可变焦距透镜系统中的相位差校准技术方案

一种用于确定成像的表面的表面Z高度测量的可变焦距(VFL)透镜系统。所述系统的控制器配置为控制VFL透镜(例如，可调谐声学梯度折射率透镜)以周期性地调制其光功率，从而以第一操作频率周期性地调制聚焦位置，其中周期性调制的VFL透镜光功率定义第一周期性调制相位。相位定时信号与该控制器中的具有第一操作频率以及具有第二周期性调制相位的周期信号同步，所述第二周期性调制相位相对于第一周期性调制相位具有相位偏移。相位偏移补偿部分配置为执行相位偏移补偿处理，其提供Z高度测量，其中至少部分地消除与相位偏移贡献相关的Z高度误差或Z高度变化中的至少一个。

Phase difference calibration in a variable focal length lens system

A variable focal length (VFL) lens system for measuring the surface Z height of an imaging surface. The controller is configured to control the VFL lens system (for example, tunable acoustic gradient index lens) with periodic modulation of the optical power, thus the first operating frequency is periodically modulated focusing position, in which the periodic modulation of the VFL lens optical power definition of the first periodic modulation phase. The phase timing signal is synchronized with the periodic signal with the first operation frequency and the second periodic modulation phase in the controller, and the second periodic modulation phase has phase offset relative to the first periodic modulation phase. The phase offset compensation part is configured to perform phase offset compensation processing, which provides Z height measurements, at least partially eliminating at least one of the Z height errors associated with the phase offset contribution or the Z height change.

