CN107543503B - 使用吸收性成像计量学测量眼科镜片厚度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为：“使用吸收性成像计量学测量眼科镜片厚度的系统和方法”。本发明公开了一种测量眼科镜片的厚度的方法，所述方法包括提供具有光吸收组分的眼科镜片，并且使具有波长的光穿过所述眼科镜片，于是在所述光穿过所述眼科镜片时，所述光吸收组分吸收一些所述光。在所述光穿过所述眼科镜片之后，使用所述光生成所述眼科镜片的数字图像，所述数字图像具有与所述眼科镜片的形状相对应的像素强度数据。使用有关穿过所述眼科镜片之前的所述光、所述眼科镜片的所述光吸收组分以及所述像素强度数据的信息，来计算所述眼科镜片的厚度分布。

Description

使用吸收性成像计量学测量眼科镜片厚度的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年6月28日提交的美国临时专利申请 62/355,753的权益，其公开内容据此以引用方式并入本文。
背景技术
技术领域
本专利申请整体涉及眼科镜片，并且更具体地，涉及测定眼科镜片厚度的系统、装置和方法。
相关领域描述
在测量眼科镜片厚度方面已经取得了很多进展。这些努力通常需要使用复杂的多工位系统，这些系统造价昂贵、速度缓慢并且涉及到极端的定位要求。因此，这些系统不适合大批量生产和在线使用。
例如，已使用Keyence公司的共焦激光位移传感器来测量镜片中心厚度。然而，这种方法是昂贵的，需要部件与传感器的光轴精确地对准。
一种系统使用相位差技术进行计量测量。该系统测量了波前功率，然后将其转换为镜片的厚度表面分布。该系统不能测量表面拓扑的快速变化 (即，大的功率变化)，因此只能局限于镜片的光学区测量。该系统同样造价昂贵，需要单独的中心厚度测量工位，速度相对缓慢(例如，每次测量45秒)，需要精确的对准和零件放置。
另一个系统使用精确的三轴式光机轮廓曲线仪来测量镜片。该系统也造价昂贵，速度缓慢(每次测量需要5分钟)，在镜片的陡峭拓扑中易受数据丢失的影响，很难维护，而且不适合在线使用。
已开发出一种基于干涉仪的系统来测量镜片的光学区功率。该系统的限制在于，它不能执行“干燥”的零件测量，而是需要将镜片在测量前水合并且在测量期间完全浸入静态液体池中。由于昂贵且严格的环境控制，该系统通常存在于集中化的质量控制位置，这需要繁琐的程序来提交样本进行测试并取得结果。因此，基于干涉仪的系统不适合在线使用。干涉仪系统还存在一些镜片展示问题。此外，Clover系统很难测量非圆形镜片以及以倾斜或部分卷曲的构型放置于包装物中的镜片。
因此，仍然需要改进的系统和方法，以有效且准确地测量眼科镜片的厚度，并利用这些数据对随后制造的眼科镜片进行迭代的校正和改进。
发明内容
在一个实施方案中，吸收性成像系统使用成像布置以及给定介质(例如，接触镜片)的已知吸收特性来根据图像像素强度确定样品的表面厚度。在一个实施方案中，感兴趣的介质是各种形式的眼科镜片或接触镜片，包括但不限于定制镜片生产中存在的成形光学件上的镜片坯件或最终镜片、封装在模具件中的铸造模制镜片、用单个半模脱模后的铸造模制镜片以及在溶液中水合的铸造模制镜片。在一个实施方案中，可使用其他镜片介质。
在一个实施方案中，吸收性成像系统使用数学公式和系统校准来将眼科镜片的图像强度数据转换为介质厚度。在一个实施方案中，该系统包括数字成像装置，这些数字成像装置具有通常按x-y网格布置的像素，使得使用单个像素强度值生成所测量对象(例如，眼科镜片)的厚度表面分布成为可能。所得的厚度测量值和/或整个表面分布可作为迭代过程的一部分用于确定制成品与其预期设计匹配的程度。该系统可基于厚度测量反馈数据调整制作后续镜片的方式。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括照明源，该照明源含有其中介质吸收入射辐射的光谱区域。在一个实施方案中，照明源为365nm LED，但也可以使用其他宽带和选择性的带源。在一个实施方案中，其他照明源可包括370nm LED、375nm LED、氙灯、激光和其他线光谱源。照明源可以连续地辐射或脉冲同步以捕获图像。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括光学滤波器，该光学滤波器进一步限定成像期间所使用的照明光谱。在一个实施方案中，光学滤波器可以是带通滤波器、上截止滤波器和下截止滤波器。所用的实际滤波器可取决于所使用的特定照明源、所测量的镜片介质和所选择的正在测量厚度数据的介质。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括一个或多个漫射部件，所述一个或多个漫射部件确保来自照明源的光是均匀的，并且所生成的光线以合适的角度照射到镜片介质上以填充所得的图像收集锥体。在一个实施方案中，照明源、光学滤波器和一个或多个光漫射器被组装在一起成为一个单元，该照明源、光学滤波器和一个或多个光漫射器可一起上升和/或下降以允许成形光学件从该系统装入和卸出。在一个实施方案中，该单元，包括照明源、光学滤波器和一个或多个光漫射器，被附接到阻尼部件或弹簧加载线性台，该阻尼部件或弹簧加载线性台允许该单元上升并且移动远离运动学安装座以允许成形光学件被装入和卸出，由此可使该单元降回到成形光学件上方的位置。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括：成形光学件，该成形光学件保持正获得厚度测量值的完全固化镜片或镜片坯件；运动学安装座，该运动学安装座用于将成形光学件和镜片靠近该系统的光轴放置；以及一连串的光学镜片，这些镜片用于收集并形成图像。在一个实施方案中，吸收性成像系统包括相机，如数字相机，该相机捕获所测量的镜片样品的图像。在所得图像中，镜片的较厚区域看起来较暗，镜片的较薄区域看起来较亮。
当基于镜片对光的吸收而获得强度图像时，镜片中的剩余光引发剂的吸光度可能会导致在计算镜片厚度时产生误差。在一个实施方案中，吸收性成像系统用于基于镜片厚度、吸收成分浓度(例如，Norbloc)和镜片的光吸收之间的关系来测量眼科镜片(例如，接触镜片)的厚度。在水合之前，镜片材料含有不受控制的量的光引发剂(例如，Irgacure1700)，该光引发剂也吸收光。通过使用两个或更多个波长(或波长带)，可通过计算来消除不同光引发剂的效应。
在一个实施方案中，吸收性成像系统具有与上文所述相同的部件，并且此外还包括积分球，该积分球容纳生成具有不同波长的光的两个不同的照明源。积分球是一种光学部件，包括中空球形腔，该中空球形腔的内部覆盖着反射涂层(例如，漫射的白色反射涂层)，该反射涂层具有进口和出口所用的小的开口。积分球的相关特性是均匀的散射或漫射效应。光线入射在积分球的内表面的任一点上是通过多次散射反射进行的，这些光线均匀地分布到所有其他点。因此，光的初始方向的影响减到最小。积分球可以被看作漫射器，它能保留功率，但会破坏空间信息。积分球通常与某个光源以及光学功率测量所用的检测器一起使用。参见 https://en.wikipedia.org/wiki/Integrating_sphere。
在一个实施方案中，设置在积分球内部的第一照明源包括LED光，该 LED光生成覆盖眼科镜片材料的吸收带的UV光(例如，波长为365nm的光)，这与上文公开的吸收性成像装置中所用的LED相似。在一个实施方案中，设置在积分球内部的第二照明源包括LED(例如，蓝光LED)，该 LED覆盖镜片光谱中相对于Norbloc和剩余光引发剂呈“吸收中性”的带 (例如，波长为455nm的光)。在一个实施方案中，吸收性成像系统包括控制电子器件，这些控制电子器件在适当的时间打开和关闭两个LED以收集测量机构所使用的强度图像。当使用吸收性成像计量学时，镜片的表面拓扑可用于仅仅基于镜片的折射性质来采集或分散光。如果没有考虑到这一点，则可能会干扰算法，而将这些区域解释为比实际情况更厚或更薄。为了缓解这一现象，针对从第二LED(～455nm)获得的图像强度X-Y网格，将从第一LED(～365nm)获得的图像强度x-y网格缩放或作为基线。这样，从由于吸收效应而导致的用于计算厚度的强度数据中去除由于折射效应而导致的强度数据。通过使用两个或更多个波长或波长带，可通过计算来消除折射或“光学混乱”的效应。
在一个实施方案中，当捕获镜片的图像时，在任一时间仅使用两个 LED中的一个用于给定图像。在一个实施方案中，吸收性成像系统包括 TEC受控板和散热器，以用于保持对LED的温度控制，以便确保光谱稳定性。
在许多情况下，新形成的眼科镜片含有光引发剂材料，该光引发剂材料在镜片暴露于来自照明源的光下时随时间推移而漂白。在一个实施方案中，吸收性成像系统与上文所述相似并且包括第三照明源，该第三照明源生成具有不同波长的光，以说明光引发剂材料的漂白。在一个实施方案中，第一照明源包括第一LED光，该第一LED光生成覆盖包括Norbloc和剩余光引发剂的眼科镜片材料的吸收带的UV光(例如，波长为365nm的光)，第二照明源包括第二LED，该第二LED覆盖镜片光谱中相对于 Norbloc和剩余光引发剂呈“吸收中性”的带(例如，波长为455nm的光)，第三照明源包括第三LED，该第三LED生成很大程度上仅对光引发剂具有吸收性的光并且隔离由于光引发剂的漂白而造成的效应，使得当计算穿过眼科镜片的照明强度时，可以考虑到漂白效应。在一个实施方案中，第三照明源生成波长为约420nm的光。在一个实施方案中，吸收性成像系统包括控制电子器件，这些控制电子器件在适当的时间打开和关闭三个LED以收集用于计算眼科镜片厚度的图像。在一个实施方案中，当捕获镜片的图像时，在任一时间仅使用三个LED中的一个来捕获图像。通过使用三个或更多个波长带，可通过计算来消除“光学混乱”和不同光引发剂的效应。
在一个实施方案中，吸收性成像系统可包括三个LED积分球，这三个 LED积分球将光传递到成形光学件的积分球中。在一个实施方案中，第一 LED积分球含有第一照明源，该第一照明源生成覆盖眼科镜片的吸收带的UV光，第二LED积分球含有第二照明源，该第二照明源生成覆盖眼科镜片的“吸收中性”带的可见光，第三LED积分球含有第三照明源，该第三照明源隔离了由于镜片中存在的光引发剂材料的漂白而造成的效应。吸收性成像系统使用公式和数学运算来消除光学功率效应和漂白效应以基于仅仅由于镜片材料的吸收特性而造成的强度变化来更准确地计算镜片厚度。
在一个实施方案中，吸收性成像系统可用于在几微米范围内提取镜片或镜片坯件的准确的中心厚度(CT)表示。
在一个实施方案中，吸收性成像系统可用于提取完整的镜片表面厚度分布。
在一个实施方案中，吸收性成像系统可用于获得对光学区厚度分布的精确测量，以支持：1)定制镜片“迭代”收敛过程；以及2)“针对预期设计目标构建镜片”发布标准。
在一个实施方案中，吸收性成像系统对系统的关键部件和光轴的采样一致性是不变的，这比传统的系统和技术有了显著的改进。例如，用于测量厚度的常规系统在x-y方向上具有大约±1μm的零件对准公差。在一个实施方案中，本文所公开的吸收性成像系统具有由图像的过满尺寸和图像中周围背景的量所界定的极限，该极限为大约±1000μm。在一个实施方案中，其他因素如系统焦点在零件位移时的滚降可能会施加更小的公差极限，该更小的公差极限为大约40-100μm。
在一个实施方案中，由于该技术的成像性质，不管相对于中心或光轴的零件位移如何，都可以提取样品镜片的中心，这是另一个重要的好处。
