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用于高速周期性調(diào)制的可變焦距透鏡的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):12905503閱讀:310來源:國知局
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是于2016年5月3日提交的標(biāo)題為“phasedifferencecalibrationinavariablefocallengthlenssystem”的美國專利申請(qǐng)第15/145,682號(hào)(通過全文引用將其公開并入本文)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。本公開涉及精密計(jì)量學(xué),更具體地涉及機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)和其它光學(xué)系統(tǒng),其中可以使用可變焦距透鏡周期性地調(diào)制聚焦位置。
背景技術(shù)
::精密機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)(或簡(jiǎn)稱為“視覺系統(tǒng)”)可用于對(duì)象的精確測(cè)量并檢查其它對(duì)象特性。這樣的系統(tǒng)可以包括計(jì)算機(jī)、相機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)、和移動(dòng)以允許工件遍歷(traversal)的臺(tái)(stage)。表征為通用“離線”精密視覺系統(tǒng)的一個(gè)示例性系統(tǒng)是從位于伊利諾伊州奧羅拉的三豐美國公司(mac)可獲得的quick系列基于pc的視覺系統(tǒng)和軟件。quick系列視覺系統(tǒng)和軟件的特征和操作通常在例如2003年1月發(fā)表的“qvpak3dcncvisionmeasuringmachineuser’sguide(視覺測(cè)量機(jī)用戶指南)”(通過全文引用將其并入本文)中進(jìn)行了描述。這種類型的系統(tǒng)使用顯微鏡型光學(xué)系統(tǒng),并且移動(dòng)該臺(tái)以提供各種放大率(magnification)的小或大的工件的檢查圖像。在各種應(yīng)用中,期望在靜止或不間斷移動(dòng)檢查系統(tǒng)中對(duì)于高通量執(zhí)行高速測(cè)量。關(guān)于聚焦良好的檢查圖像和z高度測(cè)量(其通?;凇白罴丫劢埂备叨却_定),檢查圖像獲取速率和可以執(zhí)行z高度測(cè)量的速率可能受到z高度聚焦位置調(diào)整速率或運(yùn)動(dòng)速度的限制。傳統(tǒng)的機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)可以利用各種類型的測(cè)量操作(例如,來自聚焦的點(diǎn)(points-from-focus)操作等),其需要相機(jī)的移動(dòng)通過z高度位置的范圍。在共焦系統(tǒng)中,可能類似地需要移動(dòng)通過z高度位置的范圍(例如,以確定導(dǎo)致最大共焦亮度的位置等)。在這樣的系統(tǒng)中,可以執(zhí)行z高度測(cè)量的速度可能受到系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)物理部件的運(yùn)動(dòng)的限制,以提供z高度位置的范圍。為了克服這些運(yùn)動(dòng)約束,諸如創(chuàng)新的電子變形透鏡和/或可調(diào)諧聲學(xué)梯度透鏡(tag透鏡)的可變焦透鏡(vfl)能夠被周期性地調(diào)制并且以非常高的速率(例如,在tag透鏡的情況下,為70khz以上)改變聚焦位置。然而,以非常高的精度且以與其潛在的聚焦變化速率相稱的速率自動(dòng)確定并調(diào)整其圖像聚焦位置到特定表面已被證明是有問題的。對(duì)于用于高速精密檢查操作的各種高速可變焦透鏡,需要改進(jìn)的用于自動(dòng)確定和調(diào)整圖像聚焦位置的系統(tǒng)和方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:提供此
發(fā)明內(nèi)容部分以便以簡(jiǎn)化形式介紹一些概念,這些概念在下面的具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步描述。此
發(fā)明內(nèi)容部分并非旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征,也不旨在用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。如上所述,一般來說,如下已知方法比期望的慢:使包括高速周期性調(diào)制的vfl透鏡的成像系統(tǒng)自動(dòng)聚焦在特定工件表面,以便對(duì)該特定表面成像和/或建立其特定的z高度。已知的方法非理想地適用于利用高速周期性調(diào)制的vfl透鏡的特性,特別是與在使用tag透鏡時(shí)潛在可能提供的極高聚焦率相關(guān)的限制因素。這里且特別參考圖8至圖14而公開的是,可用于在可操作以使用包括高速周期性調(diào)制的vfl透鏡的成像系統(tǒng)提供自動(dòng)聚焦的圖像的系統(tǒng)的各種實(shí)施方式中,解決上述問題的元件、原理和操作的組合。所公開的實(shí)施方式對(duì)于與tag透鏡組合使用來說,是特別有利的。特別地,公開了一種用于使用包括高速周期性調(diào)制的可變焦距(vfl)透鏡的成像系統(tǒng)來提供自動(dòng)聚焦的圖像的系統(tǒng),其中該系統(tǒng)包括成像系統(tǒng)、vfl透鏡控制器、vfl投射光源、聚焦確定部分、曝光定時(shí)調(diào)整電路和曝光選通(strobe)時(shí)間控制器。成像系統(tǒng)至少包括配置為輸入從工件表面產(chǎn)生(arise)的圖像光的物鏡、配置為接收由物鏡透射(transmit)的圖像光的vfl透鏡、以及配置為接收由vfl透鏡透射的光的相機(jī)。vfl透鏡控制器配置為控制vfl透鏡以周期性地調(diào)制其光功率功率(opticalpower),從而周期性地調(diào)制成像系統(tǒng)在多個(gè)成像系統(tǒng)聚焦z高度上沿著z高度方向的聚焦位置。vfl投射光源包括配置為沿著聚焦監(jiān)視光路向vfl透鏡的背面并且通過vfl透鏡和物鏡向工件表面提供vfl投射光的光源。聚焦確定部分包括光學(xué)檢測(cè)器,其配置為輸入已經(jīng)從工件表面區(qū)域反射、并通過物鏡返回、且通過vfl透鏡返回、并沿著聚焦監(jiān)視光路返回的反射的vfl投射光,并且提供響應(yīng)于vfl投射光的聚焦z高度與工件表面區(qū)域的z高度之間的差的至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器信號(hào),其中vfl投射光聚焦z高度表示成像系統(tǒng)聚焦z高度,并且聚焦確定部分基于至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器信號(hào)輸出至少一個(gè)聚焦偏差信號(hào)。曝光定時(shí)調(diào)整電路輸入聚焦偏差信號(hào),并基于聚焦偏差信號(hào),確定與在成像系統(tǒng)聚焦z高度與工件表面區(qū)域z高度近似重合的時(shí)間相關(guān)的曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)。曝光選通時(shí)間控制器控制成像系統(tǒng)相對(duì)于周期性調(diào)制的聚焦位置的相位時(shí)間的圖像曝光時(shí)間,其中曝光選通時(shí)間控制器配置為輸入曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)并基于曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)提供調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間,其中成像系統(tǒng)聚焦z高度在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間與工件表面區(qū)域z高度近似重合。附圖說明圖1是示出通用精密機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)的各種典型部件的圖;圖2是類似于圖1的機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)且包括本文公開的特征的機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)的控制系統(tǒng)部分和視覺部件部分的框圖;圖3是根據(jù)本文公開的原理可操作的可變焦距透鏡系統(tǒng)的示意圖;圖4是圖示圖3的可變焦距透鏡系統(tǒng)的周期性調(diào)制的控制信號(hào)和光學(xué)響應(yīng)的相位定時(shí)的時(shí)序圖;圖5是圖示圖3的可變焦距透鏡系統(tǒng)的周期性調(diào)制的控制信號(hào)與光學(xué)響應(yīng)之間的相位偏移的時(shí)序圖;圖6是圖示用于確定表面區(qū)域的表面z高度測(cè)量的例程的一個(gè)示例性實(shí)施方式的流程圖;圖7是圖示用于確定相位偏移的估計(jì)值的例程的一個(gè)示例性實(shí)施方式的流程圖;圖8是根據(jù)本文公開的原理可操作以提供自動(dòng)聚焦的圖像的可變焦距(vfl)透鏡系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的示意圖;圖9a和圖9b分別示出在圖8的vfl透鏡系統(tǒng)的聚焦確定部分中可使用的第一和第二示例性“定向”型光學(xué)檢測(cè)器;圖10示出可由包括如圖9a或圖9b所示的光學(xué)檢測(cè)器之一的光學(xué)檢測(cè)器的聚焦確定部分提供的代表性聚焦偏差信號(hào);圖11a示出圖示在聚焦z高度的周期性調(diào)制期間聚焦z高度與表面z高度之間的關(guān)系的時(shí)序圖(例如,在圖8所示的vfl透鏡系統(tǒng)中);圖11b示出可以從“量值(magnitude)”型聚焦確定部分獲得的、與圖11a對(duì)應(yīng)的代表性聚焦偏差信號(hào)的時(shí)序圖;圖11c示出可以從“定向”型聚焦確定部分獲得的、與圖11a對(duì)應(yīng)的代表性聚焦偏差信號(hào)的時(shí)序圖;圖12是根據(jù)本文公開的原理可操作以提供自動(dòng)聚焦的圖像的vfl透鏡系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的示意圖;圖13是根據(jù)本文公開的原理可操作以提供自動(dòng)聚焦的圖像的vfl透鏡系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的示意圖;以及圖14示出圖示在“量值”型聚焦確定部分的一個(gè)實(shí)施方式中確定曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)的某些方面的時(shí)序圖。具體實(shí)施方式圖1是根據(jù)本文公開的原理可用的一個(gè)示例性機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)10的框圖。機(jī)器視覺檢查系統(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、以及與監(jiān)視器或顯示器16、打印機(jī)18、操縱桿22、鍵盤24和鼠標(biāo)26交換數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。監(jiān)視器或顯示器16可以顯示適合于控制和/或編程機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)10的用戶界面。在各種實(shí)施方式中,觸摸屏平板電腦等可以代替和/或冗余地提供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14、顯示器16、操縱桿22、鍵盤24和鼠標(biāo)26中的任何一個(gè)或全部的功能。更一般來說,控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14可以包括或由任何計(jì)算系統(tǒng)或設(shè)備、和/或分布式計(jì)算環(huán)境等組成,其中任何一個(gè)可以包括一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行軟件以執(zhí)行本文描述的功能的處理器。處理器包括可編程通用或特殊用途微處理器、可編程控制器、專用集成電路(asic)、可編程邏輯器件(pld)等、或這些設(shè)備(device)的組合。軟件可以存儲(chǔ)在諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、閃存等、或這些部件的組合的存儲(chǔ)器中。軟件還可以存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備(諸如光盤、閃存設(shè)備、或用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的任何其它類型的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì))中。軟件可以包括一個(gè)或多個(gè)程序模塊,其包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)嵤┨囟ǔ橄髷?shù)據(jù)類型的例程、程序、對(duì)象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。在分布式計(jì)算環(huán)境中,程序模塊的功能性可以在多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)或設(shè)備上組合或分布,并且可以通過有線或無線配置中的服務(wù)調(diào)用進(jìn)行訪問。視覺測(cè)量機(jī)器12包括可移動(dòng)工件臺(tái)32和可以包括變焦透鏡或可互換透鏡的光學(xué)成像系統(tǒng)34。變焦透鏡或可互換透鏡一般為由光學(xué)成像系統(tǒng)34提供的圖像提供各種放大率(例如,0.5x(倍)至100x)。相似的機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第7,324,682號(hào)、第7,454,053號(hào)、第8,111,905號(hào)和第8,111,938號(hào)中描述,它們每個(gè)通過全文引用并入本文。圖2是類似于圖1的機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)并且包括如本文所述的特征的機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)100的控制系統(tǒng)部分120和視覺部件部分200的框圖。如下面將更詳細(xì)地描述的,控制系統(tǒng)部分120用于控制視覺部件部分200。視覺部件部分200包括光學(xué)組件部分205、光源220、230和240、以及可以具有中心透明部分212的工件臺(tái)210。工件臺(tái)210可沿著x軸和y軸可控地移動(dòng),所述x軸和y軸位于一般與工件20可置于的臺(tái)的表面平行的平面中。光學(xué)組件部分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)、可變焦距(vfl)透鏡270,并且還可以包括可互換物鏡250、和具有透鏡286和288的轉(zhuǎn)塔透鏡組件280。對(duì)于轉(zhuǎn)塔透鏡組件替代地,可以包括固定或手動(dòng)可互換的放大率改變透鏡、或變焦透鏡配置等。在各種實(shí)施方式中,各種透鏡可以作為光學(xué)組件部分205的可變放大率透鏡部分的一部分被包括。在各種實(shí)施方式中,可互換物鏡250可以從一組固定放大率物鏡(例如,范圍從0.5x(倍)到100x的一組等)中選擇。在各種實(shí)施方式中,通過使用驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器以沿著z軸移動(dòng)光學(xué)組件部分205的可控馬達(dá)294,光學(xué)組件部分205可沿通常正交于x軸和y軸的z軸移動(dòng),以改變工件20的圖像的聚焦??