(57)【要約】 【課題】  画像測定方法及び検査システムに対するオートフォーカスシステム及び方法は、比較的低コストで柔軟なハードウェアを用いる一方で高速及び高精密な自動合焦を提供する。【解決手段】カメラによって出力される画像フレームの部分が、所望の対象領域と連携して決定された限定読出画素集合に基づき、オートフォーカス画像に対して最小化される。その限定読出画素集合は最大化された画像取得速度を可能とし、次いでそれがオートフォーカス画像取得位置の間でより高速な運動を可能として、特定の対象領域に関して略最適化されている対応するオートフォーカス実行速度で所望のオートフォーカス精密性を達成する。ストロボ照明が用いられて、オートフォーカス速度及び精度を更に改良する。様々な関連オートフォーカス制御パラメータに適合すると共にそれをプログラムするための方法を提供する。【選択図】  図６
2005156554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラの全視野と対応する画素集合を有するカメラであって、限定読出画素集合の少なくとも１つの形態である画素値を出力すべく動作可能であり、前記限定読出画素集合の前記少なくとも１つの形態が前記カメラの視野の少なくとも１つの方向に沿ってこのカメラの前記全視野よりも実質的に小さいものと対応していることから成るカメラと、少なくとも１つのレンズと、を備える撮像システムと、
焦点軸位置センサを有する焦点軸を含む複数の制御可能な運動軸と、
制御システム部と、
ワークを担う載物ステージであり、該載物ステージ及び前記撮像システムのうちの少なくとも１つが他の少なくとも前記焦点軸に沿っての相対運動を提供すべく移動可能であることからなる載物ステージと、を備えて構成される精密画像測定検査システムを動作させて、
ワークの対象領域を検査するために使用可能な少なくとも近似的な最良焦点位置である推定最良焦点位置を決定する画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法であって、
前記対象領域の少なくとも大部分と前記カメラの視野における限定読出画素集合の少なくとも一部とを重複させる重複工程と、
連続運動を用いて前記焦点軸方向に沿って合焦撮像範囲を横切ることを含む運動を提供する工程と、
実効的な露光及び持続する露光によるオートフォーカス画像を前記連続運動中の前記カメラに入力させる入力工程と、
前記オートフォーカス画像の前記限定読出画素集合の前記画素値を前記連続運動中に前記制御システム部に出力する出力工程であり、前記オートフォーカス画像の前記出力画素値が、前記カメラの視野における少なくとも１つの方向に沿ってこのカメラの前記全視野よりも実質的によりも小さいものと対応していることから成る出力工程と、
前記入力工程及び前記出力工程を反復して、前記合焦撮像範囲に沿った移動時に取得された複数のオートフォーカス画像と対応する複数の限定読出画素集合に対するデータを提供する工程と、
前記複数のオートフォーカス画像のうちの少なくとも幾つかに対して前記焦点軸に沿って各位置を決定する工程と、
複数の前記限定読出画素集合に対するデータの内の少なくとも幾つかと、前記複数のオートフォーカス画像の内の少なくとも幾つかに対する前記焦点軸に沿っての各種位置の内の少なくとも幾つかと、に基づきワークの対象領域を検査するために使用可能な少なくとも近似的な前記最良焦点位置である推定最良焦点位置を決定する工程と、を含み、
前記出力動作の前記出力画素値が前記カメラの全視野と対応する前記全画素集合を出力するために必要な時間より実質的に短い時間で出力され、
前記入力及び出力を為す工程を反復する工程が、入力画像の入力と前記カメラの全視野と対応する画素集合の出力とに対応する標準時間よりも短い低減時間以内で実行され、
前記複数のオートフォーカス画像が前記低減時間と前記提供された運動とに少なくとも部分的に依存するように前記合焦撮像範囲に沿って分布されて隣接するオートフォーカス画像の各位置間における前記焦点軸に沿っての最大間隔が、少なくとも近似的に前記最良焦点位置である前記推定最良焦点位置を所望レベルの精度まで決定するために動作し、
前記合焦撮像範囲の少なくとも一部にわたる前記運動が、前記標準時間と組み合わされて許容可能な最高速の運動よりも実質的により高速となって、隣接オートフォーカス画像の各位置間のその最大間隔によって前記焦点軸方向に沿って離間されている隣接オートフォーカス画像を仮想的に作り出すことからなる画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項２】
前記対象領域の前記少なくとも大部分が前記対象領域の全てを含む請求項１に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項３】
限定読出画素集合の前記少なくとも１つの形態が選択可能な場所と前記カメラの視野の少なくとも１つの寸法に沿っての選択可能な範囲とのうちの少なくとも一方を有する複数画素から成る集合を含み、
前記重複工程が、選択可能な場所と前記限定読出画素集合を前記対象領域の前記少なくとも大部分と重複させる選択可能な範囲とのうちの少なくとも一方に従った前記カメラの動作を含む請求項１に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項４】
限定読出画素集合の前記少なくとも１つの形態が前記少なくも１つの方向に沿っての前記カメラの視野に対して固定されるスパンを有する複数画素から成る集合を含み、
前記整合工程が、前記対象領域の前記少なくとも大部分を前記限定読出画素集合と重複させる位置に従って前記撮像システムに対して前記ワークの位置決めを含む請求項１に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項５】
前記焦点軸に沿っての各位置を決定する前記工程が、前記複数のオートフォーカス画像のうちの前記少なくとも幾つかの各々と対応する少なくとも前記焦点軸位置センサの各位置出力を決定することを含み、
前記各位置出力の各々が前記対応する各実効的露光時間と相関するタイミングを有する請求項１に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項６】
前記各位置出力と、前記複数のオートフォーカス画像の前記少なくとも幾つかの各々と対応する前記出力画素値と、が前記制御システム部によって記憶され、
前記焦点軸位置を決定する前記工程が前記各位置出力と前記複数のオートフォーカス画像のうちの前記少なくとも幾つかの各々と対応する前記出力画素値との全てが記憶された後に完了する請求項５に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項７】
各第１制御信号が各実効的露光持続時間のスタートを決定し、前記各位置出力を決定する前記工程が前記各第１制御信号に対して決定的なタイミングで前記各位置出力を取り込むことを含む請求項５に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項８】
前記連続相対運動が加速を含み、
前記オートフォーカス画像のうちの少なくとも幾つかがその加速中に入力される請求項１に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項９】
先ず、各種位置の提供、入力、出力、反復、決定と、前記推定最良焦点位置の決定との諸工程を、比較的より大きな最大間隔を伴う比較的より大きな合焦撮像範囲にわたって実行し、
前記推定最良焦点位置の決定が比較的より良好な近似的焦点位置の決定を含み、
次に、各種位置の提供、入力、出力、反復、決定と、前記推定最良焦点位置の決定との諸工程を、比較的より小さな最大間隔を伴う前記決定された比較的より良好な近似的焦点位置を含む比較的より小さな画像範囲にわたって実行し、
前記推定最良焦点位置を決定する前記工程が、比較的より劣った近似的最良焦点位置を決定することを含み、
そして、前記より劣った近似的焦点位置が少なくとも前記対象領域における前記ワークを検査するために使用される請求項１に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項１０】
前記焦点軸位置が少なくとも近似的に前記最良焦点位置である前記決定された推定最良焦点位置で設定され、検査画像がその位置で取得され、そして、その検査画像が少なくとも前記対象領域における前記ワークを検査するために使用される請求項１に記載の推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項１１】
少なくとも近似的に前記最良焦点位置である前記決定された推定最良焦点位置が、その位置で前記精密画像測定検査システムの前記焦点軸位置を実際に設定することなしに、前記対象領域において検査されるべき特徴に対する特徴座標値として使用される請求項１に記載の画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法。
【請求項１２】
カメラの全視野と対応する画素集合を有するカメラであって、限定読出画素集合の少なくとも１つの形態である画素値を出力すべく動作可能であり、限定読出画素集合の前記少なくとも１つの形態が前記カメラの視野の少なくとも１つの寸法に沿って該カメラの前記全視野よりも実質的に劣ったものと対応していることから成るカメラと、少なくとも１つのレンズと、を備える撮像システムと、
焦点軸位置センサを有する焦点軸を有する複数の制御可能な運動軸と、
制御システム部と、
ワークを担う載物ステージであって、この載物ステージ及び前記撮像システムのうちの少なくとも１つが他の少なくとも前記焦点軸に沿っての相対運動を提供すべく移動可能であることから成る載物ステージと、
ワーク画像を表示すべく使用可能な表示部と、
少なくとも１つのオートフォーカスツールを含んだ複数のユーザインターフェース要素を有するグラフィカルユーザインターフェースと、を備えて構成された前記精密画像測定検査システムに対して、ワークの対象領域を検査するために使用可能な少なくとも近似的に最良焦点位置である推定最良焦点位置を自動的に決定すべく使用可能なマシン制御命令から成る集合を決定するための訓練モード動作の制御方法であって、
対象領域を規定するとともに、この対象領域の少なくとも大部分と重複する限定読出画素集合を規定する工程であって、少なくとも前記対象領域がオートフォーカスツールの動作と関連されたオートフォーカスウィジェットを用いて規定され、そのオートフォーカスウィジェットが前記ワークの表示画像上に位置決め可能であり、前記出力画素値が前記カメラの視野における少なくとも１つの寸法に沿っての該カメラの全視野よりも実質的により小さいものと対応し、オートフォーカス画像の前記限定読出画素集合の前記画素値が、前記カメラの全視野と対応する前記全画素集合を出力するために必要とされる時間よりも実質的により短い時間で前記制御システム部に出力可能であることからなる対象領域を規定するとともに限定読出画素集合を規定する工程と、
前記対象領域に対するオートフォーカス動作から成る集合を決定すべく使用可能なオートフォーカスパラメータから成る集合を規定する工程と、
前記対象領域に対するオートフォーカス動作から成る集合を決定する工程であって、実行モード合焦撮像範囲を決定し、連続運動を用いて前記焦点軸方向に沿っての前記合焦撮像範囲を横切ることを含む実行モードオートフォーカス運動を決定し、前記連続運動中にオートフォーカス画像を前記カメラ内に入力するために使用可能な実行モード照明レベル及び露光持続時間を決定するオートフォーカス動作から成る集合を決定する工程と、
反復的な、実効的な露光時間及び露光持続時間を有する各種オートフォーカス画像の入力と、前記連続運動中に前記合焦撮像範囲に沿って分布された複数のオートフォーカス画像と対応する複数の限定読出画素集合に対する各データの出力と、を決定すべく諸動作を提供する工程と、
前記複数のオートフォーカス画像のうちの少なくとも幾つかに対する前記焦点軸に沿っての各位置を決定すべく諸動作を提供する工程と、を含み、
複数の限定読出画素集合に対する前記データの内の少なくとも幾つかと、前記複数のオートフォーカス画像のうちの少なくとも幾つかに対する前記焦点軸に沿っての前記各位置のうちの少なくとも幾つかと、に基づき、ワークの対象領域を検査するために使用可能である少なくとも近似的に前記最良焦点位置である前記推定最良焦点位置を決定すべく諸動作を提供する工程と、
前記決定された反復的な、各オートフォーカス画像の入力と複数の限定読出画素集合に対する各データの出力とが、入力画像の入力と前記カメラの全視野と対応する画素集合の出力とに対応する標準時間より少ない低減時間以内で実行され、
