JP4477356B2 - オフサルミックレンズの検査システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、レンズ検査システムに関し、特に検査されているレンズの複数の画像を収集して分析することによりオフサルミックレンズを検査する自動システム及び方法に関する。
コンタクトレンズ検査システムの例が米国特許第5,500,732号明細書、第5,574,554号明細書、第5,748,300号明細書、第5,818,573号明細書及び第5,828,446号明細書に開示されている。
米国特許第5,748,300号明細書及び第5,828,446号明細書は、暗視野照明を用いて水和レンズを検査する自動レンズ検査システムを開示している。レンズは、単一段階で画像化され、それにより本明細書において開示する連続レンズ検査サイクルに寄与する。レンズの各暗視野画像は、レンズエッジだけでなく光がカメラによって画像化されるよう光の散乱を引き起こすのに十分なレンズの欠陥又は異常を露呈させることができる。
本発明の追加の利点及び特徴は、以下の詳細な説明から明らかである。
画像収集サブシステム100は、1以上の検査ヘッド110を有している。本発明の図示の実施形態では、画像収集サブシステム100は、2つの検査ヘッド110を有している。検査ヘッド110は各々、1以上の照明/画像収集システム112を有し、かかるシステムは、主要構成要素として、光源114、コンタクトレンズ(図2参照)の支持体116及びカメラ118を有している。図1及び図2に示すように、各検査ヘッド110は、6つの照明/画像収集システム112を有している。各照明/画像収集システム112は、各カメラ118がこれとそれぞれ対応関係にある光源114と光学的整列関係をなすように構成されている。換言すると、光源114から放出された光は、カメラ118のレンズに入射する。コンタクトレンズ支持体116は、検査ヘッド110により検査されるべき1以上のレンズを保持するよう構成されている。図示の実施形態では、取出しテーブル116は、検査されるべきレンズの各々がカメラ118と光源114との間を通ってカメラが検査されるべきレンズの画像を得ることができるよう回転する湾曲したテーブルである。取出し機100の図示の実施形態は、2つの組をなす6つの照明/画像収集システム112を有しているので、自動検査システム10は、一度に12個の互いに異なるレンズを画像化することができる。自動レンズ検査システム10は、毎分180個のレンズ(例えば、2秒毎に6個のレンズ)を検査することができる。
図3及び図4に示すように、照明源114は、均一又はほぼ均一のNIR照明源を提供するよう1以上のNIR発光ダイオード(LED)128(図4参照)が設けられた球形キャビティ122を備えるフレーム形ハウジング115を有している。照明源114は、レンズ画像中の照明アーチファクトを減少させるよう照明に空間的一様性を与え、NIRパス(及び可視ブロック)フィルタを用いて周囲不合格があるかどうかについてNIRスペクトル照明をもたらし、短時間で検査中のレンズの十分な露光を行うために高ピークラジアンス(放射輝度)をもたらし、そして画像化カメラ118のレンズ開口とは無関係の露光制御を可能にする外部強度制御装置を有する。
照明伝送システム116は、検査されるべき1以上のオフサルミックレンズを支持するテーブル132を有している。照明伝送システム116は、光を積分球114から出力ポート126を通り、検査されるべきレンズ136を通ってカメラ118の対物レンズ138に効率的に伝送させることができる。照明伝送システム116は、照明レンズ134及び窓140を更に有するのがよい。照明レンズ134及び窓140は、レンズ134及び窓140を保持し、テーブル132に嵌まり込むよう構成された照明インサート(図示せず)に設けるのがよい。テーブル132は、レンズ136を支持する平らな表面を有している。図示のように、レンズ136は、凸状前面136a及び凹状後面136bを有している。レンジエッジ136cが、前面136aと後面136bの接合部のところに位置している。図7により明確に示すように、レンズエッジ136cは、外縁部136d及び内縁部136eを有し、外縁部と内縁部との間の距離は、レンズの厚さを定めている。テーブル132は、レンズ136をその乾燥状態で支持するよう構成されている(例えば、レンズ136は、液体、例えば塩水又は水中に入れられていない)。図示のように、レンズ136は、レンズエッジ136cがテーブル132の平らな平面に当たって位置し、かくして凸状前面136aが凹状後面136bよりもカメラ118の対物レンズ138により近い距離のところに位置するようテーブル132上に置かれている。