在一个实施方案中，一种测量眼科镜片厚度的方法包括：提供具有光吸收组分的眼科镜片；使具有一定波长的光穿过眼科镜片，于是在光穿过眼科镜片时，光吸收组分吸收其中一些光；并且在光穿过眼科镜片后，引导光以生成眼科镜片的数字图像，该数字图像具有与眼科镜片的形状相对应的像素强度数据。该方法包括使用有关穿过眼科镜片之前的光、眼科镜片的光吸收组分和像素强度数据的信息来计算眼科镜片的厚度分布。
在一个实施方案中，提供眼科镜片这一步骤包括提供具有凸弯曲顶表面的成形光学件并且在成形光学件的凸弯曲顶表面上形成眼科镜片。
在一个实施方案中，该方法包括为具有该波长的光提供光源，并且在传递光这一步骤之前，生成光并对其进行滤波和漫射。
在一个实施方案中，该方法包括在覆盖成形光学件的凸弯曲顶表面的眼科镜片上引导光并且使光穿过眼科镜片和成形光学件。
在一个实施方案中，该方法包括在成形光学件的下游提供数字图像捕获装置以用于捕获数字图像，并且在成形光学件与数字图像捕获装置之间提供一个或多个光学镜片以用于使光聚焦到数字图像捕获装置上。
在一个实施方案中，一种测量眼科镜片厚度的方法包括使具有第二波长的第二光穿过眼科镜片，该第二光不同于第一光并且不被眼科镜片的光吸收组分吸收。在一个实施方案中，在第二光穿过眼科镜片后，引导第二光生成眼科镜片的第二数字图像，该第二数字图像在所述第二光穿过眼科镜片时具有对应于由于折射效应而造成的强度变化的第二像素强度数据，并且使第二像素强度数据与由于光吸收组分而造成的用于计算厚度的第一像素强度数据隔离。
在一个实施方案中，方法包括：将第一光置于第一积分球中；将第二光置于与第一积分球分开的第二积分球中；以及将成形光学件置于与第一和第二积分球分开的成形光学件积分球中。
在一个实施方案中，眼科镜片包括由穿过眼科镜片的光漂白的光引发剂。在一个实施方案中，该方法包括：使具有第三波长的第三光穿过眼科镜片，该第三光被光吸收剂吸收而不被眼科镜片的光吸收组分吸收；在第三光穿过眼科镜片后，引导第三光生成眼科镜片的第三数字图像，该第三数字图像具有对应于光引发剂的漂白效应的第三像素强度数据；以及使用第三像素强度数据来使光引发剂的漂白效应与由于光吸收组分而造成的用于计算厚度的第一像素强度数据隔离。
在一个实施方案中，该方法包括：将第一光置于第一积分球中；将第二光置于与第一积分球隔开的第二积分球中；将第三光置于与第一和第二积分球隔开的第三积分球中；以及将成形光学件置于与第一、第二和第三积分球隔开的成形光学件积分球中。
在一个实施方案中，第一光被光吸收组分和光引发剂吸收，第二光不被光吸收组分或光引发剂吸收，第三光被光引发剂吸收而不被光吸收组分吸收。
在一个实施方案中，第一光为生成具有约365nm的第一波长的光的第一LED，第二光为生成具有约455nm的第二波长的光的第二LED，第三光为生成具有约420nm的第三波长的光的第三LED。
在一个实施方案中，该方法包括对控制系统进行编程以在任一时间自动激活第一LED、第二LED和第三LED中的仅一个。
在一个实施方案中，一种测量眼科镜片厚度的方法包括：提供具有光吸收组分、折射元件和光引发剂的眼科镜片；提供生成具有第一波长的第一光的第一LED，该第一光被光吸收组分和光引发剂吸收；提供生成具有不同于第一波长的第二波长的第二光的第二LED，该第二光不被光吸收组分或光引发剂吸收；以及提供生成具有不同于第一波长和第二波长的第三波长的第三光，该第三光不被光吸收组分吸收，而被光引发剂吸收。
在一个实施方案中，该方法包括：在不同的时间，使第一光、第二光和第三光穿过眼科镜片以使由于眼科镜片中折射效应和光引发剂的存在而造成的光吸收与由于眼科镜片中光吸收组分的存在而造成的光吸收隔离，以便计算眼科镜片的厚度分布。
在一个实施方案中，在第一光穿过眼科镜片后，引导第一光生成眼科镜片的第一数字图像，该第一数字图像具有对应于眼科镜片形状的第一像素强度数据。
在一个实施方案中，在第二光穿过眼科镜片后，引导第二光生成眼科镜片的第二数字图像，该第二数字图像在第二光穿过眼科镜片时具有对应于折射效应的第二像素强度数据。
在一个实施方案中，在第三光穿过眼科镜片后，引导第三光生成眼科镜片的第三数字图像，该第三数字图像具有对应于光引发剂漂白效应的第三像素强度数据。
在一个实施方案中，方法包括使用中央处理器来使第二像素强度数据和第三像素强度数据与第一像素强度数据隔离以用于生成眼科镜片的厚度分布。
在一个实施方案中，方法包括：将眼科镜片的厚度分布传输到中央处理器；将所传输的眼科镜片的厚度分布与预定的厚度分布进行比较；以及如果所传输的厚度分布不等于预定的厚度分布，则生成用于调整后续制造的眼科镜片的厚度的信号。
在一个实施方案中，方法包括通过将所生成的眼科镜片的厚度分布与预定的厚度分布进行重复比较来使后续制造的眼科镜片迭代地变化。
在一个实施方案中，用于测量眼科镜片厚度的吸收性成像系统包括：照明源，该照明源生成具有第一波长的第一光；成形光学件，该成形光学件具有凸弯曲顶表面；以及眼科镜片，该眼科镜片覆盖成形光学件的凸弯曲顶表面，该眼科镜片包括在第一光穿过眼科镜片和成形光学件时吸收其中一些第一光的光吸收组分。
在一个实施方案中，该系统包括数字图像捕获装置，该数字图像捕获装置位于成形光学件的下游，以用于在第一光穿过眼科镜片和成形光学件后捕获第一光的第一数字图像。在一个实施方案中，第一数字图像具有对应于眼科镜片形状的第一像素强度数据。
在一个实施方案中，该系统包括中央处理单元，该中央处理单元具有程序，该程序在第一光穿过眼科镜片和成形光学件之前比较第一像素强度数据和第一光的强度以生成眼科镜片的厚度分布。
在一个实施方案中，一种系统包括第二照明源，该第二照明源生成具有不同于第一波长的第二波长的第二光，该第二光不被眼科镜片的光吸收组分吸收。
在一个实施方案中，数字图像捕获装置在第二光穿过眼科镜片和成形光学件之后捕获第二光的第二数字图像，由此该第二数字图像在所述第二光穿过眼科镜片时具有对应于由于折射效应的存在而造成的强度变化的第二像素强度数据。
在一个实施方案中，中央处理单元的程序使第二像素强度数据与第一像素强度数据隔离以用于生成眼科镜片的厚度分布。
在一个实施方案中，眼科镜片包括光引发剂。
在一个实施方案中，该系统具有第三照明源，该第三照明源生成具有不同于第一波长和第二波长的第三波长的第三光，该第三光被光引发剂吸收，而不被光吸收组分吸收。
在一个实施方案中，数字图像捕获装置在第三光穿过眼科镜片和成形光学件后捕获第三光的第三数字图像，由此该第三数字图像具有对应于光引发剂漂白效应的第三像素强度数据。
在一个实施方案中，中央处理单元的程序使第三像素强度数据与第一像素强度数据隔离以用于生成眼科镜片的厚度分布。
在一个实施方案中，该系统包括：第一积分球，该第一积分球含有第一照明源；第二积分球，该第二积分球含有第二照明源，由此第二积分球与第一积分球隔开；第三积分球，该第三积分球含有第三照明源，由此该第三积分球与第一积分球和第二积分球隔开；以及成形光学件积分球，该成形光学件积分球含有成形光学件和眼科镜片，由此该成形光学件积分球与第一积分球、第二积分球和第三积分球隔开。
当收集穿过眼科镜片的光的强度数据时，“光学混乱”可能是多个效应引起的。在一个实施方案中，这些效应为：1)高频表面特征，将光折射到光学系统的孔中，这可能会使算法误将其解释为强度衰减的厚度；以及2) 非朗伯光(即，穿过眼科镜片的光并不在各个角度都具有相同的强度)基于它的角强度而有选择性地进入镜片和系统孔，这可能会使算法误将其解释为强度衰减的厚度。在一个实施方案中，积分球照明的使用增强了朗伯光特性(即，均匀的光)。
在一个实施方案中，用于确定眼科镜片的厚度分布的吸收性成像系统包括控制系统，对该控制系统进行编程以补偿在光穿过眼科镜片时可能由于折射效应而出现的强度读数误差。文中所用的术语“折射效应”是指将光线从不打算进入系统孔中的镜片表面位置折射到系统孔中的镜片表面分布特征。
完美的朗伯光是优选的，使得各个角度下的各个光线都具有相同的强度。当以第一镜片表面位置和角度进入镜片表面和系统孔的第一光线具有与以第二镜片表面位置和角度进入镜片表面和系统孔的第二光线不同的强度时，发生不均匀的照明。不均匀光的存在可导致为测量镜片厚度而收集的强度数据出现缺陷。为了补偿不均匀光和/或非朗伯光的情况，在一个实施方案中，用于确定眼科镜片的厚度分布的吸收性成像系统包括控制系统，对该控制系统进行编程以补偿由于穿过眼科镜片的不均匀照明或非朗伯光而出现的强度读数误差。在一个实施方案中，系统控制器执行计算以消除由于穿过眼科镜片的不均匀光而出现的误差。
在某些情况下，折射效应和不均匀照明的组合可导致强度读数产生另外的误差。除了上文所述的由于折射效应和不均匀照明而引起的误差之外，还存在这些另外的误差。在一个实施方案中，吸收性成像系统具有控制系统，对该控制系统进行编程以补偿由于折射效应和不均匀照明二者的组合而产生的强度读数误差。
在一个实施方案中，用于确定眼科镜片的厚度分布的吸收性成像系统包括控制系统，对该控制系统进行编程以补偿由于以下原因而产生的强度读数误差：1)折射效应；2)不均匀照明效应；以及3)折射效应和不均匀照明效应的组合。
下文更详细地描述了用于确定眼科镜片的吸收性成像系统的这些和其他的优选实施方案。
附图说明
图1A-1K示出了使用反应性单体混合物和成形光学件形成眼科镜片的方法。
图1L-1M示出了根据本发明的一个实施方案的使用吸收性成像系统确定设置在成形光学件上的眼科镜片的厚度的方法。
图2示出了根据本发明一个实施方案的具有单个照明源的吸收性成像系统的透视图。
图3A-3C示出了图2所示吸收性成像系统的横截面图和分解图。
图4示出了根据本发明的一个实施方案的吸收性成像系统的漫射元件、成形光学件和成像光学件。
图5示出了根据本发明的一个实施方案的横跨通过照明形成的成形光学件和成像光学件设计的表面的主要入射角和锥角。
图6A示出了根据本发明的一个实施方案的眼科镜片的吸收性图像。
图6B示出了根据本发明的一个实施方案的基于图像强度的横跨图6A 所示截面6B-6B的厚度分布，其中较暗的强度表示较大的厚度。
图7和图8A-8B示出了根据本发明的另一个实施方案的用于测量眼科镜片厚度的吸收性成像系统。
图9和图10A-10B示出了根据本发明的又一个实施方案的用于测量眼科镜片厚度的吸收性成像系统。
图11和图12示出了根据本发明的一个实施方案的适于接纳成形光学件的吸收性成像系统的运动学安装座。
图13示出了根据本发明的一个实施方案的吸收性成像系统，该吸收性成像系统包括：第一案例，其中关键的光学部件与光轴物理对准；以及第二案例，其中关键的光学部件不与光轴物理对准。
图14是示出了用于从使用具有单个光谱带的单个照明源而形成的基于强度的图像中提取关于眼科镜片的厚度信息的工艺步骤的流程图。
图15示出了根据本发明的一个实施方案的用于将光进入角厚度转换为轴向厚度的方法和数学运算。
图16A-16C示出了根据本发明的一个实施方案的具有两个照明源的吸收性成像系统，该两个照明源包括：第一光源，该第一光源生成具有第一波长的光，该第一波长覆盖眼科镜片的吸收带；以及第二光源，该第二光源生成具有镜片光谱中呈吸收中性的第二波长的光。
图17示出了图16A-16C所示吸收性成像系统的上端处的积分球和冷却板。
图18A和图18B示出了图17所示吸收性成像系统的冷却板。
图19示出了根据本发明的一个实施方案的吸收性成像系统的积分球的横截面图。
图20示出了根据本发明的一个实施方案的绘制用于隔离由于光学效应和吸收效应而造成的图像强度的吸收带和非吸收带的曲线图。
图21A示出了使用了具有吸收带的光的眼科镜片的图像。
图21B示出了使用了具有非吸收带的光的眼科镜片的图像。
