DE102019219506A1 - System und verfahren zum eichen eines linsensystems mit variabler brennweite unter verwendung eines eichobjekts mit einer ebenen geneigten musterfläche - Google Patents

System und verfahren zum eichen eines linsensystems mit variabler brennweite unter verwendung eines eichobjekts mit einer ebenen geneigten musterfläche Download PDF

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Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zum Verwenden eines Fokussierungszustands-Eichobjekts zum Bestimmen von Eichdaten für ein Linsensystem mit variabler Brennweite (VFL-Linsensystem) geschaffen, das eine VFL-Linse (z. B. eine abstimmbare akustische Gradientenlinse) enthält. Das Eichobjekt enthält eine ebene geneigte Musterfläche, auf der ein Satz von Fokussierungszustands-Bezugsbereichen (FSRRs) verteilt ist (z. B. ein geneigtes Gitter). Die FSRRs weisen bekannte geometrische Beziehungen bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche auf und weisen bekannte Bereichsbeziehungen in Bezug aufeinander auf. Es werden mehrere Kamerabilder zu verschiedenen Phasenzeitpunkten der periodischen Modulation aufgenommen, wobei die Eichdaten wenigstens teilweise basierend auf dem Analysieren der mehreren Kamerabilder bestimmt werden. Die bestimmten Eichdaten geben die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation an, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen des VFL-Linsensystems entsprechen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf die Präzisionsmetrologie unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeitslinse mit variabler Brennweite (VFL) (z. B. in einem Untersuchungssystem mit maschinellem Sehen) und insbesondere auf das Ausführen einer Eichung in einem VFL-Abbildungssystem.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Kontaktlose Präzisionsmetrologiesysteme, wie z. B. Präzisionsuntersuchungssysteme mit maschinellem Sehen (oder kurz „Sichtsysteme“) können verwendet werden, um genaue Dimensionsmessungen von Objekten zu erhalten und um verschiedene andere Objekteigenschaften zu untersuchen, und können einen Computer, eine Kamera und ein optisches System und einen Präzisionstisch, der sich bewegt, um die Werkstück-Traversierung und -Untersuchung zu ermöglichen, enthalten. Ein beispielhaftes System des Standes der Technik, ist die QUICK VISION®-Serie PC-basierter Sichtsysteme und die QVPAK®-Software, die von der Mitutoyo America Corporation (MAC), ansässig in Aurora, Illinois, verfügbar ist. Die Merkmale und der Betrieb der QUICK VISION®-Serie von Sichtsystemen und der QVPAK®-Software sind z. B. in dem QVPAC 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide, veröffentlicht im Januar 2003, allgemein beschrieben, das insgesamt durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist. Dieser Typ des Systems verwendet ein optisches System des Mikroskoptyps und bewegt den Tisch, um Untersuchungsbilder entweder kleiner oder relativ großer Werkstücke bereitzustellen.
  • Mehrzweck-Präzisionsuntersuchungssysteme mit maschinellem Sehen sind im Allgemeinen programmierbar, um eine automatisierte Videountersuchung bereitzustellen. Derartige Systeme enthalten typischerweise GUI-Merkmale und vorgegebene Bildanalyse-„Videowerkzeuge“, so dass der Betrieb und die Programmierung durch „Nichtfachmann“-Bedienungspersonen ausgeführt werden können. US-Patent Nr. 6,542,180 , das insgesamt durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist, lehrt z. B. ein Sichtsystem, das eine automatisierte Videountersuchung einschließlich der Verwendung verschiedener Videowerkzeuge verwendet.
  • Für die Beobachtung und die Präzisionsmessung von Oberflächenhöhen können mehrlinsige optische Systeme mit variabler Brennweite (VFL) verwendet werden, wobei sie in einem Mikroskop und/oder einem Präzisionsuntersuchungssystem mit maschinellem Sehen, wie z. B. im US-Patent Nr. 9,143,674 , das durch Bezugnahme hier insgesamt mit aufgenommen ist, offenbart ist. Eine VFL-Linse kann, kurz gesagt, mehrere Bilder bei jeweils mehreren Brennweiten aufnehmen. Ein Typ einer bekannten VFL-Linse ist eine abstimmbare akustische Gradientenlinse („TAG“-Linse), die eine Linsenwirkung unter Verwendung von Schallwellen in einem fluiden Medium erzeugt. Die Schallwellen können durch das Anlegen eines elektrischen Feldes bei einer Resonanzfrequenz an ein piezoelektrisches Rohr, das das fluide Medium umgibt, erzeugt werden, um ein zeitlich variierendes Dichte- und Brechungsindexprofil in dem Fluid der Linse zu erzeugen, das ihre Brechkraft und dadurch die Brennweite oder die effektive Brennpunktposition des optischen Systems moduliert. Eine TAG-Linse kann verwendet werden, um einen Bereich von Brennweiten bei einer Resonanzfrequenz von bis zu mehreren hundert kHz, d. h., bei einer hohen Geschwindigkeit, zu überstreichen. Derartige Linsen können durch die Lehren des Artikels „High speed varifocal imaging with a tunable acoustic gradient index of refraction lens“ (Optics Letters, Bd. 33, Nr. 18, 15. September 2008) ausführlicher verstanden werden, der insgesamt durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist. Abstimmbare akustische Gradientenindex-Linsen und in Beziehung stehende steuerbare Signalgeneratoren sind z. B. von TAG Optics, Inc., of Princton, New Jersey, verfügbar. Die Linsen der Modellserie TLB.2.xxx sind zur Modulation bis zu etwa 600 kHz imstande.
  • Derartige VFL-Systeme schaffen verschiedene Vorteile, indem sie imstande sind, die effektiven Brennpunktpositionen mit einer sehr hohen Rate zu ändern, wobei eine Eichung zum Sicherstellen der Genauigkeit derartiger Systeme, insbesondere für bestimmte Typen von Operationen (z. B. Metrologiequalitätspunkte von Brennpunktoperationen usw.), wichtig ist. Ein System und ein Verfahren, die Verbesserungen gegenüber vorhandenen Eichungstechniken (z. B. hinsichtlich der Leichtigkeit der Verwendung, der Genauigkeit und/oder der Wiederholbarkeit usw.) zum Eichen derartiger VFL-Systeme bereitstellen können, würden erwünscht sein.
  • KURZZUSAMMENFASSUNG
  • Diese Zusammenfassung ist vorgesehen, eine Auswahl der Konzepte in einer vereinfachten Form einzuführen, die im Folgenden in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht vorgesehen, die Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch ist sie vorgesehen, als eine Hilfe beim Bestimmen des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet zu werden.
  • Es wird ein Verfahren zum Verwenden eines Fokussierungszustands-Eichobjekts zum Bestimmen der Eichdaten für ein Linsensystem mit variabler Brennweite (VFL-Linsensystem) geschaffen. In verschiedenen Implementierungen enthält das VFL-Linsensystem eine VFL-Linse, einen VFL-Linsen-Controller, eine Kamera, eine Objektivlinse und einen Belichtungszeit-Controller. In verschiedenen Implementierungen kann die VFL-Linse eine abstimmbare akustische Gradientenbrechungsindexlinse (TAG-Linse) sein. Der VFL-Linsen-Controller steuert ein Antriebssignal der VFL-Linse, um die Brechkraft der VFL-Linse über einen Bereich von Brechkräften, die zu jeweiligen Phasenzeitpunkten innerhalb der periodischen Modulation auftreten, periodisch zu modulieren. Die Kamera (die z. B. einen Detektor enthält) empfängt das während einer Bildbelichtung entlang einem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse durchgelassene Licht und erzeugt ein entsprechendes Kamerabild. Die Objektivlinse gibt das Bildlicht, das während einer Bildbelichtung von wenigstens einem eines Werkstücks oder eines Eichobjekts herrührt, ein und lässt während der Bildbelichtung das Bildlicht entlang dem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse und zu der Kamera durch, um wenigstens eines eines Werkstückbildes oder eines Eichobjektbildes in einem entsprechenden Kamerabild zu erzeugen. Eine effektive Brennpunktposition vor der Objektivlinse während einer Bildbelichtung entspricht der Brechkraft der VFL-Linse während dieser Bildbelichtung. Der Belichtungszeit-Controller ist konfiguriert, einen für ein Kamerabild verwendeten Bildbelichtungszeitpunkt zu steuern.
  • In verschiedenen Implementierungen enthält das Eichobjekt eine ebene geneigte Musterfläche, auf der ein Satz von Fokussierungszustands-Bezugsbereichen (FSRRs) verteilt ist. Die FSRRs weisen bekannte geometrische Beziehungen bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche auf. In einer Implementierung, in der die ebene geneigte Musterfläche ein Gitter umfasst und für die die FSRRs den Merkmalen der Gitter (z. B. den Gitterlinien/-kanten) entsprechen, können die bekannten geometrischen Beziehungen dem Gitter, das eine bekannte Ausrichtung bezüglich der Ebene der ebenen geneigten Musterfläche aufweist, und/oder jeder Gitterlinie/-kante, die eine bekannte konstante Höhe über der ebenen geneigten Musterfläche aufweist, und/oder anderen bekannten geometrischen Beziehungen der Gitterlinien/-kanten bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche entsprechen. Die FSRRs weisen außerdem bekannte Bereichsbeziehungen in Bezug aufeinander auf. Für ein Gitter können die bekannten Bereichsbeziehungen z. B. dem Gitter, das eine bekannte Gitterteilung aufweist, und/oder den Gitterlinien/-kanten, die bekannte Abstände in Bezug aufeinander aufweisen, und/oder anderen bekannten Bereichsbeziehungen der Gitterlinien/-kanten in Bezug aufeinander entsprechen. Wenn das Eichobjekt in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist, sind die FSRRs an verschiedenen jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen bezüglich der Objektivlinse fest, wobei sie in den Eichobjektbildern jeweilige Bezugsbereichs-Bildorte (RRILs) aufweisen.
  • In verschiedenen Implementierungen enthält das Verfahren zum Verwenden des Eichobjekts zum Bestimmen der Eichdaten das Aufnehmen mehrerer Kamerabilder (z. B. eines Bildstapels) zu verschiedenen Phasenzeitpunkten der periodischen Modulation. In verschiedenen Implementierungen enthält das Aufnehmen jedes Kamerabilds das Ausgeben von Quelllicht zu dem Eichobjekt, wobei das Eichobjekt in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration angeordnet ist, und das Empfangen eines Kamerabildes von der Kamera. In verschiedenen Implementierungen wird das Eichobjektbildlicht während einer Eichobjektbildbelichtung entlang dem optischen Abbildungsweg durchgelassen, um durch die VFL-Linse und zu der Kamera zu gehen, um ein Eichobjektbild in dem Kamerabild zu erzeugen. Nachdem mehrere Kamerabilder aufgenommen worden sind, werden die Eichdaten wenigstens teilweise basierend auf dem Analysieren der mehreren Kamerabilder bestimmt, wobei die Eichdaten die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen entsprechen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmen der Eichdaten das Ausführen eines Ausrichtungsprozesses enthalten, der das Verwenden eines Ausrichtungsbildes und wenigstens einer der bekannten Bereichsbeziehungen oder der bekannten geometrischen Beziehungen umfasst, um eine Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems zu bestimmen und/oder zu kompensieren. In verschiedenen Implementierungen kann das Ausrichtungsbild wenigstens eines des Folgenden sein: ein Kamerabild der mehreren Kamerabilder; ein Bild mit erweitertem Schärfentiefenbereich (EDOF-Bild) des Eichobjekts; oder ein Kamerabild mit ausgeschalteter VFL des Eichobjekts. In verschiedenen Implementierungen umfasst das Verwenden des Ausrichtungsbildes das Analysieren des Ausrichtungsbildes, um eine synthetische Frequenz zu bestimmen, die die Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems angibt. In verschiedenen Implementierungen wird die synthetische Frequenz durch das Verarbeiten einer 2D-Fourier-Transformation des Ausrichtungsbildes bestimmt. In verschiedenen Implementierungen kann der Ausrichtungsprozess enthalten: Bestimmen einer Ausrichtung des Eichobjekts, die einem Drehwinkel des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems entspricht; und Kompensieren der Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems durch das Drehen wenigstens eines Bildes um den Drehwinkel vor einer weiteren Verarbeitung des wenigstens einen Bildes.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmen der Eichdaten das Analysieren eines Kamerabilds mit ausgeschalteter VFL des Eichobjekts enthalten, um einen repräsentativen Wert zu bestimmen, der auf die entsprechenden Werte der mehreren Bilder bezogen ist und der einem Arbeitsabstand von der Objektivlinse entspricht. In verschiedenen Implementierungen wird das Kamerabild mit ausgeschalteter VFL aufgenommen, wenn sich die VFL-Linse in einem Zustand befindet, in dem die Brechkraft der VFL-Linse nicht moduliert wird und die VFL-Linse keine Linsenwirkung bereitstellt. In verschiedenen Implementierungen kann ein interpolierter Wert zwischen zwei entsprechenden Werten der mehreren Bilder bestimmt werden, der dem repräsentativen Wert des Kamerabilds mit ausgeschalteter VFL entspricht und der als dem Arbeitsabstand entsprechend bezeichnet wird. In verschiedenen Implementierungen kann der repräsentative Wert ein Bildelementpositionswert sein, der wenigstens teilweise durch das Ausführen einer Zeilenabtastung oder einer anderen Verarbeitung des Kamerabilds mit ausgeschalteter VFL bestimmt wird.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmen der Eichdaten das Verwenden eines Bildes mit erweitertem Schärfentiefenbereich (EDOF-Bildes) des Eichobjekts enthalten, um die ungefähren Positionen jedes der FSRRs zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen können die ungefähren Positionen zum Positionieren der Bereiche von Interesse in den Bildern zum Bestimmen der Fokussierungseigenschaftswerte für die FSRRs in den Bildern verwendet werden.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Analysieren der mehreren Kamerabilder das Bestimmen der Fokussierungseigenschaftswerte für jeden FSRR in den Kamerabildern enthalten, um einen Phasenzeitpunkt eines Fokussierungseigenschaftsspitzenwerts für jeden FSRR zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann der bestimmte Fokussierungseigenschaftswert für jeden FSRR einen Wert einer quantitativen Kontrastmetrik für den FSRR enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das Analysieren der mehreren Kamerabilder ferner das Bestimmen einer effektiven Brennpunktposition jedes FSRR enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmen einer effektiven Brennpunktposition jedes der FSRRs das Bestimmen eines Bildelementorts mit Unterbildelementgenauigkeit jedes der FSRRs in einem oder mehreren der Kamerabilder und das Bestimmen der effektiven Brennpunktposition des FSRR basierend auf dem bestimmten Bildelementort und den bekannten physikalischen Eigenschaften des Eichobjekts und des VFL-Linsensystems, einschließlich wenigstens des Neigungswinkels der ebenen geneigten Musterfläche, der Vergrößerung der Objektivlinse und der Bildelementgröße, enthalten.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmen der Eichdaten das Kombinieren der Daten, die die bestimmten Phasenzeitpunkte, die den Fokussierungseigenschaftsspitzenwerten jedes FSRR entsprechen, und die bestimmte effektive Brennpunktposition jedes FSRR enthalten, enthalten, wobei die kombinierten Daten die Phasenzeitpunkte als den effektiven Brennpunktpositionen für das VFL-Linsensystem entsprechend angeben. In verschiedenen Implementierungen kann eine Gleichung (z. B. eine an eine Sinuskurve angepasste Gleichung) als an die kombinierten Daten angepasst bestimmt werden, wobei die Gleichung verwendet werden kann, um die Phasenzeitpunkte zu bestimmen, die gleich beabstandeten effektiven Brennpunktpositionen innerhalb des Bereichs der Modulation der VFL-Linse entsprechen. Die bestimmten Phasenzeitpunkte, die den gleich beabstandeten effektiven Brennpunktpositionen entsprechen, können als wenigstens ein Teil der Eichdaten gespeichert werden, die die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen für das VFL-Linsensystem entsprechen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Eichobjekt eine reflektierende Oberfläche enthalten, die sich unter der ebenen geneigten Musterfläche befindet (und die z. B. nominell zu der optischen Achse des optischen Werkstück-Abbildungsweges orthogonal ist, wenn das Eichobjekt in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist). In verschiedenen Implementierungen wird das Quelllicht, das durch die ebene geneigte Musterfläche geht und durch die reflektierende Oberfläche reflektiert wird, um als das Eichobjektbildlicht durch die ebene geneigte Musterfläche zurückzugehen, entlang dem optischen Werkstück-Abbildungsweg durchgelassen.
  • In verschiedenen Implementierungen können zusätzliche Eichobjekte als ein Teil eines Satzes von Eichobjekten vorgesehen sein. Jedes Eichobjekt des Satzes kann eine ebene geneigte Musterfläche mit einem anderen Betrag der Neigung aufweisen, wobei jedes Eichobjekt des Satzes einer anderen Objektivlinse mit einer anderen Vergrößerung entsprechen kann. Wenn eine Eichung des VFL-Linsensystems ausgeführt wird, kann ein Eichobjekt aus dem Satz, das der Objektivlinse entspricht, die während der Eichung verwendet wird, verwendet werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine graphische Darstellung, die verschiedene typische Komponenten eines Mehrzweck-Präzisionsuntersuchungssystems mit maschinellem Sehen zeigt.
    • 2 ist ein Blockschaltplan eines Steuersystemabschnitts und eines Sehkomponentenabschnitts eines Untersuchungssystems mit maschinellem Sehen, das zu dem nach 1 ähnlich ist und bestimmte hier offenbarte Merkmale enthält.
    • 3 ist eine schematische graphische Darstellung eines VFL-Linsensystems, das an ein kontaktloses Präzisionsmetrologiesystem, wie z. B. ein Untersuchungssystem mit maschinellem Sehen, angepasst werden kann und das bestimmte hier offenbarten Merkmale enthält.
    • 4A und 4B sind graphische Darstellungen, die eine erste beispielhafte Implementierung eines Fokussierungszustands-Eichobjekts, das in Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien verwendbar ist, zeigen.
    • 5A und 5B sind graphische Darstellungen, die verschiedene Neigungswinkel für die Eichobjekte, wie z. B. das Eichobjekt nach den 4A und 4B, zur Verwendung in Kombination mit verschiedenen Objektivlinsen, die verschiedene Vergrößerungen bereitstellen, veranschaulichen.
    • 6 ist eine graphische Darstellung, die eine zweite beispielhafte Implementierung eines Eichobjekts, das in Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien verwendbar ist und Fokussierungszustands-Bezugsbereiche (FSRRs) enthält, zeigt.
    • 7A, 7B und 7C sind graphische Darstellungen, die drei Kamerabilder repräsentieren, die die Bilder des Eichobjekts nach 6 in drei verschiedenen Fokussierungszuständen enthalten.
    • 8 ist eine graphische Darstellung, die ein Bild mit erweitertem Schärfentiefenbereich des Eichobjekts nach 6 darstellt.
    • 9 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmung eines Drehwinkels veranschaulicht, der verwendet werden kann, um eine Drehung eines Eichobjekts zu kompensieren.
    • 10 ist eine graphische Darstellung, die ein Kamerabild mit ausgeschalteter VFL darstellt, das ein Bild des Eichobjekts nach 6 enthält, das in einem Zustand aufgenommen worden ist, in dem die Brechkraft der VFL-Linse nicht moduliert wird und die VFL-Linse keine Linsenwirkung bereitstellt.
    • 11 ist eine graphische Darstellung, die eine Kurve der Fokussierungseigenschaftswerte eines FSRR veranschaulicht, wie sie aus den Bildern eines Bildstapels bestimmt wird.
    • 12 ist eine graphische Darstellung, die die Bildelementorte der FSRRs, wie sie mit Unterbildelementgenauigkeit bestimmt werden, und die entsprechenden effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) der FSRRs veranschaulicht.
    • 13 ist eine graphische Darstellung, die die gemessenen Eichdaten veranschaulicht, die durch das Kombinieren von Daten, wie z. B. jenen nach den 11 und 12, bestimmt werden.
    • 14 ist eine graphische Darstellung, die angepasste Eichdaten mit gleichen Schritten der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe), die aus den Daten, wie z. B. jenen nach 13 bestimmt werden, veranschaulicht.
