CN102307514A - 人眼屈光矫正的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过实施个性化无散光屈光矫正来实现具有超常视力(例如20/10)的屈光矫正的方法和设备。个性化无散光视觉矫正包括：用客观像差仪来获得客观、精确的人眼散光的测量，精确度在0.01到0.10光焦度之间；可靠地把客观像差仪测得的散光轴与验光仪关联起来；通过用验光仪进行主观验光来确定人眼聚焦误差的最优化值；通过结合客观测量的散光度，客观测量的散光轴，以及主观测量的聚焦误差产生个性化的验光数据；基于产生的个性化验光数据来制造个性化眼镜，把眼镜的误差控制在0.09光焦度以下；交付能提供人眼无散光屈光矫正的眼镜。

Description

人眼屈光矫正的方法和设备
本发明已申请在先相关申请的优先权，该在先申请为美国临时申请，申请号61/200494，名称为“用于人眼屈光矫正的方法和工艺”该在先申请由梁俊忠于2008年12月1日提出申请，及美国临时申请申请号61/208045，名称为“用于人眼高清晰屈光矫正的方法和设备”，该在先申请由梁俊忠于2009年2月20日提出申请。这些相关申请包含于此作为参考。
技术领域
本发明通常涉及人眼的屈光矫正，更具体的涉及近视、远视、老视的矫正。
背景技术
人眼的屈光矫正可表现两个基本类型，第一类型为传统的视觉矫正方法，它利用主观验光(manifest refraction)来测量人眼的聚焦误差(focus error)和散光(cylindrical error)并进行矫正，第二种类型为波前引导视觉矫正，它对利用客观(objective)波前传感器测量的人眼所有的像差，包括聚焦误差、散光、球差、彗差等等进行校正。
传统的视觉矫正方法从概念上局限于聚焦误差、散光的矫正。此外，还局限于主观验光本身的主观性，即主观验光如何来确定人眼屈光误差(refractive error)，特别是确定散光。散光俗称象散(astigmatism)，由于它包括散光度(cylindrical power)和散光轴(cylindrical axis)，所以会引起特殊的问题。
主观验光本身至少存在五个限制因素。首先，因为主观验光依赖于使用矫正透镜和主观的测试人眼视觉，主观验光受限于验光仪(phoroptor)中可用透镜。聚焦误差通常限制在0.125(D)光焦度的精度(resolution)，而散光通常限制在0.25(D)光焦度的精度。第二，散光轴的主观确定存在较多问题，因为散光轴的轻微变动(仅在小度数内的变动)会对散光校正超过2D导致显著性能差异。第三，病人或专业人员(practitioner)(例如验光师)导致的人为误差往往是不可避免的，这是因为主观验光依赖于病人对多次屈光矫正作出主观判断和反应，以及专业人员对病人的主观反应的分析。第四，因为主观验光的验光师要经过一个费时的流程才能确定屈光矫正的最终结果，这使得主观验光本质上是片面的、经验的验光方案。最后，主观验光是费时的过程，因为它对3个之多的独立变量，包括聚焦误差、散光度(cylindrical power)和散光轴(cylindrical axis)来人为控制视觉优化。
基于主观验光的缺陷以及现有的透镜制造技术的高误差导致了大多数情况下的视觉矫正存在误差。由于使用主观验光的传统视觉矫正方法的不精确性，导致不同的验光师对同一个病人眼睛的验光数据(refractive prescription)显著不同，同时导致低精度的散光度(大到0.25光焦度)，这通常是传统视觉矫正的精度。因此，当前眼科工业中的可用眼镜(ophthalmic lens)也限制在精度在0.25光焦度的透镜。另外，传统框架眼镜(spectacle lens)制造中的高误差容忍度使得利用传统的视觉矫正来矫正人眼散光更加复杂。根据框架眼镜(mounted spectaclelense)的光学属性公差的英国标准，BS 2738-1：1998，散光度的公差为低度数透镜(low power lenses)的+/-0.09光焦度到高度数透镜的+/-0.37光焦度之间。可以肯定的说，因为主观验光的局限和与眼镜制造有关的公差的组合误差(combined error)，今天的眼镜的未矫正量会达到0.37光焦度。
如Williams和Liang在美国专利5,777,719所述，先进的波前传感技术可以通过客观波前传感器可靠的测量人眼的所有像差。理论上讲，由于可以客观的测量所有像差，波前引导的视觉矫正可为每个人提供完美的无像差屈光矫正。但是，实际应用上波前引导的视觉矫正也存在很多挑战。首先，由于传统的制镜技术是用来制造球面镜，柱镜、非球面镜制造，所以不可能用传统的制镜技术精确控制所有透镜像差，因此透镜制造将会很复杂又昂贵。第二，波前矫正需要透镜和人眼之间时刻保持精确的波前对准。透镜制造和波前探测上的这些问题使得波前引导矫正很难在传统的眼镜如框架眼镜、隐性眼镜、人工晶体植入镜上实现。
因此，虽然很多视觉矫正的方法和原理是现有技术中已知的，但所有的现有矫正方法都存在一个或多个缺点。因此，实现实用、完美的屈光矫正仍需要改善现有的方法和设备。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种确定人眼屈光矫正的方法，包括：第一步，获得人眼波像差的客观测量结果，不利用病人的主观回应；下一步中，从客观测量结果中确定测得的散光度和散光轴。所述确定的散光度具有比0.25光焦度更精细的精度，因而小于0.25D。第三步，通过主观验光确定人眼的聚焦度数，包括病人对多次屈光矫正的主观回应；第四步，通过结合来自客观测量中的散光度和散光轴，以及来自所述主观测量中的聚焦度数，获得用于眼镜或眼科屈光手术(refractive procedure)的个性化验光数据。所述个性化验光数据具有比0.25光焦度更精细的散光度。
