JP3578790B2 - 眼レンズ検査用照明システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は眼レンズ検査用照明システムに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
眼レンズ、特に成形された親水性コンタクトレンズを検査するための従来のシステムでは、レンズが塩水中に浸される直交列のくぼみ（well）を有するトレイを使用して人間が検査していた。
【０００３】
眼レンズの検査に伴う問題はレンズそれ自体が光学的に透明であるため、より定形の物体の検査に見られる通常の明暗特性を示さないことである。
これまで検査者は各レンズがそれぞれ所望の特性を満たしているかを確かめるために拡大して各レンズを観察した。これらのシステムではレンズおよび塩水を含むトレイは人間の操作によって検査場所に移動される。トレイが検査場所に置かれると、観察装置が最初のくぼみの上に配置される。くぼみの中のレンズは下から照明され、像は観察装置により転送されて検査者の目の位置のスクリーン上に投影される。検査者は手動で焦点場を変化させて、レンズの様々な深度を検査する。
【０００４】
現在の人間が操作する検査法は当該技術分野において、特に透明な流体および光学部品の検査の研究としてよく知られている暗視野照明によるシュリーレン法を行なっている。この方法において点光源からの光はレンズによって平行にされ、その後試験対象の媒体（すなわちレンズ）を通過する。次に、光は第２のレンズによってナイフエッジに直接焦点を合わせられる。（透明であっても）レンズ中の屈折性の不均一さによって歪められた光はナイフエッジに焦点を合わせられない。このように屈折された光は、ナイフエッジによる妨害の後に対物レンズによってスクリーン上に投影され、何もなければ暗いはずの投影スクリーンに屈折性の不均一さに対応する光の点が現れる。
【０００５】
適当なレンズの特徴および合格基準からの逸脱を見つけた後、検査者はレンズが合格であるかどうかを判定する。検査者はしばしば、レンズが含まれるトレイのくぼみに相対的に僅かにレンズを移動させること、あるいは塩水溶液をかき混ぜることは、塩水中の異物およびトレイのくぼみの傷とレンズの特徴または欠陥を識別するために有効であることに気づく。
【０００６】
検査者は適当な電気スイッチを押すことによって判定を入力して、そのレンズが合格か不合格かを示す。その後、観察装置はトレイの次のくぼみに割送られ、そこで検査手順が繰り返される。判定が所定の時間内に行われないとレンズが自動的に欠陥があるとみなされ、観察装置が次のくぼみに割送られるように、特定の時間的制約を検査者に与える必要があることは理解されよう。同様に、レンズは合格であるが異物の付着片を伴う場合、または同じくぼみに２つのレンズが見つけられる場合、その状態は不合格であるとみなされ、くぼみの内容物は取り除かれる。
【０００７】
レンズのすべてのトレイの検査が終了すると、検査者は別の電気スイッチを起動して、検査されたばかりのトレイのレンズの処理を始める。処理ユニットはトレイの各くぼみに移動し、そこで不合格レンズが吸い出され処分されるように指示される。その後、トレイは合格レンズの包装のため移される。
【０００８】
検査者は高度に訓練され、レンズの品質および極限許容度を判定する客観的な基準を与えられるけれども、人間による検査はまだ不完全な点が多いことは当業者ならば容易に理解できよう。人間だと検査者間の均一性に欠け、一人の検査者による再現性は検査者の心理的状態および蓄積した疲労によって低下することもある。そのため、眼レンズの製造業者は検査工程における制約ゆえに客観的基準で合格となる多くのレンズを控えめに不合格にする。
【０００９】
眼レンズ産業が成長するにつれて、人間による検査は多くの人手と金銭的負担をその製造に課しており、また検査者に退屈な仕事を要求する。特に、周期的に頻繁な交換が必要なコンタクトレンズに関しては、その製造により検査が必要なレンズの数が劇的に増加する。
【００１０】