    • 15 ist ein Ablaufplan, der eine beispielhafte Implementierung eines Verfahrens zum Verwenden eines Eichobjekts zum Bestimmen von Eichdaten für ein VFL-Linsensystem veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 ist ein Blockschaltplan eines beispielhaften Untersuchungssystems 10 mit maschinellem Sehen, das als ein VFL-Linsensystem (das hier außerdem als ein Abbildungssystem bezeichnet wird) verwendbar ist oder ein VFL-Linsensystem enthält, in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Verfahren. Das Untersuchungssystem 10 mit maschinellem Sehen enthält eine Sehmessmaschine 12, die betriebsfähig angeschlossen ist, um Daten und Steuersignale mit einem Steuercomputersystem 14 auszutauschen. Das Steuercomputersystem 14 ist ferner betriebsfähig angeschlossen, um Daten und Steuersignale mit einem Monitor oder einer Anzeige 16, einem Drucker 18, einem Joystick 22, einer Tastatur 24 und einer Maus 26 auszutauschen. Der Monitor oder die Anzeige 16 kann eine Anwenderschnittstelle anzeigen, die zum Steuern und/oder Programmieren der Operationen des Untersuchungssystems 10 mit maschinellem Sehen geeignet ist. Es wird erkannt, dass in verschiedenen Implementierungen ein Berührungsschirm-Tablet oder dergleichen für irgendwelche oder alle der Elemente 14, 16, 22, 24 und 26 ersetzt sein kann und/oder die Funktionen irgendwelcher oder aller der der Elemente 14, 16, 22, 24 und 26 redundant bereitstellen kann.
  • Die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass das Steuercomputersystem 14 im Allgemeinen unter Verwendung irgendeines geeigneten Computersystems oder irgendeiner geeigneten Computervorrichtung, einschließlich verteilter oder vernetzter Computerumgebungen, und dergleichen implementiert sein kann. Derartige Computersysteme oder -vorrichtungen können einen oder mehrere Universal- oder Spezialprozessoren (z. B. nicht kundenspezifische oder kundenspezifische Vorrichtungen) enthalten, die Software ausführen, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Die Software kann in einem Speicher, wie z. B. einem Schreib-Lese-Speicher (RAM), einem Festwertspeicher (ROM), einem Flash-Speicher oder dergleichen oder einer Kombination derartiger Komponenten, gespeichert sein. Die Software kann außerdem in einer oder mehreren Speichervorrichtungen, wie z. B. optisch basierten Platten, Flash-Speicher-Vorrichtungen oder irgendeinem anderen Typ eines nicht flüchtigen Speichermediums zum Speichern von Daten, gespeichert sein. Die Software kann ein oder mehrere Programmmodule, die Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw. enthalten, enthalten, die spezielle Aufgaben ausführen oder spezielle abstrakte Datentypen implementieren. In verteilten Computerumgebungen kann die Funktionalität der Programmmodule über mehrere Computersysteme oder -vorrichtungen kombiniert oder verteilt sein, wobei auf sie über Dienstaufrufe entweder in einer verdrahteten oder drahtlosen Konfiguration zugegriffen werden kann.
  • Die Sehmessmaschine 12 enthält einen beweglichen Werkstücktisch 32 und ein optisches Abbildungssystem 34, das eine Zoom-Linse oder auswechselbare Objektivlinsen enthalten kann. Die Zoom-Linse oder die auswechselbaren Objektivlinsen stellen im Allgemeinen verschiedene Vergrößerungen für die durch das optische Abbildungssystem 34 erzeugten Bilder bereit. Verschiedene Implementierungen des Untersuchungssystems 10 mit maschinellem Sehen sind außerdem in den gemeinsam übertragenen US-Patenten Nrn. 7,454,053; 7,324,682; 8,111,905; und 8,111,938 beschrieben, von denen jedes insgesamt durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist.
  • 2 ist ein Blockschaltplan eines Steuersystemabschnitts 120 und eines Sehkomponentenabschnitts 200 eines Untersuchungssystems 100 mit maschinellem Sehen, das zu dem Untersuchungssystem mit maschinellem Sehen nach 1 ähnlich ist, das bestimmte hier offenbarte Merkmale enthält. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, wird der Steuersystemabschnitt 120 verwendet, um den Sehkomponentenabschnitt 200 zu steuern. Der Sehkomponentenabschnitt 200 enthält einen optischen Baugruppenabschnitt 205, die Lichtquellen 220, 230, 240 und einen Werkstücktisch 210 mit einem zentralen transparenten Abschnitt 212. Der Werkstücktisch 210 ist entlang der X- und der Y-Achse, die in einer Ebene liegen, die im Allgemeinen zu der Oberfläche des Tischs, wo das Werkstück 20' oder das Eichobjekt 20 positioniert werden können, parallel ist, steuerbar beweglich.
  • Der optische Baugruppenabschnitt 205 enthält ein Kamerasystem 260, eine auswechselbare Objektivlinse 250 und eine Linse 270 mit variabler Brennweite (VFL) (in verschiedenen beispielhaften Implementierungen z. B. eine TAG-Linse). In verschiedenen Implementierungen kann der optische Baugruppenabschnitt 205 ferner eine Revolverlinsenanordnung 223, die die Linsen 226 und 228 aufweist, enthalten. Als eine Alternative zu der Revolverlinsenanordnung können in verschiedenen Implementierungen eine feste oder manuell auswechselbare die Vergrößerung ändernde Linse oder eine Zoom-Linsenkonfiguration oder dergleichen enthalten sein. In verschiedenen Implementierungen kann die auswechselbare Objektivlinse 250 aus einem Satz von Objektivlinsen mit fester Vergrößerung, die als ein Teil des Linsenabschnitts mit variabler Vergrößerung enthalten sind, (z. B. einem Satz von Objektivlinsen, die Vergrößerungen, wie z. B. 0,5x, 1x, 2x oder 2,5x, 5x, 7,5x, 10x, 20x oder 25x, 50x, 100x usw., entsprechen) ausgewählt werden.
  • Der optische Baugruppenabschnitt 205 ist entlang einer Z-Achse, die im Allgemeinen zu der X- und der Y-Achse orthogonal ist, unter Verwendung eines steuerbaren Motors 294, der einen Aktuator antreibt, um den optischen Baugruppenabschnitt 205 entlang der Z-Achse zu bewegen, steuerbar beweglich, um die Fokussierung des Bildes eines Werkstücks 20' oder eines Eichobjekts 20 zu ändern. Der steuerbare Motor 294 ist über eine Signalleitung 296 mit einer Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 130 verbunden. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann die VFL- (z. B. die TAG-) Linse 270, um den Brennpunkt des Bildes über einen kleineren Bereich zu ändern oder als eine Alternative zum Bewegen des optischen Baugruppenabschnitts 205, über eine Signalleitung 234' durch eine Linsensteuerschnittstelle 134 gesteuert werden, um die Brechkraft der VFL-Linse 270 periodisch zu modulieren und folglich eine effektive Brennpunktposition des optischen Baugruppenabschnitts 205 zu modulieren. Die Linsensteuerschnittstelle 134 kann einen VFL-Linsen-Controller 180 gemäß den hier offenbarten verschiedenen Prinzipien enthalten, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Ein Werkstück 20' oder ein Eichobjekt 20 kann auf dem Werkstücktisch 210 angeordnet sein. Der Werkstücktisch 210 kann gesteuert werden, um sich bezüglich des optischen Baugruppenabschnitts 205 zu bewegen, so dass sich das Sehfeld der auswechselbaren Objektivlinse 250 zwischen den Orten auf einem Eichobjekt 20 oder einem Werkstück 20' und/oder zwischen mehreren Werkstücken 20' usw. bewegt.
  • Eine oder mehrere einer Tischlichtquelle 220, einer koaxialen Lichtquelle 230 und einer Oberflächenlichtquelle 240 (z. B. einer Ringleuchte) können entsprechend das Quelllicht 222, 232 und/oder 242 emittieren, um ein Eichobjekt 20, ein Werkstück 20' oder die Werkstücke 20' zu beleuchten. Während einer Bildbelichtung kann z. B. die koaxiale Lichtquelle 230 das Quelllicht 232 entlang einem Weg emittieren, der einen Strahlteiler 290 (z. B. einen Teilspiegel) enthält. Das Quelllicht 232 wird als das Bildlicht 255 reflektiert oder durchgelassen, wobei das Bildlicht, das für die Abbildung verwendet wird, durch die auswechselbare Objektivlinse 250, die Revolverlinsenanordnung 223 und die VFL-Linse 270 geht und durch das Kamerasystem 260 gesammelt wird. Eine Werkstück- oder Eichobjektbildbelichtung, die das Bild des Werkstücks (der Werkstücke) 20' oder des Eichobjekts 20 enthält, wird durch das Kamerasystem 260 aufgenommen und auf einer Signalleitung 262 zu dem Steuersystemabschnitt 120 ausgegeben.
  • Es können verschiedene Lichtquellen (z. B. die Lichtquellen 220, 230, 240) durch zugeordnete Signalleitungen (z. B. die Busse 221, 231 bzw. 241) mit einer Beleuchtungssteuerschnittstelle 133 des Steuersystemabschnitts 120 verbunden sein. Der Steuersystemabschnitt 120 kann die Revolverlinsenanordnung 223 durch eine Signalleitung oder einen Bus 223' steuern, so dass sie sich entlang einer Achse 224 dreht, um eine Revolverlinse auszuwählen, um eine Bildvergrößerung zu ändern.
  • Wie in 2 gezeigt ist, enthält in verschiedenen beispielhaften Implementierungen der Steuersystemabschnitt 120 einen Controller 125, die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 130, einen Speicher 140, einen Werkstückprogrammgenerator und -ausführer 170 und einen Leistungsversorgungsabschnitt 190. Sowohl jede dieser Komponenten als auch die im Folgenden beschriebenen zusätzlichen Komponenten können durch einen oder mehrere Daten-/Steuerbusse und/oder Anwendungsprogrammierschnittstellen oder durch direkte Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen miteinander verbunden sein. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 130 enthält eine Bildgebungssteuerschnittstelle 131, eine Bewegungssteuerschnittstelle 132, eine Beleuchtungssteuerschnittstelle 133 und die Linsensteuerschnittstelle 134. Die Linsensteuerschnittstelle 134 kann einen VFL-Linsen-Controller 180 enthalten oder mit einem VFL-Linsen-Controller verbunden sein, der Schaltungen und/oder Routinen zum Steuern verschiedener Bildbelichtungen, die mit der durch die VFL-Linse 270 bereitgestellten periodischen Brennpunktpositionsmodulation synchronisiert sind, enthält und die Schaltungen/Routinen 183 des Fokussierungszustandseichungs-Untersystems gemäß den hier offenbarten Prinzipien enthält, wie im Folgenden bezüglich der ähnlichen oder völlig gleichen Elemente 380 und 383, die in 3 gezeigt sind, ausführlicher beschrieben wird. In einigen Implementierungen können die Linsensteuerschnittstelle 134 und der VFL-Linsen-Controller 180 verschmolzen und/oder ununterscheidbar sein.
  • Die Beleuchtungssteuerschnittstelle 133 kann die Beleuchtungssteuerelemente 133a-133n enthalten, die z. B. gegebenenfalls die Auswahl, die Leistung, den Ein-/Ausschalter und die Abtastpuls-Zeitsteuerung für die verschiedenen entsprechenden Lichtquellen des Untersuchungssystems 100 mit maschinellem Sehen steuern. In einigen Implementierungen kann ein Belichtungs- (Abtast-) Zeit-Controller 333es, wie in 3 gezeigt ist, die Abtastzeitpunktsignale dem einen oder den mehreren Beleuchtungssteuerelementen 133a-133n bereitstellen, so dass sie einen Bildbelichtungs-Abtastzeitpunkt bereitstellen, der mit einem Sollphasenzeitpunkt der VFL-Linsen-Brennpunktpositionsmodulation (z. B. in Übereinstimmung mit bestimmten gespeicherten Eichdaten) synchronisiert ist und wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. In einigen Implementierungen können der Belichtungs- (Abtast-) Zeit-Controller 333es und eines oder mehrere der Beleuchtungssteuerelemente 133a-133n verschmolzen und/oder ununterscheidbar sein.
  • Der Speicher 140 kann einen Bilddatei-Speicherabschnitt 141, einen Randdetektions-Speicherabschnitt 140ed, einen Werkstückprogramm-Speicherabschnitt 142, der ein oder mehrere Teilprogramme oder dergleichen enthalten kann, und einen Videowerkzeugabschnitt 143 enthalten. Der Videowerkzeugabschnitt 143 enthält einen Videowerkzeugabschnitt 143a und andere Videowerkzeugabschnitte (z. B. 143n), die die GUI, die Bildverarbeitungsoperation usw. für jedes der entsprechenden Videowerkzeuge bestimmen, und einen Generator 143roi eines interessierenden Bereichs (ROI), der automatische, halbautomatische und/oder manuelle Operationen unterstützt, die verschiedene ROIs definieren, die in verschiedenen Videowerkzeugen, die in dem Videowerkzeugabschnitt 143 enthalten sind, betreibbar sind. Beispiele der Operationen derartiger Videowerkzeuge zum Lokalisieren der Randmerkmale und zum Ausführen anderer Werkstückmerkmal-Untersuchungsperiode sind sowohl in bestimmten der vorher aufgenommenen Quellenangaben als auch im US-Patent Nr. 7,627,162 , das durch Bezugnahme hier insgesamt mit aufgenommen ist, enthalten.
  • Der Videowerkzeugabschnitt 143 enthält außerdem ein Autofokus-Videowerkzeug 143af, das die GUI, die Bildverarbeitungsoperation usw. für die Brennpunkthöhen-Messoperationen (d. h., die Messeoperationen der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe)) bestimmt. In verschiedenen Implementierungen kann das Autofokus-Videowerkzeug 143af zusätzlich ein Hochgeschwindigkeits-Brennpunkthöhenwerkzeug enthalten, das verwendet werden kann, um die Brennpunkthöhen mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung der in 3 veranschaulichten Hardware zu messen, wie im US-Patent Nr. 9,143,674 , das durch Bezugnahme hier insgesamt mit aufgenommen ist, ausführlicher beschrieben ist. In verschiedenen Implementierungen kann das Hochgeschwindigkeits-Brennpunkthöhenwerkzeug eine Spezialbetriebsart des Autofokus-Videowerkzeugs 143af sein, das andernfalls gemäß herkömmlichen Verfahren für Autofokus-Videowerkzeuge arbeiten kann, oder die Operation des Autofokus-Videowerkzeuge 143af können nur jene des Hochgeschwindigkeits-Brennpunkthöhenwerkzeugs enthalten. Die Hochgeschwindigkeits-Autofokus- und/oder Brennpunktpositionsbestimmung für einen Bildbereich oder -bereiche von Interesse können auf dem Analysieren des Bildes basieren, um einen entsprechenden Fokussierungseigenschaftswert (z. B. einen Wert einer quantitativen Kontrastmetrik und/oder einen Wert einer quantitativen Fokussierungsmetrik) für verschiedene Bereiche gemäß bekannten Verfahren zu bestimmen. Derartige Verfahren sind z. B. in den US-Patenten Nrn. 8,111,905; 7,570,795; und 7,030,351 offenbart, von denen jedes durch Bezugnahme hier insgesamt mit aufgenommen ist.
  • Im Kontext dieser Offenbarung und wie durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkannt wird, bezieht sich der Begriff „Videowerkzeug“ im Allgemeinen auf einen relativ komplexen Satz von automatischen oder programmierten Operationen, die ein Anwender des maschinellen Sehens durch eine relativ einfache Anwenderschnittstelle implementieren kann. Ein Videowerkzeug kann z. B. einen komplexen vorprogrammierten Satz von Bildverarbeitungsoperationen und -berechnungen enthalten, die in einem speziellen Fall durch das Einstellen einiger Variable oder Parameter, die die Operationen und die Berechnungen steuern, angewendet und kundenspezifisch angepasst werden können. Zusätzlich zu den zugrundeliegenden Operationen und Berechnungen umfasst das Videowerkzeug die Anwenderschnittstelle, die es dem Anwender ermöglicht, jene Parameter für einen speziellen Fall des Videowerkzeug einzustellen. Es sollte angegeben werden, dass die sichtbaren Merkmale der Anwenderschnittstelle manchmal als das Videowerkzeug bezeichnet werden, wobei die zugrundeliegenden Operationen implizit enthalten sind.
  • Eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen 136 (z. B. die Anzeige 16 nach 1) und eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 138 (z. B. der Joystick 22, die Tastatur 24 und die Maus 26 nach 1) können mit der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 130 verbunden sein. Die Anzeigevorrichtungen 136 und die Eingabevorrichtungen 138 können verwendet werden, um eine Anwenderschnittstelle anzuzeigen, die verschiedene Merkmale einer graphischen Anwenderschnittstelle (GUI) enthalten kann, die verwendbar sind, um Untersuchungsoperationen auszuführen und/oder Teilprogramme zu erzeugen und/oder zu modifizieren, um die durch das Kamerasystem 260 aufgenommenen Bilder zu betrachten, und/oder um den Sehkomponentenabschnitt 200 direkt zu steuern.
  • Wenn in verschiedenen beispielhaften Implementierungen ein Anwender das Untersuchungssystem 100 mit maschinellem Sehen verwendet, um ein Teilprogramm für das Werkstück 20 zu erzeugen, erzeugt der Anwender die Teilprogrammanweisungen durch das Betreiben des Untersuchungssystems 100 mit maschinellem Sehen in einer Lernbetriebsart, um die gewünschte Bildaufnahme-Trainingsfolge zu schaffen. Eine Trainingsfolge kann z. B. das Positionieren eines speziellen Werkstückmerkmals eines repräsentativen Werkstücks in dem Sehfeld (FOV), das Einstellen der Lichtpegel, das Fokussieren oder Autofokussieren, das Aufnehmen eines Bildes und das Bereitstellen einer auf das Bild angewendeten Untersuchungstrainingsfolge (z. B. unter Verwendung einer Instanz eines der Videowerkzeuge an diesem Werkstückmerkmal) umfassen. Die Lernbetriebsart arbeitet so, dass die Folge(n) aufgenommen oder aufgezeichnet und in entsprechende Teilprogrammanweisungen umgesetzt wird (werden). Diese Anweisungen verursachen, wenn das Teilprogramm ausgeführt wird, dass das Untersuchungssystem mit maschinellem Sehen die trainierte Bildaufnahme reproduziert, und verursachen Untersuchungsoperationen, um dieses spezielle Werkstückmerkmal (d. h., das entsprechende Merkmal an dem entsprechenden Ort) an einem Laufbetriebsart-Werkstück oder -Werkstücken automatisch zu untersuchen, das bzw. die dem repräsentativen Werkstück entspricht bzw. entsprechen, das verwendet wird, wenn das Teilprogramm erzeugt wird. In einigen Implementierungen können derartige Techniken verwendet werden, um ein Teilprogramm zum Analysieren eines Eichobjekts und/oder eines Eichobjektbildes (von Eichobjektbildern) zu erzeugen, um die Funktionen und Operationen bereitzustellen, die im Folgenden ausführlicher beschrieben werden.
  • 3 ist eine schematische graphische Darstellung eines VFL-Linsensystems 300 (das außerdem als ein Abbildungssystem 300 bezeichnet wird), das eine VFL-Linse 370 (z. B. eine TAG-Linse) enthält und das gemäß den hier offenbarten Prinzipien geeicht werden kann. Das VFL-Linsensystem 300 kann an ein System zum maschinellen Sehen angepasst sein oder als ein selbstständiges System konfiguriert sein und kann gemäß den hier offenbarten Prinzipien betrieben werden. Es wird erkannt, dass bestimmte nummerierte Komponenten 3XX nach 3 ähnlichen Operationen oder Funktionen entsprechen und/oder ähnliche Operationen oder Funktionen wie die ähnlich nummerierten Komponenten 2XX nach 2 bereitstellen können und ähnlich verstanden werden können, wenn es nicht anderweitig angegeben ist.
  • Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, umfasst ein optischer Abbildungsweg OPATH (der hier außerdem als ein optischer Werkstück-Abbildungsweg oder ein optischer Eichobjekt-Abbildungsweg bezeichnet wird) verschiedene optische Komponenten, die entlang einem Weg angeordnet sind, der das Bildlicht 355 von dem Werkstück 320' oder dem Eichobjekt 320 zu der Kamera 360 leitet. Das Bildlicht wird im Allgemeinen entlang der Richtung ihre optischen Achsen OA geleitet. In der in 3 gezeigten Implementierung sind alle optischen Achsen OA ausgerichtet. Es wird jedoch erkannt, dass vorgesehen ist, dass diese Implementierung lediglich beispielhaft und nicht einschränkend ist. Allgemeiner kann der optische Abbildungsweg OPATH Spiegel und/oder andere optische Elemente enthalten, wobei er irgendeine Form annehmen kann, die zum Abbilden des Werkstücks 320' oder des Eichobjekts 320 unter Verwendung einer Kamera (z. B. der Kamera 360) gemäß bekannten Prinzipien betriebsfähig ist.
  • In der veranschaulichten Implementierung enthält der optische Abbildungsweg OPATH die VFL-Linse 370 (die in einer 4f-Abbildungskonfiguration enthalten sein kann), wobei er wenigstens teilweise zum Abbilden einer Oberfläche eines Werkstücks 320' während einer Werkstückbildbelichtung oder einer Oberfläche eines Eichobjekts 320 während einer Eichobjektbildbelichtung verwendet wird. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien das Eichobjektbildlicht entlang dem optischen Abbildungsweg OPATH durchgelassen werden, um durch die VFL-Linse 370 zu gehen, um ein oder mehrere Eichobjektbildbelichtungen zu bilden, die als ein Teil eines Eichprozesses für das VFL-Linsensystem 300 analysiert werden können.
