(57)【要約】錯乱円を減少し、被写界深度を増大するために、拡大対物レンズ上の細い開口部を利用する光学デバイスを検査するシステムおよび方法。被写界深度の増大を生じるより小さい開口部は、検査される物体の全ての部分について同時焦点を可能にさせる。集光レンズと組み合わせた楕円形の反射体を備えるアークランプは、対物レンズを通った光の、より強いビームに焦点を合わせ、それにより、被写界深度を何ら犠牲にすることなく十分な明るさを提供する。
2007508571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスのための検査システムであって、該システムは、以下：
曲面反射体と共に構成された高強度ランプ；
該高強度ランプおよび該曲面反射体からの光を受け入れ、そして、光の平行ビームを生じるように配置される集光レンズ；
検査されるべき物体上に、該平行ビームを入射させるように構成された物体保持デバイス；
該物体保持デバイス中の物体を通過する光を受け入れるように、操作可能に配置される対物レンズ；
該対物レンズを通過する光を受け入れるように配置された、不透明な表面の内側にある細い開口部；および
該細い開口部を通って現れる光を表示するために、操作可能に連結された表示デバイス、
を備える、検査システム。
【請求項２】
前記高強度ランプが金属ハライドランプである、請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
前記曲面反射体が楕円形の反射体である、請求項１に記載の検査システム。
【請求項４】
前記高強度ランプおよび前記曲面反射体からの光が、前記集光レンズと該高強度ランプとの間の第二焦点で集中する、請求項１に記載の検査システム。
【請求項５】
前記第二焦点が、前記集光レンズから、該集光レンズの焦点距離と本質的に等しい距離に位置される、請求項４に記載の検査システム。
【請求項６】
前記集光レンズと前記物体保持デバイスとの間に補正集光レンズをさらに備え、該補正集光レンズは、該物体保持デバイスによってもたらされる屈折について補正するように選択される、請求項１に記載の検査システム。
【請求項７】
前記補正集光レンズが、前記物体保持デバイスの一部として形成される、請求項６に記載の検査システム。
【請求項８】
前記補正集光レンズが、前記集光レンズの一部として形成される、請求項６に記載の検査システム。
【請求項９】
前記集光レンズが、本質的に０．９である開口数を有する、請求項１に記載の検査システム。
【請求項１０】
前記物体保持デバイスが、検査の間に光が通過する少なくとも１つの曲面反射体を有する、請求項１に記載の検査システム。
【請求項１１】
光学デバイスを検査するための方法であって、該方法は、以下の工程：
曲面反射体と共に構成された高強度ランプを提供する工程であって、該高強度ランプは、集光レンズに対して、該高強度ランプおよび該曲面反射体から現れる光が該集光レンズの上に入射し、光の平行ビームを生じるように配置される、工程；
検査されるべき光学デバイスを包含する物体保持デバイスで、該光の平行ビームを方向付ける工程；
該物体保持デバイス中の物体を通過する光を受け入れるように、対物レンズを配置する工程；
該対物レンズを通過する光を受け入れるように、細い開口部を形成する工程；および
該細い開口部を通って現れる光を表示する工程、
を包含する、方法。
【請求項１２】
前記提供する工程が、前記高強度ランプが金属ハライドランプである工程をさらに包含する、請求項１１に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項１３】
前記提供する工程が、前記曲面反射体が楕円形の反射体である工程をさらに包含する、請求項１１に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項１４】
前記提供する工程が、前記高強度ランプおよび前記曲面反射体からの光が、前記集光レンズと該高強度ランプとの間の第二焦点で集中する工程をさらに包含する、請求項１１に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項１５】
前記提供する工程が、前記第二焦点を、前記集光レンズから、該集光レンズの焦点距離と本質的に等しい距離に位置させる工程をさらに包含する、請求項１４に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項１６】
