專利名稱：高分辨率自動(dòng)對焦檢查系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及幅材制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
幅材制造技術(shù)用于多種行業(yè)。幅材材料一般是指在幅材橫向方向上具有固定尺寸且在幅材縱向方向上具有預(yù)定或未定長度的任何片狀材料。幅材材料的實(shí)例包括(但不限于)金屬、紙張、織造材料、非織造材料、玻璃、聚合物薄膜、柔性電路、帶材以及它們的組合。有時(shí)使用金屬材料來制造幅材，所用的金屬材料包括鋼和鋁，但其他金屬也可用于幅材制造?？椩觳牧弦话闶侵缚椢锱e例來說，非織造材料包括紙張、過濾介質(zhì)以及絕緣材料。例如，薄膜包括透光的不透明聚合物薄膜，包括層合物和帶涂層的薄膜，以及用于計(jì)算機(jī)顯示器、電視機(jī)等的多種光學(xué)薄膜。幅材制造方法通常利用連續(xù)的饋送制造系統(tǒng)，并且通常包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)式或幅材驅(qū)動(dòng)式可旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部件，例如，輥、澆注輪、皮帶輪、齒輪、牽引輥、惰輥等。這些系統(tǒng)通常包括電子控制器，這些電子控制器輸出控制信號，以使用電機(jī)并且以預(yù)定速度驅(qū)動(dòng)幅材。在許多情況下，希望檢查幅材材料，看看幅材材料中是否存在瑕疵缺陷。對于設(shè)計(jì)成具有特定特性或性質(zhì)的任何幅材材料而言，幅材材料檢查可能特別重要，這是為了確保此類特性或性質(zhì)中不存在缺陷。然而，人工檢查會(huì)限制幅材制造的通過量，并且可能容易出現(xiàn)人為誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述一種用于對幅材材料上的特征進(jìn)行高分辨率檢查的自動(dòng)檢查系統(tǒng)、裝置和技術(shù)。所述技術(shù)可尤其用于對幅材材料進(jìn)行高分辨率檢查，這些幅材材料制造成包括采用微米級的微結(jié)構(gòu)。所述技術(shù)可用于對沿著特定幅材行進(jìn)的幅材材料進(jìn)行檢查，所述特定幅材包括微復(fù)制結(jié)構(gòu)和微印刷結(jié)構(gòu)，例如，采用微接觸印刷制成的那些結(jié)構(gòu)。此外，所述技術(shù)還可用于對輸送機(jī)上的各個(gè)離散物體進(jìn)行檢查。本發(fā)明中所述的結(jié)構(gòu)和技術(shù)可有利于對高分辨率檢查光學(xué)器件的準(zhǔn)確檢查和自動(dòng)對焦，對焦在小于10微米的公差內(nèi)。所述自動(dòng)對焦檢查光學(xué)器件可補(bǔ)償z軸上所謂的幅材顫動(dòng)，所述z軸是指正交于二維幅材或輸送機(jī)的表面的軸。通過在這些公差內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對焦，可顯著改善幅材檢查，從而改善與特征大小小于5微米或甚至小于一微米的幅材材料相關(guān)的制造過程。在一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明描述一種檢查裝置。所述檢查裝置可包括相機(jī)組件，所述相機(jī)組件包括捕獲與所檢查的物體相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡；基于準(zhǔn)直光形成物體圖像的成像透鏡；以及呈現(xiàn)圖像以用于檢查所述物體的相機(jī)，其中所述相機(jī)組件限定距所述物鏡的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定所述相機(jī)組件的焦點(diǎn)。所述檢查裝置還可包括光學(xué)傳感器，其經(jīng)定位以檢測所述物鏡與所述物體之間的實(shí)際距離；致動(dòng)器，其控制所述物鏡的定位，以便控制所述物鏡與所述物體之間的所述實(shí)際距離，其中當(dāng)所述致動(dòng)器移動(dòng)所述物鏡時(shí)，所述成像透鏡保持在固定位置；以及控制單元，其從所述光學(xué)傳感器接收表示所述實(shí)際距離的信號，并且產(chǎn)生用于所述致動(dòng)器的控制信號，以調(diào)整所述實(shí)際距離，從而使得所述實(shí)際距離保持基本等于所述焦點(diǎn)距離。在另一實(shí)例中，本發(fā)明描述一種使用檢查裝置的幅材系統(tǒng)。所述幅材系統(tǒng)可包括幅材材料，其限定幅材縱向維度和幅材橫向維度，其中z維度正交于所述幅材縱向維度和所述幅材橫向維度；一個(gè)或多個(gè)幅材引導(dǎo)元件，其將幅材饋送穿過所述幅材系統(tǒng)；以及檢查裝置。所述檢查裝置可包括相機(jī)組件，所述相機(jī)組件包括捕獲與幅材材料相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡；基于準(zhǔn)直光形成所述幅材材料的圖像的成像透鏡；以及呈現(xiàn)圖像以用于檢查所述幅材材料的相機(jī)，其中所述相機(jī)組件限定距所述物鏡的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定所述相機(jī)組件的焦點(diǎn)。此外，所述檢查裝置可包括光學(xué)傳感器，其經(jīng)定位以檢測所述Z維度上所述物鏡與所述幅材材料之間的實(shí)際距離；致動(dòng)器，其控制所述物鏡相對于所述幅材材料的定位，以便控制所述Z維度上所述物鏡與所述幅材材料之間的所述實(shí)際距離，其中當(dāng)所述致動(dòng)器移動(dòng)所述物鏡時(shí)，所述成像透鏡保持在固定位置；以及控制單元，其從所述光學(xué)傳感器接收表示所述Z維度上的所述實(shí)際距離的信號，并且產(chǎn)生用于所述致動(dòng)器的控制信號，以調(diào)整所述Z維度上的所述實(shí)際距離，從而使得所述Z維度上的所述實(shí)際距離保持基本等于所述焦點(diǎn)距離。在另一實(shí)例中，本發(fā)明描述一種方法。所述方法可包括經(jīng)由相對于物體定位的相機(jī)組件來捕獲所述物體的一個(gè)或多個(gè)圖像，其中所述相機(jī)組件包括捕獲與所述物體相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡，基于準(zhǔn)直光形成所述物體的圖像的成像透鏡，以及呈現(xiàn)所述一個(gè)或多個(gè)圖像以用于檢查所述物體的相機(jī)，其中所述相機(jī)組件限定距所述物鏡的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定所述相機(jī)組件的焦點(diǎn)。