JP7541359B2 - 乾燥状態の眼用レンズの屈折力を検出するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、眼用レンズの屈折力を検出するための装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、自動コンタクトレンズ製造機におけるインライン検査システムとしての統合に適した乾燥状態のコンタクトレンズの屈折力を検出するための装置及び方法に関する。

眼用レンズ、とくには使い捨てソフトコンタクトレンズの製造は、再使用可能な金型を用いて完全に自動化された製造ラインで製造することができる。これらのコンタクトレンズの最高の品質を保証するために、光学検査システムが、顧客にとって高品質を保証するために不可欠である。眼用レンズ又はコンタクトレンズは、さまざまな種類の屈折力にて製造されており、したがって、それらがそれぞれの製造仕様に従って検査されることを確実にすることが不可欠である。人力による方法は低速であり、レンズの選択的なサンプル検査は、そのような方法に関連する不充分な品質チェックの問題を引き起こす。したがって、製造された製品の１００％が、それらの特性に従って検査及び選別されることを確実にすることが、コンタクトレンズ製造業者にとって必須かつ重要な要件である。信頼できる製品の品質を保証するために、高速であり、信頼でき、一貫性のある検査方法を展開する必要がある。

眼用レンズは、眼のさまざまな種類の特性に適合するように製造される。コンタクトレンズは、流通の前に、それらの屈折力に応じて適切に分類される必要がある。屈折力について、いくつかの先行技術の測定システムが存在するが、最も一般的なシステムの１つは、コンタクトレンズの上面及び下面上の焦点に依存する電動インデキシングシステムの使用を含む。しかしながら、この種の装置は、高速自動製造システムへの統合が不可能であり、なぜならば、各々のレンズの検査に必要な時間ゆえに、そのような目的に適さないからである。
コンタクトレンズの屈折力を検出するための１つの他の種類の検査システムは、コンタクトレンズの異なる地点に焦点を合わせるために電動ズームレンズを使用することと、レンズの屈折力を決定するためにズーム係数値の変動に匹敵するように特定のアルゴリズムを適用することとを含む。ここでもやはり、プロセスを実行するのに必要な時間ゆえに、そのようなシステムは、コンタクトレンズを製造するための高速製造ラインへの統合が不可能である。

人間の介入を必要とする人手による検査システムは、低速すぎるという理由、人間の検査員は偏った判断を行いがちであるという理由、及び異なる検査員の間で検査結果が均一でないという理由で、高速生産においては実用的でない。

コンタクトレンズの検査における主な困難は、成形の直後に検査を行うことである。コンタクトレンズの屈折力の検査を成形の直後に行うことができれば、プロセス関連の問題又は欠陥に迅速に対処することができる。不良のコンタクトレンズが大量に製造されることを防止することができる。コンタクトレンズの検査の典型的なプロセスは、伝統的に、レンズを生理食塩水中に浮かべた製造の最終プロセスにおいて全面的に行われ、生理食塩水の屈折特性を、検査中のコンタクトレンズの実際の屈折力を計算又は決定するときに考慮しなければならない。この最終検査段階における欠陥の発見は、製造業者にとって、問題を分析し、成形プロセスにおいてプロセスを修正するためのステップを導入することを困難にする。さらに、問題の知らせが遅れることで、材料の著しい損失及び顧客への出力につながる。
したがって、本発明の目的は、先行技術の上述の欠点を克服し、迅速であり、信頼でき、正確である検査のための自動化されたシステム又は装置への統合に適しているレンズの屈折力の検査の効率を大幅に高める方法を提案することである。

本発明の一態様によれば、例えば最終段階の梱包プロセスへと送られる前のソフトコンタクトレンズなどの眼用レンズの自動製造ラインにおける眼用レンズの屈折力の自動インライン決定のためのシステム及び方法が提供される。

この方法は、以下のステップを含む。

眼用レンズが凸側を上にした状態で載せられる平坦な表面を有する光学的に透明な底部を備える検査プラットフォームを用意し、このプラットフォームを検査モジュールの下方の所定の位置に配置するステップ。

正確に配置された黒色及び白色の正方形からなるパターンが予めエッチングされた較正済みガラスターゲットを用意するステップ。ガラスターゲットは、格子パターンとコンタクトレンズとの重ね合わせ画像がカメラ検出器において生成されるように、コンタクトレンズホルダの下方に配置される。

光源と、光源からもたらされ、較正済みガラスターゲット及びプラットフォームの透明な表面上に配置された眼用レンズを通過して、カメラ検出器に衝突する光を受光する高解像度デジタルカメラを用意し、カメラの出力に信号を生成するステップ。