煽伛R達(dá)294經(jīng)由信號(hào)線296連接到輸入/輸出接口(interface)130。如將在下面更詳細(xì)地描述的,vfl透鏡270也可以被操作以周期性地調(diào)制聚焦位置。在工件臺(tái)210上放置將使用機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)100成像的工件20、或保持多個(gè)工件20的托盤或夾具。在各種實(shí)施方式中,工件臺(tái)210可以被控制以相對(duì)于光學(xué)組件部分205移動(dòng)(例如,在x軸和y軸方向上),使得成像區(qū)域(area)(例如,如通過可互換物鏡250等所成像的)在工件20上、和/或多個(gè)工件20之中的位置之間移動(dòng)。臺(tái)燈220、同軸燈230和表面燈240(例如,環(huán)形燈)中的一個(gè)或多個(gè)可以分別發(fā)出源光222、232和/或242,以照射一個(gè)或多個(gè)工件20。同軸燈230可以沿著包括反射鏡290的路徑發(fā)出光232。源光作為工件光255被反射或透射,并且工件光(例如,如用于成像)通過可互換物鏡250、轉(zhuǎn)塔透鏡組件280和vfl透鏡270,并且被光學(xué)檢測(cè)器260收集(例如,相機(jī)、共焦光學(xué)檢測(cè)器等)。在各種實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器260在信號(hào)線262上輸入工件光,并輸出信號(hào)數(shù)據(jù)(例如,工件20的一個(gè)或多個(gè)圖像、共聚焦亮度信號(hào)等)到控制系統(tǒng)部分120。光源220、230和240可以分別通過信號(hào)線或總線221、231和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)塔透鏡組件280,以通過信號(hào)線或總線281選擇轉(zhuǎn)塔透鏡以改變圖像放大率。如圖2所示,在各種示例性實(shí)施方式中,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、工件程序生成器、和執(zhí)行器170以及電源部分190。這些部件中的每個(gè)以及下面描述的附加部件可以通過一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)/控制總線、和/或應(yīng)用編程接口、或通過各種元件之間的直接連接來互連。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和照明控制接口133。運(yùn)動(dòng)控制接口132可以包括位置控制元件132a和速度/加速度控制元件132b,盡管這些元件可以被合并和/或是不可區(qū)分的。照明控制接口133可以包括照明控制元件133a、133n和133fl,它們控制例如(如果適用)對(duì)于機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)100的各種對(duì)應(yīng)的光源的選擇、電源、通/斷開關(guān)和選通脈沖定時(shí)。根據(jù)本文公開的原理,輸入/輸出接口130還可以包括透鏡控制器/接口271、聚焦信號(hào)處理部分277和相位偏移補(bǔ)償/z高度變化校正部分278,如將在下面關(guān)于圖3至圖7更詳細(xì)地描述的。簡(jiǎn)而言之,在一個(gè)實(shí)施方式中,透鏡控制器/接口271可以包括透鏡控制器,其包括透鏡聚焦操作電路和/或例程等。透鏡控制器/接口271可以由用戶和/或操作程序來配置或控制,并且可以利用信號(hào)線271'來控制vfl透鏡270以周期性地調(diào)制其光功率(例如,正弦地),從而以確定的操作頻率在沿著z高度方向的多個(gè)聚焦位置上周期性地調(diào)制成像系統(tǒng)的聚焦位置。在各種實(shí)施方式中,聚焦信號(hào)處理部分277可以配置為確定與當(dāng)來自光學(xué)檢測(cè)器260(例如,相機(jī)系統(tǒng)、共焦光學(xué)檢測(cè)器等)的信號(hào)數(shù)據(jù)指示成像的表面區(qū)域(例如,工件20的)處于聚焦位置時(shí)對(duì)應(yīng)的原始相位定時(shí)信號(hào)值。如將在下面更詳細(xì)描述的,相位偏移補(bǔ)償部分278可以配置為輸入對(duì)應(yīng)于成像的表面區(qū)域的原始相位定時(shí)信號(hào)值,并且執(zhí)行提供成像的表面區(qū)域的z高度測(cè)量的相位偏移補(bǔ)償處理,其中至少部分地消除與相位偏移貢獻(xiàn)相關(guān)的z高度誤差或z高度變化中的至少一個(gè)。在各種實(shí)施方式中,成像控制接口131和/或透鏡控制器/接口271還可以包括擴(kuò)展的景深模式,如在共同未決的和共同轉(zhuǎn)讓的美國專利公布第2015/0145980號(hào)(通過全文引用將其并入本文)中更詳細(xì)地描述的。用戶可以選擇擴(kuò)展的景深模式,以提供工件的至少一個(gè)圖像(例如,合成圖像),其具有比當(dāng)被聚焦在單個(gè)聚焦位置時(shí)視覺部件部分200可提供的景深大的景深。在各種實(shí)施方式中,成像控制接口131和/或透鏡控制器/接口271還可以包括放大率改變調(diào)整模式,其可以當(dāng)進(jìn)行或檢測(cè)到放大率改變時(shí)被選擇或自動(dòng)實(shí)現(xiàn),如于2015年7月9日提交的標(biāo)題為“adaptableoperatingfrequencyofavariablefocallengthlensinanadjustablemagnificationopticalsystem”的共同未決且共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)第14/795,409號(hào)(通過全文引用將其并入本文)中更詳細(xì)描述的。包括vfl透鏡的其它系統(tǒng)和方法在于2015年8月31日提交的標(biāo)題為“multi-levelimagefocususingatunablelensinamachinevisioninspectionsystem”的共同未決且共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)第14/841,051號(hào)中、以及于2015年9月15日提交的標(biāo)題為“chromaticaberrationcorrectioninimagingsystemincludingvariablefocallengthlens”的共同未決且共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)第14/854,624號(hào)(通過全文引用將其每個(gè)并入本文)中描述。存儲(chǔ)器140可以包括圖像文件存儲(chǔ)器部分141、邊緣檢測(cè)存儲(chǔ)器部分140ed、可以包括一個(gè)或多個(gè)零件程序等的工件程序存儲(chǔ)器部分142等、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和其它視頻工具部分(例如,143n),其確定用于每個(gè)對(duì)應(yīng)的視頻工具的gui、圖像處理操作等;以及感興趣區(qū)域(roi)生成器143roi,其支持自動(dòng)、半自動(dòng)和/或手動(dòng)操作,所述操作定義可在視頻工具部分143中包括的各種視頻工具中操作的各種roi。視頻工具部分還包括自動(dòng)聚焦視頻工具143af,其確定gui、圖像處理操作等用于聚焦高度測(cè)量操作。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,其可用以高速測(cè)量聚焦高度,如在共同未決且共同轉(zhuǎn)讓的美國專利公布第214/0368726號(hào)(通過全文引用將其并入本文)中更詳細(xì)地描述的。在各種實(shí)施方式中,相位偏移補(bǔ)償/z高度變化校正部分278和其它相關(guān)元件可以與一個(gè)或多個(gè)視頻工具(例如,自動(dòng)聚焦視頻工具143af、單獨(dú)的視頻工具等)結(jié)合使用、或者另外地包括在一個(gè)或多個(gè)視頻工具中。在本公開的上下文中,并且如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的,術(shù)語“視頻工具”一般是指機(jī)器視覺用戶可以在無需創(chuàng)建包括在視頻工具中的逐步操作序列或使用廣義的基于文本的編程語言等的情況下,通過相對(duì)簡(jiǎn)單的用戶界面(例如,圖形用戶界面、可編輯參數(shù)窗口、菜單等)實(shí)施的相對(duì)復(fù)雜的一組自動(dòng)或編程操作。例如,視頻工具可以包括復(fù)雜的預(yù)編程的圖像處理操作和計(jì)算的集合,通過調(diào)整管理操作和計(jì)算的幾個(gè)變量或參數(shù)來在特定實(shí)例中應(yīng)用和定制所述操作和計(jì)算。除了底層操作和計(jì)算之外,視頻工具還包括使用戶可以為視頻工具的特定實(shí)例調(diào)整這些參數(shù)的用戶界面。例如,許多機(jī)器視覺視頻工具使用戶可以通過使用鼠標(biāo)的簡(jiǎn)單的“處置拖動(dòng)”操作來配置圖形感興趣區(qū)域(roi)指示符,以便定義要通過視頻工具的特定實(shí)例的圖像處理操作進(jìn)行分析的圖像的子集的位置參數(shù)。應(yīng)該注意的是,可見的用戶界面特征有時(shí)被稱為視頻工具,其中隱含地包括底層操作。臺(tái)燈220、同軸燈230和表面燈240分別的信號(hào)線或總線221、231和241全部連接至輸入/輸出接口130。來自光學(xué)檢測(cè)器260的信號(hào)線262、來自vfl透鏡270的信號(hào)線271'和來自可控馬達(dá)294的信號(hào)線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262還可以攜帶來自控制器125的信號(hào),其啟動(dòng)某些處理(例如,圖像獲取、共焦亮度測(cè)量等)。一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備136(例如,圖1的顯示器16)和一個(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可以用于顯示可包括各種圖形用戶界面(gui)特征的用戶界面,所述各種圖形用戶界面(gui)特征可用于執(zhí)行檢查操作、和/或創(chuàng)建、和/或修改零件程序、查看由光學(xué)檢測(cè)器260捕獲的圖像、和/或直接控制視覺系統(tǒng)部件部分200。顯示設(shè)備136可以顯示用戶界面特征(例如,如與透鏡控制器/接口271、聚焦信號(hào)處理部分277、相位偏移補(bǔ)償/z高度變化校正部分278等相關(guān)聯(lián))。在各種示例性實(shí)施方式中,當(dāng)用戶利用機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)100創(chuàng)建工件20的零件程序時(shí),用戶通過在學(xué)習(xí)模式下操作機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)100來生成零件程序指令,以提供期望的圖像獲取訓(xùn)練序列。例如,訓(xùn)練序列可以包括在視野(fov)中定位代表性工件的特定工件特征、設(shè)置光水平、聚焦或自動(dòng)聚焦、獲取圖像、以及提供應(yīng)用至圖像的檢查訓(xùn)練序列(例如,使用該工件特征上的一個(gè)或多個(gè)視頻工具的實(shí)例)。操作學(xué)習(xí)模式以使得序列被捕獲、或記錄、并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的零件程序指令。當(dāng)執(zhí)行零件程序時(shí),這些指令將使機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)再現(xiàn)所訓(xùn)練的圖像獲取,并使檢查操作自動(dòng)檢查當(dāng)前工件(例如,運(yùn)行模式工件)、或類似于在創(chuàng)建該零件程序時(shí)使用的代表性工件的工件上的特定工件特征(即對(duì)應(yīng)位置中對(duì)應(yīng)的特征)。圖3是可以適應(yīng)于機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)并根據(jù)本文公開的原理操作的vfl透鏡系統(tǒng)300的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解,除了下面另有描述之外,圖3的某些編號(hào)部件3xx可以與圖2的類似編號(hào)的部件2xx對(duì)應(yīng)和/或具有類似的操作。如圖3所示,vfl透鏡系統(tǒng)300包括光源330、物鏡350、管鏡351、中繼透鏡352、vfl透鏡370、中繼透鏡386、透鏡控制器371、聚焦確定部375和相位偏移補(bǔ)償部分378。在各種實(shí)施方式中,透鏡控制器371、聚焦確定部分375和/或相位偏移補(bǔ)償部分378以及附加部件中的每個(gè)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、或者通過各種元件之間的直接連接而互連。在各種實(shí)施方式中,光源330可配置為在vfl透鏡系統(tǒng)300的視野中照射工件320(例如,以選通或連續(xù)波照射)。在各種實(shí)施方式中,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)的一部分。例如,光源330可以被操作以通過操作對(duì)應(yīng)的照射源(例如,作為光源330的一部分的照射源)來提供選通照射的實(shí)例。在各種實(shí)施方式中,為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼彰髌胶猓庠?30可以是可控的,以便允許對(duì)選通照射的所有實(shí)例(例如,每個(gè)對(duì)應(yīng)于光源330內(nèi)的不同照射源)的強(qiáng)度的獨(dú)立調(diào)整、以及同時(shí)調(diào)整以控制圖像的整體亮度。在操作中,在圖3所示的實(shí)施方式中,光源330是配置為沿著包括部分反射鏡390的路徑發(fā)出源光332并通過物鏡350到工件320的表面的“同軸”光源,其中物鏡350接收聚焦在靠近工件320的聚焦位置fp處的工件光355,并將工件光355輸出到管鏡351。在其它實(shí)施方式中,類似的光源可以以非同軸的方式照射視野,例如,環(huán)形光源可以照射視野。在各種實(shí)施方式中,物鏡350可以是可互換物鏡,并且管鏡351可以被包括作為轉(zhuǎn)塔透鏡組件的一部分(例如,類似于圖2的可互換物鏡250和轉(zhuǎn)塔透鏡組件280)。在各種實(shí)施方式中,物鏡350、管鏡351或本文所提及的任何其它透鏡可以由單獨(dú)的透鏡、復(fù)合透鏡等形成,或者與單獨(dú)的透鏡、復(fù)合透鏡等結(jié)合地操作。管鏡351接收工件光355并將其輸出到中繼透鏡352。中繼透鏡352接收工件光355并將其輸出到vfl透鏡370。vfl透鏡370接收工件光355并將其輸出到中繼透鏡386。中繼透鏡386接收工件光355并將其輸出到聚焦確定部分375的光學(xué)檢測(cè)器360(例如,相機(jī)、共焦光學(xué)檢測(cè)器等)。在各種實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器360可以在圖像曝光期間捕獲工件320的圖像,并且可以將圖像提供給控制系統(tǒng)部分(例如,類似于圖2中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)。在各種實(shí)施方式中,vfl透鏡系統(tǒng)300還可以包括、或者替代地包括可選分束器361'、可選管鏡386'和可選聚焦確定部分375'??蛇x聚焦確定部分375'可以包括可選光學(xué)檢測(cè)器360'和可選聚焦信號(hào)處理部分377'。在操作中,分束器361'可以配置為將工件光355分離并將工件光355'輸出到管鏡386'。管鏡386'可以配置為將工件光355'輸出到光學(xué)檢測(cè)器360'。