【技术实现步骤摘要】
可变焦距透镜系统中的相位差校准
本公开涉及精密计量学，更具体地涉及机器视觉检查系统和其它光学系统，其中可以使用可变焦距透镜周期性地调制聚焦(focus)位置。
技术介绍
精密机器视觉检查系统(或简称为“视觉系统”)可用于对象的精确测量并检查其它对象特性。这样的系统可以包括计算机、相机、光学系统、和移动以允许工件遍历的台(stage)。表征为通用“离线”精密视觉系统的一个示例性系统是从位于伊利诺伊州奥罗拉的三丰美国公司(MAC)可获得的QUICK系列基于PC的视觉系统和软件。QUICK系列视觉系统和软件的特征和操作在例如2003年1月发表的“QVPAK3DCNCVisionMeasuringMachineUser’sGuide(视觉测量机用户指南)”(通过全文引用将其并入本文)中一般性地描述。这种类型的系统使用显微镜型光学系统，并且移动所述台以提供以各种放大率的小或大的工件的检查图像。在各种应用中，期望在静止或不间断(non-stop)移动检查系统中对于高通过量(throuput)执行高速测量。关于Z高度测量，传统的机器视觉检查系统可以利用各种类型的操作(例如，来自聚焦的点(points-from-focus)操作等)，所述操作需要相机移动通过Z高度位置的范围。在共焦系统中，可能类似地需要移动通过Z高度位置的范围(例如，以确定导致最大共焦亮度的位置等)。在这样的系统中，可以执行Z高度测量的速度可能受到系统的一个或多个物理部件通过Z高度位置范围的运动的限制。存在对于可以快速地执行并且不会牺牲尺寸准确性的改进的Z高度测量处理的需求。
技术实现思路
提供此
技术实现思路
以便以简化形式介绍一些概念，这些概念在下面的具体实施方式部分中进一步描述。此
技术实现思路
并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。利用可变焦距(VFL)透镜系统来确定成像的表面区域的表面Z高度测量。在各种实施方式中，VFL透镜系统可以包括成像系统、控制器、聚焦确定部分、和相位偏移补偿部分。在各种实施方式中，成像系统可以包括VFL透镜(例如，可调谐声学梯度折射率透镜等)。在各种实施方式中，控制器可以被配置为控制VFL透镜、提供相位定时信号、并且提供第一Z高度与(versus)相位表征。控制器可以控制VFL透镜以周期性地调制其光功率，从而以第一操作频率在沿着Z高度方向的多个聚焦位置上周期性地调制成像系统的聚焦位置，其中周期性调制的VFL透镜光功率可以定义第一周期性调制相位。相位定时信号可以与具有第一操作频率以及具有第二周期性调制相位的周期信号同步，所述第二周期性调制相位相对于第一周期性调制相位具有相位偏移。第一Z高度与相位表征可以将各个Z高度与各个相位定时信号值相关联。聚焦确定部分可以包括光学检测器和聚焦信号处理部分。光学检测器(例如，相机、共焦亮度检测器等)可以被配置为从成像系统输入光。聚焦信号处理部分可以被配置为确定与来自光学检测器的信号数据指示成像的表面区域处于聚焦位置时对应的原始相位定时信号值。原始相位定时信号值可以包括与第一和第二周期性调制相位之间的相位偏移相关的相位偏移贡献。相位偏移补偿部分可以配置为输入对应于成像的表面区域的原始相位定时信号值，并且执行相位偏移补偿处理，其提供对成像的表面区域的Z高度测量，其中，至少部分地消除与相位偏移贡献相关的Z高度误差或Z高度变化中的至少一个。附图说明图1是示出通用精密机器视觉检查系统的各种典型部件的图；图2是类似于图1的机器视觉检查系统且包括本文公开的特征的机器视觉检查系统的控制系统部分和视觉部件部分的框图；图3是根据本文公开的原理可操作的可变焦距透镜系统的示意图；图4是示出图3的可变焦距透镜系统的周期性调制的控制信号和光学响应的相位定时的时序图；图5是示出图3的可变焦距透镜系统的周期性调制的控制信号与光学响应之间的相位偏移的时序图；图6是示出用于确定表面区域的表面Z高度测量的例程的一个示例性实施方式的流程图；图7是示出用于确定相位偏移的估计值的例程的一个示例性实施方式的流程图。具体实施方式图1是根据本文公开的原理可用的一个示例性机器视觉检查系统10的框图。机器视觉检查系统10包括视觉测量机器12，其可操作地连接以与控制计算机系统14、以及与监视器或显示器16、打印机18、操纵杆22、键盘24和鼠标26交换数据和控制信号。监视器或显示器16可以显示适合于控制和/或编程机器视觉检查系统10的用户界面。在各种实施方式中，触摸屏平板电脑等可以代替和/或冗余地提供计算机系统14、显示器16、操纵杆22、键盘24和鼠标26中的任何一个或全部的功能。更一般来说，控制计算机系统14可以包括任何计算系统或设备、和/或分布式计算环境等或由这些组成，其中任何一个可以包括一个或多个执行软件以执行本文描述的功能的处理器。处理器包括可编程通用或特殊用途微处理器、可编程控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)等、或这些设备的组合。软件可以存储在诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存等、或这些部件的组合的存储器中。软件还可以存储在诸如光盘(optical-baseddisks)、闪存设备、或用于存储数据的任何其它类型的非易失性存储介质的一个或多个存储设备中。软件可以包括一个或多个程序模块，该程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。在分布式计算环境中，程序模块的功能性可以在多个计算系统或设备上组合或分布，并且可以通过有线或无线配置的服务调用进行访问。视觉测量机器12包括可移动工件台32和可以包括变焦透镜或可互换透镜的光学成像系统34。变焦透镜或可互换透镜一般为由光学成像系统34提供的图像提供各种放大率(例如，0.5x(倍)至100x)。相似的机器视觉检查系统在共同转让的美国专利第7,324,682号、第7,454,053号、第8,111,905号和第8,111,938号中描述，它们每个通过全文引用并入本文。图2是类似于图1的机器视觉检查系统并且包括如本文所述的特征的机器视觉检查系统100的控制系统部分120和视觉部件部分200的框图。如下面将更详细地描述的，控制系统部分120用于控制视觉部件部分200。视觉部件部分200包括光学组件部分205、光源220、230和240、以及可以具有中央透明部分212的工件台210。工件台210可沿着x轴和y轴可控地移动，所述x轴和y轴位于一般与工件20可置于的台的表面平行的平面中。光学组件部分205可以包括光学检测器260(例如，相机、共焦光学检测器等)、可变焦距(VFL)透镜270，并且还可以包括可互换物镜250和具有透镜286和288的转台(turret)透镜组件280。替代转台透镜组件，可以包括固定或手动可互换的放大率改变透镜、或变焦透镜配置等。在各种实施方式中，可以包括各种透镜作为光学组件部分205的可变放大率透镜部分的一部分。在各种实施方式中，可互换物镜250可以从一组固定放大率物镜(例如，范围从0.5x(倍)到100x的一组等)中选择。在各种实施方式中，通过使用驱动致动器(actuator)以沿着z轴移动光学组件部分205的可控马达294，光学组件部分205可沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变焦距(VFL)透镜系统，其提供成像的表面区域的表面Z高度测量，所述VFL透镜系统包括：成像系统，其包括VFL透镜；控制器，其配置为：控制VFL透镜以周期性地调制其光功率，从而以第一操作频率在沿着Z高度方向的多个聚焦位置上周期性地调制成像系统的聚焦位置，其中周期性调制的VFL透镜光功率定义第一周期性调制相位；提供相位定时信号，其中该相位定时信号与该控制器中的具有第一操作频率以及具有第二周期性调制相位的周期信号同步，所述第二周期性调制相位相对于所述第一周期性调制相位具有相位偏移；和提供第一Z高度与相位表征，其将各个Z高度与各个相位定时信号值相关联；聚焦确定部分，包括：光学检测器，其从成像系统输入光；和聚焦信号处理部分，其配置为确定与当来自该光学检测器的信号数据指示成像的表面区域处于聚焦位置时对应的原始相位定时信号值，该原始相位定时信号值包括与第一和第二周期性调制相位之间的相位偏移相关的相位偏移贡献；和相位偏移补偿部分，其配置为输入对应于成像的表面区域的原始相位定时信号值，并且执行提供成像的表面区域的Z高度测量的相位偏移补偿处理，其中，至少部分地消除与该相位偏移贡献相关的Z高度误差或Z高度变化中的至少一个。...

