TWI797296B - 檢測浸於溶液中眼用鏡片屈光度及厚度之系統及方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於在檢查之下產生一眼用鏡片的高對比影像之系統,包括:頂端攝影機,其通過鏡頭模組來查看眼用鏡片;馬達帶動的機構,用於將頂端攝影機定位在兩預程式規劃位置;三個照明模組;該等照明模組聚焦通過受測的眼用鏡片之光線,從而產生眼用鏡片的特徵之一高度對比影像;其中眼用鏡片內含在具有正十屈光度的比色杯之內;該比色杯與兩光學窗口安裝在一起,其中之一垂直並且另一傾斜;該比色杯具有透明底部玻璃,適合設計成定位受測的眼用鏡片;該比色杯設計成填入鹽水溶液;精確校正過的測試物體,其定位來達成眼用鏡片的影像與測試物體上存在的圖案之影像重疊;額外照明來源,包括雷射二極體;以及第二攝影機,其通過含鹽光學鏡頭模組來查看眼用鏡片。
Description
本發明係關於一種用於測量眼用鏡片屈光度之設備及方法,尤其是本發明係關於一種能夠測量適當整合至一自動化製造系統內的隱形眼鏡屈光度之設備及方法。
目前存在許多先前技術測量系統,其中在眼用鏡片所在位置上測量眼用鏡片的屈光度以及其他特性。目前已可取得用於使用探測光束結合動態定位來測量鏡片的屈光度,執行屈光度測量的商業儀器。然而,由於檢查每個鏡片所需時間讓這些儀器無法整合至高速自動化製造系統,使得其不適合於這種目的。眼用鏡片製造成適合不同類型的眼睛特性。在根據鏡片屈光度分配之前,這些鏡片需要適當分類與分隔。
鑑於上述情況,需要一種自動化系統或設備和方法,能在幾分之一秒內準確可靠地測量鏡片的屈光度,以便將該設備整合至自動化製造系統中。
為達此目的,本發明的具體實施例包括:一高 解析度成像裝置,用來擷取該隱形眼鏡的影像;一定位機構,用來使用一馬達帶動機構,將該攝影機移動到一第一位置;讓該測試物體LED型光線頭有效照明該玻璃目標,並捕獲該玻璃目標的一影像,如通過填充有鹽水的一空比色杯所見。
本發明的目的在於提供一種用於檢查該隱形眼鏡屈光度的設備及方法。該程序一開始將該頂端攝影機移動至該第一位置,並通過具有零屈光度的隱形眼鏡以及填入鹽水溶液的該比色杯來捕捉該測試物體的影像。接著此影像用來當成一參考影像。隨後使用一組軟體演算法,運用該參考影像測量和製表較佳在X、Y和Z方向上相鄰點之間的距離,來執行該頂部攝影機14之校準;將具有屈光度的一隱形眼鏡裝入該比色杯中;讓該測試物體光線頭照明該鏡片,並捕獲該玻璃目標的一影像,如通過懸浮於該鹽水內的該隱形眼鏡所見;測量X、Y和Z方向內具有該光學區域的所有相鄰點間之該距離;使用該距離值來決定該鏡片的該屈光度;以及一顯示裝置,用於顯示並該軟體程式所判斷的一結果。該結果也可透過電子設備傳達,以便能夠整合至第三方設備。
本發明的進一步目的為提供一種檢查一隱形眼鏡之內像是撕裂、切口、空隙、氣泡、模具毛邊和異物等缺陷之設備及方法,包括:一高解析度成像裝置,用來擷取該隱形眼鏡的影像;一定位機構,用來使用一馬達帶動機構,將該攝影機移動到一第二位置;讓多個照明模組在不同時間上有效突出該隱形眼鏡中的各種缺陷;捕捉不同照明條件下的多個影像;使用多組軟體演算法分析該等影像,來偵測並識別該缺陷隱形眼鏡;以及將該檢查結果通訊至該主機,以移除該缺陷鏡片。
