KR0185411B1 - 렌즈 배열 및 위치 결정 방법 및 장치 - Google Patents

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KR0185411B1 KR1019910008929A KR910008929A KR0185411B1 KR 0185411 B1 KR0185411 B1 KR 0185411B1 KR 1019910008929 A KR1019910008929 A KR 1019910008929A KR 910008929 A KR910008929 A KR 910008929A KR 0185411 B1 KR0185411 B1 KR 0185411B1
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제이.엑클리스4세 앤드류
비.범퍼스 피터
더블유.애덤스 리챠드
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패트릭 에이취. 벤즈
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Abstract

본 발명은 조립 또는 다른 기계적 공정(예 : 기계 가공 및 연마)을 행하기 위하여 렌즈의 광학 축 및/또는 실린더축을 고정구와 정확하게 일직선으로 정렬시키고 또 그 위치를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다른 요지에 따라, 렌즈 정점을 기준점으로부터 일정한 거리에 정확하게 위치시킨다. 상기를 실행하기 위하여, 숫자화된 비디오 영상, X-Y-Z 미크론 스테이지 및 영상 분석을 행할 수 있는 마이크로프로세서(또는 컴퓨터)를 이용하여 렌즈를 광학적으로 일렬로 배열시키고 그 위치를 결정하는 방법 및 장치를 기재한다.

Description

렌즈 배열 및 위치결정 방법 및 장치
제1(a) 내지 1(d)도는 렌즈의 블로킹 공정을 도시하는 개략도.
제2도는 본 발명을 실행할 수 있는 장치를 도시하는 개략도.
제3도는 본 발명의 바람직한 실시태양을 실행하는 단계를 도시하는 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 컴퓨터 12 : CCD TV 카메라
13 : X-Y-Z 스테이지의 Z-축 요소 14 : 현미경 대물렌즈
15 : 척 16 : 블록
17 : 렌즈 18 : 고정구 조립체
19 : X-Y-Z 미크론 스테이지
본 발명은 렌즈등의 가공물(workpiece)을 배열하고 그 위치를 결정하여 가공물의 축이 고정구와 정확하게 일직선이 되도록 하고 가공물의 표면이 고정구의 기준점으로부터 일정한 거리에 정확하게 위치하도록 하는 방법 및 장치에 관한것이다. 본 발명은 특히 콘택트 렌즈 제조에 유용하다.
렌즈를 제조함에 있어서, 부분 가공된 렌즈의 고정구(예 : 맨드릴)에 대한 배열의 정확도가 후속 기계가공 공정을 통해 가능한 동심성의 한계를 결정한다. 동심성이 클수록 프리즘 현상이 적게 발생하기 때문에 렌즈를 제조할 때에는 고도의 동심성이 유리하다. 고정구의 기준점 또는 쇼울더에 렌즈의 정점을 위치시키는 정확도가 제조되는 렌즈 두께의 정확도를 결정한다. 렌즈 제조에는 렌즈 두께가 고도로 균일한 것이 유리하다.
본 발명의 한가지 사용예는 콘택트 렌즈의 제조이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형태의 렌즈 또는 렌즈 이외의 물건을 제조할 때에도 본 발명의 원리를 적용시킬 수 있다. 단지 예시할 목적으로 콘택트 렌즈의 제조방법을 이하에 설명한다.
콘택트 렌즈는 통상 복잡한 다단계 공정을 거쳐 제조됨으로써 제조되는 렌즈는 다수의 정밀 공정을 거친다. 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 일반적으로 제조의 제1단계에서는 플라스틱 블랭크(blank)(1)상에 연마된 렌즈면(2)을 형성한다. 제조의 제2단계(제1(b)도)에서는 이 광학 렌즈 표면을 블록(3)으로 이동시킴으로써, 연마된 표면을 왁스 또는 시멘트(5) 같은 적합한 물질로 블록(3)에 정확하게 고정시켜 렌즈의 제2표면을 기계가공할 수 있도록 한다. 이 단계는 통산 렌즈의 블로킹으로 일컬어진다. 제3단계(제1(c)도)에서는 렌즈(8)의 제2표면상에 고정된 직경의 연마된 광학면(7)을 형성시킴으로써 콘택트 렌즈를 제조한다. 제4단계(제1(d)도)는 공지 방식으로 완성 렌즈를 제거하여 렌즈(10)의 가장자리(9)를 연마하는 것을 포함한다.