均一性を増加し、また誤って不合格とするレンズの数を減らすために、検査対象のレンズの像がランプおよびカメラを使用して捕らえられ、次にその像はデジタル化され、レンズが合格であるかどうか決定するためコンピュータによって処理される自動検査システムが考え得る。
【００１１】
カメラシステムの視野は制限されており、その視野を最大範囲まで利用することが望ましいため、レンズが運ばれても、１つのレンズから次のレンズへと反復可能な状態でレンズを検出できるように、レンズは視野の中心に置かれることが重要である。
ボウルの内部に置かれたレンズの半径より大きい曲率の半径を持つボウルを有する眼レンズのための容器はレンズをボウルの中央に置くことができる。ボウルが無核ポリマーから構成される場合、その表面は十分濡れやすいため、水がボウルの中にある時、水のメニスカスは中心で実質的に平坦化され、それにより関連する光学収差が排除され、正確な容器内の検査を可能にする。
【００１２】
レンズ容器の好ましい態様は本出願と同時に出願された米国特許出願番号９９５６０７号（１９９２年１２月２１日出願）により詳細に記載されている。
【００１３】
このような自動レンズ検査システムのカメラは、ストロボの発光と続いて起こる像の転送の両方を開始する適当な位置に移動したレンズおよび容器によって発生された信号を使用して非同期の方法で動作する。
像がカメラによって捕らえられる方法において、第２の要件はその像ができるだけはっきりとしており、レンズおよびその中にレンズが置かれる溶液の振動、またはレンズ容器の移動によってぼやけないことである。
【００１４】
容器を収容するためのくぼみを有するパレットはパレットを貫通する穴を備える。これらの穴とガイドおよび輸送システムのおかげで、カメラの視野の利用を最大にし、かつぼやけを最小限にするようにレンズの像を捕らえるためのランプおよびカメラを配置できる。
【００１５】
コダック（Kodak）社製ビデック メガプラス（Videk Megaplus（登録商標））カメラのような高解像度固体素子カメラが使用される。このカメラはレンズが１４．５ｍｍ視野に固定されている。カメラはｆ／２．８に設定されたニッコール（Nikkor）５５ｍｍ標準レンズに装着されており、さらにカメラレンズのどこでも１０ｎｍ全波半高（ＦＷＨＨ）を有する波長５５０ｎｍに中心を合わせたアンドオーバー（Andover）帯域フィルタに取り付けられている。このようなフィルタは色収差を取り除き、それにより全体の空間的解像度を改善し、検査者の視覚応答と同様のレンズ検査の明所視応答を維持する。このフィルタはまた全体システムの変調伝達関数（ＭＴＦ）を減少させうるＣＣＤ検査器で赤外線を除去する。
【００１６】
カメラでレンズの像を捕らえ、一旦像がカメラによって捕らえられてデジタル値に変換されると、レンズが合格かどうかを判定する方法は、本出願と同時に出願された米国特許出願番号９９３７５６号（１９９２年１２月２１日出願）に記載されている。
【００１７】
眼レンズのような透明な物体の検査に使用される照明システムに対する要件は、ランプそれ自体またはレンズを含む容器のどちらの構造（細部または非均一性）も見えないようにするために十分に拡散された光の光源を備えることである。
【００１８】
従来は上記のシュリーレン照明システムまたは投影型システムの何れかが使用されていた。投影型照明システムは光源の構造を十分に隠すが、容器内検査用システムにそれを使用する際に、容器の細部のコントラストがハイライトされるという欠点がある。容易に理解されるように、カメラによって得られるレンズの像上に容器の細部が少しでも重なってしまうと、検査アルゴリズムによりデジタル化された像の処理が遅くなり、また恐らく幾つかのレンズを誤って不合格とし、さらには完全にアルゴリズムを実行できないこともある。
【００１９】
したがって、本発明の目的はパレット、容器およびレンズが動いている間、発生した光が検査装置の構造および電気的に画像化する対象のレンズ容器パレットを通過でき、かつ上記検査システムの動作、特に光源および容器の両方の細部を隠す要件と両立できる照明システムを提供することである。
【００２０】
