JPH10507272A - コンピュータビジョン検査ステーション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レンズ検査システム(10)は、レンズ(20)の平面およびエッジイメージビューをキャプチャし、イメージを表す画素データ信号を供給する、２つのカメラ(50、51)を有している。平面イメージおよびエッジイメージに対応する画素データ信号は、コンピュータ(70)によって分析される。コンピュータは、画素データ信号を用いて、イメージの外周、外周上画素への半径長、およびレンズ(20)の面取り角度を計算する。これらデータはメモリ(710)内に格納されたデータと比較され、視覚的ディスプレイ(74)がイメージと格納されたデータとの差を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】 コンピュータビジョン検査ステーション 本発明は一般に検査システムに関し、特に、レンズのためのコンピュータ検査 システムに関する。 発明の背景 レンズエッジング機械は当該分野において周知であり、異なるタイプのものが 米国特許第4,870,784号および第5,148,637号に記載されている。レンズは、所望 の光学的焦点力(focusing power)に基づいた所定の曲率を有するブランク(blank )から、形成される。眼科用レンズの曲率は、矯正的焦点力を提供する。色付き 眼鏡あるいはサングラスのレンズ曲率は、典型的には矯正的焦点力を提供しない 。レンズブランクを所望の曲率で形成した後、ブランクからレンズを眼鏡のフレ ームに適合する形状に切り出す。これは、所望のレンズ形状に達するまでブラン クにエッジング−−すなわち砥石車(grinding wheel)などのエッジング工具を用 いてレンズのエッジを研磨すること−−を施すことにより、達成される。レンズ が眼科用途のものである場合、エッジングプロセスは、米国特許第4,870,784号 に記載されたタイプのレンズエッジング機械を用いて行い得る。このタイプは、 砥石車に設けられた溝を用いることによりレンズエッジの面取り(bevel)を行う 。レンズエッジに設けられた面取り部(bevel)により、レンズが眼鏡またはサン グラスのフレームにしっかりはめ込むことが可能になる。非眼科用レンズの加工 に典型的に用いられる別のタイプのレンズエッジング機械では、砥石車に設けら れた尖部(apex)を用いて、レンズエッジを面取りする。両タイプのレンズエッジ ング機械とも、レンズブランクを砥石車に対して回転させる。レンズブランクが 回転されると同時に機械は、レンズブランクの中心と車との間の変位を変化させ ることにより、レンズの所望の形状を達成する。 エッジングプロセスの完了後、レンズに対して最終検査工程を行う。検査にお いて、そのレンズの作成に用いた設計パラメータに対してレンズを比較する。そ のようなパラメータは、主軸および副軸(major and minor axes)の長さ、エッジ ングの周囲長、周囲上の各ポイントにおけるレンズの曲率半径、およびレンズの 周囲エッジの面取り角度(bevel angle)などを含む。検査プロセスは通常手動操 作であり、訓練された検査士が、製造されたレンズのロットの１サンプルを設計 基準に対して比較する。 より具体的には、アイプレート(eye plate)およびレンズ縁(eye wire)を用い てサイズを測定する。測定器具は最初は、硬化鋼アイプレートを、各検査ステー ション毎における各スタイルに対して１つ用いることにより、ゼロに設定される 。次に、レンズ縁を測定したいレンズ上にはめ込み（これによりプロセス中にレ ンズを損傷する可能性が発生する）、読みとりを行う。同じレンズを異なる検査 士が繰り返して測定すると、その測定値は、許容サイズ範囲の５０％以上変化し 得る。次に面取り角度をチェックするが、これを行うためには５倍比較器(five- times comparator)を使用することが必要である。比較器は、レンズエッジの拡 大イメージを観察することのできる拡大器であり、高度な分度器程度のものを用 いることにより、面取り角度が測定される。検査プロセスはかなり主観的なもの であり、頂部が丸められたレンズ(rounded apex lens)の場合は特に主観的であ る。頂部位置もまた、イメージを基準線に揃え、読みとり値をゼロに設定して面 取り部のエッジを横切るように回すことにより、５倍比較器上でチェックされる 。この測定方法の精度は、仕様サイズを考慮するとかろうじて十分な程度でしか なく、効果的な分析を行うためには経緯線網(graticule)を有する７倍ループを 使用する必要があり、これによって得られる精度は許容範囲の±２５％である。 最後に、レンズを５×シャドウグラフ機上に載置して形状を確認する。５×シ ャドウグラフ機械は、レンズの拡大イメージを設計図上に投影する。まず対応す る設計図がファイルから検索され、実験台上に載置される。やはり訓練された検 査士が主観的能力を用いて、レンズが設計図上の真線に十分正確に対応している か否かを決定する。操作者は、カリパスを用いて影の端と真線との間の距離を測 定する。真線は少なくとも10/1000インチの幅を有するため、検査士はしばしば 形状曲線を正確に測定することに失敗する。 