在发明的另一个方面中，提供一种用于人眼屈光矫正的个性化眼镜的方法包括：第一步，通过无需病人回应的高精度的客观验光，获得比0.25光焦度更精细的散光度和散光轴；第二步，通过主观验光来确定人眼的球面聚焦度数(sperical focus power)，所述主观验光包括基于对多次屈光矫正的主观回应来测量人眼的视觉表现(visionperformance)。第三步，通过结合所述散光度、散光轴和球面聚焦度数产生用于眼镜或眼科手术的个性化验光数据，所述散光度比0.25光焦度更精细；第四步，向眼镜制造商提交个性化验光数据，以制造把散光度的精度精确控制为比0.25光焦度更精细的个性化眼镜；第五步，接收并用焦度计(lensometer)检验个性化眼镜；第六步，只有当测得的个性化眼镜的散光度与透镜验光数据之间的散光差异小于比0.10光焦度时，向病人交付个性化眼镜。
发明的另一个方面涉及一种用于人眼屈光矫正的眼镜，该眼镜包括第一复曲面和第二复曲面。所述两个复曲面都有相应的散光度。所述第一和第二复曲面的至少其中之一具有小于或等于0.25光焦度的散光度。
根据本发明的另一个方面，涉及一种制造眼镜的方法，包括：第一步，接收具有球面度数的复曲面透镜(toric lens，又称为散光透镜)的个性化验光数据，以及精度比0.25光焦度精细的规定散光度；第二步，通过透镜模具成型或对半成品毛坯进行表面加工制造个性化复曲面透镜；第三步，检验个性化散光透镜的表面参数；下一步，如果检验的表面参数在期望要求(desired specification)之外，重新加工透镜的一个表面；再下一步，用焦度计测量个性化散光透镜的屈光度数(refractivepower)；最后，如果测得的个性化散光透镜的散光度与规定的散光度之间的差异在0.01和0.08光焦度的容忍度之内匹配，向客户交付个性化散光透镜。
发明的另一个方面，提供了一种制造眼镜的方法，包括：第一步，接收眼镜的个性化验光数据，该验光数据含有球面度数(sphericpower)和精度比0.25光焦度精细的散光度；第二步，从透镜制造商选择一个半成品透镜毛坯；第三步，把半成品透镜毛坯放进透镜表面加工系统；第四步，基于个性化验光数据和所述半成品毛坯的一套已知的屈光属性(refractive properties)对半成品毛坯的表面进行表面加工以制造成品透镜(fabricated lens)；第五步，用焦度计测量所述成品透镜的屈光度数，以确定出所述屈光度数和所述个性化验光数据之间的屈光差值；最后，基于确定的散光差值重新加工所述表面，直到测得的成品透镜的散光度和所述验光数据的散光度在0.01和0.08光焦度之间的容忍度以内。
发明的另一个方面，提供了一种用于测量人眼屈光矫正误差的验光仪，包括：波前测量模块，用于提供人眼像差的客观测量结果，所述客观测量结果包括聚焦误差，散光轴和精度比0.25光焦度精密的散光度；输出模块，用于显示客观测量结果；机械装置，把波前测量模块移动到第一位置来进行客观测量，以及移动到远离人眼光轴的另一个位置来进行人眼的其他测量；验光仪，其利用多个球面透镜和柱透镜来实现人眼的主观验光(subjective refraction)；所述验光仪的一个装置，用于对从输出模块获取的散光度和散光轴中进行调节。
发明的另一个方面，提供了一种主观验光的方法，包括：第一步，通过客观验光仪获得人眼的聚焦误差，散光度和散光轴的客观估计，获得的聚焦误差的精度为0.25光焦度，散光的精度比0.25光焦度精细；第二步，存储人眼参照于客观验光仪的方向信息；第三步，根据存储的方向信息，校准验光仪的方向；第四步，调进(dial in)散光轴和散光度；第五步，主观确定修正的聚焦误差，以提供对人眼远点的优化矫正；第六步，通过结合散光度，散光轴，和聚焦度数来生成用于眼镜或眼科手术的验光数据。
通过下述本发明优选实施方式的具体描述，本发明的各种目的、特征、方案和优点将变得更加清晰。
附图说明
图1显示本发明的用于确定人眼屈光矫正方法的流程图；
图2显示无任何屈光矫正下主观视力(subjective visual acuity)在20/20以上的正视人眼的像差；
图3显示无任何屈光矫正下视力在20/20以上的正视人眼的不同像差成分的分布；
图4显示本发明的又一确定人眼屈光矫正方法的流程图；
图5显示本发明的一种眼镜；
图6显示本发明的一种人眼折射矫正的预视方法；
图7显示本发明的一种用于主观验光的验光仪示意图；
图8显示本发明的又一用于主观验光的验光仪示意图；
图9显示本发明的一种改进的人眼主观验光方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细披露本发明的具体实施方式，并通过附图来说明实施方式中的一个或多个例子。每个例子提供的是发明技术的解释，并不为相应技术的限制。实际上，本领域普通技术人员都明了，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明的技术进行修正和变形。例如，某实施方式的描述或显示的细节可被用于其它实施方式，从而产生另一个实施方式。所以，本发明的主题旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物范围内的各种修改和变形。