画像化及び収集サブシステム100のカメラは、画像をコンピュータで分析できるようレンズ136の画像をディジタル化できることが必要である。本発明の図示の実施形態では、各カメラ118は、対物レンズ138、例えばマクロ対物レンズ及びNIR光を透過できるフィルタを備えたディジタルカメラである。許容できるカメラの一例は、ソニーから市販されているXCD−SX900ディジタル白黒カメラである。このカメラの解像力は、1280×960個の4.65μm平方の画素であるのがよい。画像化及び収集サブシステムに用いられる対物レンズを用いると、Cマウント基準から焦点面まで測定した161.5mmの公称固定作業距離で13mmの視野を得ることができる。レンズの公差を計算に入れて各レンズをスペーサ(例えば、12mm〜14mm)を用いてセットアップするのがよい。スペーサは、カメラの正確な焦点(例えば、±2mmの焦点調節範囲)を最適化するよう選択されている。検査システムで用いられるレンズの一例は、SILLオプティックス(ドイツ国ベンデルシュタイン所在)により製造されているS5 LPJ 3038 である。フィルタは、可視光、例えばNIR照明により得られるレンズの画像化を邪魔する可視光の透過を減少させ、好ましくは阻止すべきである。本発明の図示の実施形態で用いられるフィルタの一例は、厚さ3mmのSchott RG780ガラス(英国ウェールズ所在のフェニックス・オプティカル・グラス・リミテッドから市販されている)である。
画像分析サブシステム200又は検査プラットホームは、1以上のコンピュータ210を有し、これらコンピュータは、カメラ118(図5〜図7参照)により捕捉されたレンズ画像データを受け取って分析することができるよう画像収集サブシステム100と連絡状態にある。
詳細に説明すると、検査プラットホーム200は、1以上のカメラユニット220及び1以上の自動検査システムサーバ230を有している。データ入力を可能にする追加のコンピュータコンポーネント、例えばキーボート又はマウス、データディスプレイ、例えばモニタ、ネットワークスイッチ、モデム及び電源を設けるのがよい。検査プラットホーム200の構成要素は、1以上のキャビネットに納めた状態で設けられるのがよい。検査プラットホーム200の構成要素を図5に示すように互いに配線するのがよい。
検査プラットホーム200の照明制御装置240は、カメラトリガ及びLEDストローブのプログラム可能な制御を行う。RS232インタフェースにより制御を行うのがよい。本発明の図示の実施形態では、各カメラユニット220は、照明制御装置240を制御し、照明制御装置のLED出力のうち4つを用いて規定された電流及び持続時間で積分球114の照明LED128を点滅させ、スイッチ出力を用いて4つの取付け状態のカメラをトリガする(カメラトリガ基板(CTB)により)。適当な照明制御装置の一例は、ガーダソフト・ビジョン社(英国ベンドレイトン所在)から市販されているPP101 Lighting Controller である。カメラトリガ基板は、照明制御装置が電圧信号(例えば、5ボルトトリガ信号)をカメラに送ることができるようにする任意適当な基板であってよい。自動検査システムは、カメラトリガ基板をトリガすると、カメラユニットの光アイソレータのうちの1つも又トリガされて照明制御装置トリガが生じたかどうかをカメラユニットが判定し又は検出することができるよう配線されている。
位置センサを検査プラットホーム200中に配線するのがよい。位置センサは、Wenglor LD86PCV3であるのがよい。図示の実施形態では、このセンサは、センサの赤色レンズの最も近くに位置するポテンショメータを回転させてこれが完全に時計回りであるようにすることにより常開であるように設定される。下側ポテンショメータは、感度を調整し、典型的には据え付け中にセットアップされる。位置センサは、オフサルミックレンズ支持テーブルの半径方向位置を指示するのに役立つ。
