JP2022074065A - ポイントフロムフォーカスタイプのプロセスのための投射パターンを用いた計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】ポイントフロムフォーカスタイプのプロセスのための投射パターンを含む計測システムが提供される。【解決手段】計測システムは、対物レンズ部、光源、パターン投射部、及びカメラを含む。このシステムでは、異なる倍率及びカットオフ周波数を有する異なるレンズ（例えば対物レンズ）を使用することができる。パターン投射部は、パターンを有するパターンコンポーネントを含む。パターンの面積の少なくとも半分以上は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さないパターン部を含む（例えば、多様な空間周波数スペクトルに対応し、これにより所望の範囲にわたって比較的平坦なパワースペクトルが生じ、異なるカットオフ周波数を有する異なるレンズの使用が可能となる）。パターンをワークピース表面上に投射し（例えばコントラストを生成するため）、画像スタックを取得する。この画像スタックから、ワークピース表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定する。【選択図】図１

Description

本開示は、（例えばマシンビジョン検査システムにおける）非接触ワークピース表面測定を用いた精密計測に関し、更に具体的には、ワークピース表面上のポイントのＺ高さを決定するためのプロセスに関する。

精密マシンビジョン検査システム（又は略して「ビジョンシステム」）のような精密非接触計測システムは、物体の精密な寸法測定値を取得すると共に他の様々な物体の特徴を検査するために使用することができ、コンピュータと、カメラと、光学システムと、ワークピースの走査（traversal）及び検査を可能とするために移動する精密ステージと、を含み得る。１つの例示的な従来技術のシステムは、イリノイ州オーロラに位置するMitutoyo America Corporation（ＭＡＣ）から入手可能なＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズのＰＣベースのビジョンシステム及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアである。ＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズのビジョンシステム及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアの機能及び動作については、概ね、例えば２００３年１月に発表されたＱＶＰＡＫ ３Ｄ ＣＮＣ画像測定機ユーザガイドに記載されている。これは援用によりその全体が本願に含まれる。このタイプのシステムは、顕微鏡型の光学システムを利用し、小型又は比較的大型のワークピースの検査画像を提供するようにステージを移動させる。

汎用の精密マシンビジョン検査システムは一般に、自動化ビデオ検査を行うようにプログラム可能である。このようなシステムは通常、「非専門家」のオペレータが動作及びプログラミングを実行できるように、ＧＵＩ機能及び既定の画像解析「ビデオツール」を含む。例えば米国特許第６，５４２，１８０号は、様々なビデオツールの使用を含む自動化ビデオ検査を利用したビジョンシステムを教示している。これは援用によりその全体が本願に含まれる。

このようなシステムでは、ミクロン範囲又はサブミクロン範囲の正確さが求められることが多い。これは、Ｚ高さ測定に関して特に困難である。（カメラシステムの光軸に沿った）Ｚ高さ測定値は通常、例えば自動合焦ツールによって決定されるような「ベストフォーカス」位置から導出される。ベストフォーカス位置の決定は、複数の画像から導出された情報を合成すること及び／又は比較することに概ね依存する比較的複雑なプロセスである。このため、Ｚ高さ測定で達成される精度及び信頼性のレベルは、典型的に単一画像内の要素間の関係に基づいて測定が行われるＸ測定軸及びＹ測定軸で達成されるレベルよりも低いことが多い。ワークピース表面上のポイントのＺ高さ測定において達成される正確さ、精度、及び／又は信頼性の改善、又は他の向上を可能とする技法が望まれている。

この概要は、以下で「発明を実施するための形態」において更に記載するいくつかの概念を簡略化した形態で紹介するために提示する。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴（features）を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲の決定に役立てるため用いることも意図していない。

対物レンズ部、光源、パターン投射部、カメラ、１つ以上のプロセッサ、及びメモリを含む計測システムが提供される。対物レンズ部は、対物レンズのセットから選択された対物レンズを含む。セット内の対物レンズの各々は、異なる倍率及びカットオフ周波数を有する。計測システムの倍率状態は、対物レンズ部に含まれる対物レンズを変更することによって変化するように構成されている。パターン投射部は、パターンを有するパターンコンポーネントを含む。パターンの面積の少なくとも半分以上は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含む。光源からの光は、パターンの方へ伝送されてパターン光を形成するように構成され、パターン光は対物レンズを介して伝送されてワークピース表面上に投射パターンを形成する。対物レンズは、投射パターンを含むワークピース表面から生じる画像光を入力すると共に画像光を撮像光路に沿って伝送するように構成されている。カメラは、撮像光路に沿って伝送された画像光を受光すると共に、投射パターンを含むワークピース表面の画像を提供するように構成されている。メモリは、１つ以上のプロセッサに結合され、プログラム命令を記憶する。プログラム命令は、１つ以上のプロセッサによって実行された場合、少なくとも、パターンの方へ光を伝送してワークピース表面上に投射パターンを形成するように光源を制御することと、カメラを使用して、投射パターンを有するワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックを取得することであって、画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する、画像スタックを取得することと、画像スタックの画像の解析に少なくとも部分的に基づいて合焦曲線データを決定することであって、合焦曲線データはワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を示す、合焦曲線データを決定することと、を１つ以上のプロセッサに実行させる。

別の態様によれば、パターンの複数のパターン部は、対物レンズのセット内の対物レンズの最高カットオフ周波数よりも低い空間周波数に対応する。別の態様によれば、対物レンズのセットは、セットの中で最低の倍率に対応する最低倍率レンズと、セットの中で最高の倍率に対応する最高倍率レンズと、各々が最低の倍率と最高の倍率との間にある中間倍率に対応する複数の中間倍率レンズと、を含む。最高の倍率は最低の倍率の少なくとも１０倍である。様々な実施例において、対物レンズセットの対物レンズの少なくともいくつかの各々は、０．５倍、１倍、２倍、２．５倍、５倍、１０倍、２０倍、２５倍、５０倍、又は１００倍のうち少なくとも１つの倍率に対応する。

別の態様によれば、システムは複数のターレットレンズを含むターレットを更に含み、各ターレットレンズは異なる倍率に対応し、ターレットはターレットレンズのうち１つを撮像光路内に配置するように構成されている。様々な実施例において、ターレットは少なくとも第１、第２、及び第３のターレットレンズを有することができ、第２のターレットレンズは第１のターレットレンズの少なくとも２倍の倍率である倍率に対応し、第３のターレットレンズは第１のターレットレンズの少なくとも４倍の倍率である倍率に対応し、ターレットはターレットレンズのうち１つを撮像光路内に配置するように構成されている。

別の態様によれば、ワークピース表面上の複数の表面点の各々は画像スタックの画像の各々における関心領域に対応し、合焦曲線データを決定することは、画像スタックの画像の解析に少なくとも部分的に基づいて関心領域の各々の合焦曲線データを決定することを含む。表面点の各々について、対応する関心領域の合焦曲線データのピークは表面点の対応するＺ高さを示し、ピークは少なくとも部分的に、投射パターンのパターン部によって与えられるコントラストから得られる。

別の態様によれば、パターン部は暗いパターン部及び明るいパターン部を含む。様々な実施例において、暗いパターン部に対応するパターンの面積の合計量及び明るいパターン部に対応するパターンの面積の合計量は名目上等しい（例えば、パターンの約５０／５０の比）。様々な実施例において、明るいパターン部は暗いパターン部間の間隔に対応する。様々な実施例において、パターンはクロムオンガラス（chrome on glass）タイプのプロセスによってパターンコンポーネント上に形成される。

様々な実施例において、パターン部は異なるサイズのパターン部を含む。様々な実施例において、異なるサイズのパターン部は少なくとも第１、第２、第３、及び第４のサイズのパターン部を含み、第２、第３、及び第４のサイズのパターン部の各々はそれぞれ、第１のサイズのパターン部の対応する寸法の少なくとも２倍、３倍、又は４倍の大きさの寸法（例えば長さ）を有する。様々な実施例において、異なるサイズのパターン部は少なくとも第５、第６、第７、及び第８のサイズのパターン部を更に含み、第５、第６、第７、及び第８のサイズのパターン部の各々はそれぞれ、第１のサイズのパターン部の対応する寸法の少なくとも５倍、６倍、７倍、又は８倍の大きさの寸法を有する。

様々な実施例において、複数のパターン部のうち最大のパターン部は、複数のパターン部のうち最小のパターン部のサイズの２０倍未満の大きさである。様々な実施例において、第１のサイズのパターン部は、複数のパターン部のうち最小のパターン部であり、最小では縦２ミクロンで横２ミクロン、最大では縦２０ミクロンで横２０ミクロンの面積を有する。様々な実施例において、カメラは画素アレイを含み、画素の各々は、最小では縦２ミクロンで横２ミクロン、最大では縦２０ミクロンで横２０ミクロンの面積を有する。

様々な実施例において、複数のパターン部のうち隣接する暗いパターン部と明るいパターン部は、パターンのｘ軸方向又はｙ軸方向のいずれかにおいてパターン全体にわたって一定の隣接間隔で繰り返さない配列である。様々な実施例において、パターンは、行と列に配置されたパターン要素を含み得る（例えば、行と列はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向に延出し得る）。様々な実施例において、暗いパターン部の各々は、１つ以上の暗いパターン要素（例えば、それぞれパターンの対応する行と列に含まれる）から構成され得る。同様に、明るいパターン部（例えば、暗いパターン部間の間隔に対応し得る）の各々は、１つ以上の明るいパターン要素（例えば、それぞれパターンの対応する行と列に含まれる）から構成され得る。様々な実施例において、パターンの面積の少なくとも半分以上は、パターンの行と列にわたって一定の間隔で繰り返さない複数のパターン部を含むパターンの行及び列の少なくとも一方を含む。様々な実施例において、パターンの行と列の少なくとも過半数では、各行又は各列の全体又は一部は、各行又は各列の全体又は一部にわたって延出する（かつ、例えば、パターンの他の行と列において反復しない）、（例えばそれぞれのサイズの）明るいパターン部又は暗いパターン部の固有のシーケンスを含み、他とは異なる唯一のものであり得る。

別の態様によれば、パターン投射部は、光源と対物レンズとの間の光路内にパターンコンポーネントを配置するように制御されるよう構成されたパターン配置部を更に含む。

計測システムを動作させるための方法が提供される。この方法は、対物レンズを有する光路に含まれるパターンの方へ光を伝送してワークピース表面上に投射パターンを形成するように光源を制御することを含む。投射パターンの面積の少なくとも半分以上は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含む。カメラを使用して、投射パターンを有するワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックを取得する。画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する。画像スタックの画像の解析に少なくとも部分的に基づいて、合焦曲線データを決定する。合焦曲線データを使用して、ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を決定する。様々な実施例において、投射パターンの複数のパターン部は、対物レンズのセット内の対物レンズの最高カットオフ周波数よりも低い空間周波数に対応する。別の態様によれば、方法は、光源と対物レンズとの間の光路内にパターンコンポーネントを配置するようにパターン配置部を制御することを更に含む。

様々な実施例において、対物レンズ部に含まれる対物レンズは第１のカットオフ周波数を有する第１の対物レンズであり、投射パターンは第１のカットオフ周波数によって少なくとも部分的にフィルタリングされる第１の投射パターンであり、複数のパターン部は第１の複数のパターン部であり、方法は、対物レンズ部に含まれる対物レンズを、第１のカットオフ周波数とは異なる第２のカットオフ周波数を有する第２の対物レンズに変更することによって、計測システムの倍率状態を変化させることを更に含む。光源は、第２の対物レンズを有する光路に含まれるパターンの方へ光を伝送してワークピース表面上に第２の投射パターンを形成するように制御される。第２の投射パターンは第２のカットオフ周波数によって少なくとも部分的にフィルタリングされ、第２の投射パターンの面積の少なくとも半分以上は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない第２の複数のパターン部を含む。第１及び第２のカットオフ周波数による異なるフィルタリングに少なくとも部分的に起因して、第２の複数のパターン部は第１の複数のパターン部とは異なる。カメラを使用して、第２の投射パターンを有するワークピース表面の第２の複数の画像を含む第２の画像スタックを取得する。第２の画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する。第２の画像スタックの画像の解析に少なくとも部分的に基づいて、第２の合焦曲線データを決定する。第２の合焦曲線データを用いて、ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を決定する。