改进的用于确定人眼屈光矫正的方法
图1显示一个用于确定人眼屈光矫正的改进方法的流程图，本发明的所述方法基于人眼波像差的客观测量以及人眼聚焦误差的主观测量。所述改进的方法能实现优化的无散光屈光矫正，使得大多数正常人能达到20/10的视力而不是传统的20/20。
首先，在步骤10中，获取人眼所有像差的客观测量，其中人眼的所有像差表示为波像差W(x，y)；第二，步骤11中，根据获得的波像差，通过去除聚焦误差和散光误差(cylindrical error))优化人眼视觉来确定客观的球-柱矫正。客观的球-柱矫正包括聚焦误差(focus error)，散光度(cylindrical power)和散光轴(cylindrical axis)。第三，步骤12中，通过主观验光来获取人眼的聚焦误差，其中所述主观验光包括基于对多次屈光矫正的主观回应来测量人眼的视觉表现；最后，步骤13中，通过结合所述客观确定的散光度、客观确定的散光轴，以及主观确定的聚焦误差，产生用于眼镜或视觉矫正手术的验光数据。
这里描述的方法与传统的视觉矫正相比具有许多优点。首先，由于验光过程不再依赖于验光仪中数目有限的柱透镜、被测主体对不同散光矫正的细微差异做出的主观反馈、以及验光师采用的主观优化策略，人眼的散光偏差(cylindrical error)可以精确确定到0.025光焦度，就像其他高级像差如人眼的球差、彗差一样。第二，通过计算人眼成像质量，可以精确确定散光轴，并确定散光轴中误差的容忍度。最后，视觉优化不再局限于主观验光的特定情形。替代它的，可以通过使用室外、室内和夜视的视觉模拟来应用虚拟优化，以考虑不同的瞳孔大小情况下的不同视觉条件。
与威廉姆斯和梁(Williams & Liang)的美国专利5,777,719中描述的利用波前像差仪的客观波前验光相比，本发明的方法也解决了利用客观验光测量人眼聚焦误差的问题。客观波前传感器如波前像差仪可以准确测量聚焦误差，但是有两个原因导致不能保证测量的聚焦误差是人眼的最佳远点。首先，人眼是根据不同的视距通过晶状体来调节聚焦误差，即所谓的适应性调节。客观波前传感器仅仅能测量在某个特定适应状态下的人眼聚焦误差。再者，客观波前传感器如客观像差仪仅测量在某个特定光波长下的人眼聚焦误差，该特定光波长通常在红外光谱内以确保病人在客观验光时更舒服。为了确定人眼远适应点(faraccommodation point)的最佳聚焦，人眼色差也必须考虑进去。所以，从客观验光仪获取的聚焦误差对远适应点来说是真正的聚焦误差，其测量精度在+/-0.125光焦度内并且仅适用于20％的测量人眼。
对大约40％的人眼，客观验光仪得到的聚焦误差会矫正过小，导致低于20/20的视力。同时，对于另外40％的人眼，客观验光仪得到的聚焦误差会矫正过大，屈光校正后的人眼会成远视眼。本发明这里所讨论的用于确定屈光矫正的改良方法，采用主观途径修正来自客观验光仪的聚焦误差，因而考虑到了的适应性调节和色差的影响，得到人眼远适应点的最佳验光。
所述用于确定屈光矫正的改进方法进一步包括预测(preview)视觉矫正，如在步骤14中那样，即使是在透镜制造前也是可以的。视觉预测可以包括卷积的(convolved)视力表的视网膜图像，计算出的调制转换函数，计算出的点扩展函数，以及夜视症模拟。计算出的视觉效果(performance)可以显示给病人和验光师，用来接受或选择具体的屈光矫正。
这里叙述的改进的屈光矫正方法让每个人实现优化的无散光矫正成为可能。对人眼散光的完美矫正对矫正后的视力影响巨大。图2显示了发明人取得、尚未发表的临床研究，其中显示了超过200个视力20/20以上的散光及总像差(total aberration)。所有这些测试人眼本质上都是无需任何屈光矫正的正视眼。每个人眼中的散光偏差及总像差都利用客观波前传感器测量，并在视力主观测量过程中对每个人眼基于其瞳孔尺寸进行计算。视力测量的瞳孔大小在2.5到4.5毫米之间，平均值为3.7毫米。图2中的误差柱状图为被测人群的标准偏差。
如图2所示，客观测量的散光偏差与主观测量的视力是相关的。此外，散光偏差显然是决定人眼主观视力的决定因素。
图3还突出显示了散光偏差对自然正视人眼的视力的重要性。在图3显示的发明人取得、尚未发表的临床数据中，针对四个视力群的正视人眼显示了不同像差在总像差中的平均成分。可以看见，在视力测试中正视人眼的总像差的60％到80％是由象散导致的。彗差的贡献小的多，仅占10％到20％，而球差对视力的影响可忽略不计。
根据图2和图3的数据，不难总结出矫正人眼象散的质量对主观视力有重大影响。通常可以通过完美的散光偏差矫正来实现20/10视力或20/12的视力。虽然对彗差、球差及其他高等级像差的附加矫正对夜视觉较重要，它们对大多数正常人的视力的影响可忽略不计。
人眼散光的完美矫正需要对人眼散光进行精确的测量和定量(specification)，因此，需要把散光度规定为比0.25光焦度的传统精度精细很多，比如0.025光焦度。
记录客观测量中的散光轴(cylindrical axis)也很重要。记录散光轴的一个示例是在客观测量散光时记录人眼的数字图像。该数字图像在以后可用来协助眼镜在人眼中的定位，或者用来验证眼镜的合适方向。