  • Wie in 3 gezeigt ist, enthält das VFL-Linsensystem 300 eine Lichtquelle 330, einen Belichtungs- (Abtast-) Zeit-Controller 333es, eine Objektivlinse 350, eine Tubuslinse 351, eine Relaislinse 352, eine VFL- (TAG-) Linse 370, eine Relaislinse 356, einen Linsen-Controller 380, eine Kamera 360, einen Eichabschnitt 373 der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) und einen (optionalen) Werkstück-Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375. In verschiedenen Implementierungen können die verschiedenen Komponenten durch Direktverbindungen oder einen oder mehrere Daten-/Steuerbusse (z. B. einen Systemsignal- und -steuerbus 395) und/oder Anwendungsprogrammierschnittstellen usw. miteinander verbunden sein.
  • Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen der VFL-Linsen-Controller 380 ein Antriebssignal der VFL-Linse 370 steuern, um die Brechkraft der VFL-Linse 370 über einen Bereich von Brechkräften periodisch zu modulieren, die zu jeweiligen Phasenzeitpunkten innerhalb der periodischen Modulation auftreten. Die Kamera 360 (die z. B. einen Bilddetektor enthält) empfängt während einer Bildbelichtung das entlang einem optischen Abbildungsweg OPATH durch die VFL-Linse 370 durchgelassene Licht und erzeugt ein entsprechendes Kamerabild. Die Objektivlinse 350 gibt während einer Bildbelichtung das von wenigstens einem eines Werkstücks 320' oder eines Eichobjekts 320 herrührende Licht ein und lässt während der Bildbelichtung das Bildlicht entlang dem optischen Abbildungsweg OPATH durch die VFL-Linse 370 und zu der Kamera 360 durch, um wenigstens eines eines Werkstückbildes oder eines Eichobjektbildes in einem entsprechenden Kamerabild zu erzeugen. Eine effektive Brennpunktposition EFP vor der Objektivlinse 350 während einer Bildbelichtung entspricht der Brechkraft der VFL-Linse 370 während dieser Bildbelichtung. Der Belichtungszeit-Controller 333es ist konfiguriert, einen für ein Kamerabild verwendeten Bildbelichtungszeitpunkt zu steuern.
  • Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen ein Verfahren zum Eichen des VFL-Linsensystems 300 das Aufnehmen mehrerer Kamerabilder (z. B. eines Bildstapels) zu verschiedenen Phasenzeitpunkten der periodischen Modulation enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das Aufnehmen jedes Kamerabilds das Ausgeben des Quelllichts 332 zu dem Eichobjekt 320, wobei das Eichobjekt 320 in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration (z. B. innerhalb des Sehfelds der Objektivlinse 350) angeordnet ist, und das Empfangen eines Kamerabildes von der Kamera 360 enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das Eichobjektbildlicht 355 während einer Eichobjektbildbelichtung entlang dem optischen Abbildungsweg OPATH durchgelassen werden, um durch die VFL-Linse 370 und zu der Kamera 360 zu gehen, um ein Eichobjektbild in dem Kamerabild zu erzeugen. In verschiedenen Implementierungen können, nachdem die mehreren Kamerabilder aufgenommen worden sind, die Eichdaten wenigstens teilweise basierend auf dem Analysieren der mehreren Kamerabilder bestimmt werden, wobei die Eichdaten die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen EFP entsprechen.
  • Bezüglich der in 3 gezeigten allgemeinen Konfiguration kann die Lichtquelle 330 eine „koaxiale“ oder andere Lichtquelle sein, die konfiguriert ist, das Quelllicht 332 (z. B. mit einer abgetasteten oder kontinuierlichen Beleuchtung) entlang einem Weg, der einen Strahlteiler 390 (z. B. einen teilweise reflektierenden Spiegel als Teil eines Strahlteilers) enthält, und durch die Objektivlinse 350 zu einer Oberfläche des Werkstücks 320' oder des Eichobjekts 320 zu emittieren, wobei die Objektivlinse 350 das Bildlicht 355 (z. B. das Werkstücklicht oder das Eichobjektlicht) empfängt, das an einer effektiven Brennpunktposition EFP unmittelbar an dem Werkstück 320' oder dem Eichobjekt 320 fokussiert ist, und das Bildlicht 355 zu der Tubuslinse 351 ausgibt. Die Tubuslinse 351 empfängt das Bildlicht 355 und gibt es zu der Relaislinse 352 aus. In anderen Implementierungen können analoge Lichtquellen das Sehfeld in einer nicht koaxialen Weise beleuchten; es kann z. B. eine Ringlichtquelle das Sehfeld beleuchten.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die Objektivlinse 350 eine auswechselbare Objektivlinse sein, wobei die Tubuslinse 351 als ein Teil einer Revolverlinsenanordnung (z. B. ähnlich zu der auswechselbaren Objektivlinse 250 und der Revolverlinsenanordnung 223 nach 2) enthalten sein kann. In der in 3 gezeigten Implementierung wird das Bildlicht 355, das von einer nominellen Brennebene der Objektivlinse 350 herrührt, durch die Tubuslinse 351 fokussiert, um ein Zwischenbild in einer nominellen Zwischenbildebene IIPnom zu erzeugen. Wenn sich die VFL- (TAG-) Linse 370 in einem Zustand befindet, in dem sie keine Linsenwirkung (keine Brechkraft) bereitstellt, bilden die nominelle Brennebene der Objektivlinse 350, die nominelle Zwischenbildebene IIPnom und die Bildebene der Kamera 360 gemäß den bekannten Mikroskopabbildungsprinzipien einen Satz konjugierter Ebenen. In verschiedenen Implementierungen kann irgendeine der anderen Linsen, auf die hier verwiesen wird, aus einzelnen Linsen, Verbundlinsen usw. ausgebildet sein oder in Verbindung mit einzelnen Linsen, Verbundlinsen usw. arbeiten.
  • Die Relaislinse 352 empfängt das Bildlicht 355 von der Tubuslinse 351 (oder in verschiedenen alternativen Mikroskopkonfigurationen allgemeiner von einer Zwischenbildebene) und gibt es an die VFL- (TAG-) Linse 370 aus. Die VFL-(TAG-) Linse 370 empfängt das Bildlicht 355 und gibt es zu der Relaislinse 356 aus. Die Relaislinse 356 empfängt das Bildlicht 355 und gibt es zu der Kamera 360 aus. In verschiedenen Implementierungen nimmt die Kamera 360 ein Kamerabild während einer Bildbelichtung (z. B. während eines Integrationszeitraums der Kamera 360) auf, der außerdem als ein Bildbelichtungszeitraum bezeichnet wird, oder kann sie die entsprechenden Bilddaten einem Steuersystemabschnitt bereitstellen. Einige Kamerabilder können ein Werkstückbild (z. B. einen Bereich des Werkstücks 320'), das während einer Werkstückbildbelichtung erzeugt wird, oder ein Eichobjektbild (z. B. einen Bereich des Eichobjekts 320), das während einer Eichobjektbildbelichtung erzeugt wird, enthalten. In einigen Implementierungen kann eine Bildbelichtung (z. B. eine Werkstückbildbelichtung oder eine Eichobjektbildbelichtung) durch einen Abtastzeitpunkt der Lichtquelle 330 begrenzt oder gesteuert sein, der in einen Bildintegrationszeitraum der Kamera 360 fällt. In verschiedenen Implementierungen kann die Kamera 360 eine Bildelementanordnung aufweisen, die größer als 1 Megapixel (z. B. 1,3 Megapixel bei einer 1280 × 1024-Bildelementanordnung bei 5,3 Mikrometern pro Bildelement) ist.
  • In dem Beispiel nach 3 sind die Relaislinsen 352 und 356 und die VFL-(TAG-) Linse 370 so bezeichnet, dass sie in einer optischen 4f-Konfiguration enthalten sind, während die Relaislinse 352 und die Tubuslinse 351 so bezeichnet sind, dass sie in einer Konfiguration eines Keplerfernrohrs enthalten sind, und die Tubuslinse 351 und die Objektivlinse 350 so bezeichnet sind, dass sie in einer Mikroskopkonfiguration enthalten sind. Es wird erkannt, dass alle der veranschaulichten Konfigurationen lediglich beispielhaft und bezüglich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränkend sind. In verschiedenen Implementierungen ermöglicht die veranschaulichte optische 4f-Konfiguration das Anordnen der VFL- (TAG-) Linse 370 (die z. B. eine Vorrichtung mit einer geringen numerischen Apparatur (NA) sein kann) in der Fourier-Ebene der Objektivlinse 350. Diese Konfiguration kann die Telezentrie an dem Werkstück 320' oder dem Eichobjekt 320 aufrechterhalten und kann eine Maßstabsänderung und eine Bildverzeichnung minimieren (z. B. einschließlich des Schaffens einer konstanten Vergrößerung für jede effektive Brennpunktposition (Z-Höhe) des Werkstücks 320' oder des Eichobjekts 320). Die Konfiguration eines Keplerfernrohrs (die z. B. die Tubuslinse 351 und die Relaislinse 352 enthält) kann zwischen der Mikroskopkonfiguration und der optischen 4f-Konfiguration enthalten sein und kann konfiguriert sein, eine Sollgröße der Projektion der freien Apparatur der Objektivlinse an dem Ort der VFL- (TAG-) Linse 370 zu schaffen, um die Bildaberrationen usw. zu minimieren.
  • In verschiedenen Implementierungen kann der Linsen-Controller 380 einen Antriebssignalgeneratorabschnitt 381, einen Zeitsteuerungstakt 381', die Bildgebungsschaltungen/-routinen 382 und die Schaltungen/Routinen 383 des Fokussierungszustandseichungs-Untersystems enthalten. Der Antriebssignalgeneratorabschnitt 381 kann (z. B. in Verbindung mit dem Zeitsteuerungstakt 381') arbeiten, um ein periodisches Antriebssignal über eine Signalleitung 380' der Hochgeschwindigkeits-VFL- (TAG-) Linse 370 bereitzustellen. In verschiedenen Implementierungen kann das VFL-Linsensystem (oder Abbildungssystem) 300 ein Steuersystem (z. B. den Steuersystemabschnitt 120 nach 2) umfassen, das konfigurierbar ist, in Verbindung mit dem Linsen-Controller 380 für koordinierte Operationen zu arbeiten.
  • In verschiedenen Implementierungen kann der Linsen-Controller 380 im Allgemeinen verschiedene Funktionen, die sowohl auf das Abbilden eines Werkstücks 320' oder eines Eichobjekts 320 in einer Weise, die mit einem Sollphasenzeitpunkt der VFL-Linse 370 synchronisiert ist, als auch auf das Steuern, Überwachen und Einstellen des Antreibens und der Reaktion der VFL-Linse 370 bezogen sind, ausführen. In verschiedenen Implementierungen führen die Bildschaltungen/-routinen 382 Standardbildgebungsoperationen für das optische System synchronisiert mit dem Phasenzeitpunkt der VFL-Linse 370 aus, wie in der Technik bekannt ist und in den aufgenommenen Quellenangaben beschrieben ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, können in verschiedenen Implementierungen die Schaltungen/Routinen 383 des Fokussierungszustandseichungs-Untersystems die Fokussierungszustandseichung in Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien ausführen.
  • Die Schaltungen/Routinen 383 des Fokussierungszustandseichungs-Untersystems enthalten einen Bezugsbereichsfokussierungsanalysator 384 und optische Einstellschaltungen/-routinen 385. In verschiedenen Implementierungen kann der Bezugsbereichsfokussierungsanalysator 384 Funktionen, wie z. B. das Eingeben von Eichobjektbildern (wie sie z. B. in den Kamerabildern enthalten sind) und das Aufrufen bestimmter Videowerkzeuge (z. B. eines bekannten Typs eines Autofokus-Videowerkzeugs oder eines Mehrbereichs- oder Mehrpunkt-Autofokus-Videowerkzeugs oder dergleichen) oder anderer Fokussierungsanalyseroutinen ausführen, um einen oder mehrere Fokussierungseigenschaftswerte (z. B. einen Wert einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik) für die Fokussierungszustands-Bezugsbereiche (FSRRs) in den Eichobjektbildern, die für die Fokussierungszustandseichung usw. verwendet werden, zu bestimmen.
  • In verschiedenen Implementierungen können die durch derartige Prozesse bestimmten Eichdaten durch das System für anschließende Messoperationen gespeichert und verwendet werden. In verschiedenen Implementierungen können die bestimmten Eichdaten und/oder anderen Faktoren optional als Teil eines Prozesses zum Ausführen von Einstellungen an dem System verwendet werden, nach denen in einigen Fällen die Eichdaten abermals bestimmt werden können. In einer Implementierung können die optionalen Einstellschaltungen/-routinen 385 z. B. die bestimmten Fokussierungseigenschaftsergebnisse/-werte und/oder andere bestimmte Eichdaten von dem Bezugsbereichsfokussierungsanalysator 384 oder andere bestimmte Ergebnisse/Werte/Daten eingeben, wobei sie die bestimmten Ergebnisse/Werte/Daten mit entsprechenden gespeicherten Ergebnissen/Werten/Daten vergleichen können, um zu bestimmen, ob bestimmte Typen von Einstellungen an dem System ausgeführt werden. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, können in verschiedenen Implementierungen die Einstellungen das Einstellen einer Amplitude zum Antreiben der VFL-Linse 370 (z. B. zum Einstellen ihres Bereichs der Brechkraft und des resultierenden effektiven Brennpunktpositionsbereichs), eine Phasenzeitpunkteinstellung (z. B. zum Einstellen des Phasenzeitpunkts, der verwendet wird, um spezielle effektive Brennpunktpositionen (Z-Höhen) bereitzustellen), eine Einstellung der VFL-Linsen-Temperatur usw. enthalten (sind aber nicht darauf eingeschränkt). In verschiedenen Implementierungen können derartige Einstellungen durch Änderungen der Steuersignale des Antriebssignalgeneratorabschnitts 381, des Zeitsteuerungstakts 381' und/oder einer Linsenheizvorrichtung/eines Linsenkühlers 337 usw. implementiert sein, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. In verschiedenen Implementierungen können die Schaltungen/Routinen 383 des Fokussierungszustandseichungs-Untersystems in einigen Fällen die Operationen wiederholt ausführen, um das System iterativ zu analysieren und einzustellen, bis sich der Bereich der Brechkraft der VFL-Linse und/oder der resultierende effektive Brennpunktpositionsbereich auf Sollniveaus (z. B. innerhalb einer Solltoleranz bezüglich bestimmter gespeicherter Ergebnisse/Werte/Daten) befinden. Sobald derartige Einstellungsprozesse abgeschlossen sind, können die dem aktuellen Zustand des Systems entsprechenden Eichdaten durch das System für anschließende Messoperationen gespeichert und verwendet werden.
  • In verschiedenen Fällen kann sich aufgrund unerwünschter Temperaturvariationen eine Drift in den Betriebseigenschaften der VFL-Linse ergeben. Wie in 3 gezeigt ist, kann in verschiedenen Implementierungen das Abbildungssystem 300 optional die Linsenheizvorrichtung/den Linsenkühler 337 enthalten, die/der der VFL-Linse 370 zugeordnet ist. Die Linsenheizvorrichtung/der Linsenkühler 337 kann konfiguriert sein, gemäß einigen Implementierungen und/oder Betriebsbedingungen eine Menge an Wärmeenergie in die VFL-Linse 370 einzugeben und/oder Kühlfunktionen auszuführen, um das Erwärmen und/oder das Kühlen der VFL-Linse 370 zu fördern. Zusätzlich kann in verschiedenen Implementierungen ein VFL-Linsenüberwachungssignal durch einen Temperatursensor 336, der der VFL-Linse 370 zugeordnet ist, bereitgestellt werden, um eine Betriebstemperatur der VFL-Linse 370 zu überwachen.
  • Wie im Folgenden bezüglich der 7A-7C ausführlicher beschrieben wird, kann die Kamera 360 Eichobjektbilder (wie z. B. die beispielhaften Bilder 700A-700C), die während der entsprechenden Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation der VFL-Linse 370 belichtet werden, und die resultierende effektive Brennpunktposition des Abbildungssystems 300 bereitstellen, um die Fokussierungszustands-Eichoperationen zu unterstützen. Wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird, sind die Fokussierungseigenschaftswerte für die Elemente einer Menge von Fokussierungszustands-Bezugsbereichen, die in den unter Verwendung spezieller bekannter Phasenzeitpunkte belichteten Eichobjektbildern (wie z. B. den beispielhaften Bildern 700A-700C) enthalten sind, auf eine Brechkraft der VFL-Linse 370 und die resultierende effektive Brennpunktposition des Abbildungssystems 300 während der entsprechenden Phasenzeitpunkte bezogen.
  • Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen das Eichobjekt 320 als ein Fokussierungszustands-Eichobjekt (FS-Eichobjekt) 320 bezeichnet werden, wobei es eine ebene geneigte Musterfläche SRF (wie z. B. im unteren Teil der 3 neben dem Eichobjekt 320 in der um 90 Grad gedrehten Ansicht des Eichobjekts 320 mit der ebenen geneigten Musterfläche SRF veranschaulicht ist) enthalten kann. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen ein Satz von Fokussierungszustands-Bezugsbereichen (FSRRs) auf der ebenen geneigten Musterfläche SRF (z. B. als Teil eines Kontrastmusters) verteilt sein. Die FSRRs können jeweilige bekannte relative Bezugsbereichs-Bildorte (RRILs) in den Eichobjektbildern aufweisen, die an verschiedenen jeweiligen relativen Bezugsbereichs-Brennpunktabständen oder -positionen fest sind. Im Ergebnis kann ein Kamerabild, das ein am besten fokussiertes Bild eines speziellen FSRR enthält, einen Systemfokussierungs-Bezugszustand definieren, der diesem speziellen FSRR zugeordnet ist. In verschiedenen Implementierungen kann dieser definierte Systemfokussierungs-Bezugszustand eine spezielle VFL-Brechkraft und/oder eine spezielle effektive Brennpunktposition, die diesem speziellen FSRR zugeordnet sind, usw. umfassen (wie z. B. im Folgenden weiter beschrieben wird).
  • Wenn in verschiedenen Implementierungen das Eichobjekt 320 abgebildet werden soll, kann das Eichobjekt 320 in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration angeordnet sein. In verschiedenen Implementierungen kann die Eichobjekt-Abbildungskonfiguration das Eichobjekt 320 enthalten, das sich auf einem Tisch (z. B. 210) des Systems oder anderweitig in einem Sehfeld der Objektivlinse 350 befindet. Das Eichobjekt 320 kann sich an einer Position befinden, wo die Kamerabilder, die aufgenommen werden, die Eichobjektbilder enthalten, die die geneigte Oberfläche des Eichobjekts 320 enthalten, so dass die Fokussierungseigenschaftswerte für die FSRRs auf der geneigten Oberfläche des Eichobjekts 320 bestimmt werden können, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
  • Wenn sich in verschiedenen Implementierungen das Eichobjekt 320 in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration befindet und abgebildet wird, empfängt die VFL-Linse 370 das Bildlicht 355 des Eichobjektbildes und gibt die VFL-Linse 370 das Bildlicht 355 des Eichobjektbildes aus, für das der Bildfokussierungsort (z. B. an der Kamera 360) durch die periodische Variation der Brechkraft, die dem Betrieb der VFL-Linse 370 zugeordnet ist, periodisch geändert wird. Wenn sich die verschiedenen jeweiligen FSRRs an dem Eichobjekt 320 in verschiedenen jeweiligen Abständen (z. B. von der Objektivlinse 350) befinden, sind sie folglich in den jeweiligen Bildern, die zu verschiedenen jeweiligen Zeitpunkten während der periodischen Variation der Brechkraft der VFL-Linse 370 aufgenommen werden, fokussiert. Folglich kann das Eichobjekt 320 (z. B. mit bestimmten bekannten Eigenschaften hinsichtlich der relativen Höhe der FSRRs) als ein Teil eines hier offenbarten Eichprozesses verwendet werden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
  • Bezüglich der allgemeinen Operationen der VFL-Linse 370 kann in verschiedenen Implementierungen, wie oben beschrieben worden ist, der Linsen-Controller 380 ihre Brechkraft periodisch schnell einstellen oder modulieren, um eine Hochgeschwindigkeits-VFL-Linse zu erreichen, die zur periodischen Modulation (d. h., bei einer Resonanzfrequenz der VFL-Linse) von 250 kHz oder 70 kHz oder 30 kHz oder dergleichen imstande ist. Wie in 3 gezeigt ist, kann unter Verwendung der periodischen Modulation eines Signals, um die VFL-Linse 370 anzutreiben, die effektive Brennpunktposition EFP des Abbildungssystems 300 (d. h., die Brennpunktposition vor der Objektivlinse 350) innerhalb eines Bereichs Refp (z. B. eines Autofokus-Suchbereichs), der durch eine effektive Brennpunktposition EFP1 (oder EFPmax), die einer maximalen Brechkraft der VFL-Linse 370 in Kombination mit der Objektivlinse 350 entspricht, und eine effektive Brennpunktposition EFP2 (oder EFPmin), die einer maximalen negativen Brechkraft der VFL-Linse 370 in Kombination mit der Objektivlinse 350 entspricht, begrenzt ist, schnell bewegt werden. In verschiedenen Implementierungen können die effektiven Brennpunktpositionen EFP1 und EFP2 etwa den Phasenzeitpunkten von 90 Grad und 270 Grad entsprechen, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Für die Zwecke der Erörterung kann die Mitte des Bereichs Refp als EFPnom bezeichnet werden, wobei sie einer Brechkraft von null der VFL-Linse 370 in Kombination mit der nominellen Brechkraft der Objektivlinse 350 entsprechen kann. Gemäß dieser Beschreibung kann die EFPnom der nominalen Brennweite der Objektivlinse 350 in einigen Implementierungen etwa entsprechen (die z. B. einem Arbeitsabstand WD der Objektivlinse 350 entsprechen kann).
