[发明专利]具有聚焦监测和控制的可变焦距透镜系统

权利要求书

1.一种可变焦距VFL透镜系统，包括：

可调谐声学梯度TAG透镜，被操作来以操作频率在光焦度的范围上周期性地调制其光焦度；以及

光学聚焦监测配置，用于监测VFL透镜系统的聚焦状态，所述光学聚焦监测配置包括：

监测光源，被配置为在周期性调制期间将聚焦检测光输入到TAG透镜中，其中：

所输入的聚焦检测光被配置为提供分布在具有近似恒定大小的输入照明图案中的光能的输入量；并且

输入照明图案的至少中心部分在周期性调制期间透射通过TAG透镜，以从TAG透镜提供对应的输出照明图案，所述输出照明图案具有取决于TAG透镜的光焦度的大小和强度；以及

光学聚焦信号检测器部分，位于距TAG透镜近似恒定的距离处，以接收包括在从TAG透镜输出的输出照明图案中的聚焦检测光，所述光学聚焦信号检测器部分包括滤光配置和聚焦光电检测器，其提供关于聚焦光电检测器接收的总光能而变化的聚焦输出信号，其中，滤光配置接收输出照明图案，并限制到达聚焦光电检测器的所包括的聚焦检测光的量，并且，聚焦监测信号基于由聚焦光电检测器提供的聚焦输出信号而提供。

2.根据权利要求1所述的可变焦距VFL透镜系统，其中，所述聚焦检测光在输入照明图案中至少近似准直。

3.根据权利要求1所述的可变焦距VFL透镜系统，其中，所述输入照明图案被配置为使得对应的输出照明图案包括实心图案，并且所述滤光配置包括由聚焦光电检测器的限制定义的空间滤光孔径，并且，在周期性调制期间，实心图案一直过填充聚焦光电检测器。

4.根据权利要求1所述的可变焦距VFL透镜系统，其中：

所述滤光配置包括掩模，所述掩模包括空间滤光孔径；

所述掩模在周期性调制期间一直阻挡输出照明图案的阻挡部分；

所述空间滤光孔径一直透射输出照明图案的透射部分；并且

所述空间滤光孔径被成形为使得透射部分与阻挡部分的比率根据输出照明图案的大小而变化。

5.根据权利要求1所述的可变焦距VFL透镜系统，其中，所述滤光配置包括掩模，所述掩模包括具有非均匀密度图案的密度滤光器，所述密度滤光器被配置为根据输出照明图案的大小来衰减输出照明图案的透射。

6.根据权利要求1所述的可变焦距VFL透镜系统，其中，所述周期性调制对应于至少50kHz的频率，所述聚焦监测信号包括表示在整个调制周期中TAG透镜的聚焦状态的时变信号，并且，以与聚焦状态相比不超过100纳秒的延迟提供时变信号。

7.根据权利要求1所述的可变焦距VFL透镜系统，包括控制器，其操作来以谐振频率驱动TAG透镜，以便以操作频率在光焦度的范围上周期性地调制TAG透镜光焦度，其中，所述聚焦监测信号被输入到控制器，并且用于调整TAG透镜的周期性调制的幅度、频率或相位中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的可变焦距VFL透镜系统，还包括成像配置，所述成像配置包括所述TAG透镜、物镜和相机部分，其中：

所述物镜从在成像配置的视场FOV中的工件的成像的表面区域输入工件光，并使工件光透射通过TAG透镜，并且，相机部分从TAG透镜接收工件光并提供图像曝光，使得其聚焦在具有相对于成像配置的焦距或Z高度中的至少一个的对应的成像系统焦平面；

所述成像系统焦平面的焦距或Z高度中的至少一个由TAG透镜光焦度控制；

所述聚焦监测信号表示成像系统焦平面的焦距或Z高度中的至少一个；并且

所述VFL透镜系统包括将各个焦距或Z高度与各个聚焦监测信号值相关的校准数据。