GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Küvette zum Halten und
Lokalisieren eines optischen Bauteils. Die zu untersuchenden
optischen Bauteile können optische Okularbauteile, wie etwa
Kontaktlinsen, Brillengläser, intraokulare Linsen und
dergleichen umfassen. Die vorliegende Anmeldung ist aus der
europäischen Patentanmeldung 94 924 481.8 (0 711 409) abgeteilt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Optische Bauteile, wie etwa Kontaktlinsen, wurden bislang
häufig manuell untersucht unter Verwendung einer
Projektionsvorrichtung, wie etwa eines optischen Komparators. Manuelle
Inspektionssysteme, welche einen menschlichen Eingriff erfordern,
eignen sich nicht für eine Produktion mit hohem Durchsatz, weil
sie zu langsam sind, weil die Gefahr besteht, dass die
untersuchenden Personen Fehlurteile fällen, und weil
Untersuchungsergebnisse von verschiedenen untersuchenden Personen nicht
konsistent sind.
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Einer automatischen Untersuchung stand hauptsächlich entgegen,
die Unfähigkeit zur Erzeugung von Bildern hohen Kontrasts von
optischen Bauteilen, wie etwa Kontaktlinsen, so dass Merkmale,
wie etwa Kerben, Grate, Kratzer, Risse und Späne, problemlos
ermittelt und gemessen werden können. Insbesondere war es
schwierig, Bilder hohen Kontrasts von sämtlichen optischen
Bauteilen zu erhalten. Der Begriff "Merkmale", wie er vorliegend
eingesetzt wird, umfasst sowohl vorteilhafte Merkmale, wie etwa
bestimmte topographische Eigenschaften von torischen Linsen
bzw. Ringlinsen und Linsenabgrenzungen, sowie nachteilige
Merkmale, wie etwa Kratzer, Risse und Späne.
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Eine hauptsächliche Schwierigkeit beim Erzielen von Bildern
hohen Kontrasts von optischen Bauteilen, wie etwa Kontaktlinsen
und Brillengläsern, besteht darin, dass sie transparent sind.
Im Fall bestimmter optischer Bauteile, wie etwa hydrierten
Kontaktlinsen, die als "Hydrogele" bezeichnet werden, die in einem
Fluid eingetaucht bleiben müssen, wie etwa in einer Salzlösung,
führt die Erzeugung von Bildern hohen Kontrasts zu einer
zusätzlichen Komplikation. Das heißt, die Brechungsindizes für
das optische Bauteil und die Flüssigkeitslösung können so
ähnlich sein, dass die Grenzen bzw. Abgrenzungen zwischen den
beide nahezu unsichtbar sind. Bilder des optischen Bauteils
besitzen deshalb niedrigen Kontrast.
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Eine weitere Schwierigkeit bei der Untersuchung von Hydrogels
besteht darin, dass sie während der Untersuchung nicht in
feststehender Position gehalten werden, und dass sie sich um
Distanzen bewegen, die größer sind als die Größe eines kleinen
Merkmals. Es ist deshalb wichtig, ein Bild hohen Kontrasts
eines gesamten Hydrogels derart zu erhalten, dass durch ein
Abbildungssystem im Bruchteil einer Sekunde ein Bild erhalten
werden kann.
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Das durch die vorliegende Erfindung zu überwindende Problem
betrifft das Problem des Haltens eines optischen Bauteils in
Position zur Untersuchung ohne menschlichen Eingriff. In einem
automatisierten System kann es deshalb kritisch sein, eine
Positionierungsvorrichtung zur Verfügung zu haben, die
tatsächlich ein Teil des optischen Systems ist, das verwendet wird, um
das optische Bauteil während der automatisierten Untersuchung
zu beleuchten.
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Die EP 0 604 173 offenbart eine Vorrichtung zum Tragen einer
Brillenlinse, insbesondere während die Linse untersucht wird,
mit einem Basiselement und einem mit dem Basiselement
verbundenen Lichtschacht. Der Lichtschacht ist im wesentlichen
transparent und umfasst eine kegelstumpfförmige Seitenwand konstanter
Schräglage und einen kugelförmigen Bodenabschnitt, der mit der
Seitenwand verbunden ist und sich ausgehend von dieser abwärts
erstreckt. Der Bodenabschnitt des Lichtschachts besitzt eine
Krümmung, die etwa 10% größer ist als der Krümmungsradius der
Brillenlinse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt einen neuartigen Behälter bzw.
eine neuartige "Küvette" zum Halten und Lokalisieren eines
optischen Bauteils in Position während einer Untersuchung bereit.