自動検査システムは、オフサルミックレンズ製造プロセス中に単一の検査箇所をもたらす。乾燥し、又は非水和レンズを取り出し後に単一の状態で検査する。レンズを単一の状態で、例えば乾燥状態で検査することは、レンズの検査工程の数が減少するので自動システムでは有利である。自動検査システムは、レンズエッジの完全な画像を収集すると共にレンズエッジから間隔を置いて位置するレンズ表面の完全な画像を収集する。これら画像の各々を単独で及び(又は)まとめて検査する。両方の検査が検出可能な欠陥をもたらさない場合、レンズは合格レベルであり、次の処理ステージに移される。プロセスを所望ならば各レンズについて繰り返し行って検査の信頼性を高めることができる。本明細書における開示から理解されるように、レンズの追加の加工をレンズが検査システムによる合格後に損傷したり汚染されることの無いように行うことが必要である。
一例として、レンズ検査システム10を用いて行われる検査サイクルは、取出し機のテーブル132を回転させて取出し可能なオフサルミックレンズを画像収集サブシステム100で用いられるカメラの各々の下に配置する段階を含むのがよい。オフサルミックレンズを取出し機テーブル上に心出ししてテーブルが回転するとレンズが光源から出てカメラに至る光路中に位置するようにするのがよい。取出し機は、信号を出して画像収集サブシステム100をトリガし、それによりレンズの画像を収集する。画像収集サブシステムは、レンズエッジの画像及びレンズ表面の画像を収集することになる。1以上のコンピュータアルゴリズムを用いてレンズの画像を分析し、検査したレンズがシステムにより必要とされる基準に対して合格であるか不合格であるかを判定することができる。次に、分析結果を取出し機に送ってレンズ全体が検査に合格であったか不合格であったかを判定する。取出し機は、包装又は次の加工のために合格レベルのレンズを次のステーションに移送する前に欠陥のあるレンズをはねることができる。画像分析サブシステムは又、検査手順及び欠陥に関する詳細な報告を作成することができる。
次に、カメラユニット220によって得られた画像に関するデータを画像サーバ230に送るのがよく、この画像サーバは、画像に関するデータ結果を記憶し、検査データを照合し、SCADAシステムと通信し、画像データを分析してプロセス最適化及び理解を助け、1以上の遠隔コンピュータと通信する。
カメラユニットは、ディジタル化画像を含む画像データを記憶し、そして望ましくない又は使用されなかったデータファイルを自動的且つ定期的に削除する1以上のプログラムを更に有するのがよい。
自動検査システムサーバのウェブサーバコンポーネントは、オペレータが検査結果がカメラユニットによって報告されているときに検査結果を見ることができるようにするインタフェースとなる。ユーザは、診断結果、ロット結果及び最近の画像を検査すると共にAISシステムのイベントログを表示する能力を有するのがよい。
本発明にしたがって用いられる特定のアルゴリズム及びソフトウェアプログラムは、当該技術分野において理解されるように、任意の従来プログラミング言語及び規則を用いて実行できる。実際に実施された本発明の実施形態では、検査アルゴリズムは、C又はC++でプログラムされている。用いられる特定のパラメータ及びアルゴリズムは本発明の精神から逸脱することなく様々であってよいが、パラメータとしては、レンズを取り囲む画像の面積、レンズエッジを追跡する基準、欠けたレンズを不合格にする基準、不良レンズ画像を不合格にする基準、歪んだ又は位置合わせ不良の画像を不合格にする基準及びレンズエッジ欠陥を不合格にする基準が挙げられるが、これらには限定されない。
かくして、本明細書において開示した検査システムは、オフサルミックレンズエッジを走査し、それにより偽りの不合格率を減少させると共に欠陥のあるレンズを合格させる率を減少させるという利点、2以上の画像において欠陥があるかどうかについてレンズを検査することにより欠陥検出が向上するという利点及び検査結果に基づいてレンズ欠陥に関する診断を向上させることができるという利点がある。
Claims (20)
- 自動オフサルミックレンズ検査システムであって、
