JP2001516292A

JP2001516292A - 眼用レンズを製造するためのポリマー処理システム

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Publication number: JP2001516292A
Application number: JP51980398A
Authority: JP
Inventors: ココナスキー，ウィリアム; バッカ，スティーブン，エム; ヤング，ドナルド
Original assignee: ジョンソン・アンド・ジョンソン・ビジョン・プロダクツ・インコーポレイテッド
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2001-09-25
Also published as: TW407106B; KR20000057678A; CA2275239A1; AU5713598A; WO1998028126A3; IL130197A0; WO1998028126A2; EP0949994A2; BR9714515A

Abstract

(57)【要約】液体樹脂を重合化するために熱および光の組合せを使用する眼用レンズを製造するためのレンズ製造システムがパーソナルコンピュータ基本式構成を有している。電子バラスト装置がこのシステムにおける光供給源からの光を調整する。このシステムに必要とされるすべての冷却が当該システムの電力供給装置の冷却ファンにより行われる。バーコード読取ペンが材料と樹脂との間の相容性を調べて適正な硬化処理を確実に行なうようにすると共に、モデムがシステムの遠隔アクセスを可能にして当該システムの自動的な再注文および在庫管理を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】眼用レンズを製造するためのポリマー処理システム発明の背景光学的予備成形物、ウエハまたは単一焦点レンズ上に樹脂の薄層を硬化することにより眼用レンズを形成する方法およびシステムは、例えば米国特許第５，２１９，４９７号に記載されるように、よく知られている。さらに、米国特許第５，１７８，８００号には付加的視力の場所を選択する方法およびその硬化レンズ材料が開示されている。加えて、米国特許第５，４７０，８９２号および同第５，１４７，５８５号に開示されるような、単一視力レンズ上にモノマー樹脂層を重合するための熱と光の組合せ使用が知られている。なお、これらの特許は本明細書に参考文献として含まれる。制御された熱的プロファイルに加えて、上記のレンズ製造システムは硬化ランプから供給される光の持続時間を制御して眼用レンズを製造する。典型的には、この光は放射線曝露を制御するために機械的シャッターによって調整される。しかしながら、このような機械的シャッターは光の調整に関して必ずしも必要な制御をし得ない。さらに、これらのシャッターを構成する機械的部品は破損しやすいためにレンズ製造システムの信頼性を損なう恐れがある。加えて、一部のレンズ製造システムは液晶空間光モジュレータ（ＬＣＳＬＭｓ）を使用しており、当該モジュレータは透明状態における固有に制限された光透過率のためにシステム動作中において過熱しやすい。さらに、既知のレンズ製造システムは熱エネルギーの処理において比較的低効率である。この結果、レンズキャスティングシステムが一般に多数個のファンおよび／または循環ポンプによる過剰冷却を必要とする。既知のレンズ製造システムを使用する視力測定医およびレンズ製造者が直面する別の問題は単一焦点レンズや他の工学的予備成形物のほとんどの在庫を維持することである。さらに、多数種のレンズ材料、樹脂および伴われるシステムの硬化サイクルの選択における潜在的間違いの恐れが常に存在する。従って、改善された眼用レンズ製造システムが必要とされている。発明の開示それゆえ、本発明は従来技術における上記のような不都合点を最小にするように構成された改善した眼用レンズ製造システムを提供する。このシステムは、単一焦点レンズ上の樹脂層を硬化するために熱および紫外光および／または可視光の組み合わせを用いる迅速で高効率な眼用レンズの製造を行なう特異的な構成要素の組み合わせを含む。特に、本発明は光学的な樹脂組成により一般に１５分乃至４０分の間の極めて短い硬化時間による高品質な眼用レンズを製造するオフィス内（in-office）処理が可能なレンズ製造システムを提供する。このシステムは特に二焦点および多焦点眼用レンズの製造に好適であるが、単一焦点レンズ上の均一な樹脂層を硬化するためにも使用できる。本発明のシステムはマイクロプロセッサにより制御され、パーソナルコンピュータを基本構成とするレンズ製造システムの開発を可能にする。パーソナルコンピュータ基本式（personal computer-based）システムの使用によって、本発明の２種類の特徴の実施が容易になる。光学的スキャナまたはバーコード走査手段（scanning wand）またはペンが備えられていて、樹脂チューブ材および単一視力レンズエンベロープに関する情報を自動的に読み取って本発明のシステムにおいて処理される全ての処方(prescriptions)を当該システムが完遂することを可能にしている。