在成像系统中稳定高速可变焦距可调声学梯度透镜的操作技术方案

提供了一种用于操作成像系统以将可调谐声学梯度(TAG)透镜维持在期望操作状态的方法。在第一步中，TAG透镜在多个成像驱动模式时间期间使用标准成像驱动控制配置(例如，标准驱动电压和持续时间)操作，以实现TAG透镜的标准成像状态。在第二步中，TAG透镜在多个调节自适应驱动模式时间期间使用调节自适应驱动控制配置操作，其中基于指示TAG透镜的标准成像状态与当前操作状态之间的差异的监视信号对于不同的相应调节自适应驱动模式时间期间使用不同的相应TAG透镜驱动电压和不同的相应TAG透镜驱动持续时间中的至少一个。

Operation of stable high-speed variable focal length adjustable acoustical gradient lens in imaging system

A method for operating an imaging system to maintain a tunable Acoustic Gradient (TAG) lens in the desired operating state is provided. In the first step, the TAG lens operates with a standard imaging driving control configuration (e.g., standard driving voltage and duration) during multiple imaging driving modes to achieve the standard imaging state of the TAG lens. In the second step, the TAG lens is operated by adjusting the adaptive driving control configuration during multiple adjusting the time of the adaptive driving mode, in which the monitoring signal based on the difference between the standard imaging state of the TAG lens and the current operating state uses different driving voltage of the corresponding TAG lens and different transmissivity of the corresponding TAG lens for different corresponding adjusting the time of the adaptive driving mode. At least one of the mirror drive durations.

