本公開涉及可以包含在機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)和顯微鏡中的成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：：可以在精準(zhǔn)無接觸度量系統(tǒng)(例如精準(zhǔn)機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)(或簡稱“視覺系統(tǒng)”))中利用可調(diào)整放大率光學(xué)系統(tǒng)。這些視覺系統(tǒng)可以受利用以獲得物體的精確尺寸測(cè)量并且檢驗(yàn)各種其它物體特性，并且可以包括計(jì)算機(jī)、相機(jī)和光學(xué)系統(tǒng)以及移動(dòng)以允許工件橫穿和檢驗(yàn)的精準(zhǔn)級(jí)。表征為通用“離線”精準(zhǔn)視覺系統(tǒng)的一個(gè)示例性現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)是quick系列的基于pc的視覺系統(tǒng)以及可得自位于伊利諾伊州aurora的mitutoyoamericacorporation(mac)的軟件。quick系列的視覺系統(tǒng)和軟件的特征和操作通常描述于例如2003年1月公開的qvpak3dcncvisionmeasuringmachineuser’sguide以及1996年9月公開的qvpak3dcncvisionmeasuringmachineoperationguide中，其據(jù)此通過其完整引用合并到此。這種類型的系統(tǒng)使用顯微鏡類型光學(xué)系統(tǒng)并且移動(dòng)級(jí)從而按各種放大率提供小工件或相對(duì)大工件的檢驗(yàn)圖像。通用精準(zhǔn)機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)通常是可編程的，以提供自動(dòng)化視頻檢驗(yàn)。這些系統(tǒng)典型地包括gui特征和預(yù)定圖像分析“視頻工具”，從而“非專家”操作者可以執(zhí)行操作和編程。例如，通過其完整引用合并到此的美國專利no.6,542,180教導(dǎo)一種使用包括使用各種視頻工具的自動(dòng)化視頻檢驗(yàn)的視覺系統(tǒng)。在各種應(yīng)用中，期望執(zhí)行高速自動(dòng)聚焦、擴(kuò)展的聚焦深度和/或其它操作，以促進(jìn)對(duì)于固定檢驗(yàn)系統(tǒng)或非停止移動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)中的高吞吐量的高速測(cè)量。傳統(tǒng)機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)中的自動(dòng)聚焦和其它要求聚焦的操作的速度受限于相機(jī)通過z高度位置的范圍的運(yùn)動(dòng)。需要改進(jìn)的自動(dòng)聚焦和/或其它操作，其利用收集聚焦距離的范圍的圖像(例如用于測(cè)量z高度位置的圖像堆疊)的替選方法，并且其尤其可按不同的放大率等級(jí)操作，而不危及聚焦的范圍、圖像質(zhì)量和/或圖像的尺寸精度。光學(xué)組件中的球面像差可能使得這些操作的性能降級(jí)。因此需要一種在成像系統(tǒng)的光學(xué)組件中提供減少的球面像差的成像系統(tǒng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：提供本
發(fā)明內(nèi)容以通過簡化形式介紹以下在具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述的構(gòu)思的選擇。本
發(fā)明內(nèi)容并非意圖標(biāo)識(shí)所要求的主題內(nèi)容的關(guān)鍵特征，也非意圖用于協(xié)助確定所要求的主題內(nèi)容的范圍。提供一種可變焦距(vfl)成像系統(tǒng)。所述vfl成像系統(tǒng)包括：相機(jī)系統(tǒng)；第一高速可變焦距(vfl)透鏡；第二高速可變焦距(vfl)透鏡；第一中繼透鏡，包括第一中繼焦距；第二中繼透鏡，包括第二中繼焦距；以及透鏡控制器。所述第一中繼透鏡和所述第二中繼透鏡沿著所述vfl成像系統(tǒng)的光軸相對(duì)于彼此間隔達(dá)等于所述第一中繼焦距和所述第二中繼焦距之和的距離。所述第一高速vfl透鏡和所述第二高速vfl透鏡在位于距所述第一中繼透鏡等于所述第一中繼焦距的距離處的中間平面的相對(duì)側(cè)上沿著所述光軸相對(duì)于彼此間隔。所述透鏡控制器被配置為：提供所述第一高速vfl透鏡的光功率和所述第二高速vfl透鏡的光功率的同步周期性調(diào)制。附圖說明圖1是示出通用精準(zhǔn)機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)的各種典型組件的示圖；圖2是與圖1相似的并且包括在此所公開的特征的機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)部分和視覺組件部分的框圖；圖3是可以適用于精準(zhǔn)無接觸度量系統(tǒng)(例如機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng))并且根據(jù)在此所公開的原理操作的可變焦距(vfl)成像系統(tǒng)的示意圖；圖4是可變焦距(vfl)成像系統(tǒng)的部分的示意圖；圖5是示出用于圖3的vfl成像系統(tǒng)的周期性調(diào)制控制信號(hào)和光學(xué)響應(yīng)的相位時(shí)序的時(shí)序圖；以及圖6是示出在各個(gè)操作溫度的一種類型的可變焦距透鏡的諧振頻率的圖線的示圖。具體實(shí)施方式圖1是可根據(jù)在此所公開的原理使用的一個(gè)示例性機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)10的框圖。機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)10包括視覺測(cè)量機(jī)器12，其可操作地連接，以與控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14并且與監(jiān)視器或顯示器16、打印機(jī)18、操縱桿22、鍵盤24以及鼠標(biāo)26交換數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。