このように、現在の手動プロセスによる検査は時間がかかり、信頼性が低く不 正確であり、しばしば無視されることがある。これは、誤差がタイミングよく検 知されずまた訂正処理がしばしば遅れるため、製造プロセス全体にマイナス影響 を及ぼし、後者は、レンズがフレームに適合しないために捨てなければならない ような場合、実質的な損失につながる。 発明の要約 本発明によれば、検査プロセスが自動化され、コンピュータ制御することがで き、効率的高精度かつ高信頼性になる。操作者がレンズを検査ステージに載置す ることにより、短い時間の後、レンズの全ての要素のフル読みとり値が簡潔なフ ォーマットで呈示される。読みとり値は赤／緑、合格／不合格システムを用いて カラーコード化され、未熟練の操作者であってもレンズが設計仕様に適合してい るか否かを確かめることができる。この損傷のない自動化取り扱いシステムは、 全ての研磨されたレンズの高速な検査を可能にする能力を有する。 本発明は、サイズおよび形状特性の自動コンピュータ化されたフィードバック を、レンズを作成したコンピュータ数値制御化レンズエッジャに提供することが 可能である。このようにしてレンズ検査ステーションは、仕様からの逸脱を、そ のような逸脱のせいで仕様範囲外のレンズになってしまう前に実質的に解消する 、閉ループ製造プロセスを提供することができる。このように、本発明によれば 、操作者が介入する必要なしに一貫したレンズを作成する、完全に自動化された プロセスを提供することができる。 インテリジェントビジョンシステムにより、回転ペグの上部に加工された検査 ネスト上にレンズを載置する際に、検査領域に入った操作者の手を検知し、ペグ の中央を通る空気流をオンする。この空気流は、２つの目的を果たす。第１に、 この空気流により、ネストおよびレンズ表面の両方から、レンズ損傷につながる ようないかなる粒子(grit)も一掃する。第２に、この空気流はエアベアリングと して機能し、レンズがレンズの重心位置でペグ上に止まることを可能にする。次 にレンズに対して吸引を行うことにより、検査プロセスの間レンズをしっかりと ネストに対して固定する。次にレンズを２回転させ、その間に完全な検査プロセ スを実行する。データを次にコンピュータスクリーンなどのディスプレイに対し て出力する。このように、操作者の関与は最小限にとどめられ、全く操作の訓練 の必要がない。 本発明は、最新技術と高度な数学的分析とを組み合わせている。高い解像度CC Dカメラを、高速画素クロックフレーム把握器ボード(frame grabber board)とと もに用いる。２つのカメラは、ステージ上で回転するレンズの平面図および立面 図をキャプチャする。キャプチャされたイメージを、アナログ−デジタルコンバ ータによりデジタル画素信号ストリームに変換する。画素信号は、メモリに格納 されるか、オンラインで処理されて、レンズの形状およびサイズ、面取り部プロ フィール、ならびに頂部および面取り角のサイズおよび位置を表すデータ信号を 提供する。画素プロフィールに対してＳ字形カーブ適合(sigmoid curve fit)を 適用するため、カーブ適合の有する従来の線形補間に対する優位性などにより、 高精度のサブ画素補間が可能になる。 本発明のシステムの較正は自動的に行われ、操作者が２つの金属較正ディスク をステージに載置することのみを必要とするものであり、従ってセットアップ時 間および訓練が最小化される。 このように、本発明は、レンズ製造者のプロセス要求に合わせた強力かつ柔軟 な測定システムを提供する。新しいレンズスタイルはプログラムされレンズエッ ジャによって切り出されると同時にチェック可能になり、新しいスタイルの導入 においてかつてない自由度とスピードを可能にする。 図面の説明 図１は、典型的なレンズの平面図である。 図２は、図１のレンズの端面図である。 図３は、図１のレンズの概略図であり、ある角度位置における曲率半径長を示 している。 図４は、レンズ検査システムの概略図である。 図５は、カメラ５０のフィールド図である。 図６は、カメラ５３のフィールド図である。 図７は、図４の一部の拡大イメージである。 図８は、図５の一部の拡大イメージである。 図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、較正ディスクの図である。 図１０は、エッジ１８の高拡大された一部分を示す。 図１１は、ネスト上のレンズの部分図である。 図１２は、ネスト上のレンズの部分平面図である。 詳細な説明 図１を参照して、レンズ２０は、エッジ１８を有している。図２に示すように 、レンズ２０は光軸２４を有しており、主面２２は軸２４に対して実質的に法線 方向である。レンズ２０の面２２および２３の曲率は異なり得る。エッジ１８は 面取りされた面１８ａ、１８ｂを有する。頂部角度２６は、各面の延長線１８ａ ｌおよび１８ｂｌの間に形成される角度である。図３を参照して、レンズ２０は 周囲１６を有しており、周囲上のいかなる点Ｐも、角度θにおける光学中心２４ からの半径距離によって、定義され得る。 図４を参照して、レンズ検査システム１０を説明する。図示のように、レンズ 検査システム１０は、レンズ２０を載置するネスト３０を有している。