(57)【要約】【課題】  拡張被写界深度を有する画像を得るマシンビジョン検査システム及び方法を提供する。【解決手段】  マシンビジョン検査システムの撮像システムを動作させて、拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）画像を提供する方法。この方法は、（ａ）視野内にワークピースを配置することと、（ｂ）撮像システム内の要素間の間隔を巨視的に調整せずに、ワークピースの表面高さを含む合焦範囲内で、合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたって撮像システムの合焦位置を周期的に変調することと、（ｃ）合焦範囲内で合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に第１の予備画像を露光することと、（ｄ）第１の予備画像を処理することにより、画像積分時間中に合焦範囲内で生じる劣化画像寄与を除去し、単一の焦点位置で撮像システムが提供するよりも被写界深度の深いＥＤＯＦ画像を提供することとを含む。【選択図】図２
2015104136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マシンビジョン検査システムの撮像システムを動作させて、単一の焦点位置において前記撮像システムが提供する被写界深度よりも深い被写界深度を有する少なくとも１つの画像を提供する方法であって、
（ａ）前記マシンビジョン検査システムの視野内にワークピースを配置することと、
（ｂ）前記撮像システムの合焦位置を、前記撮像システム内の要素間の間隔を巨視的に調整せずに、前記ワークピースの表面高さを含む合焦範囲内で合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたって、少なくとも３００Ｈｚの周波数で合焦位置を周期的に変調することと、
（ｃ）前記合焦範囲内で前記合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に第１の予備画像を露光することと、
（ｄ）前記画像積分時間中に前記合焦範囲内で生じた劣化画像寄与を除去し、単一の焦点位置で前記撮像システムが提供するよりも広い範囲にわたって実質的に合焦された被写界深度の深い拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）画像を提供するように、前記第１の予備画像を処理することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記撮像システムは可変焦点距離レンズを含み、前記撮像システムの合焦位置を周期的に変調することは、前記可変焦点距離レンズの合焦位置を変調することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記可変焦点距離レンズは、少なくとも３ｋＨｚの周波数で前記合焦位置を周期的に変調するように動作可能なレンズ及び可変音響式屈折率分布型レンズのうちの少なくとも一方を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の予備画像を処理することは、前記撮像システムを特徴付ける所定の関数を使用して、前記第１の予備画像に対応する画像データをデコンボリューションして、前記ＥＤＯＦ画像を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記撮像システムは、可変焦点距離レンズを含み、前記撮像システムの合焦位置を周期的に変調することは、前記可変長焦点距離レンズの合焦位置を変調することを含み、
前記撮像システムは、前記可変焦点距離レンズから予備画像を受け取り、空間的にフィルタリングするように配置された光学フィルタをさらに含み、
ステップ（ｄ）において、前記第１の予備画像を処理することは、前記光学フィルタを使用して前記予備画像光を空間的にフィルタリングし、前記光学フィルタによって出力される光に基づいて、前記ＥＤＯＦ画像を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｃ）及び（ｄ）を少なくとも１回繰り返して、複数のＥＤＯＦ画像を提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のＥＤＯＦ画像のうちの少なくとも１つを前記マシンビジョン検査システムのディスプレイに表示することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のＥＤＯＦ画像のうちの少なくともいくつかを、前記マシンビジョン検査システムの前記ディスプレイにビデオフレームとして表示することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のＥＤＯＦ画像のうちの少なくとも２つが、異なる合焦範囲にわたって合焦されるように、ユーザ入力に基づいて前記周期的変調の公称中心に関連する制御信号成分に対する調整を行うことをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
（ｅ）前記合焦位置の前記周期的な変調を終了して、前記撮像システムに固定合焦位置を提供することと、
（ｆ）前記固定合焦位置で前記撮像システムを使用して、測定画像を露光することと、
（ｇ）前記測定画像を処理して、前記ワークピースの測定を提供することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
画像積分時間中に第１の予備画像を露光することは、（１）前記合焦位置の変調周期の５倍以上の露光持続時間にわたり、前記第１の予備画像を露光すること、及び（２）前記合焦位置の変調周期の整数倍に対応する露光持続時間にわたり、前記第１の予備画像を露光することのうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
画像積分時間中に第１の予備画像を露光することは、前記周期的に変調される合焦位置の前記合焦範囲内の異なるそれぞれの合焦位置で、露光寄与の影響がそれぞれ異なるように、前記周期的に変調される合焦位置と同期された強度変動を有する照明を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
単一の合焦位置においてマシンビジョン検査システムの撮像システムが提供する被写界深度よりも深い被写界深度を有するワークピースの少なくとも１つの画像を提供するように構成されるマシンビジョン検査システムであって、
前記撮像システム内の要素間の間隔を巨視的に調整せずに、前記ワークピースの表面高さを含む合焦範囲内の合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたり、少なくとも３００Ｈｚの周波数で合焦位置を周期的に変調し得るように構成される撮像システムと、
前記合焦範囲内で前記合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に第１の予備画像を露光するように構成されるコントローラと、