様々な実施例において、計測システムと共に使用されるパターン投射部が提供される。パターン投射部はパターンコンポーネント及びパターン配置部を含む。パターンコンポーネントはパターンを含み、パターンの面積の少なくとも半分以上は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含む。パターン配置部は、光源と対物レンズとの間の光路内にパターンコンポーネントを配置するように構成されている。パターンコンポーネントが光路内に配置された後、光源からの光はパターンの方へ伝送されてパターン光を形成するように構成され、パターン光は対物レンズを介して伝送されてワークピース表面上に投射パターンを形成する。対物レンズは、投射パターンを含むワークピース表面から生じる画像光を入力すると共に画像光を撮像光路に沿って伝送するように構成されている。カメラは、撮像光路に沿って伝送された画像光を受光すると共に、投射パターンを有するワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックをキャプチャするように構成されている。画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する。画像は、解析されてワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定するように構成されている。様々な実施例において、パターンの複数のパターン部は、対物レンズのセット内の対物レンズの最高カットオフ周波数よりも低い空間周波数に対応する。

汎用精密マシンビジョン検査システムの種々の典型的なコンポーネントを示す図である。 図１のものと同様の、パターン投射部を含むマシンビジョン検査システムの制御システム部及びビジョン構成要素部のブロック図である。 図２に示されているパターン投射部の１つの例示的な実施例を含むブロック図である。 対応する関心領域内の投射パターンの特徴から得られるコントラスト合焦曲線を示す図である。 格子縞パターンを示す図及び対応するパワースペクトルグラフである。 ３レベルフラクタルパターンの一部を示す図及び対応するパワースペクトルグラフである。 様々な空間波長に対応するパターン部の様々な原理を示す図である。 パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さないパターン部を含むパターンの拡大図である。 パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さないパターン部を有する図８のパターンを含むパターン全体を示す図、及び対応するパワースペクトルグラフである。 本明細書に開示されている原理に従った、パターン投射部を含む計測システムを動作させるための方法を示すフロー図である。

図１は、本明細書に記載される原理に従った計測システム及び／又は撮像システムとして使用できる１つの例示的なマシンビジョン検査システム１０のブロック図である。マシンビジョン検査システム１０は、制御コンピュータシステム１４とデータ及び制御信号を交換するように動作可能に接続されたビジョン測定機１２を含む。制御コンピュータシステム１４は更に、モニタ又はディスプレイ１６、プリンタ１８、ジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６とデータ及び制御信号を交換するように動作可能に接続されている。モニタ又はディスプレイ１６は、マシンビジョン検査システム１０の動作の制御及び／又はプログラミングに適したユーザインタフェースを表示することができる。種々の実施例では、タッチスクリーンタブレット及び／又は他のコンピューティング要素等によって、要素１４、１６、２２、２４、及び２６のいずれか又は全ての機能の代用とすること及び／又はこれらの機能を冗長的に与えることが可能であることは認められよう。

制御コンピュータシステム１４は一般に、分散型又はネットワーク型コンピューティング環境等を含む任意の適切なコンピューティングシステム又はデバイスを用いて実施できることは、当業者には認められよう。そのようなコンピューティングシステム又はデバイスは、本明細書に記載される機能を実現するためにソフトウェアを実行する１つ以上の汎用プロセッサ又は特殊用途プロセッサ（例えば非カスタム又はカスタムデバイス）を含み得る。ソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等のメモリ、又はそのようなコンポーネントの組み合わせに記憶することができる。また、ソフトウェアは、光学ベースのディスク、フラッシュメモリデバイス、又はデータを記憶するための他の任意のタイプの不揮発性記憶媒体のような１つ以上の記憶デバイスに記憶することができる。ソフトウェアは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む１つ以上のプログラムモジュールを含み得る。分散型コンピューティング環境では、プログラムモジュールの機能性は、有線又は無線のいずれかの構成において、複数のコンピューティングシステム又はデバイスにまたがるように組み合わせるか又は分散させ、サービスコールを介してアクセスすることができる。

ビジョン測定機１２は、可動ワークピースステージ３２と、ズームレンズ又は交換可能レンズを含み得る光学撮像システム３４と、を含む。ズームレンズ又は交換可能レンズは一般に、光学撮像システム３４によって得られる画像に様々な倍率を与える。マシンビジョン検査システム１０の種々の実施例が、米国特許第７，４５４，０５３号、第７，３２４，６８２号、第８，１１１，９０５号、及び８，１１１，９３８号にも記載されている。これらの各々は援用により全体が本願にも含まれるものとする。

図２は、図１のマシンビジョン検査システムと同様の、本開示に記載されるいくつかの特徴を含むマシンビジョン検査システム１００（すなわち計測システムの１つのタイプ）の制御システム部１２０及びビジョン構成要素部２００のブロック図である。以下で詳述するように、制御システム部１２０を用いてビジョン構成要素部２００及びパターン投射部３００を制御する。制御システム部１２０は、ビジョン構成要素部２００及びパターン投射部３００の双方とデータ及び制御信号を交換するように構成できる。ビジョン構成要素部２００は、光学アセンブリ部２０５と、光源２２０、２３０、２４０と、中央の透明部２１２を有するワークピースステージ２１０と、を含む。ワークピースステージ２１０は、ワークピース２０を配置することができるステージの表面に対して概ね平行な面内にあるｘ軸及びｙ軸に沿って制御可能に移動させることができる。

光学アセンブリ部２０５は、カメラシステム２６０と、対物レンズ部２４５に含まれる交換可能対物レンズ２５０と、を含む。いくつかの実施において光学アセンブリ部２０５は、例えば、援用により全体が本願に含まれる米国特許第９，１４３，６７４号に開示されている可変音響式屈折率分布型（ＴＡＧ：tunable acoustic gradient）のような、可変焦点距離（ＶＦＬ：variable focal length）レンズ２７０を任意選択的に含み得る。

種々の実施例において、光学アセンブリ部２０５は更に、レンズ２８６と２８８を有するターレットレンズアセンブリ２８０も含み得る。ターレットレンズアセンブリの代わりに、種々の実施例では、固定もしくは手作業で交換可能な倍率可変レンズ（magnification-altering lens）、又はズームレンズ構成等を含んでもよい。種々の実施例において、対物レンズ部２４５内の交換可能対物レンズ２５０は、可変倍率レンズ部の一部として含まれる固定倍率対物レンズのセット（例えば、０．５倍、１倍、２倍又は２．５倍、５倍、１０倍、２０倍又は２５倍、５０倍、１００倍等の倍率に対応した対物レンズのセットであり、各対物レンズはカットオフ周波数を有する）から選択することができる。

光学アセンブリ部２０５は、制御可能モータ２９４を用いることで、ｘ軸及びｙ軸に概ね直交したｚ軸に沿って制御可能に移動できる。制御可能モータ２９４はアクチュエータを駆動して、ワークピース２０の画像の焦点を変えるために光学アセンブリ部２０５をｚ軸に沿って動かす。制御可能モータ２９４は、以下で詳述するように、信号ライン２９６を介して入出力インタフェース１３０に接続され、画像の焦点を変化させる（例えば、ワークピース２０に対して対物レンズ２５０の合焦位置を変化させる）。ワークピース２０は、ワークピースステージ２１０上に配置することができる。ワークピースステージ２１０は、光学アセンブリ部２０５に対して移動するように制御され、交換可能対物レンズ２５０の視野がワークピース２０上の複数の位置間で及び／又は複数のワークピース２０間で移動できるようになっている。

透過照明光源２２０、落射照明光源２３０、及び斜め照明光源２４０（例えばリング照明）のうち１つ以上が、それぞれ光源光２２２、２３２、及び／又は２４２を発して、１又は複数のワークピース２０を照明することができる。例えば画像露光中に、落射照明光源２３０は、ビームスプリッタ２９０（例えば部分ミラー（partial mirror））を含む経路に沿って光源光２３２を発することができる。光源光２３２はワークピース画像光２５５としてワークピース２０から反射又は透過され、撮像のため用いられるこの画像光は、交換可能対物レンズ２５０及びターレットレンズアセンブリ２８０を通過して、カメラシステム２６０によって集光される。１又は複数のワークピース２０の画像を含むワークピース画像露光は、カメラシステム２６０（例えば画素アレイを含む）によってキャプチャされ、制御システム部１２０への信号ライン２６２上に出力される。

様々な光源（例えば光源２２０、２３０、２４０）は、関連付けられた信号ライン（例えばそれぞれバス２２１、２３１、２４１）を介して制御システム部１２０の照明制御インタフェース１３３に接続することができる。制御システム部１２０は、画像の倍率を変更するため、ターレットレンズアセンブリ２８０を軸２８４に沿って回転させることで、信号ライン又はバス２８１を介してターレットレンズを１つ（例えば１倍、２倍、４倍、又は６倍等の倍率を有する）選択するよう制御できる。

図２に示すように、種々の例示的な実施例において制御システム部１２０は、制御部１２５、入出力インタフェース１３０、メモリ１４０、ワークピースプログラム発生器及び実行器１７０、及び電源部１９０を含む。これらのコンポーネント及び以下で説明する追加のコンポーネントの各々は、１つ以上のデータ／制御バス及び／又はアプリケーションプログラミングインタフェースによって、又は様々な要素間の直接接続によって、相互接続することができる。入出力インタフェース１３０は、撮像制御インタフェース１３１、移動制御インタフェース１３２、照明制御インタフェース１３３、及びレンズ制御インタフェース１３４を含む。

照明制御インタフェース１３３は照明制御要素１３３ａ～１３３ｎを含むことができ、これらは、マシンビジョン検査システム１００の様々な対応する光源について、例えば選択、パワー、及びオン／オフ切り換えを制御する。照明制御インタフェース１３３はパターン投射制御部１３３ｐｐも含む。説明されている実施例のパターン投射制御部１３３ｐｐは、以下で詳述するように、パターン投射部３００と連携動作して、画像取得中に投射パターンを提供する。簡潔に述べると、パターン投射部３００は、光源光２３２の経路内へ又は経路外へパターンを移動させるように制御可能である。パターンが光源光２３２の経路内に配置されていない場合、光源光２３２は上述のように進み、ワークピース２０の表面から画像光２５５として反射する。パターンが光源光２３２の経路内に配置されている場合、光源光２３２はパターンから透過又は反射してパターン光２３２’になる。パターン光２３２’は、ビームスプリッタ２９０で反射されて対物レンズ２５０を介して誘導され、ワークピース２０の表面上に投射パターンを形成する。ワークピース２０の表面から反射した画像光２５５’（すなわち投射パターンを含む）は、交換可能対物レンズ２５０及びターレットレンズアセンブリ２８０を通過し、カメラシステム２６０によって集光される。投射パターンを有する１又は複数のワークピース２０の画像を含むワークピース画像露光は、カメラシステム２６０（カメラシステム２６０の画素アレイを含む）によってキャプチャされ、制御システム部１２０への信号ライン２６２上に出力され、以下で詳述するように更に処理される。

メモリ１４０は、画像ファイルメモリ部１４１、１つ以上のパートプログラム等を含み得るワークピースプログラムメモリ部１４２、及びビデオツール部１４３を含むことができる。ビデオツール部１４３は、対応する各ビデオツールのためのＧＵＩや画像処理動作等を決定するビデオツール部１４３ａ及び他のビデオツール部（例えば１４３ｎ）、並びに関心領域（ＲＯＩ：region of interest）発生器１４３ｒｏｉを含む。関心領域発生器１４３ｒｏｉは、ビデオツール部１４３内に含まれる様々なビデオツールにおいて動作可能である様々なＲＯＩを規定する自動、半自動、及び／又は手動の動作をサポートする。エッジ要素を位置特定すると共に他のワークピース要素検査動作を実行するためのそのようなビデオツールの動作の例については、前述の本願に含まれる引例のいくつか、及び米国特許第７，６２７，１６２号（これは援用によりその全体が本願に含まれる）に更に詳しく記載されている。

