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Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Feststellung der Brechkraft ophthalmischer Linsen. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren, um die Brechkraft von trockenen Kontaktlinsen festzustellen, welche für eine Integration in eine automatisierte Kontaktlinsenproduktionsmaschine als ein In-Line-Überprüfungssystem geeignet sind.
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Hintergrund der Erfindung:
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Die Herstellung von ophthalmischen Linsen, insbesondere von weichen Einwegkontaktlinsen, kann in einer vollautomatisierten Fertigungslinie mit der Unterstützung von wiederverwendbaren Formen hergestellt werden [sic!]. Um eine hervorragende Qualität der genannten Kontaktlinsen sicherzustellen, ist ein optisches Überprüfungssystem erforderlich, damit eine hohe Qualität für den Kunden gewährleistet werden kann. Ophthalmische Linsen oder Kontaktlinsen werden in verschieden Kategorien von Brechkräften hergestellt, die es erforderlich machen, dass sie gemäß ihrer Herstellungsvorgaben überprüft werden. Manuelle Verfahren sind langsam und ausgewählte Stichprobenüberprüfungen von Linsen werfen das Problem von unzulänglichen Qualitätskontrollen auf, die mit solchen Verfahren verbunden sind. Daher ist es notwendig und eine wichtige Voraussetzung für Kontaktlinsenhersteller zu gewährleisten, dass 100 % der produzierten Produkte überprüft und nach ihren Eigenschaften getrennt werden. Schnelle, zuverlässige und beständige Verfahren der Überprüfung müssen notwendiger Weise angewandt werden, um eine verlässliche Produktqualität zu garantieren.
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Ophthalmische Linsen werden dazu hergestellt, um zu verschiedenen Arten von Augeneigenschaften zu passen. Die Kontaktlinsen müssen vor dem Vertrieb gemäß ihrer Brechkraft angemessen kategorisiert werden. Es existieren mehrere Messsysteme für die Brechkraft, die dem Stand der Technik entsprechen, aber eines der gängigsten Systeme geht mit der Verwendung von einem motorbetriebenes Indizierungssystem einher, welches von den Brennpunkten auf der Ober- und Unterseite der Kontaktlinse abhängig ist. Allerdings kann diese Art von Vorrichtung nicht in automatisierte Hochgeschwindigkeitsherstellungssysteme integriert werden, weil die Zeit, die erforderlich ist, jede Linse zu überprüfen, diese für derartige Zwecke untauglich macht. Eine andere Art von Überprüfungssystem zur Feststellung der Brechkraft von Kontaktlinse beinhaltet die Verwendung von motorbetriebenen Zoomobjektiven, um auf verschiedene Punkte auf den Kontaktlinsen zu fokussieren, und die Anwendung bestimmter Algorithmen, um die Abweichung der Zoomfaktorwerte zur Bestimmung der Brechkraft der Linsen anzupassen. Erneut können diese Systeme auf Grund der zur Durchführung des Prozesses erforderlichen Zeit nicht in Hochgeschwindigkeitsfertigungslinien zur Herstellung von Kontaktlinsen integriert werden.
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Manuelle Überprüfungssysteme, welche menschliches Eingreifen erfordern, sind für eine Hochgeschwindigkeitsfertigung nicht geeignet, weil sie zu langsam sind, menschliche Inspekteure anfällig für voreingenommene Beurteilungen sind und die Überprüfungsergebnisse unter verschiedenen Inspekteuren nicht einheitlich sind.
