利用相襯成像的透鏡檢查系統的制作方法

專利名稱：利用相襯成像的透鏡檢查系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及優選在自動的透鏡生產線上用于眼用透鏡的自動檢查的檢
查系統。該檢查系統提供相襯(phase contrast)成像單元和利用所勤目村 成像單元的檢查方法，其被設計為以改進的可靠性程度識別有缺陷的透鏡， 但是不會錯誤地選出良好的透鏡。
背景技術：
現在，在高度自動化的生產設備上大,生產由各種材料構成的接觸 透鏡。有利的是，這些接觸透鏡利用可再度使用的陰、陽半模形成，該半 模通常由玻璃或石英形成。當進行配對(模組裝)時，這些半模限定了對 應于隨后的接觸透鏡形狀的空腔。在將半模閉合之前，將聚合物溶液投配 入陰半模內。在將半模閉合之后，使用UV光在半模上照射，使得透鏡腔 內透鏡材料的交聯。然后，例如，通過吸附式夾具或機械夾取器將透鏡從 半模中移出，并放置在包裝內。
因為打算使接觸透鏡在眼睛內使用，所以必須非常仔細確保透鏡符合 嚴格的質量控制標準。為了確保接觸透鏡的一致質量，可以實施利用工業 圖像處理方法的接觸透鏡自動檢查。用于眼用透鏡的檢查的已知方法基于 亮場和/或暗場成<象。
WO-A-2005/054807披露了 一種在自動的透鏡生產過程中用于自動檢 查接觸透鏡，特別是帶色彩的接觸透鏡，的方法，該方法包括利用所謂的 紋影法(Schlieren method )的優選的暗場檢查方法的暗場檢查單元。
EP-A-1248092還披露了暗場檢查單元和亮場檢查單元的組合，優選所 謂的紋影法和透射光法的組合。接觸透鏡相繼在暗場和亮場內被觀察。WO-A-2004/057297披露了 一種利用兩個不同的光源光學地檢查和檢 測物體內的缺陷的方法，特別是將暗場設備用作第一檢測方法，而將亮場 設備用作第二檢測方法。
WO-A-03/073060披露了在制造所述眼用透鏡的過程中利用至少兩種 不同的機器視覺檢查技術的眼用透鏡的雙檢查，優選的該至少兩種檢查技 術是亮場和暗場檢查技術；其他技術是吸收檢查，結構光檢查，熒光檢查 和光譜屏蔽。
WO-A-99/32869披露了一種檢查接觸透鏡的系統，其利用光源和電子 照相機以及一系列掩模，包括亮場掩模、暗場掩模和由細微條紋構成的轉 移掩模(transition mask)，來獲取透鏡的圖像，由此光在距掩模不同距 離處以相長和相消的方式相互作用。然后每次利用一個掩模來取得圖像。
EP-A-0686842披露了一種利用兩個優化的亮場照明區域，即，利用不 同灰度級的光，的透鏡檢查系統和方法。 一個灰度級用于中心區域，而另 一灰度級用于周邊區域。然而相襯的使用(另一種可想到的檢查方法)被 認為是過于靈敏的，即，將外觀缺陷提高到了使透鏡由于有缺陷而被認為 不合格的程度。
為了提高生產率，并且更重要的是為了提高眼用透鏡的質量和佩帶者 的舒適性，需要發明一種更精確的檢查系統。特別是，合適的檢查系統應 當對眼用透鏡在尺寸精度、表面缺陷、撕裂、外周破裂以及諸如氣泡和外 來物體的包含以及在眼用透鏡邊緣處的小缺陷方面進行沒有遺漏的檢查。

發明內容
本發明利用權利要求l中所表征的特征解決了該問題。至于相關的進 一步實質性的改進，參考從屬權利要求。