検出器において生成された信号を測定し、既知の屈折力を有するいくつかのコンタクトレンズの屈折力に関連するパラメータの値の表（単位は、ピクセル）を生成するステップ。これらの値は、既知の屈折力を有しており、ゴールデンサンプルとも呼ばれるいくつかのコンタクトレンズのいくつかの重ね合わせ画像を使用し、次いで各々のコンタクトレンズ画像の所定の光学ゾーン内のいくつかの隣接する正方形の間の距離を測定し、結果を表にして参照表を形成することによって生成される。ゴールデンサンプルは、さまざまな正及び負の屈折力のコンタクトレンズを含む。

眼用レンズの屈折力の決定は、眼用レンズが透明なプレート上に置かれている間に行われる。本明細書において使用されるとき、「屈折力」という用語は、例えば、球面ソフトコンタクトレンズの球面屈折力、円環状コンタクトレンズの円柱屈折力、円柱軸の向き、収差、など、例えば眼用レンズの屈折特性のうちの１つ又は屈折特性の組合せとして、きわめて広い意味で理解されるべきである。

本発明は、較正ガラスターゲット内のパターンの画像が重ね合わせられたコンタクトレンズ画像の取得から開始して、コンタクトレンズの屈折力を検出するための新規なプロセスを提供する。このプロセスは、ゴールデンサンプルとも呼ばれる既知の屈折力のいくつかのコンタクトレンズについて繰り返される。

さらに、本発明は、コンタクトレンズの屈折力を検出するための新規なプロセスであって、コンタクトレンズ画像の光学ゾーン内の１つ１つの正方形について計算及び集計された４つの隣接する正方形の間の平均距離（ピクセルを単位として測定）に比例する屈折力値の参照又は較正表を作成するための手段を含むプロセスを提供する。このプロセスは、１つのゴールデンサンプルごとに取得された１つの画像ごとに適用される。前記レンズの比例屈折力は、表内の各々の値について平均距離値（単位は、ピクセル）に特定の式を適用することによって得られる。一例として、コンタクトレンズの光学ゾーンの中心の７×７の領域の正方形が選択される。顧客が必要とする複雑さ又は仕様に応じて、光学ゾーン内で識別される領域を、増減させることができる。

さらに、本発明は、Ｘ軸を表す平均距離値（単位は、ピクセル）及びＹ軸を表す屈折力（単位は、ジオプタ）を有する外挿によるグラフ線図の生成における新規な方法を提供する。

したがって、コンタクトレンズの製造中に測定又は検出される屈折力が、補間されたグラフを利用することによって改善されるため、乾燥状態のコンタクトレンズについて本発明による前述の方法を実行することは、とくにに効果的である。さらに、グラフ又は表を使用して決定された最終的な屈折を、サードパーティの機器への統合を可能にするために、電子的手段を介してさらに通信することができる。

本発明の完全な理解を、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することによって得ることができる。
本発明の好ましい実施形態を示している。装置は、高解像度カメラ１０と、ガラスプラットフォーム３０上に配置されたレンズ４０を眺めるための光学レンズ２０と、別のガラスプラットフォーム６０上に適切に配置された較正されたガラスターゲット５０と、照明６５をコンタクトレンズ４０へと導くためのＬＥＤベースの照明モジュール７０とを備え、上記のすべてが装置の光軸２５に適切に整列させられる。照明モジュール７０は、ＬＥＤセグメントの照明トリガパルス幅及び強度を制御するために、プログラム可能な発光コントローラ（図示せず）によって制御される。図１ａは、本発明のさまざまな部品のうちのいくつかを示す光学アセンブリの等角図を示している。 図１ａのホルダ６０内に配置された精密ガラスベースの較正されたガラスターゲット５０のサンプルを示している。 既知の屈折力の図１のコンタクトレンズ４０の画像が重ねられた較正されたガラスターゲット５０の画像９５の図を示しており、ボックス９０によって囲まれた矩形の領域は、本発明のための関心の対象の光学領域を示している。 図３の領域９０の拡大画像を示しており、光学ゾーン内の正方形の大部分を明瞭に見て取ることができ、光学ゾーン９０の中心の選択された７×７個の一式の正方形がボックス９７によって囲まれている。 コンタクトレンズ４０の実際の屈折力を検出すべき図４の領域９７を示している。 図６の領域９７（例えば、屈折力が９．３７５ジオプタであるレンズ）における、７×７の正方形のボックスの拡大図であり、各々のボックスは、好ましくは１６６個のピクセルを囲んでいる。図６の各ボックスを識別するために、横軸はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧと標記され、縦軸は１、２、３、４、５、６、及び７と標記されている。 図６の隣接する正方形間で測定された距離（単位は、ピクセル）の平均値を有する表を示している。 図７の距離の値を図８ａの式に適用した後の値（屈折力）（単位は、ジオプタ）を有する表を示している。図８ａは、コンタクトレンズの既知の屈折力に距離をマッチさせる（合わせる）ための計算式の例である。 既知の屈折力で予め選択された一式のコンタクトレンズ又はゴールデンサンプルについての距離対ジオプタ値の参照表である。 図９の参照表の値に基づいてプロットされた外挿によるグラフであり、Ｘ軸は平均距離値を表し、Ｙ軸は比例ジオプタ値（屈折力）を表している。