제조되는 렌즈의 프리즘 현상을 최소화하고 동심성을 최대화하며 제조되는 렌즈의 두께를 정밀하게 조절하기 위해서는 광학축 같은 렌즈의 축(6)을 정확하게 배열하고 렌즈의 일부, 예컨대 정점이 기준점(4)으로부터 일정한 거리에 정확하게 위치하도록 하는 것이 중요하다. 그러나, 이러한 정밀한 위치 결정은 사람이 직접 하는 경우 시간이 낭비되고 해내기가 어려울 수 있다.
이 방법을 어느 정도 자동화하기 위하여 약간의 시도가 있었으나, 종래기술에서는 본 발명의 결과를 얻지 못하였다.
상기한 바를 고려할때, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하는 데 있다.
특히, 본 발명의 목적은 자동 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 가공물을 자동으로 배열 및 위치시키는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 렌즈 제조시 프리즘 현상을 최소화하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 렌즈 제조시 동심성을 최대화하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조되는 렌즈의 두께를 최대한으로 조절하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통상적인 공정에서보다 더욱 높은 정밀도를 제공하는 데 있다.
본 발명은 콘택트 렌즈를 블로킹하는데 이용하는 현행 방법에 비해 몇가지 뚜렷한 이점을 부여한다. 본 발명은 현재의 방법에 의해 통상적으로 얻어지는 것보다 더 큰 정확도를 제공한다. 특히, 본 발명은 렌즈의 동심성 및 렌즈 정점의 위치 면에서 더욱 큰 정확도를 제공한다. 더욱 큰 동심성 정확도란 렌즈 제조시 프리즘 현상이 적은 것을 의미한다. 정점 위치 결정의 더욱 큰 정확도란 제조되는 렌즈 두께를 더욱 양호하게 조절하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명은 완전 자동화된 제조방법에 유리하게 이용될 수 있는 기술 및 장치를 이용한다. 컴퓨터 제어에 의해 렌즈 표면을 배열, 위치 결정 및 블로킹시킬수 있으며, 수동 공정은 필요하지 않다. 이로 인해 제조 비용이 크게 감소된다.
더욱 구체적으로는, 본 발명의 방법은 콘택트 렌즈의 제조에 적용되는 경우 X-Y-Z 미크론 스테이지(stage)의 X-Y부에 부착된 고정구에 완성된 기재 굴곡부 표면을 위치시키고, 촛점 십자선의 비디오 영상을 얻고, 비디오 영상을 숫자화하며, 컴퓨터 제어하에 X-Y-Z 미크론 스테이지를 이동시키고, 촛점의 특성을 수학적으로 분석하여 렌즈의 광학 축과 영상을 일렬로 배열하며, 대응하는 X, Y 위치를 기억시키고, 가장 선명한 십자선 영상(렌즈 촛점)을 생성시키는 Z-축의 위치를 결정하고, 결정된 Z-축 위치를 나타내는 정보를 기억장치에 기억시키는 단계를 포함한다. 이들 단계를 거쳐, 렌즈의 축이 비디오 영상 장치의 광학 축과 정확하게 일렬로 배열되고 렌즈 촛점의 숫자화된 십자선의 영상의 촛점이 맞추어진다.
이어 현미경 대물렌즈에 부착된 홀더에 블록을 삽입할 수 있으며(또는 제2도에서 점선으로 도시한 바와 같이 옆으로 일정한 거리를 떨어져서), 고정재료(예 : 고온 왁스)를 기재 굴곡부 표면에 도포한다. 컴퓨터는 렌즈의 정점이 블록의 기준 쇼울더로부터 목적하는 거리에 고정될 수 있도록 하는 렌즈 위의 지점까지 Z-축을 하향으로 조절한다. 이 때 임계 거리는 컴퓨터에 미리 기억되어 있다. 이 실시예에서 홀더는 진공 척일 수 있다.
