СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТРОЛОГИИ ПРИ АБСОРБЦИОННОМ ФОРМИРОВАНИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНЗ
SYSTEMS AND METHODS OF METROLOGY USE FOR ABSORPTION IMAGE FORMATION FOR MEASURING THICKNESS OF OPHTHALMIC LENSES

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка на патент испрашивает преимущество по предварительной заявке США № 62/355,753, поданной 28 июня 2016 г., содержание которой в полном объеме включено в настоящий документ путем ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область применения изобретения
Настоящая патентная заявка по существу относится к офтальмологическим линзам и, в частности, относится к системам, устройствам и способам определения толщины офтальмологических линз.
Описание уровня техники
Было предложено много усовершенствований, относящихся к измерению толщины офтальмологических линз. Согласно этим исследованиям, как правило, предполагается применение сложных, состоящих из множества устройств систем, которые являются дорогостоящими, медленными и исключительно требовательными к позиционированию. Таким образом, эти системы не подходят для массового производства и поточного применения.
Например, для измерения толщины центральной части линзы применяют датчики смещения конфокального лазера Keyence. Однако этот способ является дорогостоящим и требует точного выравнивания компонентов с оптической осью датчика.
В одной системе для осуществления метрологических измерений применяют способы, основанные на разности фаз. Система измеряет мощность фронта волны, которую затем преобразуют в поверхностный профиль толщины линзы. Эта система не способна измерять быстрые изменения топологии поверхности (т. е. большие изменения мощности) и, следовательно, ограничивается лишь измерением оптической зоны линзы. Кроме того, эта система является дорогостоящей, для нее требуется отдельное устройство для измерения толщины центральной части, она является относительно медленной (например, на измерение требуется 45 секунд) и требует точного выравнивания и размещения элементов.
В другой системе измерения линз осуществляют с помощью высокоточного 3-осевого оптико-механического профилометра. Эта система также является дорогостоящей, медленной (например, на одно измерение требуется пять минут), чувствительной к потере данных в избыточных топологиях линзы, ее сложно поддерживать и она не подходит для поточного применения.
Для измерения мощности оптической зоны линзы была разработана система на основе интерферометра. Ограничение этой системы заключается в том, что она не способна выполнять измерения «сухого» элемента и перед выполнением измерения линзу необходимо увлажнять, а во время осуществления измерения полностью погружать в неподвижную ванну с жидкостью. Из-за дороговизны и жесткого экологического контроля эту систему, как правило, применяют в централизованных установках контроля качества, в которых необходимо соблюдение громоздких процедур предоставления образцов для тестирования и получения результатов. Вследствие этого система на основе интерферометра не подходит для поточного применения. В ходе применения системы на основе интерферометра также возникают некоторые проблемы, связанные с позиционированием линзы. Кроме того, с помощью системы Clover сложно измерять некруглые линзы и линзы, которые устанавливают в корпус с наклоном или частичным загибом.
Таким образом, остается насущной потребность в усовершенствовании систем и способов эффективного и точного измерения толщины офтальмологических линз и применения этих данных для выполнения итерационных коррекций и усовершенствований офтальмологических линз, которые впоследствии будут изготовлены.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления в абсорбционной системе формирования изображения (AIM) применяют устройство формирования изображения и известные абсорбирующие свойства заданной среды (например, контактной линзы) для определения толщины поверхности образца на основании пиксельной интенсивности изображения. В одном варианте осуществления рассматриваемая среда представляет собой офтальмологические линзы или контактные линзы различных форм, которые включают, без ограничений, предшественник линзы или готовую линзу на формирующем оптическом элементе, обеспечиваемые при изготовлении индивидуальных линз, формованную литьем линзу, герметично заключенную между элементами формы, формованную литьем линзу после извлечения из одной части разъемной формы и формованную литьем линзу, увлажняемую в растворе. В одном варианте осуществления может быть применена другая среда линзы.
В одном варианте осуществления в абсорбционной системе формирования изображения применяют математические формулы и калибровку системы для преобразования данных интенсивности изображения для офтальмологической линзы в толщину среды. В одном варианте осуществления система включает в себя цифровые устройства формирования изображения, имеющие пиксельные элементы, как правило, расположенные в сетке X-Y, что позволяет применять значения интенсивности отдельных пикселей для создания профиля толщины поверхности измеряемого объекта (например, офтальмологической линзы). Результирующие измерения толщины и/или профиль всей поверхности могут применять как часть итерационного способа для определения того, в какой степени изготовленное изделие соответствует его заданной конструкции. Система может корректировать изготовление последующих линз на основании данных обратной связи по измерению толщины.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя источник освещения, который работает в области спектра, в которой среда поглощает падающее излучение. В одном варианте осуществления источник освещения представляет собой светодиод 365 нм, однако могут быть применены и другие источники с широким диапазоном и источники с выбираемым диапазоном. В одном варианте осуществления другие источники освещения могут включать светодиоды 370 нм, светодиоды 375 нм, ксеноновые лампы, лазеры и другие источники с линейчатыми спектрами. Излучение источника освещения может быть непрерывным или оно может быть синхронизировано с импульсом захвата изображений.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя оптический фильтр, который дополнительно определяет спектр освещения, применяемый при формировании изображения. В одном варианте осуществления оптический фильтр может представлять собой полосовой фильтр, фильтр отсечки или фильтр с ограниченной полосой пропускания. Фактический применяемый тип фильтра может зависеть от конкретного применяемого источника освещения, измеряемой среды линзы и конкретной секции среды, для которой получают данные толщины.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя один или более рассеивающих компонентов, которые обеспечивают равномерность света от источника освещения и попадание излучаемых световых лучей в среду линзы под требуемыми углами для заполнения получаемых конусов массива изображения. В одном варианте осуществления источник освещения, оптический фильтр и один или более рассеивателей света собирают вместе как единое устройство, которое можно поднимать и/или опускать вместе для обеспечения возможности введения формирующего оптического элемента в систему или выведения формирующего оптического элемента из системы. В одном варианте осуществления блок, включающий в себя источник освещения, оптический фильтр и один или более рассеивателей света, прикрепляют к увлажняющему компоненту или подпружиненному столику для линейного позиционирования, позволяющему поднимать этот блок и перемещать его в направлении от подвижной оправы для возможности введения и выведения формирующего оптического элемента, после чего блок может быть опущен обратно в положение над формирующим оптическим элементом.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя формирующий оптический элемент, который удерживает полностью отвержденную линзу или предшественник линзы, для которых получают данные измерений толщины, подвижную оправу, применяемую для позиционирования формирующего оптического элемента и линзы вблизи оптической оси системы, и последовательно расположенные оптические линзы, применяемые для получения и формирования изображения. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя камеру, например цифровую камеру, которая захватывает изображения измеряемых образцов линз. В результирующем изображении более толстые области линзы будут более темными, а более тонкие области линзы будут более светлыми.
При получении изображения интенсивности, основанного на поглощении света линзой, поглощательная способность остаточного фотоинициатора в линзе может вызывать ошибки при вычислении толщины линзы. В одном варианте осуществления абсорбционную систему формирования изображения используют для измерения толщины офтальмологической линзы (например, контактной линзы) на основе соотношения между толщиной линзы, концентрацией поглощающей составляющей (например, Norbloc) и поглощением света линзой. Перед увлажнением материал линзы содержит неконтролируемое количество фотоинициатора (например, Irgacure 1700), который также поглощает свет. За счет применения двух или более длин волн (или диапазонов длин волн) влияние изменения фотоинициатора может быть устранено путем вычисления.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения содержит такие же компоненты, которые описаны выше, а также дополнительно содержит интегрирующую сферу, которая вмещает два различных источника освещения, которые излучают свет, имеющий разные длины волн. Интегрирующая сфера представляет собой оптический компонент, включающий в себя сферическую полость, внутренняя поверхность которой покрыта отражающим покрытием (например, рассеивающим белым отражающим покрытием) с небольшими отверстиями для входных и выходных отверстий. Присущим ему свойством является эффект равномерного рассеивания. Световые лучи, падающие на любую точку внутренней поверхности интегрирующей сферы, благодаря множественным отражениям и рассеиванию распределяются одинаково во всех других точках. Это позволяет минимизировать влияние света с исходного направления. Интегрирующую сферу можно рассматривать как рассеиватель, который сохраняет энергию, но аннулирует пространственную информацию. Ее, как правило, применяют с каким-либо источником света и детектором для измерения оптической мощности. См. страницу https://en.wikipedia.org/wiki/Integrating_sphere.
В одном варианте осуществления первый источник освещения, расположенный внутри интегрирующей сферы, включает в себя светодиодную лампу, которая излучает ультрафиолетовый свет, который охватывает диапазон поглощения материала офтальмологической линзы (например, свет, имеющий длину волны 365 нм), которая может быть аналогичной светодиоду, применяемому в вышеописанном абсорбционном устройстве формирования изображения. В одном варианте осуществления второй источник освещения, расположенный внутри интегрирующей сферы, включает в себя светодиод (например, синий светодиод), который охватывает диапазон, который является «нейтральным по поглощению» относительно Norbloc и остаточного фотоинициатора в спектре линзы (например, излучает свет, имеющий длину волны 455 нм). В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя электронные схемы управления, которые в соответствующее время включают и выключают два светодиода для получения изображений интенсивности, применяемых измерительным устройством. В случае применения метрологии при абсорбционном формировании изображения топология поверхности линзы может способствовать концентрированию или рассеиванию света исключительно на основании лучепреломляющих свойств линзы. Если не учитывать это, может быть нарушен алгоритм интерпретации этих областей с их определением как более толстых или более тонких, чем они есть на самом деле. Чтобы уменьшить влияние этого явления, сетку X-Y интенсивности изображения от первого светодиода (~ 365 нм) масштабируют или базовые линии сопоставляют с сеткой X-Y интенсивности изображения от второго светодиода (~ 455 нм). Таким образом, данные интенсивности из-за эффектов преломления исключают из данных интенсивности, применяемых для вычисления толщины, вследствие эффектов поглощения. За счет применения двух или более длин волн или диапазонов длин волн влияние преломления или «оптического смешения» может быть устранено путем вычисления.
В одном варианте осуществления при захвате изображений линзы в любой момент времени для данного изображения будет применяться лишь один из двух светодиодов. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя термоэлектрическую управляемую (TEC) пластину и теплоотвод для регулирования температуры светодиодов так, чтобы обеспечить стабильность спектра.
Во многих случаях новые изготовленные офтальмологические линзы содержат материал фотоинициатора, который будет обесцвечиваться с течением времени при воздействии на линзы света от источников освещения. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения аналогична описанной выше и включает в себя третий источник освещения, который излучает свет, имеющий определенную длину волны, для учета обесцвечивания материала фотоинициатора. В одном варианте осуществления первый источник освещения включает в себя первую светодиодную лампу, которая излучает ультрафиолетовый свет, который охватывает диапазон поглощения материала офтальмологической линзы, включая Norbloc и оставшийся фотоинициатор (например, излучает свет, имеющий длину волны 365 нм), второй источник освещения включает в себя вторую светодиодную лампу, охватывающую диапазон, который является «нейтральным по поглощению» относительно Norbloc и остаточного фотоинициатора в спектре линзы (например, излучает свет, имеющий длину волны 455 нм), а третий источник освещения включает в себя третью светодиодную лампу, излучающую свет, который является абсорбционным преимущественно только для фотоинициатора и отделяет эффекты от обесцвечивания фотоинициатора, так что эффект обесцвечивания может быть учтен при вычислении интенсивности освещения, проходящего через офтальмологическую линзу. В одном варианте осуществления третий источник освещения излучает свет, имеющий длину волны около 420 нм. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя электронные схемы управления, которые в соответствующее время включают и выключают три светодиода для получения изображений, применяемых для вычисления толщины офтальмологических линз. В одном варианте осуществления при захвате изображений линзы в любой момент времени для захваченного изображения будет применяться лишь один из трех светодиодов. За счет применения трех или более диапазонов длин волн влияние «оптического смешения» и изменения фотоинициатора может быть устранено путем вычисления.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения может включать в себя три светодиодные интегрирующие сферы, из которых свет проходит в формирующую оптическую интегрирующую сферу. В одном варианте осуществления первая светодиодная интегрирующая сфера содержит первый источник освещения, который излучает УФ-излучение, которое охватывает диапазон поглощения офтальмологической линзы, вторая светодиодная интегрирующая сфера содержит второй источник освещения, который излучает видимый свет, который охватывает «нейтральный по поглощению» диапазон офтальмологической линзы, а третья светодиодная интегрирующая сфера содержит третий источник освещения, который отделяет эффекты, связанные с обесцвечиванием материала фотоинициатора, имеющегося в линзе. В абсорбционной системе формирования изображения применяют формулы и математику для устранения эффектов оптической мощности и эффектов обесцвечивания для более точного вычисления толщины линзы на основании изменений интенсивности, обусловленных исключительно абсорбирующими свойствами материала линзы.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения может быть применена для точного определения толщины линзы или предшественника линзы в оптическом центре (CT) в пределах ± нескольких микрометров.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения может быть применена для получения полного профиля толщины поверхности линзы.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения может быть применена для точного измерения профиля толщины оптической зоны с обеспечением 1) сходимости «итерации» для индивидуальной линзы и 2) соответствия критерию создания «линзы, выполненной согласно заданному целевому назначению».
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения является инвариантной относительно выравнивания образца по отношению к критическим компонентам системы и оптической оси, что является существенным усовершенствованием по сравнению с обычными системами и способами. Например, обычные системы, используемые для измерения толщины, имеют допуск на выравнивание элементов порядка ±1 мкм в направлениях X-Y. В одном варианте осуществления описанная в настоящем документе абсорбционная система формирования изображения имеет предел, ограниченный размером переполнения изображений или величиной окружающего фона в изображениях, который составляет порядка ±1000 мкм. В одном варианте осуществления другие факторы, например уход фокуса системы со смещением элемента, могут обуславливать меньший предел допуска, который составляет порядка 40-100 мкм.
В одном варианте осуществления из-за характера формирования изображения согласно способу центральная часть образца линзы может быть измерена независимо от смещения элемента от центра или оптической оси, что является еще одним значительным преимуществом.