好適な実 施態様において、レンズ２０は凹面側を上にしてネスト３０上部に載置される。 ネスト３０は、駆動ベルト３５および駆動モータ３４の作用により軸２５周りに 回転するように構成される。図１１、１２および１３に示すように、ネスト３０ は、レンズ２０がネスト３０の軸２５に対して偏心して回転するようにレンズ２ ０をネスト３０上に受ける、垂直に延びたペグ９を有している。ネスト３０の表 面オリフィス（不図示）に、流体導管３９がその終端を有している。導管３９は 、圧力下において流体を運搬するか、あるいはオリフィスの端部において真空を 形成する。導管３９は、ニップル３２および第２の導管３３を介して、真空／圧 力源１２に結合されている。モータ３４は、自身に対する制御信号を運ぶ制御ラ イン４０を有している。同様に、真空／圧力源１２は、同様に自身に対して制御 信号を運ぶ制御ライン４１を有している。エンコーダ３０１は、ネスト３０の角 度位置を表す信号を、信号ライン３０２上に供給する。 レンズ２０上方の、ネスト３０の軸２５から若干ずれた位置に、第１のCCDカ メラ５０が位置する。図５に示すように、カメラ５０はイメージフィールド８２ を有しており、レンズ２０の平面図のイメージ８０をキャプチャする。図６に示 すように、第２のCCDカメラ５１が軸２５に対してほぼ垂直に設けられており、 レンズ２０のエッジ１８のイメージをキャプチャする。カメラ５０および５１の 両方とも、レンズ２０の平面および端面イメージの第１および第２の映像信号を 各々示す一連の出力信号を生成する。これらのイメージは、信号出力ライン５２ 、５３を介して運ばれる。 ライン４０、４１上の制御信号およびライン５２、５３上の第１および第２の イメージ信号は、コンピュータ７０に結合される。コンピュータ７０は、一般的 にはマザーボード（不図示）上に実装された中央処理ユニット７１を有している 。コンピュータ７０はまた、リードオンリーメモリ（ROM）７２、ランダムアク セスメモリ（RAM）７３およびディスクドライブなどのアーカイブメモリ７１０ を含む、１つ以上のメモリを有している。ROM７２およびRAM７３は、各々バス６ ６、６７を介してCPU７１に結合されている。第１および第２の入力イメージ信 号５２、５３は、フレーム把握器ボード６３上に実装されたＡ／Ｄコンバータ６ ０、６１にそれぞれ結合される。Ａ／Ｄコンバータ６０、６１は、カメラ５０、 ５１のアナログ映像出力をデジタル信号に変換し、これらデジタル信号はCPU７ １に入力される。または、アナログ信号の代わりにデジタル信号を送信するカメ ラを用いてもよい。CPU７１はマイクロプロセッサであってもよく、または、デ ジタル信号を扱うことができこれらの信号に対して算術演算および論理的演算を 行うことが可能な任意の適切な装置であり得る。システム１０において、CPU７ １はメモリ７２および／または７３内に格納されたソフトウェアを有し、Ａ／Ｄ コンバータ６０、６１からの入力信号に対して演算を行ってこれら信号を処理す る。 CPU７１は、視覚的ディスプレイ７４に結合された出力ライン６５を有してい る。視覚的ディスプレイ７４は、ビデオディスプレイ端末または、液晶ディスプ レイその他の任意の適切な視覚的ディスプレイであり得る。ディスプレイ７４中 に、レンズの平面図７５を示している。斜線部７６は、レンズ２０の、所望のレ ンズ形状の所定のレンズプロフィールに対応しない領域を示している。 図５〜８も同時に参照して、カメラ５０は、レンズ２０の少なくとも部分的な 平面プロフィールイメージ８１を含んだ、イメージフィールド８２をキャプチャ する。同様に、CCDカメラ５１は、プロフィールまたはエッジイメージ９１を示 す、イメージフィールド９２内のイメージをキャプチャする。イメージフィール ド８２は、複数の画素を有している。画素８４のうちいくつかはバックグラウン ド画素を構成している。他の画素８３は暗く、レンズの平面イメージ８１に対応 している。同様に、イメージフィールド９２は、複数のバックグラウンド画素９ ４ならびに、エッジ１８のイメージデータを提供する画素９３を有している。 CCDカメラ５０、５１は、任意の時刻においてバックグラウンド画素８４、９ ４およびイメージすなわちフォアグラウンド画素８３、９３を含む複数の画素を キャプチャする。各カメラ５０、５１は、所定の時間量の後に閉じる機械的また は電子的開口部を有している。開口部（不図示）が閉じられると、電荷結合され た信号が、ライン５２、５３を介して各Ａ／Ｄコンバータ６０、６１に出力され る。Ａ／Ｄコンバータ６０、６１は、アナログCCD信号を複数のデータ信号に変 換する。データ信号は、ビットマップ化メモリに格納される。 CPU７１は、適切なソフトウェアの制御下において、第１および第２の入力デ ータイメージ信号を、格納されている第１および第２のデータイメージ信号に対 して比較する。このようにして、平面イメージのデータイメージ信号は、ディス クドライブ７０１中の第１の格納された平面イメージデータ信号に対して比較さ れ、レンズ２０のエッジの第２のデータイメージは、ディスクドライブ７０１中 の第２の格納されたエッジイメージデータ信号に対して比較される。