前記第１の予備画像を処理して、前記画像積分時間中に前記合焦範囲内で生じる劣化画像寄与を除去し、前記撮像システムが単一の合焦位置において提供するよりも広い範囲にわたって実質的に合焦された被写界深度の深い拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）画像を提供するように構成される処理要素と、
を含む、マシンビジョン検査システム。
【請求項１４】
前記撮像システムは可変焦点距離レンズを含み、前記可変焦点距離レンズは、少なくとも３ｋＨｚの周波数で前記合焦位置を周期的に変調するように動作可能なレンズ及び可変音響式屈折率分布型レンズのうちの少なくとも一方を含む、請求項１３に記載のマシンビジョン検査システム。
【請求項１５】
前記第１の予備画像を処理して、劣化画像寄与を除去するように構成される前記処理要素は信号プロセッサを含み、前記信号プロセッサは、前記撮像システムを特徴付ける所定の関数を使用して前記第１の予備画像に対応する画像データをデコンボリューションして、前記ＥＤＯＦ画像を提供するように構成される、請求項１３に記載のマシンビジョン検査システム。
【請求項１６】
前記撮像システムは、可変焦点距離レンズ及び光学フィルタを含み、
前記光学フィルタは、前記可変焦点距離レンズから予備画像光を受け取り、空間的にフィルタリングするように配置され、
前記第１の予備画像を処理するように構成される前記処理要素は、前記光学フィルタを含み、前記光学フィルタは、前記ＥＤＯＦ画像を提供するために、前記可変焦点距離レンズからの前記予備画像光を受け取り、空間的にフィルタリングし、結果として生成されるフィルタリング画像光を出力するように構成される、請求項１３に記載のマシンビジョン検査システム。
【請求項１７】
前記マシンビジョン検査システムは、ディスプレイをさらに含み、前記提供されるＥＤＯＦ画像を前記マシンビジョン検査システムの前記ディスプレイに表示するように構成される、請求項１３に記載のマシンビジョン検査システム。
【請求項１８】
前記撮像システムは、合焦位置を固定し得るように構成され、前記マシンビジョン検査システムは、コントローラ構成を含むようにさらに構成され、
前記コントローラ構成は、固定合焦位置を提供するように前記撮像システムを制御し、
前記コントローラ構成は、前記固定合焦位置で前記撮像システムを使用して測定画像を露光するように、前記マシンビジョン検査システムを制御し、
前記コントローラ構成は、前記ワークピースの測定を提供するために、前記測定画像の処理を制御する、請求項１３に記載のマシンビジョン検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、一般的にはマシンビジョン検査システムに関し、より詳細には拡張被写界深度画像の撮像動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
精密な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」）は、物体の精密な寸法測定を取得し、様々な他の物体要素を検査するために利用することができる。そのようなシステムは、コンピュータと、カメラ及び光学系と、ワークピースを横切って検査可能にするように移動する精密ステージとを含み得る。汎用「オフライン」精密ビジョンシステムとして特徴付けることができる１つの例示的な従来技術によるシステムは、イリノイ州オーロラ（Aurora）に所在のMitutoyo America Corporation (MAC)から入手可能な市販の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は一般に、例えば、２００３年１月に公開されたQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide及び１９９６年９月に公開されたQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guideに説明されている。この種のシステムは、顕微鏡型光学系を使用可能であり、小さいワークピース及び比較的大きなワークピースのいずれについても、様々な倍率で検査画像を提供するようにステージを移動させることが可能である。
【０００３】
汎用精密マシンビジョン検査システムは一般に、自動ビデオ検査を提供するようにプログラム可能である。そのようなシステムは通常、動作及びプログラムを「非専門家」オペレータによって実行可能なように、ＧＵＩ及び予め定義される画像解析「ビデオツール」を含む。例えば、米国特許第６，５４２，１８０号では、様々なビデオツールの使用を含む自動ビデオ検査を使用するビジョンシステムが教示されている。
【０００４】
特定の検査イベントシーケンス（すなわち、各画像を取得する方法及び各取得画像を解析／検査する方法）を含むマシン制御命令は一般に、特定のワークピース構成に固有の「パートプログラム」又は「ワークピースプログラム」として記憶される。例えば、パートプログラムは、ワークピースに対してカメラを位置決めする方法、照明レベル、倍率レベル等の各画像を取得する方法を定義する。さらに、パートプログラムは、例えば、オートフォーカスビデオツール等の１つ又は複数のビデオツールを使用することにより、取得画像を解析／検査する方法を定義する。
【０００５】
ビデオツール（又は略して「ツール」）及び他のグラフィカルユーザインタフェース機能は、手動検査及び／又はマシン制御動作を達成するために手動で使用し得る（手動モードで）。それらのセットアップパラメータ及び動作も、自動検査プログラム又は「パートプログラム」を作成するために、学習モード中に記録することができる。ビデオツールは、例えば、エッジ／境界検出ツール、オートフォーカスツール、形状又はパターン照合ツール、寸法測定ツール等を含み得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
いくつかの用途では、被写界深度が、単一の合焦位置で光学撮像システムによって提供されるよりも深い拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）を有する画像を収集するように、マシンビジョン検査システムの撮像システムを動作させることが望ましい。拡張被写界深度を有する画像を収集する様々な方法が知られている。そのような一方法は、ある合焦範囲にわたる異なる距離で合焦された同一視野、又は位置合わせされた複数の画像からなる画像「スタック」を収集することである。視野のモザイク画像が画像スタックから構築され、視野の各部分は、最良合焦で当該部分を映している画像から抽出される。しかし、この方法は比較的遅い。別の例として、Nagaharaら（「柔軟な被写界深度写真撮影法（Flexible Depth of Field Photography）」Proceedings of the European Conference on Computer Vision, October 2008）は、単一の画像を当該画像の露光時間中に、複数の焦点距離に沿って露光する方法を開示している。この画像は比較的ぼやけているが、複数の焦点距離にわたって取得された画像情報を含む。既知又は所定のブラーカーネルを使用してデコンボリューションされて、拡張被写界深度を有する比較的鮮明な画像が得られる。Nagaharaに記載の方法では、焦点距離は、撮像システムの光軸に沿って画像検出器を並進移動させることによって変更される。