本发明所描述的确定屈光矫正的方法与本发明描述的先进制镜技术的创新结合起来，就能实现无散光个性化屈光矫正，这比基于传统主观验光的传统的视觉矫正方法具有更优良的视觉表现。
在本发明一个实施例中，一种实现无散光、个性化屈光矫正的方法如下：首先，客观的获取人眼波像差，其中波像差包括人眼的聚焦误差、象散、慧差和球差。可以通过威廉姆斯和梁(Williams & Liang)申请的美国专利5,777,719中描述的利用诸如客观像差仪的设备来测量人眼波像差，以实现客观获取人眼波像差。第二，通过客观获取的波像差确定散光度和散光轴。散光度的精度必须比0.25光焦度精密，例如是0.025光焦度。该确定的散光度的精度规定在0.01到0.10光焦度之间。散光轴也必须精确确定。第三，通过主观验光确定人眼的聚焦误差。主观验光可通过使用验光仪来实现。第四，通过结合客观确定的散光度和散光轴以及主观确定的聚焦误差，产生用于眼镜或矫正手术的验光数据。第五，根据产生的高精度散光度的高精度验光数据来配置个性化眼镜。散光度的精度比0.25光焦度更精密，例如0.025光焦度，同时容忍度在0.01到0.05光焦度之间。另外，屈光矫正还可以进一步包括根据波像差确定的球差。对有些人的眼睛来说，降低眼的球差可改善夜视觉，尤其对有光晕和眩光等夜视症状的人眼有利。
图4显示了本发明的另一个实施例，用于完美矫正人眼散光的一种简化方法。该实施例不涉及测量高级像差如球差和彗差。首先，在步骤41中，通过客观方法测量人眼的散光，而不涉及任何主观反馈。为了提高散光测量精度，步骤41中的客观方法可以涉及测量瞳孔大小在2.5毫米到4毫米之间的人眼屈光属性，并且对多次独立的客观测量取平均值。第二，步骤42中，通过主观验光确定人眼的聚焦误差，该主观验光基于对多次屈光矫正的主观回应来测量人眼的视觉性能。第三，步骤43中，通过结合所确定散光度、确定的聚焦误差，产生用于眼镜或眼科屈光手术的验光数据，这里的散光度具有比传统的0.25光焦度更细的精度，例如0.025光焦度。
用于屈光矫正的高精度复曲面透镜
由于传统主观验光的局限，目前的眼镜的散光度精度(cylindrical power resolution)为0.25光焦度。由于实际制造的透镜在低度透镜的+/-0.09光焦度到高度透镜+/-0.37光焦度之间的较大容忍度内，实际中利用框架眼镜进行人眼象散的矫正更为复杂。所以，适用于无散光个性化屈光矫正的框架眼镜必须用更先进的技术来制造。
目前的框架眼镜都是通过透镜模具成型或采用计算机控制机床的透镜机械加工制造的。对于大多数普通屈光范围(球面度数在-6.0D到+6.0D之间)内的透镜，框架眼镜一般通过模具成型实现大批量生产，然后储存在眼镜的商店或实验室里。模具成型需要两个透镜模具，一个模具具有球面或非球面形状的基本曲面，另一个具有复曲面的模具用于散光眼镜。对于散光度在普通范围以外的透镜，通常在半成品透镜毛坯上加工成透镜，半成品透镜毛坯通常通过模具成型批量而得，并在工厂里存放。半成品透镜坯包含一个具有球面或非球面形状的成型基本面和另一个验光顶面(top prescription surface)，该验光顶面将根据透镜验光数据和基本面的光焦度来进行表面加工。如果制造的透镜具有散光度，所述验光顶面将具有复曲面。
对于模具成型或机械加工的散光透镜，最后成型的透镜包含成形为球面或非球面的基本曲面，以及用于具有散光度的验光透镜的成形为复曲面的验光曲面(prescription curve)。基本曲面通常设置为有5-8个可能的表面形状，而验光面可以是几百个复曲面之一，以适用于具有传统精度0.25光焦度的组合起来的透镜，用来矫正各种球面(spherical)和散光的不同组合。
对于散光度精度由0.025替代0.25光焦度的眼镜，眼镜厂家必须增加10倍的验光面，才能继续使用传统的单复曲面透镜。虽然理论上讲可能，但是利用单复曲面透镜方法制造无散光个性化透镜将会极其昂贵，因为需要的透镜模具实在太多了。
图5显示了本发明的用于无散光个性化屈光矫正的新的框架眼镜。在本发明的一个实施例中，透镜包括复曲面51，是在传统透镜中使用的传统的基本曲面的改进型。可以在传统的基本曲面基础上加上少量的散光(小于0.25光焦度)改变成复曲面，用来在低于0.25光焦度的精度上细调节散光度。另一个复曲面52与制造传统复曲面镜中使用的那些复曲面相同，其散光度在0.00到6.00光焦度之间，精度仍为0.25光焦度。另外，所述基本曲面和验光曲面还可以具有非球面特征，用于象传统复曲面透镜一样降低透镜离轴散光(oblique astigmatism)。
可通过两个实施例实现把散光度精密调节到0.025光焦度。一个实施例涉及基本曲面的固定散光度为0.25或0.125光焦度，调节两个散光轴之间的角度，从而实现0.025光焦度的散光度精度。另一个实施例涉及多个基本曲面的散光度(0.025，0.05，0.075，0.10，0.125，和0.20光焦度)，把基本曲面和验光曲面的散光度结合起来，从而实现精细度达到0.025光焦度的散光。在第二个方案中，可以重合双复曲面透镜的两个散光轴以达到设计的散光度，或稍微不同以进一步调节散光度。
双复曲面眼镜的两个面都有散光度，制造过程中控制两个散光轴的方向对达到期望的散光度非常重要。在模具成型制造双复曲面框架眼镜时，每个复曲面模具都具有机器可读的标志。在把两个模具放在一起以形成用于浇铸透镜的腔之前，应该把该两个模具在他们的散光轴方向上校准。在机械加工以成型制造双复曲面透镜时，半成品毛坯可含有机器可读的标志，用于指示最终完成的表面的散光轴。此外，机械加工面的散光轴应该参照先加工完的表面的散光轴进行精确控制。
