TWI707659B - 人工水晶體之檢測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於檢測成型體中的瑕疵、人工水晶體中的污染、刮痕、損傷和任何形式之變形的檢測系統及其方法，包含三個主要建構區塊；一頂部照明光源，其包括一頂部透鏡光源和一頂部平坦光源；一暗視野照明光源、一明視野照明光源；一單點照明光源；一影像獲取和處理系統，其擷取托盤中所裝載之該人工水晶體之影像；分析該影像以檢測該等各種瑕疵；基於該經分析影像而做出剔除或接受該人工水晶體的一結論。

Description

人工水晶體之檢測裝置
本發明係關於一種用於使用多個照明模組檢測托盤中所裝載人工水晶體中瑕疵的器械和方法。更具體而言，本發明係關於一種用以檢測人工水晶體中損傷、像差、污染、變形和幾何性質的器械和方法。
本發明係關於一種形式為樣本檢測或作為自動化生產線一部分的品質保證程序中的檢測系統。更具體而言，本發明係關於一種以托盤運送的人工水晶體之檢測系統及其方法。人工水晶體係植入患者眼睛中以在白內障手術之後立即矯正和穩定其視力。由於該程序係永久性，因此嵌入該眼睛中的該水晶體之品質需要針對包括尺寸、表面瑕疵及其他邊緣相關瑕疵的品質進行可靠且準確檢測。
製造商一般會透過使用具有大放大倍數的光學顯微鏡採用人工檢測。這些方法冗長乏味，並且人眼可能無法看清一些瑕疵，從而導致瑕疵水晶體接觸到客戶。而且，對所出貨的每個水晶體皆進行人工檢測不可靠且冗長乏味。
一般可理解精心設計的自動化檢測系統為必需，因為它們準確、一致且易於針對不同產品類型進行配置，其中人為干預很少。
本發明之目的係利用LED(Light-emitting diode，發光二極體)照明模組可生成托盤中所裝載水晶體之準確且可靠影像，以實現檢測上述邊緣瑕疵、幾何測量、污染等多個特徵的單一器械和方法。
人工水晶體(以下也指稱為IOL)係用於取代其中水晶體已由於白內障手術、疾病或身體損傷結果而針對人工水晶體範例去除的眼睛內該水晶體的手術植入物。
在該製程期間，該等人工水晶體可能會有各種瑕疵。下列清單定義各種典型瑕疵，然而該術語可能因製造商不同而異。
刮痕：刮痕呈現為細長表面磨損。
凹口(dig)：凹口係通常長度/寬度比率約為1的坑洞狀表面瑕疵。這種類型的瑕疵可出現在該IOL表面上的任何位置。
凹坑(pit)：凹坑係長度/寬度比率約為1的表面瑕疵。該瑕疵之特徵在於欠缺IOL材料，並且向內出現在該IOL表面中。與該瑕疵相關聯的表面輪廓改變通常逐步且平順。
空洞(void)：空洞係定義在一般接近其中一部分IOL缺失的該IOL邊緣的區域中。空洞會在該IOL成型製程期間當材料未完全填充該模型時形成。
裂縫(tear)：裂縫呈現為沿著該IOL邊緣的小裂口。裂縫可出現在沿著該視覺邊緣與該環套之間的該水晶體邊緣的任何位置。
氣泡：氣泡係內部空洞，其可出現在該單件式IOL中任何位置，而僅可出現在該三件式IOL之視覺區中。氣泡係在製造期間注入該模型中時氣穴存在該IOL材料中之結果。
環套損傷：環套損傷係分類為適用於僅具有環套的水晶體的環套之任何種類損傷或畸形。最常見的環套損傷類型包括錨部破碎、環套破碎、環套缺失和鑷子損傷。
邊緣溢料：邊緣溢料呈現為貼附於IOL邊緣的IOL材料薄片，或呈現為覆蓋環套表面的薄塗層。邊緣溢料係在製造期間過量IOL材料流出該模型之結果。