その結果、検出器では、露光中の異なる時間で異なる焦点面に焦点が合わせられる。しかし、そのような方法は比較的遅く、機械的に複雑である。さらに、精密測定（例えば、数μｍのオーダの精度）には焦点を固定して取得した検査画像を使用しなければならないが、そのような検査画像の取得に使用される場合、検出器の位置の変更は再現性及び／又は精度に悪影響を有するおそれがある。光学構成要素の機械的な並進移動に頼らずに、高速で実行し得る、拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）画像を提供する改良された方法が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記態様及び多くの付随する利点は、添付図面と併せて解釈される場合、以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるため、より容易に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】汎用精密マシンビジョン検査システムの典型的な様々な構成要素を示す図である。
【図２】図１のマシンビジョン検査システムと同様であり、本明細書に開示される機能を含むマシンビジョン検査システムの制御システム部と、ビジョン構成要素部とのブロック図である。
【図３】マシンビジョン検査システムに適合し、本明細書に開示される原理に従って動作し得るＥＤＯＦ撮像システムの第１の実施形態の概略図を示す。
【図４】本明細書に開示される原理により、ＥＤＯＦ撮像システム（例えば、図３の撮像システム）の一実施形態において使用し得る画像露光中の合焦高さの例示的なタイミング図を示す。
【図５】マシンビジョン検査システムに適合し、本明細書に開示される原理に従って動作し得るＥＤＯＦ撮像システムの第２の実施形態の概略図を示す。
【図６Ａ】ＥＤＯＦ撮像システムからの画像の光学デコンボリューションを実行し、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像をリアルタイムで提供するために、撮像システムのフーリエ面で使用し得る光学フィルタの第１の実施形態を特徴付けるグラフである。
【図６Ｂ】撮像システムのフーリエ面で使用し得る光学フィルタの第２の実施形態を特徴付けるグラフである。
【図７】ＥＤＯＦ撮像システムからの予備画像の計算的デコンボリューションを実行し、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像を概ねリアルタイムで提供するために、マシンビジョン検査システムの撮像システムを動作させる方法の一実施形態を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明
図１は、本明細書に記載される方法により使用可能な例示的な１つの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はビジョン測定機１２を含み、ビジョン測定機１２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可能に接続される。制御コンピュータシステム１４は、さらに、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可能に接続される。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するユーザインタフェースを表示し得る。様々な実施形態では、タッチスクリーンタブレット等を、コンピュータシステム１４、ディスプレイ１６、ジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６のうちの任意又は全ての代替としてもよく、且つ／又はそれ（ら）の機能を冗長的に提供してもよいことが理解されるだろう。
【００１０】
制御コンピュータシステム１４が一般に、任意の計算システム又は装置からなり得ることを当業者は理解するだろう。適する計算システム又は装置は、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のうちの何れか含む分散計算環境等を含み得る。そのような計算システム又は装置は、本明細書に記載の機能を実行するソフトウェアを実行する１つ又は複数のプロセッサを含み得る。プロセッサは、プログラマブル汎用又は専用マイクロプロセッサ、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理装置（ＰＬＤ）等、又はそのような装置の組み合わせを含む。ソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等、又はそのような構成要素の組み合わせ等のメモリに記憶し得る。ソフトウェアは、光学に基づくディスク、フラッシュメモリデバイス、又はデータを記憶する任意の他のタイプの不揮発性記憶媒体等の１つ又は複数の記憶装置に記憶してもよい。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、構成要素、データ構造等を含む１つ又は複数のプログラムモジュールを含み得る。分散計算環境では、プログラムモジュールの機能は、有線又は無線の構成で、結合してもよく、又は複数の計算システム若しくは装置に分散し、サービス呼び出しを介してアクセスしてもよい。
【００１１】
ビジョン測定機１２は、可動式ワークピースステージ３２と、ズームレンズ又は交換式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式レンズは一般に、光学撮像システム３４によって提供される画像に様々な倍率を提供する。マシンビジョン検査システム１０は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第７，４５４，０５３号、同第７，３２４，６８２号、同第８，１１１，９０５号、及び同第８，１１１，９３８号にも記載されている。
【００１２】
図２は、図１のマシンビジョン検査システムと同様であり、本明細書に記載される機能を含むマシンビジョン検査システム１００の制御システム部１２０と、ビジョン構成要素部２００とのブロック図である。より詳細に後述するように、制御システム部１２０は、ビジョン構成要素部２００の制御に利用される。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、及び２４０と、中央透明部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を位置決めし得るステージ表面に略平行する平面内にあるＸ軸及びＹ軸に沿って移動制御可能である。光学アセンブリ部２０５は、カメラ系２６０と、交換式対物レンズ２５０とを含み、レンズ２８６及び２８８を有するターレットレンズアセンブリ２８０を含み得る。ターレットレンズアセンブリに対する代替として、固定レンズ、又は交換式の倍率変更レンズ、又はズームレンズ構成等を含み得る。
【００１３】
光学アセンブリ部２０５は、制御可能なモータ２９４を使用することにより、Ｘ軸及びＹ軸に略直交するＺ軸に沿って移動制御可能であり、モータは、アクチュエータを駆動して、光学アセンブリ部２０５をＺ軸に沿って移動させて、ワークピース２０の画像のフォーカスを変更する。制御可能なモータ２９４は、信号線２９６を介して入出力インタフェース１３０に接続される。