Die erfindungsgemäße Küvette umfasst einen Bodenabschnitt mit
einer konkav gekrümmten Innenseite, wobei die konkave
Innenseite einen Krümmungsradius gleich oder größer als der
Krümmungsradius der speziellen Oberfläche des untersuchten optischen
Bauteils ist, das so nahe wie möglich an der konkaven
Innenseite der Küvette angeordnet werden soll, um die Schwerkraft zu
nutzen zum Positionieren des optischen Bauteils und zum
Minimieren seiner Bewegung;
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wobei der Bodenabschnitt eine konvexe Außenseite aufweist,
wobei der Krümmungsradius der Außenseite so gewählt ist, daß die
konkave Innenseite und die konvexe Außenseite zur
Bereitstellung von optischer Brechkraft zusammenwirken, demnach Licht
durch den Bodenabschnitt und zu einer gewählten Stelle
fokussiert wird.
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Bevorzugt besteht der Bodenabschnitt der Küvette aus einem
transparenten Material. Der Bodenabschnitt der Küvette kann aus
Kunststoff hergestellt sein. Die Küvette kann eine Flüssigkeit
enthalten.
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Bevorzugt ist der Krümmungsradius der Außenseite so gewählt,
dass kollimiertes Licht, das durch den Bodenabschnitt nach oben
gerichtet ist, durch die optische Brechkraft der Küvette derart
zur Konvergenz gebracht wird, dass es das optische Bauteil
durchsetzt, und dass es auf bzw. in die Eintrittspupille der
Bilderfassungseinrichtung fokussiert wird.
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Die Erfindung stellt eine Kombination aus der Küvette und einer
Kontaktlinse in der Küvette als das zu untersuchende Bauteil
bereit.
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Bevorzugt enthält die Küvette in der Kombination eine
Flüssigkeit, durch welche das Licht hindurchtritt, wobei außerdem die
Krümmungsradien der Innen- und Außenseiten und die optische
Eigenschaft der Flüssigkeit eine Kombination so eingehen, dass
durch den Bodenabschnitt nach oben gerichtetes kollimiertes
Licht durch die optische Brechkraft der Küvette derart zur
Konvergenz gebracht wird, dass es die Kontaktlinse durchsetzt und
auf bzw. in die Eintrittspupille einer
Bilderfassungseinrichtung fokussiert wird.
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Eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
findet sich nachfolgend. Die dabei erläuterten Ausführungsformen
haben jedoch ausschließlich erläuternden Zweck; weitere
Ausführungsformen erschließen sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der
Technik.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines
Untersuchungssystems ausschließlich zur Erläuterung des vorliegenden
technischen Gebiets unter Darstellung der
Konfiguration eines Untersuchungssystems, welches einen Aufbau
mit kollimierten Löchern bzw. Kollimationslöchern verwendet.
Weder diese Figur noch die anderen Figuren
sind maßstabsgerecht wiedergegeben.
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Fig. 2 zeigt schematisch ein Inspektionssystem unter
Darstellung des Pfads des fokussierten Lichts in der
Konfiguration, die in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Diese
Darstellung erfolgt ebenfalls ausschließlich zur
Erläuterung des technischen Hintergrunds.
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Fig. 3a zeigt eine Draufsicht und Fig. 3b zeigt eine
Seitenansicht der kollimierten Lochstruktur (12), die in Fig.
1 verwendet wird. Diese Figuren sind nicht
maßstabsgerecht dargestellt, und insbesondere sind die Anzahl
und Größe der Löcher in Fig. 3a ausschließlich zu
allgemeinen Erläuterungszwecken dargestellt.
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Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Löcher (8) der
kollimierten Lochstruktur (12), die in Fig. 3a gezeigt
ist. Diese Darstellung erfolgt nur zur Erläuterung des
technischen Gebiets.
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Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht der bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Küvette unter
Darstellung mehrerer spezieller Messungen. Eine
dreidimensionale perspektivische Ansicht dieser Küvette kann
erzeugt werden durch Drehen der Zeichnung um ihre
Vertikalachse V.
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Fig. 6 zeigt schematisch eine Untersuchung unter Darstellung
einer Konfiguration, bei welcher eine Einrichtung zum
Fokussieren von Licht eine konvergente
Brechungslichtquelle umfasst. Diese Darstellung erfolgt nur zur
Erläuterung des technischen Gebiets.
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Fig. 7 zeigt schematisch ein Untersuchungssystem unter
Darstellung einer Konfiguration, bei welcher eine
Einrichtung zum Fokussieren von Licht eine konvergente
Brechungslichtquelle umfasst. Diese Darstellung
erfolgt nur zur Erläuterung des technischen Gebiets.
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Fig. 8 zeigt schematisch ein Untersuchungssystem unter
Darstellung einer Konfiguration, bei welcher eine
Einrichtung zum Fokussieren von Licht eine divergente
Brechungslichtquelle umfasst. Diese Darstellung
erfolgt nur zur Erläuterung des technischen Gebiets.