В одном варианте осуществления способ измерения толщины офтальмологической линзы включает обеспечение офтальмологической линзы, имеющей светопоглощающий компонент, пропускание света с длиной волны через офтальмологическую линзу, после чего светопоглощающий компонент поглощает часть света при прохождении света через офтальмологическую линзу и, после прохождения света через офтальмологическую линзу, управление светом для создания цифрового изображения для офтальмологической линзы, причем это цифровое изображение имеет данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют форме офтальмологической линзы. Способ включает использование информации о свете перед его прохождением через офтальмологическую линзу, светопоглощающем компоненте офтальмологической линзы и данных пиксельной интенсивности для вычисления профиля толщины офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления стадия обеспечения офтальмологической линзы включает обеспечение формирующего оптического элемента, имеющего выпукло изогнутую верхнюю поверхность, и формирование офтальмологической линзы на выпукло изогнутой верхней поверхности формирующего оптического элемента.
В одном варианте осуществления способ включает обеспечение источника света для излучения света, имеющего длину волны, и перед стадией пропускания света излучение, фильтрацию и рассеивание света.
В одном варианте осуществления способ включает направление света на офтальмологическую линзу, лежащую поверх выпукло изогнутой верхней поверхности формирующего оптического элемента, и пропускание света через офтальмологическую линзу и формирующий оптический элемент.
В одном варианте осуществления способ включает обеспечение цифрового устройства захвата изображения за формирующим оптическим элементом для захвата цифрового изображения и обеспечение одной или более оптических линз между формирующим оптическим элементом и цифровым устройством захвата изображения для фокусирования света на цифровом устройстве захвата изображения.
В одном варианте осуществления способ измерения толщины офтальмологической линзы включает пропускание через офтальмологическую линзу второго света, имеющего вторую длину волны, который отличается от первого света и не поглощается светопоглощающим компонентом офтальмологической линзы. В одном варианте осуществления, после того как второй свет пройдет через офтальмологическую линзу, его применяют для создания второго цифрового изображения для офтальмологической линзы, имеющего вторые данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют изменениям интенсивности, обусловленным эффектами преломления при прохождении указанного второго света через офтальмологическую линзу, и отделяющего вторые данные пиксельной интенсивности от первых данных пиксельной интенсивности, используемых для вычисления толщины благодаря светопоглощающему компоненту.
В одном варианте осуществления способ включает направление первого света в первую интегрирующую сферу, направление второго света во вторую интегрирующую сферу, которая обособлена от первой интегрирующей сферы, и размещение формирующего оптического элемента в формирующей оптической интегрирующей сфере, которая обособлена от первой и второй интегрирующих сфер.
В одном варианте осуществления офтальмологическая линза включает в себя фотоинициатор, который обесцвечивается при прохождении света через офтальмологическую линзу. В одном варианте осуществления способ включает пропускание через офтальмологическую линзу третьего света, имеющего третью длину волны, который поглощается фотоинициатором и не поглощается светопоглощающим компонентом офтальмологической линзы, после пропускания третьего света через офтальмологическую линзу направление третьего света для создания третьего цифрового изображения для офтальмологической линзы, имеющего третьи данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют эффектам обесцвечивания фотоинициатора, и использование третьих данных пиксельной интенсивности для отделения влияния обесцвечивания фотоинициатора на первые данные пиксельной интенсивности, используемые для вычисления толщины благодаря светопоглощающему компоненту.
В одном варианте осуществления способ включает направление первого света в первую интегрирующую сферу, направление второго света во вторую интегрирующую сферу, которая расположена на расстоянии от первой интегрирующей сферы, направление третьего света в третью интегрирующую сферу, которая расположена на расстоянии от первой и второй интегрирующих сфер, и размещение формирующего оптического элемента в формирующей оптической интегрирующей сфере, которая расположена на расстоянии от первой, второй и третьей интегрирующих сфер.
В одном варианте осуществления первый свет поглощается светопоглощающим компонентом и фотоинициатором, второй свет не поглощается ни светопоглощающим компонентом, ни фотоинициатором, а третий свет поглощается фотоинициатором и не поглощается светопоглощающим компонентом.
В одном варианте осуществления первый свет излучается первым светодиодом, который излучает свет, имеющий первую длину волны приблизительно 365 нм, второй свет излучается вторым светодиодом, который излучает свет, имеющий вторую длину волны приблизительно 455 нм, а третий свет излучается третьим светодиодом, который излучает свет, имеющий третью длину волны приблизительно 420 нм.
В одном варианте осуществления способ включает программирование системы управления для автоматического включения только одного из первого, второго и третьего светодиодов в любой момент времени.
В одном варианте осуществления способ измерения толщины офтальмологической линзы включает обеспечение офтальмологической линзы, имеющей светопоглощающий компонент, преломляющие элементы и фотоинициатор, обеспечение первого светодиода, который излучает первый свет, имеющий первую длину волны, который поглощается светопоглощающим компонентом и фотоинициатором, обеспечение второго светодиода, который излучает второй свет, имеющий вторую длину волны, которая отличается от первой длины волны, причем второй свет не поглощается ни светопоглощающим компонентом, ни фотоинициатором, и обеспечение третьего светодиода, который излучает третий свет, имеющий третью длину волны, которая отличается от первой и второй длин волн, причем третий свет не поглощается светопоглощающим компонентом и поглощается фотоинициатором.
В одном варианте осуществления способ включает, в разные моменты времени, пропускание первого, второго и третьего света через офтальмологическую линзу для отделения поглощения света из-за наличия эффектов преломления и фотоинициатора в офтальмологической линзе от поглощения света из-за присутствия светопоглощающего компонента в офтальмологической линзе для вычисления профиля толщины офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления, после того как первый свет пройдет через офтальмологическую линзу, его применяют для создания первого цифрового изображения для офтальмологической линзы, имеющего первые данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют форме офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления, после того как второй свет пройдет через офтальмологическую линзу, его применяют для создания второго цифрового изображения для офтальмологической линзы, имеющего вторые данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют эффектам преломления при прохождении второго света через офтальмологическую линзу.
В одном варианте осуществления, после того как третий свет пройдет через офтальмологическую линзу, его применяют для создания третьего цифрового изображения для офтальмологической линзы, имеющего третьи данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют эффектам обесцвечивания фотоинициатора.
В одном варианте осуществления способ включает применение центрального процессора для отделения вторых данных пиксельной интенсивности и третьих данных пиксельной интенсивности от первых данных пиксельной интенсивности для создания профиля толщины офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления способ включает передачу профиля толщины офтальмологической линзы на центральный процессор, сравнение переданного профиля толщины офтальмологической линзы с заданным профилем толщины и, если переданный профиль толщины не равен заданному профилю толщины, генерацию сигнала для корректировки толщины изготавливаемых впоследствии офтальмологических линз.
В одном варианте осуществления способ включает осуществление итерационных изменений для впоследствии изготавливаемых офтальмологических линз путем циклического сравнения генерируемого профиля толщины офтальмологической линзы с заданным профилем толщины.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения для измерения толщины офтальмологических линз включает в себя источник освещения, который излучает первый свет, имеющий первую длину волны, формирующий оптический элемент, имеющий выпукло изогнутую верхнюю поверхность, и офтальмологическую линзу, расположенную над выпукло изогнутой верхней поверхностью формирующего оптического элемента, причем офтальмологическая линза включает в себя светопоглощающий компонент, который поглощает часть первого света при похождении первого света через офтальмологическую линзу и формирующий оптический элемент.
В одном варианте осуществления система включает в себя цифровое устройство захвата изображения, расположенное ниже формирующего оптического элемента, для захвата первого цифрового изображения первого света после прохождения первого света через офтальмологическую линзу и формирующий оптический элемент. В одном варианте осуществления первое цифровое изображение содержит первые данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют форме офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления система включает в себя центральный процессор, имеющий программу, которая сравнивает первые данные пиксельной интенсивности с интенсивностью первого света перед прохождением первого света через офтальмологическую линзу и формирующий оптический элемент для создания профиля толщины офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления система включает в себя второй источник освещения, который излучает второй свет, имеющий вторую длину волны, которая отличается от первой длины волны, и при этом второй свет не поглощается светопоглощающим компонентом офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления цифровое устройство захвата изображения захватывает второе цифровое изображение второго света после прохождения второго света через офтальмологическую линзу и формирующий оптический элемент, при этом второе цифровое изображение содержит вторые данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют изменениям интенсивности, обусловленным наличием эффектов преломления при прохождении указанного второго света через офтальмологическую линзу.
В одном варианте осуществления программа центрального процессора отделяет вторые данные пиксельной интенсивности от первых данных пиксельной интенсивности для создания профиля толщины офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления офтальмологическая линза включает в себя фотоинициатор.
В одном варианте осуществления система содержит третий источник освещения, который излучает третий свет, имеющий третью длину волны, которая отличается от первой и второй длин волн, причем третий свет поглощается фотоинициатором и не поглощается светопоглощающим компонентом.
В одном варианте осуществления цифровое устройство захвата изображения захватывает третье цифровое изображение третьего света после прохождения третьего света через офтальмологическую линзу и формирующий оптический элемент, при этом третье цифровое изображение содержит третьи данные пиксельной интенсивности, которые соответствуют эффектам обесцвечивания фотоинициатора.
В одном варианте осуществления программа центрального процессора отделяет третьи данные пиксельной интенсивности от первых данных пиксельной интенсивности для создания профиля толщины офтальмологической линзы.
В одном варианте осуществления система включает в себя первую интегрирующую сферу, содержащую первый источник освещения, вторую интегрирующую сферу, содержащую второй источник освещения, причем вторая интегрирующая сфера расположена на расстоянии от первой интегрирующей сферы, третью интегрирующую сферу, содержащую третий источник освещения, причем третья интегрирующая сфера расположена на расстоянии от первой и второй интегрирующих сфер, и формирующую оптическую интегрирующую сферу, содержащую формирующий оптический элемент и офтальмологическую линзу, причем формирующая оптическая интегрирующая сфера расположена на расстоянии от первой, второй и третьей интегрирующих сфер.
При сборе данных об интенсивности света, проходящего через офтальмологическую линзу, из-за ряда эффектов может возникать «оптическое смешение». В одном варианте осуществления это следующие эффекты: 1) высокочастотные особенности поверхности, которые преломляют свет в апертуре оптической системы, что может вводить в заблуждение алгоритм, который интерпретирует это как уменьшение значения толщины; и 2) неламбертовский свет (т. е. свет, проходящий через офтальмологическую линзу, не имеет одинаковой интенсивности под всеми углами) избирательно проходит в апертуру линзы и системы за счет их угловой интенсивности, что может вводить в заблуждение алгоритм, который интерпретирует это как уменьшение значения толщины. В одном варианте осуществления применение освещения интегрирующей сферы улучшает свойства ламбертовского света (т. е. свет становится равномерным).
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения для определения профиля толщины офтальмологической линзы включает в себя систему управления, которая запрограммирована компенсировать ошибки показаний интенсивности, которые могут возникать из-за эффектов преломления при прохождении света через офтальмологическую линзу. В контексте настоящего документа термин «эффект преломления» означает особенности профиля поверхности линзы, которые преломляют световые лучи в апертуру системы от участков поверхности линзы, вход которых в апертуру системы не предполагается.
Оптимизированный ламбертовский свет является предпочтительным, чтобы все световые лучи под всеми углами имели одинаковую интенсивность. Неравномерное освещение возникает, когда интенсивность первого светового луча, попадающего на поверхность линзы и в апертуру системы в первом положении поверхности линзы и под первым углом, имеет значение, отличное от значения интенсивности второго светового луча, попадающего на поверхность линзы и в апертуру системы во втором положении поверхности линзы и под вторым углом. При наличии неравномерности света может возникать погрешность данных интенсивности, собираемых для измерения толщины линзы. Чтобы компенсировать неравномерный и/или неламбертовский свет, в одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения для определения профиля толщины офтальмологической линзы включает систему управления, которая запрограммирована компенсировать ошибки показаний интенсивности, которые могут возникать из-за неравномерного освещения или прохождения через офтальмологическую линзу неламбертовского света. В одном варианте осуществления системный контроллер выполняет вычисления с возможностью исключения ошибок, которые могут возникать из-за неравномерности света, проходящего через офтальмологическую линзу.
В некоторых случаях комбинация эффектов преломления и неравномерного освещения может приводить к возникновению дополнительных ошибок в показаниях интенсивности. Эти дополнительные ошибки возникают помимо описанных выше, которые обусловлены эффектами преломления и неламбертовским светом. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения содержит систему управления, которая запрограммирована компенсировать ошибки в показаниях интенсивности из-за комбинации как эффектов преломления, так и неравномерного освещения.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения для определения профиля толщины офтальмологической линзы включает в себя систему управления, которая запрограммирована компенсировать ошибки показаний интенсивности из-за: 1) эффектов преломления, 2) эффектов неравномерного освещения и 3) комбинации эффектов преломления и эффектов неравномерного освещения.
Эти и другие предпочтительные варианты осуществления абсорбционных систем формирования изображений для определения толщины офтальмологических линз будут описаны более подробно ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На ФИГ. 1A-1K представлен способ формирования офтальмологической линзы с применением реакционной мономерной смеси и формирующего оптического элемента.
На ФИГ. 1L-1M представлен способ применения абсорбционной системы формирования изображения для определения толщины офтальмологической линзы, размещенной на формирующем оптической элементе, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 2 представлен вид в перспективе абсорбционной системы формирования изображения, имеющей один источник освещения, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 3A-3C представлены виды в поперечном разрезе и вид с пространственным разделением компонентов абсорбционной системы формирования изображения, показанной на ФИГ. 2.
На ФИГ. 4 представлен рассеивающий элемент, формирующий оптический элемент и оптика формирования изображения абсорбционной системы формирования изображения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 5 представлены первичные углы падения и конусные углы на поверхности формирующего оптического элемента, обуславливаемые освещением и конфигурацией оптики формирования изображения, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 6A представлено поглощающее изображение офтальмологической линзы согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 6B показан профиль толщины по разрезу 6B-6B, представленному на ФИГ. 6A, основанный на интенсивности изображения, причем более темные участки соответствуют большей толщине, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 7 и 8A-8B показана абсорбционная система формирования изображения для измерения толщины офтальмологических линз согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 9 и 10A-10B показана абсорбционная система формирования изображения для измерения толщины офтальмологических линз согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 11 и 12 показана подвижная оправа для абсорбционной системы формирования изображения, выполненная с возможностью приема формирующего оптического элемента, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 13 показана абсорбционная система формирования изображения, в том числе первый случай, когда критические оптические компоненты физически выровнены с оптической осью, и второй случай, когда критические оптические компоненты не выровнены физически с оптической осью, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 14 представлена блок-схема, изображающая стадии способа, применяемого для получения информации о толщине офтальмологической линзы из изображения на основе интенсивности, сформированного с применением одного источника освещения, работающего в одном диапазоне спектра.