【００１４】
マシンビジョン検査システム１００を使用して撮像すべきワークピース２０又は複数のワークピース２０を保持するトレイ若しくは固定具は、ワークピースステージ２１０に配置される。ワークピースステージ２１０は、交換式対物レンズ２５０がワークピース２０上の位置間及び／又は複数のワークピース２０の間で移動するよう、光学アセンブリ部２０５に相対して移動するように制御し得る。透過照明光源２２０、落斜照明光源２３０、及び斜め照明光源２４０（例えば、リング光源）のうちの１つ又は複数は、光源光２２２、２３２、及び／又は２４２のそれぞれを発して、１つ又は複数のワークピース２０を照明し得る。光源２３０は、ミラー２９０を含む経路に沿って光２３２を発し得る。この光源光は、ワークピース光２５５として反射又は透過し、ワークピース光は、撮像に使用するために、交換式対物レンズ２５０及びターレットレンズアセンブリ２８０を通過し、カメラ系２６０に集められる。カメラ系２６０により取得されたワークピース２０の画像は、制御システム部１２０に向けて信号線２６２に出力される。光源２２０、２３０、及び２４０は、信号線又はバス２２１、２３１、及び２４１のそれぞれを通して制御システム部１２０に接続し得る。画像の倍率を変更するには、制御システム部１２０は、信号線又はバス２８１を通して、軸２８４に沿ってターレットレンズアセンブリ２８０を回転させて、ターレットレンズを選択し得る。
【００１５】
図２に示されるように、様々な例示的な実施形態では、制御システム部１２０は、コントローラ１２５と、入出力インタフェース１３０と、メモリ１４０と、ワークピースプログラム生成・実行器１７０と、電源部１９０とを含む。これらの構成要素のそれぞれ並びに後述する追加の構成要素は、１つ又は複数のデータ／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り、或いは様々な要素間の直接接続により相互接続し得る。
【００１６】
入出力インタフェース１３０は、撮像制御インタフェース１３１と、移動制御インタフェース１３２と、照明制御インタフェース１３３と、レンズ制御インタフェース１３４とを含む。撮像制御インタフェース１３１は、拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）モード１３１ｅを含み得、ユーザはこのモードを選択して、単一の合焦位置で合焦させたときにビジョン構成要素部２００によって提供される画像よりも被写界深度の深いワークピース画像を少なくとも１つ収集し得る。レンズ制御インタフェース１３４は、レンズ合焦駆動回路及び／又はルーチン等を含むＥＤＯＦレンズコントローラを含み得る。拡張被写界深度モード及びＥＤＯＦレンズ制御インタフェース及び／又はコントローラに関連付けられた動作及び構成要素については、図３〜図７を参照してさらに後述する。移動制御インタフェース１３２は、位置制御要素１３２ａと、速度／加速度制御要素１３２ｂとを含み得るが、そのような要素は統合且つ／又は区別不可能であってもよい。照明制御インタフェース１３３は、例えば、マシンビジョン検査システム１００の様々な対応する光源の選択、電力、オン／オフ切り替え、及び該当する場合にはストローブパルスタイミングを制御する照明制御要素１３３ａ、１３３ｎ、及び１３３ｆｌを含む。
【００１７】
メモリ１４０は、画像ファイルメモリ部１４１と、エッジ検出メモリ部１４０ｅｄと、１つ又は複数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と、ビデオツール部１４３とを含み得る。ビデオツール部１４３は、対応する各ビデオツールのＧＵＩ、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）と、ビデオツール部１４３に含まれる様々なビデオツールで動作可能な様々な関心領域（ＲＯＩ）を定義する自動、半自動、及び／又は手動の動作をサポートする関心領域（ＲＯＩ）生成器１４３ｒｏｉとを含む。ビデオツール部は、合焦高さ測定動作のＧＵＩ、画像処理動作等を決定するオートフォーカスビデオツール１４３ａｆも含む。本開示の文脈の中では、当業者に既知であるように、ビデオツールという用語は一般に、ビデオツールに含まれるステップごとの動作シーケンスを作成せずに、又は一般化されたテキストベースのプログラミング言語等を用いずに、比較的単純なインタフェース（例えば、グラフィカルユーザインタフェース、編集可能パラメータウィンドウ、メニュー等）を通してマシンビジョンユーザが実施することができる、自動又はプログラムされた比較的複雑な動作セットを指す。例えば、ビデオツールは、動作及び計算を管理する少数の変数又はパラメータを調整することにより、特定のインスタンスで適用されカスタマイズされた画像処理動作及び計算の複雑な事前にプログラムされたセットを含み得る。基本となる動作及び計算に加えて、ビデオツールは、ユーザがビデオツールの特定のインスタンスのパラメータを調整できるようにするユーザインタフェースを含む。例えば、多くのマシンビジョンビデオツールでは、ユーザは、マウスを使用しての単純な「ハンドルドラッグ」動作を通して、グラフィカル関心領域（ＲＯＩ）インジケータを構成し、ビデオツールの特定のインスタンスの画像処理動作によって解析すべき画像のサブセットのロケーションパラメータを定義することができる。可視のユーザインタフェース機能がビデオツールと呼ばれることもあり、基本となる動作が暗黙的に含まれることに留意されたい。
【００１８】
透過照明光源２２０、落斜照明光源２３０’、及び斜め照明光源２４０のそれぞれの信号線又はバス２２１、２３１、及び２４１はすべて、入出力インタフェース１３０に接続される。カメラ系２６０からの信号線２６２及び制御可能なモータ２９４からの信号線２９６は、入出力インタフェース１３０に接続される。画像データの伝送に加えて、信号線２６２は、画像取得を開始するコントローラ１２５から信号を伝送し得る。
【００１９】
１つ又は複数のディスプレイ装置１３６（例えば、図１のディスプレイ１６）及び１つ又は複数の入力装置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）も、入出力インタフェース１３０に接続することができる。ディスプレイ装置１３６及び入力装置１３８を使用して、ユーザインタフェースを表示することができ、ユーザインタフェースは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、これらの機能は、検査動作の実行、パートプログラムの作成及び／又は変更、カメラ系２６０によって取得された画像の閲覧、及び／又はビジョンシステム構成要素部２００の直接制御に使用可能である。ディスプレイ装置１３６は、ビデオツール１４３ａｆに関連付けられたユーザインタフェース機能を表示し得る。
【００２０】