また、この情報における走査処理は上記のマイクロプロセッサによる材料と樹脂との間の適合性の確認および適当な硬化サイクルの実行の確認を可能にする。加えて、本発明のシステムは当該システム内に記憶した情報の遠隔アクセスを可能にするモデムを備えている。このように本発明のシステムにモデムを搭載することによって、レンズ製造材料の自動的な再注文およびこれに続く仕入れが大幅に容易になる。このシステムは極めて再現性のよい硬化作用をもたらす高度に一定の熱および紫外および／または可視光線を供給する。これらの作用は硬化室からランプを分離してこれらのランプを冷却する空気の流れを供給することによってシステムの光源効率を最大にすることにより改善される。具体的に言えば、システム用の電力供給の冷却ファンが当該システムの冷却に必要なほとんど全ての冷却作用を行なうように用いられる。このことは付加的な冷却ファンや循環ポンプを備える必要がなく、より静かなシステムを供給できるという利点がある。また、このシステムは硬化ランプを制御するために使用される一組の電子バラスト（ballasts）に供給される電力を制御することによって硬化ランプからの光を一時的に調整するための機構を提供する。このような光源を調整するための電子バラストの使用により、機械的シャッターやＬＣＳＬＭのような従来技術において使用される調整手段に伴う問題を解消する。また、このシステムは極めて低い電力しか必要としない特異的かつ高効率な熱エネルギー制御方法を提供する。この熱制御システムの部分として、区分プレナム（divider plenum）が装置における硬化室内に備えられており、加熱要素から入る熱空気と硬化室から流出する帰還空気を分離する。この区分プレナムは硬化室内に配置されて同硬化室内の温度バランスを調節することができる。図面の簡単な説明本発明の上記およびその他の特徴および利点が図面に基づく以下の詳細な説明によりさらに明らかとなる。図１は本発明に従うレンズ製造システムの概略的斜視図である。図２は図１のレンズ製造システムにおける電子的システムを示す電子ブロック図である。図３は図１のレンズ製造システムにおける熱的および光学的システムを示す概略的前面図である。図４は図１のレンズ製造システムにおける硬化室の側断面図である。図５は図１のレンズ製造システムにおける硬化室の前断面図である。図６は図１のレンズ製造システムにおける後断面図である。図７は図１のレンズ製造システムにおける選択された熱的特性のプロット図であって、オーブン温度、成形型温度、ランプ温度と代表的硬化サイクルに対応するランプ使用サイクルが示されている図である。図８は図１のレンズ製造システムの自動在庫管理および処理パラメータの特徴を示す概略図である。発明の詳細な説明レンズ製造システムの現在において好ましい実施形態を図１に示す。このシステム１０はコンピュータ基本式構成(computer-based architecture)を有していて、単一焦点レンズ上の樹脂層を硬化するために熱および光化学作用放射線、特に紫外光および／または可視光線の組合せを使用して眼用レンズ、特に二焦点レンズおよび多焦点レンズを製造するための硬化室を備えている。この硬化室は断熱オーブン１２および当該オーブン１２の上方および下方に配置される紫外光および／または可視光供給源１４を備えている。これらの光源１４は成形型トレイ１６を配置したオーブンの内部に紫外光および／または可視光を供給する。以下にさらに詳しく説明するが、電子バラスト１８がこれらの光源により硬化室に供給される光を制御する。単一視力レンズ上で硬化される樹脂を収容する成形型が成形型トレイ１６上に置かれている。ディスペンサ組立体２０が成形型トレイの成形型内に樹脂を自動的に配給する。現在において好ましいと思われる実施形態の一例においては、このディスペンサ組立体２０はステッパモータ２２（図２参照）および当該システム内の廃棄可能な注射器から樹脂を放出するプランジャーを備えている。ステッパモータ２２は０．０１ミリリットル程度まで精密に樹脂を配給できるのが好ましい。さらに、システムの配給能力を高めるために付加的なディスペンサ組立体２４を加えることができる。これらの構成要素はシステム１０の外殻部１１の中に収容されており、この外殻部は冷間圧延スチールにより構成されているのが好ましいが、アルミニウムやプラスチックのような他の適当な材料によって形成されていてもよい。バックライト式液晶ディスプレイ２６がシステムの状態を表示して、ユーザにシステム情報を与える。ランプ（照射時間）、硬化状態およびオーブン条件のような他のシステム情報はシステムの状態表示パネル３０の前面に沿って配置される発光ダイオード（ＬＥＤ’ｓ）２８上に表示される。さらに、システム前面のキーパッド２９によってオペレータは種々の選択操作およびデータ入力ができる。光センサーまたはバーコード走査板３１によって、レンズの加工処理パラメータに関連する樹脂およびレンズ材料データのような関連情報のシステム内への入力を容易にしている。