前記複数のオートフォーカス画像が前記低減時間と前記オートフォーカス運動とに少なくとも部分的に依存するように前記合焦撮像範囲に沿って分布されて、隣接するオートフォーカス画像の各位置の間の前記焦点軸に沿っての最大間隔が、少なくとも近似的に前記最良焦点位置である前記推定最良焦点位置を所望レベルの精度まで決定するために動作し、
前記オートフォーカス運動が前記標準時間と組み合わされて許容可能な最高速の運動よりも、前記合焦撮像範囲の少なくとも一部にわたる前記焦点軸に沿って、実質的により高速となって、隣接オートフォーカス画像の各位置の間のその最大間隔を仮想的に作り出すことから成る画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項１３】
隣接オートフォーカス画像の前記各位置間の前記焦点軸に沿っての前記最大間隔が多くとも所定限界と同等である請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項１４】
前記所定限界が現行レンズの少なくとも１つのレンズ特性に基づき決定される請求項１３に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項１５】
前記レンズ特性が、ａ）前記現行レンズに対して予想される公称焦点曲線幅、及び、ｂ）前記現行レンズに対して予想される公称焦点曲線幅を少なくとも部分的に決定する特性のうちの一方を含み、前記所定限界が前記現行レンズに対して前記予想される公称焦点曲線幅と実効的に且つ近似的に比例する請求項１４に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項１６】
前記制御システム部が前記対象領域の少なくとも大部分と重複する限定読出画素集合を自動的に規定する請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項１７】
限定読出集合の前記少なくとも１つの形成が所定のサイズ及び形状を有する限定読出画素集合を含み、
前記オートフォーカスツールウィジェットが前記ワークの画像上に表示される時間の少なくとも一部の間に前記所定のサイズ及び形状を有するウィジェットも表示されて前記限定読出画素集合の場所を指示する請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項１８】
限定読出画素集合の前記少なくとも１つの形態が少なくとも１つの方向に沿っての前記カメラの視野に対して固定される前記少なくとも１つの方向に沿ってのスパンを有する形態を含み、
対象領域が前記スパンの外側に規定される場合、前記制御システム部が、前記対象領域の前記少なくとも大部分を前記少なくとも１つの方向に沿っての前記スパン以内に位置決めする少なくとも１つのマシン制御命令を自動的に生成すべく動作できる請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項１９】
前記焦点軸に沿っての各位置の前記決定が前記複数のオートフォーカス画像のうちの少なくとも幾つかに対する少なくとも前記焦点軸位置センサの各位置信号を前記制御システム部に入力することを含み、
前記各位置信号の各々が前記対応する各実効的露光時間と相関する実効的タイミングと対応している請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項２０】
前記精密画像測定検査システムが、一定照明モードとストロボ照明モードの双方で動作可能である少なくとも１つの制御可能な照明源を更に含み、
オートフォーカスパラメータから成る集合を決定する工程が、
既知のカメラ露光持続時間中に前記一定照明モードにおいて少なくとも１つの照明源を動作して、オートフォーカス画像を前記カメラに入力するために使用可能な許容可能な総合露光照明エネルギーを決定することと、
前記ストロボ照明を用いて前記連続運動中に前記カメラにオートフォーカス画像を入力するために使用可能な照明レベル及び実効的な露光持続時間を決定するストロボ制御パラメータを決定し、前記ストロボ照明レベル及び露光持続時間が前記連続照明と少なくとも近似的に同一である統合露光持続照明エネルギーを提供することと、を含む請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項２１】
前記決定された動作と略機能的に同様である動作を自動的に実行し、ユーザ評価に対して少なくとも近似的に前記最良焦点位置である前記結果として決定された推定最良焦点位置で取得された画像を自動的に表示する訓練モード実証を提供する工程を更に含む請求項２０に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項２２】
前記焦点軸位置を前記推定最良焦点位置に設定し、その位置で検査画像を取得し、そして、少なくとも前記対象領域内における前記ワークを検査するためにその検査画像を用いる諸動作を提供する工程を更に含む請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項２３】
前記対象領域において検査されるべき特徴に対する特徴座標値として少なくとも近似的に前記最良焦点位置である前記推定最良焦点位置を、その位置で前記精密画像測定検査システムの前記焦点軸位置を実際に設定することなしに、設定する諸動作を提供する工程を更に含む請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項２４】
前記推定最良焦点位置と最も密接する前記焦点軸に沿っての前記各位置を有する前記各限定読出画素集合データを選択して、その推定最良焦点位置で前記精密画像測定検査システムの前記焦点軸位置を実際に設定することなしに、前記対象領域における前記ワークを検査するための前記各限定読出画素集合データを用いる諸動作を提供する工程を更に含む請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項２５】
マイン制御命令からの前記集合を生成して記憶する工程を更に含む請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【請求項２６】
前記決定された動作と略機能的に同様である動作を自動的に実行し、ユーザ評価に対して前記結果としての推定最良焦点位置で取得された画像を自動的に表示する訓練モードで実証シーケンスを提供する工程を更に含む請求項１２に記載の画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動的に合焦する画像測定検査システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステージ上のワークの選択された主要点（ワークの特徴部分）に合焦し検査すべく相対移動可能なカメラ及びステージを備えた画像測定検査システムを動作する方法が一般に知られている。
精密画像測定検査システムを使用して、ワークの精密な寸法測定値の取得やワークの様々な他の特性を検査することができる。
このようなシステムは、コンピュータ、カメラ及び光学的システム、および、ワークの特徴をカメラでスキャンするために多方向に移動可能な精密ステージを備える。
従来技術を使用したシステム、とくに汎用「オフ−ライン」精密画像測定機システムとしての特徴を備えたタイプのシステムとしては、ＭｉｔｕｔｏｙｏＡｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＭＡＣ）製（所在地：Ａｕｒｏｒａ, ＩＬ）のＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズの画像測定機、及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアなどが例示される。
このＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズの画像測定機及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアの特徴と操作について、例えば、非特許文献１、非特許文献２に概ね記載されている。
例えばＱＶ−３０２ Ｐｒｏ ｍｏｄｅｌによって例示されるようなこの製品は、顕微鏡タイプ光学システムを用いることができて、様々な倍率でワークの画像を提供する。
【０００３】
そうした汎用「オフ−ライン」精密画像測定機システムは、しばしば、プログラマブル照明システムと様々なレンズを有するレンズタレットを備え、例えば、それらの汎用性を向上すると共にそれらの形態及び撮像パラメータを迅速に変えて、広範な検査タスクを実行する。
倍率及びプログラマブル照明設定の様々な組み合わせを用いて、様々なタイプの対象物或は検査ワーク、或は、１つのワークの様々な局面を検査する共通した要望がある。
【０００４】
ＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）システム等の汎用精密検査システムも、一般に、自動画像検査を提供すべくプログラミングおよび動作が可能である。
そうしたシステムはこのシステムのプログラミング及び動作を簡略化する特徴及びツールを備え、動作及びプログラミングが「経験の浅い」の作業者によって確実に実行され得る。
例えば、特許文献１は、ワークの特徴を照らし出す照明をそのワークの特徴の画像の複数の選択された領域に基づく調整動作を含めて、自動画像検査を使用する画像測定検査システムを開示している。
【０００５】
特許文献１に開示されているように、自動画像測定検査システムは、ユーザが各特定のワーク形状について自動検査シーケンスを定義することを可能にするプログラミング能力を有するのが一般的である。
このプログラミング能力は、典型的には、様々な検査動作の結果を記憶及び／或は出力する能力も提供する。これは、例えば、テキストベースプログラミングのような、慎重な方法で実行することもでき、ユーザが行う検査動作のシーケンスに対応したマシン制御命令のシーケンスを記憶することにより検査事象シーケンスを徐々に「学習する」記録モードで実行することもでき、この２つの方法の組合せにより実行することもできる。上記記録モードは「学習モード」又は「訓練モード」と呼ばれることが多い。
【０００６】
いずれのモードにおいてもマシン制御命令は、特定のワーク形態に固有のパートプログラムとして記憶されるのが一般的である。
「実行モード」における所定のシーケンスの検査動作を実施する命令を有するパートプログラムを生成する能力は、検査繰返し性の強化、および、複数の互換性画像測定検査システム及び／又は複数の時点において同じパートプログラムを自動的に実行する能力を含めて、いくつかの利益を提供する。
【０００７】
先に記載された代表的なＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）システム、他の多数の市販の汎用「オフ−ライン」画像測定機システムと共に、典型的には、従来のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に基づく画像取得アクセサリ或はコンポーネントや、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）オペレーティングシステム等の従来のパーソナルコンピュータに基づくコンピュータオペレーティングシステムを用いて、オートフォーカス動作から成るシーケンス中にそれらの動作方法を含むそれら動作方法を提供する。
【０００８】
一般に、オートフォーカス動作中、カメラはＺ軸に沿っての複数の位置の範囲を通じて移動し、各位置で画像を取り込む。
取り込み画像ごとに、合焦精度が計算されるところ、この合焦精度は、撮像時のカメラ位置に依存している。
【０００９】
オートフォーカスの１つの周知な方法は、非特許文献３に記載されている。
オートフォーカス画像と対応するカメラのＺ軸位置を決定するために、その記載された方法では、カメラがそのＺ軸上の既知のスタート位置からＺ軸に沿って一定速度で画像が取得されるまでに移動する時間に基づきＺ軸に沿ってのカメラの位置を推定する。
その一定速度運動中、オートフォーカス画像は４０ｍｓ間隔（ビデオレート）で取り込まれる。
この開示された方法は、ビデオハードウェアがフレームを固定速度で取り込み、フォーカシング曲線のサンプリング密度がステージ速度を調節することによってのみ影響され得ることを教示している。
【００１０】
別の既知のオートフォーカス方法及び装置は、特許文献２に記載されている。この特許文献２には、圧電性ポジショナーが従来のモード駆動運動制御システムと連携して利用されて、Ｚ軸位置を制御する。モータ駆動運動制御システムは移動の全範囲にわたって比較的粗い解像度の位置決めを提供するが、圧電性ポジショナーはモータ駆動システムによって設定された公称位置に関して限定された範囲にわたって高速で高い解像度の位置決めを提供する。