例示的な様々な実施形態では、ユーザがマシンビジョン検査システム１００を利用して、ワークピース２０のパートプログラムを作成する場合、ユーザは、学習モードでマシンビジョン検査システム１００を動作させて、所望の画像取得トレーニングシーケンスを提供することにより、パートプログラム命令を生成する。例えば、トレーニングシーケンスは、代表的なワークピースの特定のワークピース要素を視野（ＦＯＶ）内に位置決めすること、照明レベルを設定すること、フォーカス又はオートフォーカスすること、画像を取得すること、及び画像に適用される検査トレーニングシーケンスを提供すること（例えば、ワークピース要素上にビデオツールの１つのインスタンスを使用して）を含み得る。学習モードは、シーケンスを取得し、対応するパートプログラム命令に変換するように動作する。これらの命令は、パートプログラムが実行される場合、マシンビジョン検査システムにトレーニングされた画像取得・検査動作を再現させ、パートプログラム作成時に使用された代表的なワークピースに一致する１つ又は複数の実行モードワークピース上の特定のワークピース要素（対応するロケーションでの対応する要素）を検査動作に自動的に検査させる。本明細書に開示されるシステム及び方法は、ユーザが、視覚的検査及び／又はワークピースプログラム作成のためにワークピースをナビゲートしている間、ＥＤＯＦビデオ画像をリアルタイムで見ることができるという点で、そのような学習モード及び／又は手動動作中に特に有用である。ユーザは、特に高倍率で面倒であり、時間がかかり得るワークピースでの様々な顕微鏡的要素の高さに応じて高倍率画像を常に再合焦する必要がない。
【００２１】
図３は、マシンビジョン検査システムに適合され、本明細書に開示される原理により動作し得るＥＤＯＦ撮像システム３００の第１の実施形態の概略図を示す。撮像システム３００は、単一の合焦位置での撮像システムよりも深い（例えば、様々な実施形態では１０〜２０倍、又はそれ以上）被写界深度を有するワークピースの少なくとも１つの画像を提供するように構成可能である。撮像システム３００は、撮像システム３００の視野内のワークピースを照明するように構成可能な光源３３０と、対物レンズ３５０と、リレーレンズ３５１と、リレーレンズ３５２と、可変焦点距離レンズ３７０と、チューブレンズ３８６と、カメラ系３６０とを含む。
【００２２】
動作に際して、光源３３０は、ミラー３９０を含む経路に沿ってワークピース３２０の表面に光源光３３２を発するように構成可能であり、対物レンズ３５０は、ワークピース３２０の近傍の合焦位置ＦＰで合焦するワークピース光を含むワークピース光３５５を受け取り、ワークピース光３５５をリレーレンズ３５１に出力する。リレーレンズ３５１は、ワークピース光３５５を受け取り、リレーレンズ３５２に出力する。リレーレンズ３５２は、ワークピース光３５５を受け取り、可変焦点距離レンズ３７０に出力する。リレーレンズ３５１とリレーレンズ３５２とで、対物レンズ３５０と可変焦点距離レンズ３７０との間に４ｆリレー光学系を構成し、ワークピース３２０の各Ｚ高さ及び／又は合焦位置ＦＰに一定の倍率を提供する。可変焦点距離レンズ３７０は、ワークピース光３５５を受け取り、チューブレンズ３８６に出力する。可変焦点距離レンズ３７０は、１つ又は複数の画像露光中に撮像システムの合焦位置ＦＰを変更するように電子的に制御可能である。合焦位置ＦＰは、合焦位置ＦＰ１及び合焦位置ＦＰ２によって区切られる範囲Ｒ内で移動し得る。いくつかの実施形態では、ユーザが、例えば、撮像制御インタフェース１３１のＥＤＯＦモード１３１ｅにおいて範囲Ｒを選択し得ることを理解されたい。
【００２３】
様々な実施形態では、マシンビジョン検査システムは制御システム（例えば、制御システム１２０）を含み、この制御システムは、撮像システム３００の合焦位置を周期的に変調するよう可変焦点距離レンズ３７０を制御するように構成可能である。いくつかの実施形態では、可変焦点距離レンズ３７０は、合焦位置を非常に高速に調整又は変調し得る（例えば、少なくとも３００Ｈｚ、３ｋＨｚ、又はそれよりもはるかに高いレートで周期的に）。いくつかの実施形態では、範囲Ｒは１０ｍｍの大きさとし得る（例えば、１倍の対物レンズ３５０の場合）。様々な実施形態では、可変焦点距離レンズ３７０は、有利なことに、合焦位置ＦＰを変更するために、いかなる巨視的機械的調整撮像システム及び／又は対物レンズ３５０とワークピース３２０との距離の調整を必要としないように選ばれる。そのような場合、ＥＤＯＦ画像を高速で提供し得、さらに、同じ撮像システムが、精密測定（例えば、数μｍのオーダの精度）で使用しなければならない固定合焦検査画像の取得等に使用される場合、正確性を低下させる巨視的調整要素もなければ、関連付けられる位置決め非再現性がない。例えば、いくつかの実施形態では、ＥＤＯＦ画像をユーザの表示画像として使用し、後に、合焦位置の周期的な変調を終了して（例えば、上述したＥＤＯＦモード制御要素１３１ｅ又は能動的測定動作に基づく自動終了等を使用して）、撮像システムに固定合焦位置を提供することが望ましい。次に、システムを使用して、固定合焦位置で撮像システムを使用して特定の要素の測定画像を露光させ得、その安定した高分解能測定画像を処理して、ワークピースの正確な測定を提供し得る。
【００２４】
いくつかの実施形態では、可変焦点距離レンズ３７０は、可変音響式屈折率分布型レンズ（tunable acoustic gradient index of refraction lens）である。可変音響式屈折率分布型レンズは、流体媒体内で音波を使用して、合焦位置を周期的に変調し、数百ｋＨｚの周波数である範囲の焦点距離を周期的に掃引し得る高速可変焦点距離レンズである。そのようなレンズは、記事「High-speed varifocal imaging with a tunable acoustic gradient index of refraction lens（可変音響式屈折率分布型レンズを使用する高速可変焦点撮像）」（Optics Letters, Vol. 33, No. 18, September 15, 2008）の教示によって理解し得る。可変音響式屈折率分布型レンズ及び関連する制御可能信号生成器は、例えば、ニュージャージー州プリンストン（Princeton）に所在のTAG Optics, Inc.から入手可能である。例えば、ＳＲ３８シリーズのレンズは、最高で１．０ＭＨｚまでの変調が可能である。
【００２５】
可変焦点距離レンズ３７０は、ＥＤＯＦレンズコントローラ３７４によって駆動し得、このコントローラは、可変焦点距離レンズ３７０を制御する信号を生成し得る。一実施形態では、ＥＤＯＦレンズコントローラ３７４は、上記で参照したような市販の制御可能信号生成器であり得る。いくつかの実施形態では、ＥＤＯＦレンズコントローラ３７４は、図２を参照して上述した撮像制御インタフェース１３１、ＥＤＯＦモード１３１ｅのユーザインタフェース、及び／又はレンズ制御インタフェース１３４を通して、ユーザ及び／又はオペレーティングプログラムによって構成又は制御し得る。いくつかの実施形態では、可変焦点距離レンズ３７０は、合焦位置ＦＰが高周波数で、時間の経過に伴って正弦波的に変調されるように、周期信号を使用して駆動し得る。例えば、いくつかの例示的な実施形態では、可変音響式屈折率分布型レンズを、４００ｋＨｚという高速焦点スキャン用に構成し得るが、様々な実施形態及び／又は用途では、より遅い合焦位置調整及び／又は変調周波数が望ましいことがあることを理解されたい。例えば、様々な実施形態では、３００Ｈｚ又は３ｋＨｚ等の周期的変調を使用し得る。そのようなより遅い合焦位置調整が使用される実施形態では、可変焦点距離レンズ３７０は制御可能流体レンズ等を含み得る。