加えて、システムにおけるモデム３３（図２参照）が、単一視力レンズ、ウエハおよび樹脂のような眼用レンズ製造プロセスにおいて使用する材料の再注文(reordering)およびこれに続く仕入れ(stocking)を自動的に行なうことを容易にしている。また、このシステム１０はシステムソフトウエアをインストールおよびグレードアップするためのフロッピーディスクドライブ３２を備えている。図２は電子制御システムの好ましい実施形態を示している図である。本発明の電子制御システムにおける心臓部は、好ましくはIntel３８６，４８６またはInt el５８６マイクロプロセッサを備えるマザーボード34である。このマザーボード３４の使用により、本発明のレンズ製造システムはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）基本式構成を有することができ、現在入手可能な他の非コンピュータ基本式レンズ製造システムに優る幾つかの別々の利点を有している。例えば、ＰＣ基本式構成はＣまたはＣ＋＋のような高度な言語レベルにおけるシステム用ソフトウエアの開発および維持能力を提供する。さらに、ＰＣ基本式構成の別の利点はパーソナルコンピュータ用に構成された付加的および補足的なハードウエアが利用できることである。パーソナルコンピュータ、の場合に利用できるモジュール「プラグアンドプレイ（plug and play）」技法を利用することによって、開発時間における投資およびマザーボード３４と協働するバーコード走査手段３１やモデム３３のような付帯設備費用を最小にしながら新しい重要な特徴をレンズ製造システムに加えることができる。インターフェイスボード３６は標準的ＡＴバスを介してマザーボード３４とシステムの残りの要素との間の連携を行なう。このインターフェイスボード３６の主たる目的はＡＴバスとシステムの構成要素との間に必要なロジックリンクを提供することである。すなわち、インターフェイスボード３６は一組の切替電子装置３８にデジタルロジックを供給し、当該装置内において電力切替に用いられる全てのロジックレベルがデジタル電子装置の残部から光学的に分離されている（ optically isolated）。例えば、光学的に分離された駆動装置４０，４２が、金属酸化物半導体電解効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴｓ）のようなトランジスタをオン−オフして電子バラスト１８への１２ボルト直流電力を接続または除去するために使用される。オーブン１２の加熱要素４４は１１５ボルト交流電力または２４０ボルト交流電力を供給され、零交叉検出部に内蔵されるＴＲＩＡＣの光学的に分離された切替によって制御される。この零交叉検出部はＡＣ切替中の不所望なノイズを阻止する。また、この零交叉検出部は加熱要素４４のパルス幅調整制御を容易にしてシステムの一定な高効率の加熱を行なう。直流モータ４６はオーブンファン４８を回転するために使用され、当該オーブンファン４８は硬化室内の熱を循環する。このモータを制御するために使用するロジックレベルもまた光学的に分離されていてハイパワーＭＯＳＦＥＴを介して制御される。加えて、硬化室内に配置される熱センサー５０が温度情報をインターフェイスボード３６に直接に供給する。マルチＩ／Ｏボード５２はシステムのコンピュータのマザーボード３４とハードドライブ５４との間の連携を行なう。このハードドライブ５４はシステムソフトウエアおよびシステムオペレータの材料使用履歴の記憶のために使用される。このマルチＩ／Ｏボード５２もまた３．５インチディスクドライブのようなフロッピーディスクドライブ３２と連携しており、このディスクドライブはシステムソフトウエアのインストールおよびグレードアップに使用される。さらに、このマルチＩ／Ｏボード５２はバーコード走査手段３１への連携ポートを備えており、この走査手段は樹脂チューブ材およびレンズエンベロープ上のバーコードを介してシステム内にレンズおよび樹脂に関する情報を直接に入力するために使用される。光センサー５６は配給組立体２０のステッパモータ２２の動作を制限するために使用される。この配給組立体２０は充填スイッチ５８を押すことにより起動し、このスイッチ５８はインターフェイスボード３６に直接に接続している。加えて、キーパッド２９がシステムオペレータによるインターフェイス３６への命令の直接の入力を可能にしており、これによって命令がマザーボード３４に送られる。システム状態情報を供給するバックライトＬＣＤディスプレイ２６もまたインターフェイスボードに接続されており、インターフェイスボードはマザーボードから当該ＬＣＤディスプレイに情報を伝達する。システムの電力供給装置５５は標準的なＰＣ電力供給装置であって、この供給装置はマザーボード、ハードおよびフロッピードライブならびに電子バラスト装置のようなＰＣ構成要素を動作するのに十分な容量を有している。このような構成にすることによって、単一の電力供給装置を必要とするかなり簡単な構成が可能になる。さらに、以下に説明するように、冷却システムは簡単ではあるが好適な構成を備えていて、当該システムにおいて、電力供給装置の冷却ファン５７がランプおよび電子バラスト装置を含むシステム内の種々の電子構成要素のほとんど全てに必要な冷却を行なう。