さらに詳しくは、本発明の目的は検査輸送システムによって適当な時間にトリガーされ、短期間であるが、デジタル化および数学的処理に適したカメラ中にぼやけのない像を形成する高い強度および均一性を有するフラッシュ光を生成できるストロボ照明システムを提供することである。
【００２１】
これらのいずれの目的も、カメラがレンズの高品質な像を捕らえられるようにランプおよびカメラが位置決め可能であったとしても、満たされなければならない。好ましくは光がレンズを通過し、像がカメラで捕らえられ、次にデジタル化されるように、ランプおよびカメラが互いにレンズを隔てて反対側にある場合に、上記目的は達成される。
本発明の最終的な目的は、ストロボフラッシュの照度が一定であり、特にフラッシュ管の長期の寿命に渡って照度が一定な照明システムを提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は眼レンズのデジタル化像を分析するコンピュータを基礎とした検査装置と共に使用される本質的に透明である眼レンズの検査において拡散照明を与えるシステムによって達成される。
【００２３】
脱イオン水中で眼レンズを含む容器の下にフラッシュめっきされた乳白ガラスで作られた光学拡散器があり、その下にストロボ光のような光源がある。ストロボランプは、検査対象のレンズを含む容器の到着により発生する信号によって続いて作動される画像処理システムによって開始される５ジュール、１０マイクロ秒の光パルスを発光できる。典型的には４５０ミリ秒の回復時間が発光間の再充電のためストロボに必要である。好ましい態様において、アーク管が使用され、このアーク管の一端は反射器の外部に置かれており、この一端だけが暗くなって光の出力が減少する。
【００２４】
図１には、ｘ軸（レンズ容器の移動軸）調整つまみ１２、ｙ軸調整つまみ１４、およびｚ軸調整つまみ１６を有するカメラ１０が示されている。調整つまみ１８によりｘｙ平面内を回転する調整が可能になり、つまみ２０によりｙｚ平面内を回転する調整が可能になる。
【００２５】
これらの調整つまみはｘ，ｙ，ｚ軸の台２２，２４，２６にそれぞれ取り付けられる。これらはブラケットを介してｘ軸の台に取り付けられ、ｘ軸の台は最終的に取付構造２８に取り付けられる。
カメラ１０はレンズ３２および帯域フィルタ３４を含む。帯域フィルタはアンドオーバー（Andover）社から入手できる５５０ＦＳ１０−５０型のようなフィルタである。このフィルタは波長５５０ｎｍに中心を合わせられ、そこにおいて入射光の７０％を透過するが５５０ｎｍ中心から１０ｎｍ外れた波長で本質的に通過するエネルギーは０となる。カメラの働きは上記の検査アルゴリズムについての特許出願明細書により詳細に記載されている。
【００２６】
レンズ４０が置かれたレンズ容器３８を保持する輸送パレット３６がカメラの下に位置する。容器３８中でレンズは液体、好ましくは脱イオン水（図示せず）によって実質的に取り囲まれる。
パレットは、レンズ輸送システムを記載した上記の特許出願明細書においてより詳細に記載されている運搬レール４２に沿って輸送される。
【００２７】
レンズ輸送システムおよび照明のトリガー手段を有するパレットシステムの好ましい態様は本出願と同時に出願された米国特許出願番号９９４２４９号（１９９２年１２月２１日出願）および９９４２４２号（１９９２年１２月２１日出願）により詳細に記載されている。
【００２８】
図１に見られるように、パレット３６および運搬レール４２はそれぞれアパーチュア４４および４６を含む。
パレット３６がｘ軸に沿って適当に整列されると、パレットのアパーチュア４４の中心および運搬レールのアパーチュア４６の中心は光軸４８に沿ったカメラレンズ３２の中心と共通の線上にある。
【００２９】
光源は運搬レールの下にある。このストロボランプは、検査対象のレンズを含む容器の到着により発生する信号によって続いて作動される画像処理システムによってトリガーされる５ジュール、１０マイクロ秒の光パルスを発光できる。典型的には、４５０ミリ秒の回復時間が発光間の再充電のためストロボに必要である。光源はフラッシュランプコイル５２によって囲まれたアーク管５０で構成される。
【００３０】