本發明的進一步目的在於提供一種用於檢查該隱形眼鏡厚度的設備及方法,包括:一第二高解析度成像裝置,其在檢查之下固接成與該隱形眼鏡夾一角度;啟用該雷射二極體型照明模組;使用該第二攝影機捕捉該隱形眼鏡的影像;使用一組分離式演算法來分析該影像,以測量該鏡片的厚度;以及將該檢查結果傳達給該主機,以便採取下一個步驟,例如分離不同厚度的鏡片。
第一圖以圖像形式顯示本發明第一態樣的具體實施例,其為用於測量隱形眼鏡的屈光度、厚度以及其他諸如氣泡、刮傷、污染與邊緣缺陷等缺陷之設備。該具體實施例由兩主要部分構成,
該第一部分如下:攝影機與鏡頭模組100由垂直安裝的頂端攝影機14構成,並用馬達帶動機構10驅動來將攝影機14定位在垂直軸內不同位置11和12上。攝影機14適合整合至鏡頭模組16。第二攝影機20固接在適合整合至鏡頭模組22的角度上。平面窗口18和側面傾斜窗口24使得能夠分別通過攝影機14和20捕獲隱形眼鏡30的影像。攝影機14的第一位置12較佳用於檢查該隱形眼鏡的屈光度,並且攝影機14的第二位置11較佳用於檢查諸如氣泡、刮傷、污染與邊緣缺陷等缺陷。
第二部分200為一複雜照明模組,並且包括用於許多組合的許多照明模組,來照明隱形眼鏡內某些特定缺陷。
照明模組44只能用於屈光度測量,以及用於使用測試物體43校正該檢查系統之用途。分光器41和42將明場照明49引向隱形眼鏡30,其懸浮在比色杯32內鹽水溶液中並適當地定位在底部玻璃35上。分光器41和42也將照明從測試物體照明模組44引向隱形眼鏡30,其懸浮在比色杯32內鹽水溶液中並適當地定位在底部玻璃35上。測試物體43位於目標物體照明模組44與分光器42之間,讓頂端攝影機14捕捉測試物體的影像。該測試物體較佳為一精準玻璃靶,其上印有精準尺寸點的圖案,如第二圖內所示。第二圖內顯示的該測試物體為可從許多光學配件供應商取得的一典型玻璃靶,並且第三圖顯示第二圖中該玻璃靶上所列印兩相鄰點之放大圖。玻璃靶43可為許多類型,其中之一如第二圖內所示。鏡片40當成聚焦鏡片,將所有光線聚焦到該比色杯。
照明模組46、48和49單獨使用或以預定組合使用,強化隱形眼鏡之內的缺陷,例如撕裂、切口、空隙、氣泡、模具毛邊和異物。分光器45和41引導照明模組46、48和49所發出光線,並且分光器42和41引導照明模組47和44所發出光線,朝向合適位於底部玻璃35上的隱形眼鏡30。
第三部分300為隱形眼鏡比色杯32,其中放入要檢查的隱形眼鏡30。比色杯32填入鹽水溶液,並且合適地置於底部玻璃35上的隱形眼鏡30放入鹽水溶液37內。該容器也包括一平面窗口18和側面傾斜窗口24,分別用於攝影機14和20。
第一部分100、第二部分200和第三部分300每一者的功能性都可分別與不同設備一起使用。進一步,雖然本文說明一起操作厚度測量與屈光度測量來形成第一部分100,但是這兩者可與其他裝置一起使用。由此得出,本發明的各個態樣包括以下,其可用作其他應用的單獨組件、用於各種組合或一起用作功能組件的總成,如本文所述: l 屈光度測量與缺陷偵測系統(14、16、18); l 厚度測量系統(20、22、24); l 玻璃靶43,以及; l 照明模組200。
檢查屈光度的方法依賴於具有不同屈光度的不同隱形眼鏡之已捕獲影像中一組預選點間之平均距離。為了能夠測量負屈光度鏡片,將比色杯設計成具有高於零屈光度10以上的屈光度,因此可測量具有從負10到正10屈光度的任何隱形眼鏡。作為測試物體,選擇圓點,因為即使具有顯著的散焦,也可測量這種物體的影像中心位置。