図３は本発明の光システムおよび熱システムの現在において好ましいと思われる実施形態を示している図である。高度に制御された熱および紫外および／または可視光の組合せが使用されて硬化室内に置かれた単一焦点レンズ上の液体樹脂を重合する。好ましくは、光供給源１４はシステムの熱供給源から分離され断熱されている。図３乃至図６によって分かるように、光供給源１４は硬化オーブン１２の上方および下方に配置されている。加熱したオーブンの外側にこれらの光供給源を配置することによって、オーブンよりもはるかに低い温度にランプを保ちながらランプ効率を最大にすることができる。例えば、オーブンが２２０°Ｆ（華氏２２０°）のように高温であっても、ランプは８０°Ｆ乃至１２０°Ｆの間の温度に維持される。このようなランプの低温維持はランプ寿命を長くすることおよびランプ効率を良好にする点で重要である。光供給源１４は３００ナノメートル乃至４００ナノメートルの間の最大照度を有するPhillips社のＰＬＳ−９Ｗ／０８、ＰＬＳ−９Ｗ／１０またはＰＬＳ−９Ｗ／２７のような紫外および／または可視蛍光管ランプのいずれかであるのが好ましい。これらのランプは異なるライン周波数（５０ヘルツまたは６０ヘルツ）で動作するが、より高い周波数での動作によってより良好なランプ効率が生じる。電子バラスト１８は光供給源１４からの紫外光および／または可視光を調整するように備えられている。この電子バラスト装置の使用は光を調整する清浄な方法である。電子バラスト装置に供給される直流電力を切り替えることによって、ランプのオン−オフ動作を行なって樹脂に供給される紫外光および／または可視光の量を容易に計測できる。このような構成は既に述べた理由により液晶空間光モジュレータや機械的シャッターの使用よりも好ましい。上述したように、ＭＯＳＦＥＴが電子バラスト装置１８に対する１２ボルト直流電力の接続または除去を行なうように備えられているのが好ましい。この電子バラスト装置はライン電圧または周波数の変化にかかわらずランプに一定のＡＣ電力を供給する。現在好ましいと思われる実施形態においては、電子バラスト装置はBodine社の１２ＴＰＬ７−９Ｅまたはこれらの等価物であり、１２ボルト直流供給源から２０キロヘルツ乃至３０キロヘルツの交流電力を生じる。上述のように、この電子バラスト装置はＰＣ電力供給装置の１２ボルトレールにより電力供給されるのが好ましい。オーブン１２はステンレススチールやアルミニウムのような耐久性材料により構成されており、グラスファイバーや高温発泡ゴムのような適当な材料によって断熱されている。光供給源１４は硬化オーブンの外側に配置されており、光ポート６０がオーブン１２の中に配置されていて硬化室の中に光を伝達できるようになっている。図３乃至図６に示す実施形態においては、２個の光ポート６０が硬化オーブン１２の上面６２および下面６４にそれぞれ備えられていて、硬化オーブンの中の成形型に光が伝達できるようになっている。これらの光ポート６０は、好ましくは、３６０ナノメートル乃至６００ナノメートルで少なくとも９０％の光透過率を有する高温ガラスにより構成されている。これらの光ポートを固定するために、ステンレススチールまたは陽極酸化冷間圧延スチールおよび高温発泡ゴムガスケットにより構成した金属リングが使用される。光ポート６０は好ましくはコリメータ反射装置６６により囲まれていてオーブン１２の中に入る光が確実に均一になるようになっている。この均一な光の強度は単一焦点レンズ上に付加的な光学レンズを形成するための樹脂を均一硬化するために重要である。図４乃至図６は硬化室の詳細を示している図である。すなわち、図４は硬化オーブン１２の側断面図であり、ガラスファイバーまたは発泡断熱材６８の層によって被覆されている。光ポート６０は紫外光または可視光が上方および下方から硬化オーブン内に入るのを可能にしている。成形型トレイ１６が硬化オーブン１２の中に配置されていて、金属トレイ７２によって所定位置に保持される一対の成形型７０を備えている。これらの成形型７０はガラスまたはプラスチックとすることができ、好ましくは、クラウンガラスの研削によって、またはポリカーボネート、ポリプロピレンまたはポリエチレンポリプロピレンコポリマーのような透明プラスチックの成形によって形成される。硬化オーブン１２の動作中に、液体樹脂および一対のプラスチック単一視力レンズが成形型７０の中に入れられる。その後、オーブンが抵抗加熱要素４４からかご型（squirrel cage）ファン４８を介する空気の吹き付けにより加熱される。このファン４８は直流モータ４６により駆動され、その回転軸に沿ってモータの方向に空気を引き込んで全方向に空気を吹付けるように構成されている。特別に構成された区分プレナム７４が加熱要素と成形型の間に配置されていてオーブン中に加熱空気を循環しやすくしている。図５において、硬化オーブン１２の前断面図が示されている。この図においては、区分プレナム７４はオーブンの幅よりも約４５％短く示されている。