所述方法還可包括經(jīng)由光學(xué)傳感器來檢測所述物鏡與所述物體之間的實(shí)際距離；經(jīng)由控制單元產(chǎn)生用于致動(dòng)器的控制信號，所述致動(dòng)器控制所述物鏡的定位，其中所述控制單元從所述光學(xué)傳感器接收表示所述實(shí)際距離的信號，并且基于來自所述光學(xué)傳感器的所接收的信號來產(chǎn)生所述控制信號；以及應(yīng)用用于所述致動(dòng)器的所述控制信號，以調(diào)整所述物鏡相對于所述物體的定位，以便控制所述物鏡與所述物體之間的所述實(shí)際距離，從而使得所述實(shí)際距離保持基本等于所述焦點(diǎn)距離，其中當(dāng)所述致動(dòng)器移動(dòng)所述物鏡時(shí)，所述成像透鏡保持在固定位置。附圖和以下說明中示出了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例的細(xì)節(jié)。與實(shí)例相關(guān)的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從說明和附圖以及權(quán)利要求書中顯而易見。


圖1為示出了基于幅材的制造系統(tǒng)的一部分的示意圖，該制造系統(tǒng)可實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面。圖2為示出了符合本發(fā)明的檢查裝置的框圖。圖3為示出了物鏡相對于幅材材料的定位的示意圖。
圖4為示出了光學(xué)傳感器的示意圖，該光學(xué)傳感器可經(jīng)配置以實(shí)時(shí)檢測距物體(例如，幅材材料)的實(shí)際距離。圖5為示出了符合本發(fā)明的相機(jī)組件的橫截面示意圖。圖6為示出了符合本發(fā)明的技術(shù)的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明描述一種用于對幅材材料上的特征進(jìn)行高分辨率檢查的自動(dòng)檢查系統(tǒng)、裝置和技術(shù)。所述技術(shù)可尤其用于對幅材材料進(jìn)行高分辨率檢查，這些幅材材料制造成包括微米級的微結(jié)構(gòu)，包括微復(fù)制結(jié)構(gòu)和微印刷結(jié)構(gòu)，例如，采用微接觸印刷制成的那些結(jié)構(gòu)。此外，所述技術(shù)還可用于對輸送機(jī)上的物體進(jìn)行微米級檢查。處于此微米級，基于圖像的檢查可能需要高分辨率光學(xué)器件和高分辨率相機(jī)設(shè)備，以便呈現(xiàn)出可以有利于這種檢查的圖像，用于對圖像進(jìn)行自動(dòng)檢查或人工檢查。然而，高分辨率相機(jī)組件通常還限定非常小的焦點(diǎn)公差。例如，將分辨率限定為小于約I微米的相機(jī)組件還可將焦點(diǎn)公差限定為小于約2微米。在這種情況下，物體必須精確定位在對應(yīng)于相機(jī)組件的焦點(diǎn)的距離處，例如，在焦點(diǎn)距離的+/_2微米范圍內(nèi)，以便確保由該相機(jī)組件呈現(xiàn)對焦的圖像。幅材制造方法通常利用連續(xù)的饋送制造系統(tǒng)，并且通常包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)式或幅材驅(qū)動(dòng)式可旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部件，例如，輥、澆注輪、皮帶輪、齒輪、牽引輥、惰輥等。實(shí)施幅材制造的系統(tǒng)可包括電子控制器，這些電子控制器輸出控制信號，以使用電機(jī)并且以預(yù)定速度和/或預(yù)定力來驅(qū)動(dòng)幅材。幅材材料可進(jìn)行涂覆、擠壓、拉伸、模制、微復(fù)制、處理、拋光或以其他方式在幅材上進(jìn)行加工。此外，幅材材料一般是指在幅材橫向方向上具有固定尺寸且在幅材縱向方向上具有預(yù)定或未定長度的任何片狀材料，而且幅材材料的實(shí)例包括(但不限于)金屬、紙張、織造材料、非織造材料、玻璃、聚合物薄膜、光學(xué)薄膜、柔性電路、微復(fù)制結(jié)構(gòu)、微針、微接觸印刷幅材、帶材以及它們的組合。這些材料中的多種材料需要進(jìn)行檢查，以確定制造方法中是否存在缺陷。此類系統(tǒng)中十分可取的是使用基于相機(jī)的系統(tǒng)和圖像分析而實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)檢查，而且本發(fā)明的技術(shù)可以提高自動(dòng)檢查，尤其是高分辨率下的自動(dòng)檢查。由于與高分辨率成像相關(guān)的公差要求較嚴(yán)，因此對高分辨率檢查而言,對幅材材料進(jìn)行基于幅材的自動(dòng)檢查可尤其具有挑戰(zhàn)性。例如，幅材顫動(dòng)可致使幅材材料沿著所謂的“z軸”上下移動(dòng)，并且這種幅材顫動(dòng)可使幅材材料移動(dòng)約200微米。由于幅材一般恒定運(yùn)動(dòng)，因此幅材顫動(dòng)可致使高分辨率相機(jī)組件離開焦點(diǎn)。本發(fā)明描述了可補(bǔ)償這種幅材顫動(dòng)并確保相機(jī)組件相對于幅材材料保持在焦點(diǎn)上的裝置、技術(shù)和系統(tǒng)。此外，這些技術(shù)還可補(bǔ)償如下情況例如，幅材松垂、膨脹、彎曲、耗盡、卷曲以及幅材可能發(fā)生的由張力引起的起皺或平坦問題。通常，由任何原因引起的成像物體“離開平面”的缺陷可受益于本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容。幅材、輸送機(jī)上的物體或可在穿過相機(jī)組件時(shí)成像的任何其他物體均可以成像。為了對幅材顫動(dòng)或任何其他幅材移動(dòng)或者正在成像的物體或幅材的變化進(jìn)行這種補(bǔ)償，可實(shí)時(shí)對幅材材料(或其他物體)z軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行光學(xué)檢測，并且可利用對幅材材料的Z軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的這種光學(xué)檢測來驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器，從而調(diào)整相機(jī)組件的光學(xué)部件的定位。如此，相機(jī)組件可在恒定的連續(xù)反饋回路中進(jìn)行調(diào)整，從而使得相機(jī)組件的物鏡與幅材材料之間的距離可在焦點(diǎn)公差內(nèi)保持在焦點(diǎn)距離處。另外，為了幫助和/或簡化在相機(jī)組件的物鏡與幅材材料之間進(jìn)行距離調(diào)整，可使用壓電致動(dòng)器來只移動(dòng)物鏡，而并不移動(dòng)相機(jī)組件的其他較大的光學(xué)部件。