JP2017223650A - 可変焦点距離レンズシステムにおける位相差較正 - Google Patents
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Abstract
Description
12 画像測定機
14 制御コンピュータシステム
16 ディスプレイ
18 プリンタ
20,320 ワークピース
22 ジョイスティック
24 キーボード
26 マウス
32 可動ワークピースステージ
34 光学撮像システム
120 制御システム部
200 ビジョンシステム構成要素部
205 光学アセンブリ部
210 ワークピースステージ
212 透明部
220 光源(透過照明光源)
221,231,241,281 バス
222,232,332 光源光
230,330 光源(落射照明光源)
240 光源(斜め照明光源)
250,350 対物レンズ(交換可能対物レンズ)
255,355 ワークピース光
260,360 光学検出器
262,271’,296 信号ライン
270,286,370 レンズ
271 インタフェース
280 ターレットレンズアセンブリ
284 軸
290,390 ミラー(部分ミラー)
294 制御可能モータ
300 レンズシステム
351,386’ チューブレンズ
352,386 リレーレンズ
361’ ビームスプリッタ
371 レンズ制御部
372 駆動信号発生部
372’ タイミングクロック
373 Z高さ対位相較正部
375 焦点決定部
377 焦点信号処理部
378 位相オフセット補償部
379 位相オフセット推定部
395 制御バス
Claims (20)
- 撮像された表面領域のZ高さを測定する可変焦点距離(VFL)レンズシステムであって、
VFLレンズを含む撮像システムと、
前記VFLレンズの光学パワーを周期的に変更させることにより、Z高さ方向に沿った複数の焦点位置にわたって前記撮像システムの焦点位置を第1の動作周波数で周期的に変更させ、周期的に変更される前記VFLレンズの光学パワーが第1の周期変更位相を規定し、
前記第1の動作周波数を有し、かつ前記第1の周期変更位相に対して位相オフセットを有する第2の周期変更位相を有する周期信号と同期をとられた位相タイミング信号を生成し、
各Z高さを各位相タイミング信号値に関連付ける第1のZ高さ対位相特徴付けを与える、
ように構成された制御部と、
前記撮像システムからの光が入力される光学検出器と、
前記表面領域が焦点位置にあることが前記光学検出器からの信号データによって示された時に対応する未処理の位相タイミング信号値であって、前記第1及び第2の周期変更位相間の前記位相オフセットに関連付けられた位相オフセット成分を含む未処理の位相タイミング信号値を決定するように構成された、焦点信号処理部と、
を備える焦点決定部と、
前記表面領域に対応する前記未処理の位相タイミング信号値を入力すると共に、前記表面領域のZ高さ測定値を与える位相オフセット補償プロセスを実行し、前記位相オフセット成分に関連したZ高さエラー又はZ高さ変動の少なくとも一方を少なくとも部分的に除く、位相オフセット補償部と、
を備える、VFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット補償プロセスが、対応する未処理の位相タイミング信号値セットに基づいて前記表面領域のZ高さ測定値を決定することを含み、
前記セットが、前記撮像システムの前記焦点位置の反対方向の移動にそれぞれ対応する、少なくとも第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットを含む、
請求項1に記載のVFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット補償プロセスが、
前記第1の未処理の位相タイミング信号値サブセット内の少なくとも1つの値と、前記第1のZ高さ対位相特徴付けと、に基づいて、第1の予備Z高さ測定値サブセットを決定することと、
前記第2の未処理の位相タイミング信号値サブセット内の少なくとも1つの値と、前記第1のZ高さ対位相特徴付けと、に基づいて、第2の予備Z高さ測定値サブセットを決定することと、
前記第1の予備Z高さ測定値サブセット内の少なくとも1つの値と、前記第2の予備Z高さ測定値サブセット内の少なくとも1つの値と、の中間にあるZ高さ測定値を決定することと、
決定された前記Z高さ測定値を前記表面領域のZ高さ測定値として使用することと、
を含む、
請求項2に記載のVFLレンズシステム。 - 前記Z高さ測定値が、前記第1の予備Z高さ測定値サブセット内の少なくとも1つの値と、前記第2の予備Z高さ測定値サブセット内の少なくとも1つの値と、の平均値として決定される、
請求項3に記載のVFLレンズシステム。 - 前記制御部が、前記撮像システムの動作範囲を最大動作範囲の2/3未満に制限し、前記周期信号のピーク又は谷が含まれないようにする、
請求項3に記載のVFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット補償部が、前記位相オフセットの推定値を決定するように構成され、
前記位相オフセット補償プロセスが、少なくとも1つの対応する前記未処理の位相タイミング信号値及び前記位相オフセットの前記推定値に基づいて、前記表面領域のZ高さ測定値を決定するためのZ高さ決定プロセスを含み、
前記Z高さ決定プロセスが、