この比較の 結果、出力イメージ信号が出力ライン６５上に供給され、視覚的ディスプレイユ ニット７４に送られる。視覚的ディスプレイユニット７４において、イメージ７ ５の領域７６は、実際のレンズ２０がどのように所望のレンズから逸脱している かを示している。 動作中において、真空および流体源２２はアイドル状態では、少なく安定な流 体流がオリフィス３８を通して排出されるように維持する。操作者がネスト３０ に接近し、レンズ２０を、面２２がオリフィス３８を覆うように載置する。カメ ラ５０は、そのビューフィールドにおける動きを感知する。感知された動きに応 答して、CPU71は圧力／真空供給源１２を駆動して圧力を増加させ、レンズ２０ をネスト３０上に持ち上げ、レンズ２０をオリフィス３８上で自らセンタリング されるまで回転させる。すると、圧力／真空源１２は圧力を減少させ、レンズ２ ０を下ろして真空を形成することにより、レンズ２０をネスト３０の表面に保持 する。レンズ２０がネスト３０の表面に固定された状態で、CPU71は制御ライン ４０を介して信号を送ることによってモータ３４をオンにし、ベルト３５を駆動 してネスト３０を回す。ネスト３０が回るにつれ、レンズ２０はCCDカメラ５０ 、５１のビューフィールド８２、９２中を回転する。CCDカメラ５０、５１は、 所与の時刻において各フィールドでキャプチャされたイメージのアナログ信号を 生成する。これらのアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ６０、６１によってデジ タル信号に変換され、デジタルデータ信号はCPU７１に供給される。CPU７１は、 入力イメージ信号を、レンズ２０の平面および端部の所定形状を表す所定の信号 に対して比較する。そのような所定の形状信号は、RAM７３に格納されている。 入力データ信号を格納されたデータ信号に対して比較した後、CPU７１は出力ラ イン６５を介して比較信号を視覚的ディスプレイユニット７４に出力する。プロ セスが完了すると、レンズ２０が除去されて次のレンズがネスト３０上に載置さ れるまで、システム１０はアイドル状態を維持する。 以下の記載において、CPU７１がCCDカメラ５０、５１からのデータを分析する 様子を説明する。カメラ５０、５１は、毎秒３０個のイメージ（フレーム）をキ ャプチャし、これら３０個のフレームは、Ａ／Ｄコンバータ６０、６１に送信さ れる。出力されたデジタルフレームデータ信号は、RAM７３に格納される。各Ａ ／Ｄコンバータ６０、６１は、オンボードメモリ６００、６１０をそれぞれ有し ており、これらはカメラ５０、５１によってそれぞれキャプチャされたデータの フレーム把握器として機能する。メモリ６００、６１０は各々４メガバイトのRA Mを有していることによって、各々イメージを保持することが可能であり、CPU７ １は保持されたイメージに画素単位でアクセスすることが可能になっている。各 キャプチャされたイメージは、以下のように分析される。 システム１０の動作は、レンズ２０の特徴を正確に測定することは不可能であ り、カメラ５０、５１、光軸２４および回転軸２５は正確に位置合わせされ得な いことを、前提としている。従って、システム１０はそのような不正確性を前提 とし、ROM７２内に格納されたコンピュータ７０を動作させるコンピュータプロ グラムによって、これらを考慮する。システム１０はレンズのイメージをキャプ チャし、レンズの主要特徴に対応するレンズデータを保持しているハードディス ク７１０に格納されたデータベースを検索し、イメージの特徴を選択されたレン ズデータに対して比較し、イメージとレンズデータとの間の変分を視覚的に表示 する。 測定データをレンズデータセットに対して比較する前に、位置合わせ不良に対 しての較正補正がなされる。レンズデータの光学中心はしばしばネスト３０の軸 と一致していないことが、見いだされている。すなわち、ネスト３０上のレンズ ２０はわずかに傾いている。メモリ７１０内のアーカイブレンズデータはネスト ３０の回転軸に対して位置合わせされたレンズのデータであるため、適切なソフ トウェアルーチンによってレンズデータを３次元方向に回転させることにより、 レンズ特徴付けデータの光軸をネスト３０の回転軸に対して位置合わせする。こ のような位置合わせ補正は、レンズデータをその光軸周りに回転させ、レンズデ ータをｘｙ平面上で移動させることにより、レンズデータとアーカイブデータと をなるべく正確に一致させる。このような位置合わせ補正は、システム１０の初 期較正により、容易になる。 システム１０は、図９に示す一対の薄い較正ディスク１９１、１９２を用いて 較正される。ディスク１９１、１９２は円形であり、ディスク１９１はＤ１、１ ９２はＤ２というように異なる直径を有している。Ｄ１はＤ２よりも小さい。Ｄ １はネスト３０上に載置され、故意に中心からずらされることによって、その後 回転した際に、カメラ５０のイメージフィールド８２に偏心パスを描くようにす る。ディスク１９１の半径Ｃ１がわかっており、角度位置θがエンコーダ３１０ からわかっており、カメラ５０のフィールド８２内の任意の画素のｘ、ｙ座標も わかっているため、簡単な計算により、ネスト３０の回転中心２５の座標が、使 用者に提供される。