因此，當(dāng)致動(dòng)器移動(dòng)物鏡時(shí)，相機(jī)組件的成像透鏡(以及相機(jī))可保持在固定位置。圖1為示出了示例性基于幅材的制造系統(tǒng)10的一部分的示意圖，該系統(tǒng)可實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面。盡管系統(tǒng)10將用來描述本發(fā)明的特征，但用于處理離散物體的輸送機(jī)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)也可受益于從本文的教導(dǎo)內(nèi)容。系統(tǒng)10包括幅材材料12，所述幅材材料可包括限定幅材縱向維度和幅材橫向維度的長片狀形成因數(shù)。z維度標(biāo)記為“z軸”并且正交于幅材縱向維度和幅材橫向維度。具體而言，本發(fā)明的技術(shù)可補(bǔ)償成像系統(tǒng)，以解決沿著圖1所示的z軸在z維度上發(fā)生的顫動(dòng)問題。系統(tǒng)10可包括用于將幅材材料12饋送穿過幅材系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)幅材引導(dǎo)元件14。幅材引導(dǎo)元件14 一般可表示多種機(jī)械部件，例如，輥、澆注輪、空氣軸承、皮帶輪、齒輪、牽引輥、擠壓機(jī)、齒輪泵等。為了在制造方法期間檢查幅材材料12，系統(tǒng)10可包括符合本發(fā)明的檢查裝置16。具體而言，檢查裝置16可包括相機(jī)組件18，所述相機(jī)組件包括捕獲與幅材材料12相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡20，基于準(zhǔn)直光形成幅材材料12的圖像的成像透鏡22，以及呈現(xiàn)圖像以用于檢查幅材材料12的相機(jī)24，其中相機(jī)組件18限定距物鏡20的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定相機(jī)組件18的焦點(diǎn)。就物鏡18可限定組件18相對于所成像的物體的焦點(diǎn)而言，相機(jī)組件18的焦點(diǎn)距離可與物鏡18的焦點(diǎn)距離相同。相機(jī)組件18還可包括多種其他光學(xué)元件，例如，鏡、波導(dǎo)管、濾光器等。濾光器23可經(jīng)定位以過濾成像透鏡22的輸出，從而過濾源自光學(xué)傳感器26的光。在這種情況下，光學(xué)傳感器26所用的光的波長可對應(yīng)于由濾光器23所阻擋的光的波長，這樣可避免成像過程中因存在源自光學(xué)傳感器26的雜散光而出現(xiàn)人工痕跡。在系統(tǒng)10中，光學(xué)傳感器26可經(jīng)定位以檢測z維度上(例如，沿著圖1所標(biāo)的z軸)物鏡20與幅材材料12之間的實(shí)際距離。如此，光學(xué)傳感器26可沿著z維度測量幅材顫動(dòng)。光學(xué)傳感器26可產(chǎn)生表示距控制單元28的實(shí)際距離的信號，所述控制單元繼而可產(chǎn)生用于致動(dòng)器30的控制信號。致動(dòng)器30可包括壓電晶體致動(dòng)器，用于控制物鏡20相對于幅材材料12的定位，從而控制z維度上物鏡20與幅材材料12之間的實(shí)際距離。如此，系統(tǒng)10可限定反饋回路，其中實(shí)際距離可實(shí)時(shí)測量并實(shí)時(shí)調(diào)整，從而使得z維度上的實(shí)際距離保持基本等于與相機(jī)組件18相關(guān)的焦點(diǎn)距離。然而，在其他實(shí)例中，致動(dòng)器30可包括音圈致動(dòng)器、線性電機(jī)、磁致伸縮致動(dòng)器或另一類型的致動(dòng)器。物鏡20可包括單個(gè)物鏡，或者可包括共同構(gòu)成物鏡20的第一多個(gè)透鏡。相似地，成像透鏡22可包括單個(gè)透鏡，或者可包括共同構(gòu)成成像透鏡22的第二多個(gè)透鏡。在一個(gè)實(shí)例中，成像透鏡22可包括共同構(gòu)成鏡筒透鏡的第二多個(gè)透鏡，如下文更詳細(xì)地解釋。根據(jù)本發(fā)明，致動(dòng)器30可連接到物鏡20，以便移動(dòng)物鏡20而不移動(dòng)相機(jī)組件18的其他部件。這可有助于確保響應(yīng)時(shí)間較快，并且可有助于簡化系統(tǒng)10。例如，在致動(dòng)器30為壓電晶體的情況下，可能期望的是限制可由致動(dòng)器30移動(dòng)的負(fù)載。物鏡20的重量可小于整個(gè)相機(jī)組件18的重量的十分之一。例如，物鏡20的重量可小于一英鎊(小于O. 455千克)，而相機(jī)組件18的重量可大于5英鎊(大于2. 27千克)。在一個(gè)具體的實(shí)例中，物鏡20的重量可為O. 5英鎊(O. 227千克)，而相機(jī)組件18的重量可為10英鎊(4. 545千克)。由于透鏡20上的光是準(zhǔn)直光，因此，物鏡20與成像透鏡22之間的距離可發(fā)生改變，而不會(huì)對相機(jī)組件18的焦點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，同時(shí)，物鏡20的移動(dòng)可用來調(diào)整相機(jī)組件18相對于幅材材料12的焦點(diǎn)，以便抵消幅材材料12輕微移動(dòng)(例如，顫動(dòng))的原因。因此，致動(dòng)器30可能需要移動(dòng)物鏡20，但不移動(dòng)相機(jī)組件18的其他部件。因此，當(dāng)致動(dòng)器30移動(dòng)物鏡20時(shí)，成像透鏡22和相機(jī)24保持在固定位置。如上所述，本發(fā)明的技術(shù)可尤其用于幅材材料的高分辨率成像。在一些情況下，幅材材料12移動(dòng)穿過檢查裝置16，并且在介于25微米與1000微米之間的顫動(dòng)距離內(nèi)顫動(dòng)。檢查裝置16可相對于幅材材料16定位，并且物鏡20可受到實(shí)時(shí)控制，以確保相機(jī)組件18基本保持在幅材材料12的焦點(diǎn)上，因?yàn)橹聞?dòng)器30對物鏡20的定位進(jìn)行控制，以補(bǔ)償可隨時(shí)間變化的顫動(dòng)距離。相機(jī)組件18可限定小于約2微米的分辨率，而且與相機(jī)組件18的焦點(diǎn)相關(guān)的距物鏡20的焦點(diǎn)距離可限定小于約10微米的焦點(diǎn)公差。即使這些公差較嚴(yán)，致動(dòng)器30(例如，采用壓電晶體致動(dòng)器的形式)也可調(diào)整z維度上物鏡20與幅材材料12之間的實(shí)際距離，從而使得z維度上的實(shí)際距離在焦點(diǎn)公差內(nèi)保持等于焦點(diǎn)距離。