(a)それぞれが光軸を有する第1のディジタルカメラ及び第2のディジタルカメラ、及びオフサルミックレンズとの接触面を提供する平らな表面を有するオフサルミックレンズ支持体を備えた画像収集システムを有し、
画像収集システムにおいて、オフサルミックレンズをオフサルミックレンズ支持体の平らな表面上に位置決めし、第1のカメラ及び第2のカメラのピントが互いに異なる時点でオフサルミックレンズに合わされ、第1のカメラ及び第2のカメラのピントはオフサルミックレンズのエッジと表面の両方に同時には合わされず、
第1のカメラは、第1のカメラのレンズをオフサルミックレンズのエッジに合焦させてオフサルミックレンズのエッジ全体の単一の画像が得られるようオフサルミックレンズから距離を置いたところに位置決めされ、さらに、第1のカメラの光路がオフサルミックレンズを支持する平面に垂直に差し向くように位置決めされており、
第2のカメラは、第2のカメラのレンズをオフサルミックレンズのエッジから間隔を置いて位置するオフサルミックレンズの表面に合焦させてオフサルミックレンズエッジから間隔を置いて位置するオフサルミックレンズの表面の単一の画像が得られるようオフサルミックレンズから距離を置いたところに位置決めされ、さらに、第2のカメラの光路がオフサルミックレンズを支持する平面に垂直に差し向くように位置決めされており、
(b)第1のカメラ及び第2のカメラによって異なる時点でそれぞれ得られたオフサルミックレンズのエッジの画像及びオフサルミックレンズのエッジから間隔を置いて位置するオフサルミックレンズの表面の画像を自動的に検査する1以上のプログラムをもつ少なくとも1つのコンピュータを備えた画像分析システムを有している、
ことを特徴とするシステム。 - 第1及び第2のカメラは各々、単一の焦点面のところに位置決めされた単一カメラだけで得られる画像の清澄性に対しオフサルミックレンズのエッジ又はオフサルミックレンズのエッジから間隔を置いて位置するレンズ表面の明瞭な画像が得られるようレンズの一部に合焦するよう位置決めされていることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 第1及び第2のカメラは、オフサルミックレンズを通過した近赤外光を受け取るよう構成されていることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 少なくとも1つのコンピュータは、カメラにより得られた画像を受け取るよう第1及び第2のカメラと通信状態にあることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 少なくとも1つのコンピュータは、オフサルミックレンズのエッジとオフサルミックレンズのエッジに隣接して位置する背景のコントラストの変化を吟味することによりオフサルミックレンズのエッジの外縁部及び内縁部を追跡するよう構成されたエッジ追跡プログラムを有していることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 少なくとも1つのコンピュータは、オフサルミックレンズのエッジの画像及びオフサルミックレンズのエッジから間隔を置いて位置するオフサルミックレンズの表面の画像中に検出された欠陥を分類するよう構成された少なくとも1つのプログラムを有していることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 少なくとも1つのコンピュータによって検査される画像は、コンタクトレンズのエッジの画像及びコンタクトレンズのエッジから間隔を置いて位置するコンタクトレンズの表面の画像であることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- オフサルミックレンズを自動的に検査する方法であって、
(a)オフサルミックレンズ支持体上にオフサルミックレンズを準備する段階であって、オフサルミックレンズはそのエッジがオフサルミックレンズ支持体と接触し、オフサルミックレンズは、光源と、第1のカメラとの間の光路中に配置され、第1のカメラは、オフサルミックレンズの一部に合焦する対物レンズを有し、前記光路は、オフサルミックレンズを支持する平面に垂直に差し向けられ、前記オフサルミックレンズの一部は、オフサルミックレンズのエッジ全体又はレンズのエッジから間隔を置いて位置するオフサルミックレンズの表面全体であり、前記対物レンズは、オフサルミックレンズのエッジと表面の両方には合焦させられず、