圧電性ポジショナーは比較的改善されたオートフォーカス速度及び解像度を提供する。
特許文献２はオートフォーカス動作中にストロボ照明を用いることを更に開示している。
特許文献２は６０Ｈｚでのオートフォーカス画像の取得を教示している。
【００１１】
一実施形態において、「画像は、圧電素子による焦点合わせがその新しい位置で停止した後に、視野の末端近辺でストロボ発光を受けた」と開示されている。
特許文献２では、位置が一定速度で移動されなければならず、画像がストロボで固定されると云う代替案も提案している。
各場合において、ストロボがカメラの実効的な露光時間を短縮するため、カメラフレーム画像を取得するために通常必要とされる全体時間の一部を用いて、ストロボを発光させる前に新しい位置へ移動することができる。
【００１２】
【非特許文献１】２００３年１月発行のＱＶＰＡＫ３Ｄ ＣＮＣ ビジョン測定機ユーザーズガイド  （ＱＶＰＡＫ ３Ｄ ＣＮＣ Ｖｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ＵｓｅｒｓＧｕｉｄｅ）
【非特許文献２】１９９６年９月発行のＱＶＰＡＫ３Ｄ ＣＮＣ 画像測定機操作ガイド  (ＱＶＰＡＫ ３Ｄ ＣＮＣ Ｖｓｉｏｎ ＭｅａｓｕｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅ)
【非特許文献３】ＩＳＩＳ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｓｅｒｉｅｓ、Ｖｏｌ.１７（２０００年１１月）に掲載されたＪａｎ−Ｍａｒｋ Ｇｅｕｓｅｂｒｏｅｋ氏、Ａｒｎｏｌｄ Ｓｍｅｕｌｄｅｒｓ氏による、「Ｒｏｂｕｓｔ Ａｕｔｏ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」
【特許文献１】合衆国特許第６，５４２，１８０号
【特許文献２】合衆国特許第５，７９０，７１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
先に言及されたオートフォーカス方法は従来のカメラフレームレートでオートフォーカス画像を提供し、比較的高速なオートフォーカス機能を提供する。
比較的高速なオートフォーカス機能は、所謂、「オン−ライン」或は「イン−ライン」画像測定検査システムの様々な種類に提供され、それらは、特定の動作環境において、特定のタイプの大量生産パーツに対して反復的実行される検査動作から成る特定集合用の高スループットを達成すべく特別に設計されている。
先行して記載された汎用精密画像測定検査システムと比較して、そうしたオン−ライン画像測定検査システムはそれらの検査動作を取り巻くパラメータを変更する必要性が遙かにより少ない頻度となる。
更には柔軟性が、一般には、高速動作よりはむしろ重要である。
よってこうしたシステムは、特殊化されたハードウェア形態や特殊化されたプログラミングに典型的に依存して、比較的高速なオートフォーカス機構を含む高速動作を提供する。
【００１４】
関連されたシステム及び方法にとって典型的な別の問題としては、オートフォーカス画像取得の直前に画像測定機の要素が急停止される際に、マシン振動、歪み、および、関連されたオートフォーカス位置測定誤差が生じることが挙げられる。
【００１５】
オートフォーカス動作を実行する様々な先行して記載された既知のシステム及び方法は、自動合焦測定制限、自動合焦精度制限、高価で特殊化され且つ／若しくは比較的柔軟性がないハードウェア、並びに／或は、特にオートフォーカス動作がストロボ発光を使用する場合、様々な相互に異なるワーク若しくはワーク形態に対するオートフォーカス動作を単純に且つ信頼性をもって適合し且つプログラミングするための適切な方法の欠落の内の何れかを被る。
これら様々な短所及び制限を別々に或は組み合わせて克服できるオートフォーカスシステム及び方法が望まれる。
【００１６】
本発明の目的は、オートフォーカス動作を実行するために先行して記載された既知のシステム及び方法の各々とは対照的に、比較的低コストで柔軟性があるハードウェアを用いる一方で、汎用精密画像測定検査システムに適合する高速で且つ高精密性の自動合焦できる画像測定検査システムの推定最良焦点位置決定制御方法、画像測定検査システムの訓練モード動作の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
オートフォーカス動作を実行するために先行して記載された既知のシステム及び方法の各々とは対照的に、本発明は、比較的低コストで柔軟性があるハードウェアを用いる一方で、汎用精密画像測定検査システムに適合する高速で且つ高精密性の自動合焦を提供する。
例えば、比較的低コストの商業的に入手可能なＰＣ互換性画像測定機構成要素及び運動構成要素は、従来のＰＣに基づくコンピュータオペレーティングシステムと一緒に使用され得る。
圧電性アクチュエータ等の特殊化された運動要素やそれらに関連された制御要素は要求されずに、この発明に従って画像取り込み装置に迅速に自動的に合焦するためのシステム及び方法の様々な実施形態において高精密性を提供する。
【００１８】
本発明によれば、比較的低コストの市販されているカメラは限定読出画素集合を提供すべく使用され得る。
この限定読出画素集合は、カメラの視野の少なくとも１つの次元（方向）に沿ってこのカメラの全視野よりも実質的に小さくしたものに対応する。
画像の限定読出画素集合のピクセル値は、カメラの全視野と対応する全画素集合を出力するために要求される時間よりも実質的により少ない時間で制御システム部に出力され得る。
よって、限定読出画素集合に対する画像取得および対応するデータを記憶する反復速度は、カメラの全体的な視野に対する全画素集合の画像取得および対応するデータの記憶より実質的に高速である。
【００１９】
従来のＰＣに基づくコンピュータオペレーティングシステムと撮像及び動作構成要素とは、一般に、様々な非制御タイミング待ち時間、非同期時間調整動作等を含む。
既存のオートフォーカスシステムとそうしたシステム及び構成要素に対する方法とは、典型的には、これら様々な予期できないタイミング関係や変動を実行が比較的緩慢となるように克服して、充分なタイミングマージンを提供すると共に合焦精度或は再現性の所望レベルを信頼性もって提供する。
代替的には、既存のオートフォーカスシステム及び方法は、比較的低減された精密性、再現性、或は、信頼性を可能とした。
そうしたオートフォーカス速度問題は、ＰＣに基づくコンピュータオペレーティングシステム及び構成要素を用いて実施された先行するオートフォーカスシステム及び方法によって充分に対処されず、そうしたオートフォーカスシステム及び方法はこの点に関して不充分である。
よって、この発明に従って画像取得装置に迅速に自動的に合焦するためのシステム及び方法の様々な実施形態において、充分なタイミングマージン及び合焦精度の信頼性あるレベル、精密性及び再現性は、ＰＣのタイミング待ち時間に依存すること無しに、オートフォーカス動作を迅速に実行する一方で達成される。
【００２０】
加えて、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態は、オートフォーカス動作がストロボ発光の使用を含むような実施形態を含んで、種々の相互に異なるワーク或はワーク特徴に対して簡単に且つ信頼性をもって適合され、動作され、そして、プログラムされ得るオートフォーカスシステム及び方法を提供する。
更には、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態は、マニュアル検査動作中に且つ様々な訓練モード動作中に「経験の浅い」の作業者によって信頼性をもって実行されるべきそうした適合、動作、および、プログラミングを可能とするシステム及び方法を提供する。
【００２１】
本発明の画像取り込み装置の迅速自動合焦システム及び方法は、画像の測定及び検査システムにおいて使用可能な精密オートフォーカス動作用に特に有益である。
本発明のシステム及び方法は、一般に、撮像レンズによって提供される被写界深度の小さなパーセンテージであるオートフォーカス精度及び再現性を提供する。
これは、測定に使用される精密画像測定検査システムに特に重要である。
他の数多くのタイプのシステムによって利用されるオートフォーカスシステムは、主に明瞭な画像を提供すると共に、撮像レンズの被写界深度に対するそれらの再現性に関してしばしば比較的に粗野である。
これは、明瞭な画像が被写界深度の比較的大きな部分にわたって提供されるからである。
【００２２】
本発明は、限定読出画素集合を用いて高速かつ高精密性を伴って画像取り込み装置に自動的に合焦するシステム及び方法を提供する。
【００２３】
本発明は、多数のオートフォーカス画像に対して実際に出力される限定読出画素集合を規定するシステム及び方法を個別に提供して、オートフォーカス画像取得の速度を向上させる。
【００２４】
本発明は、自動的に決定されないセットアップ条件及び／或はパラメータの比較的限定された数を用いて高速及び高精密性を提供すべく画像取り込み装置に自動的に合焦するシステム及び方法を個別に提供する。
【００２５】
本発明は、カメラをワークに対して移動させながら、オートフォーカス画像を取得するシステム及び方法を個別に提供する。
【００２６】
本発明は、カメラをワークに対して加速させながら、オートフォーカス画像を取得するシステム及び方法を個別に提供する。
【００２７】
本発明は、潜在的なマシン振動、歪み、及び／或は、もし様々なマシン要素がオートフォーカス画像取得にまさに先行して急激に停止させられれば生じがちな関係されたオートフォーカス位置測定誤差を生じさせないように、カメラ及び／或はワークを迅速に移動させながら、様々なオートフォーカス画像を高速で取得するシステム及び方法を個別に提供する。
【００２８】
本発明は、ワークの対領域のサイズ及び場所に基づき、多数のオートフォーカス画像に対して実際に出力される画像フレームの限定読出画素集合部分を決定するシステム及び方法を個別に提供する。
【００２９】
本発明は、多数のオートフォーカス画像に対して実際に出力される画像フレームの部分とワークの対象領域との間の所望の整合或は重複を決定するシステム及び方法で使用可能である様々なグラフィカルユーザインターフェース要素を個別に提供する。
【００３０】
本発明は、オートフォーカス画像取得の達成可能な反復速度と所望焦点曲線（フォーカス曲線）サンプル密度とに基づき決定される速度でワークに対してカメラを移動するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３１】
本発明は、ストロボ光照明によってオートフォーカス画像の実効的な露光時間を決定するとともに、オートフォーカス画像の実効的な露光時間中における所望範囲以内の移動カメラの変位を制限するストロボ持続時間を選択するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３２】
本発明は、ストロボ持続時間よりも長い実効的な露光持続時間にわたって受け容れ可能な画像特性をもたらすべく知られた連続照明パワー設定に基づき、ストロボ持続時間中に使用されるストロボ光パワーレベルを決定するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３３】
本発明は、対応する最大達成可能なサンプルレートを決定する対象領域の所望の最小サイズに基づき、多数のオートフォーカス画像に対して実際に出力される画像フレームの部分を決定するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３４】
本発明は、最大の達成可能なサンプルレートと所望焦点精度と関係される所望焦点曲線サンプル密度とに基づき、最大カメラ運動速度を決定するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３５】
本発明は、実効的オートフォーカス画像露光時間中に所望される最大の許容可能なカメラ変位に基づきストロボ持続時間を決定するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３６】
本発明は、オートフォーカス動作に対する特定の対象領域と関係して近似的に最適化される対応するオートフォーカス実行速度で所望のオートフォーカス精密性を達成すべく、ストロボ持続時間よりも長い実効的な露光持続時間にわたって受け容れ可能な画像特性をもたらすべく知られる連続照明パワー設定に基づき、ストロボ持続時間中に使用される光パワーレベルを決定するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３７】