На ФИГ.15 показан способ и математические расчеты, применяемые для преобразования толщины угла входа света в осевую толщину, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 16A-16C представлена абсорбционная система формирования изображения, имеющая два источника освещения, в том числе первый источник света, который излучает свет с первой длиной волны, которая охватывает диапазон поглощения офтальмологической линзы, и второй источник света, который излучает свет со второй длиной волны, которая является нейтральной по поглощению в спектре линзы, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 17 представлены интегрирующая сфера и охлаждающая пластина на верхнем конце абсорбционной системы формирования изображения, показанной на ФИГ. 16A-16C.
На ФИГ. 18A и 18B представлена охлаждающая пластина абсорбционной системы формирования изображения, показанная на ФИГ. 17.
На ФИГ. 19 представлен вид в поперечном сечении интегрирующей сферы абсорбционной системы формирования изображения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 20 представлен график, на котором изображены диапазоны поглощения и непоглощения, используемые для отделения интенсивности изображения от оптических эффектов и эффектов поглощения, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 21A представлено изображение офтальмологической линзы с применением света, имеющего диапазон поглощения.
На ФИГ. 21В представлено изображение офтальмологической линзы с применением света, имеющего диапазон непоглощения.
На ФИГ. 22 представлена блок-схема стадий способа, применяемого для получения информации о толщине из изображения на основе интенсивности с применением нейтрального по поглощению диапазона и диапазона поглощения спектра, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 23 представлен график, показывающий, что поглощательная способность неотвержденной реакционной мономерной смеси представляет собой сумму поглощательных способностей Norbloc и Irgacure 1700.
На ФИГ. 24 представлен график, на котором изображена поглощательная способность при различных уровнях концентрации фотоинициатора.
На ФИГ. 25 представлен график, на котором изображена монохроматическая поглощательная способность при 375 нм для различных уровней концентрации фотоинициатора.
На ФИГ. 26 представлен график, на котором изображена монохроматическая поглощательная способность при 405 нм для различных уровней концентрации фотоинициатора.
На ФИГ. 27 представлен график, на котором изображена скорректированная поглощательная способность с устраненными эффектами фотоинициатора.
На ФИГ. 28 представлен график, показывающий, что поглощательная способность изменяется в зависимости от толщины и концентрации.
На ФИГ. 29 представлен график, на котором изображена неравномерная поглощательная способность реакционной мономерной смеси в диапазоне работы светодиода 365 нм.
На ФИГ. 30 представлен график, на котором изображено отклонение, вызванное неравномерной спектральной поглощательной способностью в диапазоне работы светодиода 365 нм в зависимости от концентрации фотоинициатора.
На ФИГ. 31 представлен график, на котором изображена поглощательная способность в диапазоне освещения светодиода 420 нм в зависимости от концентрации фотоинициатора.
На ФИГ. 32 представлен график, на котором изображены уровни скорректированной поглощательной способности с устраненными эффектами фотоинициатора.
На ФИГ. 33 представлена освещенность изображения линзы без применения перегородки согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 34 представлена освещенность изображения линзы с применением перегородки согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 35 представлены световые лучи, отражаемые от внутренней поверхности в пределах интегрирующей сферы абсорбционной системы формирования изображения, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 36А представлены световые лучи, отражаемые от внутренней поверхности в пределах интегрирующей сферы для освещения выпукло изогнутой поверхности формирующего оптического элемента, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 36B представлено изображение интенсивности для выпукло изогнутой поверхности формирующего оптического элемента, показанного на ФИГ. 36А.
На ФИГ. 37 представлен контроллер температуры для абсорбционной системы формирования изображения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 38А представлена система управления для абсорбционной системы формирования изображения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 39-41 представлена абсорбционная система формирования изображения для измерения толщины офтальмологических линз, включающая в себя светодиодную сферу и формирующую оптическую сферу, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
НА ФИГ. 42 представлен подузел для поднимания и опускания блока, включающего в себя светодиодную сферу и формирующую оптическую сферу, показанную на ФИГ. 39, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 43-46 представлена подвижная оправа для формирующего оптического элемента согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 47 и 48A-48B представлены двухпозиционный исполнительный механизм и поворотный рычаг, который выравнивают и выводят из выровненного положения с камерой абсорбционной системы формирования изображения, показанной на ФИГ. 39, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 49 представлена абсорбционная система формирования изображения, имеющая две светодиодные интегрирующие сферы и формирующую оптическую интегрирующую сферу, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 50 представлена абсорбционная система формирования изображения, имеющая три светодиодные интегрирующие сферы и формирующую оптическую интегрирующую сферу, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В спецификации могут использоваться различные термины, для которых применяются приведенные ниже определения.
Используемый в настоящем документе термин «актиничное излучение» означает излучение, способное инициировать химическую реакцию.
Используемый в настоящей заявке термин «изогнутый» означает линию или изгиб, подобные согнутому луку.
Используемый в настоящей заявке термин «Закон Бера», который иногда называют «Закон Бугера - Ламберта - Бера», состоит в следующем: I(x)/I0=exp (-αcx), где I(x) - интенсивность как функция расстояния x от облучаемой поверхности, I0 - интенсивность падающего на поверхность света, α - коэффициент поглощения поглощающего компонента, и c - концентрация поглощающего компонента.
Используемый в настоящей заявке термин «коллимировать» означает ограничивать угол расходимости излучения, такого как свет, который исходит на выходе из аппарата, получающего излучение на входе. В ряде вариантов осуществления угол конуса может ограничиваться таким образом, что исходящие световые лучи параллельны. Таким образом, «коллиматор» представляет собой устройство, выполняющее эту функцию, а «коллимированный» описывает его воздействие на излучение.
Используемый в настоящей заявке термин «ЦМУ» (цифровое микрозеркальное устройство) относится к бистабильному пространственному модулятору света, состоящему из массива подвижных микрозеркал, функционально сопряженных и установленных на чип КМОП-памяти. Каждое зеркало независимо управляется путем загрузки данных в ячейку памяти непосредственно под данным зеркалом для направления отраженного света, позволяя отображать пиксель видеоданных на пиксель экрана. Загружаемые данные электростатически управляют углом наклона зеркала, которое может находиться в двух состояниях: под углом +X градусов (вкл.) и под углом -X градусов (выкл.). Для доступных в настоящий момент устройств номинальная величина X может составлять 10 или 12 градусов. Отраженный находящимися во «включенном» состоянии зеркалами свет проходит через проектирующую линзу и направляется на экран. Находящиеся в «выключенном» состоянии зеркала отражают свет так, чтобы создать темное поле, тем самым формируя фоновый уровень черного для изображения. Изображения создаются модуляцией уровня серого путем быстрого переключения зеркал между состояниями «включено» и «выключено» с частотой, достаточной для восприятия наблюдателем. В одном варианте осуществления ЦМУ представляет собой устройство Texas Instruments DLP™ (цифровой светопроцессор), которое представляет торговую марку коммерчески доступного ЦМУ (цифрового микрозеркального устройства).
Используемый в настоящей заявке термин «ЦМУ-скрипт» относится к протоколу управления пространственным модулятором света, а также к управляющим сигналам для любого компонента системы, например источника света или барабана с фильтрами, каждый из которых может включать в себя упорядоченную по времени последовательность команд. Использование сокращения ЦМУ не предполагает ограничение использования данного термина для обозначения конкретного типа или размера пространственного модулятора света.
Термин «этафилкон» в контексте настоящего документа относится к приведенному в качестве примера материалу, который может быть применен в качестве реакционной смеси и может включать в себя приблизительно: ~ 95% HEMA (2-гидроксиэтилметакрилата), 1,97% MAA (метакриловой кислоты), 0,78% EGDMA (этиленгликольдиметакрилата) и 0,10% TMPTMA (триметилолпропантриметакрилат)-сшивающего агента, ~ 1% NORBLOC 7966 (УФ-блокатора бензотриазолового типа), ~ 1% фотоинициатора CGI 1700 и разбавитель-BAGE (глицериновый эфир борной кислоты) (патент США № 4,495,313) в соотношении реакционного компонента к разбавителю 52: 48.
Используемый в настоящей заявке термин «фиксирующее излучение» означает актиничное излучение, достаточное для достижения одной или нескольких из следующих целей: практически полной полимеризации и поперечной сшивки реакционной смеси, составляющей линзу или предшественник линзы.
Термин «текучая линзообразующая реакционная среда» в контексте настоящего документа означает реакционную смесь, которая способна течь в первоначальной форме, прореагировавшей форме или частично прореагировавшей форме и которая при дальнейшей обработке образует часть офтальмологической линзы.
Используемые в настоящей заявке термины «свободно образованная» и «свободно сформированная» означают поверхность, которая была образована поперечным сшиванием реакционной смеси и в формировании которой не была задействована форма для литья.
Используемый в настоящей заявке термин «точка гелеобразования» означает точку, при которой впервые наблюдается появление геля или нерастворимой фракции. Точка гелеобразования представляет собой степень превращения, при которой жидкая полимеризационная смесь становится твердой. Точку гелеобразования можно определять в эксперименте Сокслета: реакцию полимеризации останавливают в разные моменты времени и полученную смесь анализируют для определения массовой доли оставшегося нерастворимого полимера. Затем полученные данные экстраполируют до точки, в которой гель еще не образовался. Эта точка и является точкой гелеобразования. Точку гелеобразования также можно определять путем анализа вязкости реакционной смеси в процессе реакции. Вязкость можно определять с помощью реометра с плоскопараллельным зазором, между пластинами которого помещают реакционная смесь. По меньшей мере, одна пластина реометра должна быть прозрачной для излучения с длиной волны, используемой для полимеризации. Точка, в которой измеряемая вязкость стремится к бесконечности, и является точкой гелеобразования. Для каждой заданной полимерной системы и условий проведения реакции точка гелеобразования всегда находится при одной и той же степени превращения.
Термин «линза» при использовании в настоящем документе относится к любому офтальмологическому устройству, находящемуся в или на глазу. Эти устройства можно использовать для оптической коррекции или в косметических целях. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или иному подобному устройству, предназначенному для коррекции или модификации зрения или косметического улучшения физиологии глаза (например, цвета радужной оболочки) без ухудшения зрения. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы по изобретению представляют собой мягкие контактные линзы, изготовленные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, которые включают в себя, без ограничений, силикон-гидрогели и фтор-гидрогели.
Используемый в настоящей заявке термин «предшественник линзы» означает составной объект, состоящий из формы предшественника линзы и текучей линзообразующей реакционной смеси, находящейся в контакте с формой предшественника линзы. Например, в некоторых вариантах осуществления текучая линзообразующая реакционная среда формируется в процессе изготовления формы предшественника линзы в объеме реакционной смеси. Отделение формы предшественника линзы и находящейся в непосредственном контакте с ней текучей линзообразующей реакционной среды от остального объема реакционной смеси, использовавшейся для изготовления формы предшественника линзы, позволяет получить предшественник линзы. Кроме того, предшественник линзы может быть преобразован в другое изделие либо путем удаления значительного количества текучей линзообразующей реакционной смеси, либо путем превращения значительного количества текучей линзообразующей реакционной среды в нетекучий материал тела линзы.
Используемый в настоящей заявке термин «форма предшественника линзы» означает нетекучий объект с, по меньшей мере, одной поверхностью оптического качества, которая подходит для совмещения с офтальмологической линзой в ходе дальнейшей обработки.
Используемые в настоящей заявке термины «линзообразующая смесь», или «реакционная смесь», или «РМС» (реакционная мономерная смесь) относятся к мономерному или форполимерному материалу, который может быть отвержден и/или поперечно сшит с образованием офтальмологической линзы. Различные варианты осуществления могут включать линзообразующие смеси с одной или несколькими добавками, такими как УФ-блокаторы, оттеночные вещества, фотоинициаторы или катализаторы, а также другие добавки, которые могут потребоваться в офтальмологической линзе, такой как контактная или интраокулярная линза.
Используемый в настоящей заявке термин «форма для литья» означает жесткий или полужесткий объект, который может использоваться для формования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают в себя две части формы для литья, образующие часть формы для литья передней криволинейной поверхности и часть формы для литья задней криволинейной поверхности.
Используемый в настоящей заявке термин «поглощающий излучение компонент» означает поглощающий излучение компонент, который может быть введен в состав реакционной смеси мономера и который может поглощать излучение в определенном диапазоне спектра.
Термин «реакционная смесь» (также иногда в настоящей заявке называется «линзообразующей смесью» или «реакционной смесью мономера» и имеет значение, определенное выше для термина «линзообразующая смесь»).
В данном документе термин «подложка» означает физическую структуру, на которой размещаются или формируются другие структуры.
Используемый в настоящей заявке термин «промежуточная линзообразующая смесь» означает реакционную смесь, которая может оставаться текучей или нетекучей на форме предшественника линзы. Однако промежуточная линзообразующая смесь в значительной степени удаляется одним или несколькими процессами из очистки, сольватирования и гидратации, перед тем как она станет частью готовой офтальмологической линзы. Таким образом, для ясности сочетание формы предшественника линзы и промежуточной линзообразующей смеси не будет считаться предшественником линзы.
Используемые в настоящей заявке термины «воксел» или «воксел актиничного излучения» означают элемент объема, представляющий некоторую величину на регулярной сетке в трехмерном пространстве. Воксел может рассматриваться как трехмерный пиксель, однако если пиксель представляет элемент двумерного изображения, то воксел включает в себя и третье измерение. Кроме того, хотя вокселы часто используют для визуализации и анализа медицинских и научных данных, в настоящем изобретении воксел применяется для задания границ дозы актиничного излучения, попадающего в некоторый объем реакционной смеси и тем самым контролирующего скорость поперечного сшивания или полимеризации в конкретном объеме реакционной смеси. В качестве примера, в настоящем изобретении вокселы считаются существующими в одном слое, соответствующем двухмерной поверхности формы для литья, причем актиничное излучение может быть направлено перпендикулярно данной двухмерной поверхности и вдоль общей для каждого воксела оси. В качестве примера, определенный объем реакционной смеси может быть поперечно сшит или полимеризован в соответствии с разбиением на 768 × 768 вокселов.