異物：它們係定義為無法透過清潔去除的黏附於IOL之該表面的小顆粒。許多時候皆呈現為造成該IOL具有異樣色調的細霧的物質。
未固化：未固化材料主要出現在單件式IOL中接近該視覺區邊緣。未固化材料呈現為IOL周邊上的果凍狀物質。這種瑕疵會在該水晶體固化製程期間由於加熱次數不正確或加熱不均勻而形成。
模型流動痕：它們呈現為該視覺或環套區中的不平整接縫或異常表面輪廓。流動痕通常會形成為依循平順捲繞方向或路徑的細長瑕疵。流動痕會在該成型製程期間於該IOL材料在流動完成之前固化時出現。
依據本發明提供用以檢測大部分稍早所說明之該等瑕疵的人工水晶體檢測系統，其包含一水晶體影像獲取區塊，包含一高解析度攝影機；一遠心透鏡，其設置成透過一分束器觀看該水晶體之該影像；至少三組光照(lighting)模組，其使用該可見光譜中的LED設計以照亮檢測中的該水晶體，該第一組係文中指稱為該頂側光源的一頂部光源模組，包含至少兩個光源，其中一個以與該水晶體之該光軸成直角照亮該水晶體，而另一個以與該水晶體之該頂表面成一角度照亮該水晶體，文中指稱為該背側光源的一第二照明模組，包含文中指稱為暗視野光源、明視野光源和單點光源的至少三個光照模組，其與一組分束器整合並且適當設置以照亮檢測中的該水晶體。該暗視野光源照亮該水晶體的該底部以生成該水晶體之暗視野影像，第二光照模組(即該明視野光源)照亮該水晶體以生 成該水晶體之明視野影像，並且該單點光源以與該水晶體的該表面成直角的細光束照亮該水晶體。該單點光源係與馬達整合，其主要用於基於該人工水晶體之該光學倍率而將該單點光源定位在不同位置。再者，電子閃控系統係整合到該檢測系統中，以控制與該攝影機快門同步以在不同光照條件下擷取影像的該等個別照明模組之強度、持續時間和時序。
該人工水晶體檢測系統獲取不同照明配置下的該物件之多個影像，以增強檢測中的該水晶體之該等特徵。
本發明之目的係提供用於透過使用依該產品類型而定的多個照明配置獲取多個影像，檢測托盤中所定位之該人工水晶體的器械和方法。
本發明之又一目的係提供器械和方法以提供配方(recipe)檔案中所儲存之產品配置，該等配方檔案可能基於設置該檢測系統期間所下載的產品類型而尤其包括照明強度、攝影機快門時序和持續時間、該單點光源之馬達位置。
本發明之又一目的係提供與閃控控制器整合的器械，該閃控控制器能夠基於該軟體程式而同步或非同步在任何給定情況下，皆以短觸發脈衝電子觸發多個照明模組。
本發明之其他特徵和目的將從該(等)較佳具體實施例之實施方式以及以下文中所包括之該等圖式變得顯而易見。
10:頂部平坦光源；照明模組；頂側平坦光源；頂側平坦光；頂側平坦照明
11:高解析度攝影機
12:遠心透鏡
14:頂部透鏡光源；頂部光源；照明模組；頂側照明
16:照明光源
18、24、32:透鏡
20、26、28:分束器
22:托盤；組件載體
30:單點照明模組；單點照明；照明模組；單點照明光源；照明光源
34:暗視野照明模組；照明模組；暗視野照明光源
36:明視野照明模組；照明模組；明視野照明光源
38:馬達
40、42:環套
44:視覺區；光學區
50、51、60、61、62、65、89:區域
55:損傷
56:污染
63、64:水晶體之該等邊緣
70、71:污染瑕疵
73:可能的變形
74:模型溢料或損傷
80、81、82:區域；嚴重污染瑕疵
83、86:表面變形
84、87:污染
85、88:刮痕
90、91:皺皮瑕疵