本発明は、様々な従来のＰＣ互換性画像測定機構成要素と容易にインターフェースされると共に、様々な制御信号を受信して、制御照明パワーレベル、高速動作、および、様々なオートフォーカス動作に対するよき可能なタイミングを提供するストロボ発光コントローラを提供するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３８】
本発明は、連続照明動作を制御すべく動作可能であるストロボ発光コントローラを提供するシステム及び方法を個別に提供する。
【００３９】
本発明は、様々な既存画像測定検査システムに対する後付けとしてインストール可能であって、この発明に従って様々な改良されたオートフォーカス動作を履行できるストロボ発光コントローラを提供するシステム及び方法を個別に提供する。
【００４０】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、カメラがオートフォーカス画像取得中に移動している場合、そのオートフォーカス画像に対する撮像距離と関係した少なくとも１つの位置値がオートフォーカス画像の実効的な露光時間と関係して取り込まれる。
様々な実施形態において、これが為されて、高い精密性、信頼性、並びに／或は、確定性を伴ってオートフォーカス画像を提供する。
【００４１】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、本発明の様々な改良されたオートフォーカス動作を組み込む画像測定検査システムは訓練或は学習モードに設定されて、特定のワークに対してより迅速且つより高精度に自動的に合焦するために、選択されたレンズ、対象領域の寸法及び場所、限定読出画素集合の寸法及び場所、照明設定、オートフォーカススキャン速度及び範囲、および、その類等々のパラメータを決定する。
【００４２】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、画像測定検査システムが訓練或は学習モードに設定される場合、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）は自動合焦動作の規定に関連しての使用のために作業者に提供されて、先に特定されたパラメータの内の幾つか或は全ては規定及び／或は決定される。
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、規定された自動合焦動作の結果の実証はその結果の検証のために訓練モードで好都合に提供される。
様々な実施形態において、作業者はその実証をＧＵＩの特徴を通じて始動する。
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、パートプログラム命令は作り出されて、所定の、規定された、或は、新たに決定されたパラメータ等を、ゼロ、１つ以上の他の動作と連携して使用して、推定最良位置及び／或はワーク上の対象領域における焦点を自動的に決定する動作の頑強性をスピードアップ及び／或は向上する。
【００４３】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、１つ以上の焦点値が様々なオートフォーカス画像の限定読出画素集合内に取り込まれた限定された対象領域に対してだけに決定される。
様々な実施形態において、こうした焦点値は、推定最良焦点位置がコンピュータ或は画像測定検査システムのコントローラを用いて高い精密性と高い速度とを伴って決定させることを可能とする。
【００４４】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、推定最良焦点位置は、対象領域の特徴に対する検査座標として使用され、検査動作はワーク上の別の位置で続行される。
【００４５】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、推定最良焦点位置は、対象領域においての検査のために使用される該対象領域の既存オートフォーカス画像を選択すべく使用される。
【００４６】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、推定最良焦点位置は、比較的より低い精度が受け容れ可能である場合に比較的により近似的であり、そして、比較的より高い精度が要求される場合に比較的より劣った近似である。
【００４７】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、画像測定検査システムは、訓練モード中に決定されたパートプログラムに基づき特定のワークに対する様々なオートフォーカスパラメータを自動的に呼び出し及び／或は設定し、様々なオートフォーカスパラメータに基づき様々なオートフォーカス動作を実行し、ワークに対する推定最良焦点位置を自動的に捜し出し、そして、その捜し出された推定最良焦点位置と対応するワークの少なくとも１つの所望検査画像を獲得或は規定する。
【００４８】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、画像測定検査システムは、訓練モード中に決定されたパートプログラムに基づき特定のワークに対する様々なオートフォーカスパラメータを自動的に呼び出し及び／或は設定し、少なくとも１つの画像を取得すべくストロボ照明パラメータから成る初期集合を用いて、少なくとも１つの画像の少なくとも１つの画像特性を自動的に評価することに基づき少なくとも１つのストロボ照明パラメータを改善することを含んで、様々なオートフォーカスパラメータに基づき様々なオートフォーカス動作を実行し、ワークに対する推定最良焦点位置を自動的に捜し出し、そして、ワークの少なくとも１つの所望検査画像を取得或は規定する。
【００４９】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、検査画像は捜し出された推定最良焦点位置で改善されたストロボ照明パラメータを用いて獲得される。
【００５０】
この発明のこれらの特徴及び長所やその他の特徴及び長所は、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態の以下の詳細な説明に記載されるか或はその詳細な説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
【００５２】
図１は、本発明の汎用プログラマブル画像測定検査システム１０の一実施形態のブロック概略図である。
この画像測定検査システム１０は、データ及び制御信号を制御システム部１００と交換すべく作動的に接続されている画像測定機２００を備える。
制御システム部１００は、モニタ１１１、プリンタ１１２、ジョイスティック１１３、キーボード１１４、並びに／或は、マウス１１５の内の１つ以上とデータ及び制御信号を交換すべく作動的に更に接続されている。画像測定機２００は、移動可能な載物ステージ２１０と、ズームレンズ或は多数の互いに交換可能なレンズを含み得る光学的撮像システム２０５とを備える。ズームレンズ或は交換可能レンズは、一般に、光学的撮像システム２０５によって提供される画像に対する様々な倍率を有する。
【００５３】
ジョイスティック１１３は移動可能な載物ステージ２１０を光学的撮像システム２０５の焦点平面と略平行するＸ及びＹ方向の双方への移動を制御すべく、且つ、Ｚ方向或は焦点方向に移動可能な光学的撮像システム２０５の移動方向構成要素を制御すべく典型的には使用され得る。しばしば、Ｚ軸を制御する偏向はジョイスティック１１３のハンドル或はノブの回転偏向成分である。ジョイスティック１１３は、画像測定検査システム１０の「仮想運動制御装置」として機能することが意図されると共にマウス１１５等の任意のコンピュータ入力装置を介して制御可能であるモニタ１１１上の任意の視覚的表示或はウィジェット等の、図示されたもの以外の形態で提供され得る。
【００５４】
図２は、画像測定検査システム１０の一実施形態をより詳細に示し、画像測定機２００の構成要素と、制御システム部１００の構成要素と、を示す。
図２に示されるように、制御システム部１００は画像測定機２００を制御する。
画像測定機２００は、光学的アセンブリ部２５０、光源２２０，２３０，２４０、および、中央透明部２１２を有する載物ステージ２１０を備える。
載物ステージ２１０は、ワーク２０が位置決めされ得るステージの表面と略平行する平面内に横たわるＸ及びＹ軸に沿って制御可能に移動できる。
光学的アセンブリ部２５０は、カメラシステム２６０、互いに交換可能な対物レンズ２５２、タレットレンズアセンブリ２８０、および、同軸光源２３０を備える。光学的アセンブリ部２５０は、制御可能なモータ２９４を用いることで、Ｘ及びＹ軸と略直交するＺ軸に沿って制御可能に移動できる。画像測定検査システム１０のＸ、Ｙ、および、Ｚ軸の各々はＸ、Ｙ、および、Ｚの位置情報を適切な信号及び／或は制御線（不図示）にわたって制御システム部１００に提供する各Ｘ、Ｙ、および、Ｚ軸位置エンコーダ（不図示）の器具取り付けが為されている。
【００５５】
画像測定検査システム１０を用いて撮像されるべきワーク２０は載物ステージ２１０上に配置される。光源２２０、２３０、或は、２４０の内の１つ以上がそのワーク２０を照明する。光源２２０、２３０、並びに／或は、２４０によって発せられた光はワーク２０を照明し、互いに交換可能な対物レンズ２５２やタレットレンズアセンブリ２８０のレンズ２８６或はレンズ２８８を通過するワーク光２５５として反射或は透過されて、カメラシステム２６０によって集められる。カメラシステム２６０によって取り込まれたワーク２０の画像は信号及び制御線２６２を介して制御システム部１００へ出力される。
本発明の様々な実施形態において、カメラシステム２６０は、全視野と対応する全画素集合を出力すべく必要とされる時間よりも短い時間でカメラの全視野より小さい低減された読み出し画素集合（又は限定読出画素集合）を出力すべく動作できる。
様々な実施形態において、以上のことは本発明のオートフォーカス動作の全体的な時間を減少する目的のためである。
【００５６】
ワーク２０を照明すべく使用される光源２２０，２３０，２４０としては、信号線或はバス２２１，２３１，２４１を介して制御システム部１００とそれぞれ接続されたリンク光或はプログラマブル光等のステージ光源２２０、同軸光源２３０、および、表面光源２４０を備える。
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、光源２２０〜２４０の１つ以上は動作のストロボ照明モードで使用可能である。そうした実施形態において、非常に高速な光源反応時間（マイクロ秒或はサブマイクロ秒範囲）や適切な光学的パワーレベルの組み合わせを提供すべく動作可能な光源を提供することが望ましい。よって、様々な実施形態において、ストロボ発光のために使用される光源としては、ＬｕｍｉｌｅｄｓＬｉｇｈｔｉｎｇ， ＬＬＣ（所在地：Ｓａｎ Ｊｏｓｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）製のＬｕｘｅｏｎ（商標）製品ラインにおけるＬＥＤの内の１つ等の高輝度ＬＥＤなどがある。
様々な実施形態において、ストロボ発光のために使用される光源は約４７０ｎｍの波長である青色ＬＥＤを含む。しかしながらカメラの感度範囲内の任意の波長は様々な実施形態において使用される。一般に、先に記載の光源２２０〜２４０の内の何れも様々な実施形態においてそうしたＬＥＤが用いられる。本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、光源２２０〜２４０の内の１つ以上が動作の連続照明モード及びストロボ照明の双方において使用可能である。
【００５７】
画像測定検査システム１０の主要な光学的アセンブリとして、光学的アセンブリ部２５０は、上述の構成要素に加えて、同軸照明或は他の所望画像測定検査システム特徴等を提供するために必要とされるような、他のレンズ、開口等の他の光学的要素、ビームスプリッタ等を備える。
制御システム部１００は、第１及び第２のタレットレンズ位置の間の軸２８４を回転軸としてタレットレンズアセンブリ２８０を回転させ、信号線或はバス２８１を介して伝達された制御信号に基づき様々な倍率を提供する。
【００５８】
載物ステージ２１０及び光学的アセンブリ部２５０の間の距離は、カメラシステム２６０によって取り込まれるワーク２０の画像の焦点を変更すべく調整され得る。
特に画像測定検査システム１０の様々な実施形態において、光学的アセンブリ部２５０は、制御可能モータ２９４を用いて載物ステージ２１０に対して垂直Ｚ軸方向に移動でき、その制御モータはアクチュエータ、接続ケーブル等を駆動して、光学的アセンブリ部２５０をＺ軸に沿って移動させる。
ここで用いられている用語Ｚ軸は、光学的アセンブリ部２５０によって獲得される画像に合焦するために使用されるべく意図されている軸を言及する。制御可能モータ２９４は、使用される際、信号線２９６を介して制御システム部１００と接続される。