Используемый в настоящей заявке термин «воксельный предшественник линзы» означает предшественник линзы, форма которого была создана с использованием литографии с разбиением рабочего пространства на вокселы (растровая литография).
В одном варианте осуществления офтальмологические линзы формируют с использованием оптического устройства для литографии с разбиением рабочего пространства на вокселы согласно описанию принадлежащего тому же правообладателю, Widman et al., патента США № 8,318,055, описание которого включено в настоящий документ путем ссылки.
В одном варианте осуществления растровое оптико-литографическое устройство внедрено в систему, которая использует актиничное излучение для создания форм для линзы и предшественников линзы. В одном варианте осуществления устройство использует излучение с высокой однородностью интенсивности и регулирует экспозицию поверхности формирующего оптического элемента во множестве дискретных точек на поверхности формирующего оптического элемента, работая, в сущности, по растровому принципу. Такое управление позволяет устройству контролировать глубину протекания реакции в реакционной смеси мономера вдоль светового луча для конкретного положения каждого воксела, который в конечном итоге определяет объем прореагировавшего материала и, таким образом, геометрическую форму создаваемого на нем предшественника линзы.
На ФИГ. 1A-1M представлены способы формирования предшественников офтальмологических линз и офтальмологических линз, а также способы применения абсорбционной системы формирования изображения для определения толщины предшественника линзы или полностью отвержденной линзы.
Согласно ФИГ. 1A, в одном варианте осуществления резервуар 100 выполнен с возможностью приема реакционной мономерной смеси. Резервуар 100 включает в себя верхнюю поверхность 102, имеющую выравнивающее и распорное кольцо 104. Резервуар 100 включает в себя выемку 106, выполненную с возможностью приема и удержания порции реакционной мономерной смеси, применяемой для формирования предшественников офтальмологических линз и офтальмологических линз, согласно описанию принадлежащего тому же правообладателю, Widman et al., патента США № 8,318,055, описание которого включено в настоящий документ путем ссылки.
Согласно ФИГ. 1В, в одном варианте осуществления резервуар 108 удерживает раствор реакционной мономерной смеси 110. Система 112 дозирования подает заданный объем реакционной мономерной смеси 110 в выемку 106 резервуара 100.
Согласно ФИГ. 1C, в одном варианте осуществления формирующий оптический элемент 114 накладывают на выемку 106 резервуара 100. Формирующий оптический элемент 114 включает в себя выпукло изогнутую поверхность 116, которая выполнена с возможностью погружения в порцию 110 мономера, содержащуюся в выемке 106 резервуара 100. В одном варианте осуществления формирующий оптический элемент 114 включает в себя кольцевую выравнивающую канавку 108, которая выполнена с возможностью зацепления с выравнивающим и распорным кольцом 104 на верхней поверхности 102 резервуара 100 для совмещения формирующего оптического элемента 114 с выемкой 106 резервуара 100.
Согласно ФИГ. 1D, в одном варианте осуществления выпукло изогнутую поверхность 116 формирующего оптического элемента 114 опускают в реакционную мономерную смесь 110, находящуюся внутри резервуара 100, таким образом, что реакционная мономерная смесь 110 соприкасается с выпукло изогнутой поверхностью 116 формирующего оптического элемента 114.
В одном варианте осуществления формирующий оптический элемент 114 представляет собой предназначенный для многократного использования формирующий оптический элемент, который прецизионно отформован с целью снижения стоимости и обеспечения цельной детали, которая может быть кинематически расположена относительно оптической оси. Позиционирование формирующего оптического элемента с высокоточной повторяемостью при осуществлении стадий формирования линзы и измерений имеет решающее значение для эффективной итерационной сходимости и стабильности способа. Отдельный формирующий оптический элемент может быть кинематически позиционирован в направлениях x и y с допуском +/-200 нм. В одном варианте осуществления выпукло изогнутая поверхность 116 формирующего оптического элемента 114 может быть покрыта гидрофобным самоорганизующимся монослоем (обычно обозначаемым аббревиатурой SAM), выполненным из фторсилана, для формирования и задания ровных краев линз.
В одном варианте осуществления выемку 106 (ФИГ. 1А) резервуара 100 заполняют реакционной мономерной смесью 110 перед опусканием формирующего оптического элемента 114 на резервуар 100. В других вариантах осуществления формирующий оптический элемент 114 и резервуар 100 могут помещать внутрь защитной оболочки и продувать потоком газа (например, азота). В одном варианте осуществления реакционную мономерную смесь перед дозированием в резервуар могут отфильтровывать.
Реакционную мономерную смесь могут переносить в резервуар 100 различными способами, включая ручное наполнение, количественную передачу текучей среды с помощью автоматических средств или наполнение до тех пор, пока датчик уровня не определит соответствующий уровень реакционной мономерной смеси 110 в резервуаре 100.
Для тех вариантов осуществления, в которых уровень кислорода критичен для этапов фотообработки, кислород может присутствовать в растворенном виде в реакционной смеси мономера. В таком варианте осуществления необходимо устанавливать концентрацию кислорода в реакционной мономерной смеси. В одном варианте осуществления реакционная мономерная смесь может находиться в газообразной среде, через которую протекает продувочный газ. В другом варианте осуществления можно использовать вакуумную откачку растворенных газов в подающем сосуде со смесью мономера и восстановление необходимого уровня кислорода в момент дозирования смеси путем газового обмена с дозируемой жидкостью через соответствующую мембрану. В других вариантах осуществления можно применять любое устройство для контроля концентрации кислорода. Кроме того, в более общем смысле другие материалы также могут выступать в качестве ингибиторов в присутствии или при отсутствии растворенного кислорода.
В одном варианте осуществления проекционная система формирования предшественника линзы включает в себя источник света, который излучает свет, имеющий определенный диапазон длин волн, но с некоторым пространственным варьированием по интенсивности и направлению. Система может включать в себя регулятор пространственного распределения интенсивности, или коллиматор, который конденсирует, рассеивает и, в некоторых вариантах осуществления, коллимирует излучение для создания светового пучка с высокой пространственной однородностью интенсивности. В одном варианте осуществления световой пучок направляют на цифровое микрозеркальное устройство (ЦМУ), которое разделяет пучок на пиксельные элементы интенсивности, каждый из которых может принимать дискретное значение «вкл.» или «выкл.». В одном варианте осуществления зеркало на каждом из пикселей просто отражает свет вдоль одного из двух направлений. Направление «вкл.» является направлением, вдоль которого фотоны направляются к реакционной химической среде. Направление «выкл.» является направлением, не направленным к реакционной химической среде. В одном варианте осуществления в направлении «выкл.» фотоны направляют таким образом, чтобы они попадали в ловушку пучка, которая выполнена с возможностью поглощения и улавливания любых направленных в ее сторону фотонов. В одном варианте осуществления свет в направлении «вкл.» может включать множество различных значений пикселей, которые были установлены в значение «вкл.» и пространственно направлены вдоль соответствующего отдельного пути, который соответствует местоположению их пикселей. Средняя по времени интенсивность излучения от каждого из пиксельных элементов по соответствующим путям может быть представлена в виде пространственного профиля интенсивности на пространственной решетке, задаваемой ЦМУ. Альтернативно при постоянной интенсивности падающего на каждое зеркало излучения элемент 125 (ФИГ. 1E) может быть представлен в виде профиля пространственно-временной экспозиции.
Каждый находящийся во включенном состоянии пиксельный элемент будет направлять фотоны по пути 123. В некоторых вариантах осуществления пучок может быть сфокусирован с помощью фокусирующего элемента. В качестве примера на ФИГ. 1E показан вариант осуществления, в котором пути 123 световых лучей проецируются таким образом, что они падают по существу вертикально на оптическую поверхность 116 формирующего оптического элемента 114. Затем отображенный свет проходит через формирующий оптический элемент 114 и попадает в область пространства, в которой в резервуаре 100 находится реакционная смесь мономера. Именно взаимодействие этого света для заданного местоположения пикселя определяет состояние «вкл.» воксельного элемента в объеме резервуара 100, а также вокруг формирующего оптического элемента 114. Попадающие в этот объем фотоны могут быть поглощены и могут инициировать актиничную реакцию в поглотившей их молекуле, что приведет к изменению полимеризационного состояния мономера вокруг места поглощения.
Согласно ФИГ. 1E, в одном варианте осуществления предшественник 120 линзы формируют на выпукло изогнутой поверхности 116 формирующего оптического элемента 114 с применением ЦМУ 122, которое излучает свет, имеющий длину волны 365 нм. В одном варианте осуществления ЦМУ 122 содержит зеркала 768×124. В одном варианте осуществления зеркала (например, 14-микронные квадратные зеркала) переворачивают с частотой 9 килогерц для обеспечения полутонового/пространственного разрешения для формирования линзы. В одном варианте осуществления с ЦМУ 122 применяют ЦМУ-скрипт для управления согласно описанию принадлежащего тому же правообладателю, Widman et al., патента США № 8,318,055, описание которого включено в настоящий документ путем ссылки.
Согласно ФИГ. 1F и 1G, после того как предшественник 120 линзы, по меньшей мере, частично сформирован, формирующий оптический элемент 114 и предшественник 120 линзы поднимают и отводят от резервуара 100 для отделения предшественника 120 линзы от реакционной мономерной смеси 110.
На ФИГ. 1H показан формирующий оптический элемент 114 после его отделения от резервуара 100. Предшественник 120 линзы перекрывает выпукло изогнутую поверхность 116 формирующего оптического элемента 114. Непрореагировавшая и частично прореагировавшая мономерная смесь 110 остается внутри выемки 106 резервуара 100.
Согласно ФИГ. 1I, в одном варианте осуществления формирующий оптический элемент 114 с предшественником 120 линзы, расположенным над выпукло изогнутой поверхностью 116, переворачивают таким образом, что предшественник 120 линзы оказывается в вертикальном положении.
Согласно ФИГ. 1J, в одном варианте осуществления перевернутый формирующий оптический элемент 114, на котором находится предшественник 120 линзы, располагают поверх верхней поверхности 125 опорной подложки 124.
Согласно ФИГ. 1К, в одном варианте осуществления формирующий оптический элемент 114 и предшественник 120 линзы располагают внутри камеры 126 для химического осаждения из паровой фазы. В одном варианте осуществления паровое осаждение функционализированных химических веществ осуществляют на предшественник 120 линзы, а окончательное отверждение предшественника 120 линзы выполняют с помощью света, например, 420 нм света.
Согласно ФИГ. 1L, в одном варианте осуществления абсорбционную систему 128 формирования изображения применяют для измерения толщины офтальмологической линзы 120. В одном варианте осуществления в абсорбционной системе 128 формирования изображения применяют устройство формирования изображения и известные абсорбирующие свойства заданной среды (например, реакционной мономерной смеси) для определения толщины поверхности линзы 120 на основании пиксельной интенсивности изображения. Система 128 может быть применена для измерения толщины линз, включая, без ограничений, предшественников линз, готовые линзы, формованные литьем линзы, герметично заключенные между элементами формы, формованные литьем линзы после извлечения из одной части разъемной формы и формованные литьем линзы, увлажняемые в растворе.
В одном варианте осуществления математические формулы и калибровка системы позволяют применять интенсивность изображения линзы для вычисления толщины линзы. В одном варианте осуществления в абсорбционной системе формирования изображения применяют цифровые устройства формирования изображения, состоящие из пиксельных элементов, как правило, расположенных в сетке X-Y, что позволяет применять значения интенсивности отдельных пикселей для создания профиля толщины поверхности измеряемого объекта (например, офтальмологической линзы). Результирующие измерения толщины и/или профиль всей поверхности могут применять для определения того, в какой степени изготовленное изделие соответствует его заданной конструкции. В одном варианте осуществления в системе применяют данные толщины для корректировки параметров формирования для формирования последующих линз.
В одном варианте осуществления реакционная мономерная смесь, применяемая для формирования офтальмологической линзы 120, содержит компонент, который поглощает падающее излучение в выбранном для применения спектральном диапазоне. В одном варианте осуществления реакционная мономерная смесь содержит поглощающую ультрафиолетовое излучение добавку, например Norbloc, и фотоинициаторы (PI), например Irgacure 1700.
Согласно ФИГ. 1L и 1M, в одном варианте осуществления абсорбционная система 128 формирования изображения включает в себя рассеиватель света, последовательно расположенные оптические линзы и камеру 130 (например, цифровую камеру), которая захватывает изображение интенсивности для обеспечения данных для программы измерения толщины и метрологии.
В одном варианте осуществления свет, применяемый для измерения толщины линзы, имеет длину волны 365 нм. Согласно ФИГ. 1M, в одном варианте осуществления после того, как камера 130 захватит данные 132, создают карту толщин линзы из абсорбционных данных изображения и тригонометрии хода луча. На стадии, обозначенной числом 134, создают карту различий между измеряемой линзой 120 и целевой конструкцией. Эту карту различий применяют для определения того, нужно ли принять или отбраковать линзу 120.
На стадии, обозначенной числом 136, происходит итерационное преобразование, при котором применяют усовершенствованные алгоритмы усиления для корректировки экспонированного изображения формирования линзы для приближения следующей линзы, которая будет сформирована, к целевой конструкции. В одном варианте осуществления экспонированное изображение формирования линзы с высокой разрешающей способностью 16± бит передают в ЦМУ 122 (ФИГ.1Е) для формирования следующей оптической линзы.
Согласно ФИГ. 2 и 3A-3С, в одном варианте осуществления абсорбционная система 128 формирования изображения включает в себя источник 140 освещения, который излучает свет, например ультрафиолетовый свет. В одном варианте осуществления источник 140 освещения излучает свет, который соответствует области спектра, в которой реакционный мономерный раствор поглощает падающее излучение. В одном варианте осуществления источник 140 освещения представляет собой светодиод 365 нм, хотя могут быть применены и другие источники с широким диапазоном и источники с выбираемым диапазоном. В других вариантах осуществления альтернативные источники освещения могут включать в себя светодиоды 370 нм, светодиоды 375 нм и ксеноновые лампы.
В одном варианте осуществления источник 140 освещения непрерывно излучает свет. В одном варианте осуществления источник освещения может быть синхронизирован с импульсом захвата изображения (например, включен и выключен). В одном варианте осуществления для включения и выключения света может быть применен затвор.