前記提供する工程が、前記集光レンズと前記物体保持デバイスとの間に補正集光レンズを提供する工程をさらに包含し、該補正集光レンズは、該物体保持デバイスによってもたらされる屈折について補正するように選択される、請求項１１に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項１７】
前記提供する工程が、前記補正集光レンズが、前記物体保持デバイスの一部として形成される工程をさらに包含する、請求項１６に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項１８】
前記提供する工程が、前記集光レンズの一部として形成される前記補正集光レンズを提供する工程をさらに包含する、請求項１６に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項１９】
前記提供する工程が、本質的に０．９である開口数を有する前記集光レンズを提供する工程をさらに包含する、請求項１１に記載のデバイスを検査するための方法。
【請求項２０】
前記物体保持デバイス内に、少なくとも１つの曲面表面をさらに備える、請求項１１に記載のデバイスを検査するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、検査デバイス、より具体的にはコンタクトレンズのために使用される検査デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（先行技術の説明）
現在利用可能である検査デバイスは、画像収集技術を利用する。先行技術において、多くの型の画像収集デバイスが存在する。これらの先行技術のデバイス上で使用される開口部の大きさは、小さな開口部から大きな開口部まで変動し得る。より大きな被写界深度が、より小さな開口部を使用することにより生じることは、撮像の分野において周知である。小さな開口部を使用する撮像デバイスの例は、使い捨てカメラ（ｓｉｎｇｌｅ  ｕｓｅ  ｃａｍｅｒａ）およびウェブカメラ（ＷｅｂＣａｍ）である。小さな開口部は、３フィート〜無限大の物体の同時焦点の提供において非常に有用である。小さな開口部の適用における欠点は、少量の光のみがその小さな開口部を通過し得ることである。小さな開口部を有する撮像デバイスは、典型的には、大きな開口部を有する類似の撮像デバイスに比べて、より明るい光を必要とする。大きな開口部を有するこれらの撮像デバイスは、より多量の光を、より大きな開口部に通過させることが本質的に可能であるが、それらが、より小さな開口部を利用するデバイスよりも小さな被写界深度を有することに苦しんでいる。
【０００３】
現在存在する光学デバイスのための検査システムは、典型的には、それらの構成部分において大きな開口部を使用して、本質的に二次元の検査システムを作製している。これら二次元システムにおいて、大きく開いたレンズは大量の光の通過を可能にし、スクリーン上に表示される、明るい、連続して照らされる像を生じる。大きな開口部レンズを利用する先行技術のデバイスの欠点は、それらが非常に浅い被写界深度を有するということである。
【０００４】
コンタクトレンズのための現在利用可能な検査デバイスは、本質的に二次元システムである。典型的には、その光源は何らかの反射体を全く伴わずに使用されるハロゲン電球だけである。これらの先行技術の検査デバイスは、これらのシステムにおいては十分な光が利用可能であるので、反射体を利用しない。対物レンズ上の大きな開口部は、大量の光を通過させ、明るい像を生じるが、わずかな被写界深度しか生じない。ガラスステージは、検査される物体を保持するために一般的に使用される。その光のビームが、そのステージのガラスを通って光り、検査される物体を背面から照らす。この物体によりもたらされた影は、対物レンズを通して集束され、そしてその物体の影の縁部を観察、検査または測定し得る検査者の前にあるスクリーン上に非常に正確に投影される。これらの二次元検査デバイスはまた、透明な材料を、欠損について検査するためにも使用され得る。この二次元検査デバイスは、物体の影を正確に測定するために設計されているので、それらは非常に狭い被写界深度を有する。この結果は、対物レンズに対して平行な平面における表面のみが、焦点が合っているということである。異なる高さの表面は、同時には焦点が合わない。物体の種々の部分に焦点が合わせられるのを可能にし、その物体の種々の特性を検査可能にするように、検査される物体を保持するガラスステージの位置に対して調整がなされ得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の要旨）