このことによって、熱空気は加熱要素４４からオーブン１２の上部７５を介して均一にオーブンの中に入り、当該オーブンの底部から帰還空気がオーブンの左下部７７および右下部７９を介して均一に引き戻される。なお、区分プレナム７２の位置はオーブンに対して左または右に移動して当該オーブン内の温度バランスを調整できるようになっている。加えて、熱センサー５０がオーブン１２の右上角部８１に配置されている。この熱センサー５０の位置はオーブン温度を正確に代表的に計測する上で重要である。一般に、図５に示される配置は、オーブンファン４８の反時計方向の回転の場合に、最大空気層流の計測点として一致している。冷却システムの付加的な特徴が図６に示されており、同図はシステム全体の後断面図である。一対のルーバー(louvers)８０がシステムの側壁部に配置されていて、システム内への空気の流入を可能にしている。これらのルーバー８０は一組のダクト部品８２により被覆されており、当該ダクト部品８２はルーバーを介する好ましくない光漏れを防ぎながらランプ上に空気を当てる。これらのダクトにより引き込まれた冷たい空気はシステム供給源５５上の冷却ファン５７によりシステムの下半分に導かれる。このように空気の流れを制御することによって、最も冷たい空気がランプ１４を通過して当該ランプにより発生した熱を除去すると共にランプの動作を極めて高効率に維持する。残りの空気流はシステム１０の内側左下部８５に取り付けたシャーシ８４に配置したシステム電子機器を通過する。このシャーシ８４は、システムにバーコード走査手段３１を接続するために使用されるマルチＩ／Ｏボード５２のシリアルポートに容易にアクセスできるように構成されている。加えて、モデム３３もまたシャーシ８４の後部を介して容易にアクセスできる。この冷却システムは上述の光および熱システムと協働作用して樹脂の適正な硬化処理を行なう。なお、この樹脂の適正な硬化処理はオーブンの熱制御によっても影響を受ける。現在好ましいと思われる実施形態においては、オーブン温度は比例微積分(Proportional，Integral，Derivative:PID)制御アルゴリズムにより厳密に制御される。このＰＩＤ制御アルゴリズムは本明細書に添付の補足事項（ Appendix）Ａに記載されており、本明細書に参考として含まれる。このアルゴリズムは加熱要素に供給される電力のパルス幅調整制御に対する適正な使用率(d uty cycle)を決定するために使用される。このようにして、過度量を最小にしつつ温度設定点に到達できる。加熱電力のパルス幅調整もまた最大使用率を当該技術分野において使用される異なる交流電圧レベルに調節することができる。好ましくは、１００％の最大使用率において１２０交流ボルトで３５０ワットの加熱要素がシステムに使用される。電力が電圧の２乗に比例するので、同一のヒータは２５％の最大使用率において２４０交流ボルトで３５０ワットの電力を消費する。このようにして、同一の加熱要素は１２０交流ボルトまたは２４０交流ボルトで使用でき、樹脂を硬化するのに要する全熱エネルギーを与える。この結果、本発明のレンズ製造システムは世界中で使用できる。一般に、硬化オーブンの熱制御装置は一定で再現性のある硬化処理を行なうために一定制限内で動作する必要がある。好ましい実施形態においては、システムは以下のような熱制御特性を有する。すなわち、（１）硬化サイクルを通して設定点温度の±５°Ｆ内でオーブン内の実行空気温度が制御される、（２）左右の成形型の温度差が７．５°Ｆ以上にならない、（３）温度傾斜率が好ましくは１５°Ｆ／分以下に制御される、（４）オーブン内の温度が２２０°Ｆを超えないことである。同様に、一定で再現性のある硬化処理を行なうのにランプ強度が一定制限内であることが必要である。現在好ましい実施形態においては、このランプ強度は３９０ナノメートルの公称波長において１平方センチメートル当たり２０００ミリジュール乃至３０００ミリジュールの間である。種々の材料およびレンズ仕様による繰り返し実験を通して、これらの熱的および光学的制御レベルおよびこれらの制限が最終製品における一定した結果を維持するために必要であることが決定された。さもなければ、耐キズ性、接着性、および光学的および外観的品質等の特性が悪影響を及ぼすこともあり得る。図７は本発明により製造した一対の眼用レンズの代表的硬化プロファイルを例示している図である。上方の破線８７はシステムのソフトウエア内にプログラムされた温度設定点を示している。この温度プロファイルは樹脂化学特性、レンズ材料の種類およびレンズ構成の種類を含む種々のファクターによって決められる。また、上方の実線８９はＪ型熱電対によりオーブンの中心において測定した実際のオーブン温度である。加えて、中央の破線９１は左側成形型７０ａの温度を示し、中央の実線９３は右側成形型７０ｂの温度を示している。これらの線が示すように、厳密に空気の流れを均一化している結果として、成形型温度は左から右に非常に一致している。成形型温度はガラスやプラスチック成形型の大きな熱容量のために空気温度に対して概ね遅延する。このことはレンズ製造の熱的プロファイルの開発を考慮する上で重要である。また、図７は硬化処理中におけるシステムのランププロファイルを示している図である。