В одном варианте осуществления, чтобы абсорбционная система формирования изображения была способна выполнять точные и качественные оптические измерения с высокой по точности повторяемостью, предпочтительно, чтобы спектр источника освещения оставался постоянным. В одном варианте осуществления система управляет спектром светодиода с помощью термоэлектрического контроллера (TEC) с возможностью поддержания температуры на фактическом пятне контакта светодиода и высококачественного, регулируемого по току источника питания для питания светодиода. В одном варианте осуществления для контроля спектра светодиода в течение всего хода измерения и во время работы системы может быть применен спектрометр. Для изменения спектра света за пределами допусков требуется повторная калибровка системы.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения предпочтительно включает в себя модуль 142 оптического фильтра, в который может быть установлен оптический фильтр для дополнительного определения спектра освещения, применяемого во время формирования изображения. В одном варианте осуществления оптический фильтр может представлять собой полосовой фильтр, фильтр отсечки или фильтр с ограниченной полосой пропускания. Фактический выбор оптического фильтра предпочтительно будет зависеть от применяемого источника освещения, измеряемой среды и диапазона толщины среды, причем он должен быть максимально чувствительным.
В одном варианте осуществления абсорбционная система 128 формирования изображения предпочтительно включает в себя модуль 144 освещения рассеянным светом, содержащий рассеивающие компоненты для обеспечения равномерности света от источника освещения и попадания излучаемых световых лучей на офтальмологическую линзу под приемлемыми углами для заполнения получаемых конусов массива изображения. В одном варианте осуществления источник 140 освещения, модуль 142 оптического фильтра и модуль 144 освещения рассеянным светом собирают вместе как единый блок, который прикрепляют к подпружиненному столику для линейного позиционирования, позволяющему поднимать этот блок так, чтобы обеспечить возможность введения содержащего линзу формирующего оптического элемента в абсорбционную систему формирования изображения или выведения формирующего оптического элемента из нее.
В одном варианте осуществления применяют содержащее формирующий оптический элемент 114 и офтальмологическую линзу 120 (ФИГ. 1J) крепление 146 формирующего оптического элемента, выполненное с возможностью введения в абсорбционную систему 128 формирования изображений. В одном варианте осуществления абсорбционная система 128 формирования изображения предпочтительно включает в себя подвижную оправу 148, выполненную с возможностью приема крепления 146 формирующего оптического элемента для надлежащего совмещения формирующего оптического элемента и линзы с оптическими компонентами и/или оптической осью системы. В одном варианте осуществления подвижную оправу 148 используют для размещения формирующего оптического элемента и линзы на формирующем оптическом элементе вблизи оптической оси абсорбционной системы 128 формирования изображения. Подвижная оправа предпочтительно позволяет осуществлять регулировку по оси x и y при необходимости совмещения формирующего оптического элемента с оптической осью или критически важными оптическими компонентами.
В одном варианте осуществления абсорбционная система 128 формирования изображения предпочтительно включает в себя набор линз 150 для формирования изображения, которые представляют собой последовательно расположенные линзы, используемые для получения и формирования изображения линзы, расположенной на формирующем оптическом элементе.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя камеру 152, например цифровую камеру, которую используют для захвата данных и/или изображений измеряемого образца линзы. В одном варианте осуществления камера предпочтительно захватывает изображение интенсивности линзы.
Документально подтверждено, что шум камеры усиливается с температурой, так же как в некоторой степени и чувствительность камеры. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя механизм регулирования температуры окружающей среды для обеспечения постоянной температуры компонентов системы на протяжении всего измерения и во время работы системы.
Согласно одному варианту осуществления, было обнаружено, что небольшие изменения чувствительности камеры могут происходить из-за временного профиля энергии излучения, поступающего от источника освещения и попадающего на ПЗС-датчик камеры во время или до измерения. Интенсивность работы камеры возрастает по мере повышения температуры датчика. Изменение чувствительности камеры невелико и составляет порядка менее 1% от максимального сигнала, но для оптических измерений оно является существенным. В одном варианте осуществления в абсорбционной системе формирования изображения применяют способы, которые устраняют, минимизируют или поддерживают однородность энергии излучения, падающего на датчик камеры непосредственно перед выполнением измерения и во время него.
В одном варианте осуществления система захватывает изображения физически в 16-битном формате, хотя схема АЦП камеры ограничена 14-битовой глубиной. В одном варианте осуществления фактически применимую битовую глубину можно оценить в пределах от 10 до 11 бит. В одном варианте осуществления можно применять ряд способов повышения производительности камеры, которые включают, без ограничений, многократные захваты изображений и усреднение, группирование пикселей, управление окружающей средой и терморегулирование, способы формирования изображения с высоким динамическим диапазоном, оптимизацию спектрального диапазона для диапазона толщины, подлежащего измерению, и «режим медленного считывания показаний» датчиком.
Согласно нижеприведенному уравнению 1, в одном варианте осуществления во время работы абсорбционной системы формирования изображения прохождение падающего излучения через среду линзы рассчитывают по закону Бера - Ламберта.
Уравнение 1
I=Io * e -α(ʎ)ct, где
2
I =результирующая интенсивность при некоторой заданной толщине проникновения (мкВт/см);
o
2
I =начальная интенсивность при толщине 0 (мкВт/см);
α(ʎ)=функция коэффициента экстинкции с зависимостью от длины волны (ʎ);
c =концентрация внутри среды;
t =толщина пути распространения.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения вычисляет поглощение падающего излучения в среде линзы с помощью нижеприведенного уравнения 2.
Уравнение 2
A=-log(I/I
)=Ɛlc=αl,
0
где
2
I =результирующая интенсивность при некоторой заданной толщине проникновения (мкВт/см);
o
2
I =начальная интенсивность при толщине 0 (мкВт/см);
Ɛ =молярная поглощательная способность, зависит от длины волны;
l=длина пути;
c=концентрация;
α =коэффициент поглощения, зависит от длины волны.
В одном варианте осуществления среда линзы содержит компонент, который поглощает падающее излучение в выбранном для применения спектральном диапазоне. В одном варианте осуществления измеряемые формируемые офтальмологические линзы включают в себя поглощающую ультрафиолетовое излучение добавку Norbloc и/или инициаторы, например Irgacure 1700.
с
В одном варианте осуществления в среде линзы, в которой концентрацию  принимают фиксированной и однородной, толщина линзы может быть получена из уравнения 1 (приведенного выше), как это показано ниже в уравнении 3.
Уравнение 3
t=
ln(I/I
)/-α(ʎ)c
0
-
Поскольку на измерительной станции линза находится в сформированном и отвержденном, но предварительно увлажненном состоянии, она все еще содержит некоторое количество непрореагировавшего фотоинициатора. В одном варианте осуществления этот фотоинициатор в конечном итоге при увлажнении линзы будет вымываться вниз.
Фотоинициатор, применяемый в реакционной мономерной фотосмеси, обесцвечивается под воздействием света, таким образом, его поглощающий спектр изменяется при воздействии активирующего излучения (т. е. со временем по мере обесцвечивания поглощение снижается). По существу свет 365 нм, применяемый для измерения толщины линзы, реагирует с остатком фотоинициатора и обуславливает медленное изменение со временем абсорбционных свойств линзы в дополнение к устойчивым абсорбционным свойствам УФ-блокатора (например, Norbloc). В одном варианте осуществления были применены способы для учета этого явления, которые включают применение затвора или управление включением/выключением светодиодов для предотвращения попадания излучения на линзу, за исключением короткого периода измерения.
Согласно одному варианту осуществления, было разработано устройство формирования изображения, которое содержит заднее освещение, оптику формирования изображения и камеру. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения обеспечивает равномерное падение излучения на изогнутую поверхность контактной линзы. Согласно ФИГ. 4, в одном варианте осуществления модуль 144 освещения рассеянным светом обеспечивает направление равномерно падающего излучения на выпукло изогнутую поверхность формируемой линзы 120, которая, в свою очередь, лежит на выпукло изогнутой поверхности 116 формирующего оптического элемента 114.
В одном варианте осуществления конструкция освещения и оптики позволяет собирать проходящее излучение под углами конусности, которые приблизительно эквивалентны по площади поверхности и приблизительно одинаково перпендикулярны поверхности, а также одинаковы по углу падения. Согласно ФИГ. 5, в одном варианте осуществления после того, как равномерно падающее излучение проходит через выпукло изогнутую поверхность линзы 120 (ФИГ. 4) и формирующий оптический элемент 114, применяют набор 150 линз для формирования изображения, выполненный с возможностью сбора проходящего излучения под углами конусности, которые приблизительно эквивалентны по площади поверхности и приблизительно одинаково перпендикулярны поверхности, а также одинаковы по углу падения.
На ФИГ. 6А показано изображение формируемой линзы 120, расположенной поверх формирующего оптического элемента 114, согласно одному варианту осуществления. Линза 120 имеет области различной толщины. В одном варианте осуществления линза 120 включает в себя расположенную по центру оптическую зону, переходную зону, которая окружает оптическую зону, и обеспечивающие прочность зоны стабилизации большей толщины, расположенные на внешней периферии линзы 120. Изображение, используемое для измерения толщины, также подходит и для автоматического контроля качества, который включает обнаружение характерных дефектов края и поверхности, определяемых в отрасли контактных линз.
На ФИГ. 6B показан профиль толщины линзы 120, показанной на ФИГ. 6A. При сравнении ФИГ. 6А и 6В видно, что области с более темной интенсивностью линзы 120 соответствуют областям с большей толщиной. Области с более светлой интенсивностью линзы соответствуют относительно более тонким областям.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя один или более компонентов для управления окружающей средой, температурой и уровнем влажности.
В одном варианте осуществления окружающей газовой средой можно управлять с помощью продувочного газа (например, газообразного азота). Такую продувку можно выполнять для повышения или понижения парциального давления кислорода в атмосфере до заданного уровня. Влажность также можно поддерживать на заданном уровне, например на уровне влажности меньшей, чем в офисном помещении.
В одном варианте осуществления можно регулировать уровень колебательной энергии, что позволяет взаимодействовать с компонентами системы. В одном варианте осуществления несущие конструкции определяют среду с относительно низкой вибрацией. В других вариантах осуществления абсорбционная система формирования изображения может опираться на одну или более активных вибрационных опор. В одном варианте осуществления могут быть применены пневматические опорные поршни или другие стандартные компоненты для минимизации воздействия вибрации.
Наличие частиц в окружающей среде системы может приводить к нежелательному возникновению ошибок различных типов, включая получение некорректных данных толщины. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения может включать в себя один или более компонентов для ограничения количества частиц в компонентах системы и вокруг нее. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения может включать один или более высокоэффективных фильтров для очистки воздуха от частиц (HEPA) для контроля и/или ограничения количества твердых частиц в окружающей среде.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения может быть заключена в непрозрачный материал для ограничения воздействия случайных источников света или фотонной энергии. В одном варианте осуществления в окружающей среде системы применяют источники отфильтрованного света, которые могут представлять собой окружающее освещение.
Как показано на ФИГ. 7, в одном варианте осуществления абсорбционная система 228 формирования изображения включает в себя блок 245, расположенный на верхнем конце, который можно поднимать и поворачивать в сторону для раскрытия подвижной оправы и формирующего оптического элемента для обеспечения легкой замены формирующего оптического элемента 214. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 7, источник 240 освещения и модуль 244 освещения рассеянным светом включают в себя подвижный блок 245 на верхнем конце абсорбционной системы 228 формирования изображения, который можно поднимать и поворачивать или вращать в сторону от подвижной оправы 248, которая содержит формирующий оптический элемент 214.
В одном варианте осуществления абсорбционная система 228 формирования изображения включает в себя опорную плиту 260 и вертикальную опору 262, проходящую вверх от опорной плиты 260. Абсорбционная система 228 формирования изображения предпочтительно включает в себя элемент 264 для выполнения подъема и поворота, который соединяет вертикальную опору 262 и подвижный блок 245.
На ФИГ. 8А показано первое положение, при котором подвижный блок 245 абсорбционной системы 228 формирования изображения поднят и повернут в сторону от подвижной оправы 248. В этом положении открыт доступ к формирующему оптическому элементу 214 на подвижной оправе 248 и его можно снять с подвижной оправы и/или заменить.
На ФИГ. 8В показан подвижный блок 245 абсорбционной системы 228 формирования изображения после его поворота в обратную сторону над верхней частью подвижной оправы 248. Таким образом, источник 240 освещения, механический затвор 242 и модуль 244 освещения рассеянным светом подвижного блока 245 соосны с формирующим оптическим элементом 214, расположенным на подвижной оправе 246, и/или оптической осью системы. Кроме того, подвижный блок 245 абсорбционной системы 228 формирования изображения предпочтительно находится на одной оси с набором 250 линз для формирования изображения и камерой 252.
Согласно ФИГ. 9, в одном варианте осуществления абсорбционная система 328 формирования изображения включает в себя источник 340 освещения, модуль 342 оптического фильтра и модуль 344 освещения рассеянным светом, которые составляют подвижный блок 345 абсорбционной системы формирования изображения. Кроме того, абсорбционная система 328 формирования изображения включает в себя подвижную оправу 348, выполненную с возможностью приема формирующего оптического элемента, набора 350 линз для формирования изображения и камеры 352. Абсорбционная система 328 формирования изображения включает в себя основание 360 и вертикальную опору 362.
Согласно ФИГ. 9 и 10A-10B, в одном варианте осуществления подвижный блок 345 абсорбционной системы 328 формирования изображения выполнен с возможностью осуществления его подъема и поворота или вращения в сторону от подвижной оправы 348 для обеспечения возможности расположения формирующего оптического элемента на подвижной оправе или его снятия с подвижной оправы. На ФИГ. 10А и 10В показан подвижный блок 345, включающий в себя источник 340 освещения, механический затвор 342 и модуль 344 освещения рассеянным светом, повернутый в сторону от подвижной оправы 348. После расположения формирующего оптического элемента поверх подвижной оправы 348 подвижный блок 345 можно повернуть обратно в совмещенное положение, показанное на ФИГ. 9.