監(jiān)視器或顯示器16可以顯示適合于對(duì)機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)10進(jìn)行控制和/或編程的用戶接口。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，觸摸屏平板等可以替代以和/或冗余地提供任何或所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14、顯示器16、操縱桿22、鍵盤24和鼠標(biāo)26的功能。更一般地，控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14可以包括或構(gòu)成于任何計(jì)算系統(tǒng)或設(shè)備和/或分布式計(jì)算環(huán)境等，其中的任一可以包括執(zhí)行軟件以執(zhí)行在此所描述的功能的一個(gè)或多個(gè)處理器。處理器包括可編程通用或?qū)Ｓ梦⑻幚砥?、可編程控制器、專用集成電?asic)、可編程邏輯器件(pld)等或這些設(shè)備的組合。軟件可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、閃速存儲(chǔ)器等或這些組件的組合)中。軟件也可以存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備(例如基于光的盤、閃速存儲(chǔ)器設(shè)備或用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的任何另外類型的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì))中。軟件可以包括包含執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等的一個(gè)或多個(gè)程序模塊。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊的功能性可以組合或分布遍及多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)或設(shè)備并且要么通過有線配置要么通過無線配置經(jīng)由服務(wù)調(diào)用而得以存取。視覺測(cè)量機(jī)器12包括可移動(dòng)工件級(jí)32以及光學(xué)成像系統(tǒng)34，其可以包括變焦透鏡或可互換透鏡。變焦透鏡或可互換透鏡通常對(duì)于光學(xué)成像系統(tǒng)34所提供的圖像提供各種放大率(例如0.5x至100x)。相似的機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)描述于共同受讓美國專利no.7,324,682、7,454,053、8,111,905以及8,111,938中，其中的每一個(gè)通過其完整引用合并到此。圖2是與圖1的機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)相似的并且包括在此所描述的特征的機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)100的控制系統(tǒng)部分120和視覺組件部分200的框圖。如以下將更詳細(xì)地描述的那樣，利用控制系統(tǒng)部分120以控制視覺組件部分200。視覺組件部分200包括光學(xué)組裝部分205、光源220、230和240以及可以具有中心透明部分212的工件級(jí)210。工件級(jí)210可沿著平放在通常與工件20可以位于的級(jí)的表面平行的平面中的x軸和y軸可控制地移動(dòng)。光學(xué)組裝部分205可以包括光學(xué)檢測(cè)器260(例如相機(jī)、共焦光學(xué)檢測(cè)器等)、第一高速可變焦距(vfl)透鏡270a、第二高速可變焦距(vfl)透鏡270b，并且可以還包括可互換物鏡250以及具有透鏡286、288的轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝280。對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝替代地，可以包括固定或手動(dòng)可互換放大率更改透鏡或變焦透鏡配置等。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，可以包括各種透鏡作為光學(xué)組裝部分205的可變放大率透鏡部分的部件。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，可互換物鏡250可以選自固定放大率物鏡集合(例如范圍從0.5x到100x等的集合)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，光學(xué)組裝部分205可通過使用驅(qū)動(dòng)激勵(lì)器以沿著z軸移動(dòng)光學(xué)組裝部分205以改變工件20的圖像的焦點(diǎn)的可控制電機(jī)294沿著通常與x軸和y軸正交的z軸可控制地移動(dòng)?？煽刂齐姍C(jī)294經(jīng)由信號(hào)線路296連接到輸入/輸出接口130。如以下將更詳細(xì)地描述的那樣，第一高速vfl透鏡270a和第二高速vfl透鏡270b也可以操作為周期性地調(diào)制聚焦位置。待使用機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)100成像的工件20或承載多個(gè)工件20的托盤或夾具放置在工件級(jí)210上。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，工件級(jí)210可以可控制為相對(duì)于光學(xué)組裝部分205(例如在x軸方向和y軸方向上)移動(dòng)，從而(通過可互換物鏡250等所成像的)圖像區(qū)域在工件20上的各位置之間和/或多個(gè)工件20之間移動(dòng)。級(jí)光220、同軸光230和表面光240(例如環(huán)形光)中的一個(gè)或多個(gè)可以分別發(fā)射源光222、232、242，以照射一個(gè)或多個(gè)工件20。同軸光230可以沿著包括鏡290的路徑發(fā)射光232。源光受反射或透射為工件光255，并且(例如關(guān)于成像所使用的)工件光穿過可互換物鏡250、轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝280、第一高速vfl透鏡270a和第二高速vfl透鏡270b，而且由光學(xué)檢測(cè)器260(例如相機(jī)等)聚集。