【技术实现步骤摘要】
在成像系统中稳定高速可变焦距可调声学梯度透镜的操作
本公开涉及使用高速可变焦距透镜(例如，在机器视觉检查系统中)的精确计量，并且更具体地，涉及监视和稳定成像系统中的高速可变焦距透镜的操作。
技术介绍
精密非接触式计量系统，诸如精密机器视觉检测系统(或简称“视觉系统”)，可用于获得物体的精确维度测量并检查各种其它物体特点，并且可包括计算机、相机和光学系统，以及移动以允许工件遍历和检查的精密工作台。一种示例性现有技术系统是基于PC的QUICK系列视觉系统和可从位于伊利诺伊州奥罗拉(Aurora,Illinois)的MitutoyoAmericaCorporation(MAC)获得的软件。例如，在2003年1月发布的QVPAK3DCNC视觉测量机器用户指南和1996年9月发布的QVPAK3DCNC视觉测量机器操作指南中，一般性地描述了QUICK系列视觉系统和软件的特征和操作，所述两个指南中的每一个都通过引用整体上并入本文。这种类型的系统使用显微镜类型的光学系统并移动工作台，以便提供或者小型或者相对大型工件的检查图像。一般用途的精密机器视觉检测系统一般是可编程的，以提供自动视频检查。这种系统通常包括GUI特征和预定义图像分析“视频工具”，使得操作和编程可以由“非专家”操作者执行。例如，其全部内容通过引用并入本文的美国专利No.6,542,180教导了一种使用自动视频检查的视觉系统，包括使用各种视频工具。多透镜可变焦距(VFL)光学系统可以用在成像系统中，用于观察和精确测量表面高度。成像系统可以包括在显微镜系统和/或精密机器视觉检查系统中，例如其全部内容通过引用并入本文的美国专利No.9,143,674中所公开的。简而言之，VFL透镜能够分别以多个焦距获取多个图像。作为一种类型的VFL透镜，可调谐声学梯度(“TAG”)透镜是已知的。TAG透镜是高速VFL透镜，其可在流体介质中使用声波产生透镜效果。可以通过以谐振频率将电场施加到围绕流体介质的压电管来产生声波。声波在透镜的流体中产生时变密度和折射率分布，这调制其光功率和焦距或焦点位置。TAG透镜可以以高达几百kHz的谐振频率(即，以高速)周期性地扫描一系列焦距。通过文章“Highspeedvarifocalimagingwithatunableacousticgradientindexofrefractionlens”(OpticsLetters，第33卷，第18期，2008年9月15日)的教导可以更详细地理解这种透镜，该文章的全部内容通过引用并入本文。可调谐声学梯度折射率透镜和相关的可控信号发生器可从例如新泽西州普林斯顿(Princeton,NewJersey)的TAGOptics公司获得。例如，型号TL2.B.xxx系列透镜能够调制高达约600kHz的频率。本专利技术的各种实施例针对改进结合TAG透镜作为VFL透镜的成像系统的操作。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
不旨在识别所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。利用TAG透镜的成像系统可以在其谐振周期期间根据相位定时校准其焦距或位置，使用已知的校准操作条件，例如在特定谐振频率下使用特定驱动幅度时。在校准期间，可以提供稳定的环境条件以确保在整个校准数据获取期间期望的操作条件是稳定的并且是已知的。在校准之后，对于在使用特定相位定时曝光时产生最佳聚焦图像的表面，校准数据可以被用于指示该表面相对于成像系统的焦点位置，该数据提供其位置或高度的测量。但是，在操作中，TAG透镜的操作条件可能由于各种因素而漂移，并且可能无法精确地匹配用于校准的操作条件。这会导致小但不可忽略的测量误差。已知例如TAG透镜的谐振频率将随透镜温度而略微改变。这反映了透镜对驱动信号的机电响应的变化。还已知透镜流体的温度变化改变其标称折射率。透镜的机电响应和/或其流体特性的任何这种变化必然改变透镜对驱动信号的光功率(或焦距)响应，从而导致上面提到的测量误差。需要促进稳定TAG透镜操作的技术(例如，包括其操作温度)，这将稳定包括TAG透镜在内的成像系统的操作并允许减少或消除上面提到的测量误差。根据示例性实施例，提供了用于操作成像系统的方法，其中成像系统包括可调谐声学梯度(TAG)透镜、TAG透镜控制器、相机和曝光时间控制器，以便将TAG透镜建立或维持在用于成像的期望(标准)操作状态。该方法一般包括两个步骤。在第一步中，在多个成像驱动模式时间期间使用标准成像驱动控制配置来控制TAG透镜。成像驱动模式时间的每个实例提供在根据标准成像驱动控制配置操作TAG透镜时获取的图像数据。标准成像驱动控制配置包括标准成像驱动电压和标准成像驱动持续时间，并且被配置为实现TAG透镜的标准成像状态(例如，与用作校准数据的基础的条件对应的状态)。在第二步中，在多个调节自适应驱动模式时间期间使用调节自适应驱动控制配置来控制TAG透镜，所述多个调节自适应驱动模式时间期间不同于成像驱动模式时间期间。调节自适应驱动控制配置被配置为基于TAG透镜监视信号为不同的相应调节自适应驱动模式时间期间提供不同的相应TAG透镜调节驱动电压和不同的相应TAG透镜调节驱动持续时间中的至少一个，其中TAG透镜监视信号指示TAG透镜的标准成像状态与TAG透镜的当前操作状态之间的差异。根据进一步的实现，提供了一种成像系统，其包括相机、被配置为控制相机的图像数据获取的曝光时间控制器、可调谐声学梯度(TAG)透镜和TAG透镜控制器。TAG透镜控制器被配置为在多个成像驱动模式时间期间使用标准成像驱动控制配置来控制TAG透镜，并且在与成像驱动模式时间期间不同的多个调节自适应驱动模式时间期间使用调节自适应驱动控制配置来控制TAG透镜，如上所述。因此，根据各种实施例的方法和成像系统能够在持续进行的操作期间监视和稳定TAG透镜的操作并稳定结合TAG透镜的成像系统的操作。附图说明图1是示出通用精密机器视觉检查系统的各种典型部件的图。图2是类似于图1并且包括本文公开的特征的机器视觉检查系统的控制系统部分和视觉部件部分的框图；图3是成像系统的示意图，该成像系统可以适用于精密非接触式计量系统(诸如机器视觉检查系统)，并根据本文公开的原理操作；图4是图示VFL(TAG)透镜在各种操作温度下的谐振频率的曲线图的图；图5是图示包括TAG透镜的成像系统的一个示例性操作的时序图；图6是图示用于操作包括TAG透镜的成像系统的例程的一个示例性实现的流程图；以及图7是图示用于操作包括TAG透镜的成像系统的例程的另一个示例性实现的流程图。具体实施方式图1是可用作根据本文所述方法的成像系统的一个示例性机器视觉检查系统10的框图。机器视觉检查系统10包括视觉测量机器12，其可操作地连接以与控制计算机系统14交换数据和控制信号。控制计算机系统14进一步可操作地连接以与监视器或显示器16、打印机18、操纵杆22、键盘24和鼠标26交换数据和控制信号。监视器或显示器16可以显示适于控制和/或编程机器视觉检查系统10的操作的用户界面。将认识到的是，在各种实现中，触摸屏平板电脑等可以替代和/或冗余地提供计算机系统14、显示器16、操纵杆22、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作成像系统的方法，其中成像系统包括可调谐声学梯度(TAG)透镜、TAG透镜控制器、相机和曝光时间控制器，以便将所述TAG透镜建立或维持在期望的成像操作状态，所述方法包括：在多个成像驱动模式时间期间使用标准成像驱动控制配置来控制所述TAG透镜，其中所述成像驱动模式时间期间的每个实例提供在根据所述标准成像驱动控制配置操作所述TAG透镜时获取的图像数据，其中所述标准成像驱动控制配置包括标准成像驱动电压和标准成像驱动持续时间，并且被配置为实现所述TAG透镜的标准成像状态；以及在多个调节自适应驱动模式时间期间使用调节自适应驱动控制配置来控制所述TAG透镜，所述多个调节自适应驱动模式时间期间不同于所述成像驱动模式时间期间，其中所述调节自适应驱动控制配置被配置为基于TAG透镜监视信号为不同的相应调节自适应驱动模式时间期间提供不同的相应TAG透镜调节驱动电压和不同的相应TAG透镜调节驱动持续时间中的至少一个，其中所述TAG透镜监视信号指示所述TAG透镜的所述标准成像状态与所述TAG透镜的当前操作状态之间的差异。

