Optics Letters:超表面隐形眼镜用于色弱矫正-深圳华之晶-液晶模块
2020-04-07

01
导读

眼睛是心灵的窗户,它让我们领略“绿杨烟外晓寒轻,红杏枝头春意闹”的恬静和喜悦,带我们走进“天街小雨润如酥,草色遥看近却无”的清幽与生机。但不幸的是,色觉缺陷患者们无法像我们一样正常感知到大自然的多姿多彩……

最近,以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University)光与物质相互作用中心的Tal Ellenbogen研究团队将等离激元超表面嵌入到商用硬性透氧隐形眼镜中,研究了它们对色觉缺陷的矫正能力。深圳液晶模块

他们将正常的色觉与未矫正和矫正后红绿色弱的色觉进行比较,发现上述超表面隐形眼镜能够将错误感知的色觉恢复为正常的颜色。此外,实验结果表明他们设计的等离激元超表面隐形眼镜还可以实现很好的对比度恢复。




02
研究背景

人类对的颜色感知依赖于三种高度灵敏的锥形光感受器。三种不同锥体感受器的灵敏度峰值分别在430、530、560 nm左右,分别对应于短波(蓝色)、中波(绿色)和长波段(红色)。深圳液晶模块

色觉缺陷表现为辨别颜色的能力下降,最常见的一类色觉缺陷是由于某种视锥细胞感光器的光谱变化引起的。

相关疾病中患病率最高的是由绿锥感光器红移导致的红绿色弱,在这种情况下,绿光光谱区域的激发减弱,而红光光谱区域的激发更加明显,使得区分红色和绿色的难度增加。

隐形眼镜相比于普通眼镜而言具有视野宽阔、视物逼真的优势,在控制近视和散光发展等方面也发挥了特殊的功效。但是迄今为止,商用隐形眼镜仅提供了屈光度的矫正,对于色觉缺陷没有很好的矫正效果。深圳液晶模块

等离激元超表面可以对光响应进行调控,通过合理的结构设计,将超表面与隐形眼镜进行结合,有可能为人类视觉调控与矫正打开新的大门。




03
创新研究

在本工作中,作者利用等离激元超表面隐形眼镜的透过波长选择性特征实现了对色觉缺陷的矫正。深圳液晶模块

3.1超表面制备:从平面到曲面
由于隐形眼镜本身的曲率要和眼角膜很好的匹配,一般的超表面制备方法是无法在保证隐形眼镜曲率不变的情况下在它的上面实现等离激元超表面制备的。

在本工作中,作者先利用电子束刻蚀方法在ITO玻璃衬底上制备了40纳米厚的Au阵列组成的超表面;

等平面超表面形成后,再利用浸入-剥离法将以PMMA为支撑的超表面从ITO衬底上剥离下来,与硬性透氧隐形眼镜进行热熔合,得到了预设计的等离激元超表面嵌入式隐形眼镜

在整个制造过程中,所使用的隐形眼镜始终能保持其透明度和形状不变。





3.2红绿色弱矫正
由于红绿色弱是绿色感光器灵敏度的红移导致的,而本文中制备的等离激元超表面在红光波段有较强的消光作用,所以可以通过减弱过度刺激光谱区域的光感受器响应来实现色觉的矫正。深圳液晶模块

作者选择了色度图中不同区域的几种颜料,对红绿色弱矫正前后的颜色知觉进行了比较分析。

经过超表面隐形眼镜矫正后的视觉与正常视觉相同,颜色认知的改善因子最大可以达到10左右,意味着本文的设想是成功的。




3.3对比对恢复效果展示
此外,作者还通过计算表明超表面带来的衍射光并不在可见范围内,因此上述超表面隐形眼镜不会由于衍射效应造成颜色伪影或对比度降低等副作用。

为了证实对比度的恢复,他们进行了石原色觉感知测试,结果表明改良后的隐形眼镜可以同时还原图像的原始颜料和对比度。




总而言之,本文提出的新方法可以充分利用超表面的优势,将更多的新功能引入到隐形眼镜的改良和设计中,为视觉缺陷患者带来一个更美好的认知世界的窗口。



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