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，光學(xué)檢測(cè)器260輸入工件光，并且將信號(hào)數(shù)據(jù)(例如工件20的一個(gè)或多個(gè)圖像、共焦亮度信號(hào)等)在信號(hào)線路262上輸出到控制系統(tǒng)部分120。光源220、230、240可以分別通過信號(hào)線路或總線221、231、241連接到控制系統(tǒng)部分120?？刂葡到y(tǒng)部分120可以沿著軸284旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝280，以通過信號(hào)線路或總線281選擇轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡，以改動(dòng)圖像放大率。如圖2所示，在各個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方式中，控制系統(tǒng)部分120包括控制器125、輸入/輸出接口130、存儲(chǔ)器140、工件程序發(fā)生器和執(zhí)行器170以及電源部分190。這些組件中的每一個(gè)以及下述附加組件可以通過一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)/控制總線和/或應(yīng)用編程接口或通過各個(gè)元件之間的直接連接而互連。輸入/輸出接口130包括成像控制接口131、運(yùn)動(dòng)控制接口132以及光照控制接口133。運(yùn)動(dòng)控制接口132可以包括位置控制元件132a以及速度/加速度控制元件132b，但這些元件可以融合和/或可不區(qū)分。光照控制接口133可以包括光照控制元件133a、133n、133fl，其當(dāng)適當(dāng)時(shí)控制例如選擇、功率、通/斷開關(guān)以及頻閃脈沖時(shí)序，以用于機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)100的各個(gè)對(duì)應(yīng)光源。根據(jù)在此所公開的原理，輸入/輸出接口130可以還包括透鏡控制器/接口271。簡言之，在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器/接口271可以包括包含透鏡聚焦操作電路和/或例程的透鏡控制器等。透鏡控制器/接口271可以由用戶和/或操作系統(tǒng)配置或控制，并且可以利用信號(hào)線路271’以控制第一高速vfl透鏡270a和第二高速vfl透鏡270b，以周期性地(例如以正弦方式)調(diào)制每個(gè)的光功率，并且由此在所確定的操作頻率沿著z高度方向在多個(gè)聚焦位置上周期性地調(diào)制成像系統(tǒng)的聚焦位置。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，成像控制接口131和/或透鏡控制器/接口271可以還包括擴(kuò)展景深模式，如共同未決和共同受讓美國專利申請(qǐng)no.2015/0145980中更詳細(xì)地描述的那樣，其通過其完整引用合并到此。擴(kuò)展景深模式可以由用戶選擇，以提供具有比當(dāng)在單個(gè)聚焦位置處聚焦時(shí)視覺組件部分200可以提供的更大的景深的工件的至少一個(gè)圖像(例如合成圖像)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，成像控制接口131和/或透鏡控制器/接口271可以還包括當(dāng)進(jìn)行或檢測(cè)到放大率改變時(shí)可以選擇或自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)的放大率改變調(diào)整模式，如2015年7月9日提交的題為“adaptableoperatingfrequencyofavariablefocallengthlensinanadjustablemagnificationopticalsystem”的共同未決和共同受讓美國專利申請(qǐng)序列號(hào)no.14/795,409中更詳細(xì)地描述那樣，其通過其完整引用合并到此。包括vfl透鏡的其它系統(tǒng)和方法描述于2015年8月31日提交的題為“multi-levelimagefocususingatunablelensinamachinevisioninspectionsystem”的共同未決和共同受讓美國專利申請(qǐng)序列號(hào)no.14/841,051以及2015年9月15日提交的題為“chromaticaberrationcorrectioninimagingsystemincludingvariablefocallengthlens”的共同未決和共同受讓美國專利申請(qǐng)序列號(hào)no.14/854,624中，其中的每一個(gè)由此通過其完整引用合并。到此存儲(chǔ)器140可以包括圖像文件存儲(chǔ)器部分141、邊沿檢測(cè)存儲(chǔ)器部分140ed、可以包括一個(gè)或多個(gè)部件程序等的工件程序存儲(chǔ)器部分142以及視頻工具部分143。視頻工具部分143包括：視頻工具部分143a；以及其它視頻工具部分(例如143n)，其確定用于對(duì)應(yīng)視頻工具中的每一個(gè)的gui、圖像處理操作等；以及興趣區(qū)域(roi)發(fā)生器143roi，其支持定義可在視頻工具部分143中所包括的各種視頻工具中操作的各個(gè)roi的自動(dòng)、半自動(dòng)和/或手動(dòng)操作。視頻工具部分還包括自動(dòng)聚焦視頻工具143af，其確定用于聚焦高度測(cè)量操作的gui、圖像處理操作等。自動(dòng)聚焦視頻工具143af可以附加地包括高速聚焦高度工具，其可以用于以高速度測(cè)量聚焦高度，如在共同未決和共同受讓美國專利公開no.2014/0368726中更詳細(xì)地描述的那樣，其據(jù)此通過其完整引用合并到此。在本公開的上下文中，并且如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，術(shù)語“視頻工具”通常指代機(jī)器視覺用戶可以在不創(chuàng)建視頻工具中所包括的逐步操作序列或求助于通用的基于文本的編程語言等的情況下通過相對(duì)簡單的用戶接口(例如圖形用戶接口、可編輯參數(shù)窗口、菜單等)實(shí)現(xiàn)的相對(duì)復(fù)雜的自動(dòng)化或編程操作集合。