【技术特征摘要】
2016.05.03 US 15/145,6821.一种可变焦距(VFL)透镜系统，其提供成像的表面区域的表面Z高度测量，所述VFL透镜系统包括：成像系统，其包括VFL透镜；控制器，其配置为：控制VFL透镜以周期性地调制其光功率，从而以第一操作频率在沿着Z高度方向的多个聚焦位置上周期性地调制成像系统的聚焦位置，其中周期性调制的VFL透镜光功率定义第一周期性调制相位；提供相位定时信号，其中该相位定时信号与该控制器中的具有第一操作频率以及具有第二周期性调制相位的周期信号同步，所述第二周期性调制相位相对于所述第一周期性调制相位具有相位偏移；和提供第一Z高度与相位表征，其将各个Z高度与各个相位定时信号值相关联；聚焦确定部分，包括：光学检测器，其从成像系统输入光；和聚焦信号处理部分，其配置为确定与当来自该光学检测器的信号数据指示成像的表面区域处于聚焦位置时对应的原始相位定时信号值，该原始相位定时信号值包括与第一和第二周期性调制相位之间的相位偏移相关的相位偏移贡献；和相位偏移补偿部分，其配置为输入对应于成像的表面区域的原始相位定时信号值，并且执行提供成像的表面区域的Z高度测量的相位偏移补偿处理，其中，至少部分地消除与该相位偏移贡献相关的Z高度误差或Z高度变化中的至少一个。2.根据权利要求1所述的VFL透镜系统，其中，相位偏移补偿处理包括基于原始相位定时信号值的对应集合确定成像的表面区域的Z高度测量，所述原始相位定时信号值的对应集合包括与成像系统的所调制的聚焦位置在各个相反的方向上的移动对应的原始相位定时信号值的至少第一和第二相应子集。3.根据权利要求2所述的VFL透镜系统，其中，相位偏移补偿处理包括：基于原始相位定时信号值的第一子集中的至少一个值和第一Z高度与相位表征，确定第一初步Z高度测量子集；基于原始相位定时信号值的第二子集中的至少一个值以及第一Z高度与相位表征，确定第二初步Z高度测量子集；确定Z高度测量值，其为a)或b)中的至少一个：a)在第一初步Z高度测量子集中的至少一个值与在第二初步Z高度测量子集中的至少一个值之间的中间值；或者b)第一初步Z高度测量子集中的至少一个值与第二初步Z高度测量子集中的至少一个值的平均，并且使用所确定的Z高度测量作为成像的表面区域的Z高度测量值。4.根据权利要求1所述的VFL透镜系统，其中：该相位偏移补偿部分配置为确定相位偏移的估计值；和该相位偏移补偿处理包括用于基于至少一个对应的原始相位定时信号值和相位偏移的估计值来确定成像的表面区域的Z高度测量的Z高度确定处理，该Z高度确定处理包括：通过利用相位偏移的估计值处理该至少一个对应的原始相位定时信号值来确定补偿的相位定时信号值，以减小相位偏移贡献；和基于该补偿的相位定时信号值和第一Z高度与相位表征来确定Z高度测量。5.根据权利要求4所述的VFL透镜系统，其中：该相位偏移补偿部分包括相位偏移估计部分，该相位偏移估计部分可操作以执行调整相位偏移的估计值以满足标准的调整处理，在该标准中，当在对固定表面区域进行成像时Z高度确定处理是基于相位偏移的所调整的估计值、并且对应于与成像系统的调制的聚焦位置在各个相反方向上的移动对应的原始相位定时信号值的至少第一和...

【专利技术属性】
技术研发人员：RK布里尔，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本,JP