ビデオツール部１４３は、合焦高さ測定動作のためのＧＵＩや画像処理動作等を決定する自動合焦ビデオツール１４３ａｆも含む。種々の実施例において、自動合焦ビデオツール１４３ａｆは更に、高速で合焦高さを測定するために利用できる高速合焦高さツールも含むことができる。これについては、援用によりその全体が本願に含まれる米国特許第９，１４３，６７４号に更に詳しく記載されている。種々の実施例において、高速合焦高さツールは、これ以外の場合には自動合焦ビデオツールのための従来の方法に従って動作する自動合焦ビデオツール１４３ａｆの特別モードとしてもよく、又は、自動合焦ビデオツール１４３ａｆの動作は高速合焦高さツールの動作のみを含んでもよい。１又は複数の画像関心領域のための高速自動合焦及び／又は合焦位置決定は、既知の方法に従って画像を解析して様々な領域の対応する定量的コントラスト尺度を決定することに基づき得る。例えばそのような方法は、米国特許第８，１１１，９０５号、第７，５７０，７９５号、及び第７，０３０，３５１号に記載されている。これらは援用により全体が本願に含まれる。

本開示の文脈においては、当業者に既知であるように、「ビデオツール」という用語は概ね、マシンビジョンユーザが比較的シンプルなユーザインタフェースを介して実施可能である比較的複雑な自動的又はプログラミングされた動作セットのことである。例えばビデオツールは、予めプログラミングされた複雑な画像処理動作及び計算セットを含み、これらの動作及び計算を規定する少数の変数又はパラメータを調整することによって特定のインスタンスでこれらを適用及びカスタム化することができる。ビデオツールは、基礎にある動作及び計算の他に、ビデオツールの特定のインスタンス向けにそれらのパラメータをユーザが調整することを可能とするユーザインタフェースも備えている。場合によっては、目に見えるユーザインタフェース機能がビデオツールと称され、基礎にある動作は暗黙的に含まれることに留意すべきである。

１つ以上のディスプレイデバイス１３６（例えば図１のディスプレイ１６）及び１つ以上の入力デバイス１３８（例えば図１のジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６）を、入出力インタフェース１３０に接続することができる。ディスプレイデバイス１３６及び入力デバイス１３８を用いて、様々なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）機能を含み得るユーザインタフェースを表示することができる。それらの機能は、検査動作の実行、及び／又はパートプログラムの生成及び／又は修正、カメラシステム２６０によってキャプチャされた画像の閲覧、及び／又はビジョン構成要素部２００の直接制御のために使用可能である。

種々の例示的な実施例において、ユーザがマシンビジョン検査システム１００を用いてワークピース２０のためのパートプログラムを生成する場合、ユーザは、マシンビジョン検査システム１００を学習モードで動作させて所望の画像取得訓練シーケンスを提供することによってパートプログラム命令を発生させる。例えば訓練シーケンスは、代表的ワークピースの特定のワークピース要素を視野（ＦＯＶ）内に配置し、照明レベルを設定し、合焦又は自動合焦を行い、画像を取得し、（例えばそのワークピース要素に対してビデオツールのうち１つのインスタンスを用いて）画像に適用される検査訓練シーケンスを提供することを含み得る。学習モードは、この１又は複数のシーケンスがキャプチャ又は記録されて、対応するパートプログラム命令に変換されるように動作する。パートプログラムが実行されると、これらの命令はマシンビジョン検査システムに訓練した画像取得を再現させると共に、検査動作を行って、パートプログラムの生成時に用いた代表的ワークピースに合致する実行モードの１又は複数のワークピース上の特定のワークピース要素（すなわち対応位置における対応する要素）を自動的に検査させる。種々の実施例では、このような技法を用いて、参照物体画像を解析するためのパートプログラム命令を生成し、以下で詳述する機能及び動作を提供することができる。

ビデオツール部１４３は、以下で詳述するように、Ｚ高さ測定動作に関連した様々な動作及び機能を提供するＺ高さ測定ツール部１４３ｚも含む。１つの実施例において、Ｚ高さ測定ツール部１４３ｚはＺ高さツール１４３ｚｔを含むことができる。Ｚ高さツール１４３ｚｔは、例えば、自動合焦ツール１４３ａｆ及びマルチポイント自動合焦ツール１４３ｍａｆを含み得る。Ｚ高さツール１４３ｚｔは、以下で更に説明される技法に基づいて、（例えばポイントフロムフォーカスタイプの動作の一部として）ベストフォーカス高さ及び／又はＺ高さ測定値を決定するモードに構成されたＺ高さツールと連携して、画像スタック取得並びに関連するパターン投射動作及び処理のいくつかの態様を管理することができる。

簡潔に述べると、Ｚ高さ測定ツール部１４３ｚは例えば、合焦曲線の全体又は一部を生成するため学習モード及び実行モードの動作を行うこと、並びにベストフォーカス位置としてピークを見出すことのような少なくともいくつかの動作を、既知のＺ高さ測定ツールと同様に実行できる。また、本明細書に開示されている原理及び動作に対応した追加のＺ高さ測定ツール動作も実行することができる。例えば様々な実施例において、Ｚ高さツール１４３ｚｔの自動合焦ツール１４３ａｆ及び／又は他のＺ高さツールは、ワークピース表面に対してポイントフロムフォーカス（ＰＦＦ）タイプのプロセスを実行するため、ユーザによって選択及び使用することができる。このタイプのプロセスは、ワークピース表面にパターンを投射するためパターン投射制御部１３３ｐｐを制御することと、ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置（すなわちＺ高さを含む）を決定するため画像スタックをキャプチャすることと、を含む。

図３は、本明細書に開示されている特定の原理に従った、図２のビジョンシステム構成要素部２００の一部を示し、パターン投射部３００の１つの例示的な実施例の更なる詳細を含むブロック図である。図３に示されているように、対物レンズ部２４５は、対物レンズセット２４８から選択された対物レンズ２５０－１を含む。セット内の各対物レンズ（例えば対物レンズ２５０－１、２５０－２、２５０－３、．．．２５０－ｎ）は、異なる倍率及び空間解像度、つまりカットオフ周波数を有する（例えば、異なる対物レンズ２５０はそれぞれ異なるカットオフ周波数を有し得る）。計測システム１００のビジョン構成要素部２００（例えば光学部品を含む光学システム）の倍率状態は、対物レンズ部２４５に含まれる対物レンズ２５０を変更することによって変化するよう構成されている（例えば、これにより、選択された対物レンズに応じてシステムのカットオフ周波数も変化し得る）。様々な実施例において、交換可能対物レンズ２５０（例えば固定倍率対物レンズ）のセット２４８は、それぞれ異なる倍率に対応し得る（例えば、０．５倍、１倍、２倍、２．５倍、５倍、７．５倍、１０倍、２０倍、２５倍、５０倍、１００倍等のうち少なくともいくつかを含む）。

パターン投射部３００は、パターンコンポーネント３０２、パターン配置部３３０、方向転換ミラー３２０、及び投射レンズ３２５を含む。パターンコンポーネント３０２は、（例えばクロムオンガラスプロセス又は他の製造法により形成された）パターン３０５を含む。図８及び図９に関して以下で詳述するように、様々な実施例において、パターン３０５の面積の少なくとも半分以上（例えば５０％以上）は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含み得る。動作中、このような構成はパワースペクトルにおいて広スペクトルの空間周波数を提供することができ、これは、それぞれが異なるカットオフ周波数を有するセット２４８の様々な対物レンズ２５０と共に使用する場合に有利であり得る。より具体的には、以下で詳述するように、対物レンズのうちいくつかのカットオフ周波数によってある周波数成分がフィルタリングされたとしても、より低い周波数範囲はそれらの対物レンズを通過するので、投射パターン内に存在し、正確な／信頼性の高い合焦曲線データを取得するために充分なコントラストを提供することができる。

パターン配置部３３０は、制御可能モータ３３２及びローラセット３３４を含む。制御可能モータ３３２（例えば、パターン投射制御部１３３ｐｐからの制御信号によって又は他の方法で制御される）は、アクチュエータを駆動して、パターン３０５を有するパターンコンポーネント３０２を、光源２３０と対物レンズ２５０－１との間の光源光路ＳＯＰ内へ又は光源光路ＳＯＰ外へ移動させる。動作中、一度パターン配置部３３０がパターン３０５を有するパターンコンポーネント３０２を光源光路ＳＯＰ内へ配置するように制御されたら、光源２３０は、パターン３０５を介して光を伝送して、ワークピース２０のワークピース表面上に投射パターン３０５’を形成するよう制御される。より具体的に述べると、光源２３０からの光源光２３２は、パターン３０５を介して伝送されてパターン光２３２’を形成し、パターン光２３２’は、方向転換ミラー３２０、投射レンズ３２５、ビームスプリッタ２９０、及び対物レンズ２５０－１を含む光源光路ＳＯＰに沿って伝送される。具体的には、パターン光２３２’は、方向転換ミラー３２０で反射され、投射レンズ３２５を通過し、ビームスプリッタ２９０で反射されて対物レンズ２５０－１を通過し、ワークピース２０’の表面上に投射パターン３０５’を形成する。対物レンズ２５０－１は、投射パターン３０５’を含むワークピース表面から生じる画像光２５５’を入力し、画像光２５５’を、撮像光路ＩＯＰ（すなわち、ビームスプリッタ２９０及びターレットレンズ２８０のレンズを通過してカメラ２６０に至る画像光２５５’を含む）に沿って伝送する。カメラ２６０は、撮像光路ＩＯＰ（すなわち、図示されている例では、対物レンズ２５０－１の光軸に対応するビジョン構成要素部２００の光軸ＯＡにも対応する）に沿って伝送された画像光２５５’を受光し、投射パターンを含むワークピース２０’の表面の画像を提供する。カメラ２６０は、センサＳＡ（例えば、以下で詳述されるように画素アレイを含む）を含む。

図４Ａ及び図４Ｂに関して以下で詳述するように、様々な実施例では（例えばポイントフロムフォーカスタイプのプロセスの一部として）、カメラ２６０を用いて、投射パターンを有するワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックを取得する。画像スタックの各画像は、異なるＺ高さに対応する。画像スタックの画像の解析に少なくとも部分的に基づいて、合焦曲線データを決定する（例えば、投射パターンはコントラストに寄与する）。合焦曲線データは、ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置（例えば、Ｚ高さ並びに相対的なｘ軸及びｙ軸位置を含む）を示す。

図示されているシステムでは、パターン投射光学部品が投射及び撮像光学部品を含むことは認められよう。通常、システム１００のビジョンシステム構成要素部２００には、撮像可能な周波数を基本的に限定する少なくとも３つの異なる開口がある。すなわち、投射レンズ３２５、対物レンズ２５０、及びターレット２８０のレンズ（例えばチューブレンズとも呼ばれ、レンズ２８６又は２８８及び／又はターレット２８０に含まれる他のレンズであり得る）の開口である。本明細書で記載されるように、特定の実施例では、様々な対物レンズ２５０の特徴及び対応するカットオフ周波数が特に重要である可能性がある。いくつかの実施例では、投射レンズ３２５のカットオフ周波数も重要であるので、本明細書で検討される（例えば最小パターン要素サイズ等の）関連するシステム決定に同様に含めることができる。システム１００において、様々な実施例では、ターレットレンズ２８０は物理的にカメラ２６０の直前に位置することがあり、対物レンズ２５０の後段の撮像光路ＩＯＰ内にあり、撮像システムの周波数スペクトルを大きく変化させない可能性があるが、他の実施例では、ターレット２８０のレンズが果たす役割はより大きいので、それらの特徴（例えばカットオフ周波数等）を関連するシステム決定に含めてもよいことは認められよう。

図４Ａ及び図４Ｂは、対応する関心領域内の投射パターンの特徴から得られるコントラスト合焦曲線４０１及び４０２を示す図である。本明細書に開示されている原理に従って、全ての所望の関心領域でコントラスト曲線のピークを正確に位置特定してノイズから信頼性高く区別できるように、投射パターンが充分なコントラストを与えることが一般的に望ましい。以下で詳述するように、合焦曲線データは、画像スタックの解析から決定することができ（例えば、ポイントフロムフォーカス（ＰＦＦ）タイプのプロセス／測定動作の一部として）、ワークピースの表面上の表面点の３次元位置を示す。