图22是示出了根据本发明的一个实施方案的用于从使用双重吸收性- 中性吸收光谱带而形成的基于强度的图像中提取厚度信息的工艺步骤的流程图。
图23是表明未固化反应性单体混合物的吸光度是Norbloc和Irgacure 1700的吸光度总和的曲线图。
图24是示出了不同光引发剂浓度水平下的吸光度的曲线图。
图25是示出了对于不同的光引发剂浓度水平来说，375nm下的单色吸光度的曲线图。
图26是示出了对于不同的光引发剂浓度水平来说，405nm下的单色吸光度的曲线图。
图27是示出了光引发剂效应已消除的校正后的吸光度的曲线图。
图28是表明吸光度随厚度和浓度变化而变化的曲线图。
图29是示出了在365nm LED范围内的非平坦的反应性单体混合物吸光度的曲线图。
图30是示出了由于在365nm LED范围内的非平坦的光谱吸光度而引起的曲率对光引发剂浓度的曲线图。
图31是示出了420nm LED照明区域中的吸光度对光引发剂浓度的曲线图。
图32是示出了光引发剂效应已消除的校正后的吸光度水平的曲线图。
图33示出了根据本发明的一个实施方案的并未使用挡板的镜片图像的辐照度。
图34示出了根据本发明的一个实施方案的使用了挡板的镜片图像的辐照度。
图35示出了根据本发明的一个实施方案的在吸收性成像系统的积分球内向内反射的光线。
图36A示出了根据本发明的一个实施方案的在积分球内向内反射的用于照明成形光学件的凸弯曲表面的光线。
图36B示出了图36A所示的成形光学件的凸弯曲表面的强度图像。
图37示出了根据本发明的一个实施方案的吸收性成像系统的温度控制器。
图38示出了根据本发明的一个实施方案的吸收性成像系统的控制系统。
图39-41示出了根据本发明的一个实施方案的用于测量包括LED球和成形光学件球的眼科镜片的厚度的吸收性成像系统。
图42示出了根据本发明的一个实施方案的用于提升和降低包括图39 的LED球和成形光学件球的单元的子组件。
图43-46示出了根据本发明的一个实施方案的用于成形光学件的运动学安装座。
图47和图48A-48B示出了根据本发明的一个实施方案的被插入图39 所示的吸收性成像系统的相机中并撤回与相机对准的双位启用器和摇动臂。
图49示出了根据本发明的一个实施方案的具有两个LED积分球和一个成形光学件积分球的吸收性成像系统。
图50示出了根据本发明的一个实施方案的具有三个LED积分球和一个成形光学件积分球的吸收性成像系统。
具体实施方式
在本说明书中，可用到各种术语，它们将应用以下定义：
文中所用的“光化辐射”是指能够激发化学反应的辐射。
文中所用的“弓形”是指象弓一样的曲面或弯曲。
如本文所称的“比尔定律”以及有时所称的“比尔-朗伯定律”为： I(x)/I0＝exp(-αcx)，其中I(x)为强度，其为距照射表面的距离x的函数，I0 为在表面处的入射强度，α为吸收组分的吸收系数，c为吸收组分的浓度。
文中所用的“使准直”表示限定辐射的锥角，例如接收辐射作为输入的设备作为输出而发射的光；在一些实施方案中，可以限定锥角，使得发出的光线平行。因此，“准直仪”包括执行此功能的设备，“已准直”则描述作用于辐射的结果。
文中所用的“DMD”是数字微镜装置，一种由功能性地安装在CMOS SRAM上的可移动微镜阵列组成的双稳态空间光调制器。通过将数据载入反射镜下的存储单元来独立控制各反射镜使反射光转向，从而将视频数据的像素空间映射到显示器上的像素。数据以二元方式静电地控制反射镜的倾角，其中反射镜状态为+X度(开)或-X度(关)。对于当前的装置，X可为10度或12度(标称)。由开反射镜反射的光随后通过投射透镜并投射到屏幕上。光在反射关闭时产生暗视场，并确定图像的暗电平基准。图像通过开电平与关电平之间的灰度调制来形成，开关速率快到足以让观看者将其视为完整图像。在一个实施方案中，DMD是TexasInstruments DLPTM(数字光处理器)，这是可商购获得的DMD(数字微镜装置)的商标名。
文中所用的“DMD脚本”应指空间光调制器的控制协议以及任何系统部件的控制信号，系统部件例如光源或滤光器转轮，其中任何一个可包括一系列时序命令。使用首字母缩写DMD并不表示将该术语的使用限于空间光调制器的任何一种具体类型或大小。
文中所用的“依他菲康”是指一种示例性材料，该示例性材料可用作反应性混合物并且可以包含大约：～95％的HEMA(2-甲基丙烯酸羟乙酯)；以及1.97％的MAA(甲基丙烯酸)；以及0.78％的EGDMA(乙二醇二甲基丙烯酸酯)；以及0.10％的TMPTMA(三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)-交联剂；以及～1％的NORBLOC 7966(苯并三唑型UV阻挡剂)；以及～1％的光引发剂CGI 1700和稀释剂-BAGE(甘油硼酸酯)(美国专利 4,495,313)，反应性组分与稀释剂的比为52:48。
文中所用的“固化辐射”是指足以共聚或交联包括镜片坯件或镜片的基本上所有反应混合物中的一个或多个的光化辐射。
文中所用的“流体镜片反应介质”表示反应性混合物，在其天然形态、反应后的形态或部分反应后的形态是可流动的，并且可在进一步加工时形成眼科镜片的一部分。
文中所用的“自由成形”是指由反应性混合物交联形成的表面，而不是按照注模成形的。
文中所用的“凝胶点”应指第一次观察到凝胶或不溶物的点。凝胶点是转化程度，在该点液态聚合混合物变为固态。凝胶点可以使用索格斯列特实验来确定：在不同的时间点停止聚合物反应，并分析得到的聚合物以确定残余不溶性聚合物的重量分数。这些数据可外推至不存在凝胶的点。该不存在凝胶的点就是凝胶点。凝胶点还可以通过分析反应期间反应性混合物的粘度来确定。可使用平行板流变仪将反应性混合物放在板之间来测量粘度。至少一块板应透过聚合反应所用波长的辐射。粘度接近无限大的点为凝胶点。对于给定的聚合物系统和指定的反应条件，凝胶点以相同的转化度发生。
镜片：文中所用的“镜片”是指位于眼睛内或眼睛上的任何眼科装置。这些装置可提供光学矫正作用或可以起到美容的作用。例如，术语“镜片”可指用于矫正或改进视力或用于增强眼部生理美容(例如虹膜颜色)而不妨碍视力的接触镜片、眼内镜片、覆盖镜片、眼部插入物、光学插入物或其他类似装置。在一些实施方案中，本发明的优选镜片是由有机硅弹性体或水凝胶制成的软质接触镜片，其中水凝胶包括(但不限于)硅水凝胶和含氟水凝胶。
文中所用的“镜片坯件”表示由镜片坯形和与镜片坯形接触的流体镜片反应混合物组成的复合物。例如，在一些实施方案中，在一定体积的反应性混合物内制备镜片坯形的过程中，会形成流体镜片反应介质。从用于制作镜片坯形的一定体积的反应混合物中分离出镜片坯形和所粘附的流体反应介质，即可得到镜片坯件。另外，镜片坯件可通过移除大部分流体镜片反应性混合物或将大部分流体镜片反应介质转化成非流体复合材料而转变为不同的实体。
文中所用的“镜片坯形”表示具有至少一个光学质量表面的非流体物，其经进一步加工即可相容地复合到眼科镜片中。
文中所用的术语“镜片形成混合物”或“反应性混合物”或“RMM” (反应性单体混合物)是指可固化和/或可交联形成眼科镜片的单体或预聚物材料。各个实施方案可包括含有一种或多种添加剂的镜片形成混合物，例如：UV阻挡剂、着色剂、光引发剂或催化剂，以及人们可能想在眼科镜片(例如接触镜片或眼内镜片)中加入的其他添加剂。
文中所用的“模具”是指可用于由未固化制剂形成镜片的刚性或半刚性物体。一些优选模具包括构成前曲面模具部件和后曲面模具部件的两个模具部件。
文中所用的术语“辐射吸收组分”是指可与活性单体混合制剂组合并且可在特定波长范围吸收辐射的辐射吸收组分。
反应性混合物(在本文中有时也称为：镜片形成混合物或反应单体混合物，与“镜片形成混合物”的意思相同)。
文中所用的“基片”意指在上面放置或形成其他实体的物理实体。
文中所用的“暂态镜片反应介质”表示可以在镜片坯形上保持流体或非流体形态的反应性混合物。然而，在复合到眼科镜片中之前，暂态镜片反应介质可通过清洗、溶剂化和水合步骤中的一个或多个而被大部分移除。因此，为清楚起见，镜片坯形和暂态镜片反应性混合物的组合不构成镜片坯件。
文中所用的“体素”或“光化辐射体素”是一种体积元，表示三维空间中规则格网上的值。但是，体素可看成三维的像素，其中像素代表二维图像数据而体素包含第三维。此外，其中体素常用于可视化以及医疗和科研数据分析，在本发明中，体素用于限定到达特定体积的反应混合物的光化辐射量的边界，从而控制该具体体积的反应混合物的交联或聚合反应速度。举例来说，本发明中体素被认为存在于正形投影到二维模具表面的单层上，其中光化辐射可垂直地直接指向二维表面并以各体素的共同轴向尺度表示。例如，具体体积的反应性混合物可以按768×768个体素交联或聚合。
文中所用的“基于体素的镜片坯件”表示镜片坯形是使用基于体素的光刻技术形成的镜片坯件。
在一个实施方案中，眼科镜片是使用基于体素的光刻光学设备形成的，如Widman等人的共同转让的美国专利8,318,055中所公开的那样，其公开内容以引用的方式并入本文。
在一个实施方案中，基于体素的光刻光学设备被结合到使用光化辐射来制作镜片形状和镜片坯件的系统中。在一个实施方案中，该设备接收高均匀强度的辐射，并且在整个成形光学件表面的众多离散点上(大体上以逐体素的方式)控制对成形光学件表面的照射。这种控制让该设备能够控制反应性单体混合物中沿着特定体素位置的光路的反应程度；最终确定其中已反应材料的体积，进而确定其上所形成的镜片坯件的形状。
图1A-1M示出了形成眼科镜片坯件和眼科镜片的方法和使用吸收性成像系统确定镜片坯件或完全固化镜片的厚度的方法。
参考图1A，在一个实施方案中，贮存器100适于接纳反应性单体混合物。贮存器100包括顶表面102，该顶表面具有对准间隔环104。贮存器 100包括槽106，该槽适于接纳和保持用于形成眼科镜片坯件和眼科镜片的一定剂量的反应性单体混合物，如Widman等人的共同转让的美国专利 8,318,055中所公开的那样，其公开内容以引用的方式并入本文。
参考图1B，在一个实施方案中，容器108保持反应性单体混合物110 溶液。分配系统112将预定体积的反应性单体混合物110分配到贮存器100 的槽106中。
参考图1C，在一个实施方案中，成形光学件114与贮存器100的槽 106并置。成形光学件114包括凸弯曲表面116，该凸弯曲表面适于浸入包含在贮存器100的槽106内的单体剂量110中。在一个实施方案中，成形光学件114包括环形对准沟槽108，该环形对准沟槽适于在贮存器100的顶表面102处与对准间隔环104接合，用于使成形光学件114与贮存器100的槽106对准。
参考图1D，在一个实施方案中，成形光学件114的凸弯曲表面116下降进入设置在贮存器100内的反应性单体混合物110中，使得反应性单体混合物110与成形光学件114的凸弯曲表面116接触。
在一个实施方案中，成形光学件114是可重复使用的成形光学件，其精密模制以降低成本并提供可相对于光轴运动学地定位的单一件。成形光学件在镜片形成和计量步骤期间的可重复定位对于有效的迭代收敛性和工艺稳定性是至关重要的。单个的成形光学件可沿x方向和y方向相对于+/- 200nm运动学地定位。在一个实施方案中，成形光学件114的凸弯曲表面 116可涂覆有包含氟硅烷的疏水性自组装单层(通常用首字母缩写SAM表示)以允许干净的镜片边缘的形成和定义。
在一个实施方案中，贮存器100的槽106(图1A)在成形光学件114 下降到贮存器100上之前填充有反应性单体混合物110。在其他实施方案中，成形光学件114和贮存器100可以放置于密封容器的内部，并且用气体流(氮)吹扫。在一个实施方案中，反应性单体混合物可以在分配到贮存器中之前进行过滤。