例如，視頻工具可以包括通過調(diào)整掌控操作和計(jì)算的少數(shù)變量或參數(shù)在特定實(shí)例中應(yīng)用并且定制的復(fù)雜預(yù)編程圖像處理操作和計(jì)算集合。除了潛在操作和計(jì)算之外，視頻工具還包括用戶接口，其允許用戶對(duì)于視頻工具的特定實(shí)例調(diào)整這些參數(shù)。例如，很多機(jī)器視覺視頻工具允許用戶使用鼠標(biāo)通過簡單的“手柄拖動(dòng)”操作來配置圖形興趣區(qū)域(roi)指示符，以定義待通過視頻工具的特定實(shí)例的圖像處理操作分析的圖像子集的方位參數(shù)。應(yīng)注意，在隱式地包括潛在操作的情況下，可視用戶接口特征有時(shí)稱為視頻工具。級(jí)光220、同軸光230和表面光240的信號(hào)線路或總線221、231、241分別都連接到輸入/輸出接口130。來自光學(xué)檢測(cè)器260的信號(hào)線路262、來自第一高速vfl透鏡270a和第二高速vfl透鏡270b的信號(hào)線路271’以及來自可控制電機(jī)294的信號(hào)線路296連接到輸入/輸出接口130。除了攜帶圖像數(shù)據(jù)之外，信號(hào)線路262可以還攜帶發(fā)起特定處理(例如圖像獲取、共焦亮度測(cè)量等)的來自控制器125的信號(hào)。一個(gè)或多個(gè)顯示器設(shè)備136(例如圖1的顯示器16)以及一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備138(例如圖1的操縱桿22、鍵盤24和鼠標(biāo)26)也可以連接到輸入/輸出接口130。顯示設(shè)備136和輸入設(shè)備138可以用于顯示可以包括可用于執(zhí)行檢驗(yàn)操作的各種圖形用戶接口(gui)特征的用戶接口，和/或創(chuàng)建和/或修改部件程序，以觀看光學(xué)檢測(cè)器260所捕獲的圖像和/或直接控制視覺系統(tǒng)組件部分200。顯示器設(shè)備136可以顯示(例如與透鏡控制器/接口271、聚焦信號(hào)處理部分277等關(guān)聯(lián)的)用戶接口特征。在各個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)用戶利用機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)100以創(chuàng)建用于工件20的部件程序時(shí)，用戶通過在學(xué)習(xí)模式下操作機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)100以提供期望的圖像獲取訓(xùn)練序列來生成部件程序指令。例如，訓(xùn)練序列可以包括：在視場(fov)中定位代表性工件的特定工件特征；設(shè)置光等級(jí)；聚焦或自動(dòng)聚焦；獲取圖像；以及(例如使用該工件特征上的視頻工具中的一個(gè)或多個(gè)的實(shí)例)提供應(yīng)用于圖像的檢驗(yàn)訓(xùn)練序列。學(xué)習(xí)模式操作，從而序列得以捕獲或記錄，并且轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)部件程序指令。當(dāng)執(zhí)行部件程序時(shí)，這些操作將使得機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)再現(xiàn)受訓(xùn)練的圖像獲取，并且使得檢驗(yàn)操作自動(dòng)地檢驗(yàn)當(dāng)前工件(例如運(yùn)行模式工件)或與當(dāng)創(chuàng)建部件程序時(shí)所使用的代表性工件相似的工件上的該特定工件特征(其為對(duì)應(yīng)方位中的對(duì)應(yīng)特征)。圖3是可以適用于精準(zhǔn)無接觸度量系統(tǒng)(例如機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng))并且根據(jù)在此所公開的原理操作的可變焦距(vfl)成像系統(tǒng)300的示意圖。應(yīng)理解，除了以下所另外描述的之外，圖3的特定編號(hào)組件3xx可以對(duì)應(yīng)于和/或具有與圖2的相似編號(hào)的組件2xx相似的操作。如圖3所示，vfl成像系統(tǒng)300包括光源330、物鏡350、管透鏡351、第一中繼透鏡352、第一高速可變焦距(vfl)透鏡370a、第二高速可變焦距(vfl)透鏡370b、第二中繼透鏡386、透鏡控制器371以及位于中間平面ip處的可選濾波器376(例如空間濾波器)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器371中的每一個(gè)以及附加組件可以通過一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)/控制總線(例如系統(tǒng)信號(hào)和控制總線395)和/或應(yīng)用編程接口或通過各個(gè)元件之間的直接連接而互連。第一中繼透鏡352包括第一中繼焦距rfl1，并且第二中繼透鏡386包括第二中繼焦距rfl2。第一中繼透鏡352和第二中繼透鏡386沿著vfl成像系統(tǒng)300的光軸oa相對(duì)于彼此間隔達(dá)等于第一中繼焦距rfl1和第二中繼焦距rfl2之和的距離。第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b在位于距第一中繼透鏡352等于第一中繼焦距rfl1的距離處的中間平面ip的相對(duì)側(cè)上沿著光軸相對(duì)于彼此間隔。在圖3所示的實(shí)現(xiàn)方式中，rfl1和rfl2都等于焦距f。透鏡控制器371被配置為：提供第一高速vfl透鏡370a的光功率和第二高速vfl透鏡370b的光功率的同步周期性調(diào)制，如以下將更詳細(xì)地描述的那樣。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b可以近似相同。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b可以受來自透鏡控制器371的共享信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，光源330可配置為：在vfl成像系統(tǒng)300的視場中(例如，通過頻閃或連續(xù)波照射法)照射工件320。