[发明专利]用于高速周期性调制的可变焦距透镜的自动聚焦系统

权利要求书

1.一种用于使用包括高速周期性调制的可变焦距(VFL)透镜的成像系统提供自动聚焦的图像的系统，所述系统包括：

成像系统，其至少包括配置为输入从工件表面产生的图像光的物镜、配置为接收由所述物镜透射的图像光的VFL透镜、以及配置为接收由所述VFL透镜透射的图像光的相机；

VFL透镜控制器，其配置为控制所述VFL透镜以周期性地调制其光功率，从而在沿着Z高度方向的多个成像系统聚焦Z高度上周期性地调制所述成像系统的聚焦位置；

VFL投射光源，其包括配置为沿着聚焦监视光路向所述VFL透镜的背面且通过所述VFL透镜和所述物镜向所述工件表面提供VFL投射光的光源；

聚焦确定部分，其包括光学检测器，所述光学检测器配置为输入已经从工件表面区域反射、并经过所述物镜返回、且经过所述VFL透镜返回、且沿着所述聚焦监视光路返回的反射的VFL投射光，并且提供响应于所述VFL投射光的聚焦Z高度与所述工件表面区域的Z高度之间的差的至少一个光学检测器信号，其中VFL投射光聚焦Z高度表示成像系统聚焦Z高度，并且聚焦确定部分基于所述至少一个光学检测器信号输出至少一个聚焦偏差信号；

曝光定时调整电路，其输入所述聚焦偏差信号，并基于所述聚焦偏差信号确定与所述成像系统聚焦Z高度与工件表面区域Z高度近似重合时的时间相关的曝光定时调整信号；

曝光选通时间控制器，其控制所述成像系统的图像曝光时间，其中所述曝光选通时间控制器配置为输入所述曝光定时调整信号，并且基于所述曝光定时调整信号自动提供调整后的图像曝光时间，其中所述成像系统聚焦Z高度在调整后的图像曝光时间与所述工件表面区域Z高度近似重合，并且

所述系统配置为在调整后的图像曝光时间提供包括至少一个曝光增量的聚焦图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述VFL投射光源包括至少一个光发生器和准直透镜，并且配置为提供沿着所述聚焦监视光路至所述VFL透镜的背面至少近似准直的VFL投射光。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述VFL投射光源配置为对所述图像光做出贡献，其中：

所述聚焦监视光路包括位于所述聚焦监视光路中且位于所述VFL透镜的背面与所述相机之间的成像光路中的分束器；

VFL投射光沿着所述聚焦监视光路被输入到所述分束器并从所述分束器输出到所述VFL透镜的背面，并且通过所述VFL透镜和所述物镜以照射所述工件表面区域；并且

所反射的VFL投射光从所述工件表面区域反射、并经过物镜返回、且经过VFL透镜返回到所述分束器，其中所反射的VFL投射光的一部分沿着所述聚焦监视光路被引导回，而所反射的VFL投射光的一部分作为图像光沿所述成像光路被引导到所述相机。

4.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述VFL投射光源配置为在聚焦确定时间段期间提供所述VFL投射光，并且所述聚焦确定部分配置为在所述聚焦确定时间段期间输入所反射的VFL投射光并且输出所述至少一个聚焦偏差信号；并且

所述系统配置为在不与所述聚焦确定时间段期间所述VFL投射光的存在重叠的图像获取时间段期间，在调整后的图像曝光时间获取所述至少一个曝光增量。

5.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述VFL投射光源包括第一光发生器，其输出具有第一波长范围的可见光或不可见光；

所述图像光包括在所述第一波长范围之外的波长；

所述VFL投射光源配置为至少在聚焦确定时间段期间连续地提供具有所述第一波长范围的VFL投射光，并且所述聚焦确定部分配置为至少在所述聚焦确定时间段期间连续地输入包括所述第一波长范围的反射的VFL投射光和输出所述至少一个聚焦偏差信号；

所述系统配置为在与具有所述第一波长范围的所述VFL投射光的存在重叠的图像获取时间段期间，在调整后的图像曝光时间获取所述至少一个曝光增量；并且

所述成像系统还包括波长滤光器，其布置在所述相机和所述VFL透镜之间并配置为防止所述第一波长范围中的光到达所述相机。