反应性单体混合物可以通过不同的方法转移到贮存器100中，包括手动填充、自动装置定量流体转移或填充直到液位检测器测量到贮存器100 中反应性单体混合物110达到合适的液位。
在氧气含量对于光学加工步骤至关重要的实施方案中，氧气在反应性单体混合物中可能以溶解的物质存在。在这个实施方案中，需要在反应性单体混合物中达到氧气浓度。在一个实施方案中，允许在吹扫气体流过的气体环境中存在反应性单体混合物。另一个实施方案可以使用单体混合物源中溶解气体的真空吹扫，以及在混合物分配时通过气体与待分配液体的膜交换重建所需的氧气量。在其他实施方案中，可使用控制氧气浓度的任何装置。此外，根据较普遍的观点，存在或不存在溶解氧时，其他材料也可以充当合适的抑制剂。
在一个实施方案中，形成投影系统的镜片坯件包括光源，该光源发射具有已限定波带且强度和方向发生一定空间变化的光。该系统可包括空间强度控制器或准直仪，该空间强度控制器或准直仪可聚集、扩散以及在一些实施方案中使光准直以形成强度高度均匀的光束。在一个实施方案中，光束照射数字反射镜装置(DMD)，该装置将光束划分为强度像素，每个强度像素可被分配一个开或关的数字值。在一个实施方案中，在每一个像素处的反射镜仅在两个光路之一中将光反射。“开”光路是导致光子朝反应性化学介质行进的光路。“关”光路是不指向反应性化学介质的光路。在一个实施方案中，该“关”光路指引光子照射光束挡块，所述光束挡块已经被设计以吸收和捕集指向它的任何光子。在一个实施方案中，“开”光路中的光可以包括许多不同的像素值，这些像素值已被设置成“开”值并且沿着对应于其像素位置的适当的单个光路在空间上指引。沿着各自光路的各像素的时均强度可表示为在整个由DMD限定的空间格网上的空间强度分布。作为另外一种选择，如果使用恒定的强度照射各反射镜，则125(图 1E)可表示空间时间照射分布。
处于开状态下的每个像素将具有沿光路123指引的光子。在一些实施方案中，光束可以通过聚焦元件进行聚焦。作为例子，图1E描绘了一个实施方案，其中将光路123成像，使得它们以基本上垂直的方式照射在成形光学件114的光学表面116上。成像光现在穿过成形光学件114前进，并进入一定体积的空间，所述空间含有在贮存器100中的反应性单体混合物。给定的像素位置的这种光的相互作用会限定开状态体素元件在贮存器 100的体积中，并在成形光学件114周围。在该体积中的这些光子可以被吸收，并在吸收它的分子中促成光化反应，从而导致在该一般附近的单体的聚合状态变化。
参考图1E，在一个实施方案中，使用生成波长为365nm的光的DMD 122在成形光学件114的凸弯曲表面116上形成镜片坯件120。在一个实施方案中，DMD 122包含768×124个反射镜。在一个实施方案中，反射镜 (例如，14平方微米的反射镜)以9赫兹的速率翻转以便为镜片形成提供灰度/空间分辨率。在一个实施方案中，DMD 122使用DMD脚本来操作，如Widman等人的共同转让的美国专利8,318,055中所列出的那样，其公开内容以引用的方式并入本文。
参考图1F和图1G，在至少部分形成镜片坯件120后，成形光学件 114和镜片坯件120抬升并且远离贮存器100，使镜片坯件120与反应性单体混合物110分开。
图1H示出了与贮存器100分开之后的成形光学件114。镜片坯件120 覆盖成形光学件114的凸弯曲表面116。未反应的和部分反应的单体混合物 110保留在贮存器100的槽106内。
参考图1I，在一个实施方案中，其中镜片坯件120覆盖凸弯曲表面 116的成形光学件114翻转使得镜片坯件120呈竖式构型。
参考图1J，在一个实施方案中，包含镜片坯件120的翻转的成形光学件114被定位在支撑基片124的顶表面125上。
参考图1K，在一个实施方案中，成形光学件114和镜片坯件120被设置在化学气相沉积室126的内部。在一个实施方案中，官能化学物质的气相沉积物沉积到镜片坯件120上并且使用光如420nm光对镜片坯件120进行最后固化。
参考图1L，在一个实施方案中，吸收性成像系统128用于测量眼科镜片120的厚度。在一个实施方案中，吸收性成像系统128使用成像布置以及给定介质(例如，反应性单体混合物)的已知吸收特性来根据图像像素强度确定镜片120的表面厚度。系统128可用于测量镜片的厚度，这些镜片包括但不限于镜片坯件、最终镜片、封装在模具件中的铸造模制镜片、用单个半模脱模后的铸造模制镜片以及在溶液中水合的铸造模制镜片。
在一个实施方案中，数学公式和系统校准使得使用镜片图像强度计算镜片厚度成为可能。在一个实施方案中，吸收性成像系统使用由通常按x-y 网格布置的像素组成的数字成像装置，使得使用单个像素强度值生成所测量对象(例如，眼科镜片)的厚度表面分布成为可能。所得的厚度测量值和/或整个表面分布可用于确定制成品与其预期设计匹配得如何。在一个实施方案中，该系统使用厚度数据来调整形成后续镜片的形成参数。
在一个实施方案中，用于形成眼科镜片120的反应性单体混合物具有在选择使用的光谱带上吸收入射辐射的组分。在一个实施方案中，反应性单体混合物包含UV吸收添加剂如Norbloc和光引发剂(PI)如Irgacure 1700。
参考图1L和图1M，在一个实施方案中，吸收性成像系统128包括光漫射器、一连串的光学镜片和相机130(例如，数字相机)，该相机捕获强度图像以便为厚度和计量测量程序提供数据。
在一个实施方案中，用于测量镜片厚度的光具有365nm的波长。参考图1M，在一个实施方案中，在相机130捕获数据132后，根据吸收性图像数据和三角光线追迹法形成镜片厚度图。在标记为134的阶段，在测量的镜片120与设计目标之间形成差异图。这个差异图用于确定镜片120是被接受还是拒绝。
在标记为136的阶段，发生迭代转换，由此使用复杂的增益算法来调整镜片形成曝光图像以使将形成的下一个镜片更接近设计目标。在一个实施方案中，将高分辨率的16位镜片形成曝光图像发送到DMD 122(图 1E)以形成下一个光学镜片。
参考图2和图3A-3C，在一个实施方案中，吸收性成像系统128包括生成光如紫外光的照明源140。在一个实施方案中，照明源140生成光，光包含其中反应性单体溶液吸收入射辐射的光谱区域。在一个实施方案中，照明源140使用365nm的LED，但也可以使用其他宽带和选择性的带源。在其他实施方案中，另选的照明源可包括370nm的LED、375nm的LED和氙灯。
在一个实施方案中，照明源140连续地辐射光。在一个实施方案中，照明源可与图像捕获脉冲同步(例如，打开和关闭)。在一个实施方案中，快门可用于打开和关闭灯。
在一个实施方案中，为使吸收性成像系统以可重复的方式执行精确的高质量的光学测量，优选的是照明源光谱保持一致。在一个实施方案中，该系统通过使用热电控制器(TEC)保持LED的结点温度和高质量的电流调节功率源以驱动LED来控制LED光谱。在一个实施方案中，光谱仪可用于在整个测量过程中以及在该系统的操作期间监测LED光谱。光谱的超出容差的变化将保证系统的重新调整。
在一个实施方案中，吸收性成像系统优选地包括光学滤波器隔室 142，可将光学滤波器放置于该光学滤波器隔室中以进一步限定成像期间所使用的照明光谱。在一个实施方案中，光学滤波器可以是带通滤波器、上截止滤波器和下截止滤波器。所选择的实际光学滤波器优选地取决于所使用的照明源、所测量的介质和所期望的最敏感的介质厚度范围。
在一个实施方案中，吸收性成像系统128有利地包括漫射照明隔室 144，该漫射照明隔室包含漫射部件以确保辐射源是一致的并且生成以合适的角度照射到眼科镜片上以填充所得的图像收集锥体的光线。在一个实施方案中，照明源140、光学滤波器隔室142和漫射照明隔室144被组装在一起成为一个单元，该单元附接到弹簧加载线性台，该弹簧加载线性台允许该单元上升以使得包含镜片的成形光学件能够从吸收性成像系统装入和卸出。
在一个实施方案中，包含成形光学件114和眼科镜片120(图1J)的成形光学件安装座146适于装入吸收性成像系统128中。在一个实施方案中，吸收性成像系统128有利地包括运动学安装座148，该运动学安装座适于接纳成形光学件安装座146，以使成形光学件和镜片与光学部件和/或该系统的光轴恰当地对准。在一个实施方案中，运动学安装座148用于将成形光学件和成形光学件上的镜片靠近吸收性成像系统128的光轴放置。运动学安装座优选地允许在必要时进行x轴和y轴调整，以使成形光学件与光轴或关键的光学部件对准。
在一个实施方案中，吸收性成像系统128有利地包括成像镜片组 150，该成像镜片组包括一连串的镜片，该一连串的镜片用于收集并形成设置于成形光学件上的镜片的图像。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括相机152，如数字相机，该相机用于捕获所测量的镜片样品的数据和/或图像。在一个实施方案中，相机优选地捕获镜片的强度图像。
已经充分证明，相机噪声随温度升高而增大并且相机响应在某种程度上同样适用。在一个实施方案中，吸收性成像系统包括环境温度控制机构，以确保系统部件的温度在整个测量过程中以及在该系统的操作期间是一致的。
在一个实施方案中，已经观察到，根据来自照明源并且在测量期间或之前照射到相机的CCD传感器上的辐射能的时间分布，相机响应可发生小的变化。随着传感器的温度上升，相机强度会增大。相机响应的变化很小并且大约小于信号最大值的1％，但光学等级测量值除外，它被认为是显著的。在一个实施方案中，吸收性成像系统采用多种技术，消除、最小化或保持刚好在测量之前以及在测量期间冲击相机传感器的辐射能的一致性。
在一个实施方案中，该系统以16位的格式物理地捕获图像，但相机的 ADC电路仅限于14位深度。在一个实施方案中，实际上可用的位深度被估计为介于10位与11位之间。在一个实施方案中，可使用多种技术提高相机性能，这些技术包括但不限于多个图像捕获和平均化、像素装仓、环境控制和热管理、高动态范围成像技术、预测测量的厚度范围的光谱带最优化以及传感器的“慢速读出模式”。
参考下文的式1，在一个实施方案中，在吸收性成像系统的操作期间，入射辐射穿过镜片介质的传播是使用Beer-Lambert定律计算的。
式1
Figure BDA0001335232480000221
其中，
I＝某个给定穿透厚度下的所得强度(μW/cm2)Io＝厚度0下的初始强度 (μW/cm2)
Figure BDA0001335232480000222
＝对波长
Figure BDA0001335232480000223
具有依赖性的消光系数函数c＝介质内的浓度
t＝传播路径的厚度
在一个实施方案中，吸收性成像系统使用下文的式2来计算镜片介质中的入射辐射的吸收。
式2
A＝-log(I/I0)＝εlc＝αl
其中，
I＝某个给定穿透厚度下的所得强度(μW/cm2)
Io＝厚度0下的初始强度(μW/cm2)
ε＝摩尔吸光系数-对波长具有依赖性l＝路径长度c＝浓度
α＝吸收系数-对波长具有依赖性
在一个实施方案中，镜片介质具有在选择使用的光谱带上吸收入射辐射的组分。在一个实施方案中，所测量的所形成的眼科镜片包括UV吸收添加剂Norbloc和/或引发剂如Irgacure 1700。
在一个实施方案中，在其中浓度c被认为是固定的和均匀的镜片介质中，可从式1(如上文所示)中导出镜片厚度，如下文式3中所示。
式3
Figure BDA0001335232480000231