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，光源330可以包括第一照射源、第二照射源、第三照射源等作為照射系統(tǒng)的部件。例如，光源330可以操作為：通過操作對(duì)應(yīng)照射源(例如作為光源330的部件的照射源)來提供頻閃照射的實(shí)例。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，為了實(shí)現(xiàn)正確的光照平衡，光源330可以是可控制的，從而允許獨(dú)立調(diào)整(例如均與光源330內(nèi)的不同照射源對(duì)應(yīng)的)頻閃照射的所有實(shí)例的強(qiáng)度并且同時(shí)調(diào)整以控制圖像的總體亮度。在操作中，在圖3所示的實(shí)現(xiàn)方式中，光源330是“同軸”光源，被配置為：沿著包括部分鏡390的路徑并且通過物鏡350將源光332發(fā)射到工件320的表面，其中，物鏡350接收在工件320附近的聚焦位置fp處聚焦的工件光355，并且將工件光355輸出到管透鏡351。在其它實(shí)現(xiàn)方式中，類似的光源可以通過非同軸方式照射視場，例如，環(huán)形光源可以照射視場。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，物鏡350可以是可互換物鏡，并且管透鏡351可以被包括作為轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝的部件(例如，與圖2的可互換物鏡250和轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝280相似)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，物鏡350、管透鏡351或在此引用的任何其它透鏡可以形成于單獨(dú)透鏡、復(fù)合透鏡等，或與之結(jié)合而操作。管透鏡351接收工件光355，并且將其輸出到第一中繼透鏡352。第一中繼透鏡352接收工件光355，并且將其輸出到第一高速vfl透鏡370a。第一高速vfl透鏡370a接收工件光355，并且將其輸出到第二高速vfl透鏡370b。如果成像系統(tǒng)300包括濾波器376，則從第一高速vfl透鏡370a輸出的光可以受濾波(例如空間濾波)。第二高速vfl透鏡370b接收工件光355，并且將其輸出到中繼透鏡386。中繼透鏡386接收工件光355，并且將其輸出到光學(xué)檢測(cè)器(例如相機(jī)系統(tǒng))360。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，光學(xué)檢測(cè)器360可以在圖像曝光時(shí)段期間捕獲工件320的圖像，并且可以將圖像提供給控制系統(tǒng)部分(例如，與圖2中的用于將圖像提供給控制系統(tǒng)部分120的光學(xué)檢測(cè)器260的操作相似)。第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b是以電方式可控制的，以(例如在一個(gè)或多個(gè)圖像曝光期間，在共焦亮度確定期間等)改變成像系統(tǒng)的聚焦位置fp。聚焦位置fp可以在聚焦位置fp1和聚焦位置fp2所界定的范圍r內(nèi)移動(dòng)。應(yīng)理解，在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，范圍r可以由用戶選擇，或可以源自設(shè)計(jì)參數(shù)，或可以另外是自動(dòng)地確定的。通常，關(guān)于圖3的示例，應(yīng)理解，特定所示尺寸可以并非是按比例的。例如，第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b可以具有與所示尺寸不同的成比例尺寸(例如，對(duì)于特定應(yīng)用可以是更不寬的并且高達(dá)50mm長或更長，以提供期望量的透鏡化能力等)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)可以包括控制系統(tǒng)(例如圖2的控制系統(tǒng)120)，其可配置為：結(jié)合透鏡控制器371而操作，或另外控制第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b，以周期性地調(diào)制vfl成像系統(tǒng)300的聚焦位置。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b可以(例如，周期性地，按至少300hz或3khz或70khz或遠(yuǎn)更高的速率)十分快速地調(diào)整或調(diào)制聚焦位置。在一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)方式中，范圍r可以近似為10mm(例如，對(duì)于1x物鏡350)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，為了改變聚焦位置fp，有利地選取第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b，從而它們無需成像系統(tǒng)中的任何宏觀機(jī)械調(diào)整和/或物鏡350與工件320之間的距離的調(diào)整。在此情況下，如在先前所合并的'980公開中所描述的那樣，可以獲取擴(kuò)展景深圖像。此外，(例如，對(duì)于在幾微米或十分之幾微米或更小等的量級(jí)上的精度)當(dāng)同一成像系統(tǒng)用于獲取可以用于精準(zhǔn)測(cè)量的固定聚焦檢驗(yàn)圖像時(shí)，不存在使得精度降級(jí)的宏觀調(diào)整元件或關(guān)聯(lián)定位不可重復(fù)性。如先前所合并的’726公開中所描述的那樣，也可以利用聚焦位置fp的改變以沿著工件320附近的z高度方向在多個(gè)位置處快速地獲取包括多個(gè)圖像的圖像堆疊。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b可以是可調(diào)諧聲學(xué)梯度折射率(“tag”)透鏡。可調(diào)諧聲學(xué)梯度折射率透鏡是在流體介質(zhì)中使用聲波以調(diào)制聚焦位置并且可以按幾百khz的頻率周期性地掃描焦距范圍的高速vfl透鏡。通過文章“high-speedvarifocalimagingwithatunableacousticgradientindexofrefractionlens”，(opticsletters,vol.33,no.18，2008年9月15日)的教導(dǎo)可以理解該透鏡，其據(jù)此通過其完整引用合并到此。