前記位相オフセットの前記推定値によって少なくとも1つの前記未処理の位相タイミング信号値を処理して前記位相オフセット成分を低減させることにより、補償された位相タイミング信号値を決定することと、
前記補償された位相タイミング信号値及び前記第1のZ高さ対位相特徴付けに基づいて、Z高さ測定値を決定することと、
を含む、
請求項1に記載のVFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット補償部が、基準を満たすように前記位相オフセットの前記推定値を調整する調整プロセスを実行する位相オフセット推定部を備え、
前記基準においては、前記Z高さ決定プロセスが、前記位相オフセットの調整された前記推定値に基づき、固定表面領域を撮像する際に前記撮像システムの前記焦点位置の反対方向の移動にそれぞれ対応する、少なくとも第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットに対応して繰り返される場合、得られる反対方向のZ高さ測定値の分散又は差の少なくとも一方がほぼ最小となる、
請求項6に記載のVFLレンズシステム。 - 前記調整プロセスが、
(a)ある増分だけ前記位相オフセットの前記推定値を調整して前記位相オフセットの試行推定値を与えること、
(b)前記位相オフセットの前記試行推定値に基づいて前記Z高さ決定プロセスを実行することと、固定表面領域を撮像する際の前記撮像システムの前記焦点位置の反対方向への移動にそれぞれ対応する、少なくとも第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットに対応する処理を繰り返すことと、
(c)前記反対方向のZ高さ測定値間の対応する試行分散又は差の少なくとも一方を決定することと、
(d)前記(a)から(c)を複数回繰り返して、ほぼ最小となる試行分散又は差の少なくとも一方を決定することと、前記位相オフセットの前記対応する試行推定値を、前記VFLレンズシステムの以降のZ高さ測定動作のための前記位相オフセットの前記推定値として使用することと、
を含む、
請求項7に記載のVFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット推定部が、前記VFLレンズシステムのユーザにより決定されるタイミング又は前記VFLレンズシステムにより自動的に決定されるタイミングの少なくとも一方に従って自動的に前記調整プロセスを実行するように構成されている、
請求項8に記載のVFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット推定部が、部分的に自動的に前記調整プロセスを実行するように構成され、前記VFLレンズシステムのユーザが、前記位相オフセットの試行推定値を与えるため、前記VFLレンズシステムのユーザインタフェース機能の調整要素を動作させて、前記(a)の少なくとも1つのインスタンスを実行する、
請求項8に記載のVFLレンズシステム。 - 少なくとも1つの対応する前記試行分散又は差が標準偏差の計算に従って決定される、
請求項8に記載のVFLレンズシステム。 - 前記調整プロセスが、
固定表面領域を撮像することと、
前記撮像システムの前記焦点位置の反対方向の移動にそれぞれ対応する、少なくとも第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットを含む、対応する未処理の位相タイミング信号値セットを決定することと、
を含み、
前記第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットが、
前記第1の周期変更位相の約90度位相又は270度位相に名目上対称的に離間する、ことと、
前記第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットに基づいて前記位相オフセットの前記推定値を調整することと、
を含む、
請求項7に記載のVFLレンズシステム。 - 前記第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットに基づいて前記位相オフセットの前記推定値を調整する処理が、
前記第1の周期変更位相の前記90度位相又は前記270度位相の第1のピーク位相タイミング信号値を、前記第1及び第2の未処理の位相タイミング信号値サブセットの平均値として近似することと、
前記第2の周期変更位相の対応する90度位相又は270度位相の第2のピーク位相タイミング信号値を、前記第2の周期変更位相を有する前記制御部における前記周期信号と同期をとられた前記位相タイミング信号に基づいて確立することと、
前記位相オフセットの前記推定値を、前記第1及び第2のピーク位相タイミング信号値間の差に対応する値に調整することと、
を含む、
請求項12に記載のVFLレンズシステム。 - 前記表面領域が、第2の表面領域から既知のZ高さ差を有する第1の表面領域に対応し、
決定された前記Z高さ測定値が、前記第1の表面領域の第1のZ高さ測定値に対応し、
前記位相オフセット補償プロセスが更に、
前記Z高さ決定プロセスを使用して、第2の対応する未処理の位相タイミング信号値及び前記位相オフセットの前記推定値に少なくとも部分的に基づき、前記第2の表面領域の第2のZ高さ測定値を決定することと、
前記第1及び第2のZ高さ測定値間の差に対応する測定Z高さ差を決定することと、