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Fig. 9 zeigt schematisch ein Untersuchungssystem unter
Darstellung einer Konfiguration, bei welcher eine
Einrichtung zum Fokussieren von Licht eine kollimierte
Reflexionslichtquelle umfasst. Diese Darstellung
erfolgt nur zur Erläuterung des technischen Gebiets.
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Fig. 10 zeigt schematisch ein Untersuchungssystem unter
Darstellung einer Konfiguration, bei welcher eine
Einrichtung zum Fokussieren von Licht eine konvergente
Reflexionslichtquelle umfasst. Diese Darstellung
erfolgt nur zur Erläuterung des technischen Gebiets.
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Fig. 11 zeigt schematisch ein Untersuchungssystem unter
Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher eine
Einrichtung zum Fokussieren von Licht eine divergente
Brechungslichtquelle umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bei dem Untersuchungssystem umfasst die Einrichtung zum
Fokussieren von Licht eine Lichtquelle, die kollimiertes Licht
überträgt. Bei einer speziellen Konfiguration umfasst die Lichtquelle
einen Illuminator und ein Material mit mehreren
parallelen Löchern, bevorzugt eine Struktur mit kollimierten Löchern,
wie nachfolgend im einzelnen erläutert. Insbesondere und unter
Bezug auf Fig. 1 und 2 stellt ein Illuminator 10, wie etwa ein
Fluoreszenz-Illuminator, Modell 13, von STOCKER & YALE, Licht
für eine Einrichtung zum Kollimieren von Licht bereit,
vorliegend eine Struktur 12 mit kollimierten Löchern. Wie in Fig. 1
gezeigt, trägt ein Abstandhalterelement 14, das nachfolgend im
einzelnen erläutert ist, einen Untersuchungsbehälter oder eine
"Küvette" 16 über der Struktur 12 mit kollimierten Löchern. Die
Küvette 16 enthält eine Salzlösung 18 zum Aufrechterhalten der
Hydrierung eines optischen Bauteils, vorliegend einer
Kontaktlinse 20. Zusätzlich dazu, dass sie die Lösung 18 und die
Kontaktlinse 20 enthält, ist die Küvette dazu ausgelegt worden,
Licht zusätzlich zu fokussieren, welches durch die Struktur 12
mit kollimierten Löchern durch die Kontaktlinse 20 kollimiert
wurde. Dieses Licht seinerseits erreicht eine
Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines Bilds des optischen Bauteils.
Die Bilderfassungseinrichtung weist eine Eintrittspupille 21
(Fig. 2) und einen Detektor 27 (Fig. 2) auf. Bevorzugt handelt
es sich bei dem Detektor der Bilderfassungseinrichtung um ein
CCD-Array 27 (Fig. 2). Bei einer Konfiguration umfasst die
Bilderfassungseinrichtung eine Kamera, bevorzugt eine Videokamera
22, bei der es sich optional um eine Videokamera XC77RR mit
einem ladungsgekoppelten Element (CCD) von SONY handeln kann, die
mit einer Kameralinse bzw. einem Kameraobjekt 24 (Fig. 1)
verbunden ist, bei der es sich bevorzugt um eine 60-mm-Objektlinse
von NIKON handelt, nämlich um ein MICRO-NIKKOR-Objektiv mit
einer Eintrittspupille 21 (Fig. 2). Bei dieser speziellen
Ausführungsform werden die optischen Merkmale in einem "Hellfeld" im
Gegensatz zu einem "Dunkelfeld" einprojiziert. Das Bild kann
daraufhin zu einem elektronischen Abbildungssystem 26 (Fig. 1)
übertragen werden.
Die Eintrittspupille
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Bei der Eintrittspupille einer Linse (beispielsweise der Linse
der erfindungsgemäßen Bilderfassungseinrichtung) handelt es
sich um das Bild einer Spaltblende, so wie es von der
Objektseite der Linse aus erscheint (wenn vorliegend von "Linse" die
Rede ist, ist damit auch "Objekt" umfasst). Bei dem 60-mm-
NIKON-Objektiv MICRO-NIKKOR ist die Spaltblende die
einstellbare Iris, welche die Brennweite steuert. Die Eintrittspupille
dieses 60-mm-NIKON-Objektivs MICRO-NIKKOR ist dabei das Bild
der Iris dieser Linse. Lichtstrahlen, die nicht in die
Eintrittspupille gelangen, erreichen die Bildebene der
Bilderfassungseinrichtung nicht. Um ein möglichst helles und
gleichmäßiges Bild zu erhalten, ist es deshalb bevorzugt, die
Eintrittspupille nicht zu überfüllen oder zu unterfüllen. Wie in Fig. 2
gezeigt, erreicht das kollimierte Licht 28, das vorliegend in
Gestalt von fokussiertem Licht in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung vorliegt, bevorzugt seinen Fokus im
wesentlichen in der Eintrittspupille 21 der Bilderfassungseinrichtung
22. Dies kann als Fokussieren des Lichts "durch" die
Eintrittspupille beschrieben werden.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Abbildungssystemen, bei welchen
die Beleuchtung nicht durch einen fokussierten Strahl
bereitgestellt ist, vermag die Spaltblende des Bilderfassungssystems
auch als Feldbegrenzung zu wirken, welches das Sichtfeld stark
begrenzt, wenn die Lichtquelle durch die Eintrittspupille nicht
geeignet fokussiert ist. Eine geeignete Fokussierung wird
erzielt durch die kombinierten Wirkungen der durch die
Lichtquelle verwendeten Optik und der optischen Eigenschaften der
Küvette, welche eine Lösung enthält.