可調(diào)諧聲學(xué)梯度率透鏡和有關(guān)的可控制信號(hào)發(fā)生器例如可得自新澤西州普林斯頓的tagoptics公司。型號(hào)tl2.b.xxx系列透鏡例如能夠進(jìn)行高達(dá)近似600khz的調(diào)制。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，如在先前所合并的’726公開中更詳細(xì)地描述的那樣，光學(xué)檢測(cè)器360可以包括具有全域式快門的傳感器(即同時(shí)對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行曝光的傳感器)。該實(shí)現(xiàn)方式有利之處在于，其提供用于在沒有工件或vfl成像系統(tǒng)300的任何部件的運(yùn)動(dòng)的情況下測(cè)量圖像堆疊的能力。在各個(gè)替選實(shí)現(xiàn)方式中，光學(xué)檢測(cè)器360可以包括具有電子輥快門(ers)系統(tǒng)的傳感器。例如，相機(jī)系統(tǒng)可以包括與電子輥快門(ers)系統(tǒng)(例如來自加利福尼亞圣何塞的aptinaimaging的型號(hào)mt9m001)耦合的使用sxga分辨率的黑白cmos傳感器。第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b可以受透鏡控制器371驅(qū)動(dòng)，透鏡控制器371可以生成信號(hào)以操作它們。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器371可以是商用的可控制信號(hào)發(fā)生器。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器371可以由用戶和/或操作程序(例如通過先前關(guān)于圖2所概述的透鏡控制器/接口271)配置或控制。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器371可以控制第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b，以周期性地(例如以正弦方式)調(diào)制它們的光功率，并且由此按高操作頻率沿著z高度方向在多個(gè)聚焦位置上周期性地調(diào)制成像系統(tǒng)的聚焦位置。例如，在一些示例性實(shí)現(xiàn)方式中，可調(diào)諧聲學(xué)梯度折射率透鏡可以被配置用于如400khz那樣高的焦距掃描速率，但應(yīng)理解，更慢的聚焦位置調(diào)整和/或調(diào)制頻率在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式和/或應(yīng)用中可以是可期望的。例如，在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，可以使用300hz或3khz或70khz或250khz等的周期性調(diào)制。在使用更慢的聚焦位置調(diào)整的實(shí)現(xiàn)方式中，第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b可以均包括可控制流體透鏡等。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，周期性調(diào)制的vfl透鏡光功率可以定義第一周期性調(diào)制相位。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器371可以包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器部分372。驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器部分372可以(例如結(jié)合時(shí)序時(shí)鐘372’)操作，以提供周期信號(hào)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器371可以提供與驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器部分372的周期信號(hào)同步的相位時(shí)序信號(hào)。在圖3的示例中，第一中繼透鏡352和第二中繼透鏡386以及第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b被指定為包括于4f光學(xué)配置中，而中繼透鏡352和管透鏡351被指定為包括于開普勒望遠(yuǎn)鏡配置，并且管透鏡351和物鏡350被指定為包括于顯微鏡配置中。所有所示配置將理解為僅示例性的，而非限制本公開。作為開普勒望遠(yuǎn)鏡配置的部件，管透鏡351的焦距ftube示出為距管透鏡351與第一中繼透鏡352之間的中點(diǎn)近似等距，中繼透鏡352的焦距f亦同。在替選實(shí)現(xiàn)方式中，可以使得用于管透鏡351的焦距ftube與第一中繼透鏡352的焦距f(其與4f光學(xué)配置的4個(gè)f之一對(duì)應(yīng))不同。在可以作為轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝的部件而包括管透鏡351的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，可以期望轉(zhuǎn)臺(tái)透鏡組裝的其它管透鏡當(dāng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入操作位置中時(shí)在相同方位處具有焦點(diǎn)(即，從而碰到第一中繼透鏡352的焦點(diǎn))。如在先前所合并的’409申請(qǐng)中所描述的那樣，可以利用焦距ftube對(duì)于焦距f的比率以改動(dòng)出自中繼透鏡352的工件光355的準(zhǔn)直波束相對(duì)于輸入到管透鏡351的工件光355的準(zhǔn)直波束的直徑。