【００２６】
図３に示されるＥＤＯＦ撮像システムの実施形態は、ＥＤＯＦ撮像システム及び関連付けられた信号処理が、ＥＤＯＦ撮像システムからの予備画像の計算的なデコンボリューションを実行し、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像を概ねリアルタイムで提供するように構成される場合に使用可能である。例えば、制御システム（例えば、図２に示される制御システム部１２０）は、画像露光中にＥＤＯＦ合焦範囲にわたり合焦位置を変調する少なくとも１回の掃引の過程中に第１の予備画像を収集し、ピンぼけであり得る第１の予備画像を処理して、比較的鮮明な画像を決定するように構成される。一実施形態では、予備画像は、予備画像の合焦範囲に対応する既知又は所定の点拡散関数（ＰＳＦ：Point spread function）を使用して処理又はデコンボリューションし得る。点拡散関数（ＰＳＦ）は、錯乱円、すなわち、撮像システムから所与の距離にある点光源の円形画像を、錯乱円の半径ｒ及び合焦位置ＦＰの関数として特徴付ける。点拡散関数は、撮像システム（例えば、撮像システム３００）に関して経験的に決定することができ、ピルボックス（pill box）又はガウス曲線等の関数にモデル化された点拡散関数を使用して推定してもよく、又は既知の方法により基本回折原理、例えば、フーリエ光学を使用して推測してもよい。合焦範囲内の様々な合焦距離でのそのような点拡散関数は、予期される露光寄与又は妥当性に従って加重（重み付け）し得る。例えば、露光中に焦点距離が移動する場合、各焦点距離は、その露光内の対応する時間期間中の画像露光に寄与し、その距離に対応する点拡散関数をそれに従って加重し得る。そのような加重点拡散関数寄与は、予期される合焦範囲Ｒにわたって合算又は積分し得る。代替的には、焦点距離変化が時間の既知の関数である場合、そのような点拡散関数寄与は、以下の図３を参照して示される手法と同様に、予期される合焦範囲Ｒの掃引に対応する時間期間にわたって積分し得る。
【００２７】
変調合焦位置を有する撮像システムでは、積分点拡散関数ｈは、次式の関係になる。
【数１】
2015104136.tif 000003
式中、Ｐ（ＦＰ（ｔ））は点拡散関数であり、ＦＰ（ｔ）は時間依存合焦位置である。マシンビジョン検査システムの撮像システムの合焦位置は、第１の予備画像の画像露光又は積分時間に対応する合計積分時間Ｔにわたり、時間ｔの関数として変調し得る。
【００２８】
第１の予備画像のデコンボリューションは、いくつかの用途では「ブラー関数」と呼び得る積分点拡散関数ｈから、露光で各持続時間を有するある範囲の合焦位置にわたって露光される高被写界深度画像をデコンボリューションする逆演算として理解し得る。第１の予備画像は、次式の２次元関数ｇ（ｘ，ｙ）として表すことができ、積分点拡散関数ｈを用いた拡張被写界深度画像ｆ（ｘ，ｙ）（寸法ｍ×ｎを有する画像アレイに対応する）のコンボリューションとなる。
ｇ（ｘ，ｙ）＝ｆ＊ｈ＝ΣmΣnｆ（ｍ，ｎ）ｈ（ｘ−ｍ，ｙ−ｎ）    式２  
【００２９】
周波数領域では、このコンボリューションは、Ｆ及びＨとして表されるｆ及びｈのフーリエ変換の積で表し得る。
Ｇ＝Ｆ・Ｈ          式３
ｆ及びｈのフーリエ変換は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを使用して効率的に特定し得る。ＥＤＯＦ画像（周波数領域での）は、ここではＨrとして示されるＨの逆行列で画像Ｇを処理する（すなわち、乗算する）ことによって特定し得る。逆行列Ｈrは、いくつかの既知の方法で計算し得る。例えば、Ｈの単純な疑似逆行列は、式
【数２】
2015104136.tif 000004
によって特定し得る。式中、Ｈ*はＨの複素共役であり、ｋは、撮像システム３００の機能に経験的に基づいて選ばれる実数である。例示的な一実施形態では、ｋは０．０００１である。最後に、拡張被写界深度画像ｆを、
【数３】
2015104136.tif 000005
として計算し得る。疑似逆行列に対するよりロバストな代替は、Kenneth R.  CastlemanによるDigital Image Processing（Rentice-Hall, Inc., 1996）に記載されるウィナーデコンボリューション（Wiener Deconvolution）又はルーシーリチャードソン反復アルゴリズム(Lucy-Richardson iterative algorithm)に従って計算し得る。さらに、画像の処理はブロックに基づくノイズ除去を含み得る。
【００３０】
異なる実施形態では、図５及び図６に関してさらに詳細に後述するように、フーリエ光学系の基本方法によりＥＤＯＦ撮像システムのフーリエ面に配置される受動的光学フィルタを使用して、デコンボリューションを光学的に実行して、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像をリアルタイムで提供し得る。
【００３１】
例示的な実施形態では、撮像システム３００は第１の予備画像を提供し得、この画像は、露光中に所望の合焦範囲にわたって取得された情報を含むピンぼけ画像である。そして、第１の予備画像は、上述したように計算的に処理され、撮像システム３００が単一の合焦位置で提供し得るよりも深い（例えば、１００倍深い）被写界深度の拡張被写界深度画像を提供し得る。例えば、単一の合焦位置では、被写界深度は９０μｍであり得、撮像システム３００の同じ実施形態を使用して提供される拡張被写界深度画像は、９ｍｍと大きくなり得る。
【００３２】
図４は、本明細書に開示される原理によりＥＤＯＦ撮像システム（例えば、撮像システム３００）の一実施形態において使用し得る、画像露光中の合焦高さ（合焦位置）の例示的なタイミング図４００を示す。タイミング図４００はさらに、撮像システムのカメラの露光時間を示す。一般的に言えば、以下の説明ではフレーム露光とも呼ばれるＥＤＯＦ画像露光は、露光中に撮像システムの合焦高さを所望の合焦範囲にわたって変調する少なくとも１回の掃引にわたり撮像システムによって実行し得る。タイミング図４００に示される特定の例では、所望の合焦範囲にわたる撮像システムの合焦高さの周期的な変調の少なくとも１つのサイクルに対応するフレーム露光が実行される。高速周期的変調は従来通り、調整可能音響勾配屈折率レンズを使用して実行される。より具体的には、一実施形態では、図４において反映される以下のステップが少なくとも１回繰り返されて、撮像システムが単一の合焦位置で提供するよりも深い被写界深度にわたり実質的に合焦されたＥＤＯＦ画像を提供する。
・撮像システム内の要素の間隔を巨視的に調整せずに、合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたる撮像システムの合焦位置（焦点面）を周期的に変調し、合焦位置は、少なくとも３００Ｈｚの周波数でワークピースの表面高さを含む合焦範囲で周期的に変調され、
・合焦範囲内で合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に第１の予備画像を露光させ、