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Wenn fokussiertes Licht verwendet wird, ist bevorzugt, jedoch
nicht zwingend erforderlich, dass zwischen Punkten auf dem Bild
und Strahlen von dem Objekt eine eindeutige Funktion derart
vorliegt, dass im wesentlichen eine 1 : 1-Entsprechung zwischen
Punkten auf dem Bild und Strahlen von dem Objekt vorliegt.
Diese Beziehung erhöht den Kontrast des Bilds.
Einrichtung zum Kollimieren von Licht
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Bei einer speziellen Konfiguration umfasst eine Einrichtung zum
Kollimieren von Licht eine Scheibe bzw. Platte aus opakem bzw.
undurchsichtigem Material mit tausenden von kleinen parallelen
Löchern, welche ihre flachen Oberflächen durchsetzen. Ein
bevorzugtes Material ist ein dunkles Glas, das Licht absorbiert.
Schwarzes Glas ist stark bevorzugt. Mit dunklem Glas besitzen
die Innenwände der Löcher eine dunkle Farbe, wodurch Licht
absorbiert wird, und interne Reflexionen verringert werden, die
ein Divergieren von Austrittsstrahlen hervorrufen. Bei einer
Konfiguration sind die Innenwände der Löcher schwarz und die
Löcher haben bevorzugt einen Durchmesser zwischen 10 und 30 um
(unter der Annahme einer optimalen Kreisanpassung, bei welcher
das Loch eine nicht-kreisförmige Form aufweisen kann) in einer
Scheibe einer Dicke 1 bis 2 mm. Das Seitenverhältnis der Löcher
(Verhältnis der Länge eines Lochs zu seinem Durchmesser)
beträgt bevorzugt 30 : 1 oder dieses Verhältnis ist größer.
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Eine Einrichtung zum Kollimieren von Licht kann bei einer
bevorzugten Konfiguration eine Struktur 12 mit kollimierten
Löchern bzw. Kollimationslöchern umfassen, wie in Fig. 3 gezeigt,
und zwar aus schwarzem undurchsichtigen Glas mit einem
Durchmesser von ungefähr 20 mm und einer Dicke von 2 mm. Bei einer
weiteren Konfiguration wird geschätzt, dass 600.000 parallele
Löcher mit Durchmessern von ungefähr 20 um senkrecht zu den
Stirnseiten der Scheibe fluchten und diese durchsetzen. Das
undurchsichtige Glas weist eine optische Dichte von zumindest 65
Db/mm auf. Die offene Querschnittsfläche der Löcher wird mit
60% der Oberfläche einer Seite geschätzt. Eine derartige
Struktur wird mitunter als "Struktur mit kollimierten Löchern bzw.
kollimierte Lochstruktur" bezeichnet. Eine kollimierte
Lochstruktur wird hergestellt durch Collimated Holes, Inc. of
Campbell California - Teil Nr. 781-0009. Wie in Fig. 3 und 4
gezeig t weisen die Löcher 8 einer bevorzugten kollimierten
Lochstruktur 12 Innenwände 9 (Fig. 4) auf, die schwarz gefärbt und
aus lichtundurchlässigem, lichtabsorbierenden Material
hergestellt sind, wie beispielsweise aus schwarzem opakem Glas.
Kamera
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Eine Videokamera 22 enthält ein CCD-Array 27 aus einzelnen
Sensoren einer Größe von 2/3 Inch, wobei jeder der Sensoren
Lichtenergie in elektrische Energie umzusetzen vermag. Das CCD-Array
weist 493 horizontale Zeilen einzelner Sensoren auf. Jede Zeile
weist 768 einzelnen Sensoren auf. Dadurch enthält das gesamte
Array 378.264 einzelne Sensoren, was in etwa 63% der Anzahl von
Löchern entspricht, die verwendet werden, um das Licht bei
dieser Ausführungsform zu kollimieren. Die Kamera erzeugt 30
Vollbilder oder Bilder pro Sekunde. Bei dieser Konfiguration weist
deshalb die Einrichtung zum Kollimieren von Licht eine größere
Anzahl von Löchern auf als die Bilderfassungseinrichtung
einzelne Sensoren in ihrem Array aufweist. Die Kamera kann mit
einem Videomonitor verbunden werden, um das Bild des optischen
Bauteils anzuzeigen, oder sie kann mit einem elektronischen
Abbildungssystem 26 (Fig. 1) verbunden werden, welches
automatisch elektrische Bildsignale zu analysieren vermag, die von
der Kamera 22 empfangen werden.
