CN101313205B - 利用相衬成像的透镜检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优选在自动透镜生产线上用于眼用透镜的自动检查的检查系统。该检查系统提供相衬成像单元，以及利用所述相衬成像单元的检查方法，其被设计为以改进的可靠性程度识别有缺陷的透镜而不错误地选出良好的透镜。

Description

利用相衬成像的透镜检查系统

技术领域

本发明涉及优选在自动的透镜生产线上用于眼用透镜的自动检查的检查系统。该检查系统提供相衬(phase contrast)成像单元和利用所述相衬成像单元的检查方法，其被设计为以改进的可靠性程度识别有缺陷的透镜，但是不会错误地选出良好的透镜。

背景技术

现在，在高度自动化的生产设备上大规模生产由各种材料构成的接触透镜。有利的是，这些接触透镜利用可再度使用的阴、阳半模形成，该半模通常由玻璃或石英形成。当进行配对(模组装)时，这些半模限定了对应于随后的接触透镜形状的空腔。在将半模闭合之前，将聚合物溶液投配入阴半模内。在将半模闭合之后，使用UV光在半模上照射，使得透镜腔内透镜材料的交联。然后，例如，通过吸附式夹具或机械夹取器将透镜从半模中移出，并放置在包装内。

因为打算使接触透镜在眼睛内使用，所以必须非常仔细确保透镜符合严格的质量控制标准。为了确保接触透镜的一致质量，可以实施利用工业图像处理方法的接触透镜自动检查。用于眼用透镜的检查的已知方法基于亮场和/或暗场成像。

WO-A-2005/054807披露了一种在自动的透镜生产过程中用于自动检查接触透镜，特别是带色彩的接触透镜，的方法，该方法包括利用所谓的纹影法(Schlieren method)的优选的暗场检查方法的暗场检查单元。

EP-A-1248092还披露了暗场检查单元和亮场检查单元的组合，优选所谓的纹影法和透射光法的组合。接触透镜相继在暗场和亮场内被观察。

WO-A-2004/057297披露了一种利用两个不同的光源光学地检查和检测物体内的缺陷的方法，特别是将暗场设备用作第一检测方法，而将亮场设备用作第二检测方法。

WO-A-03/073060披露了在制造所述眼用透镜的过程中利用至少两种不同的机器视觉检查技术的眼用透镜的双检查，优选的该至少两种检查技术是亮场和暗场检查技术；其他技术是吸收检查，结构光检查，荧光检查和光谱屏蔽。

WO-A-99/32869披露了一种检查接触透镜的系统，其利用光源和电子照相机以及一系列掩模，包括亮场掩模、暗场掩模和由细微条纹构成的转移掩模(transition mask)，来获取透镜的图像，由此光在距掩模不同距离处以相长和相消的方式相互作用。然后每次利用一个掩模来取得图像。

EP-A-0686842披露了一种利用两个优化的亮场照明区域，即，利用不同灰度级的光，的透镜检查系统和方法。一个灰度级用于中心区域，而另一灰度级用于周边区域。然而相衬的使用(另一种可想到的检查方法)被认为是过于灵敏的，即，将外观缺陷提高到了使透镜由于有缺陷而被认为不合格的程度。

为了提高生产率，并且更重要的是为了提高眼用透镜的质量和佩带者的舒适性，需要发明一种更精确的检查系统。特别是，合适的检查系统应当对眼用透镜在尺寸精度、表面缺陷、撕裂、外周破裂以及诸如气泡和外来物体的包含以及在眼用透镜边缘处的小缺陷方面进行没有遗漏的检查。

发明内容

本发明利用权利要求1中所表征的特征解决了该问题。至于相关的进一步实质性的改进，参考从属权利要求。

在一个方面，本发明提供一种检查眼用透镜的方法，其包括利用相衬成像单元。优选，该方法还包括利用亮场和/或暗场成像单元。更优选，该方法允许选择性地使用相衬和亮场成像单元或相衬和暗场成像单元。还优选，该方法允许同时使用亮场成像单元和相衬成像单元。

在另一方面，本发明的方法允许同时使用暗场成像单元和相衬成像单元。

在更优选的方面，该方法是在自动化透镜生产线上的自动检查方法。

在又一方面，本发明提供一种在包含相衬成像单元的自动化透镜生产线上用于眼用透镜的自动检查的检查装置。优选，该装置还包括亮场成像单元和/或暗场成像单元。更优选，该装置允许选择性地使用相衬和亮场成像单元或相衬和暗场成像单元。再优选，该装置允许同时使用亮场成像单元和相衬成像单元。在另一方面，该装置允许同时使用暗场成像单元和相衬成像单元。