図１が、乾燥状態のコンタクトレンズの屈折力を検出するための検出機構又は装置である本発明の第１の態様の実施形態を示している。好ましい実施形態は、以下の部分を含む。

光学レンズ２０に結合した高解像度カメラ１０が、別のガラスプラットフォーム６０上に取り付けられた較正されたガラスターゲット５０に焦点を合わせる。ＬＥＤベースの照明源７０が、透明な底部６０及び較正されたガラスターゲット５０を通して光６５を導くように配置され、これらはすべて光軸２５に整列させて適切に配置されている。ＬＥＤ光は、凸面を光学レンズ２０に向けてガラスプラットフォーム３０上に配置された眼用レンズ４０をさらに照明する。コンタクトレンズ４０を通過し、較正されたガラスターゲット５０上にエッチング又は印刷されたパターンが重ね合わせられたレンズの情報を搬送する光は、光学レンズ２０によって合焦された後にカメラ１０によって取り込まれる。図１の本発明の等角図が、図１ａに示されている。

図２に、エッチング又は印刷のいずれかであってよい交互の黒色及び白色の正方形で構成されたパターンを有する典型的な較正されたガラスターゲット５０又は較正ガラスプレートが示されている。パターンの寸法は、きわめて正確であり、コンタクトレンズの屈折力を決定において主要な役割を果たす装置の重要な要素の１つである。較正されたガラスターゲット５０は、さまざまな模様のパターンがエッチング又は印刷された状態で市販されている。顧客が必要とする検査の種類及び検査の精度に応じて、異なる較正ターゲットパターンを選択することができる。
図３に、図１のカメラ１０によって取り込まれた較正ターゲット及びコンタクトレンズの重ね合わせ画像を表す画像９５が示されている。図３において長方形９０で囲まれた領域が、関心の対象の光学領域を表している。

図４において、より小さい画像領域９７が、好ましくは画像領域９０の中心において選択されており、画像領域９７は、７×７個の正方形ボックスからなり、各々の正方形ボックスは、約１６６個のピクセルからなっている。領域９０は、最初のステップとして４９個のすべての正方形のエッジを検出するために画像処理アルゴリズムによって処理される。次のステップにおいて、各々の正方形は、それらを隣接する正方形から明確に分離するために所定のグレースケール値で満たされる。

図５及び図６が、画像分析及び処理後の最終結果の一例を示しており、各々の正方形ボックスは、隣接する正方形ボックスからの明確な区別のために同一のグレースケール値で満たされており、水平方向の行は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧと標識され、垂直方向の行は、１、２、３、４、５、６、及び７と標識されている。

領域９７は、本発明の範囲外であるため詳細には説明しない教示プロセスにおいて顧客によって決定される。図４の図から明らかであるとおり、領域９７は、領域９５の中心にある７×７の正方形の領域であり、コンタクトレンズの屈折力を決定すべき最も重要な位置である。残りの領域も、コンタクトレンズの全体にわたる屈折力の分布を理解するために重要であるが、それは本発明の範囲を超え、したがって詳細には論じない。