在一個(gè)實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器360'可以包括共焦光學(xué)檢測(cè)器,其可以配置為根據(jù)共焦原理進(jìn)行操作,如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。如下面將更詳細(xì)描述的,在各種實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器360(或360')可配置為輸入來自包括vfl透鏡370的成像系統(tǒng)的光,并且聚焦信號(hào)處理部分377(或377')可以配置為確定與當(dāng)來自光學(xué)檢測(cè)器的信號(hào)數(shù)據(jù)指示成像的表面區(qū)域(例如,工件320的)處于聚焦位置時(shí)對(duì)應(yīng)的原始相位定時(shí)信號(hào)值。例如,在光學(xué)檢測(cè)器360是相機(jī)的實(shí)施方式中,信號(hào)數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于由相機(jī)獲取的一個(gè)或多個(gè)圖像(例如,圖像堆疊(stack)),其中可以執(zhí)行諸如來自聚焦的點(diǎn)操作或其它分析的對(duì)比度確定,以確定何時(shí)工件320的成像的表面區(qū)域處于聚焦位置。在美國專利第6,542,180號(hào)和第9,060,117號(hào)(其每個(gè)被共同轉(zhuǎn)讓且通過全文引用被并入本文)中教導(dǎo)了用于確定和分析圖像堆疊和聚焦曲線以及用于來自聚焦的點(diǎn)操作的示例性技術(shù)。作為另一示例,在光學(xué)檢測(cè)器360'是作為共焦配置的一部分而被包括的共焦光學(xué)檢測(cè)器的實(shí)施方式中,信號(hào)數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于共焦亮度的感測(cè)水平。在這種實(shí)施方式中,可以在對(duì)vfl透鏡370的光功率進(jìn)行周期性調(diào)制期間使用共焦光學(xué)檢測(cè)器360',以確定何時(shí)發(fā)生最大共焦亮度,如對(duì)應(yīng)于聚焦位置,以及如指示工件320的成像的表面區(qū)域的對(duì)應(yīng)z高度。在vfl透鏡系統(tǒng)300包括具有聚焦信號(hào)處理部分377'、和光學(xué)檢測(cè)器360'(例如,共焦光學(xué)檢測(cè)器)的聚焦確定部分375'的實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器360(例如,相機(jī))可能不需要用于聚焦位置確定。更具體地,在這種實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器360'可用于聚焦確定功能,而相機(jī)360可用于成像(例如,并且可能不需要包括某些實(shí)例中的聚焦信號(hào)處理部分377)。相反,如果vfl透鏡系統(tǒng)300不包括聚焦確定部分375'并且僅包括聚焦確定部分375,則相機(jī)360可用于聚焦功能。作為另一替代,在各種實(shí)施方式中,vfl透鏡系統(tǒng)300可以僅包括具有共焦光學(xué)檢測(cè)器360'的聚焦確定部分375',并且可以不包括具有相機(jī)360的聚焦確定部分375(例如,當(dāng)vfl透鏡系統(tǒng)300作為獨(dú)立共焦儀器的一部分而被包括時(shí)等)。vfl透鏡370可被電子控制以改變成像系統(tǒng)的聚焦位置fp(例如,在一個(gè)或多個(gè)圖像曝光期間、在共聚焦亮度確定期間,等)。聚焦位置fp可以在由聚焦位置fp1和聚焦位置fp2限定的范圍r內(nèi)移動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解,在各種實(shí)施方式中,范圍r可以由用戶選擇、或者由設(shè)計(jì)參數(shù)產(chǎn)生、或者可以另外自動(dòng)確定。關(guān)于圖3的示例,一般,將會(huì)理解,某些所示出的尺寸可能不是按比例的。例如,vfl透鏡370可以具有與所示出的尺寸不同比例的尺寸(例如,對(duì)于某些應(yīng)用而言,可能較窄且長(zhǎng)達(dá)50mm或更長(zhǎng),以提供期望量的透鏡光功率等)。在各種實(shí)施方式中,機(jī)器視覺檢查系統(tǒng)可以包括控制系統(tǒng)(例如,圖2的控制系統(tǒng)120),其可配置為與透鏡控制器371結(jié)合地操作、或者另外地控制vfl透鏡370以周期性地調(diào)制vfl透鏡系統(tǒng)300的聚焦位置。在一些實(shí)施方式中,vfl透鏡370可以非??焖俚卣{(diào)整或調(diào)制聚焦位置(例如,以至少300hz、或3khz、或70khz或高得多的速率周期性地)。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中,范圍r可以是近似10mm(例如,對(duì)于1x(倍)物鏡350)。在各種實(shí)施方式中,有利地選擇vfl透鏡370,使得其不需要成像系統(tǒng)中的任何宏觀機(jī)械調(diào)整、和/或?qū)ξ镧R350與工件320之間的距離的調(diào)整以改變聚焦位置fp。在這種情況下,如先前并入的’980公布中所述的,可以獲取擴(kuò)展的景深圖像。此外,當(dāng)相同的成像系統(tǒng)用于獲取可用于精密測(cè)量(例如,用于在幾微米或十分之幾微米或更小等的量級(jí)上的精度)的固定聚焦檢查圖像時(shí),沒有宏觀調(diào)整元件或相關(guān)聯(lián)的定位不可重復(fù)性以降低精度。如先前并入的’726公布中所述的,也可以利用聚焦位置fp的變化來快速地獲取包括沿著靠近工件320的z高度方向的多個(gè)位置處的多個(gè)圖像的圖像堆疊。在各種實(shí)施方式中,vfl透鏡370可以是可調(diào)諧聲學(xué)梯度折射率(“tag”)透鏡??烧{(diào)諧聲學(xué)梯度折射率透鏡是使用流體介質(zhì)中的聲波來調(diào)制聚焦位置的高速vfl透鏡,并且可以以幾百khz的頻率周期性地掃描焦距范圍。這種透鏡可以通過文章“high-speedvarifocalimagingwithatunableacousticgradientindexofrefractionlens”(opticsletters,vol.33,no.18,2008年9月15日)的教導(dǎo)來理解,通過全文引用將該文章并入本文??烧{(diào)諧聲學(xué)梯度折射率透鏡和相關(guān)的可控信號(hào)發(fā)生器例如從新澤西州普林斯頓的tagoptics公司可獲得。例如,型號(hào)tl2.b.xxx系列透鏡能夠調(diào)制高達(dá)約600khz。在各種實(shí)施方式中,如先前并入的’726公布中更詳細(xì)地描述的,光學(xué)檢測(cè)器360可以包括具有全局快門的傳感器,即,同時(shí)暴光每個(gè)像素的傳感器。這樣的實(shí)施方式是有利的,在于它提供了在沒有工件或vfl透鏡系統(tǒng)300的任何部分的運(yùn)動(dòng)的情況下測(cè)量圖像堆疊的能力。在各種替代實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器360可以包括具有電子滾動(dòng)快門(ers)系統(tǒng)的傳感器。例如,相機(jī)系統(tǒng)可以包括與電子滾動(dòng)快門(ers)系統(tǒng)(例如,來自加利福尼亞州圣何塞的aptinaimaging的型號(hào)mt9m001)耦合的、使用sxga分辨率的黑白cmos傳感器。vfl透鏡370可以由透鏡控制器371驅(qū)動(dòng),透鏡控制器371可以生成信號(hào)以操作vfl透鏡370。在一個(gè)實(shí)施例中,透鏡控制器371可以是商用可控信號(hào)發(fā)生器。在一些實(shí)施方式中,透鏡控制器371可以由用戶和/或操作程序(例如,通過透鏡控制器/接口271,如先前關(guān)于圖2所述的)來配置或控制。在一些實(shí)施方式中,透鏡控制器371可以控制vfl透鏡370以周期性地調(diào)制其光功率(例如,正弦地),從而以高操作頻率在沿著z高度方向的多個(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)施方式中,可以將可調(diào)諧聲學(xué)梯度折射率透鏡配置用于高達(dá)400khz的聚焦掃描速率,盡管應(yīng)當(dāng)理解,在各種實(shí)施方式和/或應(yīng)用中,可能期望較慢的聚焦位置調(diào)整和/或調(diào)制頻率。例如,在各種實(shí)施方式中,可以使用300hz、或3khz、或70khz、或250khz等的周期性調(diào)制。在使用較慢的聚焦位置調(diào)整的實(shí)施方式中,vfl透鏡370可以包括可控流體透鏡等。在各種實(shí)施方式中,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。在各種實(shí)施方式中,透鏡控制器371可以包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器部分372和z高度與相位校準(zhǔn)部分373。驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器部分372可以操作(例如,結(jié)合定時(shí)時(shí)鐘372')以提供周期信號(hào)。在各種實(shí)施方式中,相位定時(shí)信號(hào)可以由與驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器部分372的周期信號(hào)同步的透鏡控制器371提供。在各種實(shí)施方式中,周期信號(hào)可以具有與周期性調(diào)制的vfl透鏡光功率相同的操作頻率,并且可以具有相對(duì)于周期調(diào)制的vlf透鏡光功率的第一周期性調(diào)制相位具有相位偏移的第二周期性調(diào)制相位。在各種實(shí)施方式中,z高度與相位校準(zhǔn)部分373可以提供第一z高度與相位表征,其將各個(gè)z高度與各個(gè)的相位定時(shí)信號(hào)值相關(guān)。在各種實(shí)施方式中,光學(xué)檢測(cè)器360(或360')可以配置為輸入來自包括vfl透鏡370的成像系統(tǒng)的光,并且聚焦信號(hào)處理部分377(或377')可以配置為確定與當(dāng)來自光學(xué)檢測(cè)器的信號(hào)數(shù)據(jù)指示成像的表面區(qū)域(例如,工件320的)處于聚焦位置時(shí)對(duì)應(yīng)的原始相位定時(shí)信號(hào)值。如將在下面關(guān)于圖5更詳細(xì)地描述的,原始相位定時(shí)信號(hào)值可以包括與第一和第二周期性調(diào)制相位之間的相位偏移相關(guān)的相位偏移貢獻(xiàn)。如下面也將更詳細(xì)地描述的,相位偏移補(bǔ)償部分378可以配置為輸入對(duì)應(yīng)于成像的表面區(qū)域的原始相位定時(shí)信號(hào)值,并且執(zhí)行提供成像的表面區(qū)域的z高度測(cè)量的相位偏移補(bǔ)償處理,其中,至少部分地消除與相位偏移貢獻(xiàn)相關(guān)的z高度誤差或z高度變化中的至少一個(gè)。在各種實(shí)施方式中,相位偏移補(bǔ)償部分378的相位偏移估計(jì)部分379可以確定可用作相位偏移補(bǔ)償處理的一部分的相位偏移的估計(jì)值。在圖3的示例中,中繼透鏡352和386以及vfl透鏡370被指定為包括在4f光學(xué)配置中,而中繼透鏡352和管鏡351被指定為包括在開普勒望遠(yuǎn)鏡配置中,并且管鏡351和物鏡350被指定為包括在顯微鏡配置中。所有所示出的配置將被理解為僅是示例性的,而不是關(guān)于本公開的限制。作為開普勒望遠(yuǎn)鏡配置的一部分,管鏡351的焦距ftube被示出為與透鏡351和352之間的中點(diǎn)近似等距,中繼透鏡352的焦距f也是如此。在替代實(shí)施方式中,可以使得管鏡351的焦距ftube不同于中繼透鏡352的焦距f(其對(duì)應(yīng)于4f光學(xué)配置的4f中的一個(gè))。在管鏡351可以被包括作為轉(zhuǎn)塔透鏡組件的一部分的各種實(shí)施方式中,可期望當(dāng)旋轉(zhuǎn)到操作位置時(shí)轉(zhuǎn)塔透鏡組件的其它管鏡具有在相同位置處的焦點(diǎn)(即,以便遇到(meet)中繼透鏡352的焦點(diǎn))。如先前并入的’409申請(qǐng)中更詳細(xì)地描述的,可以利用焦距ftube與焦距f的比率來相對(duì)于輸入到管鏡351的工件光355的準(zhǔn)直光束,改變出自中繼透鏡352的工件光355的準(zhǔn)直光束的直徑。關(guān)于分別輸入到管鏡351和從中繼透鏡352輸出的工件光355的準(zhǔn)直光束將理解,在各種實(shí)施方式中,這樣的準(zhǔn)直光束可以被延伸到更長(zhǎng)的路徑長(zhǎng)度,和/或可以關(guān)于這種準(zhǔn)直光束而使用分束器,以提供附加的光路徑(例如,如引導(dǎo)至不同的相機(jī)系統(tǒng)等)。在各種實(shí)施方式中,所示的4f光學(xué)配置允許將vfl透鏡370(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)放置在物鏡350的傅立葉平面處。該配置可以保持工件320處的偏心度,并且可以最小化比例變化和圖像失真(例如,包括為工件320的每個(gè)z高度和/或聚焦位置fp提供恒定的放大率)。開普勒望遠(yuǎn)鏡配置(例如,包括管鏡351和中繼透鏡352)可以包括在顯微鏡配置和4f光學(xué)配置之間,并且可以配置為提供物鏡通光孔徑在vfl透鏡的位置處的期望投射大小,以最小化圖像像差等。應(yīng)當(dāng)理解,在各種實(shí)施方式中,某些類型的尺寸測(cè)量可能需要近衍射或衍射極限成像。圖3所示的配置通過限制被成像到vfl透鏡370中的物鏡350的光瞳的離軸范圍來減少像差。在該配置中,可以將徑向范圍保持為小于vfl透鏡370(例如,可調(diào)諧聲學(xué)梯度折射率透鏡)在其最低諧振頻率fr,min的駐波的折射率分布中的第一貝塞爾環(huán)的徑向范圍,如先前并入的’409申請(qǐng)中更詳細(xì)描述的。以這種方式,來自顯微鏡配置(即,包括物鏡350和管鏡351)的光不會(huì)超過vfl透鏡370的最大通光孔徑cavfl,max。在光確實(shí)超過最大通光孔徑的實(shí)施方式中,光可以與vfl透鏡370的駐波的可能具有不期望的折射率的區(qū)域相互作用,這可能增加像差并降低尺寸測(cè)量精度。以下將關(guān)于圖4和圖5更詳細(xì)地描述vfl透鏡系統(tǒng)300的一些示例性操作。圖4是示出了圖3的vfl透鏡系統(tǒng)的周期性調(diào)制的控制信號(hào)410和光學(xué)響應(yīng)420的相位定時(shí)的時(shí)序圖400。在圖4的示例中,示出了如下理想情況:控制信號(hào)410和光學(xué)響應(yīng)420具有類似的相位定時(shí),并且因此被表示為相同的信號(hào)(例如,與圖5的信號(hào)由相位偏移而分開的示例相反,如將在下面更詳細(xì)描述的)。在各種實(shí)施方式中,控制信號(hào)410可以與由圖3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器372產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相關(guān),并且光學(xué)響應(yīng)420可以表示成像系統(tǒng)的周期性調(diào)制的聚焦位置,其通過周期性地調(diào)制vfl透鏡370的光功率而被控制,如上所述的。在各種實(shí)施方式中,曲線410和420的正弦形狀可以取決于透鏡系列(例如,如圖2所示的物鏡350、vfl透鏡370等),其中vfl透鏡370的光功率經(jīng)歷如圖4所示的周期(cycle),并且等于1/f(其中f=焦距)。如將在下面更詳細(xì)描述的,可以根據(jù)已知原理通過校準(zhǔn)來建立將各個(gè)z高度與各個(gè)相位定時(shí)信號(hào)值相關(guān)的z高度與相位表征(例如,根據(jù)數(shù)學(xué)模型、和/或通過將表面重復(fù)地步進(jìn)(step)到已知z高度,然后手動(dòng)地或計(jì)算地確定在已知z高度處最佳地聚焦圖像的相位定時(shí),并將該關(guān)系存儲(chǔ)在查找表等中)。時(shí)序圖400示出了等于控制信號(hào)410的各個(gè)相位定時(shí)信號(hào)值(例如,t0、t90、t180、t270等)的相位定時(shí)(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)。