図４Ａ及び図４Ｂは、システム１００（例えばパターン投射部３００を含む）によって取得された画像スタックをどのように使用してワークピース表面上のポイントのＺ高さを決定できるかを示す。様々な実施例では、ワークピース表面上のポイントのＺ高さを決定するため、システム１００はポイントフロムフォーカス（ＰＦＦ）モード（又は同様のモード）で動作することにより画像スタックを取得する。ＰＦＦ画像スタックを処理して、３次元表面座標セット（例えばワークピースの表面形状又はプロファイルに対応する）を定量的に示すＺ高さ座標マップ（例えばポイントクラウド）を決定又は出力することができる。

本明細書に記載されるＰＦＦタイプの解析では、合焦曲線４０１及び４０２（図４Ａに示されている）の各々はワークピース表面上の単一の点に対応する。すなわち、各合焦曲線のピークは、システム１００のビジョン構成要素部２００の光軸ＯＡの方向に沿った単一の点のＺ高さを示す。様々な実施例において、ＰＦＦタイプの解析は、ワークピース表面全体にわたる複数の表面点（例えばそれぞれが対応する関心領域を有する）に対してこのプロセスを繰り返すことで、ワークピース表面の全体的なプロファイルを決定できるようになっている。通常、このプロセスは、視野（すなわち画像スタックの画像内でキャプチャされる）内に存在する複数の表面点に対して実行することができる。画像スタックの各画像について、特定のＲＯＩ（ｉ）は、ワークピース表面上の特定のポイントに対応する（例えばこのポイントはＲＯＩの中心にある）。

図４Ａ及び図４Ｂは、これらの図に示されているＺ高さ軸に沿って相互に位置合わせされている。図４Ａは、フィット合焦曲線（fit focus curve）４０１及び４０２の２つの例を示す代表的なグラフ４００Ａであり、図４Ｂは、可変合焦画像スタック４００Ｂの図である。画像スタック４００Ｂは、２つの異なる関心領域ＲＯＩ（Ｋ）、具体的にはＲＯＩ（１）及びＲＯＩ（２）を含み、これらはそれぞれ、図４Ａの２つの異なる合焦曲線４０１及び４０２に対応したデータポイントｆｍ（１，ｉ）及びｆｍ（２，ｉ）に対応する。関心領域ＲＯＩ（ｋ）は、ワークピースの撮像された表面領域に含まれる。

「関心領域」という用語に関して、いくつかの「シングルポイント」自動合焦ツールは、関心領域全体に対応した単一のＺ高さを戻すことは認められよう。しかしながら、既知の「マルチポイント」タイプの自動合焦ツールは、マルチポイントタイプの自動合焦ツールによって規定された大域的関心領域内の個別の「関心サブ領域」（例えば関心サブ領域のグリッド）に対応した複数のＺ高さを戻す。例えば、このような関心サブ領域は、大域的関心領域内の各画素（又はほとんどの画素）を中心として手作業で及び／又は自動的に規定することができる。従って、場合によっては、ＲＯＩ（１）及びＲＯＩ（２）は、大域的関心領域内の代表的な関心サブ領域と見なすことができる。しかしながら、要点は、シングルポイント自動合焦ツールの関心領域であるか、又はマルチポイント自動合焦ツールによって規定された大域的関心領域内の関心サブ領域であるかには関係なく、任意の規定された自動合焦関心領域に対してＺ高さを決定できることである。従って、Ｚ高さを決定することに関連して関心領域という用語を用いる場合、（例えばマルチポイント自動合焦ツールによって規定された大域的関心領域内の）その関心サブ領域も、この用語の意味に包含され得ることは理解されよう。ここでの説明を簡略化するため、関心領域ＲＯＩ（１）及びＲＯＩ（２）は比較的小さいもの（例えば３×３画素）として示されているが、様々な実施例では、このようなプロセスの一部等として、より大きい関心領域（例えば７×７画素等）も使用可能であることは認められよう。

図４Ｂに示されているように、画像スタック画像（ｉ）の画像、画像（１）～画像（１１）の各々は中心部に位置する関心領域ＲＯＩ（１）を含み、その決定された合焦尺度値は合焦曲線４０１上の合焦尺度データポイントｆｍ（１，ｉ）に対応する。図４Ｂにおいて、関心領域ＲＯＩ（１）は、合焦曲線４０１上に示される比較的大きい合焦尺度値に対応した比較的高いコントラストレベルを含む（例えば画像（６））ものとして概略的に示されている。同様に、画像スタック画像（ｉ）の画像、画像（１）～画像（１１）の各々は周辺部に位置する関心領域ＲＯＩ（２）を含み、その決定された合焦尺度値は合焦曲線４０２上の合焦尺度データポイントｆｍ（２，ｉ）に対応する。図４Ｂにおいて、関心領域ＲＯＩ（２）は、合焦曲線４０２上に示される比較的小さい合焦尺度値に対応した比較的低いコントラストレベルを含む（例えば画像（６））ものとして概略的に示されている。

図４Ａに示されているように、各合焦尺度値ｆｍ（１，ｉ）又はｆｍ（２，ｉ）はそれぞれ、連続した基礎的な合焦データ４０１Ｓ又は４０２Ｓをサンプリングしたものと見なすことができる。図４Ａにおいて、基礎的な合焦データ４０１Ｓ及び４０２Ｓは、（例えば、対応する関心領域のサイズが小さいために）比較的ノイズが多いことがわかる。しかしながら、合焦曲線４０１の場合、対応する関心領域のコントラストが高いため、合焦曲線ピークの近傍（例えばＺｐ４０１の付近）の合焦尺度値は、基礎的な合焦データの「ノイズ成分」のサイズに比べて比較的大きい。これに対して合焦曲線４０２の場合、対応する関心領域のコントラストが低いため、合焦曲線ピークの近傍（例えばＺｐ４０２の付近）の合焦尺度値は、基礎的な合焦データの「ノイズ成分」のサイズに比較的類似している。

１つの具体例において、合焦曲線４０１に示される高い合焦尺度値が生じる理由は、少なくとも一部には、関心領域ＲＯＩ（１）内の表面エリアに投射されたパターンのセクションが「明確なテクスチャを有する（highly textured）」こと及び／又は他の方法で合焦画像に高コントラストを生成していることであり得る。これに比べ、合焦曲線４０２に示される低い合焦尺度値が生じる理由は、少なくとも一部には、関心領域ＲＯＩ（２）内の表面エリアに投射されたか又は部分的に投射された（例えば、レンズのカットオフ周波数で部分的に又は完全にフィルタリングされた）パターンのセクションが「ほとんどテクスチャを持たない」及び／又は他の方法で合焦画像にほとんどコントラストを生成していないことであり得る。いずれにせよ、合焦曲線４０１のピークに関連した比較的高い信号対雑音に比べ、合焦曲線４０２の小さいピークに関連した低い「信号対雑音」のため、合焦曲線４０２の合焦ピークＺｐ４０２の推定Ｚ高さは合焦曲線４０１の合焦ピークＺｐ４０１の推定Ｚ高さよりも信頼性が低いか又は不確実性が高いことは認められよう（例えば、場合によっては合焦曲線４０２のデータは、合焦ピーク決定を信頼性高く実行できないほど信頼性が低い及び／又は不確実性が高いと見なされ、ワークピース表面の合焦曲線データの「隙間（gap）」に対応すると見なされ得る）。

（例えば画像（６）の）関心領域ＲＯＩ（１）に示されているコントラストエリアは、ワークピース表面上の投射パターンのパターン部に対応し得ることは認められよう。このパターン部は、（ａ）現在の倍率（例えばターレット２８０の現在のレンズの倍率を含む）で関心領域ＲＯＩ（１）内に所望のコントラスト量を与えるように、かつ、（ｂ）現在選択されている交換可能対物レンズ２５０又はシステムの他のレンズのカットオフ周波数でフィルタリングされないように、所望のサイズ及び構成のものである。これに比べ、関心領域ＲＯＩ（２）は、パターンの少なくとも一部がそのような所望の特徴を持たない場合に生じ得る特定の問題を表す可能性がある。例えば、関心領域ＲＯＩ（２）の低いコントラストレベルが生じる原因は、パターンの対応するセクション内のパターン部が、現在選択されている交換可能対物レンズ２５０のカットオフ周波数でフィルタリングされる高い空間周波数のものであるため、それらのパターン部のほとんど又は全てが関心領域ＲＯＩ（２）で見えないことであり得る。別の潜在的な問題として、パターン部のスケール／サイズは、単一のパターン部（例えば単一の暗いパターン部又は単一の明るいパターン部）が関心領域ＲＯＩ（２）全体をカバーするので、関心領域ＲＯＩ（２）内の異なる画素間でコントラストが得られないようなものであり得る。

本明細書に開示されている原理に従って、合焦曲線４０１と同様の合焦曲線（例えば比較的大きい合焦曲線ピークを有する）を生成し、異なるカットオフ周波数を有する異なる対物レンズと共に、様々な倍率（例えばターレットレンズ等の倍率を含む）で効果的に使用できる特徴を備えたパターンを利用することが望ましい。以下で詳述するように、このような特徴は広範囲の空間周波数成分を有するパターンを含み得るので、高周波数成分の一部がいくつかの対物レンズでフィルタリングされる／失われる場合であっても、他の低空間周波数（すなわち特定の大きいパターン部に対応する）は通過するので、画像スタックのキャプチャ画像で見ることができる。いくつかの実施例において、パターンのパワースペクトルは、光学投射システムの最高カットオフ周波数（例えば、使用できる対物レンズセット内の対物レンズの最高カットオフ周波数で規定される）まで比較的一定である（例えば比較的平坦である）ことが望ましい場合がある。また、いくつかの実施例では、比較的限られた数の又は少数の大きいパターン部、及び／又は最大サイズの大きいパターン部が存在することが望ましい場合がある（例えば、対物レンズセットの最低カットオフ周波数未満の低空間周波数に対応する大きな暗いパターン部及び／又は明るいパターン部）。その理由は、このようなパターン部がパターン内の大きい面積を占め、拡大される場合等に多数の画素をカバーし得るからである。以下で詳述するように、特定の実施例では、疑似ランダムパターン（例えばブルーノイズ又は同様のもの）が、高周波数テクスチャを適切に生成することができる。

関心領域のＺ高さを決定することに関連したポイントフロムフォーカスタイプの動作（例えば自動合焦動作等を含む）については、すでに概要を述べた。図４Ａ及び図４Ｂに関連付けて簡潔にまとめると、カメラは、ｚ軸（例えばフォーカシング軸又は光軸ＯＡ）に沿ってＺ高さ位置Ｚ（ｉ）の範囲を移動し、各位置で画像（ｉ）をキャプチャすることができる。キャプチャした各画像（ｉ）において、画像内の関心領域又は関心サブ領域ＲＯＩ（ｋ）（例えば画素セット）に基づいて合焦尺度ｆｍ（ｋ，ｉ）を計算し、画像キャプチャ時のＺ軸に沿ったカメラの対応位置Ｚ（ｉ）に関連付けることができる。この結果、合焦曲線データが得られる（例えば位置Ｚ（ｉ）における合焦尺度ｆｍ（ｋ，ｉ）であり、合焦ピーク決定データセットの１つのタイプである）。これを単に「合焦曲線」又は「自動合焦曲線」と呼ぶことができる。一実施形態において、合焦尺度値は、画像内の関心領域のコントラスト又はシャープネスの計算を伴うことがある。様々な実施形態では、合焦値又は曲線を正規化することができる。本願に含まれる引用文献に様々な合焦尺度計算技法が詳述されており、種々の適切な合焦尺度関数も当業者には既知である。

Ｚ軸に沿ったベストフォーカス位置に対応する合焦曲線のピークに対応するＺ高さ（例えばＺｐ４０１又はＺｐ４０２）は、合焦曲線を決定するために使用される関心領域のＺ高さである。合焦曲線のピークに対応するＺ高さを見出すには、合焦曲線データ（例えばデータｆｍ（１，ｉ）又はｆｍ（２，ｉ））に曲線（例えば曲線４０１又は４０２）をフィッティングし、フィッティングした曲線のピークの位置を推定すればよい。画像スタック画像（ｉ）は説明のため１１の画像のみを含むものとして示されているが、実際の実施形態（例えばＰＦＦタイプのプロセス又は他のものの一部としての）では、より多くの画像（例えば１００又は２００又はそれ以上）を使用できる。画像スタック及び合焦曲線の決定及び解析のための例示的な技法は、それぞれ援用により全体が本願に含まれる米国特許第６，５４２，１８０号及び第８，５８１，１６２号に教示されている。