由于测量工位处的镜片状态是后形成并固化但预水合的，因此它仍然含有一定量的未反应的光引发剂。在一个实施方案中，光引发剂最终会在下游镜片水合过程中被滤掉。
反应性单体混合物中所用的光引发剂具有光漂白作用，这意味着光引发剂的吸收光谱在光引发剂暴露于激活辐射下时发生变化(即，随时间推移，当发生漂白时，吸收度会下降)。实质上，用于测量镜片厚度的 365nm光与剩余光引发剂反应，导致镜片的吸收特性随时间推移缓慢地变化，UV阻挡剂(例如，Norbloc)的稳定吸收特性除外。在一个实施方案中，已采用多种技术来说明这一现象，包括使用快门开闭或LED开关控制以防止辐射照射到镜片上，短测量周期期间除外。
在一个实施方案中，已提出一种成像布置，该成像布置含有背光照明件、成像光学件和相机。在一个实施方案中，吸收性成像系统向接触镜片的弯曲表面提供均匀的入射辐射。参考图4，在一个实施方案中，漫射照明隔室144确保均匀的入射辐射被引导到所形成的镜片120的凸弯曲表面上，镜片的凸弯曲表面继而覆盖成形光学件114的凸弯曲表面116。
在一个实施方案中，照明和光学件设计收集以跨表面区域大致相当的锥角并且以垂直于表面的大致相同的入射角传播的辐射。参考图5，在一个实施方案中，在均匀的入射辐射穿过镜片120(图4)和成形光学件114的凸弯曲表面后，成像镜片组150被配置且设计成收集以跨表面区域大致相当的锥角并且以垂直于表面的大致相同的入射角传播的辐射。
参考图6A，在一个实施方案中，在所形成的镜片120的图像被示出在其成形光学件114的顶部。镜片120具有各种厚度的区域。在一个实施方案中，镜片120包括位于中央的光学区、围绕光学区的过渡区和定位于镜片120的外周边处的较厚稳定区。用于厚度测量的同一图像也适用于执行自动化质量检查，该自动化质量检查包括检测接触镜片行业存在的传统的边缘和表面类型缺陷。
图6B示出了图6A所示镜片120的厚度分布。比较图6A和图6B，镜片120的较暗的强度区域表示具有较大厚度的区域。镜片的较亮的强度区域表示相对较薄的区域。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括用于控制周围环境、温度和湿度水平的一个或多个部件。
在一个实施方案中，周围的气体环境可通过使用吹扫气体(例如，氮气)来控制。进行吹扫可以增大或减少氧气分压，使之达到预定水平。湿度也可保持在预定水平上，例如比办公室环境更低的湿度水平。
在一个实施方案中，可以控制与系统部件相互作用的振动能级。在一个实施方案中，支撑结构限定相对低的振动环境。在其他实施方案中，吸收性成像系统可被支撑在一个或多个主动振动支撑件上。在一个实施方案中，可以使用气囊支撑活塞或其他用于最小化振动影响的常规部件。
系统环境中的颗粒可能引入不可取的多种缺陷模式，包括获得不正确的厚度数据。在一个实施方案中，吸收性成像系统可包括用于限制系统部件之中和周围的颗粒水平的一个或多个部件。在一个实施方案中，吸收性成像系统可包括用于控制和/或限制该环境中的颗粒物的一个或多个高效微粒空气(HEPA)过滤器。
在一个实施方案中，吸收性成像系统可用不透明的材料封闭以限制光或光子能量的杂散来源。在一个实施方案中，该系统在系统环境中使用过滤后的光源，该系统环境可以是环境照明。
参见图7，在一个实施方案中，吸收性成像系统228包括上端处的单元245，该单元可抬升并旋转脱开到一旁，以便暴露运动学安装座和成形光学件，从而允许轻松更换成形光学件214。在图7所示的实施方案中，照明源240和漫射照明隔室244包括吸收性成像系统228上端处的可移动单元 245，该可移动单元可抬升并旋转或枢转离开含有成形光学件214的运动学安装座248。
在一个实施方案中，吸收性成像系统228包括基板260以及从基板260 向上延伸的竖直支撑件262。吸收性成像系统228有利地包括将竖直支撑件 262和可移动单元245互连的抬升与枢转元件264。
图8A示出第一构型，其中吸收性成像系统228的可移动单元245抬升并旋转脱开到运动学安装座248一旁。在该构型中，运动学安装座248上的成形光学件214可从运动学安装座进入、移除和/或在运动学安装座上更换。
图8B示出在已在运动学安装座248的顶部上方往回旋转之后吸收性成像系统228的可移动单元245。因此，可移动单元245的照明源240、机械快门242和漫射照明隔室244与设置在运动学安装座246上的成形光学件 214和/或系统的光轴轴向对齐。此外，吸收性成像系统228的可移动单元 245有利地与成像镜片组250和相机252对齐。
参见图9，在一个实施方案中，吸收性成像系统328包括照明源340、光学滤光器隔室342和漫射照明隔室344，它们限定吸收性成像系统的可移动单元345。吸收性成像系统328还包括适于接纳成形光学件、成像镜片组 350和相机352的运动学安装座348。吸收性成像系统328包括基部360和竖直支撑件362。
参见图9和10A-10B，在一个实施方案中，吸收性成像系统328的可移动单元345适于抬升并旋转或枢转脱开到运动学安装座348一旁，使得成形光学件可放置到运动学安装座上或从运动学安装座移除。图10A和 10B示出旋转离开运动学安装座348的可移动单元345，该可移动单元包括照明源340、机械快门342和漫射照明隔室344。在成形光学件已放置于运动学安装座348的顶部之后，可移动单元345可往回旋转到图9所示的对齐位置中。
参见图11，在一个实施方案中，吸收性成像系统328的运动学安装座 348有利地包括平坦表面366，该平坦表面适于接纳成形光学件314的基部 315。在一个实施方案中，运动学安装座348包括具有第一旋钮370的第一固定止动件368以及具有第二旋钮374的第二固定止动件372。这些旋钮可为可调节的，以朝向和远离成形光学件314的基部315移动。运动学安装座348有利地包括可回缩柱塞376，该可回缩柱塞与附连在平坦表面366上方的柱塞支撑件378相关联。在一个实施方案中，可回缩柱塞376回缩，使得成形光学件314的基部315可定位在第一固定止动件368的第一旋钮 370、第二固定止动件372的第二旋钮374和柱塞376的远侧端部之间。柱塞376的远侧端部可朝向成形光学件基部315推进，以将成形光学件314 保持在运动学安装座348的平坦表面366上方的固定位置中。在一个实施方案中，柱塞376是弹簧加载的，并且通常被偏压到伸出位置中。在一个实施方案中，柱塞376带有螺纹，并接合柱塞支撑基部378上的螺纹，以便相对于成形光学件314的基部315移入和移出柱塞的远侧端部。
参见图12，在一个实施方案中，吸收性成像系统428的运动学安装座 448包括平坦表面466，该平坦表面适于接纳成形光学件414的基部415。运动学安装座适于将成形光学件保持在稳定位置中，并允许成形光学件的位置的细微x–y轴调节。在一个实施方案中，成形光学件414的基部415 是方形基部。
在一个实施方案中，运动学安装座448包括具有止动销370A,370B的第一固定止动件468，这些止动销适于邻接抵靠成形光学件414的基部415 的侧面之一。运动学安装座448还包括第二止动件472，该第二止动件适于邻接抵靠基部415的另一个侧面。
在一个实施方案中，运动学安装座448包括一对竖直延伸的对齐销 475A,475B，它们穿过基部415中的开口，以便将成形光学件414的基部 415与运动学安装座448的平坦表面466对齐。
在一个实施方案中，运动学安装座448包括安装在柱塞支撑基部478 上的柱塞476。柱塞476可回缩，使得成形光学件414可定位在平坦表面 466的顶部。然后可延伸柱塞476的远侧端部，以锁定成形光学件基部415 在运动学安装座448的平坦表面466上方的位置。柱塞476可弹簧加载于使用螺纹上，以便相对于柱塞基部478移入和移出。
参见图13，在一个实施方案中，吸收性成像系统428优选地包括生成 365nm的紫外光的照明源440。光线穿过机械快门隔室442和漫射器444，该漫射器生成非常均匀且高度照明的光(例如，朗伯光)，在眼科镜片处引导该光，该眼科镜片安放在成形光学件414的顶部，而该成形光学件又固定在运动学安装座448上。吸收性成像系统428包括一组成像镜片450，该组成像镜片用作相机452的光学件，该相机被设计成捕获定位在成形光学件414上的眼科镜片的数字图像。在一个实施方案中，可以数字方式而非机械方式补偿吸收性成像系统428的关键部件中的任何小位移。在案例 A中，包括漫射器444、成形光学件414和相机光学件450在内的所有关键部件沿着光轴A1对齐，使得所得的图像与FO中心点对齐。在案例B中，吸收性成像系统428的一些部件不与光轴A1对齐。在该后一案例中，存储相机传感器上的真实成形光学件中心的位置，之后运动学安装座确保从成形光学件到成形光学件再到中心点的高度可重复的位置。不需要机械调节。
图14示出用于从基于强度的图像中提取厚度信息的过程的流程图。图 14流程图示出本文所公开的使用单个光谱带处的紫外光的吸收性成像系统的过程。对于图14中的流程图所示的变量而言，应用以下定义：
ilref–原始场景，在FO未处于适当位置时的全局强度。该值与即将发生的镜片测量相关联。该值通过查看原始相机图像并对一系列强度值取平均值来获得。其提供有关相机在该时间特例下如何观察光的良好反馈。
ilij–芯轴上的镜片的相机图像中所含的强度值。这些值的量取决于相机的分辨率。当前，图像的尺寸为1024×1030。图像是在镜片曝光时间设定下拍摄的。
imij–芯轴的相机图像中所含的强度值。从存储装置获取该图像，因为此前拍摄和存储了该图像。
imref–原始场景，在FO未处于适当位置时的全局强度。该值与获取和存储该值时的芯轴参考文件相关联。该值通过查看原始相机图像并对一系列强度值取平均值来获得。其提供有关相机在该时间特例下如何观察光的良好反馈。
iij–考虑了全局强度变化和归因于芯轴的强度的强度比率调节结果。这表示整个图像中的归一化强度值。分辨率仍然为1024×1030。
t1ij–由从图像强度值到厚度值的初始变换所得的网格。图像厚度值是沿入射角得出的，光以该入射角穿过镜片并被成像光学件接收。这是在应用X、Y和旋转偏置之后但在应用径向放大之前的状态。该角度不在轴向方向上，因此必须进行最终补偿以获得最终确定的输出。
t2kl–由应用径向放大失真校正得出的网格。作为该过程的一部分，将网格转换为测量和DMD显示文件所特有的1001×1001格式，因此更改下标符号(k,l)。
t3kl–在应用将被认为太薄的厚度值归零的掩蔽通路之后所得的网格。
t4kl–轴向厚度中的最终镜片测量网格。参见支持文件，了解方程变量说明。
参见图15，在一个实施方案中，光学镜片420定位在成形光学件414 的顶部。本文所公开的吸收性成像系统用于确定镜片420的轴向厚度。在一个实施方案中，光穿过镜片420时的光进入角转换为轴向厚度。图15包括用于将光进入角厚度转换为轴向厚度的数学公式。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括双重照明布置以考虑镜片的光学功率特征，所述光学功率特征可由表面拓扑变化产生，继而可引起并非因镜片的吸收特性而发生的图像强度变化。在一个实施方案中，吸收性成像系统捕获正接受评估的镜片的两个单独图像，即，吸收区域中的第一图像和中性吸收区域中的第二图像。中性吸收图像不会因镜片材料的吸收特性而具有任何强度变化，但会因光学功率效应而表现出强度变化。因此，后面的这些强度变化可用于表征因光学功率以及非均匀成像效应而引起的强度分量。在一个实施方案中，这两个光谱带是使用LED光源生成的。在一个实施方案中，吸收带具有约365nm的峰值波长，并且中性吸收带具有约455nm的峰值波长。