在一些情況下，相機(jī)組件18的分辨率可小于約I微米，而且相機(jī)組件18的焦點(diǎn)公差可小于約2微米，但系統(tǒng)可仍然實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整，足以確保焦點(diǎn)成像。為了正確地實(shí)時(shí)測量z軸顫動(dòng)，光學(xué)傳感器26可用傳感器光對幅材材料12進(jìn)行照明，檢測傳感器光的反射，并且基于傳感器光反射時(shí)的側(cè)向定位來確定z維度上(即，沿著z軸)的實(shí)際距離。光學(xué)傳感器26可相對于z維度定位在非正交位置，使得傳感器光導(dǎo)向幅材材料12，以便與z維度形成銳角。下文概述光學(xué)傳感器26的額外細(xì)節(jié)。圖2為示出了符合本發(fā)明的檢查裝置16的一個(gè)實(shí)例的框圖。如圖所示，檢查裝置16包括相機(jī)組件18,所述相機(jī)組件包括捕獲與所檢查物體相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡20，基于準(zhǔn)直光形成物體的圖像的成像透鏡22，以及呈現(xiàn)圖像以用于檢查物體的相機(jī)24。如上所述，相機(jī)組件18可限定距物鏡20的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定相機(jī)組件18的焦點(diǎn)。光學(xué)傳感器26經(jīng)定位以檢測物鏡20與物體(可為輸送機(jī)上的離散物體或如上所述的幅材材料)之間的實(shí)際距離。致動(dòng)器30控制物鏡20的定位，從而控制物鏡20與物體之間的實(shí)際距離?？刂茊卧?8從光學(xué)傳感器26接收表示實(shí)際距離的信號，并且產(chǎn)生用于致動(dòng)器30的控制信號，以調(diào)整實(shí)際距離，從而使得實(shí)際距離保持基本等于焦點(diǎn)距離。此外，如果控制單元28為計(jì)算機(jī)，那么控制單元28還可執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)圖像分析協(xié)議或技術(shù)，以便對由相機(jī)組件18呈現(xiàn)的圖像進(jìn)行分析，看看所成像的一個(gè)或多個(gè)物體中是否有潛在缺陷?？刂茊卧?8可包括用于致動(dòng)器的模擬控制器，或者在其他實(shí)例中，可包括多種計(jì)算機(jī)或處理器中的任一個(gè)。如果控制單元28作為計(jì)算機(jī)實(shí)施，那么它還可包括存儲(chǔ)器、輸入輸出裝置，以及任何其他計(jì)算機(jī)部件。在一些實(shí)例中，控制單元28可包括處理器，例如，通用微處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)，或其他等效集成或離散邏輯電路。軟件可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(或另一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))中，而且可在處理器中執(zhí)行，以執(zhí)行本發(fā)明的自動(dòng)對焦技術(shù)，并進(jìn)行任何圖像分析，以確定圖像是否存在缺陷。為了確保致動(dòng)器30可及時(shí)對物鏡20的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而確保相機(jī)組件18保持在焦點(diǎn)上，可能需要確保光學(xué)傳感器26的運(yùn)行頻率比相機(jī)24的圖像捕獲速率高。也就是說，光學(xué)傳感器26測量物鏡20與成像物體之間的實(shí)際距離所用的速率可大于相機(jī)24的圖像捕獲速率。此外，光學(xué)傳感器26進(jìn)行任何測量與經(jīng)由致動(dòng)器30對物鏡20的位置進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整之間的響應(yīng)時(shí)間可小于相機(jī)24連續(xù)兩次捕獲圖像之間的時(shí)間間隔。如此，可確保實(shí)時(shí)響應(yīng)，以便也確保相機(jī)組件18保持在成像物體的焦點(diǎn)上,所述物體可包括本文所述的幅材材料，或者可能還有輸送機(jī)上經(jīng)過相機(jī)組件18的離散物體。圖3為示出了物鏡20相對于幅材材料12定位的一個(gè)實(shí)例的示意圖。如圖3所示，幅材材料12在經(jīng)過輥14或系統(tǒng)的其他機(jī)械部件時(shí)可能會(huì)顫動(dòng)。在實(shí)施過程中，幅材材料12移動(dòng)經(jīng)過檢查裝置(圖3中未示出)的物鏡20，并且可在顫動(dòng)距離內(nèi)發(fā)生顫動(dòng)，所述顫動(dòng)距離可介于25微米與1000微米之間。換句話講，圖3所示的“顫動(dòng)范圍”可介于25微米與1000微米之間。在使用輸送機(jī)而非幅材材料并且檢查輸送機(jī)上的離散物體的系統(tǒng)中，顫動(dòng)距離范圍可同樣在25微米至1000微米的范圍內(nèi)。給定此顫動(dòng)范圍，則物鏡20與幅材材料12(圖3所示)之間的實(shí)際距離可在距離范圍內(nèi)發(fā)生變化。然而，通過經(jīng)由致動(dòng)器30來調(diào)整物鏡20的定位，檢查裝置可相對于幅材材料12更精確地定位。具體而言，根據(jù)本發(fā)明，物鏡20可基本保持在幅材材料的焦點(diǎn)上，因?yàn)橹聞?dòng)器30控制物鏡20的定位，從而補(bǔ)償顫動(dòng)范圍內(nèi)的顫動(dòng)距離。如上所述，因?yàn)榻裹c(diǎn)距離(以及焦點(diǎn)公差)可能非常敏感并且不在顫動(dòng)范圍內(nèi)，因此高分辨率成像可受益于此類技術(shù)。例如，限定小于約2微米的分辨率的相機(jī)組件還可限定距物鏡20的焦點(diǎn)距離，其中焦點(diǎn)公差小于約10微米。在這種情況下，致動(dòng)器30可調(diào)整實(shí)際距離，從而使得該實(shí)際距離在焦點(diǎn)公差內(nèi)保持等于焦點(diǎn)距離。對于分辨率小于約I微米的相機(jī)，焦點(diǎn)公差可小于約2微米，即使在這些情況下，本發(fā)明的技術(shù)也可適應(yīng)于對物鏡20進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。通常，約200微米的幅材顫動(dòng)遠(yuǎn)大于2微米分辨率成像透鏡的視野深度，該透鏡可限定約10微米的視野深度(即，焦距公差)。在這些情況下，本發(fā)明的自動(dòng)對焦技術(shù)可能非常有用。