在各種實(shí)施方式中,相位定時(shí)信號(hào)值(例如,t0、t90、t180、t270等)可以根據(jù)相位定時(shí)信號(hào)(例如,由用于建立相對(duì)于周期性調(diào)制的定時(shí)的時(shí)鐘或其它技術(shù)等提供)確定。應(yīng)當(dāng)理解,時(shí)序圖400中所示的相位定時(shí)信號(hào)值旨在僅僅是示例性的而不是限制性的。更一般地,任何相位定時(shí)信號(hào)值將在所示的聚焦位置范圍(例如,所示示例中具有最大z高度zφ90和最小z高度zφ270的范圍)內(nèi)具有相關(guān)聯(lián)的聚焦位置z高度。如上所述,可以使用各種技術(shù)(例如,利用來自聚焦的點(diǎn)、最大共焦亮度確定等)來確定何時(shí)成像的表面區(qū)域聚焦(infocus),這可對(duì)應(yīng)于成像的表面區(qū)域的z高度測(cè)量。例如,成像的表面區(qū)域可以根據(jù)何時(shí)成像的表面區(qū)域聚焦而被確定為在z高度zφsurf。也就是說,在所示示例中,在等于相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)的相位定時(shí)φsurf_ind(-),聚焦位置在z高度zφsurf,并且位于z高度zφsurf的工件表面區(qū)域?qū)⒕劢埂n愃频?,在等于相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+)的相位定時(shí)φsurf_ind(+),聚焦位置在z高度zφsurf,并且位于z高度zφsurf的工件表面區(qū)域?qū)⒕劢?。?yīng)當(dāng)理解,這樣的值可以包括在將各個(gè)z高度與各個(gè)相位定時(shí)信號(hào)值相關(guān)的z高度與相位表征中,使得當(dāng)成像的表面區(qū)域被確定為聚焦時(shí),對(duì)應(yīng)的相位定時(shí)信號(hào)值(例如,tsurf_ind(-))可用于查找成像的表面區(qū)域的對(duì)應(yīng)測(cè)量的z高度(例如,z高度zφsurf)。在所示示例中,相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)和tsurf_ind(+)對(duì)應(yīng)于調(diào)制的聚焦位置在各個(gè)相反方向上的移動(dòng)。更具體地,相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)對(duì)應(yīng)于調(diào)制的聚焦位置在第一方向上(例如,向下)的移動(dòng),而相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+)對(duì)應(yīng)于調(diào)制的聚焦位置在與第一方向相反的第二方向上(例如,向上)的移動(dòng)。由于控制信號(hào)410和光學(xué)響應(yīng)420在圖4的示例中具有類似的相位定時(shí),所以控制信號(hào)410的相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)和tsurf_ind(+)被示為對(duì)應(yīng)于相同的z-高度zφsurf。相反,如下面將關(guān)于圖5更詳細(xì)地描述的,當(dāng)光學(xué)響應(yīng)420相對(duì)于控制信號(hào)410具有相位偏移時(shí),可以將不同的z高度指示為對(duì)應(yīng)于這種相位定時(shí)信號(hào)值,對(duì)于其可以根據(jù)本文公開的原理利用相位偏移補(bǔ)償處理。圖5是示出了圖3的vfl透鏡系統(tǒng)的周期性調(diào)制的控制信號(hào)410'和光學(xué)響應(yīng)420'之間的相位偏移的時(shí)序圖500。如圖5所示,相位偏移貢獻(xiàn)對(duì)應(yīng)于delta相位定時(shí)△φ,其對(duì)應(yīng)于delta相位定時(shí)信號(hào)值△t。作為相位偏移貢獻(xiàn)的結(jié)果,當(dāng)成像的表面區(qū)域?qū)嶋H上在z高度zφsurf_act時(shí),相對(duì)于光學(xué)響應(yīng)420'的對(duì)應(yīng)相位定時(shí)信號(hào)值可以指示相對(duì)于控制信號(hào)410'的其它z高度。也就是說,在所示示例中,在等于相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)的相位定時(shí)φsurf_ind(-),光學(xué)響應(yīng)420'對(duì)應(yīng)于在z高度zφsurf_act的聚焦位置,然而控制信號(hào)410'不正確地指示聚焦位置在z高度zφsurf_ind(-)。z高度zφsurf_act和z高度zφsurf_ind(-)之間的差示為z高度誤差zerr(-)。類似地,在等于相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+)的相位定時(shí)φsurf_ind(+),光學(xué)響應(yīng)420'對(duì)應(yīng)于在z高度zφsurf_act的聚焦位置,然而控制信號(hào)410'不正確地指示聚焦位置在z高度zφsurf_ind(+)。z高度zφsurf_act和z高度zφsurf_ind(+)之間的差示出為z高度誤差zerr(+)。如上所述,相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)對(duì)應(yīng)于調(diào)制的聚焦位置在第一方向上(例如,向下)的移動(dòng),而相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+)對(duì)應(yīng)于調(diào)制的聚焦位置在與第一方向相反的第二方向上(例如,向上)的移動(dòng)。如圖所示,對(duì)應(yīng)的z高度誤差zerr(-)和zerr(+)也可以相應(yīng)地彼此相對(duì)地相反(例如,相對(duì)于z高度zφsurf_act)。在各種實(shí)施方式中,可以將z高度誤差zerr(-)和zerr(+)的相反性質(zhì)用作相位偏移補(bǔ)償處理的一部分。根據(jù)本文公開的原理,可以在各種實(shí)施方式中使用不同的相位偏移補(bǔ)償處理,如將在下面更詳細(xì)地描述的。例如,在一個(gè)配置中,相位偏移補(bǔ)償處理可以包括基于原始相位定時(shí)信號(hào)值的對(duì)應(yīng)集合,確定成像的表面區(qū)域的z高度測(cè)量結(jié)果,所述原始相位定時(shí)信號(hào)值的對(duì)應(yīng)集合包括對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的調(diào)制的聚焦位置在各個(gè)相反的方向上的移動(dòng)的、原始相位定時(shí)信號(hào)值的至少第一和第二相應(yīng)子集。關(guān)于圖5的示例,原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一相應(yīng)子集可以至少包括相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-),并且還可以包括在后續(xù)vfl透鏡周期期間確定的類似相位定時(shí)信號(hào)值(例如,在下個(gè)vfl透鏡周期內(nèi),當(dāng)調(diào)制的聚焦位置在向下的方向上移動(dòng)期間,成像的表面區(qū)域再次聚焦時(shí),可以再次確定另一個(gè)相位定時(shí)信號(hào)值,等)。類似地,原始相位定時(shí)信號(hào)值的第二相應(yīng)子集可以至少包括相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+),并且還可以包括在后續(xù)vfl透鏡周期期間確定的類似相位定時(shí)信號(hào)值(例如,在下個(gè)vfl透鏡周期內(nèi),當(dāng)調(diào)制的聚焦位置在向上的方向上移動(dòng)期間。成像的表面區(qū)域再次聚焦時(shí),可以再次確定另一個(gè)相位定時(shí)信號(hào)值,等)。在一個(gè)實(shí)施方式中,這樣的相位偏移補(bǔ)償處理可以更具體地開始于:基于原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一子集中的至少一個(gè)值(例如,原始相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-))以及第一z高度與相位表征,來確定第一預(yù)備z高度測(cè)量結(jié)果子集(例如,至少包括z高度zφsurf_ind(-))。該處理還可以包括基于原始相位定時(shí)信號(hào)值的第二子集中的至少一個(gè)值(例如,原始相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+))以及第一z高度與相位表征,來確定第二預(yù)備z高度測(cè)量結(jié)果子集(例如,至少包括z高度zφsurf_ind(+))。該處理還可以包括確定在第一預(yù)備z高度測(cè)量結(jié)果子集中的至少一個(gè)值(例如,z高度zφsurf_ind(-))與在第二預(yù)備z高度測(cè)量結(jié)果子集中的至少一個(gè)值(例如,z高度zφsurf_ind(+))之間的中間的z高度測(cè)量值(例如,z高度zφsurf_act),并且使用所確定的z高度測(cè)量結(jié)果(例如,z高度zφsurf_act)作為成像的表面區(qū)域的z高度測(cè)量值。在各種實(shí)施方式中,可以將z高度測(cè)量值(例如,z高度zφsurf_act)確定為第一預(yù)備z高度測(cè)量結(jié)果子集中的至少一個(gè)值(例如,z高度zφsurf_ind(-))以及在第二預(yù)備z高度測(cè)量結(jié)果子集中的至少一個(gè)值(例如,z高度zφsurf_ind(+))的平均。在各種實(shí)施方式中,vfl透鏡系統(tǒng)的控制器可以將成像系統(tǒng)的操作范圍限制為小于最大操作范圍的2/3,以便不包括控制器中的周期信號(hào)的峰值或谷值(例如,以便在正弦曲線410'和/或420'的相對(duì)線性部分期間利用上述相位偏移補(bǔ)償處理,與在峰值和谷值等處出現(xiàn)的非線性部分相反)。作為另一示例,在不同的配置中,相位偏移補(bǔ)償處理可以被配置為確定相位偏移的估計(jì)值,并且可以包括用于基于至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的原始相位定時(shí)信號(hào)值和相位偏移的估計(jì)值來確定成像的表面區(qū)域的z高度測(cè)量結(jié)果的z高度確定處理。在這種配置中,z高度確定處理可以包括通過利用相位偏移的估計(jì)值處理至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的原始相位定時(shí)信號(hào)值來確定補(bǔ)償?shù)南辔欢〞r(shí)信號(hào)值,以減小相位偏移貢獻(xiàn),并且還可以包括基于補(bǔ)償?shù)南辔欢〞r(shí)信號(hào)值和第一z高度與相位表征來確定z高度測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施方式中,相位偏移補(bǔ)償部分可以包括相位偏移估計(jì)部分,其可操作以執(zhí)行調(diào)整相位偏移的估計(jì)值以滿足標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整處理。在一個(gè)實(shí)施方式中,標(biāo)準(zhǔn)是這樣的:當(dāng)在對(duì)固定表面區(qū)域進(jìn)行成像時(shí),z高度確定處理基于相位偏移的所調(diào)整的估計(jì)值、并且對(duì)應(yīng)于原始相位定時(shí)信號(hào)值的至少第一和第二相應(yīng)子集被重復(fù)時(shí),近似最小化所得到的相反方向z高度測(cè)量結(jié)果之間的方差或差中的至少一個(gè),其中所述原始相位定時(shí)信號(hào)值的至少第一和第二相應(yīng)子集對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的調(diào)制的聚焦位置在各個(gè)相反方向上的移動(dòng)。關(guān)于圖5的示例,原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一相應(yīng)子集可以至少包括相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)(和所得到的z高度zφsurf_ind(-)的z高度測(cè)量結(jié)果),并且原始相位定時(shí)信號(hào)值的第二個(gè)相應(yīng)子集可以至少包括相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+)(和所得到的z高度zφsurf_ind(+)的z高度測(cè)量結(jié)果)。在這個(gè)實(shí)例中,所得到的相反方向z高度測(cè)量結(jié)果之間的方差和/或差可以等于z高度誤差zerr(-)和zerr(+)的和。如將在下面關(guān)于圖7更詳細(xì)地描述的,在一個(gè)實(shí)施方式中,可以調(diào)整相位偏移的估計(jì)值(例如,以增量步長(zhǎng))以確定導(dǎo)致所得到的相反方向z高度測(cè)量結(jié)果之間的最小化的方差或差的相位偏移的估計(jì)值(例如,以便實(shí)現(xiàn)與圖4的示例更可比的配置,在圖4的示例中使得控制信號(hào)410'的相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)和tsurf_ind(+)更接近于對(duì)應(yīng)于相同的z高度zφsurf_act)。作為另一示例,在確定和調(diào)整相位偏移的估計(jì)值的另一配置中,相位偏移補(bǔ)償處理可以包括對(duì)固定表面區(qū)域進(jìn)行成像、并且確定原始相位定時(shí)信號(hào)值的對(duì)應(yīng)集合,所述原始相位定時(shí)信號(hào)值的對(duì)應(yīng)集合包括原始相位定時(shí)信號(hào)值的至少第一和第二相應(yīng)子集,其對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的調(diào)制的聚焦位置在各個(gè)相反方向上的移動(dòng)。在這種配置中,原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一和第二相應(yīng)子集可以在名義上圍繞第一周期性調(diào)制相位的90度相位或270度相位而對(duì)稱地間隔,并且可以基于原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一和第二各個(gè)子集調(diào)整相位偏移的估計(jì)值。關(guān)于圖5的示例,原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一相應(yīng)子集可以至少包括相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)、并且還可以包括在后續(xù)vfl透鏡周期期間確定的類似相位定時(shí)信號(hào)值,并且原始相位定時(shí)信號(hào)值的第二相應(yīng)子集可以至少包括相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(+)、并且還可以包括在后續(xù)vfl透鏡周期期間確定的類似相位定時(shí)信號(hào)值。原始相位定時(shí)信號(hào)值的這樣的第一和第二相應(yīng)子集將在名以上圍繞光學(xué)響應(yīng)420'的第一周期性調(diào)制相位的270度相位對(duì)稱地間隔,如圖5關(guān)于原始相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)和tsurf_ind(+)的間隔所示的。在一個(gè)實(shí)施方式中,基于原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一和第二相應(yīng)子集來調(diào)整相位偏移的估計(jì)值的操作可以開始于:使第一周期性調(diào)制相位的90度相位或270度相位的第一峰值相位定時(shí)信號(hào)值近似作為原始相位定時(shí)信號(hào)值的第一和第二相應(yīng)子集的平均(例如,針對(duì)270度相位的原始相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)和tsurf_ind(+)之間的平均值)。