KR100229562B1

KR100229562B1 - 안과렌즈 검사시스템용 조명장치

Info

Publication number: KR100229562B1
Application number: KR1019930028177A
Authority: KR
Inventors: 제임스에이.에벨; 러셀제이.에드워즈
Original assignee: 워필드 마크; 존슨 앤드 존슨 비젼 프로덕츠, 인코포레이티드
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1999-11-15
Also published as: BR9305155A; ATE163479T1; NO934711L; HUH3809A; AU674168B2; CA2111811A1; DE69317103D1; NO934711D0; HK1003447A1; GT199300073A; AU5241393A; JP3578790B2; FI935743A; EP0604178B1; NZ250429A; JPH06229874A; CN1090042A; IL107972A; DE69317103T2; GR930100498A

Abstract

본 발명은 컴퓨터를 이용한 렌즈검사시스템에 이용되는 안과렌즈검사용 확산조명장치에 관한 것이며, 탈이온화한 물속에 안과렌즈를 담그고 있는 팩키지의 아래에는 반짝거리는 오팔로 된 광학산기가 있고, 그 아래에는 스트로보램프 등과 같은 광원이 있다. 스트로보램프의 발광은 검사될 렌즈를 담고 있는 팩키지의 도착에 의해 발생된 신호에 의해 차례로 격발되는 상처리시스템에 의해 시발된다. 양호한 실시예에서는 아크튜브가 이용되어 튜브의 단부 중 반사경의 바깥쪽에 있는 단부에서만 어두어짐으로써 출력광이 감소한다.

Description

안과렌즈검사시스템용 조명장치

제1도는 본 발명에 따른 안과렌즈검사시스템용 조명 장치를 일부는 단면으로 도시하고 일부는 정면으로 도시한 도면.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 카메라 12, 14, 16, 18, 20 : 노브

28 : 설치용 구조물 30 : 브래킷

34 : 대역여과기 36 : 이송팔레트

38 : 용기 40 : 렌즈

42 : 레일 44, 46 : 구멍

48 : 광축 50 : 튜브

52 : 코일 54 : 포물면경

56 : 반사경설치부 58 : 램프하우징

60 : 케이블 62 : 고압전원

64 : 개방부 66 : 판유리

68 : 확산유리 70 : 격리애자

[발명의 배경]

종래의 안과렌즈, 특히, 주조된 친수성 콘택트렌즈의 검사를 위한 시스템은 렌즈가 식염수속에 잠겨 있는 다수의 오목부가 배치된 사각체를 갖는 용기를 이용해서 사람이 검사해야 했다.

그러한 안과렌즈검사에 관련된 문제로는 렌즈자체가 광학적으로 투명한 것이고, 따라서, 다른 물체의 검사에서 일반적으로 발견되는 명암차를 나타내지 않는다는 점이 있다.

지금까지, 검사하는 사람은 모든 렌즈를 확대배율로 검사하여 렌즈가 요구조건을 충족시키는지의 여부를 확인했다. 이러한 시스템에서 렌즈와 식염수를 담고 있는 용기는 사람에 의해 조심스럽게 검사장소로 옮겨진다. 용기가 검사장소에 도착하면 검사용 조립체가 제1오목부상에 배치된다. 오목부에 있는 렌즈에는 아래쪽으로부터 조명이 비춰지고 검사장치에 의해 전사된 상이 검사인의 눈높이에 있는 스크린상에 투사된다. 검사인은 수동으로 초점위치를 변화시키면서 렌즈의 깊이에 따라 여러 곳을 검사한다.

현재의 사람에 의해 수행되는 검사방법은 당분야, 특히, 투명한 유체의 유동학의 연구분야 및 광학부품검사분야에서 널리 공지된 어두운 부분의 조명의 쉴리렌방법(schlierenmethod) 을 이용한다. 이러한 방법에서 광점으로부터의 빛은 렌즈에 의해 평행(collimation)하게 되며, 이어서, 검사대상이 되는 매체(즉,렌즈)를 통과한다. 이어서, 그 빛은 제2렌즈에 의해 직접 첨단부(knife edge)상에 초점이 맞춰진다. 렌즈의 비균일굴절성(비록 투명하기는 할지라도)에 의해 굴절된 모든 빛은 첨단부에서 초점이 맞춰지지 않는다. 그렇게 굴절된 빛은 첨단부에 의해 차단되어 대물렌즈에 의해 스크린상에 투사되고 앞서 말한 비균일 굴절성에 대응하는 밝은 점이 어두운 투사스크린상에 나타난다.