【００５９】
図２に示されるように、様々な実施形態において制御システム部１００は、コントローラ１２０、入出力インターフェース１１０、メモリ１３０、撮像制御インターフェース１４０、運動制御サブシステム１４５、発光システムドライバ／コントローラ１５０、ワークパートプログラム生成回路、ルーチン或はアプリケーション１５５、パートプログラム実行回路、ルーチン或はアプリケーション１６５、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０、並びに、対象領域焦点値決定比較回路、ルーチン或はアプリケーション１７５を備え、それらは１つ以上のデータ及び／或は制御バスと、アプリケーションプログラミングインターフェース１９５との双方或はその何れか一方によって相互接続される。
そうした回路、ルーチン或はアプリケーションは、配線によって接続された回路、ソフトウェア回路、サブルーチン、対象物、動作、アプリケーションプログラミングインターフェース、マネージャ、アプリケーション、或は、他の任意の既知若しくは後で開発されたハードウェア又はソフトウェア構造を包含する。
【００６０】
様々な実施形態において、メモリ１３０はワーク２０の画像を取り込むべく又は取得すべく画像測定機２００を動作させるために使用可能なデータ及び／或は“ツール”を記憶して、ワーク２０の取得画像が所望画像特性を有するように為す。メモリ１３０は画像測定検査システム１０を動作させるために使用可能なデータ及び／ビデオツールを更に記憶し得て、取得画像に対してマニュアルで或は自動的に様々な検査及び測定動作を実行し、その結果をデータ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５の方法によって入出力インターフェース１１０を通じて出力する。メモリ１３０は、データ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５の方法によって入出力インターフェース１１０を通じて動作可能なＧＵＩを規定するデータをも含み得る。そうした実施形態は、例えば先に述べた画像測定機のＱＵＩＣＫＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズ及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアによって例証される。
【００６１】
ステージ光源２２０、同軸光源２３０、並びに、表面光源２４０の各信号線或はバス２２１，２３１，２４１は全て入出力インターフェース１１０と接続されている。タレットレンズアセンブリ２８０の制御信号線或はバス２８１も入出力インターフェース１１０と接続されている。Ｘ、Ｙ、並びに、Ｚの各軸位置エンコーダ（不図示）の各信号及び／或は制御線（不図示）も入出力インターフェース１１０と接続されている。カメラシステム２６０からの信号及び制御線２６２と制御可能モータ２９４からの信号線２９６も入出力インターフェース１１０と接続されている。画像データを搬送に加えて、信号及び制御線２６２は、本発明の様々な実施形態においてカメラの画像取得画素範囲を設定し、画像取得カメラ動作シーケンスを始動する等々を為すコントローラ１２０からの様々な信号を搬送し得る。
【００６２】
モニタ１１１及びプリンタ１１２等の１つ以上の表示装置１０２と、装置１１３〜１１５等の１つ以上の入力装置１０４も入出力インターフェース１１０と接続可能である。表示装置１０２及び入力装置１０４はパートプログラムを視認、作成、並びに／或は、変更すべく使用可能であって、カメラシステム２６０によって取り込まれた画像を視認し、様々なＧＵＩ要素や、画像測定機２００をモニタリングしまたは制御すべく及び／或はこの画像測定機２００を直に制御すべく使用可能なウィジェットを視認及び／或は変更する。予め規定されたワークプログラムを有する完全自動化システムにおいて、表示装置１０２、及び／或は、１つ以上の入力装置１０４は省略してもよい。
【００６３】
制御システム部１００は画像取得設定又はパラメータを決定するため、及び／或は、ワーク２０の画像を取得するために使用可能であって、ワーク２０の入力画像が検査されるべきワーク特徴を含む対象領域内に所望画像特性を有するよう為す。例えば、本発明のオートフォーカスシステム及び方法の様々な実施形態は、検査されるべきワーク特徴を含む対象領域内における焦点の品質に依存する所望画像特性を設定すべく制御システム部１００と連携して使用可能である。
様々な実施形態において、ユーザがこの発明に従ってワーク２０に対するワーク画像取得プログラムを作成すべく画像測定検査システム１０を用いる際、ワークプログラミング言語を用いて自動的に、半自動的に、或は、マニュアルで複数の命令を明確にコード化するか、或は、ワークプログラム命令が訓練シーケンスに従って規定された動作及び設定を取り込むように画像取得訓練シーケンスを通じて画像測定検査システム１０を動作させることによって複数の命令を生成するか、の何れかの方法で、ワークプログラム命令を生成する。
【００６４】
これらワーク撮像命令はワークパートプログラミング生成回路、ルーチン或はアプリケーション１５５によってコード化されて、データ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５を通じて他の構成要素へ伝達される。物理的移動は運動制御サブシステム１４５によって制御される。
例えば、カメラシステム２６０の物理的移動の制御を達成するために、運動制御サブシステム１４５はＸ、Ｙ、並びに、Ｚの軸位置エンコーダから位置情報をデータ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５を介して受け取る。一般に、これら命令は画像測定検査システム１０に載物ステージ２１０及び／或はカメラシステム２６０を操縦させて、ワーク２０の特定部分がカメラシステム２６０の視野内に入るように為し、所望倍率、所望焦点状態、並びに、所望照明を提供する。これらの動作は、データ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５を介して、パートプログラム実行回路、ルーチン或はアプリケーション１６５によって実行させられる。このプロセスは、ワークを検査するために取り込まれるべきである複数の画像から成る集合内の多数画像用に繰り返され得る。
【００６５】
様々な実施形態において、本発明の各オートフォーカス画像、代替的にフォーカス画像として呼称される各フォーカス画像に対して、且つ、結果としての所望検査画像に対して、制御システム部１００はカメラシステム２６０に命じて、ワーク２０の画像を取り込ませ、その取り込み画像内のワーク２０の対象領域と対応する少なくとも画像部分を制御システム部１００へ出力させる。これらの機能は、データ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５にわたって、様々な構成要素間を通る信号を用いて撮像制御インターフェース１４０によって制御される。特に、様々な実施形態において、カメラシステム２６０は入出力インターフェース１１０を通じて対象領域の部分と対応する少なくとも画像部分の出力画素値を読み出し、それらがディジタル値形態となっていなければディジタル値に変換され、コントローラ１２０の制御の下、メモリ１３０内に記憶される。様々な実施形態において、画像部分と対応する対象領域の部分はその対象領域の実質的な部分である。様々な実施形態において、コントローラ１２０は取り込まれた画像を表示装置１０２の内の１つに表示させる。
【００６６】
特に様々な実施形態において、カメラシステム２６０が用いられて、このカメラシステム２６０の全視野より小さい限定読出画素集合の少なくとも１つの形態を出力するように動作できる。
様々な実施形態において、これは為されて、反復的な画像取得を提供し、カメラシステム２６０の全視野と対応する１つ以上の視野と関連された標準的な反復画像取得速度より著しく高速である出力レートを提供する。
様々な実施形態においてカメラシステム２６０はディジタル画素値を出力するディジタルカメラシステムである。このタイプの様々な実施形態において、カメラシステム２６０は、Ｒｅｄｌａｋｅ（所在地：１１６３３Ｓｏｒｒｅｎｔｏ Ｖａｌｌｅｙ Ｒｏａｄ，Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ９２１２１−１０１０ＵＳＡ）製のＲｅｄｌａｋｅ ＭＥＧＡＰＬＵＳ Ｃａｍｅｒａ，Ｍｏｄｅｌ ＥＳ３１０／Ｔ、或は、この発明に従って同様及び／或は充分な機能を有するＣＣＤカメラが用いられる。
また、このタイプの様々な実施形態において、撮像制御インターフェース１４０に含まれるフレームグラバーは、ＭａｔｒｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｔｄ．，（所在地：Ｑｕｅｂｅｃ，Ｃａｎａｄａ）製のＭａｔｒｏｘ Ｍｅｔｅｏｒ−ＩＩ／Ｄｉｇｉｔａｌフレームグラバー、或は、この発明に従って同様及び／或は充分な機能を有するフレームグラバーカードを用いられる。
【００６７】
様々な他の実施形態において、カメラシステム２６０はアナログ信号として画素値を出力し、それら信号は、フレームグラバー等を含み、アナログ画素値をディジタル画素値に変換するために適合する撮像制御インターフェース１４０に入力される。このタイプの様々な実施形態において、カメラシステム２６０は、ＪＡＩＰｕｌｎｉｘ， Ｉｎｃ．，（所在地：１３３０ Ｏｒｅｌｅａｎｓ ｄｒ．， Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ ９４００８９ ＵＳＡ）から商業的に入手可能なＰｕｌｎｉｘＴＭ−６７０５ＡＮ Ｃａｍｅｒａ、或は、この発明に従って同様及び／或は充分な機能を有するＣＣＤカメラを用いられる。
様々な実施形態において、そうした構成要素は組み合わせて使用され、且つ、図５を参照して記載されるストロボ光コントローラを含むここに開示された様々な他の構成要素と一緒に使用されて、この発明に従って、高速且つ高精度オートフォーカスシステム及び方法を提供する。
【００６８】
様々な実施形態において、制御システム部１００はワーク検査画像におけるそうしたワーク特徴を自動的に検査すべく、且つ、その検査結果を記憶及び／或は出力すべく更に使用できる。様々な実施形態において、ワーク検査命令はワークパートプログラミング生成回路、ルーチン或はアプリケーション１５５によってコード化され、データ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５を通じて、必要に応じて他の構成要素に伝達される。
【００６９】
様々な実施形態において、ユーザがこの発明に従ってワーク２０に対するワーク画像検査プログラムの少なくとも一部分を作成すべく画像測定検査システム１０を用いる際、ユーザは、ワークプログラミング言語を用いて自動的に、半自動的に、或は、マニュアルで複数の命令を明確にコード化するか、或は、ワークパートプログラム生成回路、ルーチン或はアプリケーション１５５が訓練シーケンスに従って規定された動作及び設定を取り込むワークプログラム命令を生成するように画像検査訓練シーケンスを通じて画像測定検査システム１０を動作及び／或は制御することによって命令を生成するか、の何れかで、ワークプログラム命令を生成する。
本発明の様々な実施形態において、特定のオートフォーカス動作及び設定はオートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０によって決定され、生成されたワークプログラム命令内に組み入れられる。
様々な実施形態において、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０の動作は、ワークパートプログラム生成回路、ルーチン或はアプリケーション１５５の動作と併合されるか或は区別できないかの何れか或はその双方である。
様々な実施形態において、パートプログラム実行回路、ルーチン或はアプリケーション１６５によって実行される際、これら検査命令は、画像測定検査システム１０に画像に対する様々な検査動作を自動的に実行させる。
【００７０】
様々な実施形態において、先に記載された様々な動作の１つ以上がワーク２０を検査すべく使用される画像集合における多数の画像に対して繰り返される。
様々な実施形態において、先に記されたように、様々な既知或は追って開発された画像測定検査システム「ツール」がメモリ１３０内に記憶される。様々な実施形態において、これらツールは、様々な先行するマニュアル或は訓練シーケンス動作の内の１つ以上の実行において使用される。