100:系統
101:主要模組；頂側照明模組
102:主要模組；影像獲取模組
103:主要模組；背光照明模組
關於例示本發明之可能設置的該等所附圖式進一步說明本發明將很便利。熟習此領域技術者將可瞭解，本發明之其他設置為可能，所以該等所附圖式之特性不應被理解為取代本發明之前述說明之一般性。
第一圖係依據本發明的該光學、照明和成像系統之例示圖。
第二圖係一種人工水晶體類型之例示圖，其中44係該視覺區，並且包括環套42和40，其用於到該眼睛的手術連接。該等環套40和42係固定到該視覺區44。
第三圖例示以該頂部透鏡光源所照亮的第一圖中本發明之該系統擷取的托盤中所定位人工水晶體之影像。
第三a圖例示第三圖中區域50之放大影像。
第三b圖例示第三圖中區域51之放大影像。
第四圖例示以該頂部平坦光源所照亮的第一圖中本發明之該系統擷取的托盤中所定位人工水晶體之影像。
第四a圖例示第四圖中區域60之放大影像。
第四b圖例示第四圖中區域61之放大影像。
第四c圖例示第四圖中區域62之放大影像。
第五圖例示以該暗視野光源所照亮的第一圖中本發明之該系統擷取的托盤中所定位人工水晶體之影像。
第五a圖例示第五圖之全環DF影像。
第五b圖例示第五圖之片段(bit)1DF影像。
第五c圖例示第五圖之片段2DF影像。
第六圖例示以該明視野光源所照亮的第一圖中本發明之該系統擷取的托盤中所定位人工水晶體之影像。
第七圖例示以該單點光源所照亮的第一圖中本發明之該系統擷取的托盤中所定位人工水晶體之影像。
第七a圖例示第七圖中區域80之放大影像。
第七b圖例示第七圖中區域80之經處理影像。
第七c圖例示第七圖中區域81之放大影像。
第七d圖例示第七圖中區域81之經處理影像。
第七e圖例示第七圖中區域82之放大影像。
第七f圖例示第七圖中區域82之經處理影像。
第七g圖例示第七圖中區域89之放大影像。
第七h圖例示第七圖中區域89之經處理影像。
儘管本發明適用於各種類型之光學透射組件，但是將關於具有水晶體部分、尤其關於IOL者藉由範例進行說明。
參照第一圖，並且依據本發明之所構成具體實施例，例示分析和偵測損傷、像差、污染、變形和幾何性質的系統100，其包括三個主要模組101、102和103。該頂側照明模組101、該背光照明模組103和該影像獲取模組102。
該頂側照明模組101包含兩種類型的LED光源：該頂部透鏡光源14和該頂部平坦光源10。該頂部透鏡光源14包含該照明光源16；以及一透鏡18，其用於將該光引導朝向該托盤22中所容納的該樣本。該頂部平坦光源10係設置成以一角度照亮托盤22中的該樣本。
該背光照明模組103包含三個照明模組。該暗視野照明模組34、該明視野照明模組36和該單點照明模組30。該透鏡24將所有三種類型的照明皆引導到該組件載體22中所扣持的該樣本之該底表面。該單點照明模組30係依該托盤中正進行檢測的該水晶體之該光學倍率而定，透過馬達38定位。照明模組之該位置係在配置設置並儲存在配方中期間，基於要檢測的該水晶體之該型號而預先判定。該透鏡32係用於聚焦來自該單點照明30的該光。分束器26和28一起形成 分束器區塊，其係用於將來自三個照明模組30、34和36的該照明重新引導朝向該透鏡24。