왁스를 냉각시킨 후, 컴퓨터는 Z-축을 멀리 이동시켜 블록에 고정된 기재 굴곡부를 제거할 수 있고 다음 렌즈에 이 방법을 반복할 수 있다.
제2도를 보면, 본 발명의 단계들을 실행하기 위한 장치가 도시되어 있다. 특히, 사람이 직접 배열할 필요 없이 컴퓨터 제어하에 자동으로 정확하게 배열하기 위하여 가공물을 배열하고 가공물의 위치를 결정하는 배열 및 위치 결정 장치가 나타나 있다.
제2도에는, 숫자 분석 능력이 있고 X-Y-Z 미크론 스테이지의 이동을 조절하도록 기능할 수 있는 컴퓨터 또는 마이크로프로세서 같은 제어기(11)가 도시되어 있다. 제어기를 보정하여 하나의 화소의 폭에 대응하는 X와 Y의 거리를 결정한다. Z-축은 Z=0으로 지정된 어떤 기준점으로부터의 작고 임의 또는 알려진 단위 내에서 이동한다. 또한, 이하에 논의될 것과 같이 가시적인 영상을 만들어내는 CCD TV 카메라(12) 또는 다른 카메라형 장치도 있다. X-Y-Z 미크론 스테이지의 Z-축 요소는 요소(13)로 지정되어 있다. Z-축은 현미경 대물렌즈(바람직하게는 2-20X) 또는 다른 적합한 렌즈 구조체(14), 블록(16)을 고정시키기 위한 척 또는 다른 적합한 홀딩 구조체(15) 및 고정구 조립체(18)에 부착된 렌즈(17) 같은 가공물을 포함한다. 고정구 조립체(18)는 X-Y-Z 미크론 스테이지(19)의 X-Y 축에 연결되어 있다.
가공물의 광학축 또는 시선(LOS)에 척을 장치함으로써 카메라(12)가 중공척을 통해 가공물을 볼 수 있도록 하거나, 또는 광학축으로부터 소정 거리만큼 옆으로 떨어진 곳에 척을 장치할 수도 있다. 후자의 경우에는 제2도에 점선으로 도시되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 따르면, 카메라(12)는 대물렌즈(14)와 카메라(12)사이의 광학 경로에 위치하는 촛점 십자선(도시하지 않음)의 영상을 생성한다. 이 영상을 숫자화하고 숫자 분석을 행하여 가장 양호한 촛좀의 위치를 결정한다. 용도별로 상이한 목적하는 속도 및 정확도 정도에 따라 다양한 숫자 분석 기술을 이용할 수 있다. 공지된 바와 같이, 숫자 영상은 각 화소(pixel)가 독특한 X 및 Y 좌표를 갖는 여러개의 화소로 이루어져 있다. 모두 X-Y 평면상에 위치하는 화소의 경우, 각 화소에서 Z 좌표는 동일하다. 각 화소는 0(흑색)에서 어떤 값 N(백색, 예컨대 256일 수 있음)까지의 강도 레벨을 갖는다. 이들 값을 그레이 레벨(gray level)라고 칭할 수도 있다. 때때로 계조도 또는 강도레벨의 분기값을 미리 결정하여 소정치 미만의 강도를 갖는 화소에 2진(binary)값 0(흑색)을 부여하고 또 예정된 값 이상의 강도 레벨을 갖는 화소에 이원 값 1(백색)을 부여할 수 있으며, 또는 역으로 할 수도 있다.
작동시, 현미경 대물렌즈와 비디오 카메라 사이의 광학 경로에 위치하는 촛점 십자선의 비디오 영상이 카메라(12)에 의해 생길 수 있고 상기에 따라 숫자화될 수 있다. 이어, 컴퓨터(11)의 제어하에 X-Y-Z 미크론 스테이지의 구성성분을 이동시켜 비디오 카메라의 광학 축과 영상을 일직선으로 배열시키고 렌즈 촛점의 숫자화된 십자선 영상의 촛점을 맞춘다.