各ディスク１９１、１９２は２回転以上回転され、各回転中 においてネスト回転の中心の計算が数回行われる。次に、例えば１／４インチな どの厚さのわかっているスペーサ１９４をネスト上に載置して、各ディスク１９ １、１９２を再び２回転以上偏心回転させ、各回転毎につき数点の角度位置にお いて測定を行う。スペーサ１９４は、ｚ軸効果に関する情報を提供する。異なる 見かけ厚さに対するデータを収集することにより、実際のレンズの有する魚眼効 果を考慮するためにシステム１０を較正する。４回転からのデータを用いて回帰 計算を行うことにより、ネスト３０の回転中心２５の、カメラ５０のイメージフ ィールド８２に対する座標位置を生成する。イメージフィールド８２はレンズ２ ０全体のイメージよりも実質的にサイズが小さいため、フィールド８２中のイメ ージの測定精度が大きく向上する。 較正動作はまた、システム１０の要素に固有の物理的不完全性を補正して、か つ、ネスト３０の回転中心などの重要な位置を見いだすために用いられる幾何学 的パラメータを、コンピュータ７０に対して提供する。幾何学的パラメータは典 型的にはハードディスク７１０上に格納され、コンピュータ７０からアクセスが 可能である。これらのパラメータは、（１）CCDカメラ５０のレンズ中心とネス トとの間の距離、（２）カメラレンズおよびレンズ調整に依存するカメラ５０の 逸脱角度(angle of diversion)、（３）動的しきい値となる、明暗を区別するた めの開口部の設定、および、（４）カメラが完全に下方を向いていることはない ために生じる、カメラの傾き角度を含む。特に、イメージ８０は２平面上におい て歪められるため、ROM７２内のコンピュータプログラムは、２方向の傾き角度 を知る必要がある。 カメラ５１は、そのフィールド９０内においてレンズ２０のエッジプロフィー ルの一部をキャプチャする。較正工程の結果、ネスト３０の回転中心２０がわか っている。フィールド９２内のイメージは、回転中心２５および面取り角度２６ から頂部２７の位置を導き出すために用いられる。面取り角度２６は、フィール ド９２内のイメージのエッジ画素の座標位置から計算され得る。ディスクドライ ブ７１０上に格納されたレンズデータは、レンズの光学中心に対しての頂部の位 置を有している。従って、格納されたレンズデータは、フィールド９２内のイメ ージに対応するプロフィールデータに変換される。格納されたレンズデータは、 シャドウイメージデータを計算する適切なサブルーチンによって、変換される。 このシャドウイメージデータは、アーカイブデータ通りに作成されたレンズが、 カメラ５１のレンズ中心からカメラ５１のイメージ平面に投射された光によって 照明されたときに形成するはずのシャドウイメージである。すなわち、サブルー チンは、フィールド９２内に現れるイメージに対応するデータ信号の１セットを 構築するために、アーカイブレンズデータを用いる。実際のイメージのデータ画 素信号とシャドウデータイメージ信号との差を、下記のように比較する。 レンズ２０がネスト３０上に載置されると、レンズはカメラ５０のフィールド ８２中を通過する。次にコンピュータ７０はフィールド８２中のイメージからの 画素データ信号に演算を行い、ネスト３０の回転中心２５に比較したレンズ２０ のエッジ１８の半径の１セットを、抽出する。周囲を算出するために、エッジ上 のポイントをサブ画素レベルの精度で測定し、ｒ、θ、ｚ座標に変換する。次に スプライン(spline)を、スプライン堅さ(spline stiffness)を調節するための適 切な変形を施して、この３次元データに当てはめる。スプライン堅さは、レンズ 縁がレンズに巻かれたときの屈曲性能を近似するように、調節される。これを行 うために、ROM７２中のコンピュータプログラムは、RAM７３またはハードディス ク７１０上に格納された、このようなパラメータに関する較正データにアクセス する。カメラ５０によってキャプチャされたイメージ８０が分析され、イメージ から、イメージ上の様々なポイントにおける真の半径の１セットを抽出する。図 ４を参照して、機械的エンコーダ３１０が、ネスト３０の回転位置を表す出力信 号を供給する。ネスト角度位置信号がコンピュータ７０に供給され、RAM７３内 に格納される。エンコーダ位置間の読みとりは、回転速度が一定であると仮定し た上で補間される。このようにして、複数の角度位置においてレンズの半径が算 出される。いずれの位置における半径の測定値も、レンズの角度位置とともにメ モリ内に格納される。レンズのキャプチャされたイメージおよびその角度位置お よび回転速度に関する情報を用いて、様々な半径が算出され、データダブル(dat a double)の１セットとして格納される。各データダブルは、ある角度位置にお けるレンズの半径を含んでいる。レンズの初期位置を基本位置として選択し、そ の後の角度位置を基本位置に対して比較する。レンズ２４の光学中心とネスト３ ０の回転中心２５との間には差があるので、更なるサブルーチンにより、測定さ れた半径データおよび角度位置を、光学中心に対応した半径および角度位置に変 換する。 カメラのレンズ自体が、カメラの網膜によってキャプチャされたイメージを歪 めることが知られている。魚眼効果として知られるこのような歪みは、コンピュ ータプログラム内のソフトウェアによって補正される。