すなわち、硬化処理の最初の５分間において、光はオン状態になっておらず、成形型、レンズおよび樹脂は暗くなっていて僅かにウォームアップ状態になっている。動作サイクルにおける次の５分間において、オーブン温度が緩やかな傾斜で上昇して、オーブンの上部および底部から光化学作用放射線供給源の同時点滅が行なわれる。この最初の１０分間後に、ランプが継続的にオン状態になり、オーブン温度が最終の保持温度に到達するまで傾斜して増加し続ける。オーブンを加熱している間に、硬化室内の他の温度をモニターすることが重要であり、これらの温度は硬化処理後に間接的に影響を及ぼす。図７における下部の実線９５はシステム内の上方ランプの中心近傍の空気温度を示している。この場合に注意すべきことは、この実線によりランプ１４ａ近傍の温度が硬化サイクルの最初の１０分間において緩やかにではあるが確実に降下している一方で、同一期間内にオーブンが約１１５°Ｆから１３０°Ｆに昇温していることである。このことはオーブンとランプとの間の熱移動が極めて小さいことを示している。最初の１０分間の後にランプが継続してオン状態になると、ランプ近傍の空気温度が硬化サイクルの終点で約１２０°Ｆまで徐々に上昇することが分かる。このことはランプ近傍の熱の主供給源がランプ自体であることを示している。さらに、図７の底部近傍の下部破線９７はシステム内の下部ランプ１４ｂの中心近傍における空気温度を示している。上部ランプと同様の傾向に従うが、下部ランプの温度はその場所におけるわずかに優れた空気循環のために１０５°Ｆを超えることはない。加えて、図７の底部近傍におけるより長い破線９９はシステム内のデジタル電子機器近傍の空気温度を示している。この場合、温度は全硬化サイクル中において１１０°Ｆ以下の比較的低い温度に保たれる。図７に示すように、硬化オーブン１２からシステム内の残部への熱エネルギーの実際の漏れは極めて少ない。次に図８において、システム１０の構成要素としての走査手段３１およびモデム３３の使用を詳細に説明する。システムのＰＣ基本式構成に伴って、これらの構成要素は本発明において在庫を自動的に追跡および再注文するだけでなく製造する眼用レンズの処理パラメータを発生することを可能にする。例えば、樹脂チューブ１００は樹脂の化学特性、消費期限、バッチ番号および特異的認識番号についてのバーコード情報１０２を含むことができる。同様に、レンズエンベロープ１０６上のバーコード情報１０４は、例えば、材料の種類、レンズ（焦点）距離、非点収差についての情報および特異的認識番号を含むことができる。バーコード走査手段３１によりシステム内にこの情報を読み取ることによって、システムオペレータは当該システムにより使用される材料に関する完全な記録保持のために必要な情報をシステムに供給でき、これによってシステムで処理される全てのレンズ処方を遂行できる。加えて、このような情報によりシステムは材料と樹脂の間の適合性を自動的に確かめて適当な硬化サイクルを確実に行なうことができる。コード化したデータはシステム後部のシリアルポートを介してシステム内に直接に入力される。モデムライン３３はシステムの遠隔アクセスを可能にし、レンズキャスティングの全記録を中央オフィス１１０に供給(download)できる。この結果、中央オフィス１１０がシステム所在地からのキャスティング情報(log)を調べると、システムオペレータの在庫に戻すことを要する正確な材料がシステムオペレータの要請に応じて運送または空輸により輸送できる。このことはシステムオペレータおよび材料供給者の両者にとって重要な利点を与える。すなわち、システムオペレータは、製造者からの迅速な材料仕入れが可能であれば、材料の在庫をより少なく維持できる。加えて、材料供給者はその地域市場におけるシステムの全使用平均量に基づいて生産予定を立てることができる。さらに、キャスティング情報の遠隔アクセスにより、システムオペレータの所在地における現場検査を行なうことなく、現状の材料在庫を現場で維持することができる。以上、本発明の種々の実施形態を図示しかつ説明したが、当該技術分野における熟練者であれば、本発明の趣旨に逸脱することなく多くの変更態様が可能であることが理解できる。従って、特別に断らないに限りにおいて本発明は以下に記載する特許請求の範囲内において実施できると解するべきである。補足事項ＡＩＮＮＯＴＥＣＨレンズシステムチャンバーＰＩＤ制御アルゴリズム序文オーブン温度を所望温度（設定値）に正確に制御（調整）するために、調節可能な数学的方程式が実行される。この方程式は比例微積分（ＰＩＤ）方程式と呼ばれるが、微分成分は使用されていない。このＰＩＤ方程式は、設定値（所望）温度および実際（実測）温度値との間の誤差に直接比例する比例成分（Ｐ項（Ｐｔｅｒｍ））と、誤差値の履歴を示す積分成分（Ｉ項（Ｉｔｅｒｍ））を有している。加熱調整には、ウォームアップモード（Ｗａｒｍ）、デフォールトモード（Ｄｅｆａｕｌｔ）および硬化モード（Ｃｕｒｉｎｇ）の３種のモードがある。この積分項は加熱調整モードに応じて２種の方法により計算される。