此外，在某些情況下，本發(fā)明的技術(shù)還可將對幅材平面的相對低頻響應(yīng)或“粗糙”調(diào)整與本文所述的相機(jī)組件的高頻響應(yīng)相結(jié)合。在一個(gè)實(shí)例中，致動(dòng)器30可包括得自德國納米電機(jī)有限公司(NanomotionIncorporated)的“PZT透鏡驅(qū)動(dòng)器”。得自美國國家儀器公司(National InstrumentsCorporation)的Labiew運(yùn)動(dòng)控制卡可用于控制單元28 (見圖1),以處理源于光學(xué)傳感器26的信息并且將控制信號發(fā)送到致動(dòng)器30，以便移動(dòng)物鏡20，用于自動(dòng)對焦。相機(jī)組件18的光學(xué)系統(tǒng)可使用具有物鏡和鏡筒透鏡的無限共軛設(shè)計(jì)，其中只有物鏡經(jīng)由致動(dòng)器30進(jìn)行移動(dòng)，以便于自動(dòng)對焦，而鏡筒透鏡保持在固定位置。在一個(gè)實(shí)例中，光學(xué)分辨率可為約2微米，而視野深度可為約10微米。圖4為示出了光學(xué)傳感器26的一個(gè)實(shí)例的示意圖，該光學(xué)傳感器可經(jīng)配置以實(shí)時(shí)檢測距物體(例如，幅材材料)的實(shí)際距離。光學(xué)傳感器26還可稱為三角測量傳感器。在圖4的實(shí)例中，光學(xué)傳感器26包括用傳感器光對物體進(jìn)行照明的源41，以及用于檢測傳感器光的反射的位置敏感檢測器(PSD)，光發(fā)射會(huì)散射物體12的光(圖4中未具體示出)。PSD 42基于傳感器光反射時(shí)的側(cè)向定位來確定實(shí)際距離。散射光可隨機(jī)散射,但是散射光中的大部分可沿著依賴于物體位置的路徑返回到PSD 42。為了示出光學(xué)傳感器26的操作，當(dāng)物體定位于位置46時(shí)，源41穿過點(diǎn)43發(fā)光，光在位置46的物體處發(fā)生反射，并沿著虛線48穿過點(diǎn)44回傳到PSD 42。另一方面，當(dāng)物體定位于位置47時(shí)，源41類似地穿過點(diǎn)43發(fā)光，光在位置47的物體處發(fā)生反射，但沿著實(shí)線49穿過點(diǎn)44回傳到PSD 42。PSD 42處所反射的光的側(cè)向運(yùn)動(dòng)45依賴于傳感器的幾何形狀和光學(xué)部件，但可進(jìn)行校準(zhǔn)，從而使得輸出恰好對應(yīng)于物體所經(jīng)歷的顫動(dòng)。如圖4所示(且也如圖1所示)，光學(xué)傳感器26可相對于物體定位在非正交位置，使得傳感器光導(dǎo)向該物體，以便與物體的主要表面形成銳角。這可能較為理想，以便確保光學(xué)傳感器26在通過相機(jī)組件18(見圖1)成像的精確點(diǎn)處檢測實(shí)際顫動(dòng)，同時(shí)確保光學(xué)傳感器26不會(huì)擋住物鏡20。顫動(dòng)對位置可能非常敏感，因此，光學(xué)傳感器26相對于物體定位在非正交位置，使得傳感器光導(dǎo)向物體，以便與物體的主要表面形成銳角，這種布置可能非常理想。在給定非正交位置的情況下，可使用簡單的三角學(xué)來校準(zhǔn)光學(xué)傳感器26。具體而言，在給定設(shè)計(jì)成用于檢測正交方向上的運(yùn)動(dòng)的光學(xué)傳感器的情況下，如果光學(xué)傳感器26以本發(fā)明所提出的非正交方式定位，那么可使用三角學(xué)來計(jì)算物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。此外，一種準(zhǔn)確地校準(zhǔn)光學(xué)傳感器26的簡單方式可使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這種情況下，可通過直接測量顫動(dòng)范圍內(nèi)的實(shí)際距離來對光學(xué)傳感器26進(jìn)行校準(zhǔn)?？稍跇O端(例如，與位置46和47相關(guān))以及位置46與47之間的一個(gè)或多個(gè)中間位置處執(zhí)行校準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)例中，光學(xué)傳感器26可包括基恩士 LKH-087 (Keyence LKH-087)傳感器，該傳感器具有約80毫米的較長工作距離，且可能夠使得傾斜入射角相對較小(例如，小于20度)。換句話講，由源于光學(xué)傳感器的光與幅材材料的表面構(gòu)成的銳角可為約70度。光學(xué)傳感器的定位偏離中心，可確保光學(xué)傳感器不會(huì)阻擋或阻礙由相機(jī)組件18(圖5中未示出)進(jìn)行的成像。圖5為示出了符合本發(fā)明的示例性相機(jī)組件50的橫截面示意圖。相機(jī)組件50可對應(yīng)于相機(jī)組件18，但不同于相機(jī)組件18，濾光器23并未示為相機(jī)組件50的一部分。相機(jī)組件50包括物鏡52，所述物鏡包括第一多個(gè)透鏡；以及成像透鏡54，所述成像透鏡包括第二多個(gè)透鏡。成像透鏡54可包括所謂的“鏡筒透鏡”。區(qū)域55對應(yīng)于物鏡52與成像透鏡54之間的區(qū)域，在該區(qū)域中使光準(zhǔn)直。相機(jī)56包括可對從成像透鏡54輸出的圖像進(jìn)行檢測并呈現(xiàn)該圖像的光電檢測器元件。在圖5的實(shí)例中，相機(jī)組件50的數(shù)值孔徑(NA)可為O. 16并且視野可為約12毫米，其中光學(xué)分辨率為約2微米?？梢砸欢ǖ牟东@速率來捕獲圖像，所述捕獲速率可針對不同應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。例如，如果使用區(qū)域模式相機(jī)，那么相機(jī)56的捕獲速率可為約30幀/秒。又如，如果使用線掃描相機(jī)，那么線掃描相機(jī)可以約IOOkHz的速度處理線。在任何情況下，本發(fā)明都不必限于具有任何具體速度、分辨率或捕獲速率的相機(jī)。在多數(shù)幅材檢查應(yīng)用中，幅材速度可為約數(shù)米/分鐘。在此幅材速度下，幅材顫動(dòng)幅度通常為約200微米，而顫動(dòng)頻率通常為幾十赫茲。為了讓本發(fā)明所述的技術(shù)追蹤幅材顫動(dòng)移動(dòng)，致動(dòng)器30能夠以此振幅和此頻率來驅(qū)動(dòng)負(fù)載(例如，物鏡52)，這實(shí)際上可限制物鏡52的重量。對于視野較大的高分辨率成像透鏡而言，可能需要較大的透鏡直徑和多個(gè)透鏡元件來校正視野內(nèi)的像差，這可導(dǎo)致透鏡變重(大約數(shù)千克)。然而，多數(shù)壓電致動(dòng)器僅可以幾赫茲來移動(dòng)一千克的負(fù)載。為了克服這種速度限制，圖5中所示的相機(jī)組件50使用無限共軛光學(xué)系統(tǒng)方法。