[发明专利]具有准正弦周期性强度调制光的可变焦距透镜系统

说明书

一种视觉系统包括可变焦距(VFL)透镜系统，光源，曝光时间控制器和相机。VFL透镜系统包括可调声梯度折射率(TAG)透镜，其被控制为提供焦点位置的标称正弦调制。光源包括连接到源驱动器的连续照明源，该源驱动器基于准正弦周期性驱动函数驱动连续照明源以提供相应的准正弦周期性强度调制光。相机基于输入工件图像光的图像曝光提供工件图像，该工件图像光因用准正弦周期性强度调制光对工件照明而产生。与标称正弦焦点位置调制组合地利用准正弦周期性强度调制光能实现均匀的图像曝光和其他优点(例如避免在TAG透镜的焦点极值处过度曝光等)。

技术领域

本发明涉及使用可变焦距(VFL)透镜的精确测量，且更具体涉及视觉系统(例如机器视觉检查系统)，其中高速VFL透镜周期性地调制焦点位置。

背景技术

各种类型的视觉系统(例如精确机器视觉检查系统)可以用于获得物体精确空间测量结果，并检查各种其他物体特性，且可以包括计算机、相机和光学系统、和精密工作台(precision stage)，该精密工作台能运动以允许工件横向运动并允许检查。一个示例性现有技术系统是可从位于伊利诺斯州的Aurora的Mitutoyo America Corporation(MAC)获得的QUICK系列的基于PC的视觉系统和软件。QUICK系列视觉系统和软件的特点和操作例如大致描述于2003一月公开的《QVPAK3D CNCVision Measuring Machine User's Guide》，其通过引用全部合并于本文。这类系统使用显微镜类型的光学系统并让工作台运动以提供对小的或相对大的工件的检查图像。

通常目的的精确机器视觉检查系统通常可编程为提供自动视频检查。这种系统通常包括GUI特征和预定的图像分析“视频工具”，使得可通过“非专家”操作者执行操作和编程。例如，美国专利No.6,542,180(通过引用以其全部内容并入本文)教导了视觉系统，其使用包括使用各种视频工具的自动视频检查。

多透镜可变焦距(VFL)光学系统可以用于表面高度的观察和精确测量，且可以被包括在显微镜和/或精确机器视觉检查系统中，例如美国专利No.9,143,674公开的，其通过引用全部合并于本文。简要地说，VFL透镜能分别在多个焦距处获得多个图像。一类已知的VFL透镜是可调声梯度(tunable acoustic gradient：“TAG”)透镜，其使用在流体介质中的声波形成透镜效应。声波可以通过对流体介质周围的压电管以共振频率施加电场而形成，以在透镜流体中形成随时间变化的密度和折射率分布，这能调制其屈光力(opticalpower)，且由此调制视觉系统的焦距或有效焦点位置。TAG透镜可以用于周期性地以高达几百kHz的共振频率(即以高速)调制焦点位置。可以通过文章“High speed varifocalimaging with a tunable acoustic gradient index of refraction lens”(OpticsLetters,Vol.33,No.18,September 15,2008)更详细地理解这种透镜，其通过引用全部合并于本文。可调谐调声梯度折射率透镜和相关的可控信号产生器例如可从新泽西州普林斯顿市的TAG Optics,Inc.获得。Model TL2.B.xxx系列透镜例如能进行高达约600kHz的调制。

尽管这种VFL透镜可以针对视觉系统的给定构造以非常高的速率改变有效焦点位置，但是至少部分地因在焦点位置周期性调制期间何时获取图像(例如部分地由于周期性调制的不同阶段期间焦点位置改变的不同速率等)而会出现某些不期望的变化(例如其会影响某些类型测量、处理的准确性等)。期望一种改善这方面问题的视觉系统。

发明内容

该部分内容用于提供进一步下文详细描述中所述的简化形式的原理的选择。该部分内容目的不是给出要求保护主题的关键特征，也不是用于确定要求保护主题的范围。