上記ＰＩＤ方程式は、ＰＩＤｏｕｔ＝Ｐｔｅｒｍ＋Ｉｔｅｒｍここで、熱調整モードに応じて、Ｐｔｅｒｍ＝ＰｃｏｎｓｔＷＡＲＭ^*（誤差値）Ｉｔｅｒｍ^*＝ＩｃｏｎｓｔＷＡＲＭ^*（最新の６個の誤差値の平均）または、Ｐｔｅｒｍ＝ＰｃｏｎｓｔＤＥＦＡＵＬＴ^*（誤差値）Ｉｔｅｒｍ＝ＩｃｏｎｓｔＤＥＦＡＵＬＴ^*（最新の６個の誤差値の平均）または、Ｐｔｅｒｍ＝ＰｃｏｎｓｔＣＵＲＥ^*（誤差値）Ｉｔｅｒｍ＝ＩｔｅｒｍＰＲＥＶＩＯＵＳ＋［誤差値^*（２／ＩｃｏｎｓｔＣＵＲＥ）］５５０ｍｓの時間間隔毎にオーブン加熱が１回オンおよび１回オフになる。この５５０ｍｓの時間間隔は５０個の１１ｍｓ増加部分(increments)に分割されている。任意の５５０ｍｓの時間間隔の開始時にオーブン加熱がオンになる。その後、上記のＰＩＤｏｕｔ値に基づいて、オーブン加熱が５０個の可能な１１ｍｓ増加部分の１個においてオフになり、このオフ状態が次の５５０ｍｓ時間間隔の開始時まで維持される。この５５０ｍｓ時間間隔においてオーブン加熱がオンである時間およびオーブン加熱がオフである時間を使用率(Duty Cycle)と呼ぶ。例えば、オーブン加熱が５５０ｍｓの時間間隔の半分（２５^*１１ｍｓ＝２７５ｍｓ）だけオンであれば、使用率は５０％になり、５分の１の場合（１０^*１１ｍｓ＝１１０ｍｓ）には使用率は２０％になる。このオン−オフ使用率はオーブン加熱がオフに維持される命令がでるまで各５５０ｍｓ毎に繰り返される。上記のＰｃｏｎｓｔ値およびＩｃｏｎｓｔ値はユーティリティメニューにおいて変更可能である。すなわち、これらの値は０乃至９９の範囲で調節できる。Ｐｃｏｎｓｔ値の場合、その値が高くなるほど誤差値に対する補正比例応答がより大きくなる。また、ウォームアップ（ＷＡＲＭ−ＵＰ）およびデフォールト（ＤＥＦＡＵＬＴ）モード中のＩｃｏｎｓｔ値の場合、その値が高くなるほど誤差値の直接的履歴に基づく補正積分応答がより大きくなる。また、硬化（ＣＵＲＩＮＧ）モード中のＩｃｏｎｓｔ値の場合は、その値が低くなるほど補正応答がゼロ誤差を生じるのに必要な値について「零点規正（zero-in）」するのがより迅速になる。ＰＩＤ方程式中の比例項（Ｐｔｅｒｍ）および積分項（Ｉｔｅｒｍ）を計算すると、Ｐｔｅｒｍ＝ＰｃｏｎｓｔＣＵＲＥ^*ＴＥＭＰｅｒｒとなり、Ｉｔｅｒｍ＝ＩｔｅｒｍＰＲＥＶＩＯＵＳ＋［（ＴＥＭＰｅｒｒ^*（１／ＩｃｏｎｓｔＣＵＲＥ））となる。ここで、ＩｔｅｒｍＰＲＥＶＩＯＵＳは既知の平均値測定値からの計算値である。ＰＩＤ出力値を計算する。各秒において３回Ａ／Ｄ熱センサー値が読み取られ３要素円形バッフッ内に記憶され、これら３個の最新の読取値の平均が計算される。次の５５０ｍｓ時間間隔の開始時に、新しく測定した温度が最新の平均Ａ／Ｄ熱センサー読取値に基づいて計算される。この測定された温度値（ＴＥＭＰｍｅａｓ）は以下のようにして計算される。すなわち、Ａ／Ｄ読取値＝０を７０°Ｆと等価とする。Ａ／Ｄ読取値＝２５５を２３０°Ｆと等価とする。これによって、全温度領域＝２３０°Ｆ−７０°Ｆ＝１６０°Ｆとなる。従ってＴＥＭＰｍｅａｓ＝７０°Ｆ＋ｘとなり、ｘ＝０°Ｆから１６０°Ｆまでの値となる。このことは以下の比率として表せる。ｘ°Ｆ／１６０°Ｆ＝ｙ計数値／２５５、ここでｙ＝Ａ／Ｄ読取値（０−２５５）従って、ＴＥＭＰｍｅａｓ＝７０°Ｆ＋ｘ°Ｆ＝７０°Ｆ＋［ｙ^*（１６００Ｆ／２５５）］ウォームアップまたはデフォールトモードの場合、最新の設定値温度（ＴＥＭＰｓｅｔ）とＴＥＭＰｍｅａｓとの間の誤差値（ＴＥＭＰｅｒｒ）および平均誤差値（ＥＲＲＯＲａｖｇ）を計算する。ＴＥＭＰｅｒｒ＝ＴＥＭＰｓｅｔ−ＴＥＭＰｍｅａｓＥＲＲＯＲｂｕｆｆ＝ＥＲＲＯＲｂｕｆｆ＋ＴＥＭＰｅｒｒ（ＥＲＲＯＲｂｕｆｆは常に最新の６個のＴＥＭＰｅｒｒの合計を含む）ＥＲＲＯＲａｖｇ＝ＥＲＲＯＲｂｕｆｆ／６ＰＩＤ方程式における比例項および積分項を計算する。これらの定数(constan ts)は加熱調整モードによってＤＥＦＡＵＬＴ値およびＷＡＲＭ値のいずれかである。Ｐｔｅｒｍ＝ＰｃｏｎｓｔＤＥＦＡＵＬＴ^*ＴＥＭＰｅｒｒＩｔｅｒｍ＝ＩｃｏｎｓｔＤＥＦＡＵＬＴ^*ＥＲＲＯＲａｖｇＰＩＤｏｕｔ＝Ｐｔｅｒｍ＋Ｉｔｅｒｍ硬化モードの場合、ＴＥＭＰｅｒｒ＝ＴＥＭＰｓｅｔ＋ＴＥＭＰｍｅａｓ使用率を計算する。この使用率はＰＩＤ出力に基づく。５５０ｍｓ時間間隔が開始すると、加熱がオフになるまでＯＦＦ計数値（ｃｎｔｓ）＝１１ｍｓの数（可能な５０個以外）が増加(increment)する。以下の比率により、ＯＦＦ計数値／５０＝ＰＩＤｏｕｔ／５００使用率＝ＯＦＦ計数値／５０×１００％になる。上記の値５００は許容される最大ＰＩＤｏｕｔ値である。このことは５００よりも大きいかこれに等しいＰＩＤｏｕｔ値が５０個の１１ｍｓ増加部分すなわち１００％の使用率に等しいことを意味する。この使用率はオーブンヒータに供給されるＡＣ電圧レベルによって減衰（減少）する。ＡＣ電圧＝１２０交流ボルトであれば、電力の減衰（使用率）は必要でない。しかしながら、２４０交流ボルトのＡＣ電圧（２倍の電圧＝４倍のワット数、４／１比率）はオーブンヒータに供給される電力の４対１減衰（使用率）を必要とする。従って、ＯＦＦ計数値（減衰）＝［ｘ^*（１００−ＡＴＴＥＮｃｏｎｓｔ）］／１００となり、使用率＝ＯＦＦ計数値（減衰）／５０となる。