통상적으로 알려진 형의 센터링 부루우틴을 이용하여 이렇게 행할 수 있다. 간단히, 십자선의 형태(예 : 크기, 모양, 패턴 등)에 대응하는 정보를 컴퓨터에 미리 기억시킨다. 영상 장치 뒤에서 렌즈로부터 반사되어 십자선 영상이 생기는 경우 십자선 영상은 영상 장치의 가시 범위에 들게 된다. (이렇게 되지 않는다면, 컴퓨터 제어하에 가시범위로 들어오게 할 수 있다.) 컴퓨터 제어하에, X-Y 대를 이동시켜 미리 기억시킨 십자선 정보를 기초로 하여 십자선 영상을 가시 범위의 중심에 위치시킨다. 초기 배열 동안, 광학 축의 중심이 영상장치의 가시범위의 중심에 대응하도록 한다. 따라서, 십자선 영상의 센터링에 의해 렌즈의 광학 축이 영상장치의 광학 축과 일직선으로 배열된다. 이 상태에 대응하는 (X, Y)위치를 컴퓨터에 기억시킨다.
바람직하게는 초기배열 동안 홀더(15)의 광학축을 배열하여 렌즈축과 영상장치를 일직선으로 배열시킨 것이 다시 홀더(15)의 축과 일직선으로 배열되도록 한다.
일단 십자선 영상(렌즈 촛점)을 광학축의 중심에 위치시킨후 컴퓨터제어하에 Z-축 위치를 조정하여 렌즈 정점에서 렌즈 표면상의 십자선의 촛점을 맞춘다.
바람직한 실시태양에 따라, 촛점도를 결정하기 위하여 예정된 분기값 이상 또는 미만에서 명(明)으로부터 암(暗)까지의 전이를 찾아보는 촛점산법을 이용한다. 또는, 주어진 화소범위에 걸쳐 강도의 변화를 찾아보는 촛점산법을 이용하는 것이 바람직하다. 분석 시간을 감소시키기 위해 이용하는 두가지 현행 기술은 그 위치에 따라 일정한 위치값을 갖는 일군의 화소의 값을 평균하거나 또는 매 n번째 화소(여기에서, n은 1 이상의 어떤 수임)를 분석한다. 하나의 명암 전이에서 가장 양호한 촛점은 X-Y 평면상에서 예정된 방향을 이동하는 회색도 차이에서 가장 가파른 기울기를 나타내는 Z-위치이다. 전체적으로 가장 양호한 촛점은 자세히 조사한 1개 이상의 명암 전이에서 가장 높은 평균 기울기를 갖는 Z-위치이다. 상기 방법중 1개 이상을 이용하여, 컴퓨터는 가장 선명한 십자선 영상(렌즈촛점)을 만들어내는 Z-축상의 위치를 결정한다. 여기에 대응하는 Z-축 위치를 컴퓨터(11)와 연결된 기억장치에 기억시킨다.
상기에 따르면, 센터링함으로써 렌즈의 정확한 광학 중심선이 결정된다. 표면촛점은 렌즈 정점의 정확한 위치를 결정한다. 이들 위치를 결정하고 개별적인 위치에 대응하는 정보를 컴퓨터 기억장치에 기억시킨 후, 현미경의 대물렌즈(14)에 부착된 척(15)에 블록을 삽입시킬 수 있고 기재 굴곡부 표면에 고온의 왁스를 도포한다. 이어 컴퓨터는 컴퓨터에 기억된 정보를 기초로 하여 정점이 기준 위치로부터 목적하는 거리에 고정되도록 하는 렌즈 위의 지점까지 Z-축을 하향 이동시킨다. 목적하는 공정을 실행한 후, 컴퓨터는 Z-축을 멀리 이동시켜 블록에 고정된 기재 굴곡부를 제거할 수 있고 다음 렌즈에서 이 방법을 반복할 수 있다.