  • In einer Implementierung kann der optionale Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375 Daten von der Kamera 360 eingeben und kann Daten oder Signale bereitstellen, die verwendet werden, um zu bestimmen, wann sich ein abgebildeter Oberflächenbereich (z. B. eines Werkstücks 320' oder eines Eichobjekts 320) an einer effektiven Brennpunktposition befindet. Eine Gruppe von Bildern, die durch die Kamera 360 an verschiedenen effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) aufgenommen werden, wie z. B. ein Teil eines Bildstapels, kann z. B. unter Verwendung einer bekannten Analyse des „maximalen Kontrasts“ oder des „am besten fokussierten Bildes“ analysiert werden, um zu bestimmen, wann sich ein abgebildeter Oberflächenbereich eines Werkstücks 320' oder eines Eichobjekts 320 an einer entsprechenden effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) befindet. Allgemeiner kann jedoch jede andere geeignete bekannte Bildfokussierungsdetektionskonfiguration verwendet werden. In jedem Fall kann der Werkstück-Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375 oder dergleichen ein Bild oder Bilder, das bzw. die während der periodischen Modulation der effektiven Brennpunktposition (des Überstreichens mehrerer effektiver Brennpunktpositionen) der VFL-Linse 370 (z. B. einer TAG-Linse) aufgenommen wird bzw. werden, eingeben und ein Bild und/oder einen Bildzeitpunkt, zu dem ein Zielmerkmal (z. B. ein Werkstück oder ein Eichobjekt) am besten fokussiert ist, bestimmen. In verschiedenen Implementierungen können Teile oder alles des Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitts 375 und des Bezugsbereichsfokussierungsanalysators 384 verschmolzen und/oder ununterscheidbar sein. Alternativ kann in bestimmten Implementierungen der Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375 hauptsächlich für die Verarbeitung von Werkstückbildern verwendet werden, während der Bezugsbereichsfokussierungsanalysator 374 hauptsächlich zum Verarbeiten von Eichobjektbildern verwendet werden kann.
  • In einigen Implementierungen kann der Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375 einen Phasenzeitpunkt, der einer besten Fokussierung (z. B. eines Werkstückmerkmals oder eines Eichobjektmerkmals) entspricht, bestimmen und einen Wert des Phasenzeitpunkts der „besten Fokussierung“ an den Abschnitt 373 der Eichung der effektiven Brennpunktposition ausgeben, (der z. B. die durch die Eichprozesse, wie z. B. jene, die hier offenbart sind, bestimmten Eichdaten speichern kann). Der Abschnitt 373 der Eichung der effektiven Brennpunktposition kann die Eichdaten der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe), die die jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) mit den jeweiligen Phasenzeitpunkten der „besten Fokussierung“ innerhalb eines Zeitraums einer Standardabbildungs-Resonanzfrequenz der VFL-Linse 370 in Beziehung setzen, bereitstellen, wobei in einigen Fällen die Eichdaten im Allgemeinen dem Betreiben der VFL-Linse 370 gemäß einer Standardabbildungsantriebs-Steuerkonfiguration oder einem Bezugszustand entsprechen können.
  • Im Allgemeinen umfasst der Abschnitt 373 der Eichung der effektiven Brennpunktposition die aufgezeichneten Eichdaten der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe), (wie sie z. B. durch die Eichprozesse, wie z. B. jene, die hier offenbart sind, bestimmt werden). Seine Darstellung in 3 als solche als ein separates Element ist lediglich als eine schematische Darstellung und nicht einschränkend vorgesehen. In verschiedenen Implementierungen können die zugeordneten aufgezeichneten Eichdaten der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) mit dem Linsen-Controller 380, dem Werkstück-Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375 oder einem Host-Computer-System, das mit dem Systemsignal- und -steuerbus 395 verbunden ist, usw. verschmolzen sein oder von diesen ununterscheidbar sein.
  • In verschiedenen Implementierungen steuert der Belichtungs- (Abtast-) Zeit-Controller 333es einen Bildbelichtungszeitpunkt des Abbildungssystems 300 (z. B. bezüglich eines Phasenzeitpunkts der periodisch modulierten effektiven Brennpunktposition). Spezifischer kann in einigen Implementierungen der Belichtungs- (Abtast-) Zeit-Controller 333es (z. B. unter Verwendung der Eichdaten der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe), die in dem Abschnitt 373 der Eichung der effektiven Brennpunktposition verfügbar sind) während einer Bildbelichtung die Lichtquelle 330 steuern, um zu einem jeweiligen gesteuerten Zeitpunkt abzutasten. Der Belichtungs- (Abtast-) Zeit-Controller 333es kann z. B. die Abtastlichtquelle steuern, um zu einem entsprechenden Phasenzeitpunkt innerhalb einer Periode einer Standardabbildungs-Resonanzfrequenz der VFL-Linse 370 abzutasten, um ein Bild mit einer speziellen effektiven Brennpunktposition innerhalb des Bereichs des Überstreichens (der periodischen Modulation) der VFL-Linse 370 aufzunehmen. In anderen Implementierungen kann der Belichtungszeit-Controller 333es einen schnellen elektronischen Kameraverschluss der Kamera 360 steuern, um ein Bild zu einem jeweiligen gesteuerten Zeitpunkt und/oder bei seiner zugeordneten effektiven Brennpunktposition aufzunehmen. In einigen Implementierungen kann der Belichtungs- (Abtast-) Zeit-Controller 333es mit der Kamera 360 verschmolzen oder von der Kamera 360 ununterscheidbar sein. Es wird erkannt, dass die Operationen des Belichtungszeit-Controllers 333es und die anderen Merkmale und Elemente, die oben umrissen worden sind, implementiert sein können, um die Aufnahmen von Werkstückbildern, die Aufnahmen von Eichobjektbildern oder beides in verschiedenen Implementierungen zu steuern. Wie im Folgenden bezüglich der 7A-7C ausführlicher beschrieben wird, können in bestimmten spezifischen beispielhaften Implementierungen die Eichobjektbildbelichtungen folglich gesteuert sein, so dass sie spezifischen Phasenzeitpunkten, die auf die Struktur des Eichobjekts bezogen sind, (z. B. speziellen Phasenzeitpunkten, die die Bilder bereitstellen, in denen sich die FSRRs des Eichobjekts 320 auf verschiedenen Ebenen der Fokussierung befinden) entsprechen, wie sie zum Bestimmen der Eichdaten für das VFL-Linsensystem verwendet werden können.
  • Die 4A und 4B sind graphische Darstellungen, die eine erste beispielhafte Implementierung eines Fokussierungszustands-Eichobjekts (FS-Eichobjekts) 420 zeigen, das in Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien verwendbar ist. Wie in 4A gezeigt ist, enthält das Eichobjekt 420 eine ebene geneigte Musterfläche SRF, einen Stützkörper BDY und die Befestigungselemente ATC (z. B. zum Befestigen der ebenen geneigten Musterfläche SRF an dem Körper BDY). Wie im Folgenden bezüglich 6 ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen ein Satz von FSRRs auf der ebenen geneigten Musterfläche SRF (z. B. als Teil eines Kontrastmusters) verteilt sein. In verschiedenen Implementierungen kann die ebene geneigte Musterfläche SRF ein Gitter enthalten, für das das Kontrastmuster die Gitterlinien enthalten kann, (wie z. B. in dem Beispiel nach 4A veranschaulicht ist).
  • Wie in 4B veranschaulicht ist, enthält das Eichobjekt 420 ferner eine reflektierende Oberfläche RSF (z. B. einen Spiegel usw.), die sich unter der ebenen geneigten Musterfläche SRF befindet. Wenn in verschiedenen Implementierungen das Eichobjekt 420 in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich eines VFL-Linsensystems untergebracht/angeordnet ist, kann die reflektierende Oberfläche RSF nominell orthogonal zu einer optischen Achse einer Objektivlinse und/oder eines optischen Abbildungsweges sein. Wenn in verschiedenen Implementierungen das Quelllicht (z. B. das Quelllicht 332) von dem VFL-Linsensystem durch die ebene geneigte Musterfläche SRF (z. B. ein Gitter) geht, kann das Licht durch die reflektierende Oberfläche RSF zurückreflektiert werden, so dass es als wenigstens ein Teil des Eichobjektbildlichts, das entlang dem optischen Abbildungsweg des VFL-Linsensystems durchgelassen wird, durch die ebene geneigte Musterfläche SRF zurückgeht. In verschiedenen Implementierungen können derartige Merkmale für Eichobjekte mit ebenen geneigten Musterflächen mit bestimmten relativ hohen Neigungswinkeln (z. B. Neigungswinkeln über 10 Grad oder über 15 Grad usw.) besonders erwünscht sein. Spezifischer können in bestimmten Implementierungen die ebenen geneigten Musterflächen mit bestimmten Neigungswinkeln eine Sollmenge des Lichts entlang einem optischen Abbildungsweg des VFL-Linsensystems nicht zurückreflektieren, für das das durch die reflektierende Oberfläche RSF zurückreflektierte Licht, das durch die ebene geneigte Musterfläche zurückgeht, das Bildlicht vergrößern kann, das entlang dem optischen Abbildungsweg geleitet wird, (wie z. B. um die Abbildung des Eichobjekts 420 usw. zu verbessern).
  • 5 ist eine graphische Darstellung, die verschiedene Neigungswinkel (d. h., einer ebenen geneigten Musterfläche) für Eichobjekte, wie z. B. das Eichobjekt nach den 4A und 4B, veranschaulicht. In verschiedenen Implementierungen können derartige verschiedene Eichobjekte als ein Teil eines Satzes von Eichobjekten vorgesehen sein, die zur Verwendung mit einem Satz auswechselbarer Objektivlinsen mit verschiedenen Vergrößerungen (z. B. eines beispielhaften Satzes von Objektivlinsen, der von 1x- bis 50x-Vergrößerung reicht) eines VFL-Linsensystems sind. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, weist jedes Eichobjekt des Satzes von Eichobjekten eine ebene geneigte Musterfläche mit einem anderen Betrag der Neigung auf, wobei jedes Eichobjekt des Satzes von Eichobjekten einer anderen Objektivlinse mit einer anderen Vergrößerung entspricht. Wenn in verschiedenen Implementierungen eine Eichung des VFL-Linsensystems ausgeführt wird, kann ein Eichobjekt von dem Satz verwendet werden, das der Objektivlinse entspricht, die während der Eichung verwendet wird.
  • In verschiedenen Implementierungen kann der Neigungswinkel für jedes Eichobjekt entworfen sein, um eine vollständige Abtastung eines VFL-Bildes (z. B. mit +1 Dioptrie) zur Verwendung mit einer entsprechenden Objektivlinse mit einer spezifizierten Vergrößerung zu ermöglichen. Spezifischer führt die Verwendung einer Objektivlinse mit einer größeren Vergrößerung zu einer erhöhten Auflösung, aber entsprechend einem kleineren Gesamt-Z-Abtastbereich, für den der Neigungswinkel eines entsprechenden Eichobjekts entsprechend kleiner sein kann, (wie z. B. durch die Neigungswinkel und die anderen Werte angegeben ist, die in der Tabelle nach 5B veranschaulicht sind). Als einige spezifische beispielhafte Werte, die durch die Tabelle nach 5B angegeben sind, kann für eine Konfiguration mit einer Objektivlinse mit einer Vergrößerung von 1x, einem X-Sehfeld (FOV) von 6,784 mm, einem Y-FOV von 5,427 mm und einem Abtastbereich von 20,000 mm ein Neigungswinkel von 71,3 Grad für ein entsprechendes Eichobjekt verwendet werden. Am anderen Ende des Bereichs kann für eine Konfiguration mit einer Objektivlinse mit einer Vergrößerung von 50x, einem X-FOV von 0,1357 mm, einem Y-FOV von 0,1085 mm und einem Abtastbereich von 0,008 mm ein Neigungswinkel von 3,4 Grad für ein entsprechendes Eichobjekt verwendet werden.
  • In verschiedenen Implementierungen kann ein einziges Eichobjekt für die Verwendung mit zwei oder mehr spezifizierten Objektivlinsen vorgesehen sein, anstatt dass ein separates Eichobjekt vorhanden ist, das für die Verwendung mit jeder Objektivlinse vorgesehen ist. In einer derartigen Implementierung kann die ebene geneigte Musterfläche einen Neigungswinkel aufweisen, der einstellbar ist (der z. B. zwischen verschiedenen Winkeln zur Verwendung mit den verschiedenen Objektivlinsen, wie z. B. jenen, die in 5B veranschaulicht sind, eingestellt werden kann). In verschiedenen Implementierungen kann ein Satz verschiedener Eichobjekte zur Verwendung mit verschiedenen Objektivlinsen von verschiedenen Größen sein und/oder Kontrastmuster und/oder entsprechende Fokussierungszustands-Bezugsbereiche mit unterschiedlichen Teilungen usw. aufweisen. Ein Eichobjekt zur Verwendung mit einer 50x-Objektivlinse mit einem FOV von 0,1357 mm mal 0,1085 mm kann z. B. eine kleinere ebene geneigte Musterfläche und/oder eine feinere Teilung des Kontrastmusters und/oder der entsprechenden FSRRs (z. B. ein kleineres Gitter mit einer feineren Teilung der Gitterlinien) als ein Eichobjekt zur Verwendung mit einer 1x-Objektivlinse mit einem FOV von 6,784 mm mal 5,427 mm aufweisen.
  • 6 enthält zwei in Beziehung stehende graphische Darstellungen, die eine zweite beispielhafte Implementierung eines Eichobjekts 620 veranschaulichen, das in Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien verwendbar ist. Eine Oberfläche SRF des Eichobjekts 620 ist in der graphischen Darstellung 600A in einer Draufsicht gezeigt. Die graphische Darstellung 600B ist eine graphische Darstellung einer Seitenansicht, in der eine Oberfläche SFR des Eichobjekts 620 mit einem Neigungswinkel TA gemäß den hier offenbarten Prinzipien geneigt gezeigt ist. Wie in der graphischen Darstellung 600A gezeigt ist, ist die Oberfläche SRF des Eichobjekts 620 eine ebene „Musterfläche“, die ein Kontrastmuster CP entlang der Oberfläche enthält und die eine spezifische Anzahl und/oder Konfiguration von Musterelementen PE (z. B. der Musterelemente PE-0 bis PE-25) aufweisen kann. In einer Implementierung kann die ebene Musterfläche SRF ein Gitter umfassen, für das das Kontrastmuster CP das der Gitterelemente sein kann und für das die Musterelemente PE-0 bis PE-25 den Gitterlinien entsprechen können, wie sie in dem Gitter verteilt sind. In verschiedenen Implementierungen kann es erwünscht sein, dass das Kontrastmuster die Musterelemente PE mit hohem Kontrast enthält, die mit einer hohen Ortsfrequenz angeordnet sind. Wie in 6 gezeigt ist, sind verschiedene FSRRs des Kontrastmusters CP entlang der Oberfläche SRF angeordnet (siehe z. B. die repräsentativen Bereiche FSRR-1, FSRR-13 und FSRR-25), so dass sie sich an verschiedenen effektiven Brennpunktpositionen bezüglich der Objektivlinse 350 befinden, wobei die ebene Musterfläche SRF mit dem Neigungswinkel TA geneigt ist.
  • Die FSRRs, wie hier auf sie verwiesen wird, können als irgendein Bereich auf einem Eichobjekt 620 an einem Bezugsbereichs-Bildort (RRIL) in den Eichobjektbildern betrachtet werden, wie durch den Entwurf und/oder die Eichung bekannt sein kann. In dem speziellen Beispiel nach 6, wo die ebene Musterfläche ein Gitter umfasst und für das die Musterelemente PE-0 bis PE-25 den Gitterlinien entsprechen, können die FSRRs in einer Implementierung den Kanten (d. h., den Unterkanten) der Gitterlinien entsprechen. In einer derartigen Implementierung können die FSRR-1 bis FSRR-25 den Unterkanten der Gitterlinien PE-1 bis PE-25 entsprechen (für die z. B. der FSRR-1 der Unterkante der Gitterlinie PE-1 entspricht, der FSRR-13 der Unterkante der Gitterlinie PE-13 entspricht und der FSRR-25 der Unterkante der Gitterlinie PE-25 entspricht). Während in diesem speziellen Beispiel die FSRRs als den Unterkanten der Gitterlinien entsprechend bezeichnet sind, wird erkannt, dass in verschiedenen Implementierungen die FSRRs irgendeinem Typ, irgendeiner Abmessung usw. des Kontrastmusterelements, -merkmals usw. entsprechen können (wie sich z. B. jedes an einem verschiedenen bestimmbaren RRIL in einem Eichobjektbild usw. befindet).
  • In verschiedenen Implementierungen weisen die FSRRs bekannte geometrische Beziehungen bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche SRF auf. In einer Implementierung, in der die ebene geneigte Musterfläche z. B. ein Gitter umfasst, können die bekannten geometrischen Beziehungen dem Gitter, das eine bekannte Ausrichtung bezüglich der Ebene der ebenen geneigten Musterfläche SRF aufweist, und/oder jedem FSRR, der sich auf einer bekannten konstanten Höhe über der ebenen geneigten Musterfläche SRF befindet, und/oder anderen bekannten geometrischen Beziehungen der FSRRs bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche SRF entsprechen. In verschiedenen Implementierungen können die FSRRs außerdem bekannte Bereichsbeziehungen in Bezug aufeinander aufweisen. Für ein Gitter können die bekannten Bereichsbeziehungen z. B. dem Gitter, das eine bekannte Gitterteilung PI aufweist, und/oder den FSRRs, die bekannte Abstände SP in Bezug aufeinander aufweisen, und/oder anderen bekannten Bereichsbeziehungen der FSRRs in Bezug aufeinander entsprechen. Wenn die jeweiligen FSRRs in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich der Objektivlinse 350 angeordnet sind, sind sie an verschiedenen jeweiligen Bezugsbereichs-Brennpunktabständen oder effektiven Brennpunktpositionen EFP bezüglich der Objektivlinse 350 fest.
  • Wie in der graphischen Darstellung 600B gezeigt ist, sind bei der Oberfläche SRF des Eichobjekts 620 bei dem Neigungswinkel TA der FSRR-1, der FSRR-13 und der FSRR-25 an verschiedenen effektiven Brennpunktpositionen EFP-1, EFR-13 bzw. EFP-25 bezüglich der Objektivlinse 350 angeordnet. Es wird erkannt, dass andere jeweilige FSRR-i andere jeweilige effektive Brennpunktpositionen EFP-i innerhalb eines Eichobjekt-Brennpunktpositionsbereichs Rco aufweisen. Jedes hier offenbarte Eichobjekt kann eine etwas diffusive oder streuende Oberfläche mit irgendeiner abgebildeten Musterfläche enthalten, die eine robustere Abbildung, verringerte Ausrichtungsanforderungen und verringerte unerwünschte Reflexionen ermöglicht. Ein Eichobjekt, wie z. B. das, das hier offenbart ist, kann zum Eichen eines beispielhaften VFL-Linsensystems, wie z. B. jener, die bezüglich der 1-3 beschrieben worden sind, verwendet werden und kann auf einer Kamera 360 (z. B. einer 1280 × 1024-Bildelement-Kamera) abgebildet werden, um ein Eichobjektbild zu erzeugen, das gemäß den hier offenbarten Prinzipien verwendbar ist.
  • Die 7A, 7B und 7C sind graphischen Darstellungen, die drei Kamerabilder 700A, 700B und 700C repräsentieren, die Bilder des Eichobjekts 620 nach 6 in drei verschiedenen Fokussierungszuständen enthalten. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann als ein Teil eines Eichprozesses ein Bildstapel, der eine Anzahl von Bildern (die z. B. in verschiedenen Implementierungen 10en oder 100en von Bildern usw. zählen können) enthält, (z. B. zu gleich beabstandeten Phasenzeitpunkten oder anderweitig überall in einem Bereich der Modulation der Brechkraft der VFL-Linse 370) aufgenommen werden. In verschiedenen Implementierungen können die Bilder 700A, 700B und 700C drei beispielhafte Bilder aus einem derartigen Bildstapel repräsentieren, (wobei z. B. das Bild 700B in der Nähe der Mitte des Bereichs aufgenommen ist, während die Bilder 700A und 700C in der Nähe gegenüberliegender Enden des Bereichs aufgenommen sind).