参见图16A-16C，在一个实施方案中，吸收性成像系统528利用两个不同波长处的光，一个波长位于吸收带中，另一个波长位于呈吸收中性的谱带内。在一个实施方案中，吸收性成像系统528包括运动学安装座548，该运动学安装座适于接纳和保持成形光学件514，该成形光学件又具有安放在成形光学件顶部的眼科镜片。该系统包括一组成像镜片550和相机552，该相机捕获设置在成形光学件的凸弯曲表面顶部的眼科镜片的图像。
在一个实施方案中，吸收性成像系统528包括抬升与枢转组件564，该抬升与枢转组件使含有第一照明源540A和第二照明源540B的积分球 580能够向上抬升和枢转并离开成形光学件514和运动学安装座548。
在一个实施方案中，积分球580内的第一照明源540生成覆盖镜片材料的吸收带的UV辐射。第一照明源所生成的波长优选地为365nm，这与第一实施方案中生成的LED光相似。第二照明源540B生成覆盖镜片光谱内呈“吸收中性”的带的LED光。在一个实施方案中，第二照明源540B 生成具有约455nm波长的可见光辐射。
吸收性成像系统528包括固定到积分球580的手柄582，该手柄使积分球580能够抬升和枢转离开成形光学件514和运动学安装座548。
参见图16B和16C，在一个实施方案中，吸收性成像系统528包括热电受控(TEC)板和散热器548，以用于LED的温度控制，以便确保第一照明源540A和第二照明源540B所生成的光的稳定性。
图17示出包括手柄582和TEC板584的积分球580的透视图，该 TEC板包括散热翅片。
图18A和18B示出TEC板584，该TEC板包括生成365nm的光的第一照明源540A以及生成420nm的光的第二照明源540B。TEC板584提供了LED 540A、540B两者有公共冷板的风冷设计。经由集成的TEC板584 和外部控制器来调节公共冷板585的温度。
参见图19，在一个实施方案中，积分球580包括光谱仪端口586，以便为获取第一LED 540A和第二LED 540B所生成的光的光谱仪读数提供通路。
在一个实施方案中，积分球580包括防止成形光学件514的直接照明的挡板588。在一个实施方案中，第一LED 540A和第二LED 540B带外罩，以提供这两个照明源所生成的光的一致的内反射。
在一个实施方案中，积分球580的下部在成形光学件514的凸弯曲表面516的外周边缘下方延伸。
积分球的内表面被设计成反射这两个LED所生成的光。在一个实施方案中，积分球580的内表面经过喷砂处理。在一个实施方案中，积分球的内表面可为涂漆的。
参见图19，在一个实施方案中，使用挡板588可改善基于强度的图像的辐照度。
如上所指出，在一个实施方案中，吸收性成像系统包括考虑了镜片的光学功率特征的双重照明布置，所述光学功率特征可由表面拓扑变化产生，继而可引起图像强度变化，所述图像强度变化并不与因单独的镜片厚度所致的镜片的吸收特性相关联。图20示出用于形成镜片的反应性单体混合物的光谱带。如图21A和21B所示，捕获待测量的镜片的两个单独图像，一个图像位于吸收区域中，另一个图像位于中性吸收区域中。中性吸收图像不会因镜片材料的吸收特性而具有任何强度变化，但会因光学功率效应而表现出强度变化。因此，这些强度变化可用于表征因光学功率以及非均匀成像效应而引起的强度分量。所选择的实际谱带来自LED光源，其中吸收带具有约365nm的峰值波长，并且中性吸收带具有约455nm的峰值波长。
图21A示出使用峰值波长为约365nm的吸收带拍摄的镜片的图像。图 21B示出使用峰值波长为约455nm的非吸收带拍摄的所形成的镜片的图像。在一个实施方案中，可移除图21B所示的光学效应以计算镜片厚度。
图22示出涉及使用具有不同波长的两个光谱带提取厚度信息的过程的流程图。对于图22所示的变量而言，应用图14所示的变量的定义，以及以下新变量定义：
iluvref–UV原始场景，在FO未处于适当位置时的全局强度。该值与即将发生的镜片测量相关联。该值通过查看原始相机图像并对一系列强度值取平均值来获得。其提供有关相机在该时间特例下如何观察光的良好反馈。
ilvisref–可见光原始场景，在FO未处于适当位置时的全局强度。该值与即将发生的镜片测量相关联。该值通过查看原始相机图像并对一系列强度值取平均值来获得。其提供有关相机在该时间特例下如何观察光的良好反馈。
iluvij–芯轴上的镜片的相机图像中所含的UV强度值。这些值的量取决于相机的分辨率。当前，图像的尺寸为1024×1030。图像是在镜片曝光时间设定下拍摄的。
ilvisij–芯轴上的镜片的相机图像中所含的可见光强度值。这些值的量取决于相机的分辨率。当前，图像的尺寸为1024×1030。图像是在镜片曝光时间设定下拍摄的。
imuvij–芯轴的相机图像中所含的UV强度值。从存储装置获取该图像，因为此前拍摄和存储了该图像。
imvisij–芯轴的相机图像中所含的UV强度值。从存储装置获取该图像，因为此前拍摄和存储了该图像。
imuvref–UV原始场景，在FO未处于适当位置时的全局强度。该值与获取和存储该值时的芯轴参考文件相关联。该值通过查看原始相机图像并对一系列强度值取平均值来获得。其提供有关相机在该时间特例下如何观察光的良好反馈。
imvisref–可见光原始场景，在FO未处于适当位置时的全局强度。该值与获取和存储该值时的芯轴参考文件相关联。该值通过查看原始相机图像并对一系列强度值取平均值来获得。其提供有关相机在该时间特例下如何观察光的良好反馈。
iuvij–考虑了全局强度变化和归因于芯轴的强度的UV强度比率调节结果。这表示整个图像中的归一化强度值。分辨率仍然为1024×1030。
ivisij–考虑了全局强度变化和归因于芯轴的强度的可见光强度比率调节结果。这表示整个图像中的归一化强度值。分辨率仍然为1024×1030。
icomb1ij–由UV相对于可见光网格的比率(iuvij/ivisij)得出的网格。该操作是移除“以光学方式”生成的细部，该细部影响网格单元(grip cell)强度并可能以其他方式混淆仅厚度的强度值。
icomb2ij–在应用使其匹配DMD镜片成形工位的坐标系的平移与旋转操作之后的“合并”(icomb1ij)网格。
t1ij–由从图像强度值到厚度值的初始变换所得的网格。图像厚度值是沿入射角得出的，光以该入射角穿过镜片并被成像光学件接收。这是在应用X、Y和旋转偏置之后但在应用径向放大之前的状态。该角度不在轴向方向上，因此必须进行最终补偿以获得最终确定的输出。
t2kl–由应用径向放大失真校正得出的网格。作为该过程的一部分，将网格转换为测量和DMD显示文件所特有的1001×1001格式，因此更改下标符号(k,l)。
t3kl–在应用将被认为太薄的厚度值归零的掩蔽通路之后所得的网格。
t4kl–“轴向”厚度中的最终镜片测量网格。参见支持文件，了解方程变量说明。
–在光谱的吸收区域(即，365nm)中获得的镜片/芯轴的图像像素强度值。
ib2ij–在光谱的平坦吸收区域(即，455nm)中获得的镜片/芯轴的图像像素强度值。
ib1nij–在为考虑芯轴与芯轴强度差以及总体系统强度响应随时间推移的任何变化而进行强度调节之后，在光谱的Norbloc吸收区域(即， 365nm)中获得的镜片/芯轴的图像像素强度值。
ib2nij–在为考虑芯轴与芯轴强度差以及总体系统强度响应随时间推移的任何变化而进行强度调节之后，在光谱的中性吸收区域(即，455nm)中获得的镜片/芯轴的图像像素强度值。
Gl–在计量测量之时芯轴未处于适当位置的情况下从图像获得的吸收区域(即，365nm)的全局强度量度。
Gm–在采取参考芯轴测量之时芯轴未处于适当位置的情况下从图像获得的吸收区域(即，365nm)的全局强度量度。
R2–在计量测量之时芯轴未处于适当位置的情况下从图像获得的中性吸收区域(即，455nm)的全局强度量度。
R2r–在采取参考芯轴测量之时芯轴未处于适当位置的情况下从图像获得的中性吸收区域(即，455nm)的全局强度量度。
Evis–可见光图像捕获曝光周期
Euv–UV图像捕获曝光周期。
在一个实施方案中，当使用吸收性成像计量时，剩余光引发剂的吸光度可造成厚度测量出现误差。在一个实施方案中，吸收性成像系统使用两个或更多个波长(或波长带)，由此可通过计算来移除不同光引发剂的效应。
在一个实施方案中，吸收性成像系统基于镜片厚度、染料浓度(Norbloc) 和镜片的光吸收的关系式来测量眼科镜片(例如，接触镜片)的厚度。在水合之前，镜片材料含有不受控制的量的光引发剂(例如，Irgacure 1700)，该光引发剂也吸收光。使用不止一个波长来测试镜片的吸收，提供了削减或校正光引发剂(PI)的非期望吸收的能力。
比尔-朗伯定律将材料样品的吸光度与样品的厚度相关联，并与衰减物质(例如，Norbloc和Irgacure)的浓度相关联。对于均匀衰减：
Figure BDA0001335232480000331
其中
A是样品的吸光度；
εi(λ)是样品中的衰减物质i的光谱衰减系数；
(λ)是测量中所使用的光的波长(或多个波长)；是样品中的衰减
ci物质i的浓度；是穿过样品的光束的光程长。
t吸光度通过下式与透光率相关联：
Figure BDA0001335232480000332
其中
T是样品的透光率
Figure BDA0001335232480000333
是样品所透射的辐射光通量
Figure BDA0001335232480000334
是入射到样品上的辐射光通量
A是样品的吸光度
参见图23，在从350nm到450nm的波长范围内，未固化的反应性单体混合物(RMM)的吸光度由两种主要吸收物质(即，Norbloc和Irgacure 1700)产生。
参见图24，在从350nm到450nm的波长范围内，经固化的聚合物 (即，接触镜片)的吸光度也由Norbloc和光引发剂(PI)产生。PI的浓度是可变的，具体取决于接触镜片验光结果和设计，以及在测量过程中对紫外光(UV)和蓝光的暴露。由于所消耗的光引发剂光化产物的再化合，光引发剂浓度还可随时间(秒)推移而升高。
参见图25和26，如果用于测量吸光度的光是单色的(或至少在带宽上相当窄)，则吸光度将与厚度和浓度成正比，如由图25和26所示的线条的平直度所指示。然而，测量厚度与光引发剂浓度之间仍然有相互作用。
参见图27，但从375nm吸光度中减去一部分405nm吸光度，可消除对光引发剂浓度的依赖性。通过下式计算经校正的吸光度：
Acorr＝A(375nm)-k·A(405nm)
其中
A(375nm)是375nm处的吸光度；
A(405nm)是405nm处的吸光度；
k是由下式给出的常数：
Figure BDA0001335232480000341
其中
A(Xnm，Yum，PI(Z))是具有Z光引发剂相对浓度的Yμm厚度聚合物的X nm光的吸光度。
参见图28，在一个实施方案中，如果用于测量吸光度的光具有扩展光谱，则吸光度将随厚度和浓度变化。如果吸光度在照明波长内并不平坦，则该关系式将呈非线性。与单色情况一样，可能仍要补偿厚度与光引发剂浓度之间的相互作用。
图29示出在365nm LED范围内的反应性单体混合物的非平坦吸光度。
图30示出使用365nm LED时的吸光度相对于光引发剂浓度的关系。在图30中，弯曲由365nm LED照明区域中的非平坦光谱吸光度引起。
图31示出使用420nm LED时的吸光度相对于光引发剂浓度的关系。