様々なワーク撮像及び／或は検査動作に対して使用可能なビデオツールの数個の例は、合衆国特許出願第０９／７３６，１８７号、第０９／９２１，８８６号、並びに、合衆国特許第６，５４２，１８０号に開示されている。
【００７１】
検査画像に対する所望の焦点状態を獲得すべく、オートフォーカス設定を形成しかつオートフォーカス動作を実行するために使用可能な追加的で例示的な既知のツール及び方法は、画像測定機のＱＵＩＣＫＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズ等の市販の画像測定検査システム、関連されたＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェア、並びに、先に記載されたような関連の文献で明らかである。そうしたツールは、様々な例示的グラフィカル対象領域を指示するウィジェット、ユーザインターフェース、並びに、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態で使用可能な訓練モードメニュー要素及び動作を含む。そうしたグラフィカル対象領域指示ウィジェット、ユーザインターフェース、並びに、訓練モードメニュー要素及び動作を具体例として引用する。
【００７２】
先に述べたように、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、画像測定検査システム１０の物理的動作を制御するために、運動制御サブシステム１４５がＸ、Ｙ、並びに、Ｚの軸位置エンコーダから位置情報を受け取って、データ及び／或は制御バス及び／或はアプリケーションプログラミングインターフェース１９５を介して位置変更制御信号を伝達する。
本発明の様々な実施形態において、Ｘ、Ｙ、並びに、Ｚの軸位置値は制御システム部１００の運動制御サブシステム１４５において追跡され、この運動制御サブシステム１４５は制御システム部１００の別の部分によって提供された制御信号に応じて位置値をラッチすべく動作可能である。
【００７３】
本発明の様々な実施形態において、そうしたラッチ制御信号は対応するオートフォーカス画像の実効的な露光時間と関連して運動制御サブシステム１４５に提供される。次いで、様々な実施形態において、少なくとも対応するＺ軸値は、この発明に従っての推定最良焦点位置の決定における引き続く使用のため、オートフォーカス画像と関連して制御システム部１００によってラッチされて記憶される。
【００７４】
様々な実施形態において、先行して記載された動作の内の１つ以上は、Ｇａｌｉｌ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｉｎｃ．，（所在地：Ｒｏｃｋｌｉｎ，ＣＡ）製のＧａｌｉｌ Ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄ ＃ＤＭＣ−１７３０、或は、この発明に従って同様及び／或は充分な機能を有する運動制御カードを含む運動制御サブシステム１４５によって実行される。
様々な実施形態において、そうした構成要素は図５を参照して記載されるストロボ光コントローラを含むここで開示された他の構成要素の内の１つ以上の組み合わせで使用されて、本発明の高速かつ高精密なオートフォーカスシステム及び方法を提供する。
【００７５】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、発光システムドライバ／コントローラ１５０は画像測定検査システム１０の照明を制御して駆動する。
様々な実施形態において、照明システムは比較的連続的な照明を提供すべく動作する。比較的連続的な照明は、画像測定検査システム１０のマニュアル動作及び訓練モード動作に適合している。
他の様々な実施形態において、照明システムはストロボ照明機能を提供すべく動作する。
他の様々な実施形態において、照明システムは同一光源を通じて連続的な照明及びストロボ機能の双方を提供すべく動作する。
様々な実施形態において、発光システムドライバ／コントローラ１５０は照明を制御して駆動する。
本発明の様々な実施形態において、発光システムドライバ／コントローラ１５０は図５を参照して以下で記載されるストロボ光制御システム５００を含む。
【００７６】
様々な実施形態において、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０は制御システム部１００の１つ以上の他の要素とデータ及び／或は制御信号を交換する。
様々な実施形態において、これが為されて、オートフォーカス画像取得動作の所望の組み合わせ、及び／或は、オートフォーカス速度及び精度の所望の組み合わせと対応する設定を決定して、推定最良焦点位置に対する所望の精度を提供できるおよそ最短の実用的な時間内でワークの対象領域に対する推定最良焦点位置を決定する。
【００７７】
例えば、様々な実施形態において、本発明のシステム及び方法は、互換性及び／或は相互に関係のある動作や、本発明の自動合焦動作がどの程度迅速に行われるのかを制御する３つのオートフォーカスパラメータ或は特性に関係する設定を決定する。
様々な実施形態においてこれらオートフォーカスパラメータは、オートフォーカス動作に対する対象領域のサイズ、オートフォーカス画像が取得される割合、並びに、カメラがオートフォーカス画像を取得中にＺ軸方向に沿ってスキャンする速度である。
【００７８】
様々な実施形態において、対象領域の場所及びサイズは、例えば、作業者によって捜し出されて寸法合わせされるＧＵＩオートフォーカスツールウィジェットの部分を示す対象領域の場所及びサイズと対応する特定の作業者入力に特に基づく。いくつかの例示的ＧＵＩオートフォーカスツール、オートフォーカスツールＧＵＩウィジェット、並びに、対象領域は図８乃至図１１を参照して以下で説明する。
【００７９】
様々な実施形態において、本発明のオートフォーカスツールは、様々なＧＵＩ要素及びそのツールに関連されたウィジェットに加えて、基本的なメニュー、方法、動作、並びに、設定を含み、それらは、ユーザ入力に応答するか、或は、画像測定検査システム１０のユーザに対する様々なオートフォーカス動作の定義及び性能を簡略化する様々な動作及び／或は設定を自動的に決定し提供するかの何れかであるか、若しくは、その双方である。よって、本発明の様々な実施形態において、対応する推定最良焦点位置を決定すべく実際には使用されるユーザ定義された対象領域の部分は、オートフォーカスツールと関連された様々な動作によって半自動的或は自動的に調整及び／或は最少化される。
例えば、様々な実施形態において、オートフォーカス動作に対して実際には使用されるユーザ定義された対象領域の部分は決定されて、高オートフォーカス画像取得速度を可能とするカメラの動作可能な限定読出画素集合と重複すると共に、作業者入力或はデフォルト精度レベルによって決定される精度の所望レベルで対応する推定最良焦点位置を決定すべく充分な数の画素を提供させる。そうした動作は以下でより詳細に記載される。
【００８０】
様々な実施形態において制御システム部１００は、対象領域のサイズ、或は、作業者によって特定される精度の各所望レベルと対応するオートフォーカス動作に実際使用される対象領域の部分に対するデフォルト値を含む。
様々な実施形態において、デフォルト値は種々のワークに関する経験に基づき、実験的或は分析的に設定される。
様々な実施形態において、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０は、次いで、作業者によって規定された対象オートフォーカス領域と関係した動作及び設定を規定する際、デフォルト値を付与する。
例えば、様々な実施形態において、ＧＵＩオートフォーカスツールウィジェットの対象領域指示部は捜し出されて、作業者によって名目上寸法合わせさせられ、所望の精度モードは作業者によって選択される。
次いで、様々な実施形態において、オートフォーカス動作決定回路、先に略述したように、ルーチン或はアプリケーション１７０は、選択されたオートフォーカス精度モードやカメラの動作上の限定読出画素集合に基づき、作業者によって指示された公称オートフォーカス対象領域内の実際の動作上の画素集合を決定する。
【００８１】
先に述べたように、様々な実施形態において、全視野と対応する全画素集合の提供に加えて、カメラシステム２６０はカメラフレーム内の少なくとも１つの限定読出画素集合を選択すべく動作できる。
様々な実施形態において、先の少なくとも１つの限定読出画素集合は、画素から成る１００行の中央帯域、選択可能な可変位置及びスパンを有する画素から成る行の帯域、隣接（ｉ，ｊ）画素から成る中央配置された１００×１００範囲、可変位置を有する隣接（ｉ，ｊ）画素から成る全選択可能集合等を含む。
【００８２】
様々な実施形態において、限定読出画素集合が動作用に選択される際、その限定読出画素集合をカメラから出力するために費やす時間はカメラから全画素集合を出力するに費やす時間よりも短い。それ故に、カメラシステム２６０の全体的な反復画像取得は、カメラの全視野と関連された反復画像取得速度と比べてより高速である。例えば、Ｒｅｄｌａｋｅカメラを組み入れる様々な実施形態は、全フレームがカメラから出力される際に約１２５画像／秒の画像取得速度を提供し、１００×１００画素の限定読出画素集合がカメラから出力される際に約３５０画像／秒の画像取得速度を提供する。更にはこの発明に従って使用可能な様々なカメラに対して、限定読出画素集合が限定されるように他の要因は同等であるが、カメラシステム２６０の全体的な反復画像取得速度は図１３を参照して以下で記載されるように増大する。
【００８３】
用語としての限定読出画素集合は、カメラシステム２６０に対して使用可能な種々のカメラに対して、画像の視野が「平行して」カメラシステム２６０によって取り込まれ或は取得されることを強調すべくここでは使用され、そしてそれ故に、この画像取り込み或は取得時間が取り込まれた画素値の数に影響されない。対照的に、典型的には、画素値が典型的には制御システム部１００へ順次出力されるカメラシステム２６０からの出力画素と関連される時間は、画素値出力の数に依存し、カメラシステム２６０によって提供され得る反復画像取得速度を制限するより大きな時間要因の内の１つである。
しかしながら、様々な実施形態において、限定読出画素集合だけが本発明の様々なオートフォーカス動作に実際上動作するので、カメラシステム２６０は必須ではなく、任意選択的に、限定読出画素集合に、画像取り込み動作等の他のカメラ動作を制限すべく動作される。
【００８４】
様々な実施形態において、限定読出画素集合（及び、カメラフレームに対する可能性あるその位置）の設定されたサイズと、既知のカメラ動作特性等々とに基づき、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０は、オートフォーカス画像取得の動作速度、即ち、オートフォーカス画像の取得間の動作タイミングを決定する。
様々な実施形態において、設定された限定読出画素集合に基づくカメラのデフォルト最大自由継続反復画像取得速度が使用される。
様々な実施形態において、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０はその最大自由継続反復画像取得速度未満の割合を決定し、その決定された割合は撮像制御インターフェース１４０によって適用される。
【００８５】
様々な実施形態において、オートフォーカス画像の取得間の設定された動作タイミングと、図３及び図４を参照して以下で略述される所望のオートフォーカス曲線サンプリング密度とに基づき、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０は、オートフォーカス画像の取得中、Ｚ軸方法に沿っての所望の最大或は実際の最大運動速度を決定する。
様々な実施形態において、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０は、次いで、実行モードオートフォーカス動作に対して使用される運動の規定を完成すべく必要とされる任意の他の運動動作及び／或は設定を規定する。
様々な実施形態において、オートフォーカス動作に対して実際に使用される対象領域の部分の決定と同様に、所望のオートフォーカス曲線サンプリング密度は、図３、図４、並びに、図１４を参照して以下でより詳細に記載されるように、作業者によって特定される精度の所望レベルと対応して決定される。
【００８６】
様々な実施形態において、実際的な最大Ｚ軸速度は、オートフォーカス画像の実効的な露光時間中、Ｚ軸運動によって、オートフォーカス画像のぼけ不明確性の許容量によって更に限定される。即ち、露光中に焦点距離が変化すると、どのような焦点特定距離が取得画像の任意の焦点外れ或はぼけ特性の殆ど或はその全てに対して寄与したかを決定することができない。よって、様々な実施形態において、カメラシステム２６０或はストロボ照明システムはオートフォーカス画像の実効的な露光時間を充分限定すべく使用されて、取得された画像の焦点特性が精度の所望レベルまで特定焦点距離と対応させる。