  • Insbesondere enthält das Kamerabild 700A ein Eichobjektbild ROI-700A, das in der Nähe einer effektiven Brennpunktposition EFP-1 fokussiert ist, wo der FSRR-1 am besten fokussiert ist. Das Kamerabild 700B enthält ein Eichobjektbild ROI-700B, das in der Nähe einer effektiven Brennpunktposition EFP-13 fokussiert ist, wo der FSRR-13 am besten fokussiert ist, während das Kamerabild 700C ein Eichobjektbild ROI-700C enthält, das in der Nähe einer effektiven Brennpunktposition EFP-25 fokussiert ist, wo der FSRR-25 am besten fokussiert ist. Jede der effektiven Brennpunktpositionen EFP-1, EFP-13 und EFP-25 ist in 6 veranschaulicht. Die verschiedenen Grade der Bildfokussierung oder -unschärfe sind in den 7A, 7B und 7C durch verschiedene Muster der Kreuzschraffur schematisch dargestellt. Wie gezeigt ist, weist der repräsentative FSRR-1 einen Bezugsbereichs-Bildort RRIL-1 auf, weist der repräsentative FSRR-13 einen Bezugsbereichs-Bildort RRIL-13 auf und weist der repräsentative FSRR-25 einen Bezugsbereichs-Bildort RRIL-25 auf.
  • Wie vorher angegeben worden ist, wird der Ort oder die Position der Bildfokussierung (z. B. an der Kamera 360) durch die periodische Variation der Brechkraft, die dem Betrieb der VFL-Linse 370 zugeordnet ist, periodisch geändert. Es wird erkannt, dass die effektive Brennpunktposition EFP in der Nähe des Eichobjekts 620 folglich außerdem aufgrund der periodischen Variation der Brechkraft, die dem Betrieb der VFL-Linse 370 zugeordnet ist, periodisch geändert oder überstrichen wird. Wenn sich die verschiedenen jeweiligen FSRRs an verschiedenen jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen EFPs befinden, sind sie folglich zu verschiedenen jeweiligen Zeitpunkten (Phasenzeitpunkten) in Bezug auf eine Phase oder eine Periode der periodischen Variation der Brechkraft der VFL-Linse 370 am besten fokussiert.
  • Entsprechend wird das Eichobjektbild ROI-700A durch eine Bildbelichtung (z. B. einen Abtastzeitpunkt) in der Nähe eines (gemäß einer hier verwendeten Konvention) als Ph-1 bezeichneten Phasenzeitpunkts aufgenommen, der einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der FSRR-1 am RRIL-1 an der effektiven Brennpunktposition EFP-1 am besten fokussiert ist. In diesem Eichobjektbild ROI-700A ist aufgrund des Neigungswinkels TA der Oberfläche SRF des Eichobjekts 620 (d. h., wie in 6 gezeigt ist) die Fokussierung der FSRRs als sich etwa als eine Funktion des Abstands weg von dem FSRR-1 und dem RRIL-1 zunehmend verschlechternd veranschaulicht, wobei sie in der Nähe des FSRR-25 am RRIL-25, der sich in der Nähe des fernen Endes des Eichobjekts 620 und folglich relativ fern von der ungefähren Bildfokussierungsposition befindet, im Allgemeinen am schlechtesten ist. Der Grad der Fokussierung oder Unschärfe für irgendeinen FSRR in einem Bild kann basierend auf dem Bestimmen eines Fokussierungseigenschaftswerts (z. B. eines Werts einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik) für diesen speziellen FSRR gemäß bekannten Verfahren bestimmt werden. Die 7B und 7C können durch die Analogie zu der vorhergehenden Beschreibung verstanden werden.
  • Kurz, das Eichobjektbild ROI-700B wird durch eine Bildbelichtung in der Nähe eines Phasenzeitpunkts Ph-13 aufgenommen, der einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der FSRR-13 am RRIL-13 an der effektiven Brennpunktposition EFP-13 am besten fokussiert ist. In diesem speziellen Beispiel ist die (in 6 gezeigte) EFP-13 ein Beispiel einer Brennpunktposition in der Nähe einer nominellen Brennpunktposition EFPnom, die als eine nominelle Brennpunktposition bezeichnet wird, wo die VFL-Brechkraft null ist. Folglich sich kann die EFPnom nominell in der Mitte des Brennpunktbereichs Rco befinden, wobei sie einer nominellen Brennweite Fref der Objektivlinse 350 entsprechen kann, (wie sie z. B. einem Arbeitsabstand WD von der Objektivlinse 350 entsprechen kann). Da sich die EFP-13 zentral entlang dem Eichobjekt 620 und dem Brennpunktpositionsbereich Rro befindet, ist die Fokussierung der FSRRs als sich in jeder Richtung weiter weg von dem FSRR-13 und dem RRIL-13 zunehmend verschlechternd veranschaulicht, wobei sie in der Nähe der Enden des Eichobjekts 620 am schlechtesten ist. Kurz, das Eichobjektbild ROI-700C wird durch eine Bildbelichtung in der Nähe eines Phasenzeitpunkts Ph-25 aufgenommen, der einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der FSRR-25 am RRIL-25 an der effektiven Brennpunktposition EFP-25 am besten fokussiert ist. Die Fokussierung der FSRRs ist als sich in der Richtung weg von dem FSRR-25 und dem RRIL-25 etwa zunehmend verschlechternd veranschaulicht, wobei sie in der Nähe des FSRR-1 am RRIL-1 am schlechtesten ist, der sich in der Nähe des fernen Endes des Eichobjekts 620 und folglich relativ fern von der ungefähren Bildfokussierungsposition befindet.
  • Wenn sich verschiedene jeweilige FSRRs an verschiedenen jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen EFPs befinden, sind sie folglich zu verschiedenen jeweiligen Zeitpunkten (d. h., verschiedenen jeweiligen Phasenzeitpunkten) in Bezug auf eine Phase oder Periode der periodischen Variation der Brechkraft der VFL-Linse 370 am besten fokussiert, wie oben angegeben worden ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, wird, wenn ein Bildstapel aufgenommen wird (z. B. ein Satz von Bildern zu gleich beabstandeten Phasenzeitpunkten oder anderweitig überall in einem Bereich der Modulation der Brechkraft der VFL-Linse 370 aufgenommen wird), für einen gegebenen FSRR, der in jedem der Bilder erscheint, er im Allgemeinen einen anderen Fokussierungseigenschaftswert (z. B. einen anderen Wert einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik) für jedes Bild mit höheren Fokussierungseigenschaftswerten in den Bildern, die näher zu dem Zeitpunkt, zu dem der FSRR am besten fokussiert ist, aufgenommen werden, aufweisen. Während ein derartiger Bildstapel kein exakt am besten fokussiertes Bild des FSRR enthalten kann (der Zeitpunkt für ein derartiges am besten fokussiertes Bild kann z. B. zwischen die Zeitpunkte für zwei Bilder des Stapels fallen), kann der Zeitpunkt für ein derartiges am besten fokussiertes Bild durch das Analysieren der Bilder des Bildstapels in Übereinstimmung mit bekannten Techniken (z. B. unter Verwendung der Punkte-vom-Brennpunkt-Operationen und/oder mit der Analyse von Brennpunktkurven usw.) bestimmt werden. Wie vorher angegeben worden ist, kann das VFL-Linsensystem 300 einen Bezugsbereichsfokussierungsanalysator 384 und/oder einen Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375 umfassen, die konfiguriert sein können, die Fokussierungseigenschaftswerte (z. B. die Werte einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik) und/oder andere Werte für die FSRRs in den Bildern in einem Bildstapel zu bestimmen, die als Teil derartiger Prozesse zum Bestimmen eines Phasenzeitpunkts, zu dem der FSRR am besten fokussiert sein würde, verwendet werden können. In verschiedenen Implementierungen kann eine Bestimmung eines derartigen Phasenzeitpunkts für jeden FSRR in Kombination mit bekannten effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) für jeden FSRR verwendet werden, um entsprechende Eichdaten bezüglich der Phasenzeitpunkte für die effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) für das System zu bestimmen, wie im Folgenden bezüglich der 11-15 ausführlicher beschrieben wird.
  • Wie oben angegeben worden ist, können in verschiedenen Implementierungen die Bilder 700A, 700B und 700C drei beispielhafte Bilder aus einem derartigen Bildstapel repräsentieren, (wobei z. B. das Bild 700B in der Nähe der Mitte des Bereichs aufgenommen ist und wobei die Bilder 700A und 700C in der Nähe gegenüberliegender Enden des Bereichs aufgenommen sind). In verschiedenen Implementierungen können, wenn ein derartiger Bildstapel als Teil eines Eichprozesses aufgenommen werden soll, bestimmte Eich- und/oder anderer Variable anfangs bestimmt werden. Ein VFL-Linsen-Controller kann z. B. eine Angabe der aktuellen Werte bestimmter Eingangs- oder anderer Variable, wie z. B. einer Resonanzfrequenz Fres für die VFL-Linse, eine VFL-Linsen/Controller-Temperatur Tcntrlr, einen Pegel der elektrischen Leistung Pelec usw., bereitstellen. In verschiedenen Fällen können bestimmte Variable eines mobilen Manipulatorsteuerprogramms (MOMAC) von derartigen Variable genommen oder anderweitig bestimmt werden, wie z. B. eine Phasenverzögerung Pd, der Pegel der elektrischen Leistung Pelec, die Resonanzfrequenz Fres für die VFL-Linse, einen Grad PhaseDiffDegree des Phasenunterschieds usw. Sobald die aktuellen Werte für derartige Variable empfangen oder anderweitig bestimmt worden sind, kann eine Bestimmung der Zeitinkremente (oder anderer Bereichsteilungen) ausgeführt werden, in denen die Bilder für einen Bildstapel der Bilder des Eichobjekts erhalten werden sollen.
  • In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann der volle effektive Brennpunktpositionsbereich (Z-Bereich) (d. h., vom oberen Ende bis zum unteren Ende = 180 Grad) in 1/2-Grad-Inkrementen aufgeteilt sein (d. h., was zu 360 Schritten in dieser spezifischen beispielhaften Implementierung führt). Jeder Schritt kann in Zeit (z. B. Sekunden) ausgedrückt werden, so dass 2x die Resonanzfrequenz Fres die Gesamtzeit liefert, die erforderlich ist, um 180 Grad abzutasten. Die Zeit für jeden Schritt repräsentiert folglich die Phasenverzögerung (d. h., der VFL-Linsenmodulation) in Sekunden (die z. B. einer Aufnahmezeit für jedes Bild in dem Bildstapel nominell entspricht). Eine Dauer eines Lichtpulses (die z. B. in bestimmten Implementierungen für die Aufnahme jedes Bildes konstant sein kann) kann außerdem spezifiziert (z. B. 50 ns usw.) werden und kann gemäß dem Zeitpunkt für jedes Bild ausgelöst werden, wie oben angegeben worden ist. In verschiedenen Implementierungen können bestimmte Werte (z. B. die Zeit für jeden Schritt, die Dauer des Lichtpulses usw.) in einer entsprechenden Nachschlagtabelle (LUT) aufgezeichnet sein, die zum Ausführen der nächsten Schritte des Eichprozesses verwendet wird.
  • In verschiedenen Implementierungen können die oben angegebenen Werte verwendet werden, um einen Bildstapel von Bildern des Eichobjekts zu erhalten (der z. B. eine spezifizierte Anzahl von Bildern, wie z. B. etwa 360 Bilder in Übereinstimmung mit den obigen spezifischen beispielhaften Werten, enthält). Zusätzlich zu dem Bildstapel kann außerdem ein Bild mit einem erweiterten Schärfentiefenbereich (wie z. B. im Folgenden bezüglich 8 ausführlicher beschrieben wird) (z. B. unter Verwendung bekannter Techniken für den Betrieb der VFL-Linse und in einigen Fällen unter Verwendung einiger oder aller der Phasenzeitpunkte für die Lichtpulse, wie durch die obigen beispielhaften Werte angegeben ist, und/oder anderer Phasenzeitpunkte usw.) erhalten werden. Weiterhin kann ein Bild mit ausgeschalteter VFL erhalten werden (wie z. B. im Folgenden bezüglich 10 ausführlicher beschrieben wird), wie es zu einem Zeitpunkt aufgenommen wird, wenn sich die VFL-Linse in einem Zustand befindet, in dem die Brechkraft der VFL-Linse nicht moduliert wird und die VFL-Linse keine Linsenwirkung bereitstellt (z. B. die Linse ausgeschaltet sein kann usw.), für den das Kamerabild mit ausgeschalteter VFL einer effektiven Brennpunktposition entspricht, die wenigstens teilweise durch die Objektivlinse bestimmt ist, aber nicht durch eine Modulation der Brechkraft oder einer Linsenwirkung der VFL-Linse bestimmt ist. In verschiedenen Implementierungen kann jedes dieser Bilder (d. h., der Bilder des Bildstapels, das EDOF-Bild und/oder das Bild mit ausgeschalteter VFL) für verschiedene Teile eines Eichprozesses verwendet werden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
  • 8 ist eine graphische Darstellung, die ein Bild mit erweiterten Schärfentiefenbereich (EDOF-Bild) 800 des Eichobjekts 620 nach 6 repräsentiert. In einem derartigen EDOF-Bild ist der Schärfentiefenbereich größer als der, der durch das Abbildungssystem bei einer einzigen Brennpunktposition bereitgestellt wird. Zum Aufnehmen eines Bildes mit einem erweiterten Schärfentiefenbereich sind verschiedene Verfahren (z. B. unter Verwendung einer VFL-Linse) bekannt, wie z. B. im US-Patent Nr. 10,101,572 beschrieben ist, das durch Bezugnahme hier insgesamt mit aufgenommen ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen ein Verfahren zum Eichen eines VFL-Linsensystems das Verwenden eines EDOF-Bildes enthalten, um die ungefähren Positionen jedes der FSRRs zu bestimmen, (für das z. B. die ungefähren Positionen für verschiedene Zwecke, wie z. B. das Positionieren der Bereiche von Interesse in den Bildern zum Bestimmen der Fokussierungseigenschaftswerte für die FSRRs in den Bildern usw., verwendet werden können).
  • In verschiedenen Implementierungen kann ein EDOF-Bild, wie z. B. das nach 8, Bilder der FSRRs mit einem annehmbaren Betrag der Fokussierung/des Kontrasts für bestimmte Zwecke enthalten, für die aber die Fokussierung/der Kontrast nicht exakt oder innerhalb bestimmten Toleranzen für alle FSRRs über das Kontrastmuster (wie es sich z. B. aus den Verarbeitungsverfahren ergeben kann, die zum Erzeugen/Erhalten des EDOF-Bildes verwendet werden) konsistent sein kann. Die potentiell variierende Fokussierung/der potentiell variierende Kontrast der FSRRs ist in 8 durch die variierenden Muster der Kreuzschraffur zwischen den Musterelementen veranschaulicht. Wenn für bestimmte Operationen (z. B. für das Bestimmen der genauen Orte der FSRRs usw.) eine genauere Analyse erwünscht ist, können aufgrund derartiger Faktoren bezüglich eines EDOF-Bildes die Bilder aus einem Bildstapel abwechselnd für eine derartige Verarbeitung verwendet werden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. In verschiedenen Implementierungen sind in dem EDOF-Bild 800 die FSRRs (z. B. im Vergleich zu der Teilung PI und den Abständen SP, die in 6 angegeben sind, bei dem ebenen Oberflächenmuster SRF, das von einer nicht geneigten Orientierung betrachtet wird) aufgrund des Neigungswinkels TA bezüglich der Objektivlinse 350 als eine synthetische Teilung PI' und/oder synthetische Abstände SP' in Bezug aufeinander aufweisend veranschaulicht. Es wird erkannt, dass die synthetische Teilung PI' und die synthetischen Abstände SP' ähnlich jenen in den Bildern nach den 7A-7C entsprechen können. In verschiedenen Implementierungen kann ein EDOF-Bild, wie z. B. das nach 8, als Teil verschiedener Eichprozesse für verschiedene Zwecke verwendet werden, wie im Folgenden bezüglich der 9, 10 und 11 ausführlicher beschrieben wird.
  • 9 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmung eines Drehwinkels RA eines Bildes 900 veranschaulicht, der verwendet werden kann, um eine Drehung eines Eichobjekts (z. B. bezüglich des VFL-Linsensystems usw.) zu kompensieren. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen ein Verfahren zum Eichen eines VFL-Linsensystems das Ausführen eines Ausrichtungsprozesses enthalten, der das Verwenden eines Ausrichtungsbildes (z. B. eines Bildes 900) und wenigstens einer der bekannten Bezugsbeziehung der FSRRs in Bezug aufeinander (z. B. gemäß einem Abstand oder einer Teilung) oder der bekannten geometrischen Beziehung der FSRRs zu der ebenen geneigten Musterfläche (z. B. gemäß einer bekannten Ausrichtung) umfasst, um eine Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems zu bestimmen und/oder zu kompensieren. In verschiedenen Implementierungen kann das Ausrichtungsbild wenigstens eines von einem Kamerabild eines Bildstapels, einem EDOF-Bild (wie z. B. dem nach 8) oder einem Kamerabild mit ausgeschalteter VFL (wie z. B. dem nach 10) sein.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Verwenden des Ausrichtungsbildes das Analysieren des Ausrichtungsbildes enthalten, um eine synthetische Frequenz zu bestimmen, die die Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems angeben kann. In verschiedenen Implementierungen kann die synthetische Frequenz durch das Verarbeiten einer 2D-Fourier-Transformation des Ausrichtungsbildes bestimmt werden. In verschiedenen Implementierungen kann der Ausrichtungsprozess das Bestimmen einer Ausrichtung des Eichobjekts, die einem Drehwinkel des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems (z. B. dem Drehwinkel RA nach 9, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird) entspricht, und das Kompensieren der Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems (z. B. durch das Drehen wenigstens eines Bildes des Eichobjekts um den Drehwinkel vor der weiteren Verarbeitung des wenigstens einen Bildes) enthalten.
  • Bezüglich des Beispiels nach 9 kann, wie oben angegeben worden ist, in verschiedenen Implementierungen das Bild 900, das zur Bestimmung eines Drehwinkels verwendet wird, ein EDOF-Bild (z. B. das nach 8) sein oder alternativ ein anderer Typ des Bildes des Eichobjekts (z. B. ein Bild aus einem Bildstapel oder ein Bild mit ausgeschalteter VFL usw.) sein. In dem in 9 veranschaulichten Beispiel ist das Bild 900 eine gedrehte Version des EDOF-Bildes nach 8 (d. h., für das für die Einfachheit der Veranschaulichung die Muster der Kreuzschraffur zwischen den Musterelementen in 8 nicht in 9 aufgenommen worden sind).
  • Wenn in verschiedenen Implementierungen ein Anwender oder ein System ein Eichobjekt (z. B. auf einem Tisch innerhalb des Sehfeldes der Objektivlinse 350 und des Abbildungssystems) positioniert, kann die Orientierung des Eichobjekts nicht genau bezüglich einer vertikalen oder horizontalen Sollorientierung (z. B. bezüglich des VFL-Linsensystems) ausgerichtet sein. Spezifischer kann in verschiedenen Implementierungen das Eichobjekt einen Grad der Drehung in einem oder mehreren des Nickens, des Gierens oder des Rollens bezüglich des VFL-Linsensystems (z. B. aufgrund der Anordnung/Positionierung/Orientierung durch den Anwender, einer unebenen Oberfläche eines Tisches oder einer unebenen Oberfläche, auf der das Eichobjekt angeordnet ist, usw.) aufweisen. In dem Beispiel nach 9 ist das Eichobjekt so orientiert worden, dass das Kontrastmuster einen Grad der Drehung bezüglich einer vertikalen Orientierung aufweist.
  • Wie in 9 veranschaulicht ist, befindet sich das Eichobjekt in einer Bildebene mit entsprechenden lokalen Xco-, Yco- und Zco-Eichobjekt-Koordinatenachsen (d. h., für die die Xco- und die Yco-Achse als bezüglich der X- und der Y-Achse des VFL-Linsensystems gedreht angegeben sind). Wie in 9 gezeigt ist, wird ein Eichobjekt-Drehwinkel RA bestimmt, der einen Betrag der Drehung des Eichobjekts (wie er z. B. einem Winkel zwischen der Richtung der lokalen Xco-Achse und der Richtung der X-Achse entspricht) angibt. In verschiedenen Implementierungen kann es erwünscht sein, dass die Orientierung des Eichobjekts aus einem EDOF-Bild bestimmt wird, (für das z. B. im Gegensatz zum einzigen Analysieren eines oder einiger Musterelemente, das zu einer weniger genauen Bestimmung aufgrund weniger Abtastpunkte führen kann, eine große Anzahl von Musterelementen analysiert werden kann, um eine durchschnittliche Orientierung als die Orientierung des gesamten Eichobjekts angebend zu bestimmen, usw.).