透鏡系統(tǒng)可包括兩個(gè)主要的透鏡組、物鏡52 (包括第一組透鏡)，以及成像透鏡54 (采用形成鏡筒透鏡組的第二組透鏡的形式)。光線在物鏡與成像透鏡之間的區(qū)域55處變準(zhǔn)直。只有物鏡52由壓電致動(dòng)器(圖5中未示出)移動(dòng)。光在區(qū)域55中變準(zhǔn)直，這可有助于確保物鏡52的移動(dòng)不會(huì)使圖像質(zhì)量下降。這種方法可減少與壓電致動(dòng)器相關(guān)的負(fù)載，因此可增加自動(dòng)對焦的速度。當(dāng)致動(dòng)器移動(dòng)物鏡52時(shí)，成像透鏡54保持在固定位置。圖6為示出了符合本發(fā)明的技術(shù)的流程圖。如圖6所示，相機(jī)組件18捕獲物體的一個(gè)或多個(gè)圖像(61)。如本文所述，相機(jī)組件18可相對于物體定位，并且相機(jī)組件18可包括捕獲與物體相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡20，基于準(zhǔn)直光形成物體的圖像的成像透鏡22，以及呈現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)圖像以用于檢查物體的相機(jī)24。相機(jī)組件18限定距物鏡20的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定相機(jī)組件18的焦點(diǎn)。根據(jù)圖6中的技術(shù)，光學(xué)傳感器26檢測物鏡20與物體之間的實(shí)際距離(62)。隨后，控制單元28基于實(shí)際距離產(chǎn)生用于致動(dòng)器30的控制信號(63)。如此，源于控制單元28的控制信號可經(jīng)由致動(dòng)器30來控制物鏡20的定位?？刂茊卧?8從光學(xué)傳感器26接收表示實(shí)際距離的信號，并且基于來自光學(xué)傳感器的所接收的信號來產(chǎn)生控制信號。隨后將控制信號應(yīng)用于致動(dòng)器30，以調(diào)整物鏡20的位置，從而使得實(shí)際距離保持基本等于焦點(diǎn)距離(64)。當(dāng)致動(dòng)器30移動(dòng)或調(diào)整物鏡20時(shí)，成像透鏡22和相機(jī)24保持在固定位置。該過程可作為閉環(huán)系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行(65)，以便使相機(jī)組件18實(shí)時(shí)自動(dòng)對焦，即使在分辨率非常高且焦距公差較嚴(yán)的情況下也是如此。如上所述，本發(fā)明的技術(shù)可用于檢查沿著幅材行進(jìn)的幅材材料，但也可用于檢查在輸送機(jī)上行進(jìn)的各個(gè)離散物體。本發(fā)明中所述的結(jié)構(gòu)和技術(shù)可有利于對高分辨率檢查光學(xué)器件的準(zhǔn)確檢查和自動(dòng)對焦，對焦在小于10微米的公差內(nèi)。所述自動(dòng)對焦檢查光學(xué)器件可補(bǔ)償Z軸上所謂的幅材顫動(dòng)，所述z軸是指正交于二維幅材或輸送機(jī)的表面的軸。通過在這些公差內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對焦，可顯著改善幅材檢查，從而改善與特征大小小于2微米或者甚至小于一微米的幅材材料相關(guān)的制造過程。為了檢查非常大的幅材，還可能需要在檢查系統(tǒng)中實(shí)施多個(gè)本文所述的檢查裝置。在此類情況下，多個(gè)檢查裝置可在整個(gè)幅材上定位在交錯(cuò)的位置，從而將幅材寬度的一小部分成像?？偣部蓪?shí)施大量檢查裝置來將任何大小和任何寬度的幅材成像并對其進(jìn)行檢查。幅材的寬度以及每個(gè)檢查裝置的視野可決定任何給定的檢查系統(tǒng)所需的檢查裝置的數(shù)目。盡管已經(jīng)在強(qiáng)調(diào)對待檢查的幅材材料12的表面直接照明的情況下描述了各示例性實(shí)施例，但在一些實(shí)施例中，可能需要采用背面照明(例如，從幅材的后面照明)，尤其是在目標(biāo)是找出圖案中的短缺或斷裂等缺陷的情況下。在需要高分辨率幅材檢查的情況下，背面照明方案應(yīng)最好以相同的強(qiáng)度照明檢查視野內(nèi)的每一點(diǎn)。一種示例性背面照明方案成功地與本發(fā)明結(jié)合使用，該方案具有兩個(gè)主要的設(shè)計(jì)考慮因素。第一個(gè)考慮因素是將背面照明光源集中在物鏡的入射光瞳上，從而確保由背面照明光源發(fā)出的光線可穿過檢查光學(xué)系統(tǒng)并且到達(dá)相機(jī)。第二個(gè)考慮因素是讓光源的每一點(diǎn)在物鏡的視野內(nèi)照明整個(gè)樣本。為實(shí)現(xiàn)第一個(gè)設(shè)計(jì)考慮因素，使用一對透鏡來將光源替續(xù)到檢查透鏡的入射光瞳上。為實(shí)現(xiàn)第二個(gè)設(shè)計(jì)考慮因素，將樣本定位在照明系統(tǒng)的光學(xué)器件列的孔徑處。更具體地講，照明科技公司(Illumination Technology)(紐約市埃爾布里奇鎮(zhèn))市售為IT-3900的光源被發(fā)現(xiàn)是合適的。還發(fā)現(xiàn)，索雷博有限公司(ThorlabS，InC.)(新澤西州州牛頓市)市售為LA1422-A和LA1608-A的替續(xù)透鏡也被發(fā)現(xiàn)適用于提供適于本發(fā)明的照明方案。已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例。這些和其他實(shí)施例均在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種檢查裝置，其包括 相機(jī)組件，其包括捕獲與所檢查的物體相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡，基于準(zhǔn)直光形成所述物體的圖像的成像透鏡，以及呈現(xiàn)所述圖像以用于檢查所述物體的相機(jī)，其中所述相機(jī)組件限定距所述物鏡的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定所述相機(jī)組件的焦點(diǎn)； 光學(xué)傳感器，其經(jīng)定位以檢測所述物鏡與所述物體之間的實(shí)際距離； 致動(dòng)器，其控制所述物鏡的定位，從而控制所述物鏡與所述物體之間的所述實(shí)際距離，其中當(dāng)所述致動(dòng)器移動(dòng)所述物鏡時(shí)，所述成像透鏡保持在固定位置；以及 