在一個方面，本發明提供一種檢查眼用透鏡的方法，其包括利用相襯 成像單元。優選，該方法還包括利用亮場和/或暗場成像單元。更優選，該 方法允許選擇性地4吏用相襯和亮場成4象單元或相襯和暗場成像單元。還優 選，該方法允許同時使用亮場成像單元和相襯成像單元。在另 一方面，本發明的方法允許同時使用暗場成4象單元和相襯成像單元。
在更優選的方面，該方法是在自動化透鏡生產線上的自動檢查方法。 在又一方面，本發明提供一種在包含相襯成像單元的自動化透鏡生產 線上用于眼用透鏡的自動檢查的檢查裝置。優選，該裝置還包括亮場成像 單元和/或暗場成像單元。更優選，該裝置允許選擇性地使用相襯和亮場成 像單元或相襯和暗場成像單元。再優選，該裝置允許同時使用亮場成像單 元和相襯成〗象單元。在另一方面，該裝置允許同時使用暗場成像單元和相 襯成像單元。
在另一方面，本發明可以包括改善對有色彩的或彩色接觸透鏡的檢查 的裝置和方法。


根據隨后的說明和附圖，可以看到本發明進一步的細節和優點。
圖1示出了基于本發明包含相襯成像單元的檢查裝置的示意圖； 圖2示出了接觸透鏡的亮場圖像； 圖3示出了接觸透鏡的暗場圖像； 圖4示出了接觸透鏡的相襯圖像；
圖5a-c示出了有缺陷的透鏡的亮場(a)、暗場(b)和相襯(c)圖 像的比較；
圖6a-c示出了有缺陷的透鏡的亮場(a)、暗場(b)和相襯(c)圖 l象的另一比較；
圖7a和b示出了有缺陷的復曲面透鏡的亮場(a)和相襯(c)圖像的 比較；以及
圖8a-c示出了復曲面透鏡的亮場(a)、暗場(b)和相襯(c)圖像 的比較。
具體實施方式
基于本發明，通過包含利用相襯成像單元的檢查方法檢查眼用透鏡。 在可選實施例中，可以使用亮場和/或暗場成像來對相襯成像進行補充。
如所公知的，相襯技術利用光學機構將微小的相位變化轉變為相應的 振幅改變，這可以呈現為圖像襯度的差異。另外，已知的是在對透明樣品 的成像過程中可以將相村成像用作提供提高了的對比效果的技術。
與現有技術中認為相襯成像過于靈敏，并因此不適用于檢查眼用透鏡 的參考相反，已經驚奇地發現，相襯成像事實上適用于眼用透鏡的檢查， 并提供了精確的檢查系統。還發現，特別是將相村成像與亮場或暗場成像 相結合提供了更精確的檢查系統。更進一步發現，同時利用相襯成像和亮 場成4象提供了甚至更精確的檢查系統。
作為本發明的用于檢查眼用透鏡的相襯成像方法基于將折射率差轉換 為強度差，而亮場成像基于吸收差。在本發明的優選方面，將兩種成像方 法結合并同時應用。相襯成像的轉換基礎是干涉特性。兩光波的干涉結果 依賴于其相位關系。存在兩個極端。如果兩波在同一相位相遇，它們將以
完全相長的方式干涉，即，它們將是加成的，并且所得到的光強將是干涉 波的強度之和。如果兩干涉波的相位相差二分之一波長，那么干涉將完全 相消，并且兩波將抵消。任何其他相位關系將產生中間強度。
本發明的相襯成像單元完成單獨的亮場觀察所不能完成的兩個任務 其將背景光與樣品(即，接觸透鏡)所散射的光分離，并且其使得被^:射 的和未被"^射的波彼此相位相差大約四分之一或一半波長，以便它們能夠 相消地干涉并造成強度的改變。
本發明的用于檢查眼用透鏡的相襯成像單元與現有技術中已知的檢查 單元不同在于在樣品和檢測器之間具有相位板。沒有被樣品偏移或散射的 任何背景光都穿it^目位板。當偏移的和未偏離的光束進一步沿光路再次合 并時，偏移的和未被偏移的光束的相位差是增加的或減小的。獲得的波是 其峰值和谷值彼此相反的兩波之和。獲得的波比背景暗四倍之多。因此樣 品表現得比背景更暗，并且樣品上的特征比周圍的場更亮或更暗。當用戶 進行觀察或通過計算機程序進行分析時，獲得的圖像使得撕裂或其他小的缺陷可見。