在另一个实施例中，图5的眼镜可进一步设置为在中央视觉区产生球差，以矫正人眼的球差。这可通过把双复曲面中的一个复曲面环绕光轴成形为非球面部件来实现。
图5的眼镜可进一步设置成让其远离光轴区形成非球面，以降低离轴(off-axis)塞德尔象差(Seidel aberations)。眼镜也可进一步设置成双焦、或多焦渐进镜(progressive lens)。
通过调节复曲面的散光轴控制散光度
高精细散光可通过调节具有粗散光度的两个复曲面之间的散光轴来实现。根据本发明的方法，需要两个复曲面，该两个曲面之一具有在一个ΦA1方向的主散光度，另一个面具有在不同的ΦA2方向的小的调剂散光度。两个散光轴之间的角度为α。
组合散光度可由数学公式表述为：
ΦA＝SQRT(ΦA1*ΦA1+ΦA2*ΦA2+2*ΦA1ΦA2*COS(2α))    (1)
其中根号SQRT为开平方根的数学算符。组合散光度ΦA在(ΦA1-ΦA2)和(ΦA1+ΦA2)之间，取决于两个散光轴之间的角度。在一个示例中，如果主散光度ΦA1是1.0光焦度的散光度，调剂散光度ΦA2是0.125光焦度，由这两个基本散光度可以获得精度在0.875光焦度到1.125光焦度之间的任何散光度。在另一个示例中，可以选择基本的调剂散光度是0.25光焦度，以及12个基本的主散光度为0.25，0.75，1.25，1.75，2.25，2.75，3.25，3.75，4.25，4.75，5.25，5.75光焦度，从而可以实现精度比0.25光焦度更精细的在0.00到6.00光焦度之间的任何散光度。
利用设置在不同散光轴上的两个散光要素来制作具有散光度的透镜具有三个优点。首先，通过调节两个散光轴的相对方向可以实现高分辨、可调节的散光度。在生产过程中控制两个散光轴之间的角度在2.5度之内比精确控制曲面形状在0.02光焦度之内要相对容易。第二，因为仅需要有限数量的基本模具，制造具有高精度散光度的柱透镜的过程被大大简化，并且具有低成本。第三，制造的透镜仅需一个调剂度数或者仅需要几个调剂散光度，因而可实现高速的制造过程。从而，高分辨透镜可以象散光度数目有限的传统透镜一样进行个性化制造，唯一需要注意的是控制两个散光轴之间的相对角度。
必须指出的是，在多个方向调节两个散光度会引起相对于基本球面度数(spherical power)的可变的聚焦偏移。产生的球面度数可被表示为：
ΦS＝0.5*(ΦA1+ΦA2-ΦA)                (2)
其中的ΦA1、ΦA2、ΦA分别为主散光度、调剂散光度、和组合散光度。当两个散光轴之间的角度的全范围(full range)为90度时，总的聚焦偏移取决于两个散光轴之间的角度，并且聚焦偏移可以大到调剂散光度。由于聚焦偏移的存在，这种散光控制方法不可以用于制造精度在0.25光焦度的传统眼镜。
当调剂散光度小于0.25光焦度时，框架眼镜中的聚焦偏移可以通过两种不同方法来处理。首先，如病人眼有足够的适应范围时，公式(2)里的聚焦偏移可以考虑进总球面度数里。再者，如病人眼没有足够或只有较小的调节范围时，需要一个以上的调剂散光度来降低公式(2)里的聚焦偏移。在这种情况下，可以用5到10个调剂散光度，并尽量采用较小的角度范围，以用于精确调节组合散光度。
除了用来制造可精确控制散光度的透镜外，所描述的调节两个散光度的复合方法还有三个其它应用。首先，即使主散光度或调剂散光度有制造误差，精确控制散光度仍然可以实现。可以通过引入计算补偿角来消除主散光度或调剂散光度可能有的制造误差。第二，我们也可用此方法来改造验光仪，以实现对无散光个性化视觉矫正的预视。第三，此方法也可用来制造个性化晶状体植入镜。
制造个性化高精度复曲面镜的闭环方法
现有的技术不能用来制造用于实现无散光屈光矫正的个性化定制的眼镜，这是因为当前的眼镜制造工艺适合于较粗糙的0.25光焦度间隔的透镜，透镜散光的标准也较低，如英国国标(国标)BS 2738-1：1998所述，透镜散光的误差容忍度为+/-0.09到+/-0.37光焦度。因此，需要新的方法来制造用于无散光个性化屈光矫正的高精度眼镜。
本发明的用于人眼的高清晰屈光矫正的个性化复曲面镜的制造方法采用闭环方法。首先，制造商会收到一个复曲面镜的个性化验光数据，其包括球面度数，比0.25光焦度更高精度的散光度，例如精度为0.025光焦度。第二，根据得到的验光数据和制造透镜的材料确定想要的透镜表面形状。第三，根据确定的表面形状，通过透镜模具成型或表面加工半成品毛坯制造个性化复曲面镜。第四，用焦度计测量每个制造的个性化透镜。如果测到的制成透镜的散光度与个性化验光数据中的散光度在0.01到0.08光焦度之间的定制误差范围内，比如0.025光焦度，向客户交付透镜。如果测到的制成透镜的散光度与个性化验光数据中的散光度之间的差异不在所述定制误差范围内，则重新加工制造透镜的至少一个面。
在本发明的另一个实施例中，制造高精度眼镜的闭环方法包括如下步骤：a)获取验光数据，其包括球面聚焦度数(spherical focuspower)和散光度，可选的还包括散光轴和球差；b)根据得到的验光数据和透镜材料确定想要的透镜表面形状；c)把光学元件或部分加工的光学元件装到加工系统里，根据确定的透镜表面形状来改变所述元件的至少一个表面形状；d)用焦度计测量改变的元件的屈光属性；f)根据获取的验光数据和测量的已改变元件的验光数据来计算制成透镜的剩余偏差；e)根据计算的剩余偏差进一步改变所述元件的至少一个表面形状，直到制造的透镜的剩余偏差在0.01到0.08光焦度之间的定制容忍度范围内，比如0.025光焦度。