・第１の予備画像を処理して、画像積分時間中に生じた劣化画像の寄与を除去して、撮像システムが単一の合焦位置で提供するよりも深い被写界深度にわたって実質的に合焦されたＥＤＯＦ画像を提供する。
【００３３】
上記の説明から、劣化画像の寄与が計算的に除去されるとき、第１の予備画像が、最初は劣化画像の寄与を含むピンぼけ画像であり得ることが理解されるだろう。この場合、第１の予備画像は、検出され、且つ／又は記録された画像データを含む。第１の予備画像を処理して、劣化画像の寄与を除去することは、第１の予備画像データを計算的に処理して、撮像システムが単一の合焦位置で提供するよいも深い被写界深度にわたって実質的に合焦されたＥＤＯＦ画像（第２の画像又は変更画像）を提供することを含む。したがって、第１の予備画像及び提供されるＥＤＯＦ画像は、この実施形態では、異なる画像及び／又は画像データを含む。
【００３４】
逆に、劣化画像の寄与が、光学フィルタ及び受動的フーリエ画像処理法を使用して除去される場合、第１の予備画像及びＥＤＯＦ画像は同時に生じ、第１の予備画像は、検出された画像又は記録された画像である必要はない。劣化画像の寄与を除去する第１の予備画像の処理は、ＥＤＯＦ撮像システムの出力又は検出器において、撮像システムが単一の合焦位置で提供されるよりも深い被写界深度にわたって実質的に合焦されるＥＤＯＦ画像を提供するために、ＥＤＯＦ撮像システムに入力される第１の予備画像光への受動的光学処理を含む。したがって、そのような実施形態では、ＥＤＯＦ撮像システムを通過する間、ＥＤＯＦ撮像システムのカメラ又は検出器で検出される前に、提供されるＥＤＯＦ画像がそのような実施形態で検出され記録された唯一の画像であるように、第１の予備画像が光学的に処理されることが考え得る。
【００３５】
本明細書に概説され、且つ／又は図４に示される方法のうちの任意の方法による合焦位置変調の制御は、図２に示されるＥＤＯＦモード要素１３１ｅ及びレンズ制御インタフェース１３４、及び／又は図３及び図５に示されるＥＤＯＦレンズコントローラ３７４及び５７４のそれぞれを参照して概説したように達成し得る。
【００３６】
本明細書に開示される原理により構成されるＥＤＯＦ撮像システムは、高速拡張被写界深度撮像を提供するため、そのような撮像システムを利用して、高速で拡張被写界深度画像を繰り返し収集し得、例えば、毎秒３０フレーム以上のフレームレートでのビデオ撮像では、複数の拡張被写界深度画像をリアルタイムビデオフレームとして表示し得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、周期的変調が範囲Ｒの所望の公称中心前後で行われるように、ユーザ入力（例えば、ＥＤＯＦモード要素１３１ｅのユーザインタフェース機能を使用して）に応答して、周期的変調の範囲Ｒの公称中心に関連する制御信号構成要素への調整を行うことが可能である。いくつかの実施形態では、そのような調整は、画像露光中に自動的に変更し、例えば、単一の周期的変調によって達成される合焦範囲を超えて合焦範囲をさらに拡張するように制御することさえも可能である。
【００３８】
タイミング図は、例示のために、各フレーム露光に７周期分の合焦高さ変調を含ませて示すが、様々な実施形態では、本明細書に開示される原理により構成されるマシンビジョン検査システムが、１フレーム露光につき、はるかに多い周期の合焦高さ変調を行う撮像システムを含み得ることを理解されたい。例えば、例示的な撮像システムは、毎秒３０フレームでビデオ画像を収集し得、３０ｋＨｚのレートで合焦高さを変調し得、したがって、１フレーム露光につき１０００周期の合焦高さ変調を提供する。そのような構成の一利点は、周期的変調内のフレーム露光間のタイミング関係があまり重要ではないことである。例えば、式１は、劣化画像の寄与の除去に使用される積分点拡散関数が、画像露光を通しての時間の関数としての合焦位置に依存することを示す。仮定される積分点拡散関数が、画像露光を通しての時間の関数としての実際の合焦位置に一致しない場合、劣化画像の寄与は理想的には扱われない。積分点拡散関数が、合焦範囲全体にわたる完全な１周期の合焦変調に基づいて仮定されており、且つ周期的合焦変調の１周期（又は数周期）のみが画像露光中に使用される場合、露光が変調周期の非整数倍の期間後に終了してしまうと、実際に積分される実際の合焦位置は、仮定される積分点拡散関数と比較してかなり「アンバランス」であり得る。逆に、画像露光中の累積周期数が大きい、例えば、少なくとも５周期、又は好ましくはそれ以上である場合（すなわち、変調周期の５倍以上の場合）であれば、露光が周期の非整数倍で終了しても、不完全な周期によるアンバランスな寄与は比較的小さくすることができ、仮定した積分点拡散関数は、略理想的に動作する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、周期的に変調される合焦位置の少なくとも１周期中に第１の画像を収集することは、変調周期の整数倍の期間に画像を露光することを含み得る。上記考察に基づいて、これが、ＥＤＯＦ画像露光が比較的少数の周期的合焦変調周期（例えば、５周期未満）の場合に特に有効であり得ることが理解されるだろう。例えば、これは、過剰露光及び／又は動きのフリーズ等を回避するために、露光時間を比較的短くしなければならない場合に生じ得る。
【００４０】
タイミング図４００に示される例では、合焦位置は正弦波変調される。いくつかの実施形態では、画像積分時間は、所望の合焦範囲の全体（例えば、図４に示されるように、周期的に変調される合焦位置のうちの少なくとも１つの期間）にわたる合焦変化を含む。いくつかの実施形態では、正弦波変調のより線形部分中のみで画像を露光することが望ましいことがある。これにより、合焦位置変調内の各高さでよりバランスのとれた露光時間が可能になる（例えば、正弦波合焦変調の両極での比較的長い合焦位置滞留時間をなくし得る）。したがって、いくつかの実施形態では、画像積分時間中の画像の露光は、周期的に変調された合焦位置の範囲内の異なる合焦位置のそれぞれで露光寄与の影響がそれぞれ異なるように、周期的変調合焦位置と同期した強度変動（例えば、オン／オフサイクル又はより漸次的な強度変動）を有する照明を提供することを含む。ストローブ照明がオフの場合、フレーム露光が実質的に画像寄与を受けないことが理解されるだろう。タイミング図４００は、画像の露光に使用し得る２つの例示的な積分期間ＩＰＡ及びＩＰＢを示す。例示的な積分期間ＩＰＡ及びＩＰＢは、正弦波変調の両極端近傍の領域を除外する。すなわち、両方とも、正弦波変調の極端部から、周期長の少なくとも１５パーセント離れている。積分期間ＩＰＡ及びＩＰＢは、既知の方法に従って、フレーム露光中に対応するストローブ照明を提供することによって制御し得る。
【００４１】