図５は、格子縞パターン５００Ａ並びに対応するパワースペクトルグラフ５００Ｂ及び５００Ｃを示す図である。以下で詳述するように、本明細書（例えば図５から図９）に示されている各パターンは、パターンコンポーネント上のパターン（例えば、クロムオンガラス又は他のプロセスによってパターンコンポーネント３０２上に形成されたパターン３０５）、及び、投射パターン（例えば、パターンコンポーネントの方へ光を誘導してパターンをワークピース表面に投射することで達成される投射パターン３０５’であり、対応する画像はカメラの画素アレイでキャプチャされる）の全体又は一部の双方を表している。格子縞パターン５００Ａの拡大部分５１０が示され、このパターンはパターン要素Ａ及びＢを含むものとして示されている。パターン要素Ａは暗いパターン要素であり、パターンＢは明るいパターン要素である。クロムオンガラス又は同様のプロセスによって形成される実施例では、暗いパターン要素Ａはクロム部分に対応し、明るいパターン要素Ｂは暗いパターン要素Ａ間の間隔に対応し得る。パターン要素Ａ及びＢは名目上同じサイズであり、それぞれ、ｘ軸方向に沿った寸法ｘ₁とｙ軸方向に沿った寸法ｙ₁を有する。従って、ｘ軸方向の対応する空間波長Ｗｘは２ｘ₁に等しく、ｙ軸方向の空間波長Ｗｙは２ｙ₁に等しい。

様々な実施例において、各パターン要素Ａは暗いパターン部に指定され、各パターン要素Ｂは明るいパターン部に指定され得る。パターン５００Ａの例では、各パターン部が１つのパターン要素のサイズを有することができる。図示されているように、パターン部（例えばパターン要素Ａ及び／又はＢに対応する）は、パターン５００Ａ全体にわたって（例えばパターン５００Ａのｘ軸及びｙ軸の双方の方向に）一定間隔で繰り返す。更に具体的には、暗い及び／又は明るいパターン部は、パターン全体にわたってｘ軸及びｙ軸の双方の方向に一定間隔で（例えば等しく離隔した位置で）反復する（例えば周期的に）。

パワースペクトルグラフ５００Ｂ及び５００Ｃに示されているように、格子縞パターン５００Ａの空間周波数成分はパワースペクトルにおいてごく少数の周波数を示す。更に具体的には、パワースペクトルは、パターン要素Ａ及びＢの一次空間周波数（例えばｘ軸方向に沿った空間周波数Ｗｘ）で（例えば、最も大きいピークは空間周波数Ｗｘ＝２ｘ₁に対応する周波数０．２で発生する）、及び高調波で、スパイクを示す。これに比べ、正弦波格子縞パターンは、パワースペクトルにおいて単一のシャープなピークのみを示し得る。

以下で詳述するように、通常、パワースペクトルにおける比較的少数の周波数は様々なファクタに関して望ましくない場合がある。１つのそのようなファクタとして、システム１００で利用され得る様々なレンズ（例えば様々な対物レンズ２５０）は、異なる光学カットオフ周波数を有し得る。例えば、ある特定の２．５倍対物レンズのカットオフ周波数未満の（従って、その対物レンズと共に用いるには適している）高周波数格子縞パターンは、異なる光学カットオフ周波数を有する異なる倍率のレンズ（例えばより高い倍率の対物レンズ）のカットオフ周波数を上回ることがある。この場合、パターン全体がフィルタリングされるので、この高い倍率の対物レンズで投射された場合にパターンが見えない可能性がある。

図６は、３レベルフラクタルパターン６００Ａ並びに対応するパワースペクトルグラフ６００Ｂ及び６００Ｃを示す図である。パターン６００Ａの拡大部分６１０は、パターン全体にわたってｘ軸及びｙ軸の双方の方向に一定間隔で（例えば等しく離隔した位置で）（例えば周期的に）反復する２つのタイプのパターン配列を含むものとして示されている。パワースペクトルグラフ６００Ｂ及び６００Ｃで示されているように、パターン６００Ａは格子縞パターン５００Ａよりも多様なパワースペクトルを有するが、ごく少数の周波数がスペクトル範囲を支配している。上記の理由のため、このような特徴は特定の実施例では望ましくない場合がある（例えば、部分６１０に示されているパターン配列の最低空間周波数は、いくつかの対物レンズ等のカットオフ周波数よりも高い可能性がある）。

図７は、様々な空間波長に対応すると共に画素サイズに関連したパターンセクション及びパターン部の様々な原理を示す図である。図７に示されているように、３つの格子縞パターンセクション７１０、７２０、及び７３０は等しいサイズのものであるが、それぞれ異なる空間波長に対応する。更に具体的には、パターンセクション７２０のパターン部はパターンセクション７１０の２倍の大きさであり、パターンセクション７３０のパターン部はパターンセクション７１０の３倍の大きさである。

パターンセクション７１０はパターン要素Ａ及びＢの格子縞配列を含む。パターン要素Ａは暗いパターン要素であり、パターン要素Ｂは明るいパターン要素である。説明のため、パターンセクション７１０は、図５のパターン５００Ａの対応するセクションと同様であると見なすことができる。パターン要素Ａ及びＢは等しいサイズであり、それぞれｘ軸方向に沿った寸法ｘ₁及びｙ軸方向に沿った寸法ｙ₁を有する。従って、ｘ軸方向に沿った対応する空間波長は２ｘ₁であり、ｙ軸方向に沿った対応する空間波長は２ｙ₁である。

パターンセクション７２０（すなわち、パターン部がパターンセクション７１０の２倍の大きさである）では、各パターン部はｘ軸寸法２ｘ₁及びｙ軸寸法２ｙ₁を有するので、ｘ軸方向に沿った対応する空間波長は４ｘ₁であり、ｙ軸方向に沿った対応する空間波長は４ｙ₁である。パターンセクション７３０（すなわち、パターン部がパターンセクション７１０の３倍の大きさである）では、各パターン部はｘ軸方向に沿った寸法３ｘ₁及びｙ軸方向に沿った寸法３ｙ₁を有するので、ｘ軸方向に沿った対応する空間波長は６ｘ₁であり、ｙ軸方向に沿った対応する空間波長は６ｙ₁である。

可能な画素サイズに関して、１つの実施例では、パターンセクション７１０は画素アレイの一部も表している。各パターン要素（例えば、カメラの画素アレイで撮像されるワークピース表面上の投射パターンに対応する）は同一サイズであり、対応する画素と位置合わせすることができる。６×６画素の画素アレイセクション（すなわち、パターンセクション７１０が重ね合わされる）が図示されている。このような画素サイズに従って、パターンセクション７２０のパターン部はそれぞれ４画素の面積をカバーし、パターンセクション７３０のパターン部はそれぞれ９画素をカバーし得る。こういった比較は、投射パターンの拡大（例えばターレットレンズ等によって拡大される）に関連した特定の原理を示す。例えば、２ｘのターレットレンズでパターンセクション７１０を拡大すると、１倍の倍率のパターンセクション７２０のパターン部のサイズの投射パターン部が得られる（すなわち、上記の例では各々が４画素の面積をカバーする）。パターンセクション７１０を３倍に拡大すると（例えば３倍のターレットレンズによって）、１倍の倍率のパターンセクション７３０のパターン部のサイズの投射パターン部が得られる（すなわち、各パターン部が９画素の面積をカバーする）。以下で詳述するように、このような拡大は、画素間の所望のコントラスト量に関していくつかの問題を発生させる可能性がある（例えば、大きい画素グループをカバーするパターン部では、そのグループの中央部にある画素の所望のコントラスト決定が阻害され得る）。

パターン要素サイズ及び空間周波数に関連した特定の原理の別の例として、パターンセクション７１０、７２０、及び７３０の各々の下方に、追加のパターンセクション７１５、７２５、及び７３５がそれぞれ示されている。パターン部７１５はパターン要素Ａ及びパターン要素Ｂを含み、これらはそれぞれ暗いパターン部Ａ１ｘ及び明るいパターン部Ｂ１ｘと示され、その各々は、ｘ軸寸法ｘ₁及びｙ軸寸法ｙ₁、並びにＷｘＡ１Ｂ１と示された２ｘ₁に等しい空間波長を有する（すなわち、パターンセクション７１０のｘ軸空間波長と同様）。パターンセクション７２５は、暗いパターン部Ａ２ｘ及び明るいパターン部Ｂ２ｘを含む。パターン部Ａ２ｘ及びＢ２ｘの各々は、ｘ軸寸法２ｘ₁及びｙ軸寸法ｙ₁を有し、対応する空間波長ＷｘＡ２Ｂ２は４ｘ₁に等しい（すなわち、パターンセクション７２０のｘ軸空間波長と同様）。パターンセクション７３５は、暗いパターン部Ａ３ｘ及び明るいパターン部Ｂ３ｘを含み、これらはそれぞれｘ軸寸法３ｘ₁及びｙ軸寸法ｙ₁を有し、ｘ軸空間波長ＷｘＡ３Ｂ３は６ｘ₁に等しい（すなわち、パターンセクション７３０のｘ軸空間波長と同様）。

図５に関して上述したように、単一サイズの要素を有する格子縞パターンは、パワースペクトルにおいて１つだけの一次空間周波数（及び、いくつかの小さい高調波周波数）を示すので、一次空間周波数よりも低い周波数カットオフを有する対物レンズを備えたシステムで使用される場合、投射パターンはほとんど又は全く見えない可能性がある。パターンセクション７５０は、パターン内に空間周波数の組み合わせを生成するための１つの手法を概念的に示す（例えば、パターンセクション７１５、７２５、及び７３５の重み付けした組み合わせを含む）。更に具体的には、パターンセクション７５０は、６つのパターンセクション７１５、３つのパターンセクション７２５、及び２つのパターンセクション７３５を含む。これに対応してパターンセクション７５０は、６つの空間波長ＷｘＡ１Ｂ１、３つの空間波長ＷｘＡ２Ｂ２、及び２つの空間波長ＷｘＡ３Ｂ３を含む。このような組み合わせに従って、異なるサイズのパターン部が相互に隣接し得るので、パターンセクション７５０の下部に示されているように、空間波長の異なる組み合わせも示すことができる（例えば、空間波長ＷｘＢ１Ａ２、ＷｘＢ２Ａ１、ＷｘＢ１Ａ３、及びＷｘＢ３Ａ１等を示す）。パターン内の空間波長のこのような組み合わせは、（例えば、パワースペクトルにおけるパターンの空間周波数のスペクトルに加えて）いくつかの所望の特徴を有し得る。これについて図８を参照して以下で詳述する。

図８は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さないパターン部（例えば暗いパターン部及び明るいパターン部）を含むパターンのセクションである。以下で詳述するように、図８のパターンセクション８１０は、図９のパターン９００Ａからの拡大パターンセクションを示す。図８に示されているように、様々なサイズの異なるパターン部がｘ軸及びｙ軸の双方の方向に延出している。図８のパターンセクションは、（例えば暗いパターン部及び明るいパターン部の）３０列及び２６行を含むものとして示され、上述した他のパターンと同様のいくつかの特徴を有し得る（例えば、クロムオンガラス又は他の製造プロセス等を用いて製造され得る）。図８に示されているように、パターンセクション８１０（すなわち図９のパターン９００Ａのセクションとしての）は、図５の格子縞パターン５００Ａにおけるように、単一の要素、又は単位、サイズ等の方形に限定されず、ｘ軸及びｙ軸の双方の方向に延出している複数サイズのパターン部（例えば複数のパターン要素を含む）を含み得る。

様々な実施例において、要素サイズは、パターンを形成するために使用される最小要素サイズとして規定できる。図８及び図９等のパターンを形成するためクロムオンガラスを利用する例では、最小要素サイズは、図示されている最も小さい方形のサイズであり得る（例えば、暗いパターン要素「Ａ」はクロム要素に対応し得る）。このような構成によれば、パターンの最大空間周波数は最小要素サイズの２倍によって規定される。以下で詳述するように、図５のような格子縞パターンは高い空間周波数を与え得るが、いくつかの所望の特徴（例えば平坦なパワースペクトル）を持たない。そのような所望の特徴を有するより複雑なパターン（例えばパターンセクション８１０を含むパターン９００Ａ）は、複数のパターン要素の様々な組み合わせから構成され得る。