无散光屈光矫正的预视方法
即使客观波前验光仪提供了人眼的散光度和散光轴的精确测量，为了矫正散光，在透镜制造前最好能让病人预先观察到无散光视觉矫正。
在验光中，验光仪通常是用来主观确定人眼球面聚焦度数，散光度，散光轴的设备。矫正散光的精度限定在0.25光焦度，散光轴的方向一般在5度左右，在主观验光中，验光仪的散光轴从来没有与实际验光中的客观验光精确相关。因此，传统的验光仪根本不适合高精确屈光矫正。
图6显示本发明的无散光屈光矫正的预视方法。在一个实施例中，人眼无散光屈光矫正的预视方法包括如下步骤：a)通过客观验光仪(objective refractor)60客观验光得到屈光矫正的验光数据，其中的客观验光仪测量分布于人眼瞳孔的波前斜率，并精确确定人眼的散光度(比0.25光焦度更精细)和散光轴，可选的还确定球差，以及球面聚焦度数的粗估值；b)在验光仪(phorotor)61中拨进确定的散光度和散光轴，散光参数精确控制为比0.25光焦度更精细；c)把验光仪62里的球面聚焦度数设置为多个值，并通过测量仪62主观测量人眼视力；d)主观确定最佳聚焦误差，以在远点63设置人眼的调节；e)在预测(preview)模式下确定最佳矫正视力，并基于主观确定的聚焦误差和客观确定的散光度和散光轴来提供验光数据64。
测量人眼的屈光矫正的改进验光仪
前面所述的预视无散光屈光矫正的方法可通过把波前像差仪配置到验光仪来实现。在一个实施例中，这种改进的验光仪包含如下模块：波前测量模块用于提供人眼像差的快速、客观的测量；输出模块，用来显示测量的像差，它至少包括聚焦误差、散光轴，以及精度比0.25光焦度更精细的散光度，比如0.025光焦度；机械装置，用于把波前像差仪移动到一个位置以测量人眼的像差，以及使波前像差仪远离人眼光轴移动以测量人眼其它参量；验光仪模块用来进行人眼的主观验光，会用到多个球面镜和柱透镜，验光仪模块不涉及高级像差如球差、彗差的矫正；所述验光仪模块中的一个装置，用于拨入从所述波前像差仪的输出装置获得的散光度和散光轴，以实现无散光视觉矫正。波前测量模块(wavefront module)还测量人眼所有像差并根据测量的像差来计算出图像质量参量(image metrics)。
现有技术中的传统验光仪设计不适合实现无散光屈光矫正，改进的验光仪还必须解决把验光仪的散光轴和客观验光仪(objectiverefractor)的人眼的方向对应起来的问题，并把散光度控制到远比0.25光焦度更精细。
图7显示本发明的一个用于主观验光的改进验光仪。一个对准标志72放在病人的脸上，通过把人眼的散光轴与所述对准标志72关联起来可以进行人眼的客观验光。当该同一只人眼放置在验光仪后面时，验光仪上产生的光束71可投射到人脸上的对准标志72附近，以实现在另一测量中将验光仪的散光轴与人眼方向关联起来。
把验光仪的散光轴与客观验光仪中的人眼方向关联起来可能涉及机械装置，光束，投影图像，或成像装置的协助。把验光仪的散光轴与客观验光仪中人眼的散光轴关联起来还可能涉及到把一固定方向(例如附设到验光仪上的校准标志71)与人眼的方向(例如在病人脸上或人眼中的对准标志72)进行比较。把验光仪的散光轴与客观验光仪中的人眼方向关联起来还可能涉及到调节方向(例如附设到验光仪的校准标志71)，以让其与人脸上或人眼中的对准标志72所限定的人眼方向匹配(match)，然后根据验光仪上的校准标志的调节来确定角偏移量(angular offset)。
改进的验光仪可进一步包括散光轴的数字控制和显示装置，以替代散光轴73的手动控制。数字控制可通过电机控制散光轴。
改进的验光仪可进一步包括实现散光度的连续调节的装置，以替代传统验光仪中每档0.25光焦度的调节精度。
改进的验光仪可进一步包括实现人眼球差的屈光矫正的装置，会用到多个位相板(phase plate)或多个非球面透镜。
在另一个实施例中，改进的人眼主观验光仪包括一个装置，其用于手工输入散光度和散光轴，或导入来自客观验光仪的验光数据，以提高精度和效率。这种改进的验光仪如图8所示，其包括：a)多个球面镜，用于人眼离焦的矫正；b)多个柱透镜，用于人眼散光的矫正；c)装置81，用于手工输入散光度和散光轴，或导入来自客观验光仪的验光数据。
用于人眼屈光矫正的改进的客观验光仪
传统的波前像差仪可精确测量人眼的散光，但对于实现本发明的无象散屈光矫正还不够用。因为传统的波前像差仪不能可靠的测量人眼处于远适应点位置的球面聚焦度数，并且不具备能够精确的把客观验光仪测量的散光轴与主观验光仪及眼镜中的散光轴关联起来的装置。
图9显示了一种用于屈光矫正的改进的客观验光系统。该系统包括：客观验光装置90，用于测量人眼的光学误差，该光学误差至少包含散光度，散光轴和球面聚焦误差，并且测量时不涉及任何主观反馈；一装置，用来把人眼方向校准到客观验光装置内的预定方向上，或在客观验光过程92中记录人眼面部方向的装置。
在一个实施例中，客观验光装置90是能测量分布于人眼瞳孔上的波前斜率的客观像差仪。该像差仪向存储元件91至少提供球面聚焦度数、散光度、散光轴，以及可选的还提供人眼球差。聚焦误差和可选的球差可分别通过输出装置95和94输出。