該操作還可以包括基于與具有第二周期性調(diào)制相位的控制器中的周期信號(hào)同步的相位定時(shí)信號(hào)來建立第二周期性調(diào)制相位的對(duì)應(yīng)90度相位或270度相位的第二峰值相位定時(shí)信號(hào)值(例如,相位定時(shí)信號(hào)值t270)。該操作還可以包括將相位偏移的估計(jì)值調(diào)整到與第一和第二峰值相位定時(shí)信號(hào)值之間的差對(duì)應(yīng)的值(例如,以便實(shí)現(xiàn)與圖4的示例可比的配置,在圖4的示例中使得控制信號(hào)410'的相位定時(shí)信號(hào)值tsurf_ind(-)和tsurf_ind(+)得更接近于對(duì)應(yīng)于相同的z高度zφsurf_act)。在各種實(shí)施方式中,控制信號(hào)410'可以與由vfl透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生和/或確定的各種其它信號(hào)相關(guān)。例如,同步脈沖可以由vfl透鏡系統(tǒng)的某些電子電路或例程產(chǎn)生,并且可以被同步以使得它們沿著光學(xué)響應(yīng)和/或驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如,如圖3的由驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器372產(chǎn)生的)發(fā)生在指定的相位位置。在一些實(shí)例中,可以提供關(guān)于vfl透鏡和/或系統(tǒng)的文檔,其可以指示所提供的同步脈沖旨在發(fā)生在功率曲線(例如,光學(xué)響應(yīng)420')上的指定位置。然而,在實(shí)踐中已經(jīng)觀察到在特定的和實(shí)際的同步脈沖位置之間可能存在延遲(例如,相位延遲)。此外,已經(jīng)觀察到,該延遲傾向于根據(jù)條件(例如,溫度等)而變化。在各種實(shí)施方式中,控制信號(hào)410'可以是合成信號(hào),其表示或以另外同步于這樣的同步脈沖的定時(shí),并且可以對(duì)應(yīng)于z高度與相位表征的值。在一個(gè)實(shí)施方式中,同步脈沖可以與由圖3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器372產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步,并且可以沿著驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生在指定的相位位置。例如,在各種實(shí)施方式中,光學(xué)響應(yīng)420'可能相對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有相位偏移,并且控制信號(hào)410'(例如,表示同步脈沖的定時(shí))可以與驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步,但也可以相對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有相位偏移。在一個(gè)實(shí)施方式中,相位定時(shí)信號(hào)(例如,由時(shí)鐘等提供的)可以與控制信號(hào)410'和/或?qū)?yīng)的同步脈沖同步。圖6是示出了用于確定表面區(qū)域的表面z高度測(cè)量結(jié)果的例程600的一個(gè)示例性實(shí)施方式的流程圖。在框610,控制vfl透鏡以周期性地調(diào)制其光功率,從而以第一操作頻率在沿著z高度方向的多個(gè)聚焦位置上周期性地調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的聚焦位置,其中周期性調(diào)制的vfl透鏡光功率定義了第一周期性調(diào)制相位。在框620,提供相位定時(shí)信號(hào),其中相位定時(shí)信號(hào)與具有第一操作頻率以及具有第二周期性調(diào)制相位的周期信號(hào)同步,所述第二周期性調(diào)制相位相對(duì)于第一周期性調(diào)制相位具有相位偏移。在框630,提供第一z高度與相位表征,其將各個(gè)z高度與各個(gè)相位定時(shí)信號(hào)值相關(guān)。在框640,確定對(duì)應(yīng)于當(dāng)來自光學(xué)檢測(cè)器的信號(hào)數(shù)據(jù)指示表面區(qū)域在聚焦位置時(shí)的原始相位定時(shí)信號(hào)值,原始相位定時(shí)信號(hào)值包括與第一和第二周期性調(diào)制相位之間的相位偏移相關(guān)的相位偏移貢獻(xiàn)。在框650,執(zhí)行提供表面區(qū)域的z高度測(cè)量結(jié)果的相位偏移補(bǔ)償處理,其中在所提供的z高度測(cè)量結(jié)果中,至少部分地消除與相位偏移貢獻(xiàn)相關(guān)的z高度誤差或z高度變化中的至少一個(gè)。圖7是圖示用于確定相位偏移的估計(jì)值的例程700的一個(gè)示例性實(shí)施方式的流程圖。在例程700用于校準(zhǔn)過程中以創(chuàng)建或調(diào)整z-高度與相位表征的情況下,將如本文所概述的那樣使用的,例程700還可以確定對(duì)應(yīng)于vfl透鏡系統(tǒng)的聚焦的實(shí)際z掃描范圍的縮放因子(scalingfactor)。在框710,確定vfl透鏡系統(tǒng)的調(diào)制周期(cycle)的時(shí)段長(zhǎng)度(period)t。在各種實(shí)施方式中,可以使用各種技術(shù)來確定周期性調(diào)制周期的時(shí)段長(zhǎng)度t。例如,在生成同步脈沖(例如,通過vfl透鏡系統(tǒng)的某些電子電路或例程等)的配置中,時(shí)段長(zhǎng)度t可以被計(jì)算為兩個(gè)同步脈沖之間的平均時(shí)段長(zhǎng)度。在采用高采樣頻率(例如,對(duì)于每周期性調(diào)制周期有測(cè)量的z高度的數(shù)千個(gè)樣本)的實(shí)施方式中,在一些實(shí)例中可以使用兩個(gè)同步脈沖之間的中位數(shù)量的樣本來確定周期性調(diào)制周期的時(shí)段長(zhǎng)度t。在框720,確定vfl透鏡系統(tǒng)的近似z掃描范圍。在各種實(shí)施方式中,近似z掃描范圍可以基于vfl透鏡系統(tǒng)的光學(xué)模型。在框730,確定相位偏移的初始試驗(yàn)估計(jì)值、以及將各個(gè)z高度與各個(gè)相位定時(shí)信號(hào)值相關(guān)的z高度與相位表征。在各種實(shí)施方式中,可以基于時(shí)段長(zhǎng)度t、和近似z掃描范圍、以及相位偏移的初始試驗(yàn)估計(jì)值來確定z高度與相位表征。在各種實(shí)施方式中,z高度與相位表征可以基于數(shù)學(xué)或其它模型(例如,包括對(duì)應(yīng)于具有指定的z范圍、時(shí)段長(zhǎng)度t和相位偏移的初始試驗(yàn)估計(jì)值等的正弦波或余弦波的值)、或基于實(shí)驗(yàn)地測(cè)量的系統(tǒng)的z高度-相位表征(例如,使用諸如線性近似、樣條內(nèi)插、正弦波擬合等的各種方法內(nèi)插的查找表)。在各種實(shí)施方式中,可能期望使z高度與相位表征中的值的數(shù)量近似等于在兩個(gè)同步脈沖之間出現(xiàn)的樣本(例如,測(cè)量的z高度)的數(shù)量,其在某些實(shí)例下可能取決于vfl透鏡系統(tǒng)的采樣率。在各種實(shí)施方式中,可以根據(jù)系統(tǒng)的期望精度來使用不同的采樣率(例如,每周期數(shù)千個(gè)樣本等)。在框740,表面區(qū)域(例如,在校準(zhǔn)過程的情況下的反射鏡)位于vfl透鏡系統(tǒng)z掃描范圍內(nèi)。在各種實(shí)施方式中,可能期望將表面區(qū)域近似地放置在z掃描范圍的中間。在其它掃描能力(例如,用于橫向掃描等)被包括作為vfl透鏡系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方式中,可能期望關(guān)閉或以其它方式禁用這些其它類型的掃描,以便減少其它光學(xué)誤差對(duì)所測(cè)量的表面位置的z變化的影響。更具體地,在某些實(shí)施方式中,期望使用vfl透鏡系統(tǒng)的z高度掃描能力,重復(fù)地測(cè)量靜止校準(zhǔn)表面的成像的表面區(qū)域上完全相同的點(diǎn)。在框750,確定對(duì)應(yīng)于當(dāng)靜止的成像的表面區(qū)域處于聚焦位置時(shí)的雙向相位定時(shí)信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的z高度測(cè)量結(jié)果。如上面關(guān)于圖5所述,在各種實(shí)施方式中,這樣的操作可以包括在對(duì)固定表面區(qū)域進(jìn)行成像時(shí),基于相位偏移的試驗(yàn)估計(jì)值執(zhí)行z高度確定處理,以及重復(fù)對(duì)應(yīng)于原始相位定時(shí)信號(hào)的至少第一和第二相應(yīng)子集(其對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的調(diào)制的聚焦位置在各個(gè)相反方向上的移動(dòng))的操作。在各種實(shí)施方式中,可以使用當(dāng)前z高度與相位表征,從多個(gè)z掃描確定多個(gè)z高度測(cè)量結(jié)果。在各種實(shí)施方式(諸如vfl透鏡370被操作以每秒大量周期(例如,數(shù)千等)連續(xù)掃描)中,可以針對(duì)每個(gè)z掃描,快速確定z高度測(cè)量結(jié)果(例如,在上和下方向上,如上面關(guān)于圖4和圖5所述的)。以這種方式,當(dāng)測(cè)量成像的表面區(qū)域上的靜止表面點(diǎn)時(shí),可以快速地累積大量(例如,數(shù)千等)z高度(例如,利用共焦或其它系統(tǒng)等)。在判定框760,確定是否至少近似地最小化試驗(yàn)方差或差中的至少一個(gè)。例如,可以將標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算應(yīng)用于所確定的z高度測(cè)量結(jié)果(例如,計(jì)算它們的sigma),以確定總體試驗(yàn)方差或差。如果總體試驗(yàn)方差或差未被充分地最小化,則例程進(jìn)行到框770,在框770中調(diào)整相位偏移的試驗(yàn)估計(jì)值。例如,相位偏移的試驗(yàn)估計(jì)值可以通過增量步長(zhǎng)(例如,0.1度相位步長(zhǎng)等)或其它技術(shù)來調(diào)整,以便提供相位偏移的新的試驗(yàn)估計(jì)值。然而,這種調(diào)整估計(jì)的相位偏移的實(shí)施方式僅是示例性的,而不是限制性的。例如,在一個(gè)替代調(diào)整方法中,可以在估計(jì)的或預(yù)定的范圍上,為多個(gè)相應(yīng)的相位偏移確定各自的差或方差值,這可以定義數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)曲線。曲線的最小值(最小方差或差)可以通過已知方法(曲線擬合和峰值或谷值的發(fā)現(xiàn)等)發(fā)現(xiàn),并且對(duì)應(yīng)的相位偏移值可用于估計(jì)的相位偏移。這可能導(dǎo)致對(duì)用于建立曲線的初始值之間的內(nèi)插相位偏移值進(jìn)行“理想”和精確的調(diào)整?;诒疚陌ǖ母鞣N教導(dǎo),用于執(zhí)行框770的操作的這些方法和其它替代方法對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說會(huì)是顯而易見的。如果試驗(yàn)方差或差被至少近似地最小化,則例程進(jìn)行到框780。在各種實(shí)施方式中,一旦已經(jīng)確定試驗(yàn)方差或差被最小化(例如,在執(zhí)行框750至770的操作以滿足框760的要求之后),可以將相位偏移的對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)估計(jì)值用作vfl透鏡系統(tǒng)的后續(xù)z高度測(cè)量操作的相位偏移的估計(jì)值。在各種實(shí)施方式中,相位偏移的估計(jì)值可以用作用于單獨(dú)地或共同地確定測(cè)量的z高度的一個(gè)或多個(gè)處理的一部分,或者可以用于調(diào)整先前確定的z高度與相位表征以考慮相位偏移的漂移(drift)或變化。換句話說,如果對(duì)應(yīng)于先前確定的z高度與相位表征或者構(gòu)成先前確定的z高度與相位表征的基礎(chǔ)的“原始”相位偏移已經(jīng)改變,則“原始”相位偏移與相位偏移的新估計(jì)值之間的差可以用于按照相位偏移的新估計(jì)值將z高度與相位表征移位(shift)或調(diào)整為正確的。在框780,在例程700被用于創(chuàng)建或調(diào)整z高度與相位表征的校準(zhǔn)過程的情況下,確定縮放因子(例如,用于縮放各個(gè)z高度值等)。在各種實(shí)施方式中,縮放因子的確定可以包括使用具有已知z步長(zhǎng)高度的校準(zhǔn)對(duì)象、或者單個(gè)表面可以在z中以已知量位移(displace),等。為了確定縮放因子,測(cè)量具有已知的z步長(zhǎng)高度的校準(zhǔn)對(duì)象、或者在z中以已知量位移的表面,以便確定對(duì)應(yīng)的第一和第二z高度測(cè)量結(jié)果(例如,利用z高度確定過程,其至少部分地基于確定的第一和第二對(duì)應(yīng)的原始相位定時(shí)信號(hào)值、和相位偏移的估計(jì)值等)。相應(yīng)地確定測(cè)量的z高度差,其對(duì)應(yīng)于第一和第二z高度測(cè)量結(jié)果之間的差。然后確定縮放因子,當(dāng)乘以或以其它方式應(yīng)用于所測(cè)量的z高度差時(shí),其導(dǎo)致等于已知z高度差的值。實(shí)際上,可以理解,該縮放因子可用于精確校準(zhǔn)vfl透鏡系統(tǒng)的z高度聚焦變化的范圍或幅度。如果需要或期望,則這種縮放因子可用于建立用在z高度與相位表征中使用的z高度值、或者調(diào)整在所調(diào)整的z高度與相位表征中使用的z高度值。以下關(guān)于圖8至圖14所公開的問題解決方案和相關(guān)原理略微不同于上面關(guān)于圖1至圖7所公開的那些。前面對(duì)圖1至圖7的描述公開了可用于系統(tǒng)的各種實(shí)施方式中的元件、原理和操作的各種組合,其中所述系統(tǒng)可操作以使用包括高速周期性調(diào)制的可變焦距(vfl)透鏡的成像系統(tǒng)來提供更精確的z高度測(cè)量。特別地,光學(xué)聚焦檢測(cè)器和聚焦信號(hào)處理部分以非常小的時(shí)延指示何時(shí)成像的表面區(qū)域處于聚焦位置。相關(guān)信號(hào)和定時(shí)信息允許相位偏移補(bǔ)償處理以提高的精度提供與表面區(qū)域的圖像相關(guān)的z高度測(cè)量。特別地,可以至少部分地消除由于從電子和機(jī)電時(shí)延產(chǎn)生的相位偏移誤差導(dǎo)致的在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中存在的z高度誤差或z高度測(cè)量變化中的至少一個(gè)。然而,盡管前面的描述使得當(dāng)使用高速周期性調(diào)制的(例如,70khz)可變焦距(vfl))透鏡時(shí)能夠提高對(duì)應(yīng)于已建立的圖像聚焦位置的z高度測(cè)量的精度,但是前面的描述沒有公開用于自動(dòng)調(diào)整圖像聚焦位置(即,自動(dòng)聚焦)以使其與特定工件表面重合以便對(duì)該特定表面進(jìn)行成像和/或建立其特定的z高度的完整系統(tǒng)。一般來說,這樣做的已知方法比期望的慢,并非理想地適用于利用高速周期性調(diào)制的vfl透鏡(例如,tag透鏡)的特性。在各種應(yīng)用中,對(duì)于高通量,期望在靜止或不間斷移動(dòng)檢查系統(tǒng)中執(zhí)行高速測(cè)量。關(guān)于聚焦良好的檢查圖像和z高度測(cè)量(其通常基于“最佳聚焦”高度確定),檢查圖像獲取速率和可以執(zhí)行z高度測(cè)量的速率可能受到z高度聚焦位置調(diào)整速率或運(yùn)動(dòng)速度的限制。