图32示出在去除光引发剂效应的情况下经校正的吸光度。图32示出吸光度相对于光引发剂浓度的关系。虽然经校正的吸光度相对于厚度的关系式仍然绘制为图32中的弯曲，但光引发剂的所有浓度均得到相同值。
图33示出未在积分球内利用挡板时的图像的辐照度。图34示出在积分球内使用挡板的情况下图像的辐照度。通过比较图33和34所示的图像，显而易见的是，在积分球内增添反射屏或挡板改善了图像的辐照度的均匀性。在采用挡板的情况下直到积分球的散射分率下降到30％朗伯反射才可看到非均匀性。如本文所用，朗伯光是在每一个角度观察时表现出相同强度的光。
参见图35，在一个实施方案中，吸收性成像系统包括具有挡板588的积分球580。当光线由LED 540生成时，至少一些光线先反射离开挡板 588，再在积分球580内进行内反射并穿过成形光学件514的凸弯曲表面 516。在一个实施方案中，积分球的下部581在成形光学件514的凸弯曲表面516下方延伸。
在一个实施方案中，积分球580的内表面吸收约10％的LED光功率，并反射约90％的LED光功率。在一个实施方案中，积分球580的内表面以下列百分比散射经反射的功率：90％朗伯反射和约10％镜面反射。
图36A示出光在积分球580内进行内反射以便照射成形光学件514的凸弯曲表面516。图36B示出绘制成形光学件514的凸弯曲表面516上的辐照度的图像。
在一个实施方案中，当使用具有两个照明源的吸收性成像系统时，在任一时间将仅使用单个LED来捕获图像。在一个实施方案中，当覆盖镜片材料的吸收带的LED接通时，呈吸收中性的LED关断。
在一个实施方案中，吸收性成像系统包括中央处理单元，该中央处理单元具有接通和关断LED的程序。在一个实施方案中，在任一时间仅一个 LED接通。在一个实施方案中，可使用单个快门在第一阶段期间覆盖这些 LED中的第一个，然后在第二阶段期间切换成覆盖这些LED中的第二个。在该实施方案中，使用单个快门接通和关断LED。在一个实施方案中，每个LED具有单独的快门，该快门打开和关闭以便接通和关断各自的LED。在一个实施方案中，没有用于接通和关断LED的移动快门。在该实施方案中，吸收性成像系统包括操作系统，该操作系统向LED提供功率，然后切断提供给LED的功率，以便在不使用移动快门的情况下开启和断开LED。
参见图37，在一个实施方案中，吸收性成像系统包括温度控制器 590，以便控制保持所述一个或多个LED的冷却板584(图18B)的温度。
参见图19和38，在一个实施方案中，吸收性成像系统528包括用于两个LED 540A、540B的LED电流驱动器592。在一个实施方案中，LED电流驱动器592向电子器件提供定制“电流导引”。在一个实施方案中，吸收性成像系统包括操作系统(例如，软件程序)，以接通和关断LED 540A、540B并且可能改变提供给各自LED的电流。在一个实施方案中，吸收性成像系统包括将LED 540A、540B与LED电流驱动器592电互连的 LED连接器中心594。
在一个实施方案中，LED电流驱动器592是为每个LED 540A、540B 提供独立控制的四通道恒流控制器。虽然图38中仅示出了两个LED，但在其他实施方案中，吸收性成像系统可具有三个或更多个可独立控制的 LED，以便提供不同波长的光。在一个实施方案中，LED电流驱动器和相关联的控制系统可包括USB接口，以便对吸收性成像系统和LED进行自动化控制。
参见图39，在一个实施方案中，吸收性成像系统628包括两个积分球 680、696。较大的成形光学件积分球680叠置在成形光学件上，而成形光学件安放在运动学安装座648上。较小的LED积分球696包括这样的 LED，它们生成不同波长的光以覆盖镜片材料的吸收带以及在镜片光谱中呈“吸收中性”的谱带。温度控制元件684固定到较小的LED球696，以便调节LED的温度，从而提供一致的均匀光。
在一个实施方案中，图39所示的吸收性成像系统628具有上文所示和所述的许多相同元件。在一个实施方案中，吸收性成像系统628包括用于固定成形光学件的运动学安装座648、用于将眼科镜片的图像引导至相机 652的一连串成像镜片650，该相机被设计成捕获眼科镜片的强度图像。在一个实施方案中，吸收性成像系统628包括机械光学平面翻转器655，该翻转器与穿过成像镜片台650和相机652的光交接，以校正用于成像的两个光谱带的焦点距离。
参见图40，在一个实施方案中，LED积分球696具有约3-3.5英寸且更优选地约3.3英寸的内径ID1。在一个实施方案中，LED积分球的内表面涂布有使光反射的Spectralon材料或另一种材料。如本文所用，Spectralon 材料是被设计成表现出几乎完美的朗伯反射的材料。
在一个实施方案中，LED积分球696包括用于将LED光引导到LED 积分球内部中的LED输入端口702。在一个实施方案中，LED积分球696 可包括用于从第一LED输入第一光的第一端口，以及用于从第二LED输入第二光的第二端口。在一个实施方案中，LED积分球可具有用于将来自两个光源的光输入到该球中的单个端口。在一个实施方案中，LED积分球 696具有用于测试这两个LED所生成的光的质量的光谱仪端口704。
在操作中，来自这两个LED的光在LED积分球696内进行内反射，以便改善光(例如，朗伯光)的均匀性。光穿过成形光学件积分球680的输出端口706并进入输入端口708，其中光在成形光学件球680内进一步进行内反射，以便改善光的均匀性。
在一个实施方案中，成形光学件积分球680具有约5-5.5英寸且更优选地约5.3英寸的内径ID2。在一个实施方案中，成形光学件积分球的内表面涂布有使光进行内反射的Spectralon材料或另一种材料。如上所指出，成形光学件积分球680包括从LED积分球696接收内反射的光的光输入端口 708。成形光学件积分球680还有利地包括成形光学件端口710，该成形光学件端口围绕定位在运动学安装座648顶部的成形光学件614。
在一个实施方案中，成形光学件积分球680包括光谱仪端口712，该光谱仪端口可用于插入光谱仪，以观察在成形光学件积分球680内进行内反射的光的质量。
参见图41，在一个实施方案中，吸收性成像系统628包括支撑基部 660，该支撑基部被设计成将吸收性成像系统支撑在基片(例如，桌面)上方。在一个实施方案中，系统628包括竖直延伸的支撑件662，该竖直延伸的支撑件具有固定成形光学件积分球680和LED积分球696的上端。在一个实施方案中，成形光学件积分球680和LED积分球696适于沿着被指定为V1的竖直轴线上下滑动。在一个实施方案中，成形光学件积分球680可抬升到图41所示的位置，使得保持眼科镜片的成形光学件614可放置于运动学安装座648的顶部。在一个实施方案中，一旦成形光学件614定位在运动学安装座648的顶部，成形光学件积分球680就可降回到图39所示的位置以便覆盖成形光学件614。
参见图42，在一个实施方案中，吸收性成像系统包括与竖直支撑板 662联接的滑动升降板665。滑动升降板665具有上端667，该上端附接到成形光学件积分球680和LED积分球696两者，以便使这两个球一起上下移动。在一个实施方案中，吸收性成像系统具有固定的积分球，并且成像光学件/相机向下方移动，以便进行成形光学件装载/卸载操作。
在一个实施方案中，吸收性成像系统628包括气压缸669，该气压缸具有经由气压缸基部671固定到基部660的下端，以及固定到滑动升降板 665的上端673。气压缸669抑制滑动升降板665的上下竖直移动，使得成形光学件积分球680不会摔落到运动学安装座648上，这可能损坏吸收性成像系统或定位在运动学安装座648顶部的成形光学件。在一个实施方案中，气压缸669使滑动升降板665能够在自动化或半自动化操作中抬升成形光学件积分球680。在一个实施方案中，气压缸669可更换为恒力弹簧或与恒力弹簧集成在一起，以减小抬升成形光学件球680和LED球696所需的力，并且防止成形光学件积分球680摔落到运动学安装座648上。
参见图43，在一个实施方案中，成形光学件积分球680适于叠置在成形光学件614上，而该成形光学件定位在运动学安装座648的顶部。如本文将更详细描述，运动学安装座648被设计成提供稳定基片，以便定位和对齐成形光学件614。
参见图44，在一个实施方案中，运动学安装座648包括适于接合成形光学件614的基部615的第一止动件668和第二止动件672。
参见图44、45A和45B，第一止动件668包括可调点670，该可调点能够对成形光学件614的位置进行细微x和y轴调节。相似地，第二止动件672包括第二可调点674，该第二可调点也能够对成形光学件614的位置进行细微x和y轴调节。
在一个实施方案中，运动学安装座648包括面对第一止动件668和第二止动件672的柱塞676。柱塞676包括至少一个可调点尖端677，以便对成形光学件614的位置进行细微x和y轴调节。运动学安装座648包括释放件679，该释放件可在从运动学安装座648装载和卸载成形光学件614时回缩。在一个实施方案中，释放件679包括用于回缩和延伸释放件679的可旋转的调节元件681A、681B。
参见图45B，在一个实施方案中，第一止动件668、第二止动件672 (图45A)和柱塞676具有位于成形光学件614的凸弯曲表面616下方的上端。止动件668、672和柱塞676相对于凸弯曲表面616的最小化的相对高度避免了遮蔽吸收性成像系统内的成形光学件614和镜片。
参见图46，在一个实施方案中，柱塞676包括第一可调点尖端677A 和第二可调点尖端677B，它们是可调节的，以便对成形光学件614进行细微x和y轴位置调节。在一个实施方案中，可调点尖端677A、677B的远侧端部适于邻接抵靠成形光学件614的基部615的外周边缘。
参见图45A，在一个实施方案中，成形光学件614的基部615具有外周边，该外周边包括面对第一止动件668的调节销670的第一平坦表面、面对第二止动件672的调节销674的第二平坦表面、以及面对柱塞676的调节销677的第三平坦表面。
参见图44和47，在一个实施方案中，吸收性成像系统628包括位于成像镜片节段650与相机652之间的焦距调节组件675。参见图47，在一个实施方案中，焦距调节组件675包括双位置启用器691，该双位置启用器适于使摆臂679在伸出位置与回缩位置之间移动。在一个实施方案中，摆臂 679的远侧端部具有环形开口681，以及插入到环形开口681中的熔融石英窗683。
在一个实施方案中，焦距调节组件675包括底板685，该底板为相机 652和臂启用器691提供安装点。焦距调节组件675还包括遮光罩687，该遮光罩被设计成在摆臂679从焦距调节组件延伸和撤回时防止光进入。
在一个实施方案中，熔融石英窗683插入到焦距调节组件675中或从焦距调节组件撤回，以便调节吸收性成像系统的焦点位置。
图48A示出启用器691的第一摆臂位置，由此将摆臂679插入成与相机652对齐，使得熔融石英窗683与相机652对齐。在图48B中，启用器 691已将摆臂679从焦距调节组件675撤回，使得熔融石英窗683不与相机 652对齐。
在一个实施方案中，当利用具有第一波长的第一照明源时，摆臂679 插入成与相机652对齐(图48A)，并且当利用具有第二波长的第二照明源时，摆臂679将如图48B所示那样回缩。焦距调节组件用于适应可由这两个不同光源生成的光的两个不同焦距。