本発明は、先行技術のデバイスに比べて錯乱円を減少させ、かつ、被写界深度を増大させるために拡大対物レンズ上の細い開口部を利用することによって、大きな開口部を利用する結果としてより大きな錯乱円を有する先行技術における欠点を解消する。より小さな開口部を使用することは、より小さな錯乱円を生じ、物体全体の同時焦点を可能にする被写界深度の増大を生じる。細い開口部を使用することのトレードオフは、大きな開口部に比べて、細い開口部を通過し得る光をより少なくし、細い開口部を使用するシステム内の明るさをより少なくし、この利点は被写界深度が増大されることである。先行技術の検査デバイスは、明るさを増し、被写界深度を少なくさせる大きな開口部を使用する。従来の二次元検査デバイスにおける被写界深度の欠如は、１つより多くの面を同時に焦点を合わせることを必要とする三次元的な物体の測定を困難にする。本発明は、十分な量まで被写界深度を増大させることによって、この問題を解消する。
【０００６】
本発明は、対物レンズの背後に細い開口部を提供する。この細い開口部は、光学的な錯乱円を減少し、それにより集束範囲を増大させ、より大きな被写界深度をもたらす。この開口部の大きさは、所望の量まで被写界深度を変えるために変動され得る。細い開口部の使用は、より明るい光源を必要とする。対物レンズ上に配置された細い開口部は、そのレンズを通過する光の大部分を遮断するので、表示スクリーン上に生じる像は、非常に暗い像であり得る。アークランプ（または本発明の企図を変更しない、十分な光強度を有する別のランプ）および集光レンズの使用は、対物レンズを通る、より強い光のビームを集束させ、それにより被写界深度を何ら犠牲にすることなく、より明るい像を作成する。このアークランプ上の滑らかな楕円形の反射体の使用は、上記集光レンズおよび結果として上記対物レンズを通過可能である光の大半を集束することを支援する。
【０００７】
本発明のこれらの目的物および他の目的物は、光学デバイスのための検査システムによって提供され、このシステムは、曲面反射体と共に構成された高強度ランプ、上記高強度ランプおよび上記曲面反射体からの光を受け入れ、そして、光の平行ビームを生じるように配置される集光レンズ、検査されるべき物体上に、上記平行ビームを入射させるように構成された物体保持デバイス、上記物体保持デバイス中の物体を通過する光を受け入れるように、操作可能に配置される対物レンズ、上記対物レンズを通過する光を受け入れるように配置された、不透明な表面の内側にある細い開口部、および上記細い開口部を通って現れる光を表示するために、操作可能に連結された表示デバイスを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（発明の詳細な説明）
本発明の目的は、コンタクトレンズ全体の像を一度に得ることである。このことは、そのレンズの実質的に任意の部分におけるひっかき傷の検出を可能にする。縁部のひっかき傷または中央部のひっかき傷は、一回の工程において検出され得る。本発明は、一度にコンタクトレンズ全体を検査し、同時に、各表面または任意の縁部に存在するひっかき傷および他の欠損を探すことを可能にする。本発明の好ましい実施形態は、１０倍に拡大された像を表示スクリーン上に投射する。
【０００９】
先行技術の二次元検査デバイスにおける被写界深度の欠如は、１つより多くの面が検査されることを必要とする三次元的な物体の測定を困難にする。従って、同時に物体全体の焦点を合わせることは、非常に望まれている。本発明は、十分な量まで被写界深度を増大させることによって、この問題を解消する。
【００１０】
図２を参照すると、本発明は、はじめに、対物レンズ１６上の細い開口部２６を利用することによって、コンタクトレンズ全体に同時に焦点を合わせている。この細い開口部２６は、光学的な錯乱円を減少させ、それによって集束範囲を増大させ、より大きな被写界深度をもたらす。この細い開口部２６の大きさは、所望の量まで被写界深度を変えるために変動され得る。本発明において細い開口部２６を使用するために、光源は改変される必要がある。なぜなら、対物レンズ１６上に配置された細い開口部２６は、その対物レンズ１６を通過する光の大部分を遮断し、そして非常に暗い像を得ることは望ましくないからである。高強度アークランプ２０（ほぼ点光源であり十分な光強度を有する別のランプによる置き換えは、本発明の企図を変更しない）および集光レンズ１２の使用は、対物レンズ１６を通して、より強い光のビームを集束させ、それにより被写界深度を何ら犠牲にすることなく、より明るい像を作成する。本発明は、このアークランプと共に滑らかな楕円形の反射体１１を利用して、上記集光レンズ１２および結果として上記対物レンズ１６を通過可能である光の大半を集束することを支援する。