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Wenn eine Videokamera verwendet wird, um eine Kontaktlinse ohne
die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum
Fokussieren von Licht abzubilden, ist es sehr schwierig oder
unmöglich, Merkmale, wie etwa Kerben, Grate, Kratzer, Risse oder
Späne zu ermitteln und zu messen. Durch Verwendung einer
Einrichtung zum Fokussieren von Licht, beispielsweise die
Lichtkollimationsstruktur 12, entsprechen Abschnitte hohen Kontrasts
des Bilds des optischen Bauteils den Merkmalen in dem optischen
Bauteil. Zwischen Bereichen hohen Kontrasts in einem Bild und
den Merkmalen in der Kontaktlinse dürfte eine Übereinstimmung
von 1 : 1 vorliegen.
Elektronisches Abbildungssystem
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Eine weitere Konfiguration umfasst außerdem eine
Bilderfassungseinrichtung, die ein elektronisches Abbildungssystem 26
(Fig. 1) zum Analysieren von Bildsignalen enthält, die von der
Kamera 22 empfangen werden, wobei das elektronische
Abbildungssystem eine Einrichtng zum Ermitteln der Bildsignale einer
"Bildeigenschaft" entsprechend einem gegebenen Merkmal umfasst,
das in dem optischen Bauteil auftritt. Wenn beispielsweise ein
elektronisches 8-Bit-Abbildungssystem verwendet wird (wie
beispielsweise ein System, das ein EPIX-Modell-10-Imaging-Board
enthält), kann eine "Bildeigenschaft" im vorliegenden Sinne
einen Wert in einem Bereich von 0 bis 255 bilden, der jeder
Graustufe in einem Bild zugeordnet ist. Ohne eine Einrichtung zum
Fokussieren von Licht (beispielsweise einer Struktur 12 mit
kollimierten Löchern) lagen Unterschiede in den Graustufen,
hervorgerufen durch Merkmale, üblicherweise in einem Bereich
von etwa 10 Graustufen. Da Abweichungen der Beleuchtung bzw.
der Lichtausbeute über das Bild ungefähr von derselben
Größenordnung sein können, war eine genaue Merkmalsermittlung und
-messung nicht möglich. Unter Verwendung einer
erfindungsgemäßen Einrichtung zum Fokussieren von Licht werden Bilder hohen
Kontrasts von Merkmalen mit Unterschieden größer als 20
Graustufen problemlos erhalten. Dies erlaubt eine genaue Ermittlung
und Messung von Merkmalen.
Illuminator
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Ein Fluoreszenz-Illuminator, Modell 13, von STOCKER & YALE,
wurde als bevorzugter Illuminator gewählt, weil er einen 20
kHz-Ballast enthält, der der Kamera 22 mit einer
30-Vollbildpro-Sekunde-Vollbildrate bzw. -geschwindigkeit als
flickerfreier Illuminator erscheint und dadurch das Auftreten von
Video"brumm"streifen in Bildern verhindert. Das Licht besitzt
außerdem einen niedrigen Wärmegehalt, wodurch eine Beschädigung
der untersuchten Kontaktlinsen verhindert wird. Bei dem
verwendeten Licht handelt es sich nicht notwendigerweise um Licht
innerhalb des sichtbaren Lichtspektrums. Andere Formen von Licht
können beispielsweise Infrarotlicht enthalten.
Küvette
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Behälter oder eine
"Küvette" 16 zum Halten eines optischen Bauteils in Position
während der Untersuchung bereit. Wie in Fig. 5 gezeigt, umfasst
die erfindungsgemäße Küvette 16 einen Bodenabschnitt 30 mit
einer konkaven Innenseite 31 zur Verwendung der Schwerkraft zum
Halten eines optischen Bauteils im Zentrum der Küvette. Die
konkave Krümmung der Innenseite 31 besitzt einen
Krümmungsradius, um die Schwerkraft auf das optische Bauteil maximal zu
gestalten, das darin angeordnet ist, zum Zweck, das optische
Bauteil zu lokalisieren. (Das optische Bauteil ist in Fig. 5
gezeigt.) Der Krümmungsradius der Innenseite 31 ist bevorzugt
gleich oder größer als der Krümmungsradius der speziellen
Oberfläche des optischen Bauteils, das so nahe wie möglich an der
konkaven Innenseite 31 der Küvette zu liegen kommen soll. Der
Krümmungsradius der konkaven Innenseite 31 der Küvette ist
grundsätzlich so groß wie möglich zu wählen, um die
Zentrierfähigkeit der Küvette maximal zu gestalten, während er
andererseits ausreichend klein sein soll, um den Mittenkontakt bzw.
