwischen 10% und 90% der Lichtwellenlängen größer als 625 nm durchlässig ist.

8. Transparente Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) eine Kombination aus streuender gelber Farbe und streuender orangener Farbe aufweist und zur scharf begrenzenden Lichtdurchlässigkeit bei einer Grenzwellenlänge zwischen 450 nm und 515 nm ausgebildet ist und eine spektrale Durchlässigkeitskurve besitzt, deren Steilheit bei Wellenlängen größer als die Grenzwellenlänge aber kleiner als 650 nm mehr als 0,5% Änderung in der Lichtdurchlässigkeit für jeden Nanometer zunehmender Wellenlängenänderung zunimmt.

9. Transparente Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) aus einer Kombination aus streuender orangener Farbe und streuender roter Farbe besteht und zur scharf begrenzenden Lichtdurchlässigkeit bei einer Grenzwellenlänge im Bereich von 515 nm bis 550 nm ausgebildet ist und eine spektrale Durchlässigkeitskurve besitzt, deren Steilheit bei Wellenlängen größer als die Grenzwellenlänge aber kleiner als 650 nm mehr als 0,5% der zunehmenden Wellenlängenänderung zunimmt.

10. Sonnenbrillenlinse, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine transparente Optik nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

11. Transparente Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung zwischen dem Laminat und dem Filter darauf beruht, daß das Filter mit dem Laminat einstückig ist.

12. Transparente Optik nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine Farbe aufweist, die innerhalb des Laminats festgelegt ist.

13. Transparente Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung zwischen dem Laminat und dem Filter darauf beruht, daß das Filter mit dem Laminat klebend verbunden ist.

14. Transparente Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat eine Vielzahl von Schichten aufweist und daß das Filter und das polarisierende Material wenigstens einer der Schichten zugeordnet sind.

15. Transparente Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat eine Vielzahl von Schichten aufweist, daß das polarisierende Material wenigstens einer der Schichten zugeordnet ist und daß das Filter eine Farbe aufweist, die Teil des Laminats ist.