魚眼効果を考慮すること によって、フィールド内においてレンズエッジの垂直高さが変化することに関わ らず、全位置におけるレンズの真の半径を得ることができる。この点に関して、 レンズ２０が回転するにつれてカメラ５０とレンズ２０のエッジ１８との間の距 離が変化すること、すなわちエッジ１８は時にはカメラ５０に近づきまた時には カメラ５０から遠ざかることが、当業者には理解されるであろう。レンズは形状 湾曲と基本湾曲の両方を有するため、レンズ２０のエッジ１８は時にはカメラフ ィールドの中心８４に近づきまた時にはカメラフィールドの周囲８５に近づく。 このように、真の回転位置における真の半径を得るためには、３次元カメラフィ ールド全体を正確にモデル化することが必要である。システム１０は、レンズ２ ０のイメージを毎秒３０個キャプチャし、レンズ２０を６秒間回転させて、レン ズの180〜200個のイメージを生成することによって、このモデル化を達成する。 各イメージから、システム１０は約１０個の半径を得、検査の終わりには、半径 が測定されたわかっている回転角度に対して、1800〜2000個の半径が蓄積される 。これはレンズをまったく特徴付け得るものである。 分析の次の工程はレンズ認識である。レンズ認識においては、レンズデータを 分析して、レンズの主軸の長さ(magnitude)、レンズの副軸の大きさ、およびエ ッジ１８付近の局所的な曲率変化を得る。認識データは、ディスクドライブ７１ ０内のアーカイブデータの１ディレクトリ中に格納された対応データに比較され ることにより、レンズを認識し、レンズのスタイルを認識し、またレンズのキラ リティ(chirality)、すなわちレンズが左レンズであるか右レンズであるかを認 識する。 例えば、図１のレンズについてコンピュータが受け取り計算したデータが生じ る測定値は、主軸1.75インチ、副軸1.25インチ、および最高曲率を有する３つの 半径である。このような半径は典型的には、着用者のこめかみ、鼻、および頬に 近いレンズ領域の半径である。この例において、上記３つの半径はこめかみ、鼻 、および頬のカーブについて0.875インチ、0.9375インチ、0.75インチであると 仮 定する。このような測定値によりレンズ分類データが構成され、通常は異なるレ ンズにおいてこのデータは異なっている。コンピュータ７０は、測定されたレン ズの分類データを、ハードディスク７１０上にレンズデータセットＬ１、Ｌ２、 Ｌ３...ＬＮとして格納されている異なるレンズ設計の分類データに対して、比 較する。各レンズデータセットはまた、各レンズ設計の外周の周囲長(periphera l length circumference)を有する。測定された分類データに最も近い分類デー タを有するレンズデータセットが、当該分野で周知の比較サブルーチンによって 決定される。または、測定された仕様データをデータセットのうちの１つと比較 するように、操作者がコンピュータ７０をプログラムしてもよい。従って、測定 されたレンズがレンズデータセットＬ７に対応して設計されたことを操作者がわ かっている場合は、測定されたデータはレンズデータセットＬ７と比較され、コ ンピュータ７０は、主要測定特徴が最も近く対応する他のデータセットを検索し ない。 次の工程は、レンズ特徴データを選択されたアーカイブレンズデータと比較す ることによって２つのデータセット間の差を決定することである。システム１０ は、アーカイブレンズデータセットと測定されたレンズ間の半径の最大差を、正 （「突出(extrusion)」）および負（「貫入(intrusion)」）の両方に関して、測 定する。この時点において、レンズの頂部表面のギザ(chip)に関しての、更なる 補正を行う。 頂部におけるギザは、レンズの周囲の測定値に誤差を生じさせる。レンズの周 囲は、レンズの面取り面(bevel surface)９１によって定義される。図１０に示 すように、面取り面９１は、面９１のギザ９０１、９０２のために不規則である 。砥石車に埋め込まれた鋭いダイヤモンドの先端でレンズが研磨される際に、面 ９１にギザが生じる。従って、レンズの面取り面９１は実際には一群の小さなひ っかき傷(scratch)によって規定されている。このひっかき傷が面取り部９１の 頂部９２に交差するとき、面取り面９１の小さなギザ９０１、９０２として現れ る。ギザ９０１、９０２の多くは、１／10000インチの深さであるが、１／5000 インチあるいは10／1000インチの深さを有するものもある。レンズの通常の作成 においては、このようなギザは問題にならない。このレンズを、測定目的または 眼鏡 フレームにはめる際にレンズ縁に入れれば、レンズ縁はギザを乗り越え、レンズ 縁はギザの間の突起部によって支えられる。しかし、本発明のシステム１０は正 確であるため、ギザ９０１、９０２がレンズ長の周囲に貢献する線分の長さを測 定してしまい、実際上はこれらのギザに起因する小さいエラーが無視可能である 場合でも、エラーを表示する。この点において、測定システム１０は約６インチ の周囲に対して約1／1000インチ、あるいはより細かく測定することが可能であ る。このようにレンズの周囲の測定値は、無数の短い突出長および貫入長を含ん でいる。