zentralen Kontakt mit dem untersuchten optischen Bauteil
aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Distanz minimal gehalten,
über welcher ein optisches Bauteil 20 (Fig. 1), wie etwa ein
Hydrogel, sich in 1/30 Sekunden zu bewegen vermag, wobei es
sich hier um die Zeit handelt, die typischerweise erforderlich
ist, um ein Bild eines optischen Bauteils einzufrieren. Um eine
zuverlässige Merkmalsermittlung zu erzielen, ist es hochgradig
erwünscht, die Distanz zu beschränken, über welche ein Hydrogel
sich während einer Vollbildzeit (d. h. 1/30 Sekunden) zu bewegen
vermag, und zwar auf eine Distanz, die kleiner ist als das
kleinste Größenmerkmal, das ermittelt werden muss.
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Wenn die erfindungsgemäße Küvette in Verbindung mit dem
Untersuchungssystem verwendet wird, wird der Bodenabschnitt 30 der
Küvette aus einem transparenten Material hergestellt, wie etwa
aus einem optisch klaren Polycarbonat oder einem Polystyrol-
Kunststoff, und unter diesen Bedingungen hat der
Krümmungsradius der Innenseite des Bodens einen zweiten Zweck. Diese
Krümmung 31 in Verbindung mit der Oberflächengeometrie der
Außenseite 32 des Bodenabschnitts der Küvette stellt optische
Brechkraft bereit. Insbesondere wird die Oberflächengeometrie der
Außenseite 32 des Bodenabschnitts, die konvex ist, so gewählt,
dass das Licht, welches fokussiert wurde, im wesentlichen die
Eintrittspupille der Bilderfassungseinrichtung ausfüllt und
dadurch ihren Fokus im wesentlichen in der Eintrittspupille
erreicht. Es wird bemerkt, dass die optische Brechkraft durch die
erfindungsgemäße Küvette bereitgestellt wird; d. h., die
Leistungsfähigkeit, Licht zu fokussieren, so dass es im
wesentlichen die Eintrittspupille der Bilderfassungseinrichtung
ausfüllt, kann bei jeglicher Auführungsform des erfindungsgemäßen
Systems ungeachtet dessen erfüllt werden, ob die Lichtquelle
kollimiertes Licht, konvergentes Licht oder divergentes Licht
überträgt.
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Das transparente Material, welches verwendet wird, um den
Bodenabschnitt 30 der Küvette zu bilden, kann auch aus Glas oder
Acrylmaterial, wie etwa Polymethylmethacrylat, hergestellt
werden.
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Unter bestimmten Umständen, wie etwa bei der Untersuchung von
hydrierten Kontaktlinsen, ist es erwünscht, die Linse in eine
Flüssigkeitslösung eingetaucht zu halten, insbesondere in eine
Salzlösung. Unter diesen Umständen kann die erfindungsgemäße
Küvette so aufgebaut sein, dass sie eine Flüssigkeitslösung
enthält. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann dies bewirkt werden durch
Bereitstellen einer "wasserdichten" Küvette, bei welcher die
Seitenwände 33 des Bodenabschnitts 30 der Küvette sich in
Aufwärtsrichtung über eine ausreichende Höhe derart erstrecken,
dass Flüssigkeit in der Küvette rückgehalten wird, ohne
auszulecken oder zu verspritzen.
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Beim Erstellen des Untersuchungssystems kann es erwünscht sein,
die Küvette 16 von der Struktur 12 mit kollimierten Löchern zu
trennen. Durch Trennen der Küvette 16 von der Struktur 12 ist
es möglich, die Linse bzw. das Objekt der Kamera 24 auf ein
optisches Bauteil 20 zu fokussieren, ohne die Struktur 12 in das
Tiefenfeld des Kameraobjektivs zu bringen. Um eine erwünschte
Distanz zwischen der Küvette 16 und der Struktur 12 zu
erhalten, kann ein hohles zylindrisches Abstandhalterelement 14, das
in Fig. 1 gezeigt ist, zwischen diesen beiden Bauteilen
angeordnet werden. Das Abstandhalterelement 14 weist eine Höhe von
ungefähr 2" (5,13 cm), einen Innendurchmesser von ungefähr
1,25" (3,2 cm) und einen Außendurchmesser von ungefähr 2" (5,13
cm) auf, und das Abstandhalterelement ist aus dunklem grauen
Kunststoff hergestellt, um interne Reflexion minimal zu halten.