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Die vornehmliche Schwierigkeit bei der Überprüfung von Kontaktlinsen bestand bisher darin, die Untersuchung unmittelbar, nachdem diese geformt wurden, durchzuführen. Wenn die Überprüfung der Kontaktlinsen auf ihre Brechkraft unmittelbar nach der Formung durchgeführt wird, können verfahrensbezogene Probleme oder Defekte schnell adressiert werden. Es kann verhindert werden, dass eine signifikante Menge defekter Kontaktlinsen hergestellt wird. Das typische Verfahren der Überprüfung von Kontaktlinsen wird herkömmlicherweise am Ende im abschließenden Vorgang der Herstellung durgeführt, wo die Linsen in Kochsalzlösung suspendiert werden, deren Brechungseigenschaften bei der Berechnung oder Bestimmung der tatsächlichen Brechkraft der zu überprüfenden Kontaktlinse berücksichtigt werden müssen. Gefundene Defekte in der abschließenden Überprüfungsphase erschweren es den Herstellern, das Problem zu analysieren und Schritte zur Korrektur des Verfahrens beim Formen einzuleiten. Darüber hinaus führt das verspätete Kennzeichnen der Probleme zu einem erheblichen Verlust an Material und Produktion für die Kunden. Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Methode vorzuschlagen, die die Effizienz der Überprüfung der Brechkraft der Linsen erheblich steigert und sich für die Integration in ein automatisiertes System oder eine Vorrichtung zur schnellen, zuverlässigen und genauen Überprüfung eignet.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren für eine automatisierte In-Line-Bestimmung der Brechkraft einer ophthalmischen Linse in einer automatisierten Fertigungslinie für ophthalmische Linsen geschaffen, zum Beispiel weiche Kontaktlinsen vor dem Schicken zur abschließenden Endverpackung.
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Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Überprüfungsplattform, welche eine optisch transparente Unterseite mit einer flachen Oberfläche hat, auf der eine ophthalmischen Linse mit der konvexen Seite nach oben positioniert wird, sowie das Positionieren der Plattform an einer vorbestimmten Stelle unter einem Überprüfungsmodul;
- Bereitstellen von einem kalibriertem Glasobjekt mit vorgeätztem Muster, welches aus genau platzierten Quadraten weißer und schwarzer Farbe besteht. Das Glasobjekt wird unter dem Kontaktlinsenhalter positioniert, sodass eine Bildüberlagerung des Gittermusters und der Kontaktlinse auf dem Kameradetektor entsteht;
- Bereitstellen einer Lichtquelle und einer hochauflösenden Digitalkamera, die das Licht aufnimmt, welches von der Lichtquelle kommt, nachdem es durch das kalibrierte Glasobjekt und die auf der transparenten Oberfläche der Plattform platzierte ophthalmische Linse hindurchgetreten ist, und auf den Kameradetektor auftrifft und dadurch Signale am Ausgang der Kamera erzeugt.
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Messen des Signals, welches in dem Detektor erzeugt wird, und Herstellen einer Tabelle von Parameterwerten, welche mit der Brechkraft (in der Einheit Pixel) von mehreren Kontaktlinsen mit einer bekannten Brechkraft in Beziehung steht. Die Werte werden erzeugt, indem mehrerer Bildüberlagerungen von mehreren Kontaktlinsen mit einer bekannten Brechkraft, die auch als Goldene Musterstücke bezeichnet werden, genutzt werden und anschließend die Distanzen zwischen mehreren benachbarten Quadraten innerhalb einer vorbestimmten optischen Zone jedes Kontaktlinsenbildes gemessen werden und die Ergebnisse tabelliert werden, um eine Referenztabelle herzustellen. Die Goldenen Musterstücke umfassen einen Bereich von Linsen mit positiver und negativer Brechkraft.
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Die Bestimmung der Brechkraft der ophthalmischen Linse wird durchgeführt, während die ophthalmische Linse sich auf einer transparenten Scheibe befindet. Die Bezeichnung „Brechkraft“, wie sie hier verwendet wird, ist in einem sehr allgemeinen Sinne zu verstehen, zum Beispiel als eine oder eine Kombination von Brechungseigenschaften einer ophthalmischen Linse, wie zum Beispiel der sphärischen Brechkraft einer sphärischen weichen Kontaktlinse, der zylindrischen Brechkraft einer torischen Kontaktlinse, die Ausrichtung der Zylinderachsen, Aberrationen, etc.