제3도에는 본 발명의 공정을 설명하는 순서도가 도시되어 있다. X-Y-Z 미크론대의 X-Y부와 연결된 홀더에 렌즈를 삽입한 후에는 렌즈로부터 반사된 영상을 찾는다(301). 이것은 Z-축을 이동시켜 십자선 또는 광원의 반사된 영상을 가시범위의 어딘가에 있는 촛점에 위치시킴으로써 행한다. 이어 필요한 경우 X 및 Y 축을 이동시켜 반사된 영상을 가시범위 내로 들어오게 한다. 다음으로는, X-Y-Z 미크론 스테이지의 X-Y대를 컴퓨터 제어하에 조작함으로써 반사된 영상(또는 그의 일부)을 현재의 가시범위의 중심에 위치시킨다(302). 반사된 상이 중심에 올 때, 이 위치에 대응하는 위치(X, Y)를 컴퓨터와 연결된 기억장치에 기억시킨다(303). 이어, X-Y-Z 미크론 스테이지의 Z-축 스테이지를 컴퓨터 제어하에 조작함으로써 중심에 위치시킨 영상의 촛점을 맞춘다(304). 반사된 영상의 가장 양호한 촛점위치를 결정한 다음 이 위치에 대응하는 정보를 컴퓨터와 연결된 기억장치에 기억시킨다(305). 이어 센터링 공정을 반복할지의 여부를 결정한다(306). 목적하는 특성 및 정확도에 기초하여 또 제조방법을 실행하는데 필요한 속도를 고려하여 이렇게 결정할 수 있다. 반사된 상 전체가 가시 범위에 존재하지 않거나 또는 더욱 큰 정확도가 필요한 경우, 센터링 및 촛점 맞추기 공정을 수회 반복하는 것이 바람직할 수 있다. 중심 촛점 방법을 반복해야 하는 경우, 단계(302)를 반복하도록 하는 제어 신호가 컴퓨터에 의해 생성된다. 중심 촛점을 반복하지 않아도 되는 경우에는 렌즈 표면의 영상을 찾는 단계(307)로 넘어가도록 제어된다. 이어, 렌즈 표면상에서 촛점 맞추기 공정을 실행한다(308). 렌즈 표면의 가장 양호한 촛점 위치에 대응하는 정보를 컴퓨터와 연결된 기억장치에 기억시킨다(309). 이어, 블록을 정밀 홀더에 싣고(310), 렌즈의 뒷쪽 표면에 왁스를 도포하여 렌즈가 블록에 장치될 수 있도록 하며(311), 기억된 정보를 기초로 하여 컴퓨터 제어하에 이동시킴으로써 렌즈의 광학 축과 블록의 중심을 일직선으로 배열한다(312). 기억된 Z 정보를 기초로 하여 블록을 Z-축으로 이동시켜 기준점에 대해 정확하게 위치시킨다(간격 또는 거리). 이 지점에서, 렌즈는 부가적인 기계 가공 공정 또는 다른 목적하는 공정을 실행하기에 적절한 위치에 있게 된다(314). 목적하는 공정을 실행한 후, 블록(고정구) 및 렌즈를 제거할 수 있다(315). 다음 렌즈에 대해 이 방법을 반복할 수 있다.
본 발명은 렌즈 제조에 사용하는 것으로 한정되지는 않는다. 반사된 렌즈를 통해 또는 거울 및 볼록렌즈에 의해 이동된 영상을 분석하는데 상이한 산법 및 분석 기술을 이용함으로써, 레이저 가시 장치, 사격 조준기, 망원경 등을 포함하는 다른 장치의 정확한 배열을 위해 본 발명을 사용할 수 있다는 것은 명백하다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에 의해서 한정된다.

Claims (8)

  1. 렌즈의 광학 축을 영상장치의 축과 일직선으로 자동 배열시키고; 또 상기 렌즈를 고정시킬 수 있는 고정구의 기준점으로부터 예정된 거리에 상기 렌즈의 정점을 자동으로 위치시키는 단계를 포함하는, 한개 이상의 축 및 정점을 갖는 렌즈의 위치 결정 방법.