図６において、領域９７は、光学ゾーンの中心の７×７ピクセルを示すように拡大されている。領域９７は、コンタクトレンズの屈折力を決定するためにさらに分析される。第１のステップとして、すべてのピクセルの中心の位置が特定され、すべての隣接する水平方向及び垂直方向のピクセル間の距離が測定される。例えば、図６において、図は、ボックス４Ｃ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、４Ｅ、５Ｅ、５Ｄ、及び５Ｃによって取り囲まれた正方形のボックス４Ｄから始まる９つのボックスを示している。距離（単位は、ピクセル）が、位置９８によって表されるボックス４Ｄの中心から、ボックス４Ｃ、３Ｄ、４Ｅ、及び５Ｄの中心まで測定される。ピクセルの中心間の距離を高い精度及び再現性で測定するために、サブピクセリングアルゴリズムが実装される。続いて、４つの距離（単位は、ピクセル）、すなわち４Ｄと３Ｄとの間、４Ｄと４Ｃとの間、４Ｄと５Ｄとの間、及び４Ｄと４Ｅと間の距離のすべての平均が、図７の位置ＸＹによって表され、中心基準位置とも呼ばれる図７の表のボックス位置４Ｄによって表される位置に入力される。図７のすべてのボックスの距離が、位置ＸＹの右及び上へと正に移動し、位置ＸＹの左及び下へと負に移動することに、留意することが重要である。例えば、図６のボックス１Ａの距離値（単位は、ピクセル）は、図７の位置Ｘ－３、Ｙ－３によって表され、１６６．７８である。次いで、上記のプロセスが、図６のすべてのボックスに適用され、それらのそれぞれの値が、図７の表に入力される。この例において、図７に示される得られた表は、図６の７×７のボックスのマトリックスボックス９７の平均距離の完全なリストであり、９．３７（単位は、ジオプタ）という既知の屈折力を有するコンタクトレンズ又はゴールデンサンプルを表す。

既知の屈折力において、図７の表を使用して、距離をコンタクトレンズの既知の屈折力にマッチさせる式が得られる。得られる典型的な式は、以下のとおりである。
上記の式が、理解の目的のために示された例であり、当業者であれば、さまざまな製造業者のコンタクトレンズの材料、設計、及びプロセスに適するように式を変更又は修正できることに、留意することが重要である。

図８ａの式は、図７の表のあらゆる値に適用され、図８に示されるようなジオプタ（屈折力）値の新たな表が得られる。図８のすべてのジオプタ値の平均が、コンタクトレンズのジオプタ値又は屈折力を表す。

次のステップにおいて、既知の屈折力を有する別のコンタクトレンズを使用して、図７及び図８に示した表と同様の新しい表が得られる。図９に示される表において、ゴールデンサンプルとしても知られる合計６つのコンタクトレンズが利用されている。図９の参照表に示されるように、各々のコンタクトレンズは、異なる屈折力を、選択された７×７個のボックスの間のそれぞれの平均距離と共に表している。図９の参照表を作成するために、この業界で一般的に製造されている広範囲の屈折力をカバーするように、コンタクトレンズ又はゴールデンサンプルの範囲が慎重に選択される。
最後のステップにおいて、図９の表が、図１０に示されるとおりのグラフにプロットされ、ここでＸ軸は平均距離を表し、Ｙ軸はそれぞれのジオプタ値を表す。図１０のグラフの簡単な分析は、負の屈折力を有するコンタクトレンズについて、より短い距離値を示し、正の屈折力を有するコンタクトレンズにおいて、距離が徐々に増加する。図１０のグラフ及び図９の表は、例示であり、通常の製造におけるコンタクトレンズの屈折力の検出の精度をより良好にするために、図１０の外挿による線を、図９の参照又は較正表の作成時により多くのゴールデンサンプルを含めることによって、さらに滑らかにすることができる。

Claims (3)

1. 検査対象の乾燥状態のコンタクトレンズの屈折力を検出するための方法であって、
   較正されたガラスターゲットの画像が重ねられた乾燥状態のコンタクトレンズの画像を取り込むステップと、
   取り込まれた画像の選択された７×７個の正方形ボックスにおける各々の正方形ボックスを所定のグレースケール値で満たすステップと、
   選択された７×７個の正方形ボックスにおける各々の正方形ボックスと、前記各々の正方形ボックスに隣接する正方形ボックスとの間の距離の平均距離を測定するステップと、
   測定された平均距離を較正表及びグラフと比較することによって乾燥状態のコンタクトレンズの屈折力を決定するステップと、
   結果をさらなる処理のためにネットワーク接続されたコンピュータに通信するステップと
   を含む方法。
2. 製造ラインにおいて検査される前記コンタクトレンズは、レンズの凸側をカメラに向けた状態で検査される、請求項１に記載の方法。
3. 前記コンタクトレンズ及び前記較正されたガラスターゲットは、カメラによって取得されるはっきりとしたコントラスト画像の取り込みを可能にするために背後光源で照明される、請求項１に記載の方法。