いくつかの具体例として、行２６でｘ軸方向に、及び列３０でｙ軸方向に、異なるサイズの暗いパターン部及び明るいパターン部が標示されている。例えば行２６は、複数の暗いパターン部及び明るいパターン部を含むものとして示されている（すなわち、他の図について上述した他の表記と同様の、「Ａ」表記の暗いパターン部及び「Ｂ」表記の明るいパターン部）。行２６は、異なるサイズの明るいパターン部及び暗いパターン部の隣接した組み合わせを含むものとして示されている。これは、パターン部のシーケンスＢ１ｘ、Ａ１ｘ、Ｂ２ｘ、Ａ６ｘ、Ｂ１ｘ、Ａ１ｘ、Ｂ１ｘ、Ａ３ｘ、Ｂ１ｘ、Ａ３ｘ、Ｂ１ｘ、Ａ３ｘ、Ｂ３ｘ、Ａ１ｘ、及びＢ２ｘである。これらのパターン部の各々は、ｙ軸方向に沿って１ｙの高さを有し（例えば１単位に対応する）、数字の表記はｘ軸方向に沿った単位数を示す（例えば、パターン部Ａ６ｘはｘ軸方向に沿って６ｘの寸法又は６単位を有する）。別の例として、列３０は、パターン部のシーケンスＡ１ｙ、Ｂ１ｙ、Ａ６ｙ、Ｂ１ｙ、Ａ１ｙ、Ｂ２ｙ、Ａ１ｙ、Ｂ１ｙ、Ａ２ｙ、Ｂ３ｙ、Ａ１ｙ、Ｂ２ｙ、Ａ３ｙ、及びＢ１ｙを含むものとして示されている。各々は、ｘ軸寸法に沿って１ｘの長さを有し（例えば１単位に対応する）、ｙ軸に沿った長さは数字の表記に対応する。図７を参照して上述したように、異なるサイズのパターン部のこのような隣接した組み合わせの各々は、パターンのパワースペクトルで観察される空間周波数に対する異なる空間波長寄与分を与えることができる。上述したように、暗いパターン部の各々及び明るいパターン部の各々は、パターン全体にわたって一定間隔で（例えば等しく離隔した位置で）繰り返さない。様々な実施例において、明るいパターン部は、暗いパターン部間の間隔に対応し得る（すなわち、明るいパターン部で離隔された暗いパターン部はパターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない）。

図８で更に示されているように、更なる長さ（例えば合計で８単位以上の様々な長さ）の追加のパターン部も図示されている。例えば、上記のように、行２６にパターン部Ａ１ｘ及びＡ３ｘが示され、行３にパターン部Ａ２ｘが示され、行１にパターン部Ａ４ｘが示され、行４にパターン部Ａ５ｘが示され、行２６にパターン部Ａ６ｘが示され、行１５にパターン部Ａ７ｘが示され、行１６にパターン部Ａ８ｘが示されている。別の例として、上記のように、行２６にパターン部Ｂ１ｘ、Ｂ２ｘ、及びＢ３ｘが示され、行１にパターン部Ｂ４ｘが示され、行１２にパターン部Ｂ５ｘが示され、行１にパターン部Ｂ６ｘが示され、行１０にパターン部Ｂ８ｘが示されている。別の例として、上記のように、列３０にパターン部Ａ１ｙ、Ａ２ｙ、及びＡ３ｙが示され、列２にパターン部Ａ４ｙが示され、列７にパターン部Ａ５ｙが示され、列１にパターン部Ａ６ｙが示され、列６にパターン部Ａ７ｙが示され、列２４にパターン部Ａ８ｙが示されている。別の例として、上記のように、列３０にパターン部Ｂ１ｙ、Ｂ２ｙ、及びＢ３ｙが示され、列２にパターン部Ｂ４ｙが示され、列４にパターン部Ｂ５ｙが示され、列１０にパターン部Ｂ６ｙが示され、列１４にパターン部Ｂ７ｙが示され、列６にパターン部Ｂ９ｙが示されている。

上記のように、他の明るいパターン部又は暗いパターン部に隣接したこれらの異なるサイズの暗いパターン部及び明るいパターン部の各々は、パターンのパワースペクトルで観察される空間周波数に対する異なる空間周波数寄与分を提供できることは認められよう。このように多種多様な隣接した組み合わせは、特に、パターン全体にわたって一定間隔でパターン部を繰り返す必要性によって制約されないパターン（例えば非周期的、疑似ランダム等のパターン）全体を通して達成できることは認められよう。このような特徴によれば、生成するパターンの所望の特徴に応じて、異なるサイズの暗いパターン部及び明るいパターン部の数を増加又は減少させることで、異なる密度の空間波長を提供できる。上記のように、いくつかの実施例では、比較的限られた数の又は少数の大きいパターン部、及び／又は最大サイズの大きいパターン部が存在することが望ましい場合がある（例えば、対物レンズセットの最低カットオフ周波数未満の低空間周波数に対応する大きな暗いパターン部及び／又は明るいパターン部）。その理由は、このようなパターン部がパターン内の大きい面積を占め、拡大される場合等に多数の画素をカバーし得るからである。また、この検討事項は、パターンに含まれる異なる寸法のパターン部の所望の数に影響を及ぼす可能性がある（例えば、１つの最大寸法を有すること、及び／又は、１５、２０、３０、４０のような異なる寸法のパターン部の最大数を有することが望ましい場合がある）。

図９は、パターン９００Ａ（すなわち図８のパターンセクション８１０を含む）並びに対応するパワースペクトルグラフ９００Ｂ及び９００Ｃの図である。図８に関して上述したように、パターン９００Ａにおいて、異なるサイズの暗いパターン部及び明るいパターン部はパターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない。対応するパワースペクトルグラフ９００Ｂ及び９００Ｃが示すいくつかの特徴は、特定の実施例において有利であり得る。例えば周波数応答に関して、グラフ９００Ｂの横軸に沿ったスケールは極めて限定された範囲内にあることが示され（例えば６．１６と６．３０との間の振幅）、パワースペクトルは比較的一定／平坦であることが示されている（例えば、所望の範囲にわたってパワースペクトルの少なくとも大部分は２０％を超える変動を生じない）。従って、パターン９００Ａが有する空間周波数の特徴により、パワースペクトルにおいて広い周波数スペクトルが得られる。上記のように、このような広い周波数成分は、異なるカットオフ周波数を有する異なるレンズ（例えば異なる対物レンズ）が利用される可能性のある様々な用途で望ましい場合がある。より具体的には、パターンが投射された場合、いくつかのレンズで周波数成分の一部が失われるとしても、他の低い周波数がシステムによって投射され得るので、結果として、比較的高いピークを有する合焦曲線（例えば図４Ａの合焦曲線４０１を参照のこと）を決定するため充分に高いワークピース画像のコントラストが得られる。所望の範囲に関して、パワースペクトルは、光学投射システムの最高カットオフ周波数（例えば、システムと共に利用され得る対物レンズ等の様々なレンズの最高カットオフ周波数に基づく）まで比較的平坦であることが望ましい場合がある。

また、様々な実施例では、暗／明の比が約５０／５０のパターンを有することが望ましい（例えば、暗いパターン部から成るパターンの面積の全体の割合が名目上／約５０％であり、従って、同様に名目上／約５０％である明るいパターン部から成るパターンの面積の全体の割合にほぼ等しい）。本明細書で用いる場合、「名目上（nominally）」という用語は、許容可能な公差内に収まる１つ以上のパラメータのばらつきを包含する（例えば、上記の値及び／又は指定した構成等から５％未満のばらつき）。更に、様々な実施例では、エイリアシング問題及び自己撮像問題を回避するように、反復構造なしのパターンを有することが望ましい場合がある。概して、パターン９００Ａと同様の特徴を有するパターンが望ましい（例えば、場合によっては疑似ランダムパターンと規定され、所望の範囲内のホワイトノイズタイプのパワースペクトル又は他のものがある）。そのようなパターンは、上記の目的を満たし、高い周波数を優先的に劣化させないからである（例えば、ピンク又はブラウンノイズパターンのいくつかの例ではその可能性がある）。様々な実施例では、ブルーノイズ特性を有する同様のパターンも、高い周波数で高いエネルギを与えて所望の結果を生成し得る。いくつかの実施例では、Ａ及びＢタイプのパターン要素及び／又はパターン部に加えて、本明細書に開示される原理に従って形成されるパターンは、色調（shade）、色合い（tint）、色（color）等が異なるパターン要素及び／又はパターン部を含み得る。この場合、各パターン要素及び／又はパターン部は、暗い又は明るいパターン要素及び／又はパターン部の１つのタイプと示すことができる。例えば、そのような実施例において、暗い及び明るいパターン要素及び／又はパターン部はパターンの平均（例えば平均の色や色調等）を基準とすることができ、暗いパターン要素及び／又はパターン部（すなわちパターンの平均よりも暗い）には複数のタイプや色調等が存在し、及び／又は明るいパターン要素及び／又はパターン部（すなわちパターンの平均よりも明るい）には複数のタイプや色調等が存在し得る。

特定の実施例において、パターン９００Ａは、小さい方形のパターン要素（例えば図７のパターンセクション７１０のパターン要素Ａ及びＢと同様）で構成することができる。このような実施例において、ｘ軸方向又はｙ軸方向で隣接するパターン要素Ａは、対応する寸法の暗いパターン部を形成し、ｘ軸方向又はｙ軸方向で隣接するパターン要素Ｂは、対応する寸法の明るいパターン部を形成し得る。様々な実施例において、このようなパターン部はパターン要素Ａ及び／又はＢの特定の配置（例えばランダムな配置等）から得られる。上記のように、様々な実施例において、明るいパターン部は暗いパターン部間の間隔に対応し得る（例えばクロムオンガラス又は同様のプロセスで形成される実施例では、暗いパターン要素Ａはクロム部分に対応し、明るいパターン要素Ｂは暗いパターン要素Ａ間の間隔に対応し得る）。１つの具体例の実施例におけるパターン（例えばパターン９００Ａと同様）の全体のサイズは、約９ｍｍ×９ｍｍとすることができる（例えば、場合によっては、いくつかの一般的なカメラ画像センサのほとんどのＣＣＤ又はＣＭＯＳ画素アレイよりも大きいくらい充分な大きさであり得る）。パターン要素が約５ミクロンであるこのような実施例では、パターン内に合計で約３２０万のパターン要素が存在し得る（すなわち、（９ｍｍ／０．００５ｍｍ）²＝３２０万）ので、約５０／５０の暗／明比は、約１６０万の暗いパターン要素Ａ（例えばクロムパターン要素）に対応する。対物レンズの最高カットオフ周波数に関して上述したように、（例えば、利用されるレンズの最高カットオフ周波数等に起因したシステム１００の）投射システムの有限の（例えば横方向の）解像度のため、パターン要素（例えばパターン要素Ａ及びＢ及び／又は様々なパターン部の対応する寸法）は、特定の寸法（例えば高い空間周波数に対応する）以上の大きさであることが望ましい場合がある。別の言い方をすれば、パターン要素の寸法が最小カットオフ寸法よりも小さい場合、パターン要素は投射されると有限投射解像度エリアにわたって平均化され、目に見えない可能性がある（例えば、ぼけるのでコントラストが得られない）。様々な実施例において、最小要素サイズは、光学システムによる通過が可能な最小投射解像度のサイズに近いことが望ましい場合がある（例えば、最高カットオフ周波数を有する対物レンズを使用する場合に可能な最大コントラスト量を達成する／利用するため）。いくつかの実施例では、それよりも若干小さい要素サイズも使用され、ある程度の平均化を許容できるが、ある程度のコントラストの損失が生じ得る。