運搬レールのアパーチュア４６は、ほとんど閉じた状態からパレットのアパーチュア４４と同じ広さまで開くように、異なった直径に調整できる。拡散器とレンズ容器の間に配置されたこのような運搬レールのアパーチュア４６は、レンズ容器に入射する光の円錐角を制限して、適当量の光を供給するよう手動で調整することができる。
【００３１】
光源は反射器用マウント５６によって所定位置に固定される放物面反射器５４で囲まれる。反射器マウントはランプハウジング５８に取り付けられる。高圧ケーブル６０はフラッシュランプコイル５２と高圧電源６２に電気的に接続される。高圧電源は図示されていないが、レンズ容器を輸送するパレットについての上記特許出願明細書に記載されているトリガー手段によって作動される。
【００３２】
フラッシュランプ５０の中心は放物面反射器５４の光軸と同じく、光軸４８に沿って配置される。
放物面反射器は光軸４８の途中に開口部６４を有する。フラッシュランプ５０およびレンズ容器３８の間にある開口部６４の上にガラス板６６が配置される。このガラス板はほこりや湿気を含む外部環境からランプ室を密封する。光軸４８に沿って検査を行うフラッシュランプと容器の間にはさらに、光学的拡散器として作用する拡散ガラス６８が配置される。拡散ガラスは隔壁７０によってランプ上に保持され、拡散器ホルダー７２によって所定位置に保持される。
【００３３】
ランプ５０、拡散器６８およびレンズ容器３８の間の距離は通常の垂直調整機構（図示せず）によって変更できる。（運搬レールのアパーチュア４６の調整とともに）これらの調整は、レンズ容器とランプの構造を見せないように排除し、レンズ容器／脱イオン水の組合せの正の光学屈折度によるエネルギーの損失を排除しながら、レンズのコントラストをハイライトするように行なわれる。
【００３４】
ストロボフラッシュランプはパーセプティクス（Perceptics）社から入手できる。すべてのランプについていえることだが、使用時に、フィラメントや電極から物質が蒸発して電球またはアーク管のどこかに堆積する。使用される好ましい態様のランプは、電極の蒸発からの堆積によりアーク管の一端に電極物質が優先的に堆積するよう設計される。本発明の好ましい態様によれば、このようなアーク管は、図１に示される反射器の端の外部に堆積物を受け取る端があるように配置される。コイルは長さ６０ｍｍ、直径２５ｍｍであり、反射器の外部に３５ｍｍのアーク管を有する。
【００３５】
有効な光の一部分は反射器の外部で失われるが、この配置はランプの寿命の大部分にわたって一定の光出力を生成する利点がある。ランプは最初に反射器の外部にあるランプの底部において暗くなるため、この照明システムに光を供給する反射器の内部のランプの部分は、反射器内のランプのその部分に暗さが到達するまで一定のままである。本発明に従って配置された上記のようなランプは、光出力が減少して取り替えを必要とするまで、３０Ｈｚで５ジュールの出力で少なくとも１年間（約１０⁹ 回のフラッシュ）機能すると考えられる。
【００３６】
本発明の具体的な実施態様は次の通りである。
（１）前記反射器は回転放物面を備える請求項１記載の装置。
（２）前記ストロボランプは、前記光軸の途中に配置された前記反射器の外側かつ前記アパーチュアの反対側に部分的に延在する請求項１記載の装置。
（３）前記拡散器、前記ランプおよび前記レンズ容器間の距離は可変である請求項１記載の装置。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ストロボフラッシュの照度が一定であり、特にフラッシュ管の長期の寿命に渡って照度が一定な照明システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明システムの一部を断面にした正面図。

Claims (7)

1. １個以上の眼レンズ容器を収容するためのくぼみと、
   眼レンズ容器の存在に応答するトリガー手段と、
   眼レンズの像を捕らえる可変焦点レンズを有するカメラと、
   電気信号によって表示される前記カメラの像から前記眼レンズの適格性を判定する手段と、