要するに、５５０ｍｓ時間間隔の開始時において、オーブン加熱がオフになるまでの１１ｍｓ時間間隔の数（５０以内）がＰＩＤ出力値（可能に減衰される）に基づいて計算される。その後、（少なくとも１個の１１ｍｓ時間間隔のオン状態が計算されると）オーブン加熱がオンになる。計算された数の１１ｍｓ時間間隔が経過すると、オーブン加熱がオフになり、この処理が次の５５０ｍｓ時間間隔で繰り返されるまでオフ状態に維持される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者バッカ，スティーブン，エムアメリカ合衆国、24073 バージニア州、クリスチャンズバーグ、ローズランド・ドライブ 110 (72)発明者ヤング，ドナルドアメリカ合衆国、06854 コネチカット州、ノーウォーク、レッジャーブルック・ドライブ 94

Claims

【特許請求の範囲】１．眼用レンズを製造するためのパーソナルコンピュータ制御式レンズ製造システムにおいて、硬化室と、レンズ製造システムを制御するためのマイクロプロセッサとから成り、前記硬化室およびマイクロプロセッサが単一ユニットの中に一体に収容されていることを特徴とするシステム。２．さらに、前記マイクロプロセッサに機能的に連結されている光学的スキャナから成る請求の範囲１に記載のレンズ製造システム。３．さらに、前記マイクロプロセッサに機能的に連結されているモデムから成る請求の範囲１に記載のレンズ製造システム。４．前記光学的スキャナがバーコード走査手段から成る請求の範囲２に記載のレンズ製造システム。５．さらに、前記硬化室の外側に配置されて当該硬化室から断熱されている少なくとも１個の光供給源から成る請求の範囲３に記載のレンズ製造システム。６．さらに、前記少なくとも１個の光供給源を調整するための電子バラスト装置から成る請求の範囲５に記載のレンズ製造システム。７．さらに、前記システムに対して必要なほぼ全ての冷却を行なう冷却ファンを有する電力供給装置から成る請求の範囲６に記載のレンズ製造システム。８．眼用レンズを製造するためのレンズ製造システムにおいて、少なくとも１個の光供給源と、前記少なくとも１個の光供給源を調整するための少なくとも１個の電子バラスト装置とから成ることを特徴とするシステム。９．さらに、前記少なくとも１個の電子バラスト装置を制御するための電子的手段から成る請求の範囲８に記載のレンズ製造システム。１０．前記電子的手段がパワートランジスタから成る請求の範囲９に記載のレンズ製造システム。１１．眼用レンズを製造するためのレンズ製造システムにおいて、硬化室と、レンズ製造システムを制御するためのマイクロプロセッサとから成り、前記硬化室およびマイクロプロセッサが単一ユニット内に一体に収容されており、さらに、冷却ファンを有するマイクロプロセッサ電力供給装置から成り、前記電力供給装置の冷却ファンが当該システムに必要なほぼ全ての冷却を行なうことを特徴とするシステム。１２．さらに、前記硬化室の外側に配置されている少なくとも１個の光供給源と、前記ファンに対向する前記ユニットの端部に配置される複数のルーバーとから成る請求の範囲１１に記載のレンズ製造システム。１３．さらに、前記複数のルーバーに対応して冷却空気を少なくとも１個の光供給源に向けるダクト部品から成る請求の範囲１２に記載のレンズ製造システム。１４．眼用レンズを製造するためのレンズ製造システムにおいて、上部および底部を有する硬化室と、前記硬化室の中に配置されている成形型トレイと、前記硬化室の後方で当該硬化室の上部のほぼ近傍に配置されている加熱要素と、前記加熱要素のほぼ直下で前記硬化室の底部の近傍に配置されているオーブンファンと、前記加熱要素からの熱空気の流れと前記オーブンファンへの帰還空気の流れを分離するための区分プレナムとから成り、当該プレナムが前記硬化室内の前記成形型と前記加熱要素との間に配置されていることを特徴とするシステム。１５．前記硬化室が一定の幅を有する後壁部を有しており、前記区分プレナムが当該後壁部の幅よりも実質的に小さい一定の幅を有している請求の範囲１４に記載のレンズ製造システム。１６．前記区分プレナムの幅が前記硬化室の後壁部の幅の約５５％である請求の範囲１５に記載のレンズ製造システム。１７．眼用レンズを製造するためのパーソナルコンピュータ制御式レンズ製造システムにおいて、硬化室と、前記硬化室に熱を供給するための手段と、前記硬化室に光を供給するための手段と、前記システム内に一体に収容されて前記熱供給手段と光供給手段を制御するためのマイクロプロセッサ手段とから成り、前記レンズ製造システムがパーソナルコンピュータ基本式構成を有していることを特徴とするシステム。１８．さらに、眼用レンズの処理パラメータに対してコード化した情報を光学的に走査するための手段から成る請求の範囲１７に記載のレンズ製造システム。１９．さらに、眼用レンズの処理パラメータを記憶するための手段から成る請求の範囲１８に記載のレンズ製造システム。２０．さらに、前記レンズ製造システムに遠隔アクセスするための手段から成る請求の範囲１９に記載のレンズ製造システム。