특정렌즈에 대한 위와 같은 투사스크린상의 점의 특성을 알고, 그러한 표준으로부터의 벗어남을 검사한 후에 검사인은 렌즈의 특성이나 결함으로부터 식염수내의 이상한 입자 및 용기의 결함에 따른 특성을 구별해내기 위해 종종 렌즈를 렌즈가 들어 있는 용기의 오목부에 대해 약간 이동시키거나 식염수를 뒤흔들 필요가 있음을 발견한다.

검사인은 렌즈의 합격이나 불합격의 결정을 적절한 전기적 스위치를 눌러서 입력시킨다. 검사장치는 이어서 용기내의 검사절차가 반복될 다음의 오목부상으로 옮겨진다. 이해할 수 있겠지만 검사인에게는 어떤 시간제한이 있을 것이며, 예정된 시간내에 결정이 이루어지지 않으면 렌즈는 자동적으로 불합격으로 간주되고 검사장치는 다음의 오목부상으로 옮겨진다. 마찬가지로, 렌즈가 합격품임에도 불구하고 식염수내에 지나치게 많은 이상한 입자가 있거나 동일한 오목부에 두개의 렌즈가 있는 경우에는 불합격인 것처럼 여겨져서 렌즈가 불합격처리될 것이다.

용기내의 모든 렌즈의 검사를 완료하면 검사인은 또 다른 전기적 스위치를 작동시켜서 방금 검사완료된 용기의 렌즈를 제거하기 시작한다. 제거유니트는 불합격렌즈가 들어 있는 것으로 지시된 오목부의 각각을 돌아다니면서 렌즈를 빨아내어 제거한다. 이어서, 용기는 합격렌즈의 포장공정을 따라 이송된다.

검사인이 고도로 숙련되고 렌즈의 품질을 판단하고 합격여부를 결정하기 위한 객관적인 표준이 주어졌다 할지라도, 당분야에 숙련된 자라면 사람에 의한 검사에는 많은 문제점이 있음을 인정할 것이다. 검사인은 검사하는 사람마다에 서로 균일성이 부족하고 단일의 검사인에 의한 검사의 동일성도 검사인의 정신상태와 누적된 피로에 따라 부족할 수도 있다. 따라서, 안과렌즈제조업자는 검사절차의 한계성을 이유로 다수의 렌즈가 하나의 객관적인 기준에 합격할 수 있다는 것을 꾸준히 부인해왔다.

안과렌즈산업의 성장에 따라 사람에 의한 검사는 해당산업분야에 대한 인력 및 재정적 부담이 크고 검사인에게 혹독한 임무를 부여한다. 특히, 주기적으로 교체해야 할 콘택트렌즈의 경우에는 제조되고 검사되어야 할 렌즈수가 급격히 증가하고 있다.

균일성을 증대하고 잘 못 불합격처리되는 렌즈수를 줄이기 위해 자동식 검사시스템에서 검사될 렌즈의 상을 램프 및 카메라로 포착하고 컴퓨터에 의해 디지탈화해서 처리함으로써 렌즈의 합격여부를 결정짓게 할 수 있다.

카메라시스템의 제한적인 포착구역 및 가능하면 큰 범위의 구역을 이용해야 할 필요성으로 인해 렌즈가 이용구역의 중앙에 맞춰지면서 이동되어 동일한 위치에 렌즈가 차례대로 계속적으로 배치되는 것이 중요하다.

내포된 렌즈의 반경 보다 큰 곡률 반경을 갖는 오목부를 갖는 안과렌즈용 팩키지는 렌즈가 오목부의 중앙에서 조심되어 배치되게 한다.

비핵중합체(non-nucleated polymer)로 구성될 경우에는 표면이 충분히 가습적(wettable)이어서 물의 표면의 곡면(water meniscus)이 중앙에서 거의 평탄해지고, 그에 따른 광행차가 제거됨으로써 팩키지안에서의 왜곡되지 않은 검사를 가능하게 한다.

그러한 자동식 검사시스템의 카메라는 적절한 위치로 이동하는 렌즈 및 팩키지에 의해 발생되는 스트로보의 작동과 그에 따라 상의 전사를 격발시키기 위한 신호를 이용하여 비동기적(asynchronous fashion)으로 작동된다.

카메라에 의해 상이 포착되는 방식에 따라 제2의 요구조건이 생기는데, 그 것은 상은 가능한 한 명료해야 하고 렌즈의 진동이나 렌즈가 들어 있는 식염수의 진동 또는 렌즈 팩키지의 움직임에 의해 흐려지지 않아야 된다.