(b)合焦状態にあるオフサルミックレンズの前記一部のディジタル画像を得る段階と、
(c)段階(a)において合焦状態から外れたオフサルミックレンズの前記一部が合焦状態になるように、オフサルミックレンズを支持する平面に垂直に差し向けられた光路を有する第2のカメラの下にオフサルミックレンズを位置決めする段階と、
(d)段階(c)において合焦状態にあるオフサルミックレンズの前記一部のディジタル画像を得る段階と、
(e)前記ディジタル画像を自動的に分析する少なくとも1つのコンピュータを使用して、オフサルミックレンズのディジタル画像を欠陥があるかどうかについて検査する段階とを有していることを特徴とする方法。 - オフサルミックレンズは、凸状前面及び凹状後面を有するコンタクトレンズであり、コンタクトレンズは、凸状前面が凹状後面よりもカメラの対物レンズの近くに位置するようオフサルミックレンズ支持体上に配置されることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記位置決め段階は、オフサルミックレンズ支持体を動かしてオフサルミックレンズが段階(a)において合焦状態から外れたレンズの一部に合焦された対物レンズを有する第2のカメラの下に位置決めされるようにする段階から成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 段階(c)は、段階(b)で用いられたカメラを動かしてカメラの対物レンズが段階(a)において合焦状態から外れたオフサルミックレンズの前記一部に合焦されるようにする段階から成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- ディジタル画像は、画素から成り、段階(e)は、ディジタル画像のエッジ周りの画素の強度を測定することによりレンズのディジタル画像のエッジを追跡する段階から成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 段階(e)は、オフサルミックレンズのエッジの外縁部及び内縁部を追跡する段階から成ることを特徴とする請求項12記載の方法。
- 段階(e)は、レンズのエッジを表す画素と隣接の画素のコントラストの差を検出する段階を含み、所定閾値を超えるコントラストの変化は、欠陥として分類されることを特徴とする請求項12記載の方法。
- 段階(e)で検出された欠陥を分類する段階(f)を更に有していることを特徴とする請求項12記載の方法。
- 段階(b)は、光源から放出され、オフサルミックレンズを透過した近赤外光を受け取る段階から成ることを特徴とする請求項12記載の方法。
- オフサルミックレンズを自動的に検査する方法であって、
(a)オフサルミックレンズのエッジにピントが合わされ、かつオフサルミックレンズを支持する平面に垂直に差し向けられた光路を有するカメラにより、オフサルミックレンズのエッジの完全な画像を得る段階であって、オフサルミックレンズはそのエッジが、該オフサルミックレンズが配置されるオフサルミックレンズ支持体に接触し、
(b)オフサルミックレンズのエッジから間隔を置いた位置にピントが合わせられ、かつオフサルミックレンズを支持する平面に垂直に差し向けられた光路を有するカメラにより、オフサルミックレンズの凸状面の画像を得る段階と、
(c)段階(a)及び段階(b)の画像を画像の自動的に分析のために少なくとも1つのコンピュータに伝送する段階とを有していることを特徴とする方法。 - オフサルミックレンズは、コンタクトレンズであり、コンタクトレンズの画像は、非水和状態のコンタクトレンズの画像であることを特徴とする請求項17記載の方法。
- オフサルミックレンズのエッジの画像は、内縁部及び外縁部を有し、内縁部及び外縁部を少なくとも1つのコンピュータと共に提供されるソフトウェアにより追跡する段階を更に有していることを特徴とする請求項17記載の方法。
- 少なくとも1つのコンピュータにより検出された欠陥を分類する段階を更に有していることを特徴とする請求項17記載の方法。
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