【００８７】
様々な実施形態において、オートフォーカス画像の取得中の設定された動作最大Ｚ軸速度と、オートフォーカス画像の実効的な露光時間中に可能とされるＺ軸変位の量に対する決定された制限とに基づき、オートフォーカス画像の実効的な露光時間もオートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０によって決定される。
様々な実施形態において、この実効的な露光時間がカメラシステム２６０の露光制御機能以内である場合、適切な連続照明パワーレベルがオートフォーカス画像取得中に使用され、カメラシステム２６０は決定された実効的な露光時間を提供すべく制御される。
【００８８】
様々な実施形態において、典型的な汎用精密画像測定検査システムは先に略述したこの発明の原理に従っておよそ動作され、それに伴ってレンズ構成（以下、レンズという）が、約１４ミクロンの被写界深度、典型的な加工金属ワーク面の２.５の倍率、１００×１００画素の対象サイズのオートフォーカス領域、約２２２オートフォーカス画像／秒の有効な撮像速度、並びに、連続照明を提供しており、レンズの被写界深度の約５〜６％の最大オートフォーカス画像間隔を用いた反復されたオートフォーカス試行に対して、０.２ミクロンより良好な再現精度或はレンズの視野深度の約２％未満の再現精度で約１.２秒以内に推定最良焦点位置を提供すべくオートフォーカスすることができる。
様々な実施形態において、レンズの被写界深度の約１００％の最大オートフォーカス画像間隔が用いられて、より小数のオートフォーカス画像取得及び／或はより高速なＺ軸スキャン運動速度を可能とすると、本発明のシステム及び方法は、反復されたオートフォーカス試行に対して１.７ミクロン或はレンズの被写界深度の約１５％未満の反復速度を伴って、約０.５秒で推定最良焦点位置を提供すべくオートフォーカスすることができる。
オートフォーカス画像間隔及び推定最良焦点位置の精度に関する様々な考察が図３及び図４を参照して以下に記載される。
【００８９】
様々な実施形態において、実効的な露光時間がカメラシステム２６０の露光制御機能以内でなくかつストロボ照明システムが画像測定検査システム１０内に含まれる場合、発光システムドライバ／コントローラ１５０及び／或はストロボ照明システムは、決定された実効的な露光時間と対応するストロボ照明パワーレベルを提供すべく制御される。
【００９０】
様々な実施形態において、特定の実効的な露光時間が特定の照明強度或はパワーレベルを一般に必要として、取得オートフォーカス画像に対する所望の全体的な強度レベルを提供する。よって、様々な実施形態において、訓練モード動作中、作業者は連続的な照明と、例えばカメラによって提供されるデフォルトの、既知の、或は、標準の実効的な露光時間とを用いて様々な光源２２０、２３０、及び／或は、２４０の所望の形態を設定する。
【００９１】
様々な実施形態において、連続的な照明はマニュアルで、半自動的に、或は、自動的に所望強度或はパワーレベルまで調整されて、デフォルトの、既知の、或は、標準のカメラ統合時間で取得されるワーク画像内に望ましい画像特性を提供する。連続照明は動作の訓練モード中に実行される種々のマニュアル動作用に作業者にとってより実用的で且つより容易である。
【００９２】
様々な実施形態において、少なくともオートフォーカス動作の実行モード中、光源の所望形態は、例えば図５を参照して以下で略述されるように提供されるストロボ発光機能を用いて代替的に動作する。
そうした様々な実施形態において、制御システム部１００は様々な較正要因、変換要因、検索要因等を含み、それらは、ストロボ照明システム用に設定された実効的な露光時間を伴って使用されるべき強度或はパワーレベルを決定するためにオートフォーカス決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０によって使用可能である。
様々な実施形態において、これは、先に略述するように動作の訓練モード中に使用されるデフォルトの、既知の、或は、標準のカメラ統合時間と連携して設定された既知の連続照明強度或はパワーレベルによって提供される同一の合計画像露光を提供する。
【００９３】
様々な実施形態において、既知の光源連続的パワーレベルに既知の或は標準のカメラ統合時間をかけるとその光源に対する合計露光照明エネルギーを設定する。様々な実施形態において、その光源に対して動作上のストロボ照明パワーレベルを設定することは、総合的露光照明エネルギーがストロボ照明システムに対して設定された実効的な露光時間によって分割され、その光源に対するストロボ照明パワーレベルがそれに従って設定される。
様々な実施形態において、ストロボ光源に対する実際の制御レベルは光源及び／或は様々な関連光学的電子的構成要素の様々な実用的な動作特性に対して調整される。適切な調整は一般に経時的に比較的安定しており、それ故に、様々な実施形態において、特定のタイプの光源及びコントローラに対する分析及び／或は実験によって初期的及び／或は周期的に設定され得る。
【００９４】
様々な実施形態において、対象領域焦点値決定比較回路、ルーチン或はアプリケーション１７５は、カメラシステム２６０によって獲得されかつメモリ１３０に記憶されたオートフォーカス画像或は他の画像内における対象領域の少なくとも有効な部分に対する焦点値を決定する。焦点値は画像のその部分に設けられた焦点度を示す。
様々な実施形態において、対象領域焦点値決定比較回路、ルーチン或はアプリケーション１７５は、多数の画像内における対象領域に対して決定された異なる焦点値の比較をも為す。
よって、様々な実施形態において、対象領域焦点値決定比較回路、ルーチン或はアプリケーション１７５は対象領域内に最良焦点を提供するオートフォーカス画像の内の１つの決定も行う。
【００９５】
図３は、稠密にサンプリングされ、即ち、Ｚ軸に沿っての比較的多数の箇所における焦点値点から成る集合と対応する焦点曲線を図示する代表的なグラフである。
図４は、散在的にサンプリングされ、即ち、Ｚ軸に沿って比較的少数の箇所における焦点値点から成る集合と対応する焦点曲線を図示する代表的なグラフである。先に記載し且つ以下により詳細に更に記載するように、本発明に従ったシステム及び方法の様々な実施形態は、比較的より正確なオートフォーカス動作と関連する稠密にサンプリングされた焦点曲線の具現化と、比較的より劣った精度のオートフォーカス動作と関連する散在的にサンプリングされた焦点曲線の具現化と、を可能としている。
様々な実施形態において、これが為されて、オートフォーカス速度と、特定のワーク検査画像或は特定の用途に適合する精度との所望の組み合わせを提供する。
【００９６】
図３のＹ軸上の焦点値は、一般と対応するオートフォーカス画像の動作上のオートフォーカス対象領域に含まれる特徴の焦点品質と対応する。Ｙ軸上でのより高い焦点値はオートフォーカス対象領域におけるその特徴のより良好な焦点と対応する。Ｙ軸上のより低い焦点値はオートフォーカス対象領域におけるその特徴のより劣った焦点と対応する。この焦点曲線は、典型的にはベル曲線の形状を近似している。
よって、理想的な焦点距離よりも大きな合焦距離やより短い合焦距離に対して獲得される焦点値は理想的な焦点距離に対する最良の焦点値よりも低くなる。
よって、最良焦点位置を求めるオートフォーカス調査は真のベル形状焦点曲線の真のピークを求める調査と対応する。
【００９７】
ここで記載されるオートフォーカス動作は、真の焦点曲線を推定すると共に精度の所望の或は充分なレベルまで対応する最良焦点位置を推定すべく使用される焦点値「サンプル」データを提供する。よって、精度の比較的より低いレベルが充分である場合、及び／或は、オートフォーカス動作の比較的より高速な集合が所望される場合、焦点曲線データはより散在的にサンプリングされ、即ち、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿っての動作可能な間隔はより大きくなる。そうした場合、推定最良焦点位置は焦点曲線の真のピークの比較的より近似的な推定値である。逆に、精度の比較的より高いレベルが要求される場合、焦点曲線データはより散在的にサンプリングされ、即ち、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿っての動作可能な間隔はより小さくなる。そうした場合、推定最良焦点位置は焦点曲線の真のピークの比較的より劣った近似であるか、或は、より正確であるかの推定値である。
【００９８】
焦点曲線のピークの推定位置を決定後、図３及び図４の水平軸上に示された対応するＺ軸位置は、ワーク上の対応する対象領域における特徴の充分合焦した或は最良状態で合焦した画像に充分対応する推定最良焦点位置であるＺ軸位置を表す。
一般に、様々な実施形態において、この推定最良焦点位置は対象領域における特徴に対する検査値として、及び／或は、様々な寸法や対象領域におけるその形態に対する他の検査結果を決定すべく最良の状態で使用されるワークの画像を取得すべく使用される位置決め座標として使用される座標値を提供する。
【００９９】
焦点計量としてもここでは言及される種々の焦点位置関数は、本発明の様々な実施形態において使用可能である。
様々な実施形態において、動作上のオートフォーカス対象領域に含まれる特徴はエッジであり、図８を参照して以下でより詳細に記載されるように適切なエッジ焦点計量が使用される。
様々な他の実施形態において、動作上のオートフォーカス対象領域に含まれる特徴はその対象領域によって規定されたワーク面の単なる部分であり、図８を参照して以下でより詳細に記載されるように適切な面焦点計量が使用される。面焦点計量は、一般に、オートフォーカス画像におけるオートフォーカス対象領域におけるコントラストの測定と対応する焦点値を提供する。１つの典型的な面焦点計量は図１乃至図３を参照して以下で記載される。様々な代替的面焦点計量は引用した文献に詳細に記載されもしており、様々な適切焦点面関数も当業者には既知である。よって、ここでそうした関数の詳細な説明は省略する。
【０１００】
先に述べたように、ここで記載されたオートフォーカス動作は、真の焦点曲線を推定すべく且つ最良焦点位置と対応する真の焦点曲線ピーク箇所を推定すく使用される焦点値「サンプル」を精度の所望の或は満足ゆくレベル以内で提供する。先に述べたように真の焦点曲線及び真の焦点曲線ピーク箇所は、一般に、より良好な精度と、より散在的にサンプリングされた焦点曲線ではなくより稠密にサンプリングされた焦点曲線に対する反復性を伴って推定される。また、焦点曲線サンプリング密度、即ち、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿っての動作可能な間隔は、当業者には明らかなように、オートフォーカス画像取得シーケンス中のＺ軸に沿っての運動速度と組み合わされたカメラシステム２６０のオートフォーカス画像取得速度によって決定される。これらの要因はオートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０を参照して前述した。
【０１０１】
図３において、焦点曲線の半値幅エネルギー寸法（ＦＷＨＭ：full-width-half-maximum-dimension）を表す寸法３０２を示す。
図４において、焦点曲線の半値幅エネルギー寸法（ＦＷＨＭ）を表す寸法４０２を示す。
また、図３には、焦点曲線と対応するレンズの被写界深度（ＤＯＦ：depth of field）を表す寸法３０３を示す。
様々な実施形態において、被写界深度はレンズの開口数（ＮＡ）に基づく１つの従来表現に従って決定される。図３に示される実施形態に対して、焦点曲線のＦＷＨＭ３０２はおよそ３.２５を下に横たわるレンズのＤＯＦ３０３にかけたものである。
図４には、焦点曲線と対応するレンズのＤＯＦを表す寸法４０３を示す。
よって、特定のレンズのＤＯＦ、レンズのＮＡ、並びに対応する焦点曲線のＦＷＨＭは、比較的予測可能且つ略一定の関係で全て略関連されている。
【０１０２】
よって、本発明の様々な実施形態において、所与の所望精度モード或はモードに対して、最小焦点曲線サンプリング密度と関連された様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿った動作可能な最大間隔は、有効な或は現行のレンズのレンズ特性と組み合わされて、所望の精度モードに基づき決定される。
様々な実施形態において、レンズ特性はレンズのＤＯＦ或はＮＡ等の直接的レンズ特性であるか、或は、ＦＷＨＭ等の予期された結果としての焦点曲線の幅寸法等の間接的レンズ特性である。
【０１０３】