Согласно ФИГ. 11, в одном варианте осуществления подвижная оправа 348 абсорбционной системы 328 формирования изображения предпочтительно включает в себя плоскую поверхность 366, выполненную с возможностью приема основания 315 формирующего оптического элемента 314. В одном варианте осуществления подвижная оправа 348 включает в себя первый фиксированный упор 368, имеющий первую головку 370, и второй фиксированный упор 372, имеющий вторую головку 374. Эти головки можно регулировать для перемещения к основанию 315 формирующего оптического элемента 314 и от него. Подвижная оправа 348 предпочтительно включает в себя втягиваемый плунжер 376, который связан с опорой 378 плунжера, прикрепленной к плоской поверхности 366. В одном варианте осуществления втягиваемый плунжер 376 отводят таким образом, что основание 315 формирующего оптического элемента 314 может находиться между первой головкой 370 первого фиксированного упора 368, второй головкой 374 второго фиксированного упора 372 и дистальным концом плунжера 376. Дистальный конец плунжера 376 может быть выдвинут к основанию 315 формирующего оптического элемента для удержания формирующего оптического элемента 314 в неподвижном положении на плоской поверхности 366 подвижной оправы 348. В одном варианте осуществления плунжер 376 подпружинен и обычно смещен в выдвинутое положение. В одном варианте осуществления плунжер 376 имеет резьбу и входит в зацепление с резьбой на опорном основании 378 плунжера для перемещения дистального конца плунжера внутрь и наружу относительно основания 315 формирующего оптического элемента 314.
Согласно ФИГ. 12, в одном варианте осуществления подвижная оправа 448 абсорбционной системы 428 формирования изображения включает в себя плоскую поверхность 466, выполненную с возможностью приема основания 415 формирующего оптического элемента 414. Подвижная оправа выполнена с возможностью удержания формирующего оптического элемента в устойчивом положении и обеспечения возможности точной регулировки положения формирующего оптического элемента по осям x и y. В одном варианте осуществления основание 415 формирующего оптического элемента 414 имеет квадратную форму.
В одном варианте осуществления подвижная оправа 448 включает в себя первый фиксированный упор 468, имеющий стопорные штифты 370A, 370B, которые выполнены с возможностью упирания в одну из сторон основания 415 формирующего оптического элемента 414. Подвижная оправа 448 также включает в себя второй упор 472, выполненный с возможностью упирания в другую сторону основания 415.
В одном варианте осуществления подвижная оправа 448 включает в себя пару вертикально проходящих выравнивающих штифтов 475A, 475B, которые проходят через отверстия в основании 415 для выравнивания основания 415 формирующего оптического элемента 414 по плоской поверхности 466 подвижной оправы 448.
В одном варианте осуществления подвижная оправа 448 включает в себя плунжер 476, установленный на опорное основание 478 плунжера. Плунжер 476 может быть втянут таким образом, что формирующий оптический элемент 414 может быть позиционирован поверх плоской поверхности 466. Затем дистальный конец плунжера 476 может быть выдвинут с возможностью фиксации положения основания 415 формирующего оптического элемента на плоской поверхности 466 подвижной оправы 448. Плунжер 476 может быть подпружинен в случае применения резьбы для выполнения перемещения внутрь и наружу относительно основания 478 плунжера.
1
1
Согласно ФИГ. 13, в одном варианте осуществления абсорбционная система 428 формирования изображения включает в себя источник 440 освещения, который излучает ультрафиолетовый свет 365 нм. Световые лучи проходят через модуль 442 механического затвора и рассеиватель 444, который обеспечивает высокую освещенность и очень равномерный свет (например, ламбертовский свет), который направляют на офтальмологическую линзу, которая расположена поверх формирующего оптического элемента 414, который, в свою очередь, прикреплен к подвижной оправе 448. Абсорбционная система 428 формирования изображения включает в себя набор 450 линз для формирования изображения, который выступает в качестве оптического устройства для камеры 452, которая выполнена с возможностью захвата цифровых изображений офтальмологической линзы, расположенной на формирующем оптическом элементе 414. В одном варианте осуществления любые небольшие смещения критически важных компонентов абсорбционной системы 428 формирования изображения могут быть скомпенсированы цифровым способом, а не механическим. В случае A все критически важные компоненты, включая рассеиватель 444, формирующий оптический элемент 414 и оптические элементы 450 камеры, совмещают вдоль оптической оси A таким образом, чтобы результирующее изображение было совмещено с центральной точкой формирующего оптического элемента (ФОЭ). В случае B некоторые из компонентов абсорбционной системы 428 формирования изображения не совмещают с оптической осью A. В этом последнем случае сохраняется положение фактического центра формирующего оптического элемента на датчике камеры и, соответственно, подвижная оправа обеспечивает воспроизводимое с высокой точностью положение от формирующего оптического элемента к формирующему оптическому элементу в центральной точке. Механическая регулировка не требуется.
На ФИГ. 14 представлена блок-схема способа, применяемого для получения информации о толщине из изображения на основании интенсивности. Блок-схема на ФИГ. 14 изображает раскрытый в настоящем документе способ для абсорбционной системы формирования изображения с применением ультрафиолетового света в одном спектральном диапазоне. Для переменных, показанных на блок-схеме на ФИГ. 14, применимы следующие определения.
- новый кадр, глобальная интенсивность с ФОЭ, расположенным не на месте. Это значение связано с предстоящим измерением линзы. Значение получают, глядя на необработанное изображение с камеры и усредняя совокупность значений интенсивности. Это позволяет обеспечивать хорошую обратную связь в отношении того, как камера оценивает свет в этот конкретный момент времени.
- значения интенсивности, содержащиеся в изображении (с камеры) линзы на оправке. Количество значений зависит от разрешения камеры. В настоящее время размер изображения составляет 1024×1030. Изображение получают при установке времени экспозиции линзы.
- значения интенсивности, содержащиеся в изображении (с камеры) оправки. Это изображение получают из запоминающего устройства, поскольку оно было снято и сохранено ранее.
- новый кадр, глобальная интенсивность с ФОЭ, расположенным не на месте. Это значение записано в справочный файл оправки во время его получения и сохранения. Значение получают, глядя на необработанное изображение с камеры и усредняя совокупность значений интенсивности. Это позволяет обеспечивать хорошую обратную связь в отношении того, как камера оценивает свет в этот конкретный момент времени.
- результат корректировки коэффициента интенсивности с учетом изменений глобальной интенсивности и интенсивности, соответствующей оправке. Он отражает нормализованные значения интенсивности для всего изображения. Разрешение также составляет 1024×1030.
- сетка, получаемая на основании начального преобразования значений интенсивности изображения в значения толщины. Значения толщины для изображения находятся вдоль угла падения, при котором свет проходил через линзу и был принят оптикой для формирования изображения. Это состояние после применения смещения по осям X, Y и вращения, но до применения радиального усиления. Этот угол находится не в осевом направлении, поэтому для получения окончательных выходных данных необходимо выполнить окончательную компенсацию.
- сетка, получаемая на основании применения коррекции дисторсии радиального усиления. В рамках этого способа сетку преобразуют в формат 1001×1001, который является основным для измерений и файлов ЦМУ; следовательно, применяют запись с нижним индексом (k, l).
- результирующая сетка после применения маскирующего прогона, при котором обнуляют значения толщины, которые определяют как слишком малые.
- сетка для измерения осевой толщины готовой линзы. См. описание переменных уравнения в сопроводительном документе.
Согласно ФИГ. 15, в одном варианте осуществления оптическая линза 420 расположена поверх формирующего оптического элемента 414. Описанную в настоящем документе абсорбционную систему формирования изображения применяют для определения осевой толщины линзы 420. В одном варианте осуществления угол входа света при прохождении света через линзу 420 преобразуют в осевую толщину. На ФИГ. 15 представлены математические формулы, применяемые для преобразования толщины угла входа света в осевую толщину.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя устройство двойной подсветки для учета характеристик оптической мощности линзы, которые могут быть получены на основании изменений топологии поверхности и которые, в свою очередь, могут вызывать изменения интенсивности изображения, которые не связаны с поглощающими свойствами линзы. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения захватывает два отдельных изображения оцениваемой линзы: первое изображение в области поглощения и второе изображение в нейтральной по поглощению области. Изображение из нейтральной по поглощению области не будет содержать каких-либо изменений интенсивности из-за абсорбционных свойств материала линзы, но будет демонстрировать изменения интенсивности из-за эффектов оптической мощности. Таким образом, эти последние изменения интенсивности могут быть применены для охарактеризования компонента интенсивности в зависимости от эффектов оптической мощности, а также неравномерности изображения. В одном варианте осуществления излучение в двух спектральных диапазонах получают с помощью светодиодных источников. В одном варианте осуществления диапазон поглощения имеет максимальную длину волны около 365 нм, а нейтральный по поглощению диапазон имеет максимальную длину волны около 455 нм.
Согласно ФИГ. 16А-16С, в одном варианте осуществления в абсорбционной системе 528 формирования изображения применяют свет с двумя различными длинами волн, одна из которых входит в диапазон поглощения, а другая входит в нейтральный по поглощению диапазон. В одном варианте осуществления абсорбционная система 528 формирования изображения включает в себя подвижную оправу 548, выполненную с возможностью приема и удержания формирующего оптического элемента 514, который, в свою очередь, содержит офтальмологическую линзу, расположенную поверх формирующего оптического элемента. Система включает в себя набор оптических линз 550 и камеру 552, которая захватывает изображения офтальмологической линзы, расположенной поверх выпукло изогнутой поверхности формирующего оптического элемента.
В одном варианте осуществления абсорбционная система 528 формирования изображения включает в себя узел 564 для подъема и поворота, который позволяет поднимать интегрирующую сферу 580, содержащую первый источник 540A освещения и второй источник 540B освещения, и поворачивать ее в сторону от формирующего оптического элемента 514 и подвижной оправы 548.
В одном варианте осуществления первый источник 540 освещения, расположенный внутри интегрирующей сферы 580, излучает УФ-излучение, которое охватывает диапазон поглощения материала линзы. Длина волны света, излучаемого первым источником освещения, предпочтительно составляет 365 нм, т. е. он аналогичен свету, излучаемому светодиодом по первому варианту осуществления. Второй источник 540В освещения излучает светодиодный свет, который охватывает диапазон, который является «нейтральным по поглощению» в пределах спектра линзы. В одном варианте осуществления второй источник 540В освещения излучает видимый свет, имеющий длину волны около 455 нм.
Абсорбционная система 528 формирования изображения включает в себя присоединяемую к интегрирующей сфере 580 рукоятку 582, которая позволяет поднимать интегрирующую сферу 580 и поворачивать ее в сторону от формирующего оптического элемента 514 и подвижной оправы 548.
Согласно ФИГ. 16B и 16C, в одном варианте осуществления абсорбционная система 528 формирования изображения включает в себя термоэлектрическую управляемую (TEC) пластину и теплоотвод 548 для управления температурой светодиодов для обеспечения стабильности света, излучаемого первым и вторым источниками 540A, 540B освещения.
На ФИГ. 17 представлен вид в перспективе интегрирующей сферы 580, включающей в себя рукоятку 582 и ТЕС-пластину 584, которая включает в себя радиатор теплоотвода.
На ФИГ. 18A и 18B показана TEC-пластина 584, включающая в себя первый источник 540A освещения, который излучает свет 365 нм, и второй источник 540B освещения, который излучает свет 420 нм. TEC-пластина 584 имеет конструкцию с воздушным охлаждением с общей охлаждаемой пластиной для обоих светодиодов 540A, 540B. Температуру общей охлаждаемой пластины 585 регулируют с помощью встроенной TEC-пластины 584 и внешнего контроллера.
Согласно ФИГ. 19, интегрирующая сфера 580 включает в себя отверстие 586 спектрометра с целью обеспечения доступа для получения показаний спектрометра для света, излучаемого первым светодиодом 540А и вторым светодиодом 540В.
В одном варианте осуществления интегрирующая сфера 580 включает в себя перегородку 588, которая предотвращает непосредственное освещение формирующего оптического элемента 514. В одном варианте осуществления первый и второй светодиоды 540A, 540B закрыты для обеспечения постоянного внутреннего отражения света, излучаемого двумя источниками освещения.
В одном варианте осуществления нижняя часть интегрирующей сферы 580 проходит ниже периферических внешних краев выпукло изогнутой поверхности 516 формирующего оптического элемента 514.
Внутренняя поверхность интегрирующей сферы выполнена с возможностью отражения света, излучаемого двумя светодиодами. В одном варианте осуществления внутреннюю поверхность интегрирующей сферы 580 подвергают матирующей дробеструйной обработке. В одном варианте осуществления внутренняя поверхность интегрирующей сферы может быть окрашена.
Согласно ФИГ. 19, в одном варианте осуществления применение перегородки 588 повышает освещенность изображения на основе интенсивности.
Как было указано выше, в одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя устройство двойной подсветки для учета характеристик оптической мощности линзы, которые могут быть получены на основании изменений топологии поверхности и которые, в свою очередь, могут вызывать изменения интенсивности изображения, которые не связаны с поглощающими свойствами линзы, исключительно из-за толщины линзы. На ФИГ. 20 показаны спектральные диапазоны для реакционной мономерной смеси, применяемой для формирования линзы. Как показано на ФИГ. 21А и 21В, захвачены два отдельных изображения измеряемой линзы: одно в области поглощения, а другое в нейтральной по поглощению области. Изображение из нейтральной по поглощению области не будет содержать каких-либо изменений интенсивности из-за абсорбционных свойств материала линзы, но будет демонстрировать изменения интенсивности из-за эффектов оптической мощности. Таким образом, эти изменения интенсивности могут быть применены для охарактеризования компонента интенсивности в зависимости от эффектов оптической мощности, а также неравномерности изображения. Для выбора фактических диапазонов выбирают светодиодные источники, у которых диапазон поглощения имеет максимальную длину волны около 365 нм, а нейтральный по поглощению диапазон имеет максимальную длину волны около 455 нм.
На ФИГ. 21A показано изображение линзы, взятое с применением диапазона поглощения, имеющего максимальную длину волны около 365 нм. На ФИГ. 21В показано изображение формируемой линзы, взятое с применением нейтрального по поглощению диапазона, имеющего максимальную длину волны около 455 нм. В одном варианте осуществления оптические эффекты, показанные на ФИГ. 21B, можно исключить, чтобы вычислить толщину линзы.
На ФИГ. 22 показана блок-схема способа, связанного с получением информации о толщине, в котором применяют два спектральных диапазона, имеющие различные длины волн. Для переменных, показанных на ФИГ. 22, применимы определения для переменных, показанных на ФИГ. 14, а также следующие новые определения переменных.
- новый кадр УФ-излучения, глобальная интенсивность с ФОЭ, расположенным не на месте. Это значение связано с предстоящим измерением линзы. Значение получают, глядя на необработанное изображение с камеры и усредняя совокупность значений интенсивности. Это позволяет обеспечивать хорошую обратную связь в отношении того, как камера оценивает свет в этот конкретный момент времени.