콘택트렌즈를 수용하는 오목부를 갖는 팔레트는 팔레트관통공을 포함한다. 이러한 구멍은 안내 및 이송시스템과 함께 렌즈의 상을 포착하는 램프와 카메라로 된 장치가 카메라의 가시구역의 이용을 극대화하고 흐려짐을 극소화 할 수 있게 한다. 뉴욕, 로체스터에 소재하는 코닥사에 의해 제조된 상표명이 비덱 메가플러스(Videk Megaplus)인 카메라와 같은 고해상정지 사진용 카메라가 이용된다. 이러한 카메라에는 f/2.8인 니콘 55 밀리미터 표준렌즈세트가 끼워지고 카메라렌즈의 단부에 대해 10㎚의 전파장절반고도(FWHH : full wave half height)를 갖는 550㎚의 파장에 조심된 대역여과기에 부착되어 있다. 그러한 필터는 색수차(chromatic aberrations)를 제거함으로써 전체적인 공간해상도를 개선하고 렌즈검사에 대한 사진의 반응성을 사람에 의한 눈의 반응성과 유사하게 유지한다. 이러한 필터는 전시스템의 변조전사기능(MTF : modulation transfer function)을 저하시키는 CCD 탐지기에서의 적외부를 제거한다.

안과렌즈 등과 같은 투명한 물체를 검사하기 위해 이용되는 조명시스템의 요구조건은 램프자체나 렌즈가 들어 있는 팩키지의 가공상태(세밀한 부분, 즉, 비균일성)를 드러내지 않도록 충분히 확산되는 광원을 제공해야 하는 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 쉴리렌조명시스템이나 투사형조명시스템을 이용하는 것이 이전의 실시형태였다. 투사형 조명시스템이 광원의 구조를 충분히 숨길 수는 있지만, 그것을 팩키지내에서의 검사를 위한 시스템에 이용하는 경우에는 팩키지의 세세한 부분의 대비(contrast)가 두드러지는 결점이 있다. 용이하게 알 수 있겠지만, 카메라에 의해 얻어진 렌즈의 상에 팩키지의 세세한 부분이 부가된다면, 적어도 검사 알고리즘에 의해 디지탈화한 상의 처리를 느리게할 수 있으며, 어떤 경우에는 렌즈의 잘못된 불합격처리를 할 수도 있고, 알고리즘을 전체적으로 망가뜨릴 수도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 검사장치의 구조를 통과하도록 생성된 빛이 전자적으로 영상화할 렌즈가 들어 있는 용기의 팔레트를 팔레트와 용기 및 팔레트가 동작중에 있을 때 통과하게 하며, 위와 같은 검사시스템의 요구조건, 특히, 광원과 팩키지 모두의 세세한 부분이 두드러지지 못하게 해야 하는 조건을 충족시킬 수 있는 조명시스템을 제공하는 것이다.

보다 특히, 본 발명의 목적은 검사를 위한 이송시스템에 의해 적절한 시기에 격발하고, 카메라에 디지탈화하여 기계적으로 처리되기에 적합한 흐리지 않은 상을 생성시키기 위해 잠시 동안이지만 고강도의 균일한 섬광을 발생시킬 수 있는 스트로보조명시스템을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적들은 모두 배치될 카메라와 램프가 고질의 렌즈의 상을 포착할 수 있게 하면서 충족되어야 할 것들이다.

또한, 그러한 목적들은 램프와 카메라가 렌즈의 양쪽에 있으면서 빛이 렌즈를 통과하게 하여 카메라에 의해 포착되어 디지탈화할 상을 생성시킬 수 있게 하면서 충족되는 것이 바람직스럽다.

본 발명의 또다른 목적은 스트로보섬광마다에 일관된 조명, 특히, 섬광튜브의 긴 수명기간동안에 걸쳐 일관된 조명을 제공하기 위한 것이다.

[본 발명의 개요]

앞서 설명한 목적들은 외과렌즈의 디지탈화한 상을 분석하는 컴퓨터를 이용한 검사장치에 관하여 이용하기 위해 본질적으로 투명한 외과렌즈의 검사에 확산조명을 제공하기 위한 시스템에 의해 달성된다.

탈이온화(deionization)한 물속에 외과렌즈를 담고 있는 팩키지의 아래에는 번쩍거리는 오팔(opal)로 된 광학산기가 있고, 그 아래에는 스트로보램프 등과 같은 광원이 있다. 스트로보램프는 검사될 렌즈를 담고 있는 팩키지의 도달에 의해 발생되는 신호에 의해 차례로 격발되는 상처리시스템에 의해 시발되는 5주울 10마이크로초펄스의 빛을 발할 수 있다. 점등시기의 사이에서 스트로보를 재충전하기 위해서는 통상적으로 450밀리초의 회복시간이 필요하다. 양호한 실시예에서는 아크튜브(arc tube)가 이용되어 튜브의 단부 중 반사경의 바깥쪽에 있는 단부에서만 어둡게 함으로써 출력광이 줄어들게 한다.