在另一方面，本发明可以包括改善对有色彩的或彩色接触透镜的检查的装置和方法。

附图说明

根据随后的说明和附图，可以看到本发明进一步的细节和优点。

图1示出了基于本发明包含相衬成像单元的检查装置的示意图；

图2示出了接触透镜的亮场图像；

图3示出了接触透镜的暗场图像；

图4示出了接触透镜的相衬图像；

图5a-c示出了有缺陷的透镜的亮场(a)、暗场(b)和相衬(c)图像的比较；

图6a-c示出了有缺陷的透镜的亮场(a)、暗场(b)和相衬(c)图像的另一比较；

图7a和b示出了有缺陷的复曲面透镜的亮场(a)和相衬(c)图像的比较；以及

图8a-c示出了复曲面透镜的亮场(a)、暗场(b)和相衬(c)图像的比较。

具体实施方式

基于本发明，通过包含利用相衬成像单元的检查方法检查眼用透镜。在可选实施例中，可以使用亮场和/或暗场成像来对相衬成像进行补充。

如所公知的，相衬技术利用光学机构将微小的相位变化转变为相应的振幅改变，这可以呈现为图像衬度的差异。另外，已知的是在对透明样品的成像过程中可以将相衬成像用作提供提高了的对比效果的技术。

与现有技术中认为相衬成像过于灵敏，并因此不适用于检查眼用透镜的参考相反，已经惊奇地发现，相衬成像事实上适用于眼用透镜的检查，并提供了精确的检查系统。还发现，特别是将相衬成像与亮场或暗场成像相结合提供了更精确的检查系统。更进一步发现，同时利用相衬成像和亮场成像提供了甚至更精确的检查系统。

作为本发明的用于检查眼用透镜的相衬成像方法基于将折射率差转换为强度差，而亮场成像基于吸收差。在本发明的优选方面，将两种成像方法结合并同时应用。相衬成像的转换基础是干涉特性。两光波的干涉结果依赖于其相位关系。存在两个极端。如果两波在同一相位相遇，它们将以完全相长的方式干涉，即，它们将是加成的，并且所得到的光强将是干涉波的强度之和。如果两干涉波的相位相差二分之一波长，那么干涉将完全相消，并且两波将抵消。任何其他相位关系将产生中间强度。

本发明的相衬成像单元完成单独的亮场观察所不能完成的两个任务：其将背景光与样品(即，接触透镜)所散射的光分离，并且其使得被散射的和未被散射的波彼此相位相差大约四分之一或一半波长，以便它们能够相消地干涉并造成强度的改变。

本发明的用于检查眼用透镜的相衬成像单元与现有技术中已知的检查单元不同在于在样品和检测器之间具有相位板。没有被样品偏移或散射的任何背景光都穿过相位板。当偏移的和未偏离的光束进一步沿光路再次合并时，偏移的和未被偏移的光束的相位差是增加的或减小的。获得的波是其峰值和谷值彼此相反的两波之和。获得的波比背景暗四倍之多。因此样品表现得比背景更暗，并且样品上的特征比周围的场更亮或更暗。当用户进行观察或通过计算机程序进行分析时，获得的图像使得撕裂或其他小的缺陷可见。

已经注意到，本发明涉及相衬成像方法及系统。因此，并不如所述那样(例如，如在US5066120中那样)分析光的相位，而是捕捉由于同相或相位偏移的干涉引起的强度差来作为图像。只有那样，才能将所述图像用于检测尺寸精度、表面缺陷、撕裂、外周破裂以及诸如气泡和外来物体的包含以及在边缘处的小缺陷。

基于本发明的一个实施例的检查装置描绘于图1中，并且优选地由相衬检查单元1和亮场检查单元2构成。接触透镜3，其优选是柔软的接触透镜，被保持在容器4内。在相衬检查单元1中，将相位板9安装在物镜后侧焦平面内或附近(见图1的放大部分)，以便选择性地改变穿过样品的环境(或未偏移的)光的相位和振幅。

相位板通常由相位延迟材料构成，诸如玻璃板10上的介质薄膜。最通常获得的相位板通过将薄的介质和金属膜真空沉积到玻璃板或直接真空沉积到透镜表面上来制造。介质薄膜的作用是使光的相位偏移，同时金属膜使未衍射的光强衰减。

“正”相位板产生暗衬比并且包含被设计为使环境波前的振幅减小的部分吸收膜。另外，这种板包含被设计为使衍射光的相位偏移(延迟)90度的相位延迟材料。

“负”相位板也包含相位延迟和部分吸收材料。然而，在这种情况下，两种材料被夹置在相位板内，使得仅有未衍射的环境波前是受到影响(被衰减并且相位被延迟90度)的种类。

在光学术语中，使环境光的相位相对于衍射光改变90度(或者正，或者负)的相位板由于其对光程差的影响而被称作四分之一波片。通常，当物镜数值孔径和放大率增加时，相位板的宽度和直径都减小。