【００１１】
コンタクトレンズを試験および検査するための先行技術の検査デバイスは、二次元的な検査デバイスであり、コンパレーター、コンバーターまたはプロフィールプロジェクターとしても公知である。これらの先行技術のデバイスは、このコンタクトレンズを物理的に平坦化し、それが二次元的な物体であるかのように検査することによって、検査システム内で二次元的なプロフィールを投射する。
【００１２】
図１は、そのような先行技術の二次元的検査デバイスについての図である。光源１０は、典型的には、放射状様式で拡がる光を放射するハロゲン８０ワット電球である。光源１０からの光の一部は、非球面の集光レンズ１２によって平行ビームに形成される。図１に示される光学的検査デバイスは、光源１０として８０ワットのハロゲン電球を使用して、光の平行ビームとなる光のビームを生じる非球面の集光レンズ１２を通過する光のビームを作成し、この光は、検査される物体を包含する調整可能なステージ１４上に入射される。この平行ビームが、検査される物体を通過した後に、この光は、典型的には１０倍の拡大を提供する対物レンズ１６を通過し、像が現され、そして表示スクリーン上で簡単に見られることを可能にする。上記調整可能なステージ１４は、検査される物体が、上記非球面集光レンズ１２または上記対物レンズ１６のいずれかに近づけるように動かされることを可能にする。上記対物レンズ１６から現れる光は、コートされた投射スクリーン５に、表示のために光を反射する凹面ミラー１９に向けて、ミラー９から反射される。
【００１３】
図２を参照すると、本発明は、ひっかき傷または他の傷を検出するために、コンタクトレンズの三次元的な撮像を提供する。描かれるように、本発明は、典型的には、組立工程において使用され得る。光源２０は、好ましくは、第二焦点１３で収束する高強度の光を投射するために使用される、楕円形の反射体１１の内側に配置される金属ハライドランプである。第二焦点１３は、集光レンズ１２から、集光レンズ１２の焦点距離と等しい距離に位置される。光の平行ビームは、集光レンズ１２から現れる。より多くの光を、検査される光学デバイスおよび対物レンズ１６に生じるように、ビームにおいて広がりをほとんど有さないことが望ましい。従来のコンパレーターが光を平行にし、そしてその光は開口部とともに使用するには十分に明るくなかったことは、当業者に容易に理解される。上記のように、細い開口部２６の利用において、細い開口部２６を通過する光を有意に少なくすることにより被写界深度が増大される。従って、上記集光レンズ１２に対して、経済的にできるだけ多くの光を提供する光源が使用される。
【００１４】
好ましい実施形態は、金属ハライド光源２０からの光を、第二焦点１３（集光レンズ１２から単焦点距離分離れている）で集束する焦点を有するように選択された楕円形の反射体１１を利用する。
【００１５】
実際の光源２０と集光レンズ１２との間に位置する第二焦点１３は、この光源２０をこの集光レンズ１２の近くに動かす効果を有する。第二焦点１３を集光レンズ１２の焦点に配置することは、本質的に平行なビームにおいて上記集光レンズ１２から現れる光を生じる。この方法論を用いて、この点光源からの光は、効果的に平行化され、そして検査されるべきコンタクトレンズ２５に方向付けられる。
【００１６】
集光レンズ１２は、金属ハライド光源２０および第二焦点１３（集光レンズ１２の焦点距離と等しい距離に配置される）からの光の平行ビームを提供する。好ましい実施形態において使用される集光レンズ１２は、図１に示される二次元的な検査デバイスにおいて使用される集光レンズと同一であり得、その理由のために同一の参照数字を有する。光の平行ビームを作成することは、集光レンズ１２の部分に多くの作用を必要とし、ゆえに集光レンズは非常に厚い。好ましい実施形態における集光レンズ１２は、約０．９の開口数を有する。理想的には、１．０の開口数が望ましくあり得るが、このような開口数は実現するのが非常に難しく、従って容易に経済的ではない。０．９の開口数は、レンズに非常に近い焦点を有するレンズを生じ、このレンズがこのような短い距離で光を曲げるために、かなりの量の作用を果たさなければならないことを必要とする。より長い焦点距離を有する他の集光レンズは、当業者に容易に明らかにされるが、好ましい実施形態は、経済的に実現可能な限り短い焦点距離を有する集光レンズ１２を利用する。より短い焦点距離が好ましいのは、より長い焦点距離が光を浪費するのに対し、より短い焦点距離は利用可能な光をより多く集めるからである。この短い焦点距離を有する集光レンズは、厚いレンズを生じ、そして本発明の好ましい実施形態である。