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Die vorliegende Erfindung bietet ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung der Brechkraft der Kontaktlinse, das mit dem Erfassen des Kontaktlinsenbildes beginnt, das mit dem Bild des Musters in dem kalibrierten Glasobjekt überlagert ist. Dieser Prozess wird für mehrere Kontaktlinsen bekannter Brechkräfte wiederholt, die auch als Goldene Musterstücke bezeichnet werden.
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Die vorliegende Erfindung bietet darüber hinaus ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung der Brechkraft von Kontaktlinsen, welches ein Mittel zur Herstellung einer Bezugswert- oder Kalibrierungstabelle der Brechkraftwerte umfasst, die proportional zu den mittleren Abständen (gemessen in Pixel) zwischen vier angrenzenden Vierecken ist, die für jedes einzelne Viereck in der optischen Zone des Kontaktlinsenbildes berechnet und tabellarisch erfasst werden. Dieser Prozess wird für jedes einzelne Bild angewandt, das für jedes einzelne Goldene Musterstück erfasst wurde. Die proportionale Brechkraft der genannten Linse wird durch die Anwendung einer bestimmten Formel auf die mittleren Abstandswerte in Pixeln für jeden Wert in der Tabelle ermittelt. Zum Beispiel, wird ein Quadrat, der Fläche 7x7, in der Mitte der optischen Zone der Kontaktlinse gewählt. Abhängig von der Komplexität oder den vom Kunden geforderten Vorgaben, wird die bezeichnete Fläche innerhalb der optischen Zone vergrößert oder verkleinert.
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Die vorliegende Erfindung bietet ferner ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines extrapolierten grafischen Liniendiagramms mit den mittleren Abstandswerten in Pixel auf der X-Achse und der Brechkraft in der Einheit Dioptrien auf der Y-Achse.
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Die Durchführung des zuvor genannten Verfahrens gemäß der Erfindung ist daher insbesondere für trockene Kontaktlinsen effektiv, weil die Brechkraft, die während der Herstellung der Kontaktlinsen gemessen oder ermittelt wird, durch die Verwendung des interpolierten Diagramms verbessert wird. Die endgültige Brech [sic!], die mit Hilfe des Diagramms oder der Tabelle bestimmt wird, kann auf dem elektronischen Weg übermittelt werden, um die Integration in die Apparatur Dritter zu ermöglichen.
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Figurenliste
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Ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung kann dadurch erlangt werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit der Zeichnung berücksichtigt werden, wobei:
- 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Vorrichtung umfasst eine hochauflösende Kamera 10, eine optische Linse 20, um die Linse 40, die auf der Glasplattform positioniert ist, zu prüfen, ein Kalibrierungsglasobjekt 50, welches auf einer weiteren Glasplattform 60 positioniert ist und ein LED-basiertes Beleuchtungsmodul 70, um die Beleuchtung 65 auf die Kontaktlinse 40 zu richten, wobei alle der oben genannten Elemente passend an der optischen Achse 25 der Vorrichtung ausgerichtet sind. Das Beleuchtungsmodul 70 wird von einer programmierbaren Stroboskopsteuerung (nicht dargestellt) gesteuert, um die Breite des Beleuchtungstriggerimpulses und die Intensität der LED-Segmente zu steuern. 1a zeigt eine isometrische Ansicht der optischen Anordnung, die einige verschiedene Teile der Erfindung darstellt.
- 2 stellt ein Beispiel für ein Präzisionskalibrierungsobjekt 50 auf Glasbasis dar, das sich im Halter 60 in 1a befindet.