該影像獲取模組102包含一高解析度攝影機11、一遠心透鏡12和一分束器20，以引導來自所有該等不同照明配置的該照明。該影像獲取模組係透過影像處理電腦(未顯示)控制，並且該等照明模組10、14、34、36和30係透過電子閃控器(未顯示)非同步觸發。該閃控器也係編程為觸發與該攝影機快門同步的該等照明模組，以在不同照明配置下擷取影像。該軟體程式判定該攝影機快門之該時序以及對該等照明模組的該觸發，以擷取該樣本之影像。
依據本發明之另一具體實施例，該等照明模組10、14、34、36和30可能係依所檢測樣本和特徵之該類型而定，以不同強度觸發。
依據本發明之另一具體實施例，該等照明模組10、14、34、36和30可能係以區段之形式動態配置，如此以致於其以僅該等光源中該等所選定區段將基於設置期間配方檔案中所儲存的該配置而照亮。
依據本發明之另一具體實施例，該照明模組30和透鏡32可能係基於要檢測的該水晶體之不同產品類型而動態定位，其中該等位置可能在設置期間儲存在配方檔案中。
頂側照明區塊採用兩種方法：光反射和光散射。其允許基於反射光(TopLens LH)和散射光(TopFlat LH)獲得影像。頂部透鏡LH包括該LED支架和頂部透鏡。頂部平坦LH包括該LED支架和擴散器。
第二圖例示人工水晶體之圖式。環套40和42係在該水晶體之該光學區44之相對側。
第三圖例示利用該頂側照明擷取的該人工水晶體之影像。該頂側照明14之該配置係配置成反射來自用於該人工水晶體的該平坦面的光，以便有效增強某些。第三a圖係第三圖中區域50之放大影像，並且第三b圖係第三圖中區 域51之放大影像。在第三a圖中，損傷如在55所示顯而易見，並且在第三b圖中，污染係在56觀察到。從第二圖中該等環套40和42之該頂表面反射的該入射光生成最佳影像，其有效突顯污染和水晶體損傷等瑕疵。
由於該光學區44彎曲，因此當使用頂側照明14時，在此區域中觀察不到良好反射。而且，如第三圖中所例示的該水晶體之該等邊緣不清晰，並且該等環套之該等尺寸之任何測量和該水晶體大小可能不準確。為了增強該水晶體之該等邊緣，利用該頂側平坦光源10。第四圖例示使用該頂側平坦光10擷取的該人工水晶體之影像。該頂側平坦照明10之該配置係配置成以一角度照亮該水晶體，以有效增強該等邊緣。第四a圖係第四圖中區域60之放大影像，並且第四b圖係第四圖中區域61之放大影像。在第四a圖和第四c圖中，如分別在63和64所觀察到，水晶體之該等邊緣係明白清晰具有良好對比度。該環套之寬度、長度以及與該光學區中心的距離等尺寸，係可從該影像第四圖分析的一些該等關鍵測量。熟習此領域技術者將可體會，其他尺寸也可基於客戶要求而在影像第四圖中進行測量。第四c圖係第四圖中區域62之放大影像。可能觀察到該水晶體周圍的該區域65具有亮帶，其寬度係該水晶體曲率之直接聯繫。第四b圖中該水晶體周圍的區域65之該寬度可依該人工水晶體之該光學曲率而定變化。該光學區曲率因此易於測量，並且與該人工水晶體之該倍率相關聯，從而使該檢測系統能隔絕或剔除具有不同曲率或光學倍率的水晶體。
第五圖係具有第一圖中所示之該暗視野照明光源34的該人工水晶體之影像。該暗視野光源具有吸收來自該樣本的所有反射光的經特殊處理表面的特徵，從而產生如第五圖中所示之高對比度影像。該暗視野照明係配置成生成細光束，其係以與該光軸成45度入射到該水晶體表面上。在暗視野照明配置下所擷取的該影像，會增強與該光學區中的污染、變形和過量模型溢料相關的瑕疵。在第五圖中，70和71顯示污染瑕疵，並且73指出該光學曲率區域中可能的變 形。模型溢料或損傷也可在第五圖中的74觀察到。這裡要注意的重點係使用如第一圖中所示暗視野照明模組34的瑕疵，特徵係從該水晶體之該底部和頂表面突顯，從而使得該檢測更有效且可靠。