關(guān)于分別輸入到管透鏡351并且輸出自第一中繼透鏡352的工件光355的準(zhǔn)直波束應(yīng)理解，在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，這些準(zhǔn)直波束可以擴(kuò)展到更長的路徑長度中，和/或可以關(guān)于這些準(zhǔn)直波束利用波束分離器，以用于提供附加光學(xué)路徑(例如，導(dǎo)向到不同的相機(jī)系統(tǒng)等)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，所示的4f光學(xué)配置允許在物鏡350的傅立葉平面周圍(即中間平面ip周圍)放置第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b(例如，其可以是低數(shù)值孔徑(na)設(shè)備(例如可調(diào)諧聲學(xué)梯度折射率透鏡))。這種配置可以在工件320處保持遠(yuǎn)心度，并且可以使得比例改變和圖像失真最小化(例如，包括：關(guān)于工件320和/或聚焦位置fp的每個(gè)z高度提供恒定放大率)。(例如包括管透鏡351和第一中繼透鏡352的)開普勒望遠(yuǎn)鏡配置可以包括于顯微鏡配置與4f光學(xué)配置之間，并且可以被配置為：在中間平面ip處在第一高速vfl透鏡370a與第二高速vfl透鏡370b之間提供物鏡通光孔徑的投影的期望大小。替代地，可以利用伽利略望遠(yuǎn)鏡而非開普勒望遠(yuǎn)鏡，以縮短光學(xué)跟蹤長度。高速vfl透鏡組件中的球面像差可能使得vfl成像系統(tǒng)的性能降級(jí)。用于減少球面像差的一種方式是在高速vfl透鏡中使用較小的通光孔徑。例如，通光孔徑可以受限為在直徑上小于8.5mm。然而，較小的通光孔徑是開普勒望遠(yuǎn)鏡配置產(chǎn)生的增加的縮小率的結(jié)果，并且還減少工件320處的范圍r。在兩個(gè)高速vfl透鏡(例如第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b)之間切分光功率在無需減少通光孔徑的情況下減少球面像差，并且由此保持或增加工件320處的范圍r。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，這樣可以在提供相同光功率調(diào)制(例如+/-0.625屈光度)的同時(shí)將球面像差減少達(dá)5的因子。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡控制器371可以包括透鏡響應(yīng)調(diào)整配置373(以虛線示出為可選的)，可操作為：調(diào)整第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b中的至少一個(gè)的諧振頻率，從而它們的諧振頻率近似相同。因?yàn)榻M件變化(例如腔體尺寸和壓電圓柱q因子)，所以高速vfl透鏡并非典型地具有相同諧振頻率。透鏡響應(yīng)調(diào)整配置373提供用于匹配第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b的諧振頻率以同步它們的光功率調(diào)制的手段。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，透鏡響應(yīng)調(diào)整配置373可以包括響應(yīng)激勵(lì)器布置374，被配置為：改動(dòng)第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b中的至少一個(gè)的諧振頻率，并且透鏡響應(yīng)調(diào)整配置373可以控制響應(yīng)激勵(lì)器布置374以調(diào)整第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b中的至少一個(gè)的諧振頻率，從而它們的諧振頻率近似相同。在一些配置中，響應(yīng)激勵(lì)器布置374可以包括熱源375，可操作為：改動(dòng)第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b中的至少一個(gè)，以改動(dòng)其諧振頻率。關(guān)于圖6詳細(xì)描述包括熱源的響應(yīng)激勵(lì)器布置的操作。應(yīng)理解，vfl成像系統(tǒng)300可以是機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)的組件。然而，這僅是示例性而非限定性的。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，vfl成像系統(tǒng)300可以是顯微鏡或另一成像設(shè)備的組件。圖4是可變焦距(vfl)成像系統(tǒng)400的部分的示意圖?？勺兘咕喑上裣到y(tǒng)400與圖3的可變焦距(vfl)成像系統(tǒng)300相似。編號(hào)4xx的元件與圖3中的編號(hào)3xx的元件相似，并且可以通過類比來理解?？勺兘咕喑上裣到y(tǒng)400包括被布置為4f光學(xué)配置的第一中繼透鏡452和第二中繼透鏡486、第一高速可變焦距(vfl)透鏡470a、第二高速可變焦距(vfl)透鏡470b、以及放置在中間平面ip處的濾波器476(例如空間濾波器或固定或可編程幅度和/或相位濾波器)。中間平面ip位于距第一中繼透鏡452等于第一中繼焦距的距離處，其充當(dāng)對(duì)4f光學(xué)配置中的顯微鏡物體(例如物鏡350)的傅立葉共軛平面。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，濾波器476可以是固定模式光瞳濾波器。在其它實(shí)現(xiàn)方式中，濾波器476可以是可編程空間光調(diào)制器。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，濾波器476可以包括解卷積濾波器，并且vfl成像系統(tǒng)400可以被配置為：提供擴(kuò)展的聚焦深度圖像。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，空間濾波器476可以改動(dòng)所透射的光的幅度和/或相位。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，濾波器476可以是偏振濾波器。如圖4所示，第一中繼透鏡452和第二中繼透鏡486分離達(dá)等于2*f的距離rsep。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，rsep可以至少是135mm。典型tag透鏡可以具有近似60mm的沿著光軸oa的寬度。當(dāng)?shù)谝桓咚賤fl透鏡470a和第二高速vfl透鏡470b是tag透鏡時(shí)，作為至少135mm的rsep的值允許第一高速vfl透鏡470a和第二高速vfl透鏡470b配合在第一中繼透鏡452與第二中繼透鏡486之間。