控制單元，其從所述光學(xué)傳感器接收表示所述實(shí)際距離的信號，并且產(chǎn)生用于所述致動(dòng)器的控制信號，以調(diào)整所述實(shí)際距離，從而使得所述實(shí)際距離保持基本等于所述焦點(diǎn)距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查裝置，其中 所述物體包括幅材材料，所述幅材材料移動(dòng)穿過所述檢查裝置，并且在介于25微米與1000微米之間的顫動(dòng)距離內(nèi)顫動(dòng)， 所述檢查裝置相對于所述幅材材料定位，并且基本保持在所述幅材材料的焦點(diǎn)上，因?yàn)樗鲋聞?dòng)器控制所述物鏡的定位，以補(bǔ)償所述顫動(dòng)距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查裝置，其中 所述物體包括輸送機(jī)上的物品，所述物品移動(dòng)穿過所述檢查裝置，并且在介于25微米與1000微米之間的顫動(dòng)距離內(nèi)顫動(dòng)，以及 所述檢查裝置相對于所述輸送機(jī)上的所述物品定位，并且基本保持在所述物品的焦點(diǎn)上，因?yàn)樗鲋聞?dòng)器控制所述物鏡的定位，以補(bǔ)償所述顫動(dòng)距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查裝置，其中所述物鏡包括共同構(gòu)成所述物鏡的第一多個(gè)透鏡，而且其中所述成像透鏡包括共同構(gòu)成鏡筒透鏡的第二多個(gè)透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查裝置，其中所述相機(jī)組件限定小于約2微米的分辨率，而且所述焦點(diǎn)距離限定小于約10微米的焦點(diǎn)公差，其中所述致動(dòng)器調(diào)整所述實(shí)際距離，從而使得所述實(shí)際距離在所述焦點(diǎn)公差內(nèi)保持等于所述焦點(diǎn)距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢查裝置，其中所述相機(jī)組件的所述分辨率小于約I微米，而且所述相機(jī)組件的所述焦點(diǎn)公差小于約2微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查裝置，其中所述光學(xué)傳感器用傳感器光對所述物體進(jìn)行照明，檢測所述傳感器光的反射，并且基于所述傳感器光反射時(shí)的側(cè)向定位來確定所述實(shí)際距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢查裝置，其中所述光學(xué)傳感器相對于所述物體定位在非正交位置，使得所述傳感器光導(dǎo)向所述物體，以便與所述物體的主要表面形成銳角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查裝置，其中所述致動(dòng)器包括壓電致動(dòng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查裝置，其中所述物鏡的重量小于所述相機(jī)組件的重量的十分之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的檢查裝置，其中所述物鏡的所述重量小于一英鎊。
12.—種幅材系統(tǒng),其包括 幅材材料，其限定幅材縱向維度和幅材橫向維度，其中z維度正交于所述幅材縱向維度和所述幅材橫向維度；一個(gè)或多個(gè)幅材引導(dǎo)元件，其將所述幅材材料饋送穿過所述幅材系統(tǒng)；以及 檢查裝置，其包括 相機(jī)組件，所述相機(jī)組件包括捕獲與所述幅材材料相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡，基于準(zhǔn)直光形成所述幅材材料的圖像的成像透鏡，以及呈現(xiàn)所述圖像以用于檢查所述幅材材料的相機(jī)，其中所述相機(jī)組件限定距所述物鏡的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定所述相機(jī)組件的焦點(diǎn)； 光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器經(jīng)定位以檢測所述Z維度上所述物鏡與所述幅材材料之間的實(shí)際距離； 致動(dòng)器，所述致動(dòng)器控制所述物鏡相對于所述幅材材料的定位，以便控制所述Z維度上所述物鏡與所述幅材材料之間的所述實(shí)際距離，其中當(dāng)所述致動(dòng)器移動(dòng)所述物鏡時(shí)，所述成像透鏡保持在固定位置；以及 控制單元，所述控制單元從所述光學(xué)傳感器接收表示所述Z維度上的所述實(shí)際距離的信號，并且產(chǎn)生用于所述致動(dòng)器的控制信號，以調(diào)整所述Z維度上的所述實(shí)際距離，從而使得所述Z維度上的所述實(shí)際距離保持基本等于所述焦點(diǎn)距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的幅材系統(tǒng)，其中 所述幅材材料移動(dòng)穿過所述檢查裝置，并且在介于25微米與1000微米之間的顫動(dòng)距離內(nèi)顫動(dòng)，而且 所述檢查裝置相對于所述幅材材料定位，并且基本保持在所述幅材材料的焦點(diǎn)上，因?yàn)樗鲋聞?dòng)器控制所述物鏡的定位，以補(bǔ)償所述顫動(dòng)距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的幅材系統(tǒng)，其中所述物鏡包括共同構(gòu)成所述物鏡的第一多個(gè)透鏡，而且其中所述成像透鏡包括共同構(gòu)成鏡筒透鏡的第二多個(gè)透鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的幅材系統(tǒng)，其中所述相機(jī)組件限定小于約2微米的分辨率，而且所述焦點(diǎn)距離限定小于約10微米的焦點(diǎn)公差，其中所述致動(dòng)器調(diào)整所述z維度上的所述實(shí)際距離，從而使得所述z維度上的所述實(shí)際距離在所述焦點(diǎn)公差內(nèi)保持等于所述焦點(diǎn)距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的幅材系統(tǒng)，其中所述相機(jī)組件的所述分辨率小于約I微米，而且所述相機(jī)組件的所述焦點(diǎn)公差小于約2微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的幅材系統(tǒng)，其中所述光學(xué)傳感器用傳感器光對所述幅材材料進(jìn)行照明，檢測所述傳感器光的反射，并且基于所述傳感器光反射時(shí)的側(cè)向定位來確定所述z維度上的所述實(shí)際距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的幅材系統(tǒng)，其中所述光學(xué)傳感器相對于所述z維度定位在非正交位置，使得所述傳感器光導(dǎo)向所述幅材材料，以便與所述z維度形成銳角。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的幅材系統(tǒng)，其中所述致動(dòng)器包括壓電致動(dòng)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的幅材系統(tǒng)，其中所述物鏡的重量小于所述相機(jī)組件的重量的十分之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的幅材系統(tǒng)，其中所述物鏡的所述重量小于一英鎊。