採用如第五圖中所示的該全環DF照明可看到所有瑕疵皆具有良好對比度，但也可看到光照配置。其發生原因係光學區之兩個表面上皆兩次反射。DF LH分為2片段(bits)，以能夠在LH亮點區域中進行檢測。第五a圖、第五b圖和第五c圖係具有DF照明的三個影像，如有需要可進行全光學區檢測。但是實際上由於我們擁有可測試亮點所覆蓋區域的其他影像，因此全環影像夠好。
第六圖係具有第一圖中所示之該明視野照明光源36的該人工水晶體之影像。該明視野照明模組36係配置成生成以與該光軸成很廣角度入射到該水晶體表面上的光。明視野光源形成具有照明之廣角孔徑的光。在明視野照明配置下所擷取的該影像，會實現水晶體大小和該水晶體之位置等幾何測量。此外，第六圖中所示80、81和82所指出的某些嚴重污染瑕疵係最佳增強，有助於容易檢測瑕疵。
第七圖係具有第一圖中所示之該單點照明光源30的該人工水晶體之影像。來自30的該照明係進一步聚焦以使用透鏡32(其係不同定位以調整該照明來適合要檢測的該水晶體類型)生成細光束。單點光源係欲形成以直角(與該光軸約成0度)到達該樣本表面的細光束。元件之光學也包括在用於SS影像的光折射中。結果，針對不同光學倍率元件，SS光源之位置必須不同。所以SS LH由SS透鏡、SS LED、步進馬達組成。採用此步進馬達，我們可針對具有不同光學倍率的樣本選擇SS光源之正確位置。這是用於光學區檢測的最佳影像。但是在這樣的照明方法下，看不到物件之其他部分。
在SS照明方法下，光學區之大多數瑕疵皆具有良好對比度。DF需要具有低SS對比度的瑕疵。BF就位置和尺寸而言係有用的。TopFlat需要邊緣瑕 疵。TopLens可檢測所有平坦區域。採用所有五種方法之組合可檢測幾乎100%瑕疵。
該調整機構係透過將該照明光源30和透鏡32適當整合到馬達38來達成。該馬達之移動係透過電腦控制，並且該位置係在該照明之設置和配置期間進行判定，並且儲存在可能係在該檢測程序期間下載的配方檔案中。在單照照明配置下所擷取的該影像實現檢測表面變形、刮痕、污染和一般已知為該皺皮(orange peel)的瑕疵等瑕疵。
第七a圖係第七圖中區域80之放大影像。第七b圖係第七圖中區域80之經處理影像。該光學區域中的該表面變形可分別在第七a圖和第七b圖之83和86清晰看見。第七c圖係第七圖中區域81之放大影像。第七d圖係第七圖中區域81之經處理影像。該污染分別在第七c圖和第七d圖之84和87的該光學區域中顯而易見。第七e圖係第七圖中區域82之放大影像。第七f圖係第七圖中區域82之經處理影像。該刮痕分別在第七e圖和第七f圖之85和88突顯。第七g圖係第七圖中區域89之放大影像。第七h圖係第七圖中區域89之經處理影像。普遍指稱為該皺皮瑕疵的該光學區域表面上的該等同心線，可能係分別在第七g圖和第七h圖之90和91觀察到。與該單點透鏡和該機動定位機構整合的該單點照明光源提供增強的系統及其方法，以檢測該水晶體之各種表面瑕疵。
對本發明之各種具體實施例的修飾例將在熟習此領域技術者閱讀此揭示內容後變得顯而易見，並且可能做出而不悖離在此所附諸申請專利範圍所涵蓋本發明之範疇。鑑於上述，將看到本發明之該等數個目的達成，並且得到其他優勢。由於許多變化例可能在該等上述構造和方法中做出而不悖離本發明之範疇，因此所欲為該上述說明中所含有的所有內容皆應解譯為例示性，而非限制性。