- 3 zeigt eine Darstellung eines Bildes 95 des Präzisionsglasobjektes 50, welches mit dem Bild einer Kontaktlinse 40 in 1 eines bekannten Brechwerts überlagert ist, und die rechteckige Fläche, die von einem Kästchen 90 umschlossen ist, stellt den optischen Bereich dar, der für die Erfindung von Interesse ist;
- 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Fläche 90 in 3, in der die Mehrheit der Quadrate in der optischen Zone klar sichtbar ist, wobei ein ausgewählter Satz von 7 x 7 Quadraten in der Mitte der optischen Zone 90 von dem Kästchen 97 umschlossen ist.
- 5, stellt die Fläche 97 in 4 dar, in der die tatsächliche Brechkraft der Kontaktlinse 40 zu ermitteln ist. Die Fläche 97 in 5 ist eine vergrößerte Ansicht der 7 x 7 quadratischen Kästchen (zum Beispiel: eine Linse mit der Stärke 9,375 Dioptrien), wobei jedes Kästchen vorzugsweise 166 Pixel umschließt. Um jedes Kästchen in 5 zu identifizieren, ist die horizontale Achse mit A, B, C, D, E, E & G und die vertikale Achse mit 1, 2, 3, 4, 5, 6 & 7 beschriftet.
- 6 zeigt eine Tabelle mit mittleren Werten des Abstands in Pixeln, der zwischen den angrenzenden Quadraten der 5 gemessen wird.
- 7 zeigt eine Tabelle mit Werten in Dioptrien (Brechkraft), nachdem die Abstandswerte von 6 auf die Formel in 7a angewandt wurde.
- 8 ist eine Referenztabelle mit Abständen gegenüber Dioptrienwerten für einen Satz Kontaktlinsen oder Goldenen Musterstücke, die mit einer bekannten Brechkraft vorausgewählt wurden.
- 9 ist ein extrapoliertes Diagramm, das basierend auf den Werten der Referenztabelle in 8 aufgetragen wurde, wobei die X-Achse die mittleren Abstandswerte darstellt und die Y-Achse die proportionalen Dioptrienwerte (Brechkraft) darstellt.
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Detaillierte Beschreibung:
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1 zeigt eine Ausführungsform nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei der es sich um eine Detektionseinrichtung oder eine Vorrichtung zur Bestimmung der Brechkraft von trockenen Kontaktlinsen handelt. Die bevorzugte Ausführungsform umfasst die folgenden Teile.
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Die hochauflösende Kamera 10, die mit der optischen Linse 20 gekoppelt ist, ist auf das Präzisionskalibrierungsobjekt aus Glas 50 gerichtet, das auf einer anderen Glasplattform 60 montiert ist. Eine LED-basierte Lichtquelle 70 ist so angeordnet, dass sie Licht 65 durch den lichtdurchlässigen Boden 60 und das kalibrierte Glasobjekt 50 leitet, welche alle geeignet ausgerichtet auf der optischen Achse 25 platziert werden. Das LED-Licht beleuchtet weiterhin die ophthalmische Linse 40, welche auf der Glasplattform 30 angeordnet ist, wobei ihre gekrümmte Seite zur optischen Linse 20 zeigt. Das Licht, welches durch die Kontaktlinse 40 gedrungen ist und Informationen der Linse transportiert, das mit dem auf das kalibrierte Glasobjekt 50 geätzten oder gedruckten Muster überlagert ist, wird von der Kamera 10 eingefangen, nachdem es von der optischen Linse 20 gebündelt wurde. Eine isometrische Ansicht der Erfindung in 1 wird in 1a dargestellt.
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In 2 wird ein typisches Glasobjekt 50 oder Kalibrierungsglasscheibe mit einem Muster gezeigt, welches aus abwechselnd weißen und schwarzen Quadraten besteht, die entweder geätzt oder gedruckt sind. Die Abmessungen des Musters sind höchst genau und ist [sic!] eins der ausschlaggebenden Elemente der Vorrichtung, das eine große Rolle bei der Bestimmung der Brechkraft der Kontaktlinse spielt. Das Kalibrierungsglasobjekt 50 ist kommerziell, geätzt oder gedruckt mit verschiedenen Gestaltungen von Mustern, erhältlich. Verschiedene Muster des Kalibrierungsobjekts können abhängig von dem Typ der Überprüfung und der von dem Kunden benötigten Genauigkeit ausgewählt werden.