第一高速vfl透鏡470a和第二高速vfl透鏡470b可以沿著光軸oa分離達(dá)距離sep。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)濾波器476是玻璃固定模式光瞳濾波器上的鉻時(shí)，sep可以至少是5mm，以允許足夠的間距。然而，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)濾波器476是可編程空間光調(diào)制器時(shí)，sep可以至少是15mm，以允許足夠的間距。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，濾波器476可以是可切換濾波器，并且vfl成像系統(tǒng)400可以包括濾波器輪或改變?yōu)V波器以匹配特定物鏡和/或期望功能的另一部件。圖5是示出用于周期性地調(diào)制圖3的vfl成像系統(tǒng)300的控制信號(hào)510和光學(xué)響應(yīng)520的相位時(shí)序的時(shí)序圖500。在圖5的示例中，示出這樣的理想情況：控制信號(hào)510和光學(xué)響應(yīng)520具有相似的相位時(shí)序并且因此表示為相同信號(hào)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，控制信號(hào)510可以與圖3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器372所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有關(guān)，并且光學(xué)響應(yīng)520可以表示通過周期性地調(diào)制第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b的光功率所控制的成像系統(tǒng)的周期性調(diào)制聚焦位置，如上所述。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，曲線510、520的正弦形狀可以取決于第一高速vfl透鏡370a和第二高速vfl透鏡370b的組合的光功率經(jīng)歷圖5所示的周期并且等于2*f(其中，f＝焦距)的一系列透鏡(例如，物鏡350、第一高速vfl透鏡370a、第二高速vfl透鏡370b等，如圖3所示)。如以下將更詳細(xì)地描述的那樣，可以通過根據(jù)已知原理的校準(zhǔn)(例如，通過重復(fù)地使得表面步進(jìn)到已知的z高度，然后以手動(dòng)方式或計(jì)算方式確定在已知的z高度處最佳聚焦圖像的相位時(shí)序，并且將該關(guān)系存儲(chǔ)在查找表中，等)來建立將各個(gè)z高度相關(guān)于各個(gè)相位時(shí)序信號(hào)值的z高度針對(duì)相位特性。時(shí)序圖500示出等于控制信號(hào)510的各個(gè)相位時(shí)序信號(hào)值(例如t0、t90、t180、t270等)的相位時(shí)序(例如φ0、φ90、φ180、φ270等)，其對(duì)應(yīng)于各個(gè)z高度(例如zφ0、zφ90、zφ180、zφ270等)。在各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，可以根據(jù)(例如時(shí)鐘或用于建立相對(duì)于周期性調(diào)制的時(shí)序的其它技術(shù)等所提供的)相位時(shí)序信號(hào)來確定相位時(shí)序信號(hào)值(例如t0、t90、t180、t270等)。應(yīng)理解，時(shí)序圖500所示的相位時(shí)序信號(hào)值意圖僅是示例性而非限制性的。更一般地，相位時(shí)序信號(hào)值將在所示的聚焦位置的范圍(例如具有最大z高度zφ90和最小z高度zφ270的所示示例中的范圍)內(nèi)具有關(guān)聯(lián)聚焦位置z高度。圖6是示出在各個(gè)操作溫度的一種類型的可變焦距透鏡的諧振頻率的圖線600的示圖。圖線600示出(以度c為單位的)作為溫度的函數(shù)的(以khz為單位的)tag透鏡的所測(cè)量的諧振頻率集合610以及線性擬合620。線性擬合620具有近似-130hz/度c的斜率。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，在耦合到響應(yīng)激勵(lì)器布置374的熱源375的同時(shí)，圖線600所表征的tag透鏡可以用作第二高速vfl透鏡370b。透鏡響應(yīng)調(diào)整配置373可以控制響應(yīng)激勵(lì)器布置374，以基于線性擬合620而調(diào)整第二高速vfl透鏡370b的諧振頻率。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，反饋傳感器(例如共焦光學(xué)傳感器或加速計(jì))可以提供反饋，以用于調(diào)整溫度并且因此第二高速vfl透鏡370b的諧振頻率。雖然已經(jīng)示出并且描述了本公開的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，但所示出并且描述的特征的布置和操作的順序的大量變形基于本公開對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是清楚的。各種替選形式可以用于實(shí)現(xiàn)在此所公開的原理。此外，上述各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式可以組合，以提供其它實(shí)現(xiàn)方式。該說明書中引用的所有美國專利和美國專利申請(qǐng)通過其完整引用合并到此?？梢愿鶕?jù)需要來修改實(shí)現(xiàn)方式的各方面，以采用各個(gè)專利和申請(qǐng)的構(gòu)思，以提供其它實(shí)現(xiàn)方式?？梢砸罁?jù)以上詳細(xì)描述對(duì)實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行這些和其它改變。通常，在所附權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)理解為將權(quán)利要求限制為說明書和權(quán)利要求中所公開的特定實(shí)現(xiàn)方式，而應(yīng)理解為連同賦予這些權(quán)利要求的等同物的完整范圍一起包括所有可能的實(shí)現(xiàn)方式。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12