図５は、マシンビジョン検査システムに適合し、本明細書に開示される原理により動作し得るＥＤＯＦ撮像システム５００の第２の実施形態の概略図を示す。撮像システム５００は図３の撮像システム３００と同様である。図３において３ＸＸ及び図５において５ＸＸと記される同様に付番される要素は、同様又は同一であるものとして理解し得、大きな違いについてのみ、図５に関して説明する。図５に示されるＥＤＯＦ撮像システムの実施形態は、ＥＤＯＦ撮像システムが、ＥＤＯＦ撮像システムにおいて予備画像光の受動的光学デコンボリューションを実行し、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像を撮像システムのカメラ及び／又は検出器にリアルタイムで出力するように構成される場合に使用可能である。図５に示される実施形態では、撮像システム５００はさらに、第１のフィルタリングレンズ５５３と、第２のフィルタリングレンズ５５４と、光学デコンボリューションフィルタ５５６とを含む。第１のフィルタリングレンズ５５３及び第２のフィルタリングレンズ５５４は、フーリエ面に配置される光学デコンボリューションフィルタ５５６を用いて４ｆリレー光学系を提供する。光学デコンボリューションフィルタ５５６は、図６を参照してさらに詳細に後述するように、撮像システム５００に対して決定される積分点拡散関数から導出し得る。動作に際して、光学デコンボリューションフィルタ５５６は、可変焦点距離レンズ５７０から予備画像光が入力され、この画像光を光学的にフィルタリングする処理をして、出力ＥＤＯＦ画像をカメラ５６０に提供するように構成され、出力ＥＤＯＦ画像は、カメラ５６０にリアルタイムで出力される比較的鮮明なＥＤＯＦ画像である。
【００４２】
図６Ａは、第１の例示的な光学フィルタを特徴付けるグラフ６００Ａであり、この光学フィルタは、ＥＤＯＦ撮像システムのフーリエ面に配置して（例えば、図５の光学デコンボリューションフィルタ５５６の実施形態として）、ＥＤＯＦ撮像システムからの画像の光学デコンボリューションを実行し、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像をリアルタイムで提供し得る。グラフは、光学伝達曲線６１０Ａを示す。光学伝達曲線６１０Ａは、光学フィルタの中心で最小である線形光学伝達プロファイルを含む。瞳径の縁部近傍の光学フィルタの周辺において、光学伝達値は１００％である。瞳径を超えると、光学伝達はゼロである。グラフ６００Ａを特徴とする光学フィルタは、デコンボリューションプロセスでハイパス空間フィルタとして動作する。
【００４３】
図６Ｂは、第２の例示的な光学フィルタを特徴付けるグラフ６００Ｂであり、この光学フィルタをＥＤＯＦ撮像システムのフーリエ面に使用して（例えば、図５の光学デコンボリューションフィルタ５５６の実施形態として）、ＥＤＯＦ画像システムからの画像の光学デコンボリューションを実行し、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像をリアルタイムで提供し得る。グラフは光学伝達曲線６１０Ｂを示す。光学伝達曲線６１０Ｂは、光学フィルタの中心で最小である二次光学伝達プロファイルを含む。瞳径の縁部近傍の光学フィルタの周辺において、光学伝達値は１００％である。瞳径を超えると、光学伝達はゼロである。グラフ６００Ｂを特徴とする光学フィルタも、デコンボリューションプロセスでハイパス空間フィルタとして動作する。グラフ６００Ａ及びグラフ６００Ｂを特徴とする光学フィルタは例示的なものであって、これらに限定するものではない。他の伝達プロファイルを有する光学フィルタ、例えば、位相変更フィルタを使用してもよいことを理解されたい。
【００４４】
図７は、ＥＤＯＦ撮像システムからの予備画像の計算的デコンボリューションを実行し、比較的鮮明なＥＤＯＦ画像を概ねリアルタイムで提供するために、マシンビジョン検査システムの撮像システムの動作及び関連付けられた信号処理の方法の一実施形態を示す。
【００４５】
ブロック７１０において、ワークピースは、マシンビジョン検査システムの視野に配置される。
【００４６】
ブロック７２０において、撮像システムの合焦位置は、撮像システム内の要素間の間隔を巨視的に調整せずに、合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたり周期的に変調される。合焦位置は、少なくとも３００Ｈｚの周波数（又はいくつかの実施形態では、さらに高い周波数）でワークピースの表面高さを含む合焦範囲内で周期的に変調される。
【００４７】
ブロック７３０において、第１の予備画像は、合焦範囲内で合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に露光される。
【００４８】
ブロック７４０において、第１の予備画像からのデータが処理されて、画像積分時間中に合焦範囲内で生じる劣化画像の寄与を除去し、撮像システムが単一の合焦位置で提供するよりも深い被写界深度にわたり実質的に合焦された画像を提供する。
【００４９】
本発明の様々な実施形態を示し説明したが、機能及び動作の順序の図示の構成及び記載の構成の多くの変更が、本開示に基づいて当業者には明らかであろう。したがって、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、様々な変更を行い得ることが理解されるだろう。
【符号の説明】
【００５０】
１０、１００  マシンビジョン検査システム
１２  ビジョン測定機
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、２１０  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
１２５  コントローラ
１３０  入出力インタフェース
１３１  撮像制御インタフェース
１３１ｅ  拡張被写界深度モード
１３２  移動制御インタフェース
１３２ａ  位置制御要素
１３２ｂ  速度／加速度制御要素
１３３  照明制御インタフェース
１３３ａ、１３３ｎ、１３３ｆｌ  照明制御要素
１３４  レンズ制御インタフェース
１３６  ディスプレイ装置
１３８  入力装置
１４０  メモリ
１４０ｅｄ  エッジ検出メモリ部
１４１  画像ファイルメモリ部
１４２  ワークピースプログラムメモリ部
１４３、１４３ａ、１４３ｎ  ビデオツール部
１４３ａｆ  オートフォーカスツール
１４３ｒｏｉ  関心領域生成器
１７０  ワークピースプログラム生成・実行器
１９０  電源部
２００  ビジョン構成要素部
２０５  光学アセンブリ部
２１２  中央透明部
２２０、２３０、２３０’、２４０、３３０  光源
２２１、２３１、２４１、２６２、２８１、２９６  信号線
２２２、２３２、２４２  光源光
２５０、３５０  対物レンズ
２５５、３５５  ワークピース光
２６０、３６０  カメラ系
２８０  ターレットレンズアセンブリ
２８６、２８８  レンズ
２８４  軸
２９０  ミラー
２９４  モータ
３００、５００  ＥＤＯＦ撮像システム
３５１、３５２  リレーレンズ
３７０  可変焦点距離レンズ
３７４  ＥＤＯＦレンズコントローラ
３８６  チューブレンズ
３９０  ミラー
４００  タイミング図
５５３  第１のフィルタリングレンズ
５５４  第２のフィルタリングレンズ
５５６  光学デコンボリューションフィルタ
５６０  カメラ
６００Ａ、６００Ｂ  グラフ
【図１】
2015104136.tif 000006
【図２】
2015104136.tif 000007
【図３】
2015104136.tif 000008
【図４】
2015104136.tif 000009
【図５】
2015104136.tif 000010
【図６Ａ】
2015104136.tif 000011
【図６Ｂ】
2015104136.tif 000012
【図７】
2015104136.tif 000013