  2. 렌즈의 축 위치를 결정하고; 상기 결정된 축 위치에 대응하는 첫번째 정보를 기억시키고; 상기 렌즈의 정점의 위치를 결정하며; 정점 위치에 대응하는 두번째 정보를 기억시키고; 또 첫번째 및 두번째의 기억된 정보를 이용하여 상기 렌즈를 홀더에 대해 자동적으로 위치시켜 상기 렌즈의 축이 상기 홀더와 광학적으로 일렬로 배열되도록 하고 상기 정점이 기준점으로부터 예정된 거리에 위치하도록 하는 단계를 포함하는, 렌즈의 위치 결정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 렌즈의 축 위치를 결정하는 단계가 이동가능한 지지체의 일부에 부착된 고정구에 렌즈를 위치시키고; 촛점 십자선의 비디오 영상을 만들고; 상기 비디오 영상을 숫자화하며; 상기 이동가능한 지지체를 조절하여 상기 렌즈를 영상장치의 가시범위 내로 이동시키며; 또 비디오 영상이 영상장치의 가시범위의 중심에 위치하도록 함으로써 상기 렌즈의 광학축을 상기 영상장치의 광학 축과 일직선으로 배열시키는 상기 이동가능한 지지체의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 렌즈의 정점의 위치를 결정하는 단계가 촛점 십자선의 비디오 영상을 만들고; 다수의 위치를 통해 촛점 십자선을 영상장치의 가시범위 내로 이동시키며; 상기 다수의 위치에서 상기 영상장치의 비디오 영상을 분석하고; 또 렌즈 정점 상에서 촛점 십자선의 촛점이 맞춰지는 지점에 대응하는 위치를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 렌즈를 고정시킬 수 있는 홀더 수단; 상기 렌즈의 축을 상기 홀더 수단의 축과 일직선으로 자동 배열하는 수단; 및 상기 렌즈의 정점을 기준점으로부터 예정된 거리에 자동적으로 위치시키는 수단을 포함하는, 렌즈를 위치시키기 위한 위치 결정 장치.
  6. 렌즈의 축 위치를 결정하는 제1 결정 수단; 상기 결정된 축 위치에 대응하는 정보를 기억시키는 제1 기억 수단; 상기 렌즈의 정점의 위치를 결정하는 제2 결정 수단; 정점 위치에 대응하는 정보를 기억시키는 제2 기억 수단; 및 홀더에 대한 상기 렌즈의 상대적 위치를 자동으로 조절하여 상기 렌즈의 축이 상기 홀더와 광학적으로 일렬로 배열되도록 하고 상기 렌즈의 정점이 기준점으로부터 예정된 거리에 위치하도록 하는 상기 기억된 정보에 감응하는 제어 수단을 포함하는, 렌즈를 위치시키기 위한 위치 결정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 결정 수단이 렌즈의 축 위치를 나타내는 비디오 영상을 만들어내는, 가시 범위를 갖는 영상 수;, 상기 렌즈를 상기 영상 수단의 가시범위 내로 이동시켜 비디오 영상이 상기 영상 수단의 가시 범위의 중심에 위치하도록 하는 제어 수단을 포함하는 장치.
  8. 제6항에 있어서, 제2 결정 장치가 렌즈의 정점에 대한 촛점 수단의 촛점의 특성을 나타내는 비디오 영상을 만들어내는 수단; 상기 촛점 수단의 위치를 상기 렌즈에 대해 상대적으로 이동시키는 제어 수단; 여러 위치에서 상기와 같이 상대적으로 이동시키는 동안 상기 비디오 영상의 촛점의 특성을 분석하는 수단; 및 상기 비디오 영상의 가장 양호한 촛점에 대응하는, 상기 촛점 수단 및 렌즈의 상대적인 위치를 결정하는 수단을 포함하는 장치.
KR1019910008929A 1990-05-29 1991-05-28 렌즈 배열 및 위치 결정 방법 및 장치 KR0185411B1 (ko)

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