已經注意到，本發明涉及相襯成像方法及系統。因此，并不如所述那
樣(例如，如在US5066120中那樣)分析光的相位，而是捕捉由于同相或 相位偏移的干涉引起的強度差來作為圖像。只有那樣，才能將所述圖像用 于檢測尺寸精度、表面缺陷、撕裂、外周破裂以及諸如氣泡和外來物體的 包含以及在邊緣處的小缺陷。
基于本發明的一個實施例的檢查裝置描繪于圖1中，并且優選地由相 襯檢查單元1和亮場檢查單元2構成。接觸透鏡3，其優選是柔軟的接觸 透鏡，被保持在容器4內。在相襯檢查單元l中，將相位板9安裝在物鏡 后側焦平面內或附近(見圖1的放大部分)，以便選擇性地改變穿過樣品 的環境(或未偏移的)光的相位和振幅。
相位板通常由相位延遲材料構成，諸如玻璃板10上的介質薄膜。最通
積到:鏡表面上來制造:介質薄膜的作用是使光的相位偏移:'同時金屬膜
使未衍射的光強衰減。
"正"相位板產生暗襯比并且包含被設計為使環境波前的振幅減小的 部分吸收膜。另外，這種板包含被設計為使衍射光的相位偏移(延遲)90 度的相位延遲材料。
"負"相位板也包含相位延遲和部分吸收材料。然而，在這種情況下，
兩種材料,皮夾置在相位板內，使得僅有未衍射的環境波前是受到影響"皮 衰減并且相位被延遲90度)的種類。
在光學術語中，使環境光的相位相對于衍射光改變90度(或者正，或 者負)的相位板由于其對光程差的影響而被稱作四分之一波片。通常，當 物鏡數值孔徑和放大率增加時，相位板的寬度和直徑都減小。
在相村檢查單元的一個實施例中，薄的相位板包含在玻璃中蝕刻的環， 其具有減小的厚度以便有差別地使環境波的相位推進四分之一波長。在另 一優選實施例中，該環還涂覆有局部吸收金屬膜以使環境光振幅減小60 至90 % 。因為后側焦平面通常位于內部透鏡元件附近，所以某些相襯物鏡通過 實際蝕刻到透鏡的表面內來制造。
再參考圖1，接觸透鏡3優選至少被臨時容納在容器4內，容器4至 少在底部是透明的以允許來自光源5的照明光束透射穿過接觸透鏡3。容 器4可以在頂部開口，或者通過透明窗口的形式封閉。在^f吏用中，容器4 優選地至少部分填充有流體溶液，諸如，例如水或含鹽溶液或類似的測試 液體。優選，容器的形狀是諸如，當將接觸透鏡設置在容器內時，該容器 傾向于使該透鏡自動地定位在其底部中心位置。該容器可以單獨保持在傳 輸子系統上，或者可以是被提供以保持大量容器的透鏡載體的一部分。
可以將光源5用來對接觸透鏡3進行照明，并且其可以是任何合適種 類的產生連續照明光束或者一系列閃光或脈沖的單色光源。在后一種情況 下，檢查系統優選在傳輸子系統和光源之間還包括同步或協調機構，當接 觸透鏡在檢查位置時其使得光源恰好被激勵。
優選的光源的實例是發光二極管(LED)或短弧氙閃光燈。也可以使 用其他類型的光源，諸如鹵素燈，在這種情況下可能需要^吏用濾光器來形 成單色光。然后從光源5發出的光被合適的透鏡6準直。
為了增大光的輸出或光強，可以使用凹面反射鏡(未示出)。然后， 將光源5和凹面^Jt鏡反射的光聚焦到輸入光闌(未示出)上，在優選實 施例中，這通過熱濾光器和雙凸透鏡(未示出)進行。光闌位于另一透鏡 的焦點處，使得光源'5發出的光被準直，并且在檢查區域內提供平行光。 也可能的是在透鏡6之后額外使用干涉濾光器(未示出)，以便實質上增 大光源5發出的光的相干長度。