然而,創(chuàng)新的可變焦距透鏡(例如,tag透鏡)能夠被周期性地調(diào)制并且以非常高的速率(例如,70khz)改變聚焦。以與它們焦距變化的速率相稱的速率、以非常高的精度自動(dòng)確定和調(diào)整他們的圖像聚焦位置,已被證明是有問題的。對(duì)于用于高速精密檢查操作的各種高速可變聚焦透鏡,需要改進(jìn)的用于自動(dòng)確定和調(diào)整圖像聚焦位置的系統(tǒng)和方法。以下對(duì)圖8至圖14的描述公開了可用于系統(tǒng)的各種實(shí)施方式中的元件、原理和操作的各種組合,其中所述系統(tǒng)可操作以使用包括高速周期性調(diào)制的vfl透鏡(例如,tag透鏡)的成像系統(tǒng)來提供自動(dòng)聚焦的圖像。為了簡(jiǎn)要回顧這些成像系統(tǒng)的一些一般操作原理,應(yīng)當(dāng)理解,這樣的成像系統(tǒng)在每個(gè)調(diào)制時(shí)段內(nèi),在特定的定時(shí)或相位定時(shí)具有特定的聚焦位置(或聚焦z高度)。因此,可以控制選通元件(例如,頻閃照射(strobeillumination)源或快速電子相機(jī)快門)以在特定相位定時(shí)短暫地啟用曝光,以便在期望的對(duì)應(yīng)聚焦位置處獲取曝光增量。為了增加曝光而不使所得到的圖像模糊,可以在圖像曝光期間發(fā)生(例如,在整個(gè)相機(jī)圖像整合時(shí)間發(fā)生)的周期性調(diào)制的多個(gè)時(shí)段上,在特定相位定時(shí)重復(fù)地選通選通元件。參考先前并入的參考文獻(xiàn)以及參考美國專利第8,194,307號(hào)和第9,143,674號(hào)(通過全文引用將其每個(gè)并入本文)、以及參考共同未決且共同轉(zhuǎn)讓的、于2015年8月31日提交的標(biāo)題為“multi-levelimagefocususingatunablelensinthemachinevisioninspectionsystem”的美國專利申請(qǐng)第14/841,051號(hào)和于2016年11月23日提交的標(biāo)題為“machinevisioninspectionsystemandmethodforobtaininganimagewithanextendeddepthoffield”的美國專利申請(qǐng)第15/360,671號(hào)(通過全文引用將其每個(gè)并入本文),可以更詳細(xì)地理解這些原理。根據(jù)上面概述的原理,為了使包括高速周期性調(diào)制的vfl透鏡(例如,tag透鏡)的成像系統(tǒng)自動(dòng)聚焦在特定表面上,需要一種系統(tǒng)來在特定相位定時(shí)對(duì)應(yīng)于聚焦在該特定表面時(shí)自動(dòng)感測(cè)、然后操作曝光選通時(shí)間控制器以在所感測(cè)的特定相位定時(shí)短暫地啟用曝光。下面描述這種系統(tǒng)的各種實(shí)施方式。圖8是可以被操作以使用包括高速周期性調(diào)制的可變焦距(vfl)透鏡370的成像系統(tǒng)來提供自動(dòng)聚焦的圖像的系統(tǒng)800的第一實(shí)施方式的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解,圖8的系統(tǒng)800與圖3的系統(tǒng)300共享一些特性,并且可以在很大程度上通過基于先前描述的類比來理解。圖8的某些編號(hào)的部件可以對(duì)應(yīng)于和/或具有與圖3的類似編號(hào)的部件類似的操作,除非下面另有說明。因此,將不詳細(xì)描述這些類似的部件和共享的特性。以下描述強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)800的操作的、與本文先前描述的各種系統(tǒng)實(shí)施方式相比是新的或附加的某些元件和方面。特別地,強(qiáng)調(diào)與自動(dòng)調(diào)整曝光定時(shí)以提供自動(dòng)聚焦的圖像相關(guān)的元件和操作。系統(tǒng)800包括成像系統(tǒng)810、vfl透鏡控制器371、vfl投射光源840、聚焦確定部分880、曝光定時(shí)調(diào)整電路890和曝光選通時(shí)間控制器895。在各種實(shí)施方式中,成像系統(tǒng)810至少包括物鏡350(其配置為輸入從工件表面產(chǎn)生的圖像光)、vfl透鏡370(其配置為接收由物鏡透射的圖像光)和相機(jī)360(其配置為接收由vfl透鏡370透射的光)。在圖8所示的特定配置中,成像系統(tǒng)800還包括之前關(guān)于圖3描述的“4f”配置中的透鏡351、352和386。vfl透鏡控制器371配置為控制vfl透鏡370周期性地調(diào)制其光功率,從而在沿著z高度方向(例如,示意性地由圖8中的坐標(biāo)fz表示)的多個(gè)成像系統(tǒng)聚焦z高度上周期性地調(diào)制成像系統(tǒng)810的聚焦位置。vfl透鏡控制器371的各個(gè)方面先前已經(jīng)在本文并且在所并入的參考文獻(xiàn)中更詳細(xì)地描述了。vfl投射光源840包括配置為沿著聚焦監(jiān)視光路844向vfl透鏡370的背面370b并且通過vfl透鏡370和物鏡350向工件表面320'提供vfl投射光843的光源。在圖8所示的特定實(shí)施方式中,vfl投射光源840包括光發(fā)生器841(例如,一個(gè)或多個(gè)led或激光二極管)和準(zhǔn)直透鏡842。在各種實(shí)施方式中,vfl投射光843可以在其沿著聚焦監(jiān)視光路844投射到vfl透鏡370的背面370b時(shí)被準(zhǔn)直。在這樣的實(shí)施方式中,vfl投射光843將被聚焦在與成像系統(tǒng)810相同的z高度處,這可能有利于在以下概述的操作和方法中使用,但不是嚴(yán)格要求的,在于它們的聚焦z高度的輕微差異可以根據(jù)已知方法在電子或軟件中得到補(bǔ)償。在各種實(shí)施方式中,光發(fā)生器841可以輸出一個(gè)或多個(gè)可見或不可見的波長(zhǎng),其條件是所述波長(zhǎng)在光學(xué)檢測(cè)器885的感測(cè)范圍內(nèi)。聚焦確定部分880包括光學(xué)檢測(cè)器885,其配置為輸入已經(jīng)從工件表面320'的區(qū)域反射、并經(jīng)過物鏡350返回、并經(jīng)過vfl透鏡370返回、并且沿著聚焦監(jiān)視光路844返回的反射的vfl投射光845。當(dāng)然,在任何特定實(shí)施例中,反射的vfl投射光845也通過沿著該光路定位的任何其它光學(xué)部件。例如,在圖8所示的特定實(shí)施例中,反射的vfl投射光845通過物鏡350、分束器339、透鏡351、透鏡352、vfl透鏡370被反射回,并且被分束器889反射、并且沿著聚焦監(jiān)視光路844、通過分束器888、且至光學(xué)檢測(cè)器885。響應(yīng)于接收到反射的vfl投射光845,光學(xué)檢測(cè)器885輸出至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器信號(hào),其響應(yīng)于vfl投射光的聚焦z高度與工件表面320'上反射vfl投射光的區(qū)域的z高度之間的差。應(yīng)當(dāng)理解,根據(jù)圖8所示并且在上面概述的配置,vfl投射光聚焦z高度表示成像系統(tǒng)聚焦z高度。可用作光學(xué)檢測(cè)器885的一些示例性光學(xué)檢測(cè)器的操作在下面更詳細(xì)地描述。應(yīng)當(dāng)理解,在一些實(shí)施方式中,聚焦確定部分880和/或光學(xué)檢測(cè)器885可以包括各種信號(hào)和調(diào)節(jié)(conditioning)和/或處理電路(未示出),其根據(jù)已知原理被設(shè)計(jì)為輸入來自光學(xué)檢測(cè)器885的一個(gè)或多個(gè)原始光學(xué)檢測(cè)器信號(hào),并且基于光學(xué)檢測(cè)器信號(hào)提供放大和/或信號(hào)處理,以便以更好地適合于系統(tǒng)800的其它元件使用的形式輸出一個(gè)或多個(gè)聚焦偏差信號(hào)。曝光定時(shí)調(diào)整電路890從聚焦確定部分880(例如,在一些實(shí)施方式中在信號(hào)線887上)輸入聚焦偏差信號(hào),并且基于聚焦偏差信號(hào)確定與當(dāng)成像系統(tǒng)聚焦z高度與工件表面區(qū)域z高度近似重合時(shí)的時(shí)間相關(guān)的曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)。以下更詳細(xì)地描述可用于基于聚焦偏差信號(hào)確定曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)的各種示例性實(shí)施方式。在各種實(shí)施例中,曝光定時(shí)調(diào)整電路890可以方便地包括聚焦確定光控制電路,其配置為在聚焦確定時(shí)間段期間(例如,使用控制線897)控制vfl投射光843的定時(shí)。在一些實(shí)施方式中,可以連續(xù)地提供vfl投射光843,并且,在其它實(shí)施方式中,可以在聚焦確定時(shí)間段期間選通vfl投射光843。在一些實(shí)施方式中,可以在基于聚焦偏差信號(hào)和/或曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)調(diào)整的時(shí)間選通vfl投射光843,如下面進(jìn)一步描述的。在各種實(shí)施方式中,曝光選通時(shí)間控制器895控制成像系統(tǒng)810的圖像曝光時(shí)間(例如,相對(duì)于周期性調(diào)制的聚焦位置的相位時(shí)間),其中曝光選通時(shí)間控制器895配置為從曝光定時(shí)調(diào)整電路890輸入曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào),并且基于曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)提供調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間,其中成像系統(tǒng)聚焦z高度(例如,fz)在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間,與工件表面區(qū)域z高度(例如,surfz)近似重合。以下更詳細(xì)地描述可用于基于曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)調(diào)整圖像曝光時(shí)間的各種示例性實(shí)施方式,其中成像系統(tǒng)聚焦z高度在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間與工件表面區(qū)域z高度近似重合。如前所述,在各種實(shí)施方式中,曝光選通時(shí)間控制器895可以通過控制頻閃照射源或快速電子相機(jī)快門來控制圖像曝光時(shí)間。越來越多地可獲得具有電子“快門頻閃”功能的數(shù)碼相機(jī),其可以在整個(gè)圖像整合時(shí)段內(nèi)創(chuàng)建定時(shí)的子曝光增量。在一些實(shí)施方式中,這樣的相機(jī)可以使用連續(xù)照射或環(huán)境照射來提供上述的受控定時(shí)。然而,目前更為實(shí)用的是使用照射源選通操作。在圖8所示的實(shí)施方式中,成像光源330可以通過曝光選通控制器895而操作在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間,以在圖像獲取期間輸出成像光832??梢岳斫?,與由聚焦確定部分880使用的vfl投射光相反,來自成像光源330的照射通過物鏡350而不通過vfl透鏡370聚焦,因此不一定在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間被聚焦在工件表面320'。這種配置對(duì)于一些應(yīng)用是足夠的,但是,由于圖像照射的可能未知的聚焦程度,所得到的圖像強(qiáng)度可能不具有足夠的魯棒性(robust)或者不充分可預(yù)測(cè)以便對(duì)各種各樣的工件服務(wù)和/或應(yīng)用一般地使用此配置。下面參考圖12和圖13描述圖像照射可預(yù)測(cè)地在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間聚焦在工件表面320'上的配置。在圖8中還示出了z高度校準(zhǔn)部分873。一旦基于調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間獲取了圖像表面區(qū)域,就可以使用包括在z高度校準(zhǔn)部分873中的數(shù)據(jù)來確定與該圖像相關(guān)聯(lián)的精確z高度,其可以被認(rèn)為是圖像中的表面區(qū)域的z高度。應(yīng)當(dāng)理解,在曝光選通時(shí)間控制器中使用調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間,因此可以知道或確定其關(guān)聯(lián)的相位定時(shí)。在各種實(shí)施方式中,z高度校準(zhǔn)部分873可以基本上類似于先前描述的z高度校準(zhǔn)部分373,其包括將各個(gè)z高度與周期性聚焦調(diào)制的各個(gè)相位(相位定時(shí))相關(guān)的數(shù)據(jù)。在各種實(shí)施方式中,z高度校準(zhǔn)部分873中的校準(zhǔn)相位定時(shí)可供透鏡控制器371中可用的周期性聚焦調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)參考,或供在聚焦確定部分880中感測(cè)并可用作信號(hào)的周期性聚焦調(diào)制參考,或供系統(tǒng)800中穩(wěn)定的且表示周期性聚焦調(diào)制的相位的任何其它信號(hào)參考。應(yīng)當(dāng)理解,在各種實(shí)施方式中,圖8所示的連接到系統(tǒng)信號(hào)和控制總線395的各種元件可以根據(jù)已知方法在總線395上交換本文概述的信號(hào),和/或可以根據(jù)已知方法在專用互連(未示出)上交換本文概述的信號(hào)。此外,應(yīng)當(dāng)理解,參考圖8描述的各種元件可以根據(jù)已知的方法和/或通過類似于本文此前的描述,在圖2所示的系統(tǒng)100的各種適當(dāng)零件中實(shí)施。圖9a和圖9b分別示出可用于圖8的vfl透鏡系統(tǒng)的聚焦確定部分885的各種實(shí)施方式中的、第一和第二示例性“定向”型光學(xué)檢測(cè)器885'和885”。圖9a示出了包括已知類型的波前曲率檢測(cè)器的光學(xué)檢測(cè)器885'。一般地,如本文中使用的術(shù)語,波前傳感器可以被描述為在沿著輸入光束的波前的對(duì)應(yīng)區(qū)域采樣至少一個(gè)局部射線角,以提供取決于所采樣的局部射線角的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)。通常,期望在沿著輸入光束的波前分離的兩個(gè)相應(yīng)的對(duì)應(yīng)區(qū)域處采樣至少兩個(gè)相應(yīng)的局部射線角,以提供取決于所采樣的局部射線角的至少兩個(gè)相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)。包括至少兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)的關(guān)系對(duì)應(yīng)于輸入聚焦檢測(cè)光束的波前曲率的程度,并且波前傾斜(與波前曲率相反)的影響可以被檢測(cè),并作為存在在所述至少兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)中的每個(gè)中的共模誤差而被拒絕。所示的光學(xué)檢測(cè)器885'可以被表征為shack-hartmann傳感器,并且包括透鏡l1和l2以及具有信號(hào)和控制線965的光電檢測(cè)器962。在一個(gè)實(shí)施例中,透鏡l1和l2可以是微透鏡。透鏡l1和l2每個(gè)聚焦輸入光(例如,上面參考圖8概述的反射的vfl投射光)。在圖9a所示的“聚焦的”示例中,輸入光845(例如,反射的vfl投射光845)具有由波前wf示意性地表示的波前。