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In 3, ist ein Bild 95 abgebildet, dass ein überlagertes Bild des Kalibrierungsobjekts und der Kontaktlinse darstellt, wie es von der Kamera 10 in 1 eingefangen wird. Der vom Rechteck 90 in 3 eingefangene Bereich stellt die optische Fläche dar, die von Interesse ist.
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In 4 ist eine kleine Bildfläche 97, vorzugsweise in der Mitte der Bildfläche 90, ausgewählt, die aus 7 x 7 quadratischen Kästchen besteht, wobei jedes quadratische Kästchen aus ungefähr 166 Pixeln besteht. Die Fläche 90 wird von Bildverarbeitungsalgorithmen verarbeitet, um als ersten Schritt die Kanten all der 49 Quadrate zu ermitteln. Im nächsten Schritt wird jedes Quadrat mit vorbestimmten Graustufenwerten ausgefüllt, um diese deutlich von ihren benachbarten Quadraten abzugrenzen.
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5 stellt ein Beispiel eines Endergebnisses nach der Bildanalyse und der Verarbeitung dar, wobei jedes quadratische Kästchen, welche mit gleichen Graustufenwerten ausgefüllt sind, um sie deutlich von ihren benachbarten quadratischen Kästchen zu unterscheiden, dar, wobei die horizontale Reihe mit A, B, C, D, E, F& G gekennzeichnet und die vertikale Reihe mit 1, 2, 3, 4, 5, 6 & 7 gekennzeichnet ist.
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Die Fläche 97 wird von dem Kunden während des Lehrprozesses festgelegt, der nicht im Detail beschrieben wird, weil er sich außerhalb des Rahmens der Erfindung befindet. Wie aus der Darstellung in 4 F ersichtlich ist, ist die Fläche 97 eine quadratische Fläche von 7 x 7 in der Mitte des Bereichs 95 und der wichtigste Ort, an dem die Brechkraft der Kontaktlinse zu bestimmen ist. Obwohl der Rest der Fläche auch wichtig ist, um die Verteilung der Brechkraft rund um die gesamte Kontaktlinse zu verstehen, fällt es außerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung und wird daher nicht im Detail behandelt.
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In 5 ist die Fläche 97 vergrößert, um 7 x 7 Pixel in der Mitte der optischen Zone zu zeigen. Die Fläche 97 wird weiterhin analysiert, um dir Brechkraft der Kontaktlinse zu bestimmen. Als ein erster Schritt wird der Mittelpunkt aller Pixel festgestellt und die Abstände zwischen all seinen benachbarten horizontalen und vertikalen Pixeln abgemessen. Zum Beispiel zeigt die Darstellung in 5 neun Kästchen, beginnend mit dem quadratischen Kästchen 4D, umgeben von den Kästchen 4C, 3C, 3D, 3E, 4E, 5E, 5D & 5C. Die Abstände in Pixeln werden vom durch die Position 98 dargestellten Mittelpunkt des Kästchens 4D bis zum Mittelpunkt der Kästchen 4C, 3D, 4E und 5D gemessen. Für eine hohe Genauigkeit und Widerholungspräzision der Messung der Abstände zwischen den Mittelpunkten der Pixel werden Unterpixelungsalgorithmen implementiert. Darauffolgend wird der Durchschnitt von allen vier Abständen in Pixel, nämlich der Abstände zwischen 4D & 3D, 4D & 4C, 4D & 5D & 4D & 4E, an der Stelle eingetragen, die die Reproduzierbarkeit durch die Kästchenposition 4D in der Tabelle 6 repräsentiert ist, die in 6 durch die Position XY repräsentiert ist und auch als zentrale Referenzposition bezeichnet wird. Es ist wichtig zu anzumerken, dass die Abstände von allen Kästchen 6 nach rechts und oben von der Position XY positiv sind und nach links und unten von der Position XY negativ sind. Zum Beispiel: Der Abstandswert in Pixeln für das Kästchen 1A in 5 wird durch die Position X-3, Y-3 in 6 dargestellt und beträgt 166.78. Das oben erwähnte Verfahren wird anschließend auf alle Kästchen in 5 angewandt und ihre jeweiligen Werte werden in die Tabelle von 6 eingetragen. In diesem Beispiel ist die resultierende Tabelle, die in 6 gezeigt wird, eine vollständige Liste der mittleren Abstände des 7 x 7 Kästchen-Matrix-Kästchens 97 in 5, welches eine Kontaktlinse oder ein Goldenes Musterstück mit einer bekannten Brechkraft von 9,37 (Brechkraft in Dioptrien) repräsentiert.