貫入部および突出部の長さは一般に重要でない。しかし、本発明では非 常に高い精度が可能になるため、ギザに入っていく長さおよびギザから出ていく 長さにより、急速に許容可能エラーの総マージンを使い切ってしまうことになる 。従って、ギザに起因するエラーを、測定分析システム内のスプラインサブルー チンによって考慮する。 スプラインサブルーチンは、所定の堅さのデータスプライン９２０を、レンズ データに適用する。システム１０は、一部の穴にある程度落ち込むが完全にはは まってしまわないようなレンズ縁の剛性を近似する剛性を有する、データスプラ イン９２０を供給する。例えば、ギザが0.020インチの長さで0.005インチの深さ を有する場合、データスプライン920による周囲補正は、レンズ縁がギザをまっ すぐに渡らずに反り上がる様子を近似する、適切な反り上がりを呈する。同様に 、データスプライン補正は、貫入部を橋渡しする。従って、スプライン補正サブ ルーチンの機能は、レンズ縁の物理的振る舞いを真似することである。 レンズの形状および周囲を測定すると、次の工程は面取り部状態を決定するこ とである。システム１０は、このために第２のカメラ５１からのデータを用いる 。第２のカメラ５１は、レンズの１回目の回転中には面取り部をキャプチャしな い。なぜなら、レンズのエッジの明確なビューはある方角からしか得られないか らである。多くの回転位置において、レンズが見たいものを隠すため、何も隠れ ていないプロフィールを見ることはできない。レンズの他の部分が側面からのビ ューを隠さないようにレンズを回転させたとき、はじめて面取り部のプロフィー ルを見ることができる。従って、測定を行いたい回転位置を決定するために分析 を行う。一般に、これらは、レンズの最高曲率位置に対応する。そのような位置 は、 上述のように、鼻、こめかみ、および頬領域を含む。 面取り部イメージをキャプチャし、面取り部測定を行うべき場所が算出される と、レンズ２０の２回目の回転が開始される。レンズ２０が適切な回転位置に達 すると、約１５個のイメージを測定を行いたい場所の領域でキャプチャし、レン ズを次の位置に回転してまた１５個のイメージをキャプチャし、最後の位置でさ らに１５個のイメージをキャプチャする。このようにして、本発明は、ピーク回 転位置を網羅する、一連のイメージを得る。これらが、面取り部プロフィールを 測定するために最も重要な位置である。次にソフトウェアを適用してこのデータ から真の面取り部プロフィールを抽出し、面取り部プロフィールデータを当業者 に周知の方法でスムージングおよび補間して、最適なイメージを得る。この最適 イメージから、頂部位置９２が求められる。 図１、３および８を参照して、頂部位置９６は、レンズの凸側２２から頂部９ ６までの距離と一致はしないが、これによって定義される。頂部９６は、面取り 面１８ａ、１８ｂが出会うことによって面取り角度２６を形成するポイントであ る。実際のレンズにおいては、面１８ａおよび１８ｂの接する部分は、面取り面 １８ａ、１８ｂを形成する砥石車（不図示）に起因して不規則になる。この角度 ２６が得られれば、単純な三角測量により、レンズ設計によって定義された頂部 位置９６を得ることができる。 次に、レンズ２０の分析から得られた情報をモニタ７４上に視覚的に表示する 。視覚的ディスプレイ７５の形態は、レンズ２０のイメージであり、レンズの周 囲長さの表示を正しい長さからの差として表示したものを含む。例えば、ディス プレイは、所望のサイズに対しての−20／100ミリメートルを意味する「−２０ 」を表示し得る。ディスプレイはまた、頂部角度を示し、頂部位置を報告する。 頂部位置は、頂部角度が測定されたレンズ上の３つの重要ポイント、すなわち鼻 、こめかみ、および頬における、小さなブロックとして報告される。ディスプレ イはさらに２つの領域７６、７７を有する。第１の領域７６は、レンズイメージ ７５の周囲上の、レンズ２０の半径がレンズ２０よりも小さい側に最も大きくず れた場所に位置している。第２の領域７７は、半径がレンズ大きい側に最も大き くずれた場所に位置している。ディスプレイおよび表示は、製造許容可能範囲に つ いてカラーコード化されており、その範囲外のいかなる測定値も赤で示される。 また、範囲内のいかなる測定値も緑で示される。

───────────────────────────────────────────────────── 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，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 フレマー， ロリー エル． シー. アメリカ合衆国 ウエストバージニア 26374，インディペンデンス， ボックス 227エイ ルート １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．