在一个实施例中，校准或记录人眼方向的装置92将容许人眼的有关方向改变到客观验光装置的预定方向，并提供视觉辅助来设定验光仪和测试人眼之间的相对方向。通过与存储元件91中的数据相结合，客观验光系统能根据校准标志或输出装置93中的记录图像来输出散光度和散光轴。
在一个实施例中，校准与记录人眼面部方向92的装置可利用数码相机记录人脸的至少一部分。人脸上可能会有人造的校准标志，该校准标志可能形成为没有矫正原件的框架眼镜的镜框本身。
在一个实施例中，客观验光装置可进一步提供人眼的全部波像差96，基于该全部波像差的视觉诊断98，屈光矫正的数据，以及剩余波像差97，其中屈光矫正包括球面聚焦误差，散光度，散光轴，以及可选的还包括球差。
改进的用于屈光矫正的主观验光
根据本发明改进的验光仪和波前像差仪，披露了一种用于无散光个性化视觉校正的改进的主观验光方法，该方法涉及如下步骤。首先，把一个人造对准标记放在人脸上。第二，用客观验光仪客观估计人眼的聚焦误差、散光度和散光轴，所述客观验光得到的聚焦度数的精度为0.25光焦度，散光度的精度比0.25光焦度精细的多，比如0.025光焦度。客观验光仪优选为波前像差仪。第三，基于放置在人脸上的人造对准标记(artificial registration mark)，存储人眼参照客观验光仪的方向信息。第四，验光师拨入散光矫正(cylindrical correction)以匹配从客观验光仪得到的散光度和散光轴。第五，除了所述拨入的散光矫正之外，还提供多个球面矫正(spherical correction)给病人。对客观测得的聚焦误差进行改进以获得改进的聚焦度数，以对远视眼提供优化的人眼矫正。第六，通过结合客观确定的散光度，散光轴和主观改进的聚焦度数以生成用于眼镜或屈光手术的验光数据。
虽然已对发明的具体实施方式进行了详细说明，可以预见到，对于本领域的普通技术人员来说，一旦他们对如前所述的发明理解后，可以想到发明的替代，变更，和等同的方案。在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可实现这些和其它对于本发明的变化和改变。更进一步，本发明的普通技术人员应意识到本发明的前述描述仅仅是示例性的，而不是用于限制本发明。

Claims (40)

1.一种确定人眼屈光矫正的方法，包括步骤：获取所述人眼波像差的客观测量结果，其中所述客观测量结果不涉及病人的回应；
根据所述客观测量结果确定测量的散光度和散光轴，其中所述测量的散光度具有比0.25D更精细的精度；
通过主观验光确定所述人眼的聚焦度数，其中所述主观验光包括病人对多个屈光矫正的主观回应；和
通过结合所述散光度，所述散光轴和所述聚焦度数生成用于眼镜或眼科屈光手术其中之一的个性化验光数据，其中所述个性化验光数据包括精度比0.25D更精细的指定散光度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述个性化验光数据对所述人眼的角膜进行改形的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述指定散光度规定为精度在0.01D和0.1D之间。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述主观验光是利用验光仪实现的。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述获取波像差的客观测量结果的步骤是通过使用客观像差仪实现的。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述个性化验光数据还包括根据所述客观测量结果确定的球差。
7.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：基于所述个性化验光数据制造眼镜；
其中所述眼镜是框架眼镜或隐形眼镜中的一种。
8.如权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：测量所述人眼老视的聚焦误差；和
基于所述个性化验光数据和所述老视的聚焦误差制造双焦框架眼镜或渐进焦距框架眼镜。
9.一种提供用于人眼屈光矫正的个性化眼镜的方法，包括：
在比0.25D更精细的精度下确定人眼的散光度和散光轴，其中所述散光度和散光轴是通过没有病人回应的高精度客观验光来获取的；
通过主观验光确定所述人眼的球面聚焦度数，其中所述主观验光包括基于对多次屈光矫正的主观回应测量人眼的视觉表现；
通过结合所述散光度，所述散光轴和所述球面聚焦度数生成用于眼镜或眼科屈光手术的个性化验光数据，其中所述散光度的精度比0.25D更精细；
向透镜制造商提交用于制造个性化眼镜的所述个性化验光数据，并在制造眼镜时将所述散光度精确控制在比0.25D更精细的精度；
接收并用客观焦度计检验所述个性化眼镜；以及
如果测得的所述个性化眼镜的散光度与所述验光的散光度之间的差异比0.10光焦度小，则向用户提供所述个性化眼镜。
10.如权利要求9所述的方法，其中：
所述高精度客观验光包括使用客观像差仪或类似客观像差仪的装置测量瞳孔直径等于或大于2.5毫米的人眼的屈光属性；以及
所述散光度是从多个独立测量结果中读取的平均值。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述主观验光是利用验光仪实现的。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述确定的散光度的精度被规定在0.01D和0.1D之间。