22.—種方法,其包括 經(jīng)由相對于物體定位的相機(jī)組件來捕獲所述物體的一個(gè)或多個(gè)圖像，其中所述相機(jī)組件包括捕獲與所述物體相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡，基于準(zhǔn)直光形成所述物體的圖像的成像透鏡，以及呈現(xiàn)所述一個(gè)或多個(gè)圖像以用于檢查所述物體的相機(jī)，其中所述相機(jī)組件限定距所述物鏡的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定所述相機(jī)組件的焦點(diǎn)； 經(jīng)由光學(xué)傳感器來檢測所述物鏡與所述物體之間的實(shí)際距離； 經(jīng)由控制單元來產(chǎn)生用于致動(dòng)器的控制信號，所述致動(dòng)器控制所述物鏡的定位，其中所述控制單元從所述光學(xué)傳感器接收表示所述實(shí)際距離的信號，并且基于來自所述光學(xué)傳感器的所接收的信號來產(chǎn)生所述控制信號；以及 將所述控制信號應(yīng)用于所述致動(dòng)器，以調(diào)整所述物鏡相對于所述物體的定位，以便控制所述物鏡與所述物體之間的所述實(shí)際距離，從而使得所述實(shí)際距離保持基本等于所述焦點(diǎn)距離，其中當(dāng)所述致動(dòng)器移動(dòng)所述物鏡時(shí)，所述成像透鏡保持在固定位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中 所述物體包括幅材材料，所述幅材材料移動(dòng)穿過所述檢查裝置，并且在介于25微米與1000微米之間的顫動(dòng)距離內(nèi)顫動(dòng)， 所述檢查裝置相對于所述幅材材料定位，并且基本保持在所述幅材材料的焦點(diǎn)上，因?yàn)樗鲋聞?dòng)器控制所述物鏡的定位，以補(bǔ)償所述顫動(dòng)距離。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中 所述物體包括輸送機(jī)上的物品，所述物品移動(dòng)穿過所述檢查裝置，并且在介于25微米與1000微米之間的顫動(dòng)距離內(nèi)顫動(dòng)，以及 所述檢查裝置相對于所述輸送機(jī)上的所述物品定位，并且基本保持在所述物品的焦點(diǎn)上，因?yàn)樗鲋聞?dòng)器控制所述物鏡的定位，以補(bǔ)償所述顫動(dòng)距離。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述物鏡包括共同構(gòu)成所述物鏡的第一多個(gè)透鏡，而且其中所述成像透鏡包括共同構(gòu)成鏡筒透鏡的第二多個(gè)透鏡。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述相機(jī)組件限定小于約2微米的分辨率，而且所述焦點(diǎn)距離限定小于約10微米的焦點(diǎn)公差，所述方法還包括 經(jīng)由所述致動(dòng)器來調(diào)整所述實(shí)際距離，從而使得所述實(shí)際距離在所述焦點(diǎn)公差內(nèi)保持等于所述焦點(diǎn)距離。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述相機(jī)組件的所述分辨率小于約I微米，而且所述相機(jī)組件的所述焦點(diǎn)公差小于約2微米。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其還包括 經(jīng)由所述光學(xué)傳感器用傳感器光來對物體進(jìn)行照明； 經(jīng)由所述光學(xué)傳感器來檢測所述傳感器光的反射；以及 基于所述傳感器光反射時(shí)的側(cè)向定位來確定所述實(shí)際距離。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述光學(xué)傳感器相對于所述物體定位在非正交位置，使得所述傳感器光導(dǎo)向所述物體，以便與所述物體的主要表面形成銳角。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述致動(dòng)器包括壓電致動(dòng)器。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述物鏡的重量小于所述相機(jī)組件的重量的十分之一。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述物鏡的所述重量小于一英鎊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢查裝置，其包括相機(jī)組件，所述相機(jī)組件包括捕獲與所檢查的物體相關(guān)的光并使所述光準(zhǔn)直的物鏡，基于準(zhǔn)直光形成所述物體的圖像的成像透鏡，以及呈現(xiàn)所述圖像的相機(jī)。所述相機(jī)組件限定距所述物鏡的焦點(diǎn)距離，所述物鏡限定所述相機(jī)組件的焦點(diǎn)。所述檢查裝置包括光學(xué)傳感器，其經(jīng)定位以檢測所述物鏡與所述物體之間的實(shí)際距離；致動(dòng)器，其控制所述物鏡的定位，以便控制所述物鏡與所述物體之間的所述實(shí)際距離；以及控制單元，其從所述光學(xué)傳感器接收表示所述實(shí)際距離的信號。來自所述控制單元的控制信號可控制所述致動(dòng)器，以調(diào)整所述實(shí)際距離，從而使得所述實(shí)際距離基本等于所述焦點(diǎn)距離。
文檔編號G01B11/14GK103026211SQ201180034519
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者喬軼, J·W·萊, J·J·方丹, S·C·里德, C·P·塔爾諾維斯基, D·L·霍菲爾特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司