用於檢查隱形眼鏡缺陷(例如撕裂、切口、空隙、氣泡、模具毛邊和異物)的照明模組為明場照明器49、暗場照明器46和單點照明器48。雷射二極體照明器47只能用於測量隱形眼鏡的厚度。
分光器45和41將單點照明48引向懸浮於比色杯32內鹽水溶液中的隱形眼鏡30。鏡片40用來將所有不同照明聚焦到該比色杯。雷射二極體照明47用於測量隱形眼鏡的厚度。
第二圖顯示具有許多點精準印在一精準玻璃靶上的玻璃靶43之樣本。該玻璃靶與該印刷的圖案可根據檢查特性需求而變。
第三圖顯示第一圖中靶43上兩印刷點56的放大圖。在校正過程中,已知屈光度鏡片的影像用於捕捉影像,並且繪製跨越一組預選點的平均距離,以得到第八圖中的圖表。
第四圖顯示由位於第一位置內頂端攝影機14所捕捉的該玻璃靶之影像,以及位於該比色杯中的零屈光度隱形眼鏡。第四a圖為第四圖內方塊的放大圖。測量點中心d1與d2之間的距離60,並儲存在表格內。對於從光學區域65中選擇的一組18至20個點重複該程序。預選的一組點(在校準時確定)彼此相鄰,並且可在水平、垂直或角度方向上,只要落入光學區域65內即可。第五圖為用具有置於該比色杯中正屈光度並且具有位於第一位置內頂端攝影機14的隱形眼鏡所捕捉到第一圖中相同玻璃靶43之影像。第五a圖為第五圖內方塊的放大圖。執行測量兩相鄰點d3與d4之間距離70的處理,並重複位於隱形眼鏡光學區域內的一組預選點(在校準時確定)之處理,並且將結果製成表格。
第六圖為用具有置於該比色杯中負屈光度並且具有位於第一位置內頂端攝影機14的隱形眼鏡所捕捉到第一圖中相同玻璃靶43之影像。第六a圖為第六圖內方塊的放大圖。執行測量兩相鄰點d5與d6之間距離80的處理,並重複位於隱形眼鏡光學區域內的一組預選點(在校準時確定)之處理,並且將結果製成表格。
第七圖為測量第四圖、第五圖和第六圖中所示不同隱形眼鏡屈光度的處理之圖像表示。為了易於理解,第七圖中所示的附圖涉及3個點,但是可使用更多數量的點來測量距離。x1和x2指的是從第四圖中選擇的三個點間之距離,代表比色杯中未裝入隱形眼鏡的該玻璃靶之影像。y1和y2指的是從第五圖中選擇的三個點間之距離,代表比色杯中裝入正屈光度隱形眼鏡的該玻璃靶之影像。z1和z2指的是從第六圖中選擇的三個點間之距離,代表比色杯中裝入負屈光度隱形眼鏡的該玻璃靶之影像。取x1和x2、y1和y2以及z1和z2的平均值將得到x、y和z。
繪製距離x、y和z,並使用第八圖中的校準圖,確定檢查中隱形眼鏡的屈光度。接著將結果轉發至整合系統,以便採取進一步行動。
檢查設備中基本配置的任何改變都需要重做校準程序,以得到新的校準圖表,例如第八圖中的校準圖表。改變可包括但不限於焦點位置、鹽水溶液的類型、檢查系統的任何光學元件位置之改變或修改,例如攝影機解析度、攝影機位置、攝影機鏡頭、比色杯材料或其配置、玻璃靶配置、照明亮度、照明圖案、玻璃靶位置、棱鏡配置或位置以及任何上述的組合。