在相衬检查单元的一个实施例中，薄的相位板包含在玻璃中蚀刻的环，其具有减小的厚度以便有差别地使环境波的相位推进四分之一波长。在另一优选实施例中，该环还涂覆有局部吸收金属膜以使环境光振幅减小60至90％。

因为后侧焦平面通常位于内部透镜元件附近，所以某些相衬物镜通过实际蚀刻到透镜的表面内来制造。

再参考图1，接触透镜3优选至少被临时容纳在容器4内，容器4至少在底部是透明的以允许来自光源5的照明光束透射穿过接触透镜3。容器4可以在顶部开口，或者通过透明窗口的形式封闭。在使用中，容器4优选地至少部分填充有流体溶液，诸如，例如水或含盐溶液或类似的测试液体。优选，容器的形状是诸如，当将接触透镜设置在容器内时，该容器倾向于使该透镜自动地定位在其底部中心位置。该容器可以单独保持在传输子系统上，或者可以是被提供以保持大量容器的透镜载体的一部分。

可以将光源5用来对接触透镜3进行照明，并且其可以是任何合适种类的产生连续照明光束或者一系列闪光或脉冲的单色光源。在后一种情况下，检查系统优选在传输子系统和光源之间还包括同步或协调机构，当接触透镜在检查位置时其使得光源恰好被激励。

优选的光源的实例是发光二极管(LED)或短弧氙闪光灯。也可以使用其他类型的光源，诸如卤素灯，在这种情况下可能需要使用滤光器来形成单色光。然后从光源5发出的光被合适的透镜6准直。

为了增大光的输出或光强，可以使用凹面反射镜(未示出)。然后，将光源5和凹面反射镜反射的光聚焦到输入光阑(未示出)上，在优选实施例中，这通过热滤光器和双凸透镜(未示出)进行。光阑位于另一透镜的焦点处，使得光源5发出的光被准直，并且在检查区域内提供平行光。也可能的是在透镜6之后额外使用干涉滤光器(未示出)，以便实质上增大光源5发出的光的相干长度。

透过接触透镜3的照明光束入射到成像凸透镜7上。经过透镜7后，照明光束被分束器8，例如分束立方体，分割。一个光束是相衬光学元件的光束，而另一光束为透射光(即，被导引到亮场光学元件)。

在可选实施例中，可以以相同的方式将分束器用于将一个光束导引到相衬光学元件，而将另一光束导引到暗场光学元件。在另一实施例中，可以将分束器用于将一个光束导引到相衬光学元件，而将另一光束导引到亮场和暗场光学元件。

每个成像单元都由透镜14和16以及CCD照相机15和17构成。

对于照明光束和观察光束，优选使用消色差透镜，以消除像差。优选在小角度下进行观察。

对于对接触透镜，特别是有色彩的接触透镜，的大范围的和彻底的检查，可以将暗场检查单元用于与亮场检查单元和/或相衬成像单元相结合，其更容易识别膜片印刷(iris print)以外的线性表面缺陷。A.Toepler引入了这种暗场方法来对透镜进行检查，并且在关于纹影法的文献中是公知的，这种暗场方法的特征在于这样的事实，即，将光束光阑(beam stop)定位在接触透镜和照相机之间。纹影法系统在检测诸如表面缺陷、撕裂、破裂的外观缺陷以及诸如气泡和外来物体的包含物方面特别有效。

在额外使用了暗场成像的实施例中，相位延迟板9可以通过滤光器平面12内的光束光阑13(二者均未示于图1中)来实现。光束光阑13有利的是应当具有大于输入光阑(图1中未示出)的直径，从而，尽管照明光束的偏移，光束的照明部分完全被接触透镜3的成像特性所散射。当然，光束光阑13不应当太大，因为不利数量的低频部分可能被滤除。最后，散射光束相比于光束方向的偏移较小。利用光束路径的计算机辅助模拟并根据实验确认，对于1mm的输入光阑，光束光阑13的尺寸有利的是2-3mm。

在没有接触透镜3对照明光束的散射或折射的情况下，除了足以使光偏移错过光阑13的接触透镜的特征之外，没有光透射经过光阑13并到达CCD照相机17，并且所得到的照片是全黑的。这些特征将导致某些光入射到照相机17的像素阵列上。入射光的图像优选通过照相机17的透镜16来获取用于分析。

图2至4以高分辨率示出了接触透镜的亮场(图2)、暗场(图3)和相衬图像(图4)。在图5至8中，比较了利用亮场、暗场和相衬成像获取的透镜样品的图像。

图5表征了在透镜材料内具有气泡(X)并且在透镜表面上具有粘合的空气泡(O)的透镜。后者(O)不是透镜缺陷，然而，透镜材料内的气泡(X)是必须通过本发明的系统和方法识别以将透镜认定为有缺陷的透镜缺陷。图5a是亮场图像，图5b是暗场图像，而图5c是同一透镜的相衬图像。仅有相衬图像能够将X与O区分，因为X表现为围绕缺陷的明亮光晕时，而O仅表现为黑点。在组合了亮场和相衬成像的方法中，可以将第一亮场图像(图5a)用于识别潜在缺陷的区域，然后其通过随后的或者同时进行的第二相衬图像(图5c)进行确认或排除。