本明細書に開示される原理によれば、システム（例えばシステム１００）と共に使用される対物レンズセットについて、様々な対物レンズが通過させる最高及び最低のカットオフ周波数を計算するか又は他のやり方で決定することができ、適切な要素サイズを選択／決定することができる（例えば、少なくとも部分的に最高カットオフ周波数に基づいて最小のパターン要素／パターン部サイズを選択／決定することができ、いくつかの実施例では、少なくとも部分的に最低カットオフ周波数に基づいて最大の所望のパターン部サイズを選択／決定することができる）。このような実施例では、最小パターン部／要素サイズに関して、低いカットオフ周波数を有する対物レンズではある程度のコントラストが失われる可能性があるが、特定のＰＦＦタイプのプロセス等では残りのコントラストで充分であり得ることが実験により明らかとなっている。

１つの具体例の実施例において、システムの対物レンズセットのカットオフ周波数は、３．３ミクロンから２０ミクロンまで変動するパターン要素サイズに対応し得る。このため、３．３ミクロンの最小パターン要素サイズを選択して最高の投射周波数カットオフに適合させることができる（例えば、より小さい要素サイズではコントラストが失われると共に、追加の利点はほとんど又は全く得られない可能性がある）。また、以下で詳述するが、ターレットレンズによる拡大によって合焦曲線データ（例えばＰＦＦタイプのプロセスで利用される）に生じる隙間ができるだけ少なくなるように、カメラ２６０の画素アレイの画素サイズ（例えば５ミクロンの画素サイズ、又は１０ミクロンの画素サイズ等）に近い最小要素サイズが望ましい場合がある。また、画素サイズよりも小さいパターン要素サイズは、１倍のターレット倍率でコントラストの損失を生じる可能性がある（ただし、例えば、これがあまり大きいコントラスト損失でないいくつかの実施例で、また、２倍のターレット倍率ではコントラストがわずかに増大し得るという検討に起因して、許容可能であり得る。最小投射波長等にも依存し得る）。

様々な実施例において、パターン要素サイズを選択する際に検討されるターレットレンズの主な特徴は、（例えば２倍のターレットレンズ、６倍のターレットレンズ等によって）投射されるパターンのスケールの増大である。いくつかの実施例では、これが最小パターン要素寸法を比較的小さく維持する主な理由である。より具体的には、ターレットレンズ（例えばターレットレンズ２８６及び２８８及び／又は他のターレットレンズ２８０）に関して、様々な実施例では、これらのレンズの倍率は投射できる対象の周波数を変化させない可能性があるが、カメラの画素アレイ上に得られるパターンを拡大するように機能する。この態様のため、ターレットレンズ（例えば２倍、６倍等の倍率のターレットレンズ）で拡大された場合に過度に大きくならないよう、パターン要素サイズは相対的にできるだけ小さいことが望ましい場合がある。例えば、パターン要素／パターン部のサイズが最初に比較的大きく、その後ターレットレンズで更に拡大された場合、投射されたパターン要素／パターン部の内部ではコントラストデータが取得されない可能性がある（その理由は例えば、拡大されたパターン要素／パターン部が、コントラストの計算に使用されるよりも多くの画素をカバーするからである。例えば、コントラストを計算するため３×３又は７×７の画素が使用され、この数の画素よりも多くの画素を拡大パターン要素／パターン部がカバーする場合である）。これは、使用されるレンズの最高カットオフ周波数等に加えて、パターンの所望の最小要素サイズを決定するための別の要因であり得ることは認められよう。

具体例として、パターン要素のｘ及びｙ軸寸法が２５ミクロンであり、２倍又は６倍のターレットレンズを介して投射された場合、得られる投射パターン要素サイズはｘ軸及びｙ軸方向に沿って５０ミクロン又は１５０ミクロンの寸法を有する。この寸法は１０ミクロン平方のサイズの画素よりも著しく大きいので、生成されるコントラストデータには隙間が生じ得る。より具体的には、２５ミクロンのパターン要素サイズのこの例では、２倍のターレットレンズ及び拡大された５０ミクロン×５０ミクロンのパターン要素でもコントラストデータ内にいくつかの隙間が生じる可能性がある。約１０ミクロンのカメラ画素サイズでは、２倍のターレットレンズで投射されたパターン要素は、約２５の画素（すなわち５画素×５画素の面積）をカバーする。通常、システムがコントラストを計算するために用いられるエリア（例えば、コントラストを計算するため３×３又は７×７等の画素の関心領域エリアを用いる）に関して、投射パターン要素又はパターン部（すなわち暗い又は明るいパターン要素又はパターン部）でカバーされる画素数に応じてコントラストデータに隙間が発生し得る。また、図８で示されているように、パターン部の特定の組み合わせによってパターン要素の４×４又はより大きいブロックが生じ、これは２倍及び６倍のターレットレンズ倍率では多数の画素をカバーするので、コントラストデータに隙間が発生し得る。

更にターレット倍率に関して、投射光学部品（例えば対物レンズを含む）の周波数カットオフは、ターレットレンズに到達する前に投射パターンの波長を限定し、その後ターレットレンズは投射された／フィルタリングされたパターンの部分を拡大する。図５の格子縞パターンに関して上述したように、パターンが規則的であり、投射光学部品のカットオフ周波数よりも高い空間周波数を含む場合、投射パターンにはターレットレンズで拡大されるコントラストが存在しない（すなわち、全てのパターン要素／パターン部が除去される）。パターンが図９のパターン９００Ａと同様の特徴を有する場合は、使用される対物レンズのカットオフ周波数に応じて、少なくとも一部のコントラストが通過し（例えば、大きいパターン部の少なくとも一部は除去されない）、この投射されたパターンの最小波長スケールはほぼ投射光学部品カットオフの波長であり、次いでターレットレンズによってカメラの画素アレイ上で拡大される。様々な実施例において、コントラストは、カットオフ周波数に対するカメラの画素サイズの関数であり得る（すなわち、ターレットレンズの倍率で乗算される）。

カメラ画素サイズに関して、画素サイズが比較的大きく（例えば２０ミクロン）、パターン要素がそれよりも小さい（例えば４ミクロン）場合、個々の画素はいくつかのパターン要素を平均化し、少なくともある程度のコントラストが失われる。しかしながら、画素技術の開発が続くにつれて、相対的に小さいカメラ画素サイズ（例えば１０ミクロン未満、５ミクロン未満等）が製造され続けている。いくつかの実施例におけるカメラ画素サイズは、上述したシステムの他の所望の特徴を満足させるためのパターン要素サイズに関して比較的制限要因でないと見なされ得る。例えばいくつかの実用的な実施例において、最小パターン要素サイズは約４ミクロンとすることができ、これは、いくつかの現在の実施例では約１ミクロン平方の範囲内であるクロムオンガラス等により容易に製造できるサイズに近い。

画素サイズ対パターン要素サイズ、及び分解できる空間周波数に関して、パターン波長が画素サイズの２倍である場合（例えばパターン要素は画素サイズと同じサイズである）、パターン波長を分解することができる。周波数に関して、このような実施例では、パターンの空間周波数はまさにサンプリング周波数によって分解できる限界である。あるいは、パターン要素サイズの寸法が画素寸法サイズの半分である場合、パターン波長は１画素長であり得る。周波数に関して、パターンの空間周波数はサンプリング周波数の半分であり、分解することができない。いくつかの実施例では、画素サイズよりも小さいパターン要素サイズはある程度のコントラストを生じ得る。これは、隣接した画素がそれらのエリアをカバーする異なる数の明るいパターン要素と暗いパターン要素を有し得るからである。しかしながら、要素サイズが小さくなればなるほど、画素内でコントラスト全体が平均化され、コントラストを生成するためのパターンの効果は小さくなる。上記のように、現在の画素技術（例えば１０ミクロン、５ミクロン以下の画素サイズを用いる）では、種々の実用的な実施例においてカメラ画素が所望の最小パターン要素サイズと同程度に小さい場合があるので、このような懸念がそれほど問題にならない可能性がある。

図１０は、本明細書に開示されている原理に従ってパターン投射部分を含む計測システムを動作させるための方法１０００を示すフロー図である。ブロック１０１０では、対物レンズを有する光路に含まれるパターンの方へ光を伝送してワークピース表面上に投射パターンを形成するように光源を制御する。投射パターンの面積の少なくとも半分以上（例えば５０％以上）は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含む。ブロック１０２０では、カメラを用いて、投射パターンを有するワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックを取得する。画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する。ブロック１０３０では、少なくとも部分的に画像スタックの画像の解析に基づいて合焦曲線データを決定する。ブロック１０４０では、合焦曲線データを用いてワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を決定する。

様々な実施例では、対物レンズ部に含まれる対物レンズを変更する（例えば、以前使用した第１の対物レンズのカットオフ周波数とは異なる第２のカットオフ周波数を有する第２の対物レンズに変更する）ことによって計測システムの倍率状態を変化した後、方法１０００を繰り返すことができる。例えば第２の対物レンズに変更した後、第２の対物レンズを有する光路に含まれるパターンの方へ光を伝送して、ワークピース表面（又は異なるワークピース表面）上に第２の投射パターンを形成するように、光源を制御することができる。第２の投射パターンは、第２のカットオフ周波数によって部分的にフィルタリングされ、第２の投射パターンの面積の少なくとも半分以上は、パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない第２の複数のパターン部を含む。第２の対物レンズによる異なるフィルタリングに起因して（すなわち第２のカットオフ周波数に従って）、第２の複数のパターン部は、第１の対物レンズを使用した場合の第１の複数のパターン部とは異なる可能性がある（例えば、より多数又は少数のパターン部が除去されている等）ことは認められよう。しかしながら、パワースペクトルで広い周波数スペクトルを生じる（すなわち本明細書に開示される原理に従った）空間周波数特性を有するパターン（例えばパターンコンポーネント３０２上のパターン３０５）に従って、第１及び第２の投射パターン内の第１及び第２の複数のパターン部は双方とも、（例えばＰＦＦタイプのプロセス等のため）ワークピース表面の画像内に所望のレベルのコントラストを生成するためには充分であり得る／効果的であり得る。

次いで、カメラを用いて、第２の投射パターンを有するワークピース表面の第２の複数の画像を含む第２の画像スタックを取得することができる。第２の画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する。第２の対物レンズの異なる倍率に応じて、視野内に含まれるワークピース表面のエリア（すなわち、同一のワークピース表面又は異なるワークピース表面の一部としての）は、第１の対物レンズを使用した場合の視野内に含まれるワークピース表面のエリアとは異なる可能性があることは認められよう（例えば、第１の対物レンズよりも高い倍率を有する第２の対物レンズによって、視野内のワークピース表面の更に小さいエリアが拡大され得る）。次いで、第２の画像スタックの画像の解析に少なくとも部分的に基づいて第２の合焦曲線データを決定することができる。第２の合焦曲線データを用いて、（例えばＰＦＦタイプのプロセス等の一部として）ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を決定することができる。

通常、本明細書に開示されているような原理に従った特徴（例えば図９のパターン９００Ａの特徴と同様）を有するパターンは、多くの理由から望ましい可能性がある。例えば、上述のように、広い空間周波数範囲のパターンを有することが望ましい場合がある。その理由は、単一の空間周波数のパターンは、対物レンズセット及び／又はシステム（例えばシステム１００）と共に使用され得る他のレンズの全てに適合できないからである。図５及び図６の例で示されているように、図９のパターン９００Ａと同様の特徴を持たないならば、広い周波数範囲のパターンを作製することは難しい場合がある。特定の実施例では、所望の範囲（例えば、対物レンズ及び／又は使用される他のレンズのカットオフ周波数によって部分的に決定される）について、パワースペクトル（例えば、方眼パターンのフーリエ変換に等しいものとして特徴付けることができる）が、所望の範囲内で名目上／ほぼ一定の値であることが望ましい場合がある。いくつかの実施例において、これは、所望の範囲内のホワイトノイズの近似的な定義に対応し得る。特定の実施例では、ブルーノイズ又は同様のもの等の疑似ランダムパターンが、物体に対して高周波数テクスチャを適切に生成することができる。様々な実施例では、あるタイプの疑似ランダムパターン（例えば疑似ランダムビットマップパターン等）が、そのような基準をほぼ満足させることができ、上述のような基準に従って最小パターン要素サイズ及び／又は所望のパターン部サイズ範囲を決定できる。