- новый кадр видимого света, глобальная интенсивность с ФОЭ, расположенным не на месте. Это значение связано с предстоящим измерением линзы. Значение получают, глядя на необработанное изображение с камеры и усредняя совокупность значений интенсивности. Это позволяет обеспечивать хорошую обратную связь в отношении того, как камера оценивает свет в этот конкретный момент времени.
- значения интенсивности УФ-излучения, содержащиеся в изображении (с камеры) линзы на оправке. Количество значений зависит от разрешения камеры. В настоящее время размер изображения составляет 1024×1030. Изображение получают при установке времени экспозиции линзы.
- значения интенсивности видимого света, содержащиеся в изображении (с камеры) линзы на оправке. Количество значений зависит от разрешения камеры. В настоящее время размер изображения составляет 1024×1030. Изображение получают при установке времени экспозиции линзы.
- значения интенсивности УФ-излучения, содержащиеся в изображении (с камеры) оправки. Это изображение получают из запоминающего устройства, поскольку оно было снято и сохранено ранее.
- значения интенсивности УФ-излучения, содержащиеся в изображении (с камеры) оправки. Это изображение получают из запоминающего устройства, поскольку оно было снято и сохранено ранее.
- новый кадр УФ-излучения, глобальная интенсивность с ФОЭ, расположенным не на месте. Это значение записано в справочный файл оправки во время его получения и сохранения. Значение получают, глядя на необработанное изображение с камеры и усредняя совокупность значений интенсивности. Это позволяет обеспечивать хорошую обратную связь в отношении того, как камера оценивает свет в этот конкретный момент времени.
- новый кадр видимого света, глобальная интенсивность с ФОЭ, расположенным не на месте. Это значение записано в справочный файл оправки во время его получения и сохранения. Значение получают, глядя на необработанное изображение с камеры и усредняя совокупность значений интенсивности. Это позволяет обеспечивать хорошую обратную связь в отношении того, как камера оценивает свет в этот конкретный момент времени.
- результат корректировки коэффициента интенсивности УФ-излучения с учетом изменений глобальной интенсивности и интенсивности, соответствующей оправке. Он отражает нормализованные значения интенсивности для всего изображения. Разрешение также составляет 1024×1030.
- результат корректировки коэффициента интенсивности видимого света с учетом изменений глобальной интенсивности и интенсивности, соответствующей оправке. Он отражает нормализованные значения интенсивности для всего изображения. Разрешение также составляет 1024×1030.
- сетка, получаемая из соотношения сеток для УФ-излучения и видимого света (). Эта операция «оптически» исключает созданный элемент, который влияет на интенсивность ячейки и в противном случае может смешивать значения интенсивности только по толщине.
- «совмещенная» сетка () после применения операции поступательного перемещения и поворота, которая сопоставляет ее с системой координат устройства для формирования линз ЦМУ.
- сетка, получаемая на основании начального преобразования значений интенсивности изображения в значения толщины. Значения толщины для изображения находятся вдоль угла падения, при котором свет проходил через линзу и был принят оптикой для формирования изображения. Это состояние после применения смещения по осям X, Y и вращения, но до применения радиального усиления. Этот угол находится не в осевом направлении, поэтому для получения окончательных выходных данных необходимо выполнить окончательную компенсацию.
- сетка, получаемая на основании применения коррекции дисторсии радиального усиления. В рамках этого способа сетку преобразуют в формат 1001×1001, который является основным для измерений и файлов ЦМУ; следовательно, применяют запись с нижним индексом (k, l).
- результирующая сетка после применения маскирующего прогона, при котором обнуляют значения толщины, которые определяют как слишком малые.
- сетка для измерения «осевой» толщины готовой линзы. См. описание переменных уравнения в сопроводительном документе.
- значения интенсивности пикселей изображения линзы/оправки, полученные в области поглощения спектра (т. е. 365 нм).
- значения интенсивности пикселей изображения линзы/оправки, полученные на плоском участке области поглощения спектра (т. е. 455 нм).
- значения интенсивности пикселей изображения линзы/оправки, полученные в области поглощения спектра Norbloc (т. е. 365 нм) после корректировки интенсивности для учета изменения интенсивности от оправки к оправке и любых изменений суммарного сигнала интенсивности системы во времени.
- значения интенсивности пикселей изображения линзы/оправки, полученные в нейтральной по поглощению области спектра (т. е. 455 нм) после корректировки интенсивности для учета изменения интенсивности от оправки к оправке и любых изменений суммарного сигнала интенсивности системы во времени.
- мера глобальной интенсивности в области поглощения (т. е. 365 нм), полученная из изображения без оправки во время выполнения метрологических измерений.
- мера глобальной интенсивности в области поглощения (т. е. 365 нм), полученная из изображения без оправки во время выполнения измерения для эталонной оправки.
- мера глобальной интенсивности в нейтральной по поглощению области спектра (т. е. 455 нм), полученная из изображения без оправки во время выполнения метрологических измерений.
- мера глобальной интенсивности в нейтральной по поглощению области спектра (т. е. 455 нм), полученная из изображения без оправки во время выполнения измерения для эталонной оправки.
- период воздействия для захвата видимого изображения.
- период воздействия для захвата УФ-изображения.
В одном варианте осуществления поглощательная способность остатка фотоинициатора может приводить к ошибкам в измерениях толщины в случае применения метрологии при абсорбционном формировании изображения. В одном варианте осуществления в абсорбционной системе формирования изображения применяют две или более длин волн (или диапазонов длин волн), благодаря чему влияние изменения фотоинициатора может быть устранено путем вычисления.
В одном варианте осуществления с помощью абсорбционной системы формирования изображения измеряют толщину офтальмологической линзы (например, контактной линзы) на основании соотношения толщины линзы, концентрации красителя (Norbloc) и поглощения света линзой. Перед увлажнением материал линзы содержит неконтролируемое количество фотоинициатора (например, Irgacure 1700), который также поглощает свет. Применение более одной длины волны для проверки поглощения линзы обеспечивает возможность уменьшения или корректировки нежелательного поглощения фотоинициатором (PI).
Закон Бера - Ламберта связывает поглощательную способность образца материала с толщиной образца и концентрацией растворенных компонентов (например, Norbloc и Irgacure). Для однородного разбавления:
,
где
представляет собой поглощательную способность образца;
i
представляет собой коэффициент спектрального затухания для растворенных компонентов  в образце;
представляет собой длину волны (или длины волн), применяемую (-ые) при измерении света;
i
представляет собой концентрацию растворенных компонентов  в образце;
представляет собой длину пути пучка света через образец.
Поглощательная способность связана с коэффициентом пропускания следующим образом:
,
где
представляет собой коэффициент пропускания для образца;
представляет собой поток излучения, передаваемый образцом;
представляет собой поток излучения, падающего на образец;
представляет собой поглощательную способность образца.
Согласно ФИГ. 23, в диапазоне длин волн от 350 нм до 450 нм поглощательная способность неотвержденной реакционной мономерной смеси (РМС) происходит из двух первичных поглощающих компонентов, а именно Norbloc и Irgacure 1700.
Согласно ФИГ. 24, в диапазоне длин волн от 350 нм до 450 нм поглощательная способность отвержденного полимера (т. е. контактной линзы) также происходит из Norbloc и фотоинициатора (PI). Концентрация PI может изменяться в зависимости от регламентированного и запланированного контакта, а также воздействия ультрафиолетового (УФ) излучения и синего света во время выполнения способа измерения. Концентрация фотоинициатора также может повышаться с течением времени (в секундах) из-за рекомбинирования расходуемых фотопродуктов фотоинициатора.
Согласно ФИГ. 25 и 26, если применяемый для измерения поглощательной способности свет является монохроматическим (или, по меньшей мере, имеет достаточно узкую полосу пропускания), поглощательная способность будет прямо пропорциональна толщине и концентрации, на что указывает прямолинейность линий, показанных на ФИГ. 25 и 26. Однако все еще существует зависимость между измеряемой толщиной и концентрацией фотоинициатора.
Согласно ФИГ. 27, вычитая часть поглощательной способности 405 нм из поглощательной способности 375 нм, можно устранить зависимость от концентрации фотоинициатора. Скорректированную поглощательную способность вычисляют по формуле:
,
где
представляет собой способность толщины Y мкм полимера с относительной концентрацией фотоинициатора Z поглощать свет Х нм.
Согласно ФИГ. 28, в одном варианте осуществления, если применяемый для измерения поглощательной способности свет имеет расширенный спектр, поглощательная способность будет изменяться в зависимости от толщины и концентрации. Это соотношение будет нелинейным, если поглощательная способность не будет равномерной в пределах длин волн освещения. Зависимость между толщиной и концентрацией фотоинициатора все же может быть компенсирована, как и в случае применения монохроматического света.
На ФИГ. 29 показана неравномерная поглощательная способность реакционной мономерной смеси в диапазоне светодиода 365 нм.
На ФИГ. 30 показана поглощательная способность в случае применения светодиода 365 нм в зависимости от концентрации фотоинициатора. На ФИГ. 30 кривизна обусловлена неравномерной спектральной поглощательной способностью в области освещения светодиода 365 нм.
На ФИГ. 31 показана поглощательная способность в случае применения светодиода 420 нм в зависимости от концентрации фотоинициатора.
На ФИГ. 32 показана скорректированная поглощательная способность с устраненными эффектами фотоинициатора. На ФИГ. 32 показана поглощательная способность в зависимости от концентрации фотоинициатора. Хотя скорректированное соотношение поглощательной способности и толщины по-прежнему изображено на ФИГ. 32 с кривизной, при любых концентрациях фотоинициатора получают одни и те же значения.
На ФИГ. 33 показана освещенность изображения для случая, когда внутри интегрирующей сферы не используют перегородку. На ФИГ. 34 показана освещенность изображения для случая, когда внутри интегрирующей сферы используют перегородку. При сравнении изображений, показанных на ФИГ. 33 и 34, очевидно, что добавление отражающего экрана или перегородки внутрь интегрирующей сферы повышает равномерность освещенности изображения. Неравномерность в случае применения перегородки может быть не видна до тех пор, пока степень рассеивания в интегрирующей сфере не упадет до 30% ламбертовского света. В контексте настоящего документа ламбертовский свет представляет собой свет, который имеет одну и ту же интенсивность при наблюдении под любым углом.
Согласно ФИГ. 35, в одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя интегрирующую сферу 580, имеющую перегородку 588. Поскольку светодиод 540 генерирует световые лучи, по меньшей мере, некоторые из световых лучей отражаются от перегородки 588, прежде чем произойдет внутреннее отражение внутри интегрирующей сферы 580 и сквозь выпукло изогнутую поверхность 516 формирующего оптического элемента 514. В одном варианте осуществления нижняя часть 581 интегрирующей сферы проходит ниже выпукло изогнутой поверхности 516 формирующего оптического элемента 514.
В одном варианте осуществления внутренняя поверхность интегрирующей сферы 580 поглощает около 10% мощности светодиодного света и отражает около 90% мощности светодиодного света. В одном варианте осуществления внутренняя поверхность интегрирующей сферы 580 рассеивает отраженную мощность в следующем соотношении: 90% ламбертовского света и около 10% отраженного света.
На ФИГ. 36А показан свет, отражаемый внутри интегрирующей сферы 580 для освещения выпукло изогнутой поверхности 516 формирующего оптического элемента 514. На ФИГ. 36B показано изображение, которое иллюстрирует освещенность выпукло изогнутой поверхности 516 формирующего оптического элемента 514.
В одном варианте осуществления в случае применения абсорбционной системы формирования изображения, имеющей два источника освещения, для захвата изображения в любой момент времени применяют лишь один светодиод. В одном варианте осуществления, если светодиод, который охватывает диапазон поглощения материала линзы, включен, нейтральный по поглощению светодиод выключен.
В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя центральный процессор, имеющий программу, которая включает и выключает светодиоды. В одном варианте осуществления в любой момент времени включен лишь один из светодиодов. В одном варианте осуществления один затвор может быть применен для закрытия первого светодиода во время первой фазы и затем переключения для закрытия второго светодиода во время второй фазы. В этом варианте осуществления для включения и выключения светодиодов применяют один затвор. В одном варианте осуществления каждый светодиод имеет отдельный затвор, который открывают и закрывают для включения и выключения соответствующих светодиодов. В одном варианте осуществления для включения и выключения светодиодов не применяют движущиеся затворы. В этом варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя операционную систему, которая подает питание на светодиоды, а затем отключает питание светодиодов так, чтобы включать и выключать светодиоды без применения движущихся затворов.
Согласно ФИГ. 37, в одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя контроллер 590 температуры для управления температурой охлаждающей пластины 584 (ФИГ.18В), на которую установлены один или более светодиодов.
Согласно ФИГ. 19 и 38, в одном варианте осуществления абсорбционная система 528 формирования изображения включает в себя формирователь 592 тока светодиода для двух светодиодов 540A, 540B. В одном варианте осуществления формирователь 592 тока светодиода обеспечивает настраиваемую «компенсацию тока» для электроники. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя операционную систему (например, программный продукт) для включения и выключения светодиодов 540A, 540B и, возможно, для изменения величины тока, подаваемого на соответствующие светодиоды. В одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя соединительный концентратор 594 для светодиодов, который электрически соединяет светодиоды 540A, 540B с формирователем 592 тока светодиода.
В одном варианте осуществления формирователь 592 тока светодиода представляет собой четырехканальный контроллер постоянного тока, который обеспечивает независимое управление для каждого светодиода 540A, 540B. Хотя на ФИГ. 38 показаны только два светодиода, в других вариантах осуществления абсорбционная система формирования изображения может содержать три или более управляемых по отдельности светодиодов для обеспечения света с различными длинами волн. В одном варианте осуществления формирователь тока светодиода и соответствующая ему система управления могут включать в себя USB-интерфейс для автоматического управления абсорбционной системой формирования изображения и светодиодами.
Согласно ФИГ. 39, в одном варианте осуществления абсорбционная система 628 формирования изображения включает в себя две интегрирующие сферы 680, 696. Более объемная интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента охватывает формирующий оптический элемент, который находится на подвижной оправе 648. Меньшая светодиодная интегрирующая сфера 696 включает в себя светодиоды, которые излучают свет с различными длинами волн для покрытия диапазона поглощения материала линзы и «нейтрального по поглощению» диапазона в спектре линзы. Элемент 684 управления температурой прикреплен к меньшей светодиодной сфере 696 для регулирования температуры светодиодов с целью обеспечения постоянного, равномерного света.