在第九圖內,第一圖內所示設備的子系統凸顯用於測量隱形眼鏡厚度的該等模組。該子系統構成適合整合至光學鏡頭22以及側面傾斜視窗24的攝影機20。攝影機20捕捉懸浮在比色杯32內鹽水溶液中並適當地定位在底部玻璃35上的隱形眼鏡30之影像。隱形眼鏡30由第一圖中雷射二極體照明模組47所發出的雷射光束39照明,並且接著由第一圖內所示分光器42和41所引導。測量厚度背後的原理依賴於雷射光39被隱形眼鏡材料及其表面33和34散射,如第九圖所示。為了理解,第九圖內顯示從隱形眼鏡的兩表面散射之單一光線。當雷射光束39入射到第九圖中隱形眼鏡30上,該雷射光往不同方向散射。雷射光的散射與隱形眼鏡的厚度成正比。在散射光線36與37之間測量的距離38代表隱形眼鏡30厚度的比例值。經證實,距離38越小,隱形眼鏡的厚度越小。距離38在第十一圖和第十二圖內分別顯示為Y1和Y2,單位為像素。相對較大的距離38,代表較厚的隱形眼鏡。建立顯示比例厚度值(與第九圖中距離38成正比)的預先配置表第十三圖,接著用於確定受檢查的隱形眼鏡之厚度值。為了校準,第十圖內顯示空比色杯(沒有隱形眼鏡)的影像。利用捕捉具有已知厚度值的n個隱形眼鏡之影像,接著測量該等已捕捉影像內的距離Y1、Y2…Yn,來建立該圖表。然後使用Y1、Y2…Yn值來建立如第十三圖內所顯示的圖表。在表格製作期間,考慮鹽水溶液的折射率和比色杯的效果,以確定隱形眼鏡的厚度。如果比色杯支架的液體或屈光度發生任何變化,則需要建立新的校準圖表,例如第十三圖中所示的校準圖表。由於雷射光束的低發散特性,第九圖中的距離38轉換為隱形眼鏡厚度值相當精確。
在不背離本發明精神與範疇之下可進行許多修改與改變,如精通技術人士所了解。本文內說明的具體實施例僅為例示,並且本發明不應受此限制。
10‧‧‧馬達帶動機構11‧‧‧位置12‧‧‧位置14‧‧‧頂端攝影機16‧‧‧鏡頭模組18‧‧‧平面窗口20‧‧‧第二攝影機22‧‧‧鏡頭模組24‧‧‧側面傾斜窗口30‧‧‧隱形眼鏡32‧‧‧比色杯33‧‧‧表面34‧‧‧表面35‧‧‧底部玻璃36‧‧‧散射光線37‧‧‧鹽水溶液38‧‧‧距離39‧‧‧雷射光束40‧‧‧鏡片41‧‧‧分光器42‧‧‧分光器43‧‧‧測試物體44‧‧‧測試物體照明模組45‧‧‧分光器46‧‧‧暗場照明器47‧‧‧雷射二極體照明器48‧‧‧單點照明器49‧‧‧明場照明器56‧‧‧印刷點60‧‧‧距離65‧‧‧光學區域70‧‧‧距離80‧‧‧距離100‧‧‧攝影機與鏡頭模組200‧‧‧第二部分300‧‧‧第三部分
通過考量下列詳細說明搭配附圖,對本發明有通盤的了解,其中: 第一圖以圖像形式顯示本發明第一態樣的較佳具體實施例,其為用於測量眼用鏡片的屈光度、識別其諸如切口、撕裂、空隙、氣泡、模具毛邊和異物等缺陷以及厚度之設備。該設備包含三個不同的部分100、200與300。模組100包括該攝影機與該物鏡,並且模組200包括該複雜照明模組搭配必要的透鏡與稜鏡,以便引到該照明並聚焦在該隱形眼鏡上,而模組300為特殊設計的比色杯,其中放入受檢查的該隱形眼鏡並且有兩個光學窗口,允許垂直攝影機與傾斜攝影機查看並捕捉該隱形眼鏡的影像;該特殊設計的比色杯內充滿鹽水溶液。 第二圖顯示可從任何光學配件供應商處獲得的精密玻璃型校準靶之樣品。 第三圖顯示由該精密玻璃靶中方塊41包圍的區域之放大圖。測量一對點之間的距離以及每一相鄰點的直徑,並儲存為校準資料。 第四圖顯示通過位於該比色杯內具有零屈光度的隱形眼鏡,以填充鹽水溶液的比色杯捕捉精準目標物體的影像之圖示。 第四a圖顯示由第四圖內方塊包圍的區域之放大圖。 第五圖顯示如通過位於填充有鹽水溶液的比色杯內正屈光度之隱形眼鏡所看到的精準目標物體之影像圖示。 第五a圖顯示由第五圖內方塊包圍的區域之放大圖。 第六圖顯示如通過位於填充有鹽水溶液的比色杯內負屈光度之隱形眼鏡所看到的精準目標物體之影像圖示。 