對(duì)于波前wf,透鏡l1和l2分別產(chǎn)生在光學(xué)檢測(cè)器962上呈現(xiàn)為檢測(cè)點(diǎn)ds1和ds2的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中,光電檢測(cè)器962可以包括一對(duì)橫向效應(yīng)光電二極管(對(duì)于每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)一個(gè))。在另一個(gè)實(shí)施例中,光電檢測(cè)器962可以包括諸如相機(jī)芯片等的光電檢測(cè)器陣列。在任何情況下,檢測(cè)點(diǎn)ds1和ds2沿著光電檢測(cè)器962的表面分別在距參考位置rp的距離sn1和sn2處。距離sn1和sn2之間的差被指定為距離fds,其可以被認(rèn)為表示聚焦偏差信號(hào)fds。從其測(cè)量距離sn1和sn2的參考位置rp可以任意選擇。當(dāng)光電檢測(cè)器962是陣列檢測(cè)器時(shí),檢測(cè)點(diǎn)ds1和ds2可以各自覆蓋多個(gè)像素,在這種情況下,可以執(zhí)行可提供子像素位置內(nèi)插的矩心(centroid)計(jì)算,以確定每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的位置。如本領(lǐng)域已知的,“平坦”波前wf對(duì)應(yīng)于“聚焦的”輸入光,其在這種情況下意味著反射的vfl投射光的聚焦高度fz與工件表面320'的z高度surfz重合(見圖8)。就是說,當(dāng)系統(tǒng)適當(dāng)?shù)鼐劢乖诠ぜ砻嫔?即,反射的vfl投射光聚焦高度與工件表面高度相匹配)時(shí),波前wf是平坦的,并且檢測(cè)點(diǎn)ds1和ds2呈現(xiàn)在與對(duì)應(yīng)的各個(gè)透鏡的光軸對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)稱的“空(null)”位置,并且聚焦偏差信號(hào)fds具有標(biāo)稱值或“空”值。通常,當(dāng)反射的vfl投射光聚焦高度偏離工件表面320'的z高度時(shí),波前wf不平坦。在圖9a所示的“失焦的(outoffocus)”示例中,輸入光845具有由彎曲的波前wf'示意性地表示的波前。對(duì)于波前wf,透鏡l1和l2分別產(chǎn)生在光電檢測(cè)器962上呈現(xiàn)為檢測(cè)點(diǎn)ds1'和ds2'的圖像。如本領(lǐng)域已知的,彎曲的波前wf'對(duì)應(yīng)于“失焦的”輸入光,其在這種情況下意味著反射的vfl投射光的聚焦高度fz與工件表面的z高度surfz不重合(見圖8)。結(jié)果,對(duì)于所示的波前曲率的極性(對(duì)應(yīng)于反射的vfl投射光聚焦高度在圖8中的工件表面320'之上),檢測(cè)點(diǎn)ds1'和ds2'呈現(xiàn)在比空位置ds1和ds2分開更遠(yuǎn)地的位置處,并且聚焦偏差信號(hào)fds'大于其標(biāo)稱值或“空”值。相反,對(duì)于具有相反極性的曲率(對(duì)應(yīng)于反射的vfl投射光聚焦高度在圖8中的工件表面320'之下)的波前(wf”),檢測(cè)點(diǎn)(ds1”和ds2”)將呈現(xiàn)在比空位置ds1和ds2分開更靠近在一起的位置處,并且聚焦偏差信號(hào)(fds”)將小于其標(biāo)稱值或“空”值。光學(xué)檢測(cè)器885'是“定向”型光學(xué)檢測(cè)器,因?yàn)橄鄬?duì)于工件表面320'的散焦(defocus)方向可以根據(jù)聚焦偏差信號(hào)的極性來確定。圖9b示出了包括已知類型的軸向聚焦位置傳感器的光學(xué)檢測(cè)器885”,其是可以包括透鏡910、分束器912,第一針孔孔徑920a和檢測(cè)器925a、以及第二針孔孔徑920b和檢測(cè)器925b的定向型傳感器。在操作中,透鏡910輸入輸入光845(例如,反射的vfl投射光845),并將其作為聚焦光束915朝著分束器912發(fā)射,分束器912將其分成第一和第二測(cè)量束915a和915b。如圖9b所示,第一孔徑920a可以放置在具有稍微小于透鏡910的標(biāo)稱焦距的到透鏡910的光路長(zhǎng)度的位置處,并且第二孔徑920b可以位于具有稍長(zhǎng)的光路長(zhǎng)度。因此,如圖9b所示,當(dāng)?shù)诙y(cè)量束915b近似地聚焦在第二孔徑920b時(shí),第二光電檢測(cè)器925b將接收第二測(cè)量束915b中的所有能量,并在信號(hào)線926b上輸出具有最大值的第二檢測(cè)器信號(hào)。同時(shí),第一測(cè)量束915a的焦點(diǎn)將超出到第一孔徑920a的光路長(zhǎng)度。因此,第一孔徑920a將擋住第一測(cè)量束915a的一部分,并且第一光電檢測(cè)器925a將在信號(hào)線926a上輸出具有比信號(hào)線926b上的第二檢測(cè)器信號(hào)更低的值的第一檢測(cè)器信號(hào)。通常,兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)之間的差將根據(jù)輸入光845的軸向聚焦位置而變化,輸入光845的軸向聚焦位置取決于其光射的標(biāo)稱會(huì)聚或發(fā)散,其與其波前曲率相關(guān)。因此,當(dāng)反射的vfl投射光845聚焦在工件表面320'時(shí),光學(xué)檢測(cè)器885”可以以類似于光學(xué)檢測(cè)器885'的方式對(duì)反射的vfl投射光845進(jìn)行響應(yīng)??梢詫⒐鈱W(xué)檢測(cè)器885”視為“定向”型光學(xué)檢測(cè)器,因?yàn)橄鄬?duì)于工件表面320'的散焦方向可以基于被確定為其兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)之間的差的聚焦偏差信號(hào)的極性來確定,或者基于被確定為其兩個(gè)檢測(cè)器信號(hào)的比率的聚焦偏差信號(hào)是大于還是小于1來確定,等。根據(jù)另一解釋,第一和第二針孔孔徑920a和920b可以被認(rèn)為是與稍微不同的聚焦z高度相關(guān)的共焦孔徑。它們的檢測(cè)器信號(hào)的組合提供如上所述的“定向型”聚焦偏差信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解,如果光學(xué)檢測(cè)器僅包括一個(gè)共焦孔徑,則可以獲得與vfl投射光843在工件表面320'的散焦程度相關(guān)的變化信號(hào)。這種光學(xué)檢測(cè)器可以被表征為“量值”型光學(xué)檢測(cè)器,在于所得到的信號(hào)指示散焦的程度而不是其方向。盡管在一些實(shí)施方式中,可以與包括在系統(tǒng)800中的其它定時(shí)信息相關(guān)地(例如,與在透鏡控制器371的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器372中已知的相位定時(shí)相關(guān)地)處理來自量值型光學(xué)檢測(cè)器的順序(sequential)信號(hào)值,以便確定散焦的方向及其量值。圖10是示出第一和第二聚焦偏差信號(hào)fds和fds'的圖1000。如圖10所示,相對(duì)于vfl投射光的聚焦z高度與工件表面320'的z高度之間的差,繪制了聚焦偏差信號(hào)。該差為零的位置被標(biāo)記為“fd=0”。在該位置,第一和第二聚焦偏差信號(hào)fds和fds'被示出為具有空值或參考值,其在各種實(shí)施方式中是穩(wěn)定的校準(zhǔn)的或已知的值,其每當(dāng)vfl投射光的聚焦z高度與工件表面320'的z高度相匹配時(shí)而獲得。在一個(gè)示例中,聚焦偏差信號(hào)fds可以被認(rèn)為是由定向型聚焦確定部分提供的,所述定向型聚焦確定部分包括定向型光學(xué)檢測(cè)器,如圖9a或圖9b所示的那些定向型光學(xué)檢測(cè)器中的一個(gè),如前所述。在一些實(shí)施方式中,關(guān)于圖9a或9b描述的原始傳感器信號(hào)的信號(hào)處理可以允許由線fds指示的聚焦偏差響應(yīng)曲線是相對(duì)穩(wěn)定的,而與工件表面320'的反射特性無關(guān)。在其它實(shí)施方式中,信號(hào)處理可以使得聚焦偏差信號(hào)fds的“縮放”或增益根據(jù)工件表面320'的反射率而變化。例如,由線fds'指示的聚焦偏差響應(yīng)曲線可以與具有相對(duì)較低的反射率的工件表面320'相關(guān)聯(lián)。然而,在任一種情況下,聚焦偏差信號(hào)fds和fds'均基于響應(yīng)于vfl投射光的聚焦z高度與工件表面區(qū)域的z高度之間的差的光學(xué)檢測(cè)器信號(hào),其中vfl投射光聚焦z高度表示成像系統(tǒng)聚焦z高度,因此兩個(gè)聚焦偏差信號(hào)均表示成像系統(tǒng)聚焦z高度與工件表面區(qū)域的z高度之間的差。圖11a至圖11c示出了相互關(guān)聯(lián)的時(shí)序圖,用于圖示如下的各個(gè)方面:基于聚焦偏差信號(hào),確定與當(dāng)成像系統(tǒng)聚焦z高度與工件表面z高度近似重合時(shí)的時(shí)間相關(guān)的曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)。圖11b和圖11c所示的聚焦偏差信號(hào)是預(yù)期的聚焦偏差信號(hào)行為的示意性或定性表示。為了說明的目的,信號(hào)的某些部分的縮放可能與其它部分相關(guān)地被夸大。圖11a示出了時(shí)序圖1100a,其圖示了在對(duì)應(yīng)于如先前參考圖8概述的周期性調(diào)制的vfl透鏡370的操作的聚焦z高度的周期性調(diào)制期間,聚焦z高度1110與工件表面z高度之間的關(guān)系。示出了由透鏡控制器371驅(qū)動(dòng)的對(duì)應(yīng)于vfl透鏡370的調(diào)制時(shí)段的聚焦調(diào)制時(shí)段pfm。在圖11a所示的示例中,在聚焦調(diào)制pfm中,聚焦z高度與工件表面z高度surfz在時(shí)間t1和t3兩次重合。對(duì)于周期性聚焦調(diào)制的每個(gè)周期,例如在時(shí)刻t1'和t3',該圖案重復(fù)。在時(shí)間t2,聚焦z高度與具有第一“極性”的表面z高度surfz最大地不同,并且在時(shí)間t4,聚焦z高度與具有相反極性的表面z高度surfz最大地不同。圖11b示出了時(shí)序圖1100b,其圖示了與圖11a所示的條件對(duì)應(yīng)的代表性聚焦偏差信號(hào)fds。聚焦偏差信號(hào)fds可以從如先前參考圖8所示的聚焦確定部分880概述地操作的“量值”型聚焦確定部分(例如,包括單個(gè)共焦光學(xué)檢測(cè)器的聚焦確定部分,如先前在與圖9b相關(guān)的討論中概述的)獲得。在一個(gè)實(shí)施方式中,至少在聚焦確定時(shí)間段期間,所示的連續(xù)聚焦偏差信號(hào)fds可由低時(shí)延光學(xué)檢測(cè)器885提供,該低時(shí)延光學(xué)檢測(cè)器885與來自vfl投射光源840的連續(xù)照射協(xié)同地工作,如下面更詳細(xì)描述的。在圖11b所示的示例中,當(dāng)聚焦z高度與表面z高度surfz在時(shí)間t1和t3(參見圖11a)重合時(shí),聚焦偏差信號(hào)fds具有最大值或峰值。對(duì)于周期性聚焦調(diào)制的每個(gè)周期,例如在時(shí)刻t1'和t3',該圖案重復(fù)。在時(shí)間t2,聚焦z高度與具有第一“極性”的表面z高度surfz最大地不同,并且在時(shí)間t4,聚焦z高度與具有相反極性的表面z高度surfz最大地不同(參見圖11a),導(dǎo)致對(duì)于在時(shí)刻t2和t4所示的聚焦偏差信號(hào)fds所示的相應(yīng)的谷值或“負(fù)峰值”最小值。如先前參考圖8所概述的,圖11b所示的聚焦偏差信號(hào)fds可以從聚焦確定部分880輸出到曝光定時(shí)調(diào)整電路890。曝光定時(shí)調(diào)整電路890輸入聚焦偏差信號(hào)fds,并基于聚焦偏差信號(hào)fds確定與當(dāng)成像系統(tǒng)聚焦z高度與工件表面區(qū)域z高度近似重合時(shí)的時(shí)間相關(guān)的曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中,曝光定時(shí)調(diào)整電路890可以包括低時(shí)延峰值檢測(cè)電路,其配置為通過在時(shí)間t1或t3或兩者檢測(cè)聚焦偏差信號(hào)fds的峰值來輸出或啟動(dòng)脈沖或觸發(fā)信號(hào)。在該示例中,這樣的脈沖或觸發(fā)信號(hào)可以被認(rèn)為是曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)??梢愿鶕?jù)已知原理配置各種類型的合適的低時(shí)延峰值檢測(cè)器電路。例如,一些實(shí)施方式可以包括使用市售的峰值檢測(cè)ic,其可以根據(jù)從其制造商可獲得的應(yīng)用筆記來配置以提供各種功能,功能包括響應(yīng)于峰值檢測(cè)輸出如上所述的觸發(fā)信號(hào)、和/或在預(yù)定時(shí)間段或輸入信號(hào)改變之后復(fù)位,等。如先前參考圖8所述的,曝光選通時(shí)間控制器895配置為輸入來自曝光定時(shí)調(diào)整電路890的曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào),并且基于曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)提供調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間,其中成像系統(tǒng)聚焦z高度在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間,與工件表面區(qū)域z高度近似重合。在與上述描述一致的各種示例性實(shí)施方式中,曝光選通時(shí)間控制器895可以短暫地啟用或激活選通元件,如由上述曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)或觸發(fā)信號(hào)的定時(shí)觸發(fā)的,以有效地控制在對(duì)應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)的特定的相位定時(shí)的短暫的圖像曝光。為了增加曝光而不使所得到的圖像模糊,在包括跨越多個(gè)聚焦調(diào)制時(shí)段的相機(jī)圖像整合時(shí)段的圖像獲取時(shí)間段期間,曝光選通時(shí)間控制器895可以配置為在每個(gè)聚焦調(diào)制時(shí)段期間重復(fù)如上所述的短暫圖像曝光,以提供期望水平的整體圖像曝光。在一種這樣的實(shí)施方式中,曝光選通時(shí)間控制器895可以配置為由上述曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)重復(fù)地觸發(fā)。在另一個(gè)這樣的實(shí)施方式中,曝光選通時(shí)間控制器895可以包括與周期性聚焦調(diào)制(例如,與在透鏡控制器371的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器372中已知的周期性驅(qū)動(dòng)信號(hào)相關(guān))同步的定時(shí)時(shí)鐘。在這種情況下,曝光選通時(shí)間控制器895可以配置為登記(register)上述的曝光時(shí)間調(diào)整信號(hào)“觸發(fā)信號(hào)”的相位定時(shí)(例如,t1或t3、或兩者的相位定時(shí)),并基于其定時(shí)時(shí)鐘和所登記的相位定時(shí),在整個(gè)圖像獲取時(shí)間段中的每個(gè)聚焦調(diào)制時(shí)段期間,在相同的相位定時(shí)重復(fù)短暫圖像曝光。如前所述,在一些實(shí)施例中,由曝光選通時(shí)間控制器895控制的選通元件可以是快速電子相機(jī)快門。在其它實(shí)施例中,由曝光選通時(shí)間控制器895控制的選通元件可以是選通的成像光源(例如,圖8所示的成像光源330)。可控光源驅(qū)動(dòng)器(電源)可以包括在曝光選通時(shí)間控制器895或光源中,并且可以受控于或基于曝光時(shí)間調(diào)整信號(hào)“觸發(fā)信號(hào)”來控制。圖11c示出了時(shí)序圖1100c,其圖示了與圖11a所示的條件對(duì)應(yīng)的代表性聚焦偏差信號(hào)fds。