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Mit der bereits bekannten Brechkraft und unter Verwendung der Tabelle in
6, gelangt man zu einer Formel, um die Abstände der bekannten Brechkräfte der Kontaktlinse zuzuordnen. Eine typischerweise resultierende Formel ist die Folgende:
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Es wichtig zu vermerken, dass die oben genannte Formel ein Beispiel für Veranschaulichungszwecke ist und ein Fachmann in der Lage ist, die Formel so zu ändern oder anzupassen, dass sie zu dem Material, Design und den Prozessen verschiedener Hersteller passt.
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Die Formel in 7a wird auf jeden einzelnen Wert der Tabelle in 6 angewandt, um zu einer neuen Tabelle von Dioptrienwerten (Brechkraft), wie in 7 dargestellt, zu gelangen. Der Durchschnitt aller Dioptrienwerte in 7 repräsentiert den Dioptrienwert oder die Brechkraft der Kontaktlinse.
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In einem nachfolgenden Schritt wird eine andere Kontaktlinse mit bekannter Brechkraft verwendet, um eine neue Tabelle ähnlich zu der in 6 und 7 zu erhalten. In der Tabelle, die in 8 gezeigt wird, werden insgesamt sechs Kontaktlinsen, die auch Goldene Musterstücke genannt werden, verwendet. Wie in der Referenztabelle 8 dargestellt, steht jede Kontaktlinse für eine anderen Brechkraft, zusammen mit dem jeweiligen mittleren Abstand zwischen ausgewählten 7 x 7 Kästchen. Um die Referenztabelle in 8 herzustellen, wird sorgfältig eine Reihe von Kontaktlinsen oder Goldenen Musterstücken ausgewählt, um ein breites Spektrum an Brechkräften, die in der Branche gewöhnlich hergestellt werden, abzudecken.
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In dem abschließenden Schritt wird die Tabelle in 8 in einem wie in 9 dargestellten Diagramm aufgetragen, bei dem die X-Achse den mittleren Abstand darstellt und die Y-Achse die jeweiligen Dioptrienwerte darstellt. Eine einfache Analyse des Diagramms in 9 zeigt kürzere Abstandswerte für Kontaktlinsen mit einer negativen Brechkraft mit graduell steigendem Abstand für Kontaktlinsen mit positiver Brechkraft. Das Diagramm in 9 und die Tabelle in 8 sind Veranschaulichungen und die extrapolierte Linie in 9 kann weiter geglättet werden, indem bei der Erstellung der Referenz- oder Kalibrierungstabelle in 8 mehr Goldene Musterstücke einbezogen werden, um eine bessere Genauigkeit bei der Bestimmung der Brechkraft einer Kontaktlinse in der gewöhnlichen Produktion zu erreichen.