В одном варианте осуществления абсорбционная система 628 формирования изображения, показанная на ФИГ. 39, содержит многие из элементов, показанных и описанных выше. В одном варианте осуществления абсорбционная система 628 формирования изображения включает в себя подвижную оправу 648 для прикрепления формирующего оптического элемента, набор 650 линз для формирования изображения для направления изображения офтальмологической линзы на камеру 652, которая выполнена с возможностью захвата изображения интенсивности офтальмологической линзы. В одном варианте осуществления абсорбционная система 628 формирования изображения включает в себя механический оптический плоский флиппер 655, который взаимодействует со светом, проходящим через группу 650 линз для формирования изображения и камеру 652, для корректирования фокусного расстояния для двух спектральных диапазонов, применяемых при формировании изображения.
1
Согласно ФИГ. 40, в одном варианте осуществления светодиодная интегрирующая сфера 696 имеет внутренний диаметр ID приблизительно 8-8,9 сантиметра (3-3,5 дюйма), а более предпочтительно приблизительно 8,4 сантиметра (3,3 дюйма). В одном варианте осуществления внутренняя поверхность светодиодной интегрирующей сферы покрыта материалом Spectralon или другим материалом, который отражает свет. В контексте настоящего документа материал Spectralon представляет собой материал, который выполнен с возможностью обеспечения практически идеальной ламбертовской отражательной способности.
В одном варианте осуществления светодиодная интегрирующая сфера 696 включает в себя вводное отверстие 702 светодиода для направления светодиодного света во внутреннее пространство светодиодной интегрирующей сферы. В одном варианте осуществления светодиодная интегрирующая сфера 696 может содержать первое отверстие для ввода первого света от первого светодиода и второе отверстие для ввода второго света от второго светодиода. В одном варианте осуществления светодиодная интегрирующая сфера может содержать единое отверстие для ввода света от обоих источников света в сферу. В одном варианте осуществления светодиодная интегрирующая сфера 696 содержит отверстие 704 спектрометра для проверки качества света, излучаемого двумя светодиодами.
В рабочем состоянии свет от двух светодиодов отражается внутри светодиодной интегрирующей сферы 696, что повышает равномерность света (например, обеспечивает ламбертовский свет). Свет проходит через выходное отверстие 706 и во входное отверстие 708 интегрирующей сферы 680 формирующего оптического элемента, где он дополнительно отражается внутри сферы 680 формирующего оптического элемента для повышения равномерности света.
2
В одном варианте осуществления интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента имеет внутренний диаметр ID приблизительно 13-14,0 сантиметра (5-5,5 дюйма), а более предпочтительно приблизительно 13,5 сантиметра (5,3 дюйма). В одном варианте осуществления внутренняя поверхность интегрирующей сферы формирующего оптического элемента покрыта материалом Spectralon или другим материалом для внутреннего отражения света. Как было указано выше, интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента включает в себя входное световое отверстие 708, которое принимает свет, отражаемый внутри светодиодной интегрирующей сферы 696. Кроме того, интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента предпочтительно включает в себя порт 710 формирующего оптического элемента, который окружает формирующий оптический элемент 614, расположенный поверх подвижной оправы 648.
В одном варианте осуществления интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента включает в себя отверстие 712 спектрометра, которое может использоваться для введения спектрометра для определения качества света, отражаемого внутри интегрирующей сферы 680 формирующего оптического элемента.
1
Согласно ФИГ. 41, в одном варианте осуществления абсорбционная система 628 формирования изображения включает в себя опорное основание 660, выполненное с возможностью поддержания абсорбционной системы формирования изображения над подложкой (например, на верхней поверхности стола). В одном варианте осуществления система 628 включает в себя вертикально проходящую опору 662, имеющую верхний конец, к которому прикреплена интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента и светодиодная интегрирующая сфера 696. В одном варианте осуществления интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента и светодиодная интегрирующая сфера 696 выполнены с возможностью скольжения вверх и вниз вдоль вертикальной оси, обозначенной V. В одном варианте осуществления интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента может быть поднята до положения, показанного на ФИГ. 41, таким образом, чтобы формирующий оптический элемент 614, удерживающий офтальмологическую линзу, мог находиться поверх подвижной оправы 648. В одном варианте осуществления, когда формирующий оптический элемент 614 находится поверх подвижной оправы 648, интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента может быть опущена обратно в положение, показанное на ФИГ. 39, для охватывания формирующего оптического элемента 614.
Согласно ФИГ. 42, в одном варианте осуществления абсорбционная система формирования изображения включает в себя скользящую подъемную пластину 665, которая соединена с вертикальной опорной пластиной 662. Скользящая подъемная пластина 665 имеет верхний конец 667, который прикреплен и к интегрирующей сфере 680 формирующего оптического элемента, и к светодиодной интегрирующей сфере 696 для одновременного перемещения этих двух сфер вверх и вниз. В одном варианте осуществления в абсорбционной системе формирования изображения интегрирующие сферы являются неподвижными, а формирующий оптический элемент/камеру перемещают вниз для выполнения операций введения/выведения формирующего оптического элемента.
В одном варианте осуществления абсорбционная система 628 формирования изображения включает в себя пневматический цилиндр 669, нижний конец которого прикреплен к основанию 660 посредством основания 671 пневматического цилиндра, а верхний конец 673 прикреплен к скользящей подъемной пластине 665. Пневматический цилиндр 669 замедляет вертикальное перемещение скользящей подъемной пластины 665 вверх и вниз, с тем чтобы интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента не упала на подвижную оправу 648, в результате чего может быть повреждена абсорбционная система формирования изображения или может быть поврежден формирующий оптический элемент, расположенный поверх подвижной оправы 648. В одном варианте осуществления пневматический цилиндр 669 позволяет поднимать на скользящей подъемной пластине 665 интегрирующую сферу 680 формирующего оптического элемента в автоматическом или полуавтоматическом режиме. В одном варианте осуществления пневматический цилиндр 669 может быть заменен на пружины с постоянной жесткостью или пружины с постоянной жесткостью могут быть встроены в него для уменьшения усилия, требуемого для поднимания сферы 680 формирующего оптического элемента и светодиодной сферы 696, а также для предотвращения падения интегрирующей сферы 680 формирующего оптического элемента на подвижную оправу 648.
Согласно ФИГ. 43, в одном варианте осуществления интегрирующая сфера 680 формирующего оптического элемента выполнена с возможностью налегания на формирующий оптический элемент 614, расположенный поверх подвижной оправы 648. Как будет описано более подробно в настоящем документе, подвижная оправа 648 выполнена с возможностью обеспечения устойчивой подложки для позиционирования и выравнивания формирующего оптического элемента 614.
Согласно ФИГ. 44, в одном варианте осуществления подвижная оправа 648 включает в себя первый упор 668 и второй упор 672, которые выполнены с возможностью взаимодействия с основанием 615 формирующего оптического элемента 614.
Согласно ФИГ. 44, 45A и 45B, первый упор 668 включает в себя регулировочный элемент 670, который обеспечивает точную регулировку положения формирующего оптического элемента 614 по осям x и y. Аналогичным образом, второй упор 672 включает в себя второй регулировочный элемент 674, который также обеспечивает точную регулировку положения формирующего оптического элемента 614 по осям x и y.
В одном варианте осуществления подвижная оправа 648 включает в себя плунжер 676, который расположен напротив первого упора 668 и второго упора 672. Плунжер 676 включает в себя, по меньшей мере, один регулируемый точечный наконечник 677 для точного регулирования положения формирующего оптического элемента 614 по осям x и y. Подвижная оправа 648 включает в себя механизм 679 высвобождения, который может быть втянут при введении формирующего оптического элемента 614 в подвижную оправу 648 и выведении формирующего оптического элемента из нее. В одном варианте осуществления механизм 679 высвобождения включает в себя поворотные регулирующие элементы 681A, 681B для втягивания и выдвигания механизма 679 высвобождения.
Согласно ФИГ. 45B, в одном варианте осуществления первый упор 668, второй упор 672 (ФИГ. 45А) и плунжер 676 имеют верхние концы, которые расположены ниже выпукло изогнутой поверхности 616 формирующего оптического элемента 614. Минимизированная относительная высота упоров 668, 672 и плунжера 676 относительно выпукло изогнутой поверхности 616 позволяет избежать затенения формирующего оптического элемента 614 и линзы в абсорбционной системе формирования изображения.
Согласно ФИГ. 46, в одном варианте осуществления плунжер 676 включает в себя первый и второй регулируемые точечные наконечники 677A, 677B, которые можно регулировать для точной установки положения формирующего оптического элемента 614 по осям x и y. В одном варианте осуществления дистальные концы регулируемых точечных наконечников 677А, 677В выполнены с возможностью упирания в периферический внешний край основания 615 формирующего оптического элемента 614.
Согласно ФИГ. 45A, в одном варианте осуществления основание 615 формирующего оптического элемента 614 имеет внешнюю периферию, которая включает в себя первую плоскую поверхность, которая расположена напротив регулировочного штифта 670 первого упора 668, вторую плоскую поверхность, которая расположена напротив регулировочного штифта 674 второго упора 672, и третью плоскую поверхность, которая расположена напротив регулировочного штифта 677 плунжера 676.
Согласно ФИГ. 44 и 47, в одном варианте осуществления абсорбционная система 628 формирования изображения включает в себя узел 675 регулировки фокусного расстояния, размещенный между секцией 650 линзы для формирования изображения и камерой 652. Согласно ФИГ. 47, в одном варианте осуществления узел 675 регулировки фокусного расстояния включает в себя двухпозиционный исполнительный механизм 691, выполненный с возможностью перемещения поворотного рычага 679 между выдвинутым положением и отведенным положением. В одном варианте осуществления дистальный конец поворотного рычага 679 имеет кольцеобразное отверстие 681 и окно 683 из кварцевого стекла, вставляемое в кольцеобразное отверстие 681.
В одном варианте осуществления узел 675 регулировки фокусного расстояния включает в себя нижнюю пластину 685, которая обеспечивает точки прикрепления камеры 652 и исполнительного механизма 691 рычага. Узел 675 регулировки фокусного расстояния также включает в себя крышку 687 для защиты от попадания света, которая выполнена с возможностью предотвращения прохождения света, когда поворотный рычаг 679 выдвинут и снят с узла регулировки фокусного расстояния.
В одном варианте осуществления окно 683 из кварцевого стекла вставляют в узел 675 регулировки фокусного расстояния или вытягивают из него, чтобы отрегулировать фокусное расстояние в абсорбционной системе формирования изображения.
На ФИГ. 48A показано первое положение поворотного рычага исполнительного механизма 691, при котором поворотный рычаг 679 вставлен в положение совмещения с камерой 652 таким образом, что окно 683 из кварцевого стекла совмещено с камерой 652. На ФИГ. 48B исполнительный механизм 691 вытянул поворотный рычаг 679 из узла 675 регулировки фокусного расстояния таким образом, что окно 683 из кварцевого стекла не совмещено с камерой 652.
В одном варианте осуществления поворотный рычаг 679 вставляют в положение совмещения с камерой 652 (ФИГ. 48А) при использовании первого источника освещения, имеющего первую длину волны, и поворотный рычаг 679 оттягивают, как показано на ФИГ. 48В, при использовании второго источника освещения, имеющего вторую длину волны. Узел регулировки фокусного расстояния используют для обеспечения двух различных фокусных расстояний света, который может быть излучен двумя различными источниками света.
Согласно ФИГ. 49, в одном варианте осуществления абсорбционная система 728 формирования изображения включает в себя две светодиодные интегрирующие сферы 796А и 796В, из которых свет проходит в интегрирующую сферу 780 формирующего оптического элемента. В одном варианте осуществления первая светодиодная интегрирующая сфера 796А содержит первый источник освещения, который излучает свет, который охватывает диапазон поглощения офтальмологической линзы, а вторая светодиодная интегрирующая сфера 796B содержит второй источник освещения, который излучает видимый свет, который охватывает диапазон фотоинициатора офтальмологической линзы. Абсорбционная система 728 формирования изображения включает в себя подвижную оправу 748, на которой размещают формирующий оптический элемент и линзу, набор 750 линз для формирования изображения интенсивности и камеру 752 для захвата изображения интенсивности. За счет применения двух различных длин волн или диапазонов длин волн эффекты изменения фотоинициатора или оптические эффекты могут быть устранены путем вычисления.
Согласно ФИГ. 50, в одном варианте осуществления абсорбционная система 828 формирования изображения включает в себя три светодиодные интегрирующие сферы 896А, 896В и 896С, из которых свет проходит в интегрирующую сферу 880 формирующего оптического элемента. В одном варианте осуществления первая светодиодная интегрирующая сфера 896А содержит первый источник освещения, который излучает свет, который охватывает диапазон поглощения офтальмологической линзы, вторая светодиодная интегрирующая сфера 896В содержит второй источник освещения, который излучает видимый свет, который охватывает «нейтральный по поглощению» диапазон офтальмологической линзы, а третья светодиодная интегрирующая сфера 896С содержит третий источник освещения, который отделяет эффекты, связанные с обесцвечиванием материала фотоинициатора, имеющегося в линзе. Абсорбционная система 828 формирования изображения включает подвижную оправу 848, на которой размещают формирующий оптический элемент и измеряемую линзу, набор 850 линз для формирования изображения интенсивности и камеру 852 для захвата изображения интенсивности. В абсорбционной системе формирования изображения применяют формулы и математические вычисления для устранения эффектов оптической мощности и эффектов обесцвечивания для более точного определения толщины линзы исключительно на основании изменений интенсивности, обусловленных абсорбирующими свойствами материала линзы.
Хотя вышесказанное относится к вариантам осуществления настоящего изобретения, могут быть разработаны другие и дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения без отклонения от его основного объема, который ограничивается только объемом формулы изобретения, представленной ниже. Например, настоящее изобретение предполагает, что любая из характеристик, представленных в любом из вариантов осуществления, описанных в настоящем документе или включенных в настоящий документ путем ссылки, может быть объединена с любой из характеристик, представленных в любом из других вариантов осуществления, описанных в настоящем документе или включенных в настоящий документ путем ссылки, и по-прежнему входить в объем настоящего изобретения.