10:頂部平坦光源；照明模組；頂側平坦光源；頂側平坦光；頂側平坦照明
11:高解析度攝影機
12:遠心透鏡
14:頂部透鏡光源；頂部光源；照明模組；頂側照明
16:照明光源
18、24、32:透鏡
20、26、28:分束器
22:托盤；組件載體
30:單點照明模組；單點照明；照明模組；單點照明光源；照明光源
34:暗視野照明模組；照明模組；暗視野照明光源
36:明視野照明模組；照明模組；明視野照明光源
38:馬達
100:系統
101:主要模組；頂側照明模組
102:主要模組；影像獲取模組
103:主要模組；背光照明模組

Claims (8)

  1. 一種用於檢測人工水晶體的檢測裝置，該裝置包含：一影像獲取模組，包含一高解析度攝影機；一訂製遠心透鏡；以及聚焦機構，其係設置成擷取前述人工水晶體之一影像；一第一明視野照明模組，該第一明視野照明模組包含一第一光源，其指向實現來自具有一平坦面的該人工水晶體的複數環套之表面的反射光之影像擷取的該人工水晶體之頂表面；一第二明視野照明模組，該第二明視野照明模組包含一第二光源，其指向實現來自該人工水晶體的光學表面和該等環套的散射光之影像擷取的該人工水晶體之該頂表面；一第三明視野照明模組，該第三明視野照明模組包含一第三光源，其以與該人工水晶體的光軸成一很廣角度指向該人工水晶體之底表面；一暗視野照明模組，該暗視野照明模組包含一第四光源，其設置成指向前述人工水晶體之該底表面，前述第四光源設置成生成以與該光軸呈45度入射到該人工水晶體之表面上的一細射束；一單點照明模組，該單點照明模組包含一細射束光源，其以與該人工水晶體表面成直角入射；以及一單點透鏡，其適當整合到一電控制動態定位器；一背光前透鏡，其配置源自前述該等照明模組的所有照明光線之方向；其中前述該等光源係設置成增強前述人工水晶體之一光學曲率和一環套表面上的一特定瑕疵，以透過前述影像獲取模組進行影像擷取。
  2. 如請求項1之檢測裝置，更包括一頂側照明模組，前述頂側照明模組包含一頂部光源，其指向前述人工水晶體之該表面；其中前述頂部光源係設置成突顯前述人工水晶體表面上顯而易見的損傷，以透過前述影像獲取模組擷取。
  3. 如請求項1或2之檢測裝置，更包括一明視野照明模組，前述明視野照明模組包含一明視野光源，其指向該人工水晶體之一彎曲面，使得入射光隨後係以與前述人工水晶體成一廣角度反射；其中擷取前述反射光的一影像容許測量前述人工水晶體之一幾何性質。
  4. 如請求項1之檢測裝置，其中該頂側照明模組包括一平坦光源，其設置成增強前述人工水晶體之邊緣，使得從來自該平坦光源的反射光擷取的一影像提供與前述人工水晶體相關聯的環套之幾何性質。
  5. 如請求項1之檢測裝置，其中與一聚焦透鏡整合的該單點照明模組係安裝在基於該人工水晶體之光學倍率而定位在不同點的一馬達上。
  6. 如請求項5之檢測裝置，其中該單點照明模組之該位置係透過基於該人工水晶體之該光學倍率的一預先配置查找表判定。
  7. 如請求項1之檢測裝置，其中所有照明模組皆係適當定位以消除影像擷取期間的任何干擾。
  8. 如請求項2之檢測裝置，其中該頂側照明模組係適當設置成照亮位於透明和半透明托盤內的該人工水晶體。
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