   前記眼レンズの適格性に関係する前記信号を受け取り、不適格な眼レンズから適格な眼レンズを区別するために接続されるレンズ処分機構を有しており、前記くぼみが光源からの光を前記眼レンズを通過して前記カメラに至るように向けるために貫通孔の形態を持ち、前記眼レンズが前記光源と前記カメラの間に配置される、眼レンズ検査システムに使用される照明装置であって、
   前記光源としてのストロボランプと、
   前記トリガー手段が前記眼レンズ容器の存在に応答すると、電源が前記ストロボランプに電気的に導通されるように、前記ストロボランプおよび前記トリガー手段に接続される電源と、
   前記ストロボランプの少なくとも一部分を取り囲み、前記ストロボランプから前記カメラへの光軸の途中に開口部を有する反射器と、
   前記ストロボランプおよび前記眼レンズ容器の間に配置される拡散器と、
   前記拡散器と前記眼レンズ容器の間に配置され、前記拡散器から前記眼レンズ容器に入射する光の円錐角を制限するアパーチュアと、
   前記眼レンズを取り囲み、正の光学屈折度を有する外側レンズを形成する量の、前記眼レンズ容器中の液体とを備え、
   前記アパーチュアは前記眼レンズ容器に入射する光の量を変えるために異なった直径に調整可能であり、
   前記カメラの可変焦点レンズは前記眼レンズ容器中の前記液体の正の光学屈折度を補償し、前記カメラ内で前記眼レンズの像に焦点を合わせることができることを特徴とする照明装置。
2. 前記ストロボランプは、前記アパーチュアから離れる方向に、前記反射器の外側に及ぶ部分を備えており、前記ストロボランプの電極の蒸発により生ずる電極物質が、前記ストロボランプの前記部分に堆積して、前記ストロボランプの前記部分を暗くすることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 複数のコンタクトレンズを液体中に保持するレンズ輸送体を備え、前記液体が正の光学屈折度を有する外側レンズを形成するようになっている、コンタクトレンズ検査システムに使用される照明・撮像装置であって、
   光のパルスを発生するストロボランプと、
   前記ストロボランプに接続されて前記ストロボランプに給電する電源と、
   前記レンズ輸送体の存在に応答して、前記電源から前記ストロボランプに給電させて前記ストロボランプに光のパルスを発生させるトリガー手段と、
   前記コンタクトレンズの像を受像する、前記コンタクトレンズを基準として前記ストロボランプの反対側に配置されるカメラと、
   前記ストロボランプの少なくとも一部分を取り囲み、前記コンタクトレンズを通過して前記カメラに至るように前記ストロボランプからの光を向けて、前記カメラに前記コンタクトレンズを撮像させる開口部を有する反射器と、
   前記ストロボランプおよび前記レンズ輸送体の間に配置され、前記ストロボランプからの光を拡散する拡散器と
   前記拡散器と前記レンズ輸送体の間に配置され、前記拡散器から前記コンタクトレンズに入射する光の円錐角を制限するアパーチュアを備え、
   前記アパーチュアは前記コンタクトレンズに入射する光の量を変えるために異なった直径に調整可能であり、
   前記カメラは、前記液体の正の光学屈折度を補償し、前記カメラ内で前記コンタクトレンズの像に焦点を合わせる可変焦点レンズを有することを特徴とする照明・撮像装置。
4. 前記ストロボランプは、前記アパーチュアから離れる方向に、前記反射器の外側に及ぶ部分を備えており、前記ストロボランプの電極の蒸発により生ずる電極物質が、前記ストロボランプの前記部分に堆積して、前記ストロボランプの前記部分を暗くすることを特徴とする請求項３に記載の照明・撮像装置。
5. 前記カメラを三つの相互に直交する方向に移動できるように支持する支持手段をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の照明・撮像装置。
6. 前記支持手段は、前記三つの方向の各々について前記カメラの位置を調節するための手段を有することを特徴とする請求項５記載の照明・撮像装置。
7. 前記レンズが前記カメラを通過する間に前記レンズ輸送体を支持するための運搬レールに前記アパーチュアが形成されていることを特徴とする請求項３記載の照明・撮像装置。

Images