[发明专利]利用带平面倾斜图案表面的校准对象校准VFL透镜系统的系统和方法

说明书

提供了一种用于利用聚焦状态校准对象来确定包括VFL透镜(例如，可调谐声梯度透镜)的可变焦距(VFL)透镜系统的校准数据的系统和方法。校准对象包括平面倾斜图案表面，在该平面倾斜图案表面上分布有聚焦状态参考区域(FSRR)(例如，倾斜光栅)的集合。FSRR相对于平面倾斜图案表面具有已知几何关系，并且相对于彼此具有已知区域关系。在周期性调节的不同相位定时处获取多个相机图像，并且至少部分地基于对多个相机图像的分析来确定校准数据。所确定的校准数据指示与VFL透镜系统的各个有效聚焦位置相对应的周期性调节的各个相位定时。

技术领域

本公开涉及使用高速可变焦距(Variable Focal Length，VFL)透镜(例如，在机器视觉检查系统中)的精密计量，并且更具体地涉及对VFL成像系统执行校准。

背景技术

精密非接触式计量系统，诸如精密机器视觉检查系统(或简称为“视觉系统”)，可用于获得对象的精密维度测量并检查各种其他对象特性，并且可包括计算机、相机和光学系统、以及可移动以允许工件遍历和检查的精密平台。一种示例性现有技术系统是可从位于伊利诺伊州的奥罗拉市的三丰美国公司(MAC)获得的QUICK系列的基于PC的视觉系统和软件。QUICK系列的视觉系统和软件的特征和操作例如在2003年1月发布的《QVPAK 3D CNC视觉测量机用户指南》中作了一般性描述，其全部内容通过引用合并于此。这种类型的系统使用显微镜型光学系统并移动平台，以提供小的或相对大的工件的检查图像。

通用精密机器视觉检查系统通常是可编程的，以提供自动视频检查。这样的系统通常包括GUI特征和预定义的图像分析“视频工具”，以便可以由“非专家”操作员执行操作和编程。例如，美国专利编号6,542,180(其全部内容通过引用合并于此)教导了一种视觉系统，该视觉系统使用包括各种视频工具的使用的自动视频检查。

多透镜可变焦距(VFL)光学系统可用于对表面高度的观察和精密测量，并且可被包括在显微镜和/或精密机器视觉检查系统中，例如美国专利编号9,143,674中所公开的那样，其全部内容通过引用合并于此。简而言之，VFL透镜能够分别获取多个焦距处的多个图像。一种已知类型的VFL透镜是可调谐声梯度(Tunable Acoustic Gradien，TAG)透镜，该透镜使用流体介质中的声波产生透镜效应。可以通过将处于共振频率的电场施加到围绕流体介质的压电管上来产生声波，以在透镜流体中产生随时间变化的密度和折射率分布，从而调节其光概率，进而调节光学系统的焦距或有效聚焦位置。TAG透镜可用于以高达几百kHz的共振频率(即，高速地)周期性地扫描一定范围的焦距。这样的透镜可以通过文章“Highspeed varifocal imaging with a tunable acoustic gradient index of refractionlens”(Optics Letters,Vol.33,No.18,2008年9月15日)的教导来更详细地理解，该文章的全部内容通过引用合并于此。可调谐声梯度折射率透镜和相关的可控信号发生器可从例如新泽西州普林斯顿的TAG光学公司获得。例如，TL2.B.xxx型系列透镜的调节能力高达约600kHz。

这样的VFL系统通过能够以非常高的速率改变有效聚焦位置而提供了各种优点，并且校准对于确保这种系统的准确度是重要的，特别是对于某些类型的操作(例如，计量等级点(metrology grade)离焦点(points from focus)操作等)。期望可以提供对现有的用于校准这种VFL系统的校准技术(例如，在易用性、准确度和/或可重复性等方面)进行改进的系统和方法。

发明内容

提供本发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不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。