以下の工程を包含する、レンズを検査するためのプロセス： レンズを回転する工程と； 該回転するレンズの第１および第２の映像イメージを得る工程であって、該第 １のイメージは該レンズの主面のものであり、該第２のイメージは該レンズのエ ッジのものである工程と； 該第１および第２のイメージを、該第１および第２の映像イメージを表す複数 のデジタル信号を有する第１および第２のイメージ信号に変換する工程と； 該第１および第２のデジタルイメージを、所定の主面および所定のエッジを表 す第１および第２の格納されたデータ信号に対して比較する工程。 ２．前記第１および第２の格納されたデータ信号と前記第１および第２のイメー ジ信号との比較を表す、出力映像イメージを生成する工程を更に包含する、請求 項１のプロセス。 ３．前記レンズを支持および回転するためのレンズネストを提供する工程を更に 包含する、請求項１のプロセス。 ４．前記レンズを前記ネストの上に持ち上げるための流体圧力源を提供し、流体 圧力を除去することにより該レンズを該ネスト上にセンタリングする工程を更に 包含する、請求項３のプロセス。 ５．前記ネスト上にセンタリングされた前記レンズを保持するための流体真空源 を提供する工程を更に包含する、請求項４のプロセス。 ６．前記レンズのアナログの第１および第２の映像イメージを得て、該第１およ び第２のアナログ映像イメージをデジタルイメージに変換する工程を更に包含す る、請求項１のプロセス。 ７．前記第１および第２のイメージ信号と前記第１および第２の格納されたデー タ信号の比較結果を表すイメージを表示する工程を更に包含する、請求項１のプ ロセス。 ８．レンズを検査するための装置であって、 レンズを回転する手段と； 該回転するレンズの第１および第２の映像イメージを得るための第１および第 ２のビデオカメラであって、該第１のカメラは該レンズの主面の第１のイメージ を得るように設けられて、該第２のカメラは該レンズのエッジの第２のイメージ を得るように設けられている、ビデオカメラと； 該カメラは、該第１および第２の映像イメージを表す複数の信号を有する第１ および第２の出力イメージ信号を有しており； 該第１および第２のデジタルイメージを、所定の主面および所定のエッジを表 す第１および第２の格納されたデータ信号に対して比較する手段と； を有する、装置。 ９．前記第１および第２の格納されたデータ信号と前記第１および第２のイメー ジ信号との比較を表す、出力映像イメージの生成を更に有する、請求項８の装置 。 １０．前記レンズを支持および回転するためのレンズネストを更に有する、請求 項８の装置。 １１．前記ネストは、前記レンズを該ネストの上に持ち上げ、該レンズを下ろし て該ネスト上にセンタリングするための流体圧力源を更に有する、請求項１０の 装置。 １２．前記ビデオカメラは第１および第２の出力アナログ信号を提供し、該第１ および第２のアナログ信号を第１および第２のデジタル信号に変換する手段を提 供する、請求項８の装置。 １３．前記第１および第２のイメージ信号と前記第１および第２の格納されたデ ータ信号の比較を表すイメージを表示するビデオディスプレイを更に有する、請 求項８の装置。 １４．主面を有するレンズを検査するためのレンズ検査システムであって、該主 面は比較的薄いエッジによって規定された輪郭の境界線を有し、該システムは、 レンズを該レンズの該主面に沿って支持し、レンズを該レンズの主面に法線方 向である軸周りに回転させるための表面を有するネストであって、その中心に、 該レンズを該ネスト上に持ち上げる流体流を適用するためおよび／または、該レ ンズを該ネスト上に保持する真空を適用するためのオリフィスを有するネストと ； 第１および第２のビデオカメラであって、該第１のビデオカメラは該ネスト上 の該レンズの主面の形状の映像イメージをキャプチャするように該ネストに対し て位置され、該第２のビデオカメラは該レンズの該エッジの形状のイメージをキ ャプチャするように該ネストに対して位置され、該第１および第２のカメラは、 該レンズの該主面の形状および該エッジの形状の該イメージの強度を表す第１お よび第２のアナログ出力画素信号をそれぞれ生成する、ビデオカメラと； 該第１および第２のアナログ信号を、該イメージの画素の強度を表すデジタル 信号に変換する、第１および第２のアナログ−デジタルコンバータと； 該第１および第２のデジタル画素データ信号を受け取る手段と、出力信号を供 給する手段と、メモリおよび中央処理ユニットとを有するコンピュータであって 、該メモリは、所定の該主面の形状および所定の該エッジの形状にそれぞれ対応 する第１および第２の格納されたデジタル画素データを保持し；該中央処理ユニ ットは該第１および第２のデジタル画素データ信号を、該格納された第１および 第２のデジタル画素データ信号の各々と比較し、該比較を表す出力信号を生成す る、コンピュータと； 該出力信号を受け取り該出力信号を表示する、視覚的ディスプレイと； を有する、システム。 １５．前記第１のカメラは、前記レンズの外周を表す信号を生成する、請求項１ ４のレンズ検査システム。 １６．前記レンズイメージの、該レンズイメージの中心から該レンズイメージ外 周上の対応する複数の位置までの、複数の半径長を計算する手段と、該計算され た半径長を、該外周上の該位置における所望の長さを表す格納されたデータに対 して比較する手段を更に有する、請求項１４のレンズ検査システム。 １７．前記第２のカメラは、前記レンズの面取り角度を表す信号を生成する、請 求項１４のレンズ検査システム。