聚焦偏差信號(hào)fds可以從“定向”型聚焦確定部分(例如,包括圖9a或圖9b所示的光學(xué)檢測(cè)器885'或885”之一的聚焦確定部分,光學(xué)檢測(cè)器885'或885”操作以提供參考圖10所述的聚焦偏差響應(yīng)曲線)獲得。在一個(gè)實(shí)施方式中,圖11c所示的所圖示的連續(xù)聚焦偏差信號(hào)fds可以由低時(shí)延光學(xué)檢測(cè)器885(例如,使用低時(shí)延光電檢測(cè)器的光學(xué)檢測(cè)器885”)來提供,該低時(shí)延光學(xué)檢測(cè)器885至少在聚焦確定時(shí)間段期間,與來自vfl投射光源840的連續(xù)或變化的相位定時(shí)選通照射協(xié)同地操作。在圖11c所示的示例中,當(dāng)聚焦z高度在時(shí)間t1和t3與表面z高度surfz重合時(shí)(參見圖11a),聚焦偏差信號(hào)fds具有空水平輸出值(如前面參考圖10所概述的)。對(duì)于周期性聚焦調(diào)制的每個(gè)周期,例如,在時(shí)間t1'和t3',該圖案重復(fù)。在時(shí)間t2,聚焦z高度與具有第一“極性”的表面z高度surfz最大地不同,并且在時(shí)間t4,聚焦z高度與具有相反極性的表面z高度surfz最大地不同(參見圖11a),導(dǎo)致對(duì)于在時(shí)間t2和t4示出的聚焦偏差信號(hào)fds所示的相應(yīng)的正和負(fù)信號(hào)峰值。如先前參考圖8所概述的,圖11c所示的聚焦偏差信號(hào)fds可以從聚焦確定部分880輸出到曝光定時(shí)調(diào)整電路890。曝光定時(shí)調(diào)整電路890輸入聚焦偏差信號(hào)fds,并基于聚焦偏差信號(hào)fds確定與當(dāng)成像系統(tǒng)聚焦z高度與工件表面區(qū)域z高度近似重合時(shí)的時(shí)間相關(guān)的曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中,曝光定時(shí)調(diào)整電路890可以包括低時(shí)延比較器電路,其配置為使用“空”信號(hào)水平作為參考水平,并且當(dāng)聚焦偏差信號(hào)fds與參考水平匹配時(shí)(例如,在時(shí)間t1或t3、或兩者)輸出或啟動(dòng)脈沖或觸發(fā)信號(hào)。在該示例中,這樣的脈沖或觸發(fā)信號(hào)可以被認(rèn)為是曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)。在曝光選通時(shí)間控制器(例如,曝光選通時(shí)間控制器895)中對(duì)這樣的脈沖或觸發(fā)信號(hào)的使用以前已經(jīng)參考圖11b描述了,并且在本實(shí)施方式中可以遵循類似的原理。圖12和圖13是可以被操作以使用包括高速周期性調(diào)制的vfl透鏡的成像系統(tǒng)來提供自動(dòng)聚焦的圖像的系統(tǒng)的第二和第三實(shí)施方式的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解,圖12和圖13的系統(tǒng)與系統(tǒng)800或圖8共享多個(gè)特性,并且可以在很大程度上通過基于前面的描述類比來理解。圖12和圖13的某些編號(hào)的部件可以對(duì)應(yīng)于和/或具有與圖8的類似編號(hào)的部件類似的操作,除非以下另有描述。因此,將不再詳細(xì)描述這些類似的部件和共享特性。以下描述強(qiáng)調(diào)了操作的、與先前參考圖8描述的系統(tǒng)實(shí)施方式相比是新的或附加的某些元件和方面。具體地,強(qiáng)調(diào)與用于提供和控制用于圖像獲取的光的不同實(shí)施方式相關(guān)的元件和操作(與提供和控制用于聚焦確定的vfl投射光843相關(guān))。圖12是可以被操作以使用包括高速周期性調(diào)制的可變焦距(vfl)透鏡370的成像系統(tǒng)來提供自動(dòng)聚焦的圖像的系統(tǒng)800'的第二實(shí)施方式的示意圖。系統(tǒng)800'包括成像系統(tǒng)810、vfl透鏡控制器371、光源840'、聚焦確定部分880、曝光定時(shí)調(diào)整電路890和曝光選通時(shí)間控制器895,其可以根據(jù)先前概述的原理配置和操作,除非下面另有說明。與參考圖8描述的僅僅是提供vfl投射光843的vfl投射光源的光源840相反,組合光源840'在圖12中示出。組合光源840'配置為分別提供源自相應(yīng)的光發(fā)生器841和830的vfl投射光843和成像光832'。在各種實(shí)施方式中,光發(fā)生器841和830可以輸出不同的可見光或不可見波長(zhǎng),其條件是vfl投射光843中的波長(zhǎng)在光學(xué)檢測(cè)器885的感測(cè)范圍內(nèi),且成像光832'中的波長(zhǎng)在相機(jī)360的感測(cè)范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解,與圖8所示的配置相比,在這里描述的實(shí)施方式中,用于圖像獲取的成像光832'是在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間總是聚焦在工件表面320'處的vfl投射圖像光,這在許多應(yīng)用中是期望的。組合光源840'中的光發(fā)生器830可以由曝光時(shí)間控制器895控制,以根據(jù)先前概述的原理在圖像獲取時(shí)間段期間在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間曝光圖像。在各種實(shí)施例中,組合光源840'中的光發(fā)生器841可以由配置為在聚焦確定時(shí)間段期間(例如,使用控制線897)控制vfl投射光843的定時(shí)的聚焦確定光控制電路(例如,包括在曝光定時(shí)調(diào)整電路890中)獨(dú)立地控制。在一些實(shí)施方式中,可以連續(xù)地提供vfl投射光843,并且在其它實(shí)施方式中,可以在聚焦確定時(shí)間段期間選通vfl投射光843。在一些實(shí)施方式中,可以在基于聚焦偏差信號(hào)和/或曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)調(diào)整的時(shí)間選通vfl投射光843(例如,如下參考圖14進(jìn)一步所述的)。在一些實(shí)施方式中,圖像獲取時(shí)間段可以與聚焦確定時(shí)間段重疊。在這樣的實(shí)施方式中,可以沿著分束器889和相機(jī)360之間的成像光路包括合適的窄帶波長(zhǎng)濾波器889',以防止反射的vfl投射光845中的波長(zhǎng)影響所獲取的圖像。當(dāng)然,如果圖像獲取時(shí)間段與聚焦確定時(shí)間段不重疊,則不需要波長(zhǎng)濾波器889'。圖13是操作以使用包括高速周期調(diào)制的可變焦距(vfl)透鏡370的成像系統(tǒng)來提供自動(dòng)聚焦的圖像的系統(tǒng)800”的第三實(shí)施方式的示意圖。系統(tǒng)800”包括成像系統(tǒng)810、vfl透鏡控制器371、光源840”、聚焦確定部分880、曝光定時(shí)調(diào)整電路890和曝光選通時(shí)間控制器895,其可以根據(jù)先前概述的原理配置和操作,除非下面另有說明。與參考圖12描述的光源840'相反,圖12中示出了單發(fā)生器光源840”。系統(tǒng)800配置為使用單發(fā)生器光源840”來提供源自同一發(fā)生器830”的vfl投射光843和成像光832。在各種實(shí)施方式中,單發(fā)生器光源840”中的光發(fā)生器830”可以輸出在光學(xué)檢測(cè)器885和相機(jī)360的感測(cè)范圍內(nèi)的可見或不可見波長(zhǎng)。將理解的是,類似于圖12中所示的配置,在這里描述的實(shí)施方式中,用于圖像獲取的成像光832是在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間總是聚焦在工件表面320'處的vfl投射圖像光。在該實(shí)施方式中,曝光定時(shí)調(diào)整電路890和曝光時(shí)間控制器895可以與單個(gè)發(fā)生器830”的共享控制(例如,使用信號(hào)線897)合并和/或不可區(qū)分。光發(fā)生器830”可以被控制以在圖像獲取時(shí)間段期間在調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間曝光圖像,并且在聚焦確定時(shí)間段期間由曝光定時(shí)調(diào)整電路890中的聚焦確定光控制電路控制。在一些實(shí)施方式中,根據(jù)先前描述的原理,這些操作可以在獨(dú)立的聚焦確定和圖像獲取時(shí)間段期間執(zhí)行。然而,在其它實(shí)施方式中,由于成像光832、vfl投射光843和反射的vfl投射光845全部是由同一光源840”提供的“相同的光”,所以至少在某些操作時(shí)段期間,聚焦確定和圖像獲取時(shí)段可以重疊。例如,應(yīng)當(dāng)理解,在根據(jù)先前概述的原理的“聚焦的”圖像獲取期間,聚焦確定部分880和曝光定時(shí)調(diào)整電路890可以通過輸入選通的vfl投射光的用于成像的一部分(即,返回到分束器889并沿著聚焦監(jiān)視光路844反射的“分離”部分),如上所述繼續(xù)操作。先前描述的聚焦原理與在聚焦確定部分880中使用連續(xù)的或選通的光兼容,并且/或者基于本文公開的原理,關(guān)聯(lián)的電路和/或例程可以容易地適應(yīng)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)選通光的使用。如此,應(yīng)當(dāng)理解,一旦根據(jù)先前概述的原理,成像系統(tǒng)聚焦位置已經(jīng)被布置成與工件表面320'重合,系統(tǒng)800”就可以被操作為“跟蹤自動(dòng)聚焦”系統(tǒng),其可以連續(xù)地聚焦和成像可變高度工件表面320'(如其在成像系統(tǒng)810的視野上被掃描)。還將理解,當(dāng)由聚焦確定部分880提供的聚焦偏差信號(hào)指示工件表面320'失焦時(shí),圖像獲取操作可中斷。光源840”可以以連續(xù)或選通模式操作以支持根據(jù)本文先前描述的原理的自動(dòng)聚焦操作,直到成像系統(tǒng)810再次聚焦在工件表面320'處為止。圖14示出了時(shí)序圖1400,其圖示了使用與相對(duì)慢的光學(xué)檢測(cè)器結(jié)合的“量值”型聚焦確定部分的一個(gè)實(shí)施方式來確定曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)的某些方面。在一些實(shí)施方式中,如先前在此概述的使用低時(shí)延光學(xué)檢測(cè)器和/或低時(shí)延電路(例如,數(shù)微秒、或一微秒、或更小的量級(jí)的時(shí)延)可能是不切實(shí)際的。然而,如果選通的照射被輸入到聚焦確定部分880,則可以在聚焦確定期間允許較慢的檢測(cè)器和電路。例如,時(shí)序圖1400示出了整合的聚焦偏差信號(hào)1401可以用作和/或確定曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào)。在圖14所示的示例中,在“開始”時(shí)間段期間,反射的vfl投射光(例如,前述的光845)在周期性聚焦調(diào)制的多個(gè)時(shí)段中在一致的相位定時(shí)被選通,并且聚焦確定部分880中的信號(hào)整合器累積整合的聚焦偏差信號(hào)。在一些實(shí)施方式中,信號(hào)整合器可以簡(jiǎn)單地包括光學(xué)檢測(cè)器885中的“慢”光學(xué)檢測(cè)器,其累積各種選通脈沖的光子。例如,如果vlf透鏡370以70khz的頻率周期性地調(diào)制,則調(diào)制時(shí)段近似為14μs。慢光電檢測(cè)器可以具有150μs(或更多)量級(jí)的響應(yīng)時(shí)間,在此期間,在特定相位定時(shí)的至少10個(gè)選通脈沖可被這種光電檢測(cè)器累積和“整合”。在任何情況下,圖14所示的“調(diào)整周期”時(shí)間段的長(zhǎng)度可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員基于信號(hào)整合器的響應(yīng)時(shí)間來選擇以提供期望的操作特性。參考圖11c所示的示例性聚焦偏差信號(hào),可以說,基于“開始”時(shí)間段的結(jié)束時(shí)的整合的聚焦偏差信號(hào)的正結(jié)束值ev0,在整個(gè)“開始”時(shí)間段中選通的脈沖的特定相位定時(shí)落在t1與t3之間的范圍內(nèi)的某處。在各種實(shí)施方式中,曝光定時(shí)調(diào)整電路890可以配置為執(zhí)行“相位定時(shí)搜索”,以識(shí)別產(chǎn)生用于整合的聚焦偏差信號(hào)的空輸出的相位定時(shí),其對(duì)應(yīng)于根據(jù)先前描述的原理聚焦在工件表面320'上。例如,在一個(gè)實(shí)施方式中,曝光定時(shí)調(diào)整電路890可以通過在第一調(diào)整周期時(shí)間段adjc1期間將相位定時(shí)提前60度的預(yù)設(shè)量來簡(jiǎn)單地調(diào)整相位定時(shí),并且評(píng)估結(jié)束值ev1與空輸出水平和/或先前的結(jié)束值ev0之間的差,以便確定下一個(gè)調(diào)整量。在圖14所示的示例中,由于結(jié)束值ev1小于空輸出水平(與ev0相反)并且比ev0更接近空輸出水平,所以曝光定時(shí)調(diào)整電路890可以通過將相位定時(shí)延遲小于60度的量(例如30度)來調(diào)整相位定時(shí)。操作可以以類似的方式繼續(xù)以在進(jìn)一步調(diào)整之后確定結(jié)束值ev2和ev3。當(dāng)結(jié)束值足夠接近空輸出水平(例如,ev4)時(shí),可以采取在最后的調(diào)整周期時(shí)間段期間(例如,在adjc3期間)使用的對(duì)應(yīng)的特定相位定時(shí),作為與聚焦條件對(duì)應(yīng)的相位定時(shí)。該相位定時(shí)值可以被認(rèn)為是從聚焦偏差信號(hào)導(dǎo)出的曝光定時(shí)調(diào)整信號(hào),并且被輸出到曝光選通時(shí)間控制器895,其可以根據(jù)先前概述的原理將該相位定時(shí)直接用作調(diào)整后的圖像曝光時(shí)間。應(yīng)當(dāng)理解,一旦已經(jīng)根據(jù)先前概述的原理將成像系統(tǒng)聚焦位置布置成與工件表面320'重合,則可以使用上面參考圖14概述的原理提供“跟蹤自動(dòng)聚焦”系統(tǒng)。例如,在一些實(shí)施方式中,可以周期性地(例如,每14毫秒、或周期性調(diào)制的1000個(gè)時(shí)段、或更少)暫停圖像獲取。因?yàn)榭赡軆H需要最小的聚焦調(diào)整以便連續(xù)地聚焦在掃描的表面上,所以,盡管在各種實(shí)施例中使用了相對(duì)慢的光電檢測(cè)器和/或電路,但是對(duì)于圖14概述的處理可能需要10毫秒或更少的量級(jí)。雖然已經(jīng)示出和描述了本公開的優(yōu)選實(shí)施方式,但是基于本公開,所示和所描述的特征布置和操作序列的各種變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的??梢允褂酶鞣N替代形式來實(shí)現(xiàn)本文公開的原理。此外,可以組合上述各種實(shí)施方式以提供進(jìn)一步的實(shí)施方式。本說明書中引用的所有美國專利和美國專利申請(qǐng)通過全文引用被并入本文。如果需要?jiǎng)t可以修改實(shí)施方式的各方面以采用各種專利和申請(qǐng)的概念以提供進(jìn)一步的實(shí)施方式。根據(jù)上述詳細(xì)描述,可以對(duì)實(shí)施方式進(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)被解釋為將權(quán)利要求限制于說明書和權(quán)利要求中公開的具體實(shí)施方式,而應(yīng)被解釋為包括所有可能的實(shí)施方式以及這些權(quán)利要求的等同物的全部范圍。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12
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