参见图49，在一个实施方案中，吸收性成像系统728包括使光进入成形光学件积分球780中的两个LED积分球796A和796B。在一个实施方案中，第一LED积分球796A含有生成覆盖眼科镜片吸收带的光的第一照明源，并且第二LED积分球796B含有生成覆盖眼科镜片光引发剂谱带的可见光的第二照明源。吸收性成像系统728包括接纳成形光学件和镜片的运动学安装座748、用于生成强度图像的镜片组750、以及用于捕获强度图像的相机752。在使用两个单独的波长或波长带的情况下，可通过计算来移除不同光引发剂的效应或光学效应。
参见图50，在一个实施方案中，吸收性成像系统828包括使光进入成形光学件积分球880中的三个LED积分球896A、896B和896C。在一个实施方案中，第一LED积分球896A含有生成覆盖眼科镜片吸收带的光的第一照明源，第二LED积分球896B含有生成覆盖眼科镜片“吸收中性”带的可见光的第二照明源，并且第三LED积分球896C含有隔离因存在于镜片中的光引发剂材料的漂白所致的效应的第三照明源。吸收性成像系统828 包括接纳成形光学件和待测量的镜片的运动学安装座848、用于生成强度图像的镜片组850、以及用于捕获强度图像的相机852。吸收性成像系统使用公式和数学来移除光学功率效应和漂白效应，以便仅仅基于因镜片材料的吸收特性所致的强度变化，就可更准确地确定镜片厚度。
虽然上述涉及本发明的实施方案，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下可设计本发明的其他和更多实施方案，这仅受下述权利要求范围的限制。例如，本发明设想本文所述的任何实施方案中所示或以引用方式并入本文的任何特征可与本文所述的任何其他实施方案中所示或以引用方式并入本文的任何特征结合，并且仍然落在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种测量眼科镜片的厚度的方法，包括：
提供具有凸弯曲顶表面的成形光学件；
在所述成形光学件的所述凸弯曲顶表面上方提供具有光吸收组分的眼科镜片；
在所述眼科镜片在所述成形光学件的所述凸弯曲顶表面上方的情况下，使具有第一波长的第一光穿过所述眼科镜片，于是在所述第一光穿过所述眼科镜片时，所述光吸收组分吸收一些所述第一光；
在所述第一光穿过所述眼科镜片之后，引导所述第一光以生成所述眼科镜片的数字图像，所述数字图像具有与所述眼科镜片的形状相对应的像素强度数据；
使用有关穿过所述眼科镜片之前的所述第一光、所述眼科镜片的所述光吸收组分以及所述像素强度数据的信息，来计算所述眼科镜片的厚度分布；
使第二光穿过所述眼科镜片，所述第二光具有与所述第一光不同且不被所述眼科镜片的所述光吸收组分吸收的第二波长；
在所述第二光穿过所述眼科镜片之后，引导所述第二光以生成所述眼科镜片的第二数字图像，所述第二数字图像具有与因所述第二光穿过所述眼科镜片时的折射效应所致的强度变化相对应的第二像素强度数据；
将所述第二像素强度数据与因所述光吸收组分而产生的用于计算厚度的第一像素强度数据隔离。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
为具有所述第一波长的所述第一光提供光源；
在使所述第一光穿过所述眼科镜片的步骤之前，生成、过滤和漫射所述第一光。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将所述第一光引导到叠置在所述成形光学件的所述凸弯曲顶表面上的所述眼科镜片处，并且使所述第一光穿过所述眼科镜片和所述成形光学件。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
在所述成形光学件下游提供数字图像捕获装置，以便捕获所述数字图像；
在所述成形光学件与所述数字图像捕获装置之间提供一个或多个光学镜片，以便使所述第一光聚焦在所述数字图像捕获装置上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二像素强度数据还包括因非均匀照明的效应所致的强度变化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二像素强度数据还包括因折射效应与非均匀照明的效应的组合的效应所致的强度变化。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述第一光设置在第一积分球中；
将所述第二光设置在与所述第一积分球分开的第二积分球中；以及
将所述成形光学件设置在与所述第一积分球和所述第二积分球分开的成形光学件积分球中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述眼科镜片包含光引发剂，所述光引发剂被穿过所述眼科镜片的光漂白，所述方法还包括：
使第三光穿过所述眼科镜片，所述第三光具有被所述光引发剂吸收且不被所述眼科镜片的所述光吸收组分吸收的第三波长；
在使所述第三光穿过所述眼科镜片之后，引导所述第三光以生成所述眼科镜片的第三数字图像，所述第三数字图像具有与所述光引发剂的漂白的效应相对应的第三像素强度数据；
将所述第三像素强度数据与因所述光吸收组分而产生的用于计算厚度的所述第一像素强度数据隔离。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将所述第一光设置在第一积分球中；
将所述第二光设置在与所述第一积分球隔开的第二积分球中；
将所述第三光设置在与所述第一积分球和所述第二积分球隔开的第三积分球中；
以及
将所述成形光学件设置在与所述第一积分球、所述第二积分球和所述第三积分球隔开的成形光学件积分球中。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一光被所述光吸收组分和所述光引发剂吸收，所述第二光既不被所述光吸收组分吸收，也不被所述光引发剂吸收，并且所述第三光被所述光引发剂吸收，而不被所述光吸收组分吸收。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一光是生成具有约365nm的第一波长的光的第一LED，所述第二光是生成具有约455nm的第二波长的光的第二LED，并且所述第三光是生成具有约420nm的第三波长的光的第三LED，所述方法还包括对控制系统进行编程，以在任一时间自动地启用所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED中的仅一个LED。
12.一种测量眼科镜片的厚度的方法，包括：
提供包含光吸收组分和光引发剂的眼科镜片；
提供生成第一光的第一LED，所述第一光具有被所述光吸收组分和所述光引发剂吸收的第一波长；
提供生成第二光的第二LED，所述第二光具有与所述第一波长不同、且既不被所述光吸收组分吸收也不被所述光引发剂吸收的第二波长；
提供生成第三光的第三LED，所述第三光具有与所述第一波长和所述第二波长不同、不被所述光吸收组分吸收但被所述光引发剂吸收的第三波长；
在不同时间，使所述第一光、所述第二光和所述第三光穿过所述眼科镜片，以将因所述眼科镜片中折射效应和所述光引发剂的存在所致的光吸收，与因所述眼科镜片中所述光吸收组分的存在所致的光吸收隔离，以便计算所述眼科镜片的厚度分布。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在所述第一光穿过所述眼科镜片之后，引导所述第一光以生成所述眼科镜片的第一数字图像，所述第一数字图像具有与所述眼科镜片的形状相对应的第一像素强度数据；
在所述第二光穿过所述眼科镜片之后，引导所述第二光以生成所述眼科镜片的第二数字图像，所述第二数字图像具有与因所述第二光穿过所述眼科镜片时的折射效应、非均匀照明效应以及折射效应和非均匀照明效应的组合所致的强度变化相对应的第二像素强度数据；
在使所述第三光穿过所述眼科镜片之后，引导所述第三光以生成所述眼科镜片的第三数字图像，所述第三数字图像具有与所述光引发剂的漂白的效应相对应的第三像素强度数据。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使用中央处理器来将所述第二像素强度数据和所述第三像素强度数据与所述第一像素强度数据隔离，以便生成所述眼科镜片的厚度分布。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将所述眼科镜片的厚度分布传输到所述中央处理器；
将所述眼科镜片的所传输的厚度分布与预定厚度分布进行比较；
如果所传输的厚度分布不等于所述预定厚度分布，则生成信号以便调节后续制造的眼科镜片的厚度。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过将眼科镜片的所生成的厚度分布与所述预定厚度分布进行反复比较，从而对后续制造的眼科镜片进行迭代改变。
17.一种用于测量眼科镜片的厚度的吸收性成像系统，包括：
生成具有第一波长的第一光的第一照明源；
具有凸弯曲顶表面的成形光学件；
叠置在所述成形光学件的所述凸弯曲顶表面上的眼科镜片；
所述眼科镜片包含光吸收组分，当所述第一光穿过所述眼科镜片和所述成形光学件时，所述光吸收组分吸收一些所述第一光；
数字图像捕获装置，所述数字图像捕获装置位于所述成形光学件的下游，且用于在所述第一光穿过所述眼科镜片和所述成形光学件之后捕获所述第一光的第一数字图像；
所述第一数字图像具有与所述眼科镜片的形状相对应的第一像素强度数据；
具有程序的中央处理单元，所述程序在使所述第一光穿过所述眼科镜片和所述成形光学件之前，将所述第一像素强度数据与所述第一光的强度进行比较，以生成所述眼科镜片的厚度分布；
生成第二光的第二照明源，所述第二光具有与所述第一波长不同且不被所述眼科镜片的所述光吸收组分吸收的第二波长；
在所述第二光穿过所述眼科镜片和所述成形光学件之后，所述数字图像捕获装置捕获所述第二光的第二数字图像；
所述第二数字图像具有与所述第二光穿过所述眼科镜片时的折射效应和非均匀照明效应相对应的第二像素强度数据；
所述中央处理单元的所述程序被编程用于将所述第二像素强度数据与所述第一像素强度数据隔离，以便生成所述眼科镜片的厚度分布。
18.根据权利要求17所述的吸收性成像系统，其中所述第二像素强度数据还包括因折射效应与非均匀照明效应的组合所致的强度数据变化。
19.根据权利要求17所述的吸收性成像系统，还包括：
包含光引发剂的所述眼科镜片；
生成第三光的第三照明源，所述第三光具有与所述第一波长和所述第二波长不同、被所述光引发剂吸收但不被所述光吸收组分吸收的第三波长；
在所述第三光穿过所述眼科镜片和所述成形光学件之后，所述数字图像捕获装置捕获所述第三光的第三数字图像；
所述第三数字图像具有与所述光引发剂的漂白的效应相对应的第三像素强度数据；
所述中央处理单元的所述程序将所述第三像素强度数据与所述第一像素强度数据隔离，以便生成所述眼科镜片的厚度分布。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括：
含有所述第一照明源的第一积分球；
含有所述第二照明源的第二积分球，其中所述第二积分球与所述第一积分球隔开；
含有所述第三照明源的第三积分球，其中所述第三积分球与所述第一积分球和所述第二积分球隔开；
含有所述成形光学件和所述眼科镜片的成形光学件积分球，其中所述成形光学件积分球与所述第一积分球、所述第二积分球和所述第三积分球隔开。
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