图6表征了在透镜材料内具有两个气泡(X)的透镜，两者在相衬图像内都表现为明亮的光晕。它们之一在图6a中难以看见，而在图6b中清楚可见。此处，可以将第一暗场图像(图6b)用于识别可能的缺陷的区域，然后其通过随后的或者同时进行的第二相衬图像(图6c)进行确认或排除。

图7示出了同时从同一复曲面透镜上获取的亮场和相衬图像的比较。在图7a中，透镜材料内的气泡(X)表现为如先前的图像那样不能与透镜表面上粘接的空气泡(O)相区分。而在图7c中，明亮的光晕表明了将透镜认定为不合格的缺陷的真实属性。此处同样或者单独使用相衬图像(图7a)，或者与亮场图像组合(图7c)，能够可靠地认定具有真实缺陷的透镜(并且仅仅是透镜)不合格。

图8示出了复曲面透镜，即，在眼睛上的取向实质上用于有效的视觉校正的透镜，的三个图像。亮场(图8a)或暗场(图8b)图像都不能捕获包装中的透镜的取向。然而，相衬图像(图8c)清楚地表现了基本的光学设计以及透镜的各个取向。

优选将本发明用于制造线。通过在生产车间内的适当的传输子系统，使样品(接触透镜)沿预定路径移动到透镜检查位置，其中，检查此时的一个透镜。优选，使透镜连续地移动通过检查系统，然而在检查期间透镜也可以在固定位置。

因为所得到的暗场图像没有受到透镜内或里面的吸收光的任何目标，诸如虹膜印刷，的影响，所以该方法对于检查有色彩的接触透镜是特别有效的。可能被虹膜印刷隐藏的外观缺陷变得可清楚地检测。

无论使用相衬成像、相衬和亮场成像还是相衬和暗场成像，通过计算机对图像进行自动处理，其决定是否认定透镜不合格，或者根据通过现有技术的任何已知方法预设的选择条件对其进行进一步处理。

上述方法适用于对任何种类的眼用透镜，特别是接触透镜，进行检查。优选该接触透镜是软接触透镜，例如常规的水凝胶透镜，其包括例如聚HEMA均聚或共聚物、PVA均聚或共聚物、或交联的聚二醇或聚硅氧烷水凝胶。在更优选的实施例中，该接触透镜是有色彩的接触透镜。

Claims (10)

1.一种用于检查眼用透镜(3)的方法，其包括使用相衬成像单元(1)和亮场成像单元(2)，其特征在于所述方法允许同时使用所述亮场成像单元(2)和所述相衬成像单元(1)。

2.根据权利要求1的方法，还包括使用暗场成像单元。

3.根据权利要求2的方法，其中所述方法允许同时使用所述暗场成像单元和所述相衬成像单元(1)。

4.根据权利要求1的方法，其中使用分束器(8)将光导引到所述相衬成像单元(1)和所述亮场成像单元(2)。

5.根据权利要求3的方法，其中使用分束器(8)将光导引到所述相衬成像单元(1)和所述暗场成像单元。

6.根据权利要求3的方法，其中使用分束器(8)将光导引到所述相衬成像单元(1)、所述亮场成像单元(2)以及所述暗场成像单元。

7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述方法是在自动透镜制造线上的自动检查方法。

8.一种用于检查眼用透镜(3)的装置，其在光学连接方面包括：

光源(5)；

一个或多个第一光学元件(6)，其中从所述光源(5)射出的照明光束透射通过所述第一光学元件(6)；

用于保持所述眼用透镜(3)的容器(4)，其中来自所述第一光学元件(6)的照明光束透射通过所述容器(4)；

第二光学元件(7)，其透射来自所述容器(4)的照明光束；

分束器(8)，其将来自所述第二光学元件(7)的照明光束分为朝向相衬成像单元(1)的第一光束和朝向亮场成像单元(2)的第二光束；

所述相衬成像单元(1)包括第一照相机传感器(17)，所述亮场成像单元(2)包括第二照相机传感器(15)，其中通过所述第一照相机传感器(17)或第二照相机传感器(15)拍摄所述照明光束的图像；以及

其特征在于所述装置允许同时使用所述亮场成像单元(2)和所述相衬成像单元(1)。

9.根据权利要求8的装置，还包括暗场成像单元。

10.根据权利要求9的装置，其特征在于，所述装置允许同时使用所述暗场成像单元和所述相衬成像单元(1)。

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