最小パターン要素サイズに関して、上述した通り、一般的にパターンは所望の範囲よりも高い空間周波数を含まないことが望ましい場合がある（例えば、パターンに使用される最小要素サイズは特定の寸法以上であることが望ましい場合がある）。より具体的には、上述した最高カットオフ周波数のため、システムが最高カットオフ周波数を有するレンズ（例えば対物レンズ）を使用している場合であっても、パターンのより高い空間周波数は光学部品によって投射されない。投射されない結果として、このような高い周波数（例えば投射パターンに現れない小さいパターン部に対応する）はパターンの利用可能コントラストを実質的に低下させ、これは特定の実施例では概して望ましくない可能性がある。いくつかの実施例では、それよりも若干小さい要素サイズも使用され、ある程度の平均化を許容できるが、ある程度のコントラストの損失が生じ得る。

本開示の好適な実施例について図示及び記載したが、本開示に基づいて、図示及び記載した要素の構成及び動作のシーケンスにおける多数の変形が当業者には明らかであろう。種々の代替的な形態を用いて本明細書に開示された原理を実施することができる。更に、上述した様々な実施例を組み合わせて別の実施例を提供することも可能である。本明細書において言及した米国特許及び米国特許出願は全て援用により全体が本願に含まれるものとする。これらの様々な特許及び出願の概念を用いて更に別の実施例を提供するために必要な場合、上述の実施例の態様は変更可能である。

上記に詳述した記載に照らして、実施にこれら及び他の変更を行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は本明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実施例に特許請求の範囲を限定するものとして解釈されず、そのような特許請求の範囲の権利が与えられる（entitled）均等物の全範囲に加えて全ての可能な実施例を包含するものとして解釈されるべきである。

Claims (24)

1. 計測システムであって、
   対物レンズのセットから選択された対物レンズを含む対物レンズ部であって、前記セット内の前記対物レンズの各々は異なる倍率及びカットオフ周波数を有し、前記計測システムの倍率状態は前記対物レンズ部に含まれる前記対物レンズを変更することによって変化するように構成されている、対物レンズ部と、
   光源と、
   パターンを有するパターンコンポーネントを含むパターン投射部であって、前記パターンの面積の少なくとも半分以上は前記パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含み、前記光源からの光は前記パターンの方へ伝送されてパターン光を形成するように構成され、前記パターン光は前記対物レンズを介して伝送されてワークピース表面上に投射パターンを形成し、前記対物レンズは、前記投射パターンを含む前記ワークピース表面から生じる画像光を入力すると共に前記画像光を撮像光路に沿って伝送するように構成されている、パターン投射部と、
   前記撮像光路に沿って伝送された画像光を受光すると共に、前記投射パターンを含む前記ワークピース表面の画像を提供するように構成されたカメラと、
   １つ以上のプロセッサと、
   前記１つ以上のプロセッサに結合され、プログラム命令を記憶するメモリと、
   を備える計測システムであって、前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行された場合、少なくとも、
   前記パターンの方へ光を伝送して前記ワークピース表面上に前記投射パターンを形成するように前記光源を制御することと、
   前記カメラを使用して、前記投射パターンを有する前記ワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックを取得することであって、前記画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する、画像スタックを取得することと、
   前記画像スタックの前記画像の解析に少なくとも部分的に基づいて合焦曲線データを決定することであって、前記合焦曲線データは前記ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を示す、合焦曲線データを決定することと、
   を前記１つ以上のプロセッサに実行させる、計測システム。
2. 前記パターンの前記複数のパターン部は、前記対物レンズのセット内の前記対物レンズの最高カットオフ周波数よりも低い空間周波数に対応する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記対物レンズのセットは、前記セットの中で最低の倍率に対応する最低倍率レンズと、前記セットの中で最高の倍率に対応する最高倍率レンズと、各々が前記最低の倍率と前記最高の倍率との間にある中間倍率に対応する複数の中間倍率レンズと、を含み、前記最高の倍率は前記最低の倍率の少なくとも１０倍である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記セットの前記対物レンズのうち少なくともいくつかの各々は、０．５倍、１倍、２倍、２．５倍、５倍、１０倍、２０倍、２５倍、５０倍、又は１００倍のうち少なくとも１つの倍率に対応する、請求項３に記載のシステム。
5. 複数のターレットレンズを含むターレットを更に備え、各ターレットレンズは異なる倍率に対応し、前記ターレットは前記ターレットレンズのうち１つを前記撮像光路内に配置するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ワークピース表面上の前記複数の表面点の各々は前記画像スタックの前記画像の各々における関心領域に対応し、前記合焦曲線データを決定することは、前記画像スタックの前記画像の解析に少なくとも部分的に基づいて前記関心領域の各々の合焦曲線データを決定することを含み、前記表面点の各々について、対応する前記関心領域の前記合焦曲線データのピークは前記表面点の対応するＺ高さを示し、前記ピークは少なくとも部分的に、前記投射パターンのパターン部によって与えられるコントラストから得られる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記パターン部は暗いパターン部及び明るいパターン部を含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記暗いパターン部に対応する前記パターンの面積の合計量及び前記明るいパターン部に対応する前記パターンの面積の合計量は名目上等しい、請求項７に記載のシステム。
9. 前記明るいパターン部は前記暗いパターン部間の間隔に対応する、請求項７に記載のシステム。
10. 前記パターンはクロムオンガラスタイプのプロセスによって前記パターンコンポーネント上に形成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記パターン部は異なるサイズのパターン部を含む、請求項７に記載のシステム。
12. 前記異なるサイズのパターン部は少なくとも第１、第２、第３、及び第４のサイズのパターン部を含み、前記第２、第３、及び第４のサイズのパターン部の各々はそれぞれ、前記第１のサイズのパターン部の対応する長さの少なくとも２倍、３倍、又は４倍の大きさの長さを有する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記異なるサイズのパターン部は少なくとも第５、第６、第７、及び第８のサイズのパターン部を更に含み、前記第５、第６、第７、及び第８のサイズのパターン部の各々はそれぞれ、前記第１のサイズのパターン部の対応する長さの少なくとも５倍、６倍、７倍、又は８倍の大きさの長さを有する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記複数のパターン部のうち最大のパターン部は前記複数のパターン部のうち最小のパターン部のサイズの２０倍未満の大きさである、請求項１１に記載のシステム。
15. 第１のサイズのパターン部は、前記複数のパターン部のうち最小のパターン部であり、最小では縦２ミクロンで横２ミクロン、最大では縦２０ミクロンで横２０ミクロンの面積を有する、請求項１１に記載のシステム。
16. 前記カメラは画素アレイを含み、前記画素の各々は、最小では縦２ミクロンで横２ミクロン、最大では縦２０ミクロンで横２０ミクロンの面積を有する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記複数のパターン部のうち隣接する暗いパターン部と明るいパターン部は、前記パターンのｘ軸方向又はｙ軸方向のいずれかにおいて前記パターン全体にわたって一定の隣接間隔で繰り返さない配列である、請求項７に記載のシステム。
18. 前記パターン投射部は、前記光源と前記対物レンズとの間の光路内に前記パターンコンポーネントを配置するように制御されるよう構成されたパターン配置部を更に備える、請求項１に記載のシステム。
19. 計測システムを動作させるための方法であって、
    前記計測システムは、
    対物レンズのセットから選択された対物レンズを含む対物レンズ部であって、前記セット内の前記対物レンズの各々は異なる倍率及びカットオフ周波数を有し、前記計測システムの倍率状態は前記対物レンズ部に含まれる前記対物レンズを変更することによって変化するように構成されている、対物レンズ部と、
    光源と、
    前記対物レンズ部を有する光路に含まれ、ワークピース表面に投射されるように構成されたパターンを有するパターンコンポーネントを含むパターン投射部と、
    前記対物レンズから撮像光路に沿って伝送された画像光を受光し、前記投射パターンを含む前記ワークピース表面の画像を提供するカメラと、
    を含み、前記方法は、
    前記対物レンズを有する前記光路に含まれる前記パターンの方へ光を伝送して前記ワークピース表面上に投射パターンを形成するように前記光源を制御することであって、前記投射パターンの面積の少なくとも半分以上は前記パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含む、光源を制御することと、
    前記カメラを使用して、前記投射パターンを有する前記ワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックを取得することであって、前記画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する、画像スタックを取得することと、
    前記画像スタックの前記画像の解析に少なくとも部分的に基づいて合焦曲線データを決定することと、
    前記合焦曲線データを使用して前記ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を決定することと、
    を含む方法。
20. 前記投射パターンの前記複数のパターン部は、前記対物レンズのセット内の前記対物レンズの最高カットオフ周波数よりも低い空間周波数に対応する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記パターン投射部はパターン配置部を含み、前記方法は、前記光源と前記対物レンズとの間の前記光路内に前記パターンコンポーネントを配置するように前記パターン配置部を制御することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
22. 前記対物レンズ部に含まれる前記対物レンズは第１のカットオフ周波数を有する第１の対物レンズであり、前記投射パターンは前記第１のカットオフ周波数によって少なくとも部分的にフィルタリングされる第１の投射パターンであり、前記複数のパターン部は第１の複数のパターン部であり、前記方法は、
    前記対物レンズ部に含まれる前記対物レンズを、前記第１のカットオフ周波数とは異なる第２のカットオフ周波数を有する第２の対物レンズに変更することによって、前記計測システムの前記倍率状態を変化させることと、
    前記第２の対物レンズを有する前記光路に含まれる前記パターンの方へ光を伝送して前記ワークピース表面上に第２の投射パターンを形成するように前記光源を制御することであって、前記第２の投射パターンは前記第２のカットオフ周波数によって少なくとも部分的にフィルタリングされ、前記第２の投射パターンの面積の少なくとも半分以上は、前記パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない第２の複数のパターン部を含み、前記第１及び第２のカットオフ周波数による異なるフィルタリングに少なくとも部分的に起因して前記第２の複数のパターン部は前記第１の複数のパターン部とは異なる、前記光源を制御することと、
    前記カメラを使用して、前記第２の投射パターンを有する前記ワークピース表面の第２の複数の画像を含む第２の画像スタックを取得することであって、前記第２の画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応する、第２の画像スタックを取得することと、
    前記第２の画像スタックの前記画像の解析に少なくとも部分的に基づいて第２の合焦曲線データを決定することと、
    前記第２の合焦曲線データを用いて、前記ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を決定することと、
    を更に含む、請求項１９に記載の方法。
23. 計測システムと共に使用されるパターン投射部であって、
    前記計測システムは、
    対物レンズのセットから選択された対物レンズを含む対物レンズ部であって、前記セット内の前記対物レンズの各々は異なる倍率及びカットオフ周波数を有し、前記計測システムの倍率状態は前記対物レンズ部に含まれる前記対物レンズを変更することによって変化するように構成されている、対物レンズ部と、
    光源と、
    撮像光路に沿って伝送された画像光を受光すると共に、投射パターンを含むワークピース表面の画像を提供するように構成されたカメラと、
    を含み、前記パターン投射部は、
    パターンを有するパターンコンポーネントであって、前記パターンの面積の少なくとも半分以上は前記パターン全体にわたって一定間隔で繰り返さない複数のパターン部を含む、パターンコンポーネントと、
    前記光源と前記対物レンズとの間の光路内に前記パターンコンポーネントを配置するように構成されたパターン配置部と、
    を備え、前記パターンコンポーネントが前記光路内に配置された後、前記光源からの光は前記パターンの方へ伝送されてパターン光を形成するように構成され、前記パターン光は前記対物レンズを介して伝送されて前記ワークピース表面上に投射パターンを形成し、前記対物レンズは、前記投射パターンを含む前記ワークピース表面から生じる画像光を入力すると共に前記画像光を前記撮像光路に沿って伝送するように構成され、前記カメラは、前記撮像光路に沿って伝送された前記画像光を受光すると共に、前記投射パターンを有する前記ワークピース表面の複数の画像を含む画像スタックをキャプチャするように構成され、前記画像スタックの各画像は異なるＺ高さに対応し、前記画像は、解析されて前記ワークピース表面上の複数の表面点の３次元位置を示す合焦曲線データを決定するように構成されている、パターン投射部。
24. 前記パターンの前記複数のパターン部は、前記対物レンズのセット内の前記対物レンズの最高カットオフ周波数よりも低い空間周波数に対応する、請求項２３に記載のパターン投射部。

Images