透過接觸透鏡3的照明光束入射到成像凸透鏡7上。經過透鏡7后， 照明光束被分束器8，例如分束立方體，分割。 一個光束是相襯光學元件 的光束，而另一光束為透射光(即，被導引到亮場光學元件)。
在可選實施例中，可以以相同的方式將分束器用于將一個光束導引到 相村光學元件，而將另一光束導引到暗場光學元件。在另一實施例中，可 以將分束器用于將一個光束導引到相襯光學元件，而將另一光束導引到亮場和暗場光學元件。
每個成像單元都由透鏡14和16以及CCD照相機15和17構成。
對于照明光束和觀察光束，優選使用消色差透鏡，以消除像差。優選 在小角度下進行觀察。
對于對接觸透鏡，特別是有色彩的接觸透鏡，的大范圍的和徹底的檢 查，可以將暗場檢查單元用于與亮場檢查單元和/或相襯成像單元相結合， 其更容易識別膜片印刷(iris print)以外的線性表面缺陷。A. Toepler引 入了這種暗場方法來對透鏡進行檢查，并且在關于紋影法的文獻中是7^ 的，這種暗場方法的特征在于這樣的事實，即，將光束光闌(beamstop) 定位在接觸透鏡和照相機之間。紋影法系統在檢測諸如表面缺陷、撕裂、 破裂的外觀缺陷以及諸如氣泡和外來物體的包含物方面特別有效。
在額外l吏用了暗場成^象的實施例中，相位延i^Jl 9可以通過濾光器平 面12內的光束光闌13 (二者均未示于圖1中)來實現。光束光闌13有利 的是應當具有大于輸入光闌(圖1中未示出)的直徑，從而，盡管照明光 束的偏移，光束的照明部分完全被接觸透鏡3的成像特性所散射。當然， 光束光闌13不應當太大，因為不利數量的低頻部分可能被濾除。最后，散 射光束相比于光束方向的偏移較小。利用光束路徑的計算機輔助模擬并根 據實驗確i人，對于lmm的輸入光闌，光束光闌13的尺寸有利的是2-3mm。
在沒有接觸透鏡3對照明光束的散射或折射的情況下，除了足以使光 偏移錯過光闌13的接觸透鏡的特征之外，沒有光透射經過光闌13并到達 CCD照相機17，并且所得到的照片是全黑的。這些特征將導致某些光入 射到照相機17的像素陣列上。入射光的圖像優選通過照相機17的透鏡16 來獲取用于分析。
圖2至4以高分辨率示出了接觸透鏡的亮場(圖2)、暗場(圖3)和 相襯圖像(圖4)。在圖5至8中，比較了利用亮場、暗場和相襯成像獲 取的透鏡樣品的圖像。
圖5表征了在透鏡材料內具有氣泡(X)并且在透鏡表面上具有粘合 的空氣泡(O)的透鏡。后者(O)不是透鏡缺陷，然而，透鏡材料內的氣泡(X)是必須通過本發明的系統和方法識別以將透鏡認定為有缺陷的透 鏡缺陷。圖5a是亮場圖像，圖5b是暗場圖像，而圖5c是同一透鏡的相襯 圖像。僅有相村圖像能夠將X與O區分，因為X表現為圍繞缺陷的明亮 光暈時，而OM現為黑點。在組合了亮場和相襯成像的方法中，可以將 第一亮場圖l象(圖5a)用于識別潛在缺陷的區域，然后其通過隨后的或者 同時進行的第二相襯圖像(圖5c)進行確認或排除。
圖6表征了在透鏡材料內具有兩個氣泡(X)的透鏡，兩者在相襯圖 像內都表現為明亮的光暈。它們之一在圖6a中難以看見，而在圖6b中清 楚可見。此處，可以將第一暗場圖像(圖6b)用于識別可能的缺陷的區域， 然后其通過隨后的或者同時進行的第二相襯圖像(圖6c)進行確認或排除。