13.一种用于人眼屈光矫正的眼镜，包括：
第一复曲面；和
第二复曲面；
其中所述第一复曲面具有第一散光度，所述第二复曲面具有第二散光度；和
所述第一散光度和所述第二散光度中的至少一个等于或少于0.25D。
14.如权利要求13所述的眼镜，其中所述第一散光度和所述第二散光度处于不同的方向。
15.如权利要求13所述的眼镜，其中所述眼镜是利用具有两个复曲面的模具，通过透镜模具成型工艺制造的。
16.如权利要求13所述的眼镜，所述眼镜是对一个光学部件加工而成的，其中一个表面是模具成型表面，另一个表面是用电脑数控机床进行机械加工而成的。
17.如权利要求13所述的眼镜，其中所述第一和第二复曲面中的一个产生球差，用于矫正人眼球差的。
18.其中所述眼镜被构造为非球面形状，以降低离轴视力的像差。
19.如权利要求13所述的眼镜，其中所述眼镜被构造为用于双焦透镜或渐进焦距透镜。
20.如权利要求13所述的眼镜，其中所述第一和第二复曲面中的一个具有主散光度，所述第一和第二复曲面中的另一个具有调节散光度，以实现精度比0.25光焦度更精细的总散光度。
21.如权利要求20所述的眼镜，其中所述主散光度在0.25D到6D的范围内，并具有0.25D或0.125D的粗精度。
22.如权利要求20所述的眼镜，其中所述调节散光度在0.025D到0.25D的范围内，并具有0.025D的高精度。
23.一种制造眼镜的方法，包括如下步骤：
接收具有球面度数的复曲面透镜的个性化验光数据，和具有比0.25D更精细的精度的指定散光度；
通过透镜模具成型或对半成品毛坯进行表面加工制造个性化复曲面透镜；
检验所述个性化复曲面透镜的表面参数；
如果所述检验的表面参数超出所述要求的规定范围外，重新加工所述透镜的至少一个表面；
用焦度计测量所述个性化复曲面透镜的屈光度数；和
如果所述测量的个性化复曲面透镜的散光度与所述指定散光度之间的差值是在0.01D到0.08D之间的容忍度范围内，交付所述个性化复曲面透镜。
24.如权利要求23所述的制造方法，其中，利用两个复曲面模具，通过透镜模具成型成型来制造个性化透镜。
25.如权利要求23所述的制造方法，其中，通过在半成品毛坯上进行表面处理以产生两个复曲面来制造所述个性化透镜。
26.如权利要求23所述的制造方法，其中所述个性化验光数据的散光度的精度在0.01D到0.10D之间。
27.一种制造眼镜的方法，包括如下步骤：
接收眼镜的个性化验光数据，包括球面度数和精度小于0.25D的散光度；
从透镜制造商选择半成品毛坯；
将所述半成品毛坯放在透镜表面加工系统中；
基于所述个性化验光数据和所述半成品毛坯的一组已知屈光属性，对所述半成品毛坯的表面进行表面处理以制造透镜；
用焦度计测量所述制成的透镜的屈光度数，并确定所述屈光度数和所述个性化验光数据之间的屈光偏差；以及
基于所述屈光偏差重新加工所述表面，直到所述制成的透镜的测量的散光度和所述散光度之间的差值是在0.01D到0.08D之间的容忍度范围内。
28.如权利要求27所述的制造方法，其中所述散光度的精度在0.01D到0.10D之间。
29.如权利要求27所述的制造方法，其中将所述接收的半成品光学器件放在透镜表面加工系统中包括确定所述半成品光学器件的散光轴。
30.一种测量人眼屈光偏差的验光仪，其包括：
波前测量模块，用于提供人眼像差的客观测量结果，该客观测量结果包括聚焦误差、散光轴和精度比0.25光焦度精细的散光度；
输出模块，用于显示所述客观测量结果；
机械装置，用于把波前测量模块移动到第一位置来测量所述客观测量结果，以及移动到远离人眼光轴的第二位置以进行人眼的其它测量；
验光仪模块，用于利用多个球面透镜和柱透镜实现人眼的主观验光；和
所述验光仪模块中的装置，用于拨入从所述输出模块获取的所述散光度和所述散光轴。
31.如权利要求30所述的验光仪，其中，所述波前测量模块利用透镜阵列波前传感器来测量人眼的像差。
32.所述客观测量还包括球差，彗差，以及其他高等级的像差。
33.所述输出模块还显示多次视觉矫正下计算出的人眼图象质量。
34.如权利要求30所述的验光仪，其中，可以参照人脸的第二方向调节所述验光仪的第一方向。
35.一种主观验光方法，包括下述步骤：
利用客观验光仪获得人眼的聚焦误差，散光度和散光轴的客观估计，其中所述聚焦度数的精度为0.25光焦度，所述散光度的精度比0.25光焦度精细；
存储所述人眼参照于所述客观验光仪的方向信息；
根据所述人眼的方向信息，把验光仪的方向与人眼对准；
调节散光矫正，使其与所述散光度和所述散光轴匹配；
提供多个球面校正；
主观确定修正的聚焦度数，提供人眼远视的优化矫正；和
通过结合所述散光度、所述散光轴和所述聚焦度数生成用于眼镜或眼科屈光手术的验光数据。
36.如权利要求35所述的方法，进一步包括在人脸上放置人造对准标记。
37.根据权利要求35的方法，其中所述客观验光仪为波前像差仪。
38.根据权利要求35的方法，其中所述客观验光仪包括用于记录人脸图像的相机。
39.根据权利要求35的方法，其中所述客观验光仪包括通过在人脸上投影光束以检查人眼方向的装置。
40.根据权利要求39的方法，其中所述方向信息是通过参照所述人造对准标记获得的。
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