[양호한 실시예의 설명]

도면을 보면 거기에는 x축(렌즈를 담고 있는 용기가 이동하는 축) 조절노브(12)와 y 축조절노브(14) 및 z 축조절노브(16)를 갖는 카메라(10)가 도시되어 있다.

또다른 조절 노브(18)가 xy평면에서의 회전조절용으로 제공되며, yz평면에서의 회전조절용으로도 조절노브(20)가 제공된다.

이러한 조절노브들은 x, y, z 축의 스테이지(20, 24, 26)에 각각 부착된다.

결국, 이것들은 x축스테이지를 통해 브래킷(30)을 통한 설치용 구조물(28)에 부착된다.

카메라(10)는 렌즈(32)와 대역여과기(34)를 포함한다. 대역여과기는 뉴햄프셔주 살렘에 소재하는 앤도르사로부터 구매할 수 있는 550FS10-50 모델 등과 같은 것이다. 이러한 여과기는 550 나노미터의 파장에 조심되어 있고, 따라서, 550 나노미터의 중심으로부터 떨어져 있는 10 나노미터의 파장에서는 거의 제로(0)에너지를 전달하면서 섬광의 70%를 전달한다. 카메라의 작동에 관해서는 본출원인의 검사 알고리즘에 관한 출원에서 보다 상세히 알 수 있을 것이다.

카메라의 아래에는 렌즈(40)가 들어 있는 용기(38)를 붙잡고 있는 이송용 팔레트(36)가 있다. 렌즈는 용기(38)속에서, 양호하게는 탈이온화한 물(도시 안됨)인, 액체로 거의 둘러싸여 있다.

팔레트는 이송레일(42)을 따라 이송된다. 조명장치 격발시스템을 갖는 이송시스템과 팔레트시스템에 관한 보다 상세한 설명은 본 출원인의 그에 관한 또 다른 출원의 명세서에서 볼 수 있다.

도면에 보이듯이 팔레트(36)와 이송레일(42)은 구멍(44, 46)을 각각 포함한다.

팔레트(36)가 x축을 따라 적절한 위치에 오면 팔레트의 구멍(44)의 중심과 이송레일의 구멍(46)의 중심은 광축(48)을 따라 카메라의 렌즈(32)의 중심과 같은 공통직선상에 배치된다.

이송레일의 아래에는 광원이 있다. 스트로보램프는 검사될 렌즈를 담고 있는 팩키지의 도착에 의해 생성되는 신호에 의해 차례로 격발되는 상처리시스템에 의해 시발되는 5주울 10마이크로초펄스의 빛을 발할 수 있다. 발광시기의 사이에서의 스트로보의 재충전을 위한 회복시간은 통상적으로 450 밀리초가 필요하다. 광원은 섬광램프코일(52)로 둘러싸인 아크튜브(50)로 되어 있다.

이송레일의 구멍(46)은 팔레트의 구멍(44)만큼 넓게 벌어진 정도로부터 다양한 직경으로 조절될 수 있다. 확산기와 렌즈수용용기의 사이에 있는 이러한 이송레일의 구멍(46)은 렌즈가 들어 있는 용기위에서의 섬광의 원추형 확산각을 제한하고 적절한 양의 빛을 공급하기 위해 수동으로 조절될 수 있다.

광원은 반사경설치부(56)에 의해 정위치에 유지되는 포물면경(52)에 둘러싸여있다. 반사경설치부는 램프하우징(58)에 부착되어 있다. 섬광램프코일(52)과 고압전원(62)의 사이에는 고압케이블(60)이 전기적으로 연결되어 있다. 고압 전원은 도시되지 않은 격발수단으로 접속된다.

섬광램프(50)의 중심은 포물면경(54)의 광축과 마찬가지로 광축(48)을 따라 배치된다.

섬광램프(50)와 용기(38)의 사이에 있는 개방부(64)의 위에는 판유리(66)가 배치된다. 이러한 판유리는 먼지와 습기를 포함하는 외부 환경으로부터 램프실을 밀봉시킨다. 광축(48)을 따라 검사당할 섬광램프와 용기의 사이에도 광확산기로 작용하는 확산용 확산 유리(68)가 배치되어 있다. 확산유리는 격리애자(70)에 의해 램프위에 유지되고 확산홀더(72)에 의해 정위치에 유지된다.