【００１７】
補正集光レンズ１５は、検査されるコンタクトレンズ２５を保持するガラスウォーターセル２４の分散効果を補正する。ガラスウォーターセル２４中の水２３は、ガラスに類似する屈折率を有するが、水の屈折率は、やはりガラスと異なる。このウォーターセル２４中の水２３とウォーターセル２４の内側底部における湾曲２６との組み合わせは、この分散効果の原因となる分散レンズと補正集光レンズ１５との組み合わせと類似の結果を生じる。好ましい実施形態におけるこの補正集光レンズ１５は、上記集光レンズ１２からの光の平行ビームを受け入れ、この光の平行ビームを、それがガラスウォーターセル２４に接近して、ガラスウォーターセルとそこに含まれる水２３の分散効果を相殺するように、内向きに集束する。ガラスウォーターセル２４から現れる光は、次いで対物レンズ１６に向かって移動する光の平行ビームとなる。
【００１８】
実施形態が実現可能であることは当業者に実際に明らかであり、ここで上記集光レンズ１２は上記補正集光レンズ１５を備えるように設計され得るが、好ましい実施形態は、上記集光レンズ１２と上記補正集光レンズ１５を分離するように選択して、ガラスウォーターセル２４上に上記補正集光レンズ１５によって集束される光の平行ビームを提供し、上記ガラスウォーターセルの分散効果を克服する。上述のように、上記集光レンズ１２は、大きく作用することが必要とされ、非常に厚い。
【００１９】
ガラスウォーターセル２４は、検査されるコンタクトレンズ２５を保持する曲面ガラス底部２６を備える内部部分を有する。従ってこの曲面ガラス底部２６は、屈折特性を有する。上記ガラスウォーターセル２４における上記曲面ガラス底部２６は、検査プロセスの後半において機能を果たして、上記コンタクトレンズ２５をガラスウォーターセル２４に載せ、そしてガラスウォーターセル２４から取り除く。上記補正集光レンズ１５はまた、上記ガラスウォーターセル２４中に組み込まれ得、従って、好ましい実施形態は、添付する特許請求の範囲によって判断されるべき本発明の範囲を制限する様式で解釈されるべきではないということが当業者に理解される。
【００２０】
好ましい実施形態において使用されるコンパレーター対物レンズ１６は、図１に示される先行技術のデバイスにおいて使用されるレンズと本質的に同一であり、好ましい実施形態において１０倍の倍率を提供する。好ましい実施形態において、この対物レンズ１６から現れる光は、図１に示されるように、コートされた投射スクリーン５に、表示のために光を反射する凹面ミラー１９に向けて、直角ミラー９から反射される。好ましい実施形態において、細い開口部２６は、対物レンズ１６上に配置される不透明なプレート上に形成される。細い開口部２６が、図２に示されるより他の異なる様式で実施され得るということが当業者によって理解される。この細い開口部は、図１に示される広く開かれた対物レンズ１６に対する先行技術の５／８インチ〜３／４インチの開口部に比べて、およそ３／１６インチである。
【００２１】
本発明は、被写界深度を１ｍｍ〜４ｍｍ増大する。およそ４ｍｍの被写界深度を有することは、上記コンタクトレンズの全ての部分が同時に焦点が合わせられ、上記コンタクトレンズ２５の完全な検査を可能にする。
【００２２】
前述の説明は、本発明者らに知られている最も好ましい実施形態を記載している。前述の実施形態のバリエーションが、当業者に容易に明らかであり、従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、先行技術検査デバイスの図である。
【図２】図２は、本発明の検査デバイスの図である。
【図１】
2007508571.tif 000003
【図２】
2007508571.tif 000004
【国際調査報告】
2007508571.tif 000005
2007508571.tif 000006