圖7示出了同時從同一復曲面透鏡上獲取的亮場和相襯圖像的比較。 在圖7a中，透鏡材料內的氣泡(X )表現為如先前的圖像那樣不能與透鏡 表面上粘接的空氣泡(O)相區分。而在圖7c中，明亮的光暈表明了將透 鏡認定為不合格的缺陷的真實屬性。此處同樣或者單獨使用相村圖像(圖 7a)，或者與亮場圖像組合(圖7c)，能夠可靠地認定具有真實缺陷的透 鏡(并且僅僅是透鏡)不合格。
圖8示出了復曲面透鏡，即，在眼睛上的取向實質上用于有效的視覺 校正的透鏡，的三個圖像。亮場(圖8a)或暗場(圖8b)圖像都不能捕獲 包裝中的透鏡的取向。然而，相襯圖像(圖8c)清楚地表現了基本的光學 設計以及透鏡的各個取向。
優選將本發明用于制造線。通過在生產車間內的適當的傳輸子系統， 使樣品(接觸透鏡)沿預定路徑移動到透鏡檢查位置，其中，檢查此時的 一個透鏡。優選，使透鏡連續地移動通過檢查系統，然而在檢查期間透鏡 也可以在固定位置。
因為所得到的暗場圖^象沒有受到透鏡內或里面的吸收光的任何目標， 諸如虹膜印刷，的影響，所以該方法對于檢查有色彩的接觸透鏡是特別有 效的。可能被虹膜印刷隱藏的外觀缺陷變得可清楚地檢測。
無論使用相村成像、相襯和亮場成像還是相村和暗場成像，通過計算機對圖像進行自動處理，其決定是否認定透鏡不合格，或者根據通過現有 技術的任何已知方法預設的選擇條件對其進行進一步處理。
上述方法適用于對任何種類的眼用透鏡，特別是接觸透鏡，進行檢查。 優選該接觸透鏡是軟接觸透鏡，例如常規的水凝膠透鏡，其包括例如聚
HEMA均聚或共聚物、PVA均聚或共聚物、或交聯的聚二醇或聚硅氧烷 水凝膠。在更優選的實施例中，該接觸透鏡是有色彩的接觸透鏡。
權利要求
1. 一種用于檢查眼用透鏡的方法，其包括使用相襯成像單元。
2. 根據權利要求l的方法，還包括使用亮場成像單元。
3. 根據權利要求l的方法，還包括使用暗場成像單元。
4. 根據權利要求1的方法，還包括使用亮場成像單元和暗場成像單元。
5. 根據權利要求2的方法，其中所述方法允許同時使用所述亮場成像 單元和所述相襯成像單元。
6. 根據權利要求3的方法，其中所述方法允許同時使用所述暗場成像 單元和所述相襯成像單元。
7. 根據權利要求5或6的方法，其中使用分束器將光導引到所勤目襯 成像單元和所述亮場成像單元或所述暗場成像單元。
8. 根據前ii^利要求中任一項的方法，其中所述方法是在自動透鏡制 造線上的自動檢查方法。
9. 一種用于檢查眼用透鏡的裝置，其在光學連接方面包括 光源；一個或多個光學元件；用于保持樣品接觸透鏡的容器；一個或多個照相機傳感器；以及分束器；相襯成像單元。
10. 根據權利要求9的裝置，還包括亮場成像單元和/或暗場成像單元。
全文摘要
本發明涉及一種優選在自動透鏡生產線上用于眼用透鏡的自動檢查的檢查系統。該檢查系統提供相襯成像單元，以及利用所述相襯成像單元的檢查方法，其被設計為以改進的可靠性程度識別有缺陷的透鏡而不錯誤地選出良好的透鏡。
文檔編號G01M11/02GK101313205SQ200680043591
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月22日 優先權日2005年11月24日
發明者L·福爾納謝羅, R·比埃爾 申請人:諾瓦提斯公司