前記測定Z高さ差に適用した場合に前記既知のZ高さ差に等しい値となる倍率を決定することと、
を含む、
請求項6に記載のVFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット補償プロセスが更に、少なくとも部分的に前記倍率を適用して前記第1のZ高さ対位相特徴付けの前記各Z高さを調整することによって、調整済みZ高さ対位相特徴付けを決定することを含む、
請求項14に記載のVFLレンズシステム。 - 前記位相オフセット補償部が、前記位相オフセットの推定値を決定するように構成され、
前記位相オフセット補償プロセスが、少なくとも1つの対応する未処理の位相タイミング信号値及び前記位相オフセットの前記推定値に基づいて表面領域のZ高さ測定値を決定するためのZ高さ決定プロセスを含み、
前記Z高さ決定プロセスが、
前記第1のZ高さ対位相特徴付けの前記各位相タイミング信号値が前記位相オフセットの前記推定値に基づいてシフトされた調整済みZ高さ対位相特徴付けを決定することと、
前記少なくとも1つの未処理の位相タイミング信号値及び前記調整済みZ高さ対位相特徴付けに基づいて、前記Z高さ測定値を決定することと、を含む、
請求項1に記載のVFLレンズシステム。 - 撮像された表面領域のZ高さ測定値を与える可変焦点距離(VFL)レンズシステムであって、
VFLレンズを含む撮像システムと、
前記VFLレンズの光学パワーを周期的に変更させることにより、Z高さ方向に沿った複数の焦点位置にわたって前記撮像システムの焦点位置を第1の動作周波数で周期的に変更させ、周期的に変更される前記VFLレンズの光学パワーが第1の周期変更位相を規定し、
前記第1の動作周波数を有し、かつ前記第1の周期変更位相に対して位相オフセットを有する第2の周期変更位相を有する周期信号と同期をとられた位相タイミング信号を生成し、
各Z高さを各位相タイミング信号値に関連付ける第1のZ高さ対位相特徴付けを与える、
ように構成された制御部と、
前記撮像システムからの光が入力される光学検出器と、
前記表面領域が焦点位置にあることが前記光学検出器からの信号データによって示された時に対応する未処理の位相タイミング信号値であって、前記第1及び第2の周期変更位相間の前記位相オフセットに関連付けられた位相オフセット成分を含む未処理の位相タイミング信号値を決定する、焦点信号処理部と、
を備える焦点決定部と、
前記表面領域に対応する前記未処理の位相タイミング信号値を入力すると共に、前記前記表面領域のZ高さ測定値を与える位相オフセット補償プロセスを実行するように構成された位相オフセット補償部と、
を備え、
前記位相オフセット補償部が、前記位相オフセットの推定値を決定するように構成され、
前記位相オフセット補償プロセスが、少なくとも1つの対応する未処理の位相タイミング信号値及び前記位相オフセットの前記推定値に基づいて、前記表面領域のZ高さ測定値を決定するZ高さ決定プロセスを含む、
VFLレンズシステム。 - 前記Z高さ決定プロセスが、
前記位相オフセットの前記推定値によって前記少なくとも1つの未処理の位相タイミング信号値を処理して前記位相オフセット成分を低減させることにより、補償された位相タイミング信号値を決定することと、
前記補償された位相タイミング信号値及び前記第1のZ高さ対位相特徴付けに基づいて、Z高さ測定値を決定することと、
を含む、
請求項17に記載のVFLレンズシステム。 - 表面領域のZ高さ測定値を決定するための方法であって、
可変焦点距離(VFL)レンズの光学パワーを周期的に変更させることにより、Z高さ方向に沿った複数の焦点位置にわたって光学システムの焦点位置を第1の動作周波数で周期的に変更させ、周期的に変更される前記VFLレンズの光学パワーが第1の周期変更位相を規定する、ことと、
前記第1の動作周波数を有し、かつ前記第1の周期変更位相に対して位相オフセットを有する第2の周期変更位相を有する周期信号と同期をとられた位相タイミング信号を生成する、ことと、
各Z高さを各位相タイミング信号値に関連付ける第1のZ高さ対位相特徴付けを与えることと、
前記表面領域が焦点位置にあることが光学検出器からの信号データによって示された時に対応する未処理の位相タイミング信号値であって、前記第1及び第2の周期変更位相間の前記位相オフセットに関連付けられた位相オフセット成分を含む未処理の位相タイミング信号値を決定する、ことと、
前記表面領域のZ高さ測定値を与える位相オフセット補償プロセスを実行することであって、与えられた前記Z高さ測定値において、前記位相オフセット成分に関連したZ高さエラー又はZ高さ変動の少なくとも一方を少なくとも部分的に除く、ことと、
を含む方法。 - 前記位相オフセット補償プロセスが、少なくとも1つの対応する未処理の位相タイミング信号値及び前記位相オフセットの推定値に基づいて、前記表面領域のZ高さ測定値を決定するためのZ高さ決定プロセスを含み、
前記Z高さ決定プロセスが、
前記位相オフセットの前記推定値によって前記少なくとも1つの未処理の位相タイミング信号値を処理して前記位相オフセット成分を低減させることにより、補償された位相タイミング信号値を決定することと、
前記補償された位相タイミング信号値及び前記第1のZ高さ対位相特徴付けに基づいて、Z高さ測定値を決定することと、
を含む、
請求項19に記載の方法。
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