  • In verschiedenen Implementierungen kann ein Prozess zum Kompensieren der Drehung des Eichobjekts das Analysieren des EDOF-Bildes 900 enthalten, um eine synthetische Frequenz des Kontrastmusters (z. B. einschließlich der FSRRs/Gitterlinien usw.) entlang der X-Achsen-Richtung (z. B. im Gegensatz zu der Frequenz entlang der Xco-Achsen-Richtung) zu bestimmen. In einer Implementierung kann eine derartige Analyse das Verarbeiten einer 2D-Fourier-Transformation oder schnellen Fourier-Transformation (FFT) enthalten, um die synthetische Frequenz des EDOF-Bildes 900 zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann die synthetische Frequenz des EDOF-Bildes 900 (z. B. im Vergleich zu der bekannten synthetischen Frequenz mit dem horizontal ausgerichteten Kontrastmuster, wie z. B. in 8 veranschaulicht ist, und mit der bekannten synthetischen Frequenz, wie sie der Teilung PI' und den Abständen SP' entspricht) einen Drehwinkel RA des Eichobjekts angeben. Die gemessene synthetische Frequenz (die Grundschwingung der Fourier-Transformation) von dem LinEDOF-Bild wird verwendet, um zur Verwendung in den in Beziehung stehenden Berechnungen und der in Beziehung stehenden Eichung den Neigungswinkel TA zu kompensieren (z. B. um die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Neigungswinkel TA und dem bekannten oder bestimmten Neigungswinkel des Eichobjekts zu bestimmen). Die gemessene synthetische Frequenz höherer Ordnungen der Fourier-Transformation kann verwendet werden, um den Drehwinkel RA zu bestimmen und seine Wirkungen in den in Beziehung stehenden Berechnungen und der in Beziehung stehenden Eichung zu kompensieren.
  • In verschiedenen Implementierungen kann der Eichobjekt-Drehwinkel RA durch das Drehen der entsprechenden Bilder um den Drehwinkel vor der weiteren Verarbeitung kompensiert werden. Spezifischer kann in verschiedenen Implementierungen, bevor irgendeine weitere Bildverarbeitung ausgeführt wird (wie z. B. im Folgenden ausführlicher beschrieben wird), jedes zu verarbeitende/zu analysierenden Bild zuerst (z. B. unter Verwendung bekannter Bildverarbeitungs- und/oder Software-Techniken für die Drehung) gedreht werden, um irgendeine Vorbelastung für die Messung der Teilung des Kontrastmusters (z. B. der Teilung der FSRRs/des Gitters) zu entfernen. In verschiedenen Implementierungen können als eine Alternative oder zusätzlich zu dem Drehen der Bilder zum Kompensieren der Drehung verschiedene bekannte mathematische und/oder andere Verarbeitungstechniken bezüglich der entsprechenden Bilddaten verwendet werden (um z. B. eine ähnliche Wirkung wie andernfalls das Drehen des Bildes zu erreichen).
  • 10 ist eine graphische Darstellung, die ein Kamerabild 1000 mit ausgeschalteter VFL repräsentiert, das ein Bild des Eichobjekts nach 6 enthält, und das aufgenommen wird, wenn sich die VFL-Linse in einem Zustand befindet, in dem die Brechkraft der VFL-Linse nicht moduliert wird und die VFL-Linse keine Linsenwirkung bereitstellt (die Linse z. B. ausgeschaltet sein kann usw.). Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann als Teil eines Verfahrens zum Eichen eines VFL-Linsensystems in verschiedenen Implementierungen ein Kamerabild mit ausgeschalteter VFL analysiert werden, um einen repräsentativen Wert zu bestimmen, der auf die entsprechenden Werte der Bilder eines Bildstapels bezogen ist und der einem Arbeitsabstand WD von der Objektivlinse 350 entspricht. In verschiedenen Implementierungen kann ein interpolierter Wert zwischen zwei entsprechenden Werten der Bilder des Bildstapels bestimmt werden, der dem repräsentativen Wert des Kamerabildes mit ausgeschalteter VFL entspricht (und der z. B. als dem Arbeitsabstand WD entsprechend bezeichnet wird). In verschiedenen Implementierungen kann der repräsentative Wert eine Bildelementposition sein, die wenigstens teilweise durch das Ausführen einer Zeilenabtastung an dem Kamerabild mit ausgeschalteter VFL bestimmt wird.
  • Bezüglich des Beispiels nach 10 kann, wie oben angegeben worden ist, das Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL in Beziehung zu einem Arbeitsabstand WD der Objektivlinse verwendet werden. In verschiedenen Implementierungen kann zum Bestimmen eines Arbeitsabstands WD einer Objektivlinse die Eichung der Objektivlinse anfangs (z. B. in einer Fabrik vor dem Versand usw.) ausgeführt werden. In verschiedenen Implementierungen kann als Teil der anfänglichen Eichung der Objektivlinse eine Punkte-vom-Brennpunkt-Brennebenenkorrektur (PFF-FPC) (d. h., wie sie auf die Feldkrümmung bezogen ist) geeicht werden. Zu einem anschließenden Zeitpunkt (wenn z. B. die Objektivlinse verwendet werden soll) kann ein Punkte-vom-Brennpunkt- oder anderer Mechanismus (z. B. einschließlich eines Innendurchmesser-Messgeräts) verwendet werden, um den Arbeitsabstand WD der Objektivlinse (der z. B. dem Abstand der Objektivlinsen-Ansatzebene zu einer Bezugsebene oder -position, wie z. B. einer Brennebenenkorrektur-Bezugsebene oder -position (FPC-Bezugsebene oder -position) usw. entspricht) genau zu messen. In verschiedenen Implementierungen können andere Messwerkzeuge/-vorrichtungen/-objekte (Messgerätblöcke usw.) außerdem oder alternativ zum genauen Messen des Arbeitsabstands WD der Objektivlinse verwendet werden. In verschiedenen Implementierungen kann der Arbeitsabstand WD außerdem hinsichtlich eines Maschinenkoordinatensystems (MCS) bezeichnet werden, das für die Eichung des VFL-Systems nützlich sein kann, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Wie oben angegeben worden ist, kann spezifischer für eine Fabrik-PFF-Eichung der Objektivlinse ein erster MCS-Bezug zu dem Objektivlinsen-Montageflansch (z. B. ein parfokaler Abstand) durch physikalisches oder anderweitiges Messen des Arbeitsabstands WD hergestellt werden.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL einer effektiven Brennpunktposition, die dem Arbeitsabstand WD entspricht und folglich einer MCS-Bezugsposition entspricht, nominell entsprechen. Es wird erkannt, dass eine derartige effektive Brennpunktposition wenigstens teilweise durch die Objektivlinse bestimmt ist, aber nicht durch eine Modulation der Brechkraft oder einer Linsenwirkung der VFL-Linse bestimmt ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann die entsprechende äußere Bezugsposition als Teil des Eichprozesses nützlich sein, wobei sie einen genauen äußeren Bezugsabstand von der Objektivlinse 350 bis zu einer bestimmten Position an dem Eichobjekts 620 usw. angeben kann (der z. B. ansonsten nicht bekannt oder verfügbar sein kann) und als eine bekannte Verankerungs-Bezugsposition bezüglich der Bilder des Bildstapels und/oder der entsprechenden Daten, die bestimmt werden, usw. dienen kann.
  • Für vorherige Eichprozesse für die Linsensysteme (z. B. für die gegebenen Positionen eines Tisches oder andere Abstände zwischen einer Objektivlinse und einem Objekt oder einer Oberfläche, das bzw. die für die Eichung gemessen/verwendet wird) kann es z. B. typischerweise einen bekannten/physikalisch messbaren Abstand, auf den für eine Mess-/Eichposition Bezug genommen werden könnte, (z. B. einen Abstand, wie er zwischen der Objektivlinse und dem Objekt/der Oberfläche, das/die für die Eichung verwendet wird, physikalisch bekannt/messbar ist) gegeben haben. Im Gegensatz kann es in verschiedenen Implementierungen für die Eichung, die für bestimmte Typen von VFL-Linsensystemen (z. B. einschließlich einer TAG-Linse, die eine Linsenwirkung unter Verwendung von Wellen in einem fluiden Medium erzeugt) ausgeführt wird, keinen entsprechenden physikalisch bekannten/messbaren Abstand zu einer aktuellen/effektiven Linsenposition (z. B. bezüglich des Modulierens der Brechkraft der VFL-Linse, das durch Wellen in dem fluiden Medium erzeugt wird) geben. Für einen gegebenen Satz von Bildern/Daten/Messwerten, die unter Verwendung eines Eichprozesses für ein VFL-System aufgenommen werden, kann es z. B. nicht bestimmt sein, welche Position/welcher Wert innerhalb eines Bereichs der aufgenommenen Bilder/Daten/Messwerte einer spezifischen äußeren Bezugsposition/einem spezifischen äußeren Bezugsort genau entsprechen kann, (in einem Fall kann es z. B. nicht bestimmt sein, welche Position/welcher Wert einer Position mit einer Brechkraft von null innerhalb des Bereichs entspricht).
  • Als ein spezifisches Beispiel kann für einen Stapel von Bildern, die während eines derartigen Eichprozesses eines VFL-Linsensystems aufgenommen werden, der Bildstapel kein Bild enthalten, das einer äußeren Soll-Bezugsposition (z. B. an einer bekannten MCS-Position) genau entspricht, wobei eine entsprechende relative Position innerhalb des Bildstapelbereichs nicht bekannt sein kann. In Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien kann das Bild mit ausgeschalteter VFL verwendet werden, um eine Angabe eines relativen Ortes/einer relativen Position eines derartigen Bildes innerhalb des Bildstapelbereichs effektiv bereitzustellen. Spezifischer kann in verschiedenen Implementierungen durch das Aufnehmen und Analysieren des Bilds mit ausgeschalteter VFL, das einer exakten äußeren Bezugsposition (z. B. an einer bekannten MCS-Position) entspricht, und durch das Analysieren der Bilder des Bildstapels, um zu bestimmen, wohin innerhalb des Bereichs des Bildstapels (z. B. wohin innerhalb des Bereichs der Werte, die den Bildern des Bildstabes entsprechen) das Bild mit ausgeschalteter VFL fällt (z. B. wohin ein Wert, der dem Bild mit ausgeschalteter VFL entspricht, innerhalb des Bereichs der Werte fällt), diese genaue relative Position/dieser genaue relative Wert innerhalb des Bereichs hergestellt werden, der einen Anker/eine bekannte Bezugsposition/einen bekannten Bezugsort/einen bekannten Bezugswert (auf den z. B. der Bereich und/oder die Bilder/die entsprechenden Werte des Bildstapels bezogen sein können) bereitstellt. Wie hier beschrieben worden ist, kann in verschiedenen Implementierungen das Bild mit ausgeschalteter VFL einer Position/einem Wert mit einer Brechkraft von null der VFL-Linse während der periodischen Modulation entsprechen, für die ein genauer Bezugsabstand (z. B. entsprechend einem Arbeitsabstand WD der Objektivlinse 350) bekannt sein/physikalisch gemessen werden kann. Folglich kann in verschiedenen Implementierungen durch das Bestimmen einer genauen relativen Position/eines genauen relativen Orts/eines genauen relativen Werts innerhalb des Bereichs, dem das Bild mit ausgeschalteter VFL (oder z. B. ein zugeordneter Wert) entspricht, der Bereich und/oder die zugeordneten Werte/Datenpunkte an einer entsprechenden bekannten äußeren Bezugsposition/einem bekannten äußeren Bezugsort/bekannten äußeren Bezugskoordinaten/einem bekannten äußeren Bezugsabstand (z. B. an einer bekannten MCS-Position/einem bekannten MCS-Ort/einem bekannten MCS-Abstand) verankert/auf diese bezogen werden.
  • Wie oben angegeben worden ist, kann in verschiedenen Implementierungen das Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL verwendet werden, um ein oder mehrere Kamerabilder des Bildstapels zu bestimmen, die zu dem Kamerabild mit ausgeschalteter VFL ähnlich sind, und dadurch zu bestimmen, wo in dem Bereich des Bildstapels das Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL übereinstimmt. Spezifischer kann der Bildstapel Bilder bei effektiven Brennpunktpositionen enthalten, die zu dem Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL ähnlich sind, (z. B. an effektiven Brennpunktpositionen, die sich etwas über und unter dem Arbeitsabstand WD befinden), wobei das Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL in einigen Fällen als ein „Zwillings“-Bild zu einem Bild des Bildstapels, das zu einem entsprechenden Phasenzeitpunkt erhalten würde, und als eine effektive Brennpunktposition, die zu dem Arbeitsabstand WD gleich ist, aufweisend betrachtet werden kann. Durch das Bestimmen einer derartigen Position innerhalb des Bereichs der Bildstapelwerte, die einer MCS-Bezugsposition entspricht, können außerdem die verbleibenden Positionen (z. B. der Bilder usw.) in dem Bildstapel und/oder die daraus bestimmten Daten dadurch auf das MCS bezogen werden. In verschiedenen Implementierungen können derartige Konfigurationen bezüglich des Eichens eines VFL-Linsensystems verschiedene Vorteile aufweisen. Bestimmte frühere Systeme hatten z. B. nicht anderweitig eine derartige MCS-Bezugsposition und/oder für bestimmte frühere Systeme ist eine derartige äußere Bezugsposition nicht anderweitig offensichtlich gewesen (z. B. um für das äußere Verifizieren der Eichstabilität usw. verwendet zu werden).
  • Im Allgemeinen kann das Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL des Eichobjekts 620 zu einem Bild des Eichobjekts 620, das einem Phasenzeitpunkt entsprechen würde, wenn sich das Modulieren der Brechkraft der VFL-Linse auf einem Nullwert befindet (z. B. einen Nullwert während der Modulation zwischen positiven und negativen Werten der Brechkraft überquert), nominell völlig gleich (z. B. nominell ein Zwilling) sein. Wie oben angegeben worden ist, kann eine effektive Brennpunktposition, die dem Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL entspricht, nominell dem Arbeitsabstand WD entsprechen, der mit einem hohen Grad der Genauigkeit (z. B. unter Verwendung äußerer physikalischer Eich- und/oder Messprozesse) bekannt sein und/oder bestimmt werden kann und der als eine Verankerungs-Bezugsposition bezüglich der Bilder des Bildstapels und/oder der entsprechenden bestimmten Daten usw. dienen kann.
  • In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann ein Prozess zum Bestimmen eines Wertes, der eine Position innerhalb des Bildstapels angibt, die dem Bild 1000 mit ausgeschalteter VFL entspricht, das Ausführen einer Abtastung über das Bild 1000 (z. B. über eine Mitte des Bildes 1000) enthalten. In einer Implementierung kann z. B. ein Typ eines Videowerkzeugs (z. B. ein Randdetektionswerkzeug usw.) verwendet werden, um über das Bild abzutasten (z. B. eine Zeile abzutasten, die über der Mitte des Bildes über die Musterelemente PE des Kontrastmusters CP positioniert ist), um die Fokussierungseigenschaftswerte (z. B. die Werte einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik) über das Bild (d. h., entsprechend den Fokussierungseigenschaftswerten über die Gitterlinienkanten oder anderen Elemente des Kontrastmusters usw.) zu bestimmen. Wie oben bezüglich 9 angegeben worden ist, kann vor einer derartigen Verarbeitung irgendeine erforderliche Kompensation der Drehung des Bilds 1000 mit ausgeschalteter VFL (z. B. durch das Drehen des Bildes gemäß dem Drehwinkel, wie oben bezüglich 9 beschrieben worden ist, usw.) ausgeführt werden.
  • Sobald die Fokussierungseigenschaftswerte oder die anderen Daten aus der Abtastung über das Bild bestimmt worden sind, wird eine Position und/oder ein Wert, die bzw. der dem Bild entspricht, bestimmt. In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann dies das Analysieren der Fokussierungseigenschaftswerte oder der anderen Daten (z. B. das Ausführen einer Enveloppenanpassung bezüglich der minimalen/maximalen Fokussierungseigenschaftsspitzenwerte, das das Messen der Spitzenstoßmodulation in Unterbildelementgenauigkeit usw. ermöglicht) enthalten, um eine entsprechende Position zu bestimmen (die z. B. einem Schwerpunkt oder einer anderen Darstellung der Daten der Fokussierungseigenschaftswerte entsprechen kann, wie sie durch einen Modulations-Fokussierungseigenschaftswert über das Kontrastmuster dargestellt sein können). Wie oben angegeben worden ist, kann die Position, die durch derartige Prozesse bestimmt wird, nominell dem Objektivlinsen-Arbeitsabstand WD (z. B. mit einem festen Versatz) entsprechen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die Position des Bildes 1000 (z. B. hinsichtlich von Indexdaten usw.) bezüglich der Bildelemente des Detektors (z. B. der Kamera 360) ausgedrückt werden. Als ein spezifischer beispielhafter Wert kann der Wert der Indexdaten 636,50 Bildelementen (z. B. bei dem Detektor der Kamera, der einen Bereich über die relevante Achse von etwa 1280 Bildelementen aufweist) entsprechen. In verschiedenen Implementierungen kann die bestimmte Position (z. B. der Wert der Indexdaten von 636,50), die dem Bild 1000 entspricht, mit anderen Positionen (z. B. hinsichtlich der Bildelementpositionen) verglichen werden, wie sie aus der Analyse der Bilder in dem Bildstapel bestimmt wird. Eine interpolierte Position, die der bestimmten Position des Bildes 1000 entspricht, kann als ein „Zwilling“ des Bildes 1000 betrachtet werden und kann als dem Arbeitsabstand WD nominell entsprechend betrachtet werden. In dieser Weise kann der Arbeitsabstand WD an einer spezifischen interpolierten Position innerhalb des Bereichs des Bildstapels (z. B. als einer absoluten Position bezüglich der Objektivlinse entsprechend und es erlaubend, dass die bestimmten Positionen genau auf das MCS bezogen und/oder hinsichtlich des MCS ausgedrückt werden) verankert werden.
  • Die 11-14 veranschaulichen Prozesse zum Bestimmen der Eichdaten in Übereinstimmung mit den obigen Beispielen und in Übereinstimmung mit den hier offenbarten Prinzipien. Für die Beispiele nach den 11-14 wird das Eichobjekt, auf das verwiesen wird, als 110 FSRRs aufweisend (z. B. ein Gitter mit 110 Gitterlinienkanten, die als die FSRRs bezeichnet werden) bezeichnet, das aber anderweitig ähnlich zu den oben beschriebenen Eichobjekten ist und anderweitig eine ähnliche Struktur wie die oben beschriebenen Eichobjekte aufweist und das durch die Analogie dazu verstanden wird. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, enthalten die beispielhaften Prozesse zum Bestimmen der Eichdaten das Bestimmen der Phasenzeitpunkte, die den Fokussierungseigenschaftsspitzenwerten (z. B. den Spitzenwerten der quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik usw.) für die FSRRs entsprechen (siehe z. B. 11), das Bestimmen der Bildelementorte und der entsprechenden effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) für jeden der FSRRs (siehe z. B. 12), das Kombinieren der bestimmten Daten (siehe z. B. 13), die verwendet werden, um eine angepasste Kurve zu bestimmen, für die die Eichdaten für gleiche Schrittgrößen bestimmt werden (siehe z. B. 14). Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, weisen derartige Prozesse (d. h., die ein Eichobjekt verwenden, wie hier offenbart ist) verschiedene Vorteile zum Eichen eines VFL-Systems auf.
  • 11 ist eine graphische Darstellung eines Diagramms 1100, das eine Kurve 1110 der Fokussierungseigenschaftswerte für einen FSRR veranschaulicht, wie sie aus den Bildern eines Bildstapels bestimmt werden. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen ein Verfahren zum Eichen eines VFL-Linsensystems das Analysieren der Kamerabilder in einem Bildstapel enthalten, um die Fokussierungseigenschaftswerte für jeden FSRR in den Kamerabildern zu bestimmen, um einen Phasenzeitpunkt eines Fokussierungseigenschaftsspitzenwertes für jeden FSRR zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann der bestimmte Fokussierungseigenschaftswert für jeden FSRR einen Wert einer quantitativen Kontrastmetrik für den FSRR enthalten.
  • In dem Beispiel nach 11 kann die Kurve 1110 der Fokussierungseigenschaftswerte verwendet werden, um einen angepassten Schwerpunkt-Indexwert bei maximalem Kontrast oder einen anderen entsprechenden Wert für den FSRR zu bestimmen. Ein ähnlicher Prozess kann ausgeführt werden, um eine Kurve der Fokussierungseigenschaftswerte für jeden der FSRRs zu bestimmen, für den die resultierenden Werte für weitere Bestimmungen (z. B. das Bestimmen der Bildelementpositionen gegen die effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) für die FSRRs, wie sie auf eine Position in dem Bereich bezogen sein können, der einem Arbeitsabstand WD/Bild mit ausgeschalteter VFL (z. B. Bild 1000) entspricht, wie im Folgenden bezüglich 12 ausführlicher beschrieben wird) verwendet werden können.