Die vorstehend genannten Abmessungen in Fig. 5 sind die am
stärksten bevorzugten Abmessungen. Es wird davon ausgegangen,
dass zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden, wenn sie um
±
50% variiert werden, bevorzugt jedoch nicht mehr als ± 25%.
Im Hinblick auf den Radius R* in Fig. 5, den Krümmungsradius
der Außenseite 32 des Bodenabschnitts, beträgt diese Abmessung
bevorzugt 26,0 mm, wenn der Bodenabschnitt 30
Polymethylmethacrylat ist, und bevorzugt 22,3 mm, wenn der Bodenabschnitt
Polycarbonat ist. R**, der Krümmungsradius der Innenseite 31 des
Bodenabschnitts, beträgt bevorzugt 12,5 mm.
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Im Hinblick auf das Ausrichten dieser Konfiguration des
Systems, wird die Bilderfassungseinrichtung optisch ausgerichtet
bzw. zum Fluchten gebracht mit der Struktur 12 mit kollimierten
Löchern, der leeren Küverte 16 und dem zu untersuchenden
optischen Bauteil 20, derart, dass die optischen Achsen jeweils
koaxial verlaufen. (Siehe optische Achse 29 in Fig. 2.)
VERWENDUNG EINER KOLLIMIERTEN BRECHUNGSLICHTQUELLE
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Bei einer weiteren Konfiguration umfasst eine Einrichtung zum
Fokussieren von Licht eine kollimierte Brechungslichtquelle mit
einem Illuminator (eine beliebige Lichtquelle) und einer
Sammellinse. Dieser Aufbau, der in Fig. 6 gezeigt ist, umfasst
einen Illuminator 40, wie etwa einen Illuminator Modell 13 von
STOCKER & YALE, der Licht zu einer bzw. für ein Stiftloch bzw.
ein Pin-Loch 41 bereitstellt. Eine Sammellinse 42 wird
daraufhin verwendet, um das Licht zu sammeln. Das Stiftloch 41 wird
als Objekt für die Sammellinse 42 angesehen, welches das Bild
des Stiftlochs im Unendlichen fokussiert.
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Bei einer speziellen Konfiguration besitzt das Stift-Loch einen
Durchmesser von 500 um und die Sammellinse 42 war eine
achromatische Doppellinse (P/N 23-9756 von Baling Electro-Optics of
Holliston, Massachusetts) mit einer Brennweite von 200 mm. Dem
Fachmann erschließt sich jedoch ohne weiteres, dass der
Durchmesser und die Brennweite abhängig vom Leuchtvermögen des Illuminators,
der Empfindlichkeit der Bilderfassungseinrichtung und
dem Kollimations- bzw. Sammelgrad variiert werden können, der
erforderlich ist, um ein Bild zufriedenstellenden hohen
Kontrasts auf der Bilderfassungseinrichtung zu erhalten. Das
spezielle Stiftloch, das bei dieser Ausführungsform verwendet
wurde, war ein solches vom Modell Nr. 39729 von Edmund Scientific
Corp. of Barrington, New Jersey.
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Bevorzugt wird eine Küvette der vorstehend erläuterten Art in
Verbindung mit dieser Konfiguration verwendet, und das
gesammelte Licht wird durch die Küvette fokussiert, bevor es das zu
testende optische Bauteil durchsetzt. Wie in Fig. 6 gezeigt,
muss die Krümmung der Küvettenradien derart gewählt werden,
dass die Brennweite der Küvette 46 geeignet ist, das Licht im
wesentlichen auf die bzw. in die Eintrittspupille 51 der
Bilderfassungseinrichtung 52 zu fokussieren, wenn die Distanz
zwischen der Bilderfassungseinrichtung und dem optischen Bauteil
eingestellt wird, um die erwünschte Vergrößerung des optischen
Bauteils bereitzustellen. Bevorzugt werden der Illuminator 40,
das Stiftloch 41, die Sammellinse 42, die Küvette 46, die
Lösung 48, die Eintrittspupille 51, die Kamera 52 und das CCD 53
optisch entlang der optischen Achse 49 ausgerichtet.
VERWENDUNG EINER KONVERGENTEN BRECHUNGSLICHTQUELLE
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Fig. 7 zeigt eine alternative Konfiguration, die das Sammeln
von Licht nicht vorsieht. Bei dieser Ausführungsform wird eine
Konvergenzlinse 62 verwendet. Licht von bzw. aus dem
Illuminator 60 wird verwendet, um durch die Konvergenzlinse 62 zur
Konvergenz gebracht zu werden, indem die Distanz zwischen der
Konvergenzlinse und dem Stiftloch 61 derart eingestellt wird, dass
diese Distanz nicht größer ist als die Brennweite der
Konvergenzlinse. Licht wird daraufhin zusätzlich fokussiert durch die
Oberflächen der Küvette 66 und der Lösung 68, bis es im wesentlichen
auf die bzw. in die Eintrittspupille 65 der
Bilderfassungseinrichtung (Kamera 64) fokussiert wird. Die Eigenschaften
hohen Kontrasts des Bilds sind äquivalent zu dem kollimiertes
Licht enthaltenden System. Bevorzugt werden der Illuminator 60,
das Stiftloch 61, die Konvergenzlinse 62, die Küvette 66, die
Lösung 68, die Eintrittspupille 65, die Kamera 64 und das CCD
63 optisch entlang der optischen Achse 69 ausgerichtet.