【技术特征摘要】
2017.09.06 US 15/696,6801.一种操作成像系统的方法，其中成像系统包括可调谐声学梯度(TAG)透镜、TAG透镜控制器、相机和曝光时间控制器，以便将所述TAG透镜建立或维持在期望的成像操作状态，所述方法包括：在多个成像驱动模式时间期间使用标准成像驱动控制配置来控制所述TAG透镜，其中所述成像驱动模式时间期间的每个实例提供在根据所述标准成像驱动控制配置操作所述TAG透镜时获取的图像数据，其中所述标准成像驱动控制配置包括标准成像驱动电压和标准成像驱动持续时间，并且被配置为实现所述TAG透镜的标准成像状态；以及在多个调节自适应驱动模式时间期间使用调节自适应驱动控制配置来控制所述TAG透镜，所述多个调节自适应驱动模式时间期间不同于所述成像驱动模式时间期间，其中所述调节自适应驱动控制配置被配置为基于TAG透镜监视信号为不同的相应调节自适应驱动模式时间期间提供不同的相应TAG透镜调节驱动电压和不同的相应TAG透镜调节驱动持续时间中的至少一个，其中所述TAG透镜监视信号指示所述TAG透镜的所述标准成像状态与所述TAG透镜的当前操作状态之间的差异。2.如权利要求1所述的方法，其中所述成像驱动模式时间期间和所述调节自适应驱动模式时间期间以预定顺序散布。3.如权利要求2所述的方法，其中所述预定顺序包括在所述成像驱动模式时间期间和所述调节自适应驱动模式时间期间之间交替。4.如权利要求1所述的方法，其中所述监视信号监视所述TAG透镜的操作谐振频率和所述TAG透镜的操作温度中的至少一个。5.如权利要求1所述的方法，其中所述TAG透镜的所述标准成像状态包括大于所述TAG透镜或所述成像系统的最大指定环境操作温度的所述TAG透镜的操作温度。6.如权利要求1所述的方法，其中所述调节自适应驱动控制配置被配置为为所述相应的调节自适应驱动模式时间期间中的至少一些时间期间提供大于所述标准成像驱动电压的相应TAG透镜调节驱动电压。7.如权利要求1所述的方法，其中所述TAG透镜包括加热器，所述加热器将一定量的热能输入到所述TAG透镜中，其中，对于所述多个调节自适应驱动模式时间期间中的至少一些时间期间，所述热能的量大致固定。8.如权利要求1所述的方法，其中所述成像系统包括Z高度(焦点距离)校准数据，所述Z高度(焦点距离)校准数据将相应的Z高度(焦点距离)与所述TAG透镜的标准成像谐振频率的期间内的相应相位定时相关联，其中所述校准数据与根据所述标准成像驱动控制配置操作所述TAG透镜对应。9.如权利要求1所述的方法，包括：在所述调节自适应驱动模式时间期间不...

【专利技术属性】
技术研发人员：PG格拉德尼克，I弗里尔克森，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本,JP