  • Für die Bestimmung der Kurve 1110 der Fokussierungseigenschaftswerte für den FSRR, wie in 11 veranschaulicht ist, kann ein Anfangsschritt das Bestimmen einer ungefähren Position des FSRR in den Bildern des Bildstapels enthalten. Sobald eine ungefähre Position bestimmt worden ist, kann sie zum Positionieren eines Bereichs von Interesse an demselben Ort in jedem Bild verwendet werden (um z. B. einen Fokussierungseigenschaftswert für den FSRR in jedem Bild zu bestimmen, der entsprechend die Bilder angeben kann, in denen der FSRR ein höheres Niveau der Fokussierung aufweist und für die ein Zeitpunkt/Phasenverzögerungswert dafür bestimmt werden kann, wann der FSRR am besten fokussiert ist usw.). In verschiedenen Implementierungen können die Bestimmungen der ungefähren Positionen der FSRRs das Analysieren eines EDOF-Bildes des Eichobjekts (z. B. ähnlich zu dem EDOF-Bild 800 nach 8) oder eines anderen Typs eines Bildes enthalten.
  • In einer Implementierung, in der ein EDOF-Bild oder ein anderes Bild analysiert wird, kann der Prozess das Ausführen einer Abtastung der Fokussierungseigenschaftswerte oder einer anderen Abtastung enthalten, um die ungefähren Bildelementpositionen der FSRRs über den Detektor der Kamera 360 (wie z. B. in dem Bild angegeben ist) zu bestimmen. In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann eine Abtastung der Fokussierungseigenschaftswerte oder eine andere Verarbeitung des Bildes verwendet werden, um grobe/ungefähre „Saat“-Positionen, die den FSRRs entsprechen, zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen können die bestimmten ungefähren Positionen in einer oder mehreren Nachschlagtabellen LUT gespeichert werden, wobei sie verwendet werden können, wie oben beschrieben worden ist, und für eine andere Verarbeitung verwendet werden können, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. In verschiedenen Implementierungen kann als ein Teil der Bestimmung der ungefähren Positionen eine Überprüfung ausgeführt werden, um zu bestätigen, dass keine FSRRs bei den Bestimmungen der ungefähren Positionen vermisst werden. Aufgrund der bekannten Anzahl der FSRRs kann z. B. eine Nachschlagtabelle LUT mit einer entsprechenden Anzahl von Einträgen und/oder andere Techniken verwendet werden, um zu verifizieren, dass die bestimmte Anzahl der ungefähren Positionen der bekannten Anzahl der FSRRs entspricht.
  • Wie oben angegeben worden ist, kann eine ungefähre Position eines FSRR (wie sie z. B. durch den obigen beispielhaften Prozess bestimmt wird) zur Positionierung eines Bereichs von Interesse innerhalb jedes der Bilder des Bildstapels zum Bestimmen eines Niveaus eines Fokussierungseigenschaftswerts (z. B. eines Werts einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik) verwendet werden, wie er diesem FSRR in jedem der Bilder zugeordnet ist. In verschiedenen Implementierungen können derartige Prozesse in Übereinstimmung mit bekannten Punkten-vom-Brennpunkt- (PFF-) oder anderen Analyseoperationen ausgeführt werden, die einen Phasenzeitpunkt eines Fokussierungseigenschaftsspitzenwertes für jeden FSRR angeben können (der z. B. einen Zeitpunkt der besten Fokussierung für den FSRR angibt). Beispielhafte Techniken zur Bestimmung und Analyse von Bildstapeln und Fokussierungskurven und für die Punkte-vom-Brennpunkt- und Randanalyseoperationen sind z. B. in den US-Patenten Nrn. 6,542,180; 7,003,161; 7,627,162; 9,060,117 und 9,602,715 gelehrt, von denen jedes insgesamt durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist.
  • In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann in Übereinstimmung mit derartigen Operationen ein Bereich von Interesse, der dimensioniert ist, um einen FSRR zu detektieren, bezüglich der ungefähren Position des FSRR in jedem der Bilder positioniert (z. B. zentriert) werden. Der Bereich von Interesse kann einem Videowerkzeug oder einem anderen Analysemechanismus zugeordnet werden, das bzw. der zum Bestimmen eines Fokussierungseigenschaftswerts (z. B. eines Werts einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik) innerhalb des Bereichs von Interesse verwendet werden kann. In verschiedenen Implementierungen können die höheren Fokussierungseigenschaftswerte im Allgemeinen den Bildern entsprechen, in denen der FSRR fokussierter ist. In dem Beispiel nach 11 repräsentiert jeder Datenpunkt 1120 einen Fokussierungseigenschaftsspitzenwert für den FSRR in einem jeweiligen Bild des Bildstapels. Die Kurve 1110 ergibt sich aus 360 gemessenen Kontrastwerten, die innerhalb eines FSRR (aus etwa -110 FSRR) berechnet werden. Die Kreuzungspunkte sind eine 42-Punkt-Anpassung 2. Ordnung an die Kontrastspitze in der 1110. In verschiedenen Implementierungen kann sich die Kurve 1110 aus einer Anpassung an die Datenpunkte 1120 ergeben, die aus den Bildern des Bildstapels bestimmt werden.
  • Durch das Analysieren der Fokussierungseigenschaftswerte aus den Bildern des Bildstapels (die z. B. durch die Kurve 1110 repräsentiert sind) kann ein Fokussierungseigenschaft-„Spitzen“-Wert (z. B. die Spitze der Kurve 1110) bestimmt werden, der angibt, wann der FSRR während des Bereichs der Periodenmodulation am fokussiertesten ist, da er einem Phasenzeitpunkt eines speziellen Bildes oder einem interpolierten Phasenzeitpunkt zwischen Bildern entsprechen kann. In verschiedenen Implementierungen kann die Spitze gemäß einem angepassten Schwerpunkt der Werte bestimmt werden, wobei sie als ein angepasster Schwerpunkt-Indexwert bei maximalem Kontrast dargestellt werden kann. In Übereinstimmung mit dem Betrieb der VFL-Linse ist jedes der Bilder einem Zeitpunkt/einer Phasenverzögerung, wann das Bild aufgenommen wurde, (wie z. B. durch die Zeitpunkte/Phasenverzögerungen jedes der Datenpunkte 1120 angegeben ist) zugeordnet, wobei ein angepasster Schwerpunkt-Indexwert bei maximalem Kontrast außerdem entsprechend einem Zeitpunkt/einer Phasenverzögerung zugeordnet werden kann, wenn der FSRR am besten fokussiert ist. In dem spezifischen Beispiel nach 11 ist angegeben, dass sich der Spitzenwert für den FSRR zu einem Zeitpunkt/bei einer Phasenverzögerung entlang der X-Achse mit einem angepassten Schwerpunkt-Indexwert bei maximalem Kontrast von etwa 181,6472 Grad befindet. In verschiedenen Implementierungen kann ein derartiger Wert (der sich z. B. in der Nähe eines 180-Grad-Mittelpunkts des 360-Grad-Bereichs für die Phasenverzögerungen x2 auf der X-Achse befindet) in einigen Fällen angeben, dass sich der FSRR in der Nähe der Mitte des Bereichs der FSRRs auf dem Eichobjekt befindet (für ein Eichobjekt mit 110 FSRRs kann der FSRR z. B. der 55. FSRR sein oder sich in der Nähe des 55. FSRR befinden). Ein derartiger FSRR in der Nähe der Mitte des Bereichs kann sich außerdem in der Nähe der nominellen effektiven Brennpunktposition EFPnom und/oder dem bestimmten Ort des Arbeitsabstands WD (z. B. ähnlich zu dem FSRR-13 in dem Beispiel nach den 6-10) befinden. Wie im Folgenden bezüglich der 12 und 13 ausführlicher beschrieben wird, können derartige Daten, die den Phasenzeitpunkt für einen Fokussierungseigenschaftsspitzenwert für jeden FSRR repräsentieren, mit den Daten, die die effektive Brennpunktposition (Z-Höhe) jedes FSRR repräsentieren, kombiniert werden, um die Eichdaten für das System zu bestimmen, das den Zeitpunkt/die Phasenverzögerungen mit den effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) korreliert.
  • 12 ist eine graphische Darstellung eines Diagramms 1200, das die mit Unterbildelementgenauigkeit bestimmten Bildelementorte der FSRRs des Bildes und die entsprechenden effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) der FSRRs veranschaulicht. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen ein Verfahren zum Eichen eines VFL-Linsensystems das Bestimmen einer effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) jeden FSRR enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmen der effektiven Brennpunktposition jedes der FSRRs das Bestimmen eines Bildelementorts mit Unterbildelementgenauigkeit jedes der FSRRs in einem oder mehreren der Kamerabilder enthalten. Die effektive Brennpunktposition des FSRR kann dann basierend auf dem bestimmten Bildelementort und den bekannten physikalischen Eigenschaften des Eichobjekts und des VFL-Linsensystems, einschließlich wenigstens des Neigungswinkels der ebenen geneigten Musterfläche, der Vergrößerung der Objektivlinse und der Bildelementgröße, bestimmt werden.
  • In dem Beispiel nach 12 sind die Daten 1210 als in der Natur nominell linear veranschaulicht, wobei sie einzelne Datenpunkte 1220 enthalten, wobei jeder einen FSRR mit einer entsprechenden Bildelementposition, wie sie entlang der X-Achse angegeben ist, und eine entsprechende effektive Brennpunktposition (Z-Höhe), wie sie entlang der Y-Achse angegeben ist, repräsentiert. Die Daten 1210 sind etwa an eine nominell linear abnehmende Funktion (wie sie z. B. dem Neigungswinkel der ebenen geneigten Musterfläche des Eichobjekts, auf der sich die FSRRs befinden, entspricht) angepasst. Wie oben angegeben worden ist, enthält das für die Beispiele nach den 11-14 verwendete Eichobjekt 110 FSRRs, für die es 110 entsprechende Datenpunkte 1120 gibt, die in 12 veranschaulicht sind. Eine bezüglich eines Bilds mit ausgeschalteter VFL des Eichobjekts (z. B. ähnlich zu dem oben beschriebenen Bild 1000) bestimmte relative Position, wie sie nominell einem Arbeitsabstand WD entspricht, ist durch einen Datenpunkt 1230 dargestellt.
  • In verschiedenen Implementierungen enthält das Bestimmen der Datenpunkte 1220 das Bestimmen aus dem Stapel von Bildern der Bildelementorte (z. B. mit Unterbildelementgenauigkeit) der FSRRs. Basierend auf der Analyse zum Bestimmen des Phasenzeitpunkts der besten Fokussierung für einen FSRR (oder einer anderen Analyse) kann z. B. ein Bild aus dem Bildstapel bestimmt/ausgewählt werden, das sich am nächsten bei der besten Brennpunktposition oder anderweitig in der Nähe der besten Brennpunktposition befindet. Sobald das Bild ausgewählt worden ist, kann das Bild analysiert werden, um den Bildelementort (z. B. mit Unterbildelementgenauigkeit) des FSRR in dem Bild zu bestimmen. Bezüglich einer derartigen Analyse kann eine ungefähre Position (wie sie z. B. aus dem EDOF-Bild oder anderweitig bestimmt wird, wie oben beschrieben worden ist) zum Positionieren eines Bereichs von Interesse (z. B. für ein Randdetektionswerkzeug usw.) verwendet werden, der verwendet werden kann, um den genauen Bildelementort (z. B. in Unterbildelementgenauigkeit) des FSRR zu bestimmen. Basierend auf der Bestimmung des genauen Bildelementorts jedes FSRR kann außerdem eine exakte effektive Brennpunktposition (Z-Höhe) jedes FSRR bestimmt werden. Spezifischer kann in Übereinstimmung mit den bekannten Eigenschaften des Eichobjekts die effektive Brennpunktposition (Z-Höhe) jedes FSRR in Übereinstimmung mit der bekannten synthetischen Frequenz der FSRRs (wie sie z. B. auf die kompensierte Gitterneigung bezogen ist), der Vergrößerung (die z. B. der Vergrößerung der aktuellen Objektivlinse entspricht), der Bildelementgröße und dem Unterbildelementort des Merkmals (wie er z. B. in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Prozess bestimmt wird) bestimmt werden.
  • 13 ist eine graphische Darstellung eines Diagramms 1300, das die gemessenen Eichdaten veranschaulicht, die durch das Kombinieren der Daten, wie z. B. der nach den 11 und 12, bestimmt werden. In 13 enthalten die Daten 1310 die einzelnen Datenpunkte 1320, wobei jeder einen FSRR mit einem entsprechenden Zeitpunkt/einer entsprechenden Phasenverzögerung einer besten Brennpunktposition, wie sie entlang der X-Achse angegeben ist, und einer entsprechenden effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe), wie sie entlang der Y-Achse angegeben ist, repräsentiert. Es wird erkannt, dass der Zeitpunkt/die Phasenverzögerung für jeden FSRR von den Daten, wie z. B. jenen nach 11, stammt und die entsprechende effektive Brennpunktposition (Z-Höhe) von den Daten, wie z. B. denen nach 12, stammt. In verschiedenen Implementierungen kann es erwünscht sein, eine angepasste Gleichung zu bestimmen, die die Daten 1310 repräsentiert. In einer spezifischen beispielhaften Implementierung kann z. B. ein Anpassungsprozess kleinster Quadrate bezüglich der Datenpunkte 1320 ausgeführt werden, um eine an eine Sinuskurve angepasste Gleichung zu bestimmen, die die Phasenverzögerung gegen die Werte der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) repräsentiert, (für die z. B. eine resultierende nominelle sinusförmige Linie 1315 als der an eine Sinuskurve angepassten Gleichung entsprechend gezeigt ist). Wie im Folgenden bezüglich 14 ausführlicher beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen die an eine Sinuskurve angepasste Gleichung verwendet werden, um die Phasenzeitpunkts zu bestimmen, die den gleich beabstandeten effektiven Brennpunktpositionen innerhalb des Bereichs der Modulation der VFL-Linse entsprechen.
  • 14 ist eine graphische Darstellung eines Diagramms 1400, das die angepassten Eichdaten mit gleichen Schritten der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe), die aus den Daten, wie z. B. denen nach 13 bestimmt werden, veranschaulicht. In 14 ist ein Satz von Daten 1410, der die Datenpunkte 1420 enthält, veranschaulicht. Eine Linie 1415 ist zu der Linie 1315 nach 13 ähnlich und entspricht der aus den Daten nach 13 bestimmten an eine Sinuskurve angepassten Gleichung, wie oben beschrieben worden ist. In Bezug auf die an eine Sinuskurve angepasste Gleichung werden die Datenpunkte 1420 in Übereinstimmung mit gleichen Schrittgrößen (z. B. hinsichtlich eines Anteils eines Schärfentiefenbereichs (DOF), wie z. B. 1/10 eines DOF) bestimmt. Derartige Eigenschaften können in einigen Implementierungen ausgewählt werden, um andernfalls einer bestimmten Statistik „pro Bildelement-Z-Wiederholbarkeit“ zu entsprechen/eine bestimmte Statistik „pro Bildelement-Z-Wiederholbarkeit“ zu erreichen. Als ein spezifischer beispielhafter Wert kann für eine 2x-Objektivlinse (d. h., mit 2x-Vergrößerung) mit einem DOF = 186 µm eine Sollschrittgröße als 18,6 µm (d. h., gleich 1/10 DOF) bestimmt werden.
  • Sobald die Schrittgröße bestimmt worden ist, kann der Abtastbereich der vollen effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) für die VFL-Linse (z. B. der Bereich Refp in 3) durch die Schrittgröße geteilt werden, um die Anzahl der Schritte mit einer gleichen Teilung der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) (d. h., entsprechend den Abständen der Datenpunkte 1420 entlang der Y-Achse in 14) zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen können sich die Datenpunkte 1420 entlang der Kurve aus dem Iterieren der sinusangepassten Gleichung ergeben, wie oben angegeben worden ist, um die X-Achsen-Werte für jeden Schritt entlang der Y-Achse, die die gleiche Teilung der effektiven Brennpunktposition (Z-Höhe) aufweist, zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann eine Toleranz für jeden iterierten Zeitpunkt spezifiziert/bestimmt sein (in dem Beispiel nach 14 wird z. B. eine Toleranz von 2 Nanosekunden verwendet). In verschiedenen Implementierungen können die bestimmten Phasenzeitpunkte, die den gleich beabstandeten effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) entsprechen, als wenigstens ein Teil der Eichdaten, die die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) für das VFL-Linsensystem entsprechen, (z. B. in einer Nachschlagtabelle (LTU) oder anderweitig) gespeichert werden. In Übereinstimmung mit den oben beschriebenen spezifischen beispielhaften Werten kann in einer Implementierung eine Nachschlagtabelle LTU mit einer Liste von 258 Zeitpunkt-/Phasenverzögerungswerten, beginnend von einem oberen Z-Wert, erzeugt werden.
  • In verschiedenen Implementierungen können die Eichdaten, die aus dem Messen des Eichobjekts (d. h., mit den bekannten Eigenschaften hinsichtlich der relativen Höhen der Merkmale usw.) bestimmt werden, in einigen Fällen unter bestimmten spezifizierten Eichbedingungen bestimmt werden. In verschiedenen Implementierungen können derartige spezifizierte Bedingungen eine spezifizierte stationäre Temperatur (z. B. T = 20 Grad C ±0,25 Grad C) bei einer spezifizierten Objektivlinse 350 (z. B. einer der Objektivlinsen mit 1x bis 50x Vergrößerung) und für die die VFL-Linse 370 bei einer spezifizierten Frequenz (z. B. 70 kHz) betrieben werden kann, enthalten, für die eine ±1 Dioptrie zu einem spezifizierten Z-Abtastbereich führen kann (wie z. B. spezifische beispielhafte Werte einer 5x-Objektivlinse zu einem Z-Abtastbereich von etwa 0,4 mm bis -0,4 mm führen können). In einer derartigen Konfiguration kann ein Eichobjekt mit einer Neigung vorgesehen sein, die zu dem Kontrastmuster führt, das einen Bereich von wenigstens -0,4 mm bis +0,4 mm aufweist.
  • In verschiedenen Implementierungen kann bekannt sein, dass eine VFL-Resonanzfrequenz relativ direkt mit den Temperaturvariationen und/oder anderen Bedingungen variiert. Wenn in verschiedenen Implementierungen die Eichprozesse, wie sie hier beschrieben sind, mit anderen als den bestimmten der spezifizierten Bedingungen (z. B. bei einer anderen als einer spezifizierten stationären Temperatur, wie z. B. T = 20 Grad C, und/oder bei einer anderen als einer spezifizierten Resonanzfrequenz der VFL-Linse, wie z. B. 70 kHz, usw.) ausgeführt werden, kann ein Kompensationsprozess ausgeführt werden. In einer Implementierung kann ein Kompensationsprozess z. B. das Bestimmen/Messen der VFL-Resonanzfrequenz (wie sie z. B. direkt mit der Temperatur oder anderen Faktoren variieren kann) und das Kompensieren der Abweichungen von der spezifizierten Resonanzfrequenz (z. B. das Anwenden einer Kompensation auf die Eichdaten von +0,2 µm/Hz) enthalten.
  • 15 ist ein Ablaufplan, der eine beispielhafte Implementierung einer Routine 1500 zum Verwenden eines Eichobjekts zum Bestimmen der Eichdaten für ein VFL-Linsensystem veranschaulicht. In einem Operationsblock 1510 wird eine VFL-Linse, die Teil eines VFL-Systems ist, betrieben, um die Brechkraft der VFL-Linse über einen Bereich von Brechkräften bei einer Betriebsfrequenz periodisch zu modulieren. In einer Implementierung, in der die VFL-Linse z. B. eine TAG-Linse mit einem steuerbaren Akustikwellenerzeugungselement ist, kann das steuerbare Akustikwellenerzeugungselement mit einem Antriebssignal (z. B. einem nominell sinusförmigen Antriebssignal) gesteuert sein, um die periodisch modulierte Variation der Brechkraft für die TAG-Linse (die z. B. nominell sinusförmig sein kann) zu schaffen.
  • In einem Operationsblock 1520 werden mehrerer Kamerabilder (z. B. als ein Teil eines Bildstapels, der eine Anzahl von Bildern in 10en oder 100en usw. enthalten kann) bei verschiedenen effektiven Brennpunktpositionen aufgenommen. In verschiedenen Implementierungen enthält das Aufnehmen jedes Kamerabilds das Ausgeben von Quelllicht zu einem Eichobjekt, wobei das Eichobjekt in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration angeordnet ist, und das Empfangen eines Kamerabildes von der Kamera. In verschiedenen Implementierungen wird das Eichobjektbildlicht während einer Eichobjektbildbelichtung entlang dem optischen Werkstück-Abbildungsweg durchgelassen, um durch die VFL-Linse und zu der Kamera zu gehen, um ein Eichobjektbild in dem Kamerabild zu erzeugen. Wie oben angegeben worden ist, enthält in verschiedenen Implementierungen das Eichobjekt einen Satz von FSRRs, die jeweilige bekannte Bezugsbereichs-Bildorte in den Eichobjektbildern aufweisen und die an verschiedenen jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen bezüglich der Objektivlinse fest sind, wenn das Eichobjekt in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration angeordnet ist.