램프(50)와 확산유리(68) 및 용기(38)의 사이의 거리는 종래의 수직조절기구(도시 안됨)에 의해 변화될 수 있다. 이러한 조절(이송레일의 구멍(46)의 조절과 일치하여)은 용기와 탈이온화한 물의 조합의 양성 광력(positive optical power)에 기인한 에너지손실과 용기 및 램프의 세세한 구조를 제거하고 렌즈의 대비(contrast)를 부각시키도록 이루어진다.

스트로보섬광램프는 테너시주 녹스빌에 소재하는 퍼셉틱사로부터 구매할 수 있다. 모든 램프와 마찬가지로 필라멘트나 전극으로 이용되는 재료는 일부가 녹아버려, 즉, 기화하여 전구, 즉, 아크튜브의 다른 곳에 침착되어버릴 수 있다. 양호한 실시예의 램프는 전극의 기화시에 생기는 침착물이 아크튜브의 단부 중 하나에 양호하게 침착되게 설계되어 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 그러한 아크튜브는 도면에 보이듯이 반사경의 단부의 바깥쪽에 침착물수용단부가 배치된다. 코일은 반사경의 바깥쪽의 아크튜브가 35㎜ 일 때 60㎜의 길이와 25㎜의 직경을 갖는다.

이용가능한 빛의 일부가 반사경의 바깥쪽에서 손실될지라도 이러한 배치는 램프수명의 상당한 기간동안 일관된 출력광을 발하는 장점이 있다. 램프는 먼저 반사경의 바깥쪽에 있는 램프의 바닥부분에서 어두어지므로 이러한 조명시스템을 위한 빛을 제공하는 반사경내의 부분은 어두어지는 부분이 반사경속의 램프의 그러한 부분의 안쪽에 도달할 때까지는 일관되게 유지된다. 앞서 설명한 본 발명에 따른 램프는 출력광의 감소로 인해 교체되기전까지 30 헤르쯔와 5주울의 출력에서 적어도 일년(대략 10⁹섬광수)이상은 작동할 것이다.

Claims

안과렌즈가 들어 있는 하나 이상의 용기를 수용하는 다수의 오목부와, 상기 용기의 존재여부에 따라 반응하는 격발수단과, 상기 안과렌즈의 상을 포착하기 위해 다양한 초점을 갖는 카메라와, 전기적 신호에 의해 지시된 카메라의 상으로부터 안과렌즈의 합격여부를 결정하는 수단 및, 렌즈합격여부에 관한 신호를 수용하고 합격렌즈를 불합격렌즈로부터 분리하도록 구성된 렌즈제거기구를 구비한 안과렌즈검사시스템용 조명장치에 있어서, 스트로보램프와, 상기 램프와 상기 격발수단에 연결되어 상기 격발수단이 용기의 존재에 응하여 작동될 때 상기 램프에 전력을 공급하는 전원과, 상기 램프의 둘레의 표면의 적어도 일부를 둘러싸고 상기 램프로부터 상기 카메라로의 광축을 따라 개방된 반사경과, 상기 램프와 상기 용기의 사이에 있는 확산기와, 상기 확산기와 상기 용기의 사이에 있으면서 상기 용기상에 비추는 빛의 원추각을 제한하는 구멍 및, 상기 용기내의 상기 렌즈를 둘러싸고 있으면서 양성광력(positive optical power)을 갖는 렌즈를 형성하는 다량의 액체를 포함하고 상기 카메라의 렌즈가 상기 용기내의 액체로 된 렌즈의 양성 광력을 보상하면서 검사될 렌즈의 상의 초점을 맞추기 위해 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 안과렌즈검사시스템용 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 반사경이 회전적 포물면경인 것을 특징으로 하는 안과렌즈검사시스템용 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 스트로보램프가 상기 광축을 따라 배치된 상기 반사경의 바깥쪽, 즉, 상기 구멍의 반대쪽에 일부가 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 안과렌즈검사시스템용 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 확산기와 상기 램프 및 상기 용기의 사이의 거리가 가변적인 것을 특징으로 하는 안과렌즈검사시스템용 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 이송레일의 구멍이 가변적인 것을 특징으로 하는 안과렌즈검사시스템용 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 스트로보램프가 상기 반사경의 바깥쪽에 일부를 갖고, 그러한 부분에는 전극재료가 침착되어 반사경의 바깥쪽의 아크튜브(arc tube)의 일부가 어두워지는 것을 특징으로 하는 안과렌즈검사시스템용 조명장치.