VERWENDUNG EINER DIVERGENTEN BRECHUNGSLICHTQUELLE
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Bei einer weiteren Konfiguration wird das Licht mittels
Brechungslicht fokussiert, das von einer divergenten Lichtquelle
emittiert wird, die einen Illuminator (eine beliebige
Lichtquelle) und eine Divergenzlinse umfasst. Insbesondere und wie
in Fig. 8 gezeigt, wird Licht von bzw. aus dem Illuminator 70
durch die Divergenzlinse 72 durch ein abtrennendes Stiftloch 71
und die Divergenzlinse 72 zur Divergenz gebracht, und zwar um
weniger als eine Brennweite der Divergenzlinse. Licht wird
daraufhin zusätzlich fokussiert durch die Oberflächen der Küvette
76 und die Lösung 78, bis es im wesentlichen auf der bzw. in
der Eintrittspupille 75 der Bilderfassungseinrichtung (Kamera
74) fokussiert ist. Ein Bild hohen Kontrasts wird dadurch
erhalten, ähnlich wie das vorstehend erläuterte Bild hohen
Kontrasts. Bevorzugt sind der Illuminator 70, das das Stiftloch
71, die Divergenzlinse 62, die Küvette 76, die Lösung 78, die
Eintrittspupille 75 und die Kamera 74 und das CCD 73 optisch
entlang der optischen Achse 79 ausgerichtet.
VERWENDUNG EINER KOLLIMIERTEN REFLEXIONSLICHTQUELLE
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Da es bekannt ist, dass Licht von bzw. aus dem Illuminator im
wesentlichen auf bzw. in die Eintrittspupille der
Bilderfassungseinrichtung fokussiert werden muss, und dass das Bild des
zu testenden optischen Bauteils in der Bilderfassungseinrichtung
fokussiert werden muss, so kann dies erzielt werden durch
eine Lichtquelle unter Verwendung von Reflexionsoptik sowie
Brechungsoptik oder durch eine Struktur mit einem kollimierten
Loch, wie vorstehend erläutert. Diese Konfiguration mit einer
kollimierten Reflexionslichtquelle ist in Fig. 9 gezeigt.
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Fig. 9 zeigt demnach ein System identisch mit Fig. 6 mit der
Ausnahme, dass ein außerachsiger Parabolspiegel 87 als
Kollimator verwendet wird. Der Spiegel wird mit der optischen Achse 89
ausgerichtet und ein Stiftloch 81 ist vorgesehen, das im
Brennpunkt des Spiegels außerachsig angeordnet ist. Das Stiftloch
empfängt Licht vom Illuminator 80. Bevorzugt sind der
Parabolspiegel 87, die Küvette 86, die Lösung 88, die Eintrittspupille
85, die Kamera 84 und das CCD-Array 83 optisch entlang der
optischen Achse 89 ausgerichtet.
VERWENDUNG EINER KONVERGENTEN REFLEXIONSLICHTQUELLE
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Fig. 10 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 9, jedoch mit der
Ausnahme, dass das Stiftloch 91 nicht weiter als eine
Brennweitendistanz vom außerachsigen Parabolspiegel 97 zu liegen kommt.
Die Lichtquelle wird daraufhin zur Konvergenz gebracht, wie in
Fig. 7 gezeigt. Das Stiftloch 91 empfängt Licht von bzw. aus
dem Illuminator 90. Bevorzugt sind der Parabolspiegel 97, die
Küvette 96, die Lösung 98, die Eintrittspupille 95, die Kamera
94 und das CCD-Array 93 optisch entlang der optischen Achse 99
ausgerichtet.
VERWENDUNG EINER DIVERGENTEN REFLEXIONSLICHTQUELLE
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Fig. 11 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 9, jedoch mit der
Ausnahme, dass das Stiftloch 101 weniger als eine Brennweite
von dem außerachsigen Parabolspiegel 107 zu liegen kommt. Die
Lichtquelle wird daraufhin zur Divergenz gebracht, wie in Fig.
8 gezeigt. Das Stiftloch 101 empfängt Licht von bzw. aus dem
Illuminator 100. Bevorzugt sind der Parabolspiegel 107, die
Küvette 106, die Lösung 108, die Eintrittspupille 105, die Kamera
104 und das CCD-Array 103 optisch entlang der optischen Achse
109 ausgerichtet.