  • In einem Operationsblock 1530 werden die Eichdaten wenigstens teilweise basierend auf dem Analysieren der mehreren Kamerabilder bestimmt, wobei die Eichdaten die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) entsprechen. Wie oben angegeben worden ist, kann in verschiedenen Implementierungen das Analysieren der mehreren Kamerabilder (z. B. einschließlich der Eichobjektbilder) das Bestimmen von Fokussierungseigenschaftswerten (z. B. der Werte einer quantitativen Kontrast- und/oder Fokussierungsmetrik usw.) für die Elemente einer Menge von FSRRs des Eichobjekts in den mehreren belichteten Eichobjektbildern unter Verwendung der entsprechenden speziellen bekannten Phasenzeitpunkte enthalten. In verschiedenen Implementierungen können derartige Verarbeitungen/Bestimmungen wenigstens teilweise durch den Bezugsbereichsfokussierungsanalysator 384, den Werkstück-Fokussierungssignal-Verarbeitungsabschnitt 375 und/oder einen entfernten Computer usw. ausgeführt werden. Basierend auf den bestimmten Fokussierungseigenschaftswerten zu den bekannten Phasenzeitpunkten können die Phasenzeitpunkte, zu denen die FSRRs am besten fokussiert sind, (z. B. unter Verwendung der Punkte-vom-Brennpunkt- oder anderen Operationen) bestimmt werden. Die Bildelementorte der FSRRs können (z. B. unter Verwendung von Videowerkzeugen usw. in den Bildern des Bildstapels, wo die FSRRs fokussiert sind) bestimmt werden, wobei die effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) der FSRRs an den bestimmten Bildelementorten unter Verwendung der bekannten Eigenschaften des Eichobjekts (z. B. hinsichtlich der bekannten und/oder bestimmbaren effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) der FSRRs bei den RRILs) bestimmt werden können.
  • Die bestimmten Daten aus derartigen Prozessen können kombiniert werden, um die Eichdaten für das System zu schaffen, die die Phasenzeitpunkte genau mit den effektiven Brennpunktpositionen (Z-Höhen) in Beziehung setzen, wobei die bestimmten Eichdaten (z. B. in einer Nachschlagtabelle oder anderweitig) gespeichert werden können. Während anschließender Messoperationen können ein oder mehrere Bilder eines Werkstücks zu bestimmten bekannten Phasenzeitpunkten (z. B. in Übereinstimmung mit einem Phasenzeitpunkt einer Abtastlichtquelle usw.) aufgenommen werden, für die ein Phasenzeitpunkt, zu dem ein Werkstückmerkmal am besten fokussiert ist, bestimmt werden kann, für die die Eichdaten (wie sie z. B. in einer Nachschlagtabelle oder anderweitig bereitgestellt werden) verwendet werden können, um die genaue entsprechende effektive Brennpunktposition (Z-Höhe) des Werkstückmerkmals zu bestimmen.
  • Während bevorzugte Implementierungen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht und beschrieben worden sind, sind für einen Fachmann auf dem Gebiet basierend auf dieser Offenbarung zahlreiche Variationen der veranschaulichten und beschriebenen Anordnungen der Merkmale und Folgen von Operationen offensichtlich. Es können verschiedene alternative Formen verwendet werden, um die hier offenbarten Prinzipien zu implementieren. Es kann z. B. ein geneigtes Eichobjekt unter Verwendung eines einstellbaren Neigungsmechanismus implementiert sein, so dass der durch das geneigte Eichobjekt abgedeckte Eichobjekt-Brennpunktpositionsbereich Rco eingestellt werden kann, um einer speziellen Objektivlinse zu entsprechen oder um die Brennpunktabstandsselektivität oder die Auflösung, die den verschiedenen Fokussierungszustands-Bezugsbereichsorten zugeordnet ist, zu vergrößern oder dergleichen. Als ein weiteres Beispiel kann ein Eichobjekt wenigstens eine Musterfläche umfassen, die wenigstens teilweise gekrümmt ist, von der wenigstens ein Teil zu einer optischen Achse der Objektivlinse nicht senkrecht ist, wenn sie in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration angeordnet ist. Die verschiedenen Abschnitte der wenigstens einen gekrümmten Musterfläche können an verschiedenen jeweiligen Brennpunktabständen bezüglich der Objektivlinse fest sein, wobei der Satz der FSRRs auf der wenigstens einen gekrümmten Musterfläche angeordnet sein kann.
  • Alle der US-Patente und US-Patentanmeldungen, auf die in dieser Beschreibung verwiesen wird, sind durch Bezugnahme hier insgesamt mit aufgenommen. Die Aspekte der Implementierungen können gegebenenfalls modifiziert werden, um die Konzepte der verschiedenen Patente und Anmeldungen zu verwenden, um noch weitere Implementierungen zu schaffen. Diese und andere Änderungen können an den Implementierungen in Anbetracht der obigen ausführlichen Beschreibung ausgeführt werden. Im Allgemeinen sollten in den folgenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht ausgelegt werden, um die Ansprüche auf die spezifischen Implementierungen, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbarten, einzuschränken, sondern sie sollten so ausgelegt werden, dass sie alle möglichen Implementierungen zusammen mit dem vollen Schutzumfang der Äquivalente, zu dem derartige Ansprüche berechtigt sind, enthalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6542180 [0003]
    • US 9143674 [0004, 0028]
    • US 7627162 [0027]
    • US 10101572 [0074]

Claims (23)

  1. Verfahren zum Verwenden eines Fokussierungszustands-Eichobjekts zum Bestimmen der Eichdaten für ein Linsensystem mit variabler Brennweite (VFL-Linsensystem), wobei das VFL-Linsensystem umfasst: eine VFL-Linse, einen VFL-Linsen-Controller, der ein Antriebssignal der VFL-Linse steuert, um die Brechkraft der VFL-Linse über einen Bereich von Brechkräften, die zu jeweiligen Phasenzeitpunkten innerhalb der periodischen Modulation auftreten, periodisch zu modulieren; eine Kamera, die während einer Bildbelichtung das entlang einem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse durchgelassene Licht empfängt und ein entsprechendes Kamerabild erzeugt; eine Objektivlinse, die während einer Bildbelichtung das Bildlicht, das von wenigstens einem eines Werkstücks oder eines Eichobjekts herrührt, eingibt und das Bildlicht während der Bildbelichtung entlang dem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse und zu der Kamera durchlässt, um wenigstens eines eines Werkstückbildes oder eines Eichobjektbildes in einem entsprechenden Kamerabild zu erzeugen, wobei eine effektive Brennpunktposition vor der Objektivlinse während einer Bildbelichtung der Brechkraft der VFL-Linse während dieser Bildbelichtung entspricht; und einen Belichtungszeit-Controller, der konfiguriert ist, einen für ein Kamerabild verwendeten Belichtungszeitpunkt zu steuern, wobei das Eichobjekt eine ebene geneigte Musterfläche umfasst, auf der ein Satz von Fokussierungszustands-Bezugsbereichen (FSRRs) verteilt ist, wobei die FSRRs bekannte geometrische Beziehungen bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche aufweisen und bekannte Bereichsbeziehungen in Bezug aufeinander aufweisen, wobei, wenn das Eichobjekt in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist, die FSRRs an verschiedenen jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen bezüglich der Objektivlinse fest sind und jeweilige Bezugsbereichs-Bildorte (RRILs) in den Eichobjektbildern aufweisen; wobei das Verfahren umfasst: Aufnehmen mehrerer Kamerabilder zu verschiedenen Phasenzeitpunkten der periodischen Modulation, wobei das Aufnehmen jedes Kamerabilds umfasst: Ausgeben von Quelllicht zu dem Eichobjekt, wobei das Eichobjekt in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration angeordnet ist; und Empfangen eines Kamerabildes von der Kamera, wobei das Eichobjektbildlicht während einer Eichobjektbildbelichtung entlang dem optischen Abbildungsweg durchgelassen wird, um durch die VFL-Linse und zu der Kamera zu gehen, um ein Eichobjektbild in dem Kamerabild zu erzeugen; und Bestimmen der Eichdaten wenigstens teilweise basierend auf dem Analysieren der mehreren Kamerabilder, wobei die Eichdaten die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen entsprechen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Eichdaten das Ausführen eines Ausrichtungsprozesses umfasst, der das Verwenden eines Ausrichtungsbildes und wenigstens einer der bekannten Bereichsbeziehung oder der bekannten geometrischen Beziehung umfasst, um eine Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems zu bestimmen und/oder zu kompensieren, wobei das Ausrichtungsbild wenigstens eines des Folgenden umfasst: ein Kamerabild der mehreren Kamerabilder; ein Bild mit erweitertem Schärfentiefenbereich (EDOF-Bild) des Eichobjekts; oder ein Kamerabild mit ausgeschalteter VFL des Eichobjekts, das aufgenommen wird, wenn sich die VFL-in einem Zustand befindet, in dem die Brechkraft der VFL-Linse nicht moduliert wird und die VFL-Linse keine Linsenwirkung bereitstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verwenden des Ausrichtungsbildes das Analysieren des Ausrichtungsbildes umfasst, um eine synthetische Frequenz zu bestimmen, die die Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems angibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die synthetische Frequenz durch die Verarbeitung einer 2D-Fourier-Transformation des Ausrichtungsbildes bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ausrichtungsprozess enthält: Bestimmen einer Ausrichtung des Eichobjekts, die einem Drehwinkel des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems entspricht; und Kompensieren der Ausrichtung des Eichobjekts bezüglich des VFL-Linsensystems durch das Drehen wenigstens eines Bildes des Eichobjekts um den Drehwinkel vor der Verarbeitung des wenigstens einen Bildes.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Eichdaten das Analysieren eines Kamerabilds mit ausgeschalteter VFL des Eichobjekts umfasst, um einen repräsentativen Wert zu bestimmen, der auf die entsprechenden Werte der mehreren Kamerabilder bezogen ist und der einem Arbeitsabstand von der Objektivlinse entspricht, wobei das Kamerabild mit ausgeschalteter VFL aufgenommen wird, wenn sich die VFL-Linse in einem Zustand befindet, in dem die Brechkraft der VFL-Linse nicht moduliert wird und die VFL-Linse keine Linsenwirkung bereitstellt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein interpolierter Wert zwischen zwei entsprechenden Werten der mehreren Kamerabilder bestimmt wird, der dem repräsentativen Wert des Kamerabildes mit ausgeschalteter VFL entspricht und der als dem Arbeitsabstand entsprechend bezeichnet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der repräsentative Wert ein Bildelementpositionswert ist, der wenigstens teilweise durch das Ausführen einer Zeilenabtastung an dem Kamerabild mit ausgeschalteter VFL bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Analysieren der mehreren Kamerabilder das Bestimmen von Fokussierungseigenschaftswerten für jeden FSRR in den Kamerabildern umfasst, um einen Phasenzeitpunkt eines Fokussierungseigenschaftsspitzenwertes für jeden FSRR zu bestimmen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der bestimmte Fokussierungseigenschaftswert für jeden FSRR einen Wert einer quantitativen Kontrastmetrik für den FSRR umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Analysieren der mehreren Kamerabilder ferner das Bestimmen einer effektiven Brennpunktposition jedes FSRR umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen der effektiven Brennpunktposition jedes der FSRRs das Bestimmen eines Bildelementorts mit Unterbildelementgenauigkeit jedes der FSRRs in einem oder mehreren der Kamerabilder und das Bestimmen der effektiven Brennpunktposition des FSRR basierend auf den bestimmten Bildelementort und den bekannten physikalischen Eigenschaften des Eichobjekts und des VFL-Linsensystems, die wenigstens einen Neigungswinkel der ebenen geneigten Musterfläche, eine Vergrößerung der Objektivlinse und eine Bildelementgröße enthalten, umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen der Eichdaten ferner das Kombinieren der Daten, die die bestimmten Phasenzeitpunkte, die den Fokussierungseigenschaftsspitzenwerten jedes FSRR entsprechen, enthalten, und der bestimmten effektiven Brennpunktposition jedes FSRR umfasst, wobei die kombinierten Daten die Phasenzeitpunkte als den effektiven Brennpunktpositionen für das VFL-Linsensystem entsprechend angeben.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bestimmen der Eichdaten ferner das Bestimmen einer an eine Sinuskurve angepassten Gleichung als an die kombinierten Daten angepasst und das Verwenden der an die Sinuskurve angepassten Gleichung, um die Phasenzeitpunkte zu bestimmen, die gleich beabstandeten effektiven Brennpunktpositionen innerhalb des Bereichs der Modulation der VFL-Linse entsprechen, und das Speichern der bestimmten Phasenzeitpunkte, die den gleich beabstandeten effektiven Brennpunktpositionen entsprechen, als wenigstens ein Teil der Eichdaten, die die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen für das VFL-Linsensystem entsprechen, umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Eichdaten ferner das Verwenden eines Bildes mit erweitertem Schärfentiefenbereich (EDOF-Bildes) des Eichobjekts umfasst, um die ungefähren Positionen jedes der FSRRs zu bestimmen, für das die ungefähren Positionen zum Positionieren der Bereiche von Interesse in den Bildern zum Bestimmen der Fokussierungseigenschaftswerte für die FSRRs in den Bildern verwendet werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die VFL-Linse eine abstimmbare akustische Gradientenlinse (TAG-Linse) ist.
  17. System, das umfasst: ein Linsensystem mit variabler Brennweite (VFL-Linsensystem), das umfasst: eine VFL-Linse, einen VFL-Linsen-Controller, der ein Antriebssignal der VFL-Linse steuert, um die Brechkraft der VFL-Linse über einen Bereich von Brechkräften, die zu jeweiligen Phasenzeitpunkten innerhalb der periodischen Modulation auftreten, periodisch zu modulieren; eine Kamera, die während einer Bildbelichtung das entlang einem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse durchgelassene Licht empfängt und ein entsprechendes Kamerabild erzeugt; eine Objektivlinse, die während einer Bildbelichtung das Bildlicht, das von wenigstens einem eines Werkstücks oder eines Eichobjekts herrührt, eingibt und während der Bildbelichtung das Bildlicht entlang dem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse und zu der Kamera durchlässt, um wenigstens eines eines Werkstückbildes oder eines Eichobjektbildes in einem entsprechenden Kamerabild zu erzeugen, wobei eine effektive Brennpunktposition vor der Objektivlinse während einer Bildbelichtung der Brechkraft der VFL-Linse während dieser Bildbelichtung entspricht; und einen Belichtungszeit-Controller, der konfiguriert ist, einen für ein Kamerabild verwendeten Belichtungszeitpunkt zu steuern, ein Eichobjekt, das eine ebene geneigte Musterfläche umfasst, auf der ein Satz von Fokussierungszustands-Bezugsbereichen (FSRRs) verteilt ist, wobei die FSRRs bekannte geometrische Beziehungen bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche aufweisen und bekannte Bereichsbeziehungen in Bezug aufeinander aufweisen, wobei, wenn das Eichobjekt in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist, die FSRRs an verschiedenen jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen bezüglich der Objektivlinse fest sind und jeweilige Bezugsbereichs-Bildorte (RRILs) in den Eichobjektbildern aufweisen; und ein Computersystem, das umfasst: einen oder mehrere Prozessoren; und einen Speicher, der an den einen oder die mehreren Prozessoren gekoppelt ist und Programmanweisungen speichert, die, wenn sie durch den einen oder die mehreren Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren veranlassen, um wenigstens: mehrere Kamerabilder des Eichobjekts zu verschiedenen Phasenzeitpunkten der periodischen Modulation aufzunehmen, wobei das Eichobjekt in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist; und die Eichdaten wenigstens teilweise basierend auf dem Analysieren der mehreren Kamerabilder zu bestimmen, wobei die Eichdaten die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen entsprechen.
  18. System nach Anspruch 17, wobei die VFL-Linse eine abstimmbare akustische Gradientenlinse (TAG-Linse) ist.
  19. System nach Anspruch 17, wobei das Eichobjekt ferner eine reflektierende Oberfläche umfasst, die sich unter der ebenen geneigten Musterfläche befindet und die zu einer optischen Achse eines optischen Werkstück-Abbildungswegs nominell orthogonal ist, wenn das Eichobjekt in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist, und für das das Quelllicht, das durch die ebene geneigte Musterfläche geht und durch die reflektierende Oberfläche reflektiert wird, um als ein Eichobjektbildlicht durch die ebene geneigte Musterfläche zurückzugehen, entlang dem optischen Werkstück-Abbildungsweg durchgelassen wird.
  20. System nach Anspruch 17, wobei die ebene geneigte Musterfläche ein Gitter mit Gitterlinien umfasst und jeder der FSRRs der mehreren FSRRs einer Kante einer der Gitterlinien entspricht.
  21. System nach Anspruch 17, das ferner mehrere zusätzliche Eichobjekte umfasst, die Teil eines Satzes von Eichobjekten sind, von dem das Eichobjekt außerdem ein Element ist, wobei jedes Eichobjekt des Satzes von Eichobjekten eine ebene geneigte Musterfläche mit einem unterschiedlichen Betrag der Neigung aufweist und jedes Eichobjekt des Satzes von Eichobjekten einer anderen Objektivlinse mit einer anderen Vergrößerung entspricht, wobei, wenn eine Eichung des VFL-Linsensystems ausgeführt wird, ein Eichobjekt aus dem Satz verwendet wird, das der Objektivlinse entspricht, die während der Eichung verwendet wird.
  22. System zum Verwenden eines Fokussierungszustands-Eichobjekts zum Bestimmen der Eichdaten für ein Linsensystem mit variabler Brennweite (VFL-Linsensystem), wobei das VFL-Linsensystem umfasst: eine VFL-Linse, einen VFL-Linsen-Controller, der ein Antriebssignal der VFL-Linse steuert, um die Brechkraft der VFL-Linse über einen Bereich von Brechkräften, die zu jeweiligen Phasenzeitpunkten innerhalb der periodischen Modulation auftreten, periodisch zu modulieren; eine Kamera, die während einer Bildbelichtung das entlang einem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse durchgelassene Licht empfängt und ein entsprechendes Kamerabild erzeugt; eine Objektivlinse, die während einer Bildbelichtung das Bildlicht, das von wenigstens einem eines Werkstücks oder eines Eichobjekts herrührt, eingibt und während der Bildbelichtung das Bildlicht entlang dem optischen Abbildungsweg durch die VFL-Linse und zu der Kamera durchlässt, um wenigstens eines eines Werkstückbildes oder eines Eichobjektbildes in einem entsprechenden Kamerabild zu erzeugen, wobei eine effektive Brennpunktposition vor der Objektivlinse während einer Bildbelichtung der Brechkraft der VFL-Linse während dieser Bildbelichtung entspricht; und einen Belichtungszeit-Controller, der konfiguriert ist, einen für ein Kamerabild verwendeten Belichtungszeitpunkt zu steuern, wobei das System zum Verwenden des Fokussierungszustands-Eichobjekts umfasst: das Eichobjekt, das eine ebene geneigte Musterfläche umfasst, auf der ein Satz von Fokussierungszustands-Bezugsbereichen (FSRRs) verteilt ist, wobei die FSRRs bekannte geometrische Beziehungen bezüglich der ebenen geneigten Musterfläche aufweisen und bekannte Bereichsbeziehungen in Bezug aufeinander aufweisen, wobei, wenn das Eichobjekt in einer Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist, die FSRRs an verschiedenen jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen bezüglich der Objektivlinse fest sind und jeweilige Bezugsbereichs-Bildorte (RRILs) in den Eichobjektbildern aufweisen; und ein Computersystem, das umfasst: einen oder mehrere Prozessoren; und einen Speicher, der an den einen oder die mehreren Prozessoren gekoppelt ist und Programmanweisungen speichert, die, wenn sie durch den einen oder die mehreren Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren veranlassen, um wenigstens: mehrere Kamerabilder des Eichobjekts zu empfangen, die zu verschiedenen Phasenzeitpunkten der periodischen Modulation aufgenommen werden, wobei das Eichobjekt in der Eichobjekt-Abbildungskonfiguration bezüglich des VFL-Linsensystems angeordnet ist; und die Eichdaten wenigstens teilweise basierend auf dem Analysieren der mehreren Kamerabilder zu bestimmen, wobei die Eichdaten die jeweiligen Phasenzeitpunkte der periodischen Modulation angeben, die den jeweiligen effektiven Brennpunktpositionen entsprechen.
  23. System nach Anspruch 22, wobei die VFL-Linse eine abstimmbare akustische Gradientenlinse (TAG-Linse) ist.
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