第六a圖顯示由第六圖內方塊包圍的區域之放大圖。 第七圖顯示畫出疊加在該玻璃靶的三個相鄰點上,顯示正屈光度鏡片和負屈光度鏡片的三個相鄰點之圖示。 第八圖顯示說明隱形眼鏡屈光度與具有屈光度的隱形眼鏡光學區域內兩選定點之間距離間的關係圖。 第九圖為從圖1中擷取的子系統圖示,其用於測量隱形眼鏡的厚度。 第十圖為由第九圖中攝影機20所見第一圖中雷射二極管光頭47發射的雷射光束之影像,其中在比色杯中不存在隱形眼鏡。 第十一圖為由第九圖中攝影機20所見第一圖中雷射二極管光頭47發射的雷射光束之影像,其中在比色杯中存在薄隱形眼鏡。 第十二圖為由第九圖中攝影機20所見第一圖中雷射二極管光頭47發射的雷射光束之影像,其中在比色杯中存在較厚隱形眼鏡。 第十三圖為在測量第十一圖中和第十二圖中該已散射雷射光束Y1和Y2的長度之後用來計算隱形眼鏡厚度的參考之圖表圖。
10‧‧‧馬達帶動機構
11‧‧‧位置
12‧‧‧位置
14‧‧‧頂端攝影機
16‧‧‧鏡頭模組
18‧‧‧平面窗口
20‧‧‧第二攝影機
22‧‧‧鏡頭模組
24‧‧‧側面傾斜窗口
30‧‧‧隱形眼鏡
32‧‧‧比色杯
35‧‧‧底部玻璃
37‧‧‧鹽水溶液
40‧‧‧鏡片
41‧‧‧分光器
42‧‧‧分光器
43‧‧‧測試物體
44‧‧‧測試物體照明模組
45‧‧‧分光器
46‧‧‧暗場照明器
47‧‧‧雷射二極體照明器
48‧‧‧單點照明器
49‧‧‧明場照明器
100‧‧‧攝影機與鏡頭模組
200‧‧‧第二部分
300‧‧‧第三部分
Claims (10)
- 一種用於在檢查之下產生一眼用鏡片的高對比影像之系統,包括:a)一頂端攝影機,其通過一鏡頭模組來查看該眼用鏡片;b)馬達帶動的機構,用於將該頂端攝影機定位在兩預程式規劃位置;c)三個照明模組;d)該等照明模組聚焦通過受測的該眼用鏡片之光線,從而產生該眼用鏡片的該等特徵之一高度對比影像;e)其中該眼用鏡片內含在具有正十屈光度的一比色杯之內;f)該比色杯與兩光學窗口安裝在一起,其中之一垂直並且另一傾斜;g)該比色杯具有一透明底部玻璃,適合設計成定位受測的該眼用鏡片;h)該比色杯設計成填入鹽水溶液;i)一精確校正過的測試物體,其定位來達成該眼用鏡片的影像與該測試物體上存在的該圖案之影像重疊;j)一額外照明來源,包括一雷射二極體;以及h)一第二攝影機,其通過一含鹽光學鏡頭模組來查看該眼用鏡片。
- 如請求項1之系統,進一步包括一聚焦鏡頭。
- 如請求項1之系統,進一步包括一組分光器。
- 一種用於決定一眼用鏡片屈光度的方法,該方法包括以下步驟:將該頂端攝影機移動至一第一位置; 提供用正十屈光度設計的一檢查比色杯,包括一光學透明的底部玻璃,該玻璃具有凹入的內表面,其中包含浸入液體中的該眼用鏡片,並且將該檢查比色杯定位在該頂端攝影機的該光軸中;提供一組照明來源和一頂端攝影機,用於接收已通過該校準靶並隨後通過含在該檢查比色杯中的眼用鏡片之照明,以產生一重疊影像;提供設計有正十屈光度的該檢查比色杯,包括一光學透明的底部並且包含位於該底部玻璃中心具有零屈光度的眼用鏡片之該液體;以及測量該距離,並將代表該參考眼用鏡片屈光度的許多預定組目標點間之該測量製表。
- 如請求項4之方法,進一步包括下列步驟:將該頂端攝影機移動至一第一位置;提供用正十屈光度設計的一檢查比色杯,包括一光學透明的底部玻璃,該玻璃具有凹入的內表面,其中包含浸入液體中的該眼用鏡片,並且將該檢查比色杯定位在該頂端攝影機的該光軸中;提供一組照明來源和一頂端攝影機,用於接收已通過該校準靶並隨後通過含在該檢查比色杯中的眼用鏡片之照明,以產生一重疊影像;提供設計有正十屈光度的該檢查比色杯,包括一光學透明底部玻璃,其包含位於該底部玻璃中心具有零屈光度的眼用鏡片之該液體;以及使用具有已知屈光度的許多預選眼用鏡片,在預定組目標點之間像素內建立測量的校準圖表。
- 如請求項5之方法,該方法進一步包括下列步驟:將該頂端攝影機移動至一第一位置; 提供用正十屈光度設計的一檢查比色杯,包括一光學透明的底部玻璃,該玻璃具有凹入的內表面,其中包含浸入液體中的該眼用鏡片,並且將該檢查比色杯定位在該頂端攝影機的該光軸中;提供一組照明來源和一頂端攝影機,用於接收已通過該校準靶並隨後通過含在該檢查比色杯中的眼用鏡片之照明,以產生一重疊影像;測量許多預定組目標點之間的該距離,並從該校準圖表決定該屈光度;以及根據此屈光度移除並隔離該眼用鏡片。
- 如請求項4之方法,更包括以下步驟:將該頂端攝影機移動至一第二位置;將該檢查比色杯定位在該第二位置的該頂端攝影機的該光軸中;該照明通過內含於該檢查比色杯中的眼用鏡片,以產生該眼用鏡片中缺陷的多個增強影像;檢查該眼用鏡片之內的缺陷,諸如刮傷、撕裂與氣泡;以及若在該眼用鏡片內偵測到的該等缺陷之尺寸超過一預定尺寸,則移除該鏡片。
- 一種用於決定一眼用鏡片的鏡片厚度之方法,該方法包括以下步驟:提供用正十屈光度設計的一檢查比色杯,包括設計成具有正十屈光度的一光學透明的底部玻璃,該玻璃具有凹入的內表面,其中包含浸入液體中的該眼用鏡片,並且將該檢查比色杯定位在該頂端攝影機的該光軸中; 提供一單一雷射照射來源和一第二攝影機,用於接收由一組光束偏轉器引導並已通過聚焦透鏡和包含在該檢查比色杯中眼用鏡片之照明,以產生由該等反射光線形成的一雷射光束散射影像,並且測量反射光線的兩極端間之該距離。
- 如請求項8之方法,該方法進一步包括下列步驟:提供用正十屈光度設計的一檢查比色杯,包括一光學透明的底部玻璃,該玻璃具有凹入的內表面,其中包含浸入液體中的該眼用鏡片,並且將該檢查比色杯定位在該成像模組的該光軸中;提供一單一雷射照射來源和一第二攝影機,用於接收由一組光束偏轉器引導並已通過聚焦透鏡和包含在該檢查比色杯中眼用鏡片之照明,以產生由該等反射光線形成的一雷射光束散射影像,並且測量反射光線的兩極端間之該距離;以及在已知厚度的許多預選鏡片之散射雷射光束的兩極端之間建立測量圖表(單位為像素的長度對上厚度),以用作決定待檢查的後續眼用鏡片之鏡片厚度的參考。
- 如請求項9之方法,該方法進一步包括下列步驟:提供用正十屈光度設計的一檢查比色杯,包括一光學透明的底部玻璃,該玻璃具有凹入的內表面,其中包含浸入液體中的該眼用鏡片,並且將該檢查比色杯定位在該第二攝影機的該光軸中;提供一單一雷射照射來源和一第二攝影機,用於接收由一組分光器引導並已通過聚焦透鏡和包含在該充滿液體的檢查比色杯中眼用鏡片之照 明,以產生由該等反射光線形成的一雷射光束散射影像,並且測量反射光線的兩極端間之該距離;以及根據以單位為像素的長度對上厚度來繪製的圖表,在決定待檢查的該鏡片之該光學厚度之後,移除並隔離該眼用鏡片。
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