様々な実施形態において、オートフォーカス動作ツールが低い精度モードで動作させられる場合、オートフォーカス動作及び／或は設定が決定されて、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿った最大間隔が少なくとも０.２に現行レンズに対する予期された公称の焦点曲線幅のＦＷＨＭをかけたものとなるように為す。これは、オートフォーカス動作中に高速運動を可能とする。
様々な実施形態において、オートフォーカス動作ツールが低い精度モードで動作させられる場合、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿った最大間隔が０.５にＦＷＨＭをかけたものまでである。これは、種々の低い精度のオートフォーカス用途に対して充分な精度を提供する一方でオートフォーカス動作中に更により高速運動を可能とする。
【０１０４】
様々な実施形態において、同様な最大間隔が現行レンズのＮＡから直に決定される。オートフォーカス動作ツールが低い精度モードで動作させられる場合、オートフォーカス動作及び／或は設定は決定されて、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿ったミクロン単位の最大間隔が、現行レンズのＮＡに対して少なくとも０.１８／ＮＡ２及び多くとも０.４５／ＮＡ２であるように為す。
本発明の様々な実施形態において、先に略述した設定或はパラメータは対応するレンズのＤＯＦの５％〜１５％程度の精度を伴って推定最良焦点位置を提供する。
比較的高い倍率のレンズに対して、ＤＯＦに関しての精度はこのパーセンテージ範囲のより大きな終端になる傾向があり、高い倍率のレンズに対する数ミクロン或はそれ以下の程度となり得るそうしたレンズの小さなＤＯＦによってミクロン−レベル精度を提供する。逆に、比較的低い倍率のレンズに対して、例えば１〜２.５倍或はその程度のレンズに対して、ＤＯＦに関しての精度は、約１０〜１００ミクロンの程度となり得る、そうした低い倍率のレンズの比較的大きなＤＯＦにもかかわらず、数ミクロ程度の優れた精度を提供するような、このパーセンテージ範囲のより小さな終端になる傾向がある。
【０１０５】
様々な実施形態において、オートフォーカス動作ツールがより高い精度モードで動作される場合、オートフォーカス動作及び／或は設定が決定されて、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿っての最大間隔が多くとも０.１に現行レンズに対する予期される公称の焦点曲線幅のＦＷＨＭをかけたものとなるように為す。これは幾分かの運動速度を犠牲にして、全体的なオートフォーカス時間を増大して、より稠密な焦点曲線サンプリングと、最良焦点位置の著しくより良好な推定とを提供する。
様々な実施形態において、オートフォーカス動作ツールがより高い精度モードで動作される場合、オートフォーカス動作及び／或は設定が決定されて、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿っての最大間隔が少なくとも０.０２にＦＷＨＭをかけたものとなるように為す。これは運動速度を更に犠牲にして、全体的なオートフォーカス時間を増大して、種々の高い精度のオートフォーカスアプリケーションに対する略最良達成可能精度である推定最良焦点位置精度を提供する。
【０１０６】
様々な他の実施形態において、オートフォーカス動作ツールがより高い精度モードで動作される場合、オートフォーカス動作及び／或は設定が決定されて、様々なオートフォーカス画像間のＺ軸に沿ってのミクロン単位の最大間隔が現行レンズのＮＡに対して少なくとも０.０１８／ＮＡ２且つ多くとも０.０９／ＮＡ２となるように為す。
本発明の様々な実施形態において、先に略述された設定或はパラメータは対応するレンズのＤＯＦの０.５％〜５％程度の精度で推定最良焦点位置を提供する。比較的高い倍率のレンズに対して、ＤＯＦに関しての精度はこのパーセンテージ範囲のより大きな終端になる傾向がある。これは、高倍率レンズに対する数ミクロン或はそれ以下の程度であり得る、そうしたレンズの小さなＤＯＦによって、ミクロン或はサブミクロンのレベルの精度及び反復性を提供する。逆に、例えば１〜２.５倍の倍率等の比較的低い倍率のレンズに対して、ＤＯＦに関しての精度はこのパーセンテージ範囲のより小さな終端になる傾向がある。これは、約１０〜１００ミクロン程度であり得るそうした低倍率レンズの比較的大きなＤＯＦにもかかわらず、数ミクロン或はそれ以下の程度の優れた精度を提供する。
【０１０７】
先行する実施形態に対して記載されたＺ軸に沿った最大間隔の特定レンズ特性及び特定値の双方は説明目的だけのものであり、限定する意図はない。様々な画像測定システム、アプリケーション、並びに、精度レベルに対して適合する最大間隔に対する他のレンズ特性や適用可能な値は明らかであろう。
【０１０８】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、オートフォーカス動作の２パス集合が用いられて、予期せぬワーク変動等に対するオートフォーカス動作の強靱性を増大する一方で、オートフォーカス速度及び精度の所望の組み合わせを温存する。
第１パスは、ここでは合焦撮像範囲（フォーカス範囲またはサーチ範囲）とも呼称される総合的な第１パスＺ軸位置範囲或は第１パスオートフォーカス画像範囲にわたって可能な限り高速であるように設計され、ワーク上の対象領域の公称のＺ軸箇所に対する変動或は公差を、位置決め変動が調整されたワーク座標系等を設定する予備動作によって削減されないような程度まで載物ステージの公称のＺ軸位置決めに対する追加的な変動或は公差と共に包含する最良焦点位置を含むことは確実である。
一般に、本発明の様々な実施形態において、総合的な第１パスオートフォーカス画像範囲が規定されて、近似的な合焦対象領域を提供すべく、様々なレンズパラメータ、ワークＣＡＤデータ等に基づき、マニュアルで、半自動的に、或は、自動的に作業者によって決定された公称のＺ位置周りの中心に置かく。
様々な実施形態において、総合的な第１パスオートフォーカス画像範囲は現行レンズの焦点深度、ワークオートフォーカス対象領域に関する上述した位置的公差等に対する然るべき考察によって更に規定されている。
様々な実施形態において、総合的な第１パスオートフォーカス画像範囲は１〜４ｍｍ程度であり、その殆どが潜在的なワークや位置変動対象領域に起因し、特により高い倍率のレンズが使用された場合、そうしたレンズが典型的にはミクロン程度であるＤＯＦを有すると共に潜在的なワークの位置変動対象領域に比較して典型的には無視し得るからである。
【０１０９】
以下に記載される第２パスを見越して、様々な実施形態において、第１パスは最良焦点位置の非常に近似した推定を支持すべく必要なだけである。よって、焦点曲線は、例えば図４に略対応する第１パス焦点動作中に、先の低精度に対して記載されたように、現行レンズの被写界深度或は他のレンズ特性を然るべく考慮することによって、散在的にサンプリングされる。
様々な実施形態において、焦点曲線のピークの箇所は、次いで、最良焦点位置の改善された推定を迅速に決定すべく、第２パス合焦撮像範囲を改善するために使用可能な近似値である推定最良焦点位置を提供すべく推定される。
【０１１０】
様々な実施形態において、第２パスは推定された最良焦点位置を決定する際、所望の改善された精度或は最終レベル精度を提供すべく設計されている。よって、これら様々な実施形態における第２パスオートフォーカス動作中、焦点曲線は、例えば第１パスオートフォーカス画像データに基づき決定された名目上近似的な推定最良焦点位置の近くにおける、例えば様々な実施形態における２〜５にＤＯＦをかけたものの範囲にわたって、相当により短い第２パスオートフォーカス画像範囲にわたってより稠密にサンプリングされる。例えば、第２パスサンプル密度は図３に略対応するか、或は、これら様々な実施形態において、現行レンズの所望精度や被写界深度或は他のレンズ特性を然るべく考慮することによって、先のより高い精度モードに対して記載されたようなものである。次いで、焦点曲線のピークの箇所、即ち、最良焦点位置が、様々な実施形態における第２パスオートフォーカス画像データに基づき精度の所望レベルまで推定される。
【０１１１】
様々な実施形態において、自動合焦によって決定された推定最良焦点位置が、対象領域における面に対する検査寸法として使用されるＺ軸方向に沿っての高さを直に決定すべく使用されるか、エッジ検出に先行して画像平面内のエッジのシャープネスを最少化すべくＺ軸に沿ってカメラを位置決めすべく使用されるか、或は、その類等々の何れかであるか、或はそれら双方となる。
【０１１２】
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において、ストロボ発光機能が利用されて、実効的な露光時間を限定すると共に、オートフォーカス動作決定回路、ルーチン或はアプリケーション１７０の動作を参照して先行して記載されたように、様々なオートフォーカス画像の任意の関連ぼけ不明確性を限定する。先行して略述したように、特定のオートフォーカス画像と関連されたＸ、Ｙ、並びに、Ｚ位置値は、様々な実施形態において、運動制御サブシステム１４５によって追跡される位置エンコーダ信号に基づく。
【０１１３】
様々な実施形態において、カメラ及びステージ或は最良焦点位置を推定すべく使用される様々なオートフォーカス画像と対応するワークの間の相対的位置は高信頼性及び高精密性を伴って知られなければならない。
従って、本発明の様々な実施形態において、少なくともＺ軸位置値は、対応する画像の露光の実効的な時間と既知の関係を伴って運動制御サブシステム１４５内にラッチされて、その画像と関連して記憶される。
従って、様々な実施形態において、連続的な運動がオートフォーカス画像取得中に使用される場合、ストロボ発光を使用して、ストロボ発光をトリガーすると共に、ストロボ発光時間と関連した特定時間に、例えばストロボ発光トリガーと関連した特定時間と対応する位置値をラッチすることが有益である。
様々な実施形態において、これは、所望オートフォーカス画像範囲に沿って所望オートフォーカス画像間隔を提供するオートフォーカス画像箇所とシステム形態が対応する際の特定時間に制御システム部１００の制御下で、全て始動され繰り返される。
【０１１４】
様々な実施形態において、これは、Ｚ軸位置が有効な合焦撮像範囲の一方端である場合、制御システム部１００によって全て始動されて、撮像制御インターフェース１４０及び／或はカメラシステム２６０によって決定された最大自由継続速度或は反復性タイミングに従って合焦撮像範囲の全てにわたって繰り返されて、有効な合焦撮像範囲の全てのわたる所望最大合焦撮像間隔以内にあるオートフォーカス画像の対応する集合を提供する。
様々な実施形態において、オートフォーカス画像から成る集合は画像反復の決定された数、或は、合焦撮像範囲の終端の検出位置で若しくは該終端を越えた検出位置に基づき終了させられる。高速撮像、移動する撮像対象物、同期化問題等に関する典型的なビジョンシステム構成要素に関連された様々な考察は、ＣｙｂｅｒＯｐｔｉｃｓ−Ｉｍａｇｅｎａｔｉｏｎ（ｗｗｗ．ｉｍａｇｅｎａｔｉｏｎ．ｃｏｍ）委託のＡｕｔｏｍａｔｅｄＶｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．，ＰｅｒｒｙＣ． Ｗｅｓｔ氏による「Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ，Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ」に詳細に記載されている。
【０１１５】
図５は、本発明のストロボ光制御システムの一実施形態を示す概略図である。
様々な実施形態において、ストロボ光制御システム５００は連続照明制御機能を有する。
様々な実施形態において、ストロボ光制御システム５００は発光システムドライバ／コントローラ１５０に含まれる。
様々な実施形態において、光制御システム５００は、一般的に既知な従来回路要素及び従来回路設計技術を用いる。
様々な実施形態において、光制御システム５００の構成要素は選択されて、ＬＥＤ或はダイオードレーザ等の光源用の電流源を動作できる高速フィードバック制御電流ドライバ等を、５ＭＨｚ及びそれ以上の高さの割合で提供する。
様々な実施形態において、構成要素は選択されて、約１ミクロ秒或はそれ以下である誘導位相リレーを提供する、即ち、ストロボパルスが入力制御信号ＥＸＰ２の先導エッジを受信後の約１ミクロ秒以内で始動される。
様々な実施形態において、構成要素が選択されて、５００ナノ秒の短い及び４０ミリ秒の長いストロボモードストロボ時間の間、約１.５アンペアの大きさのピーク電流を提供する。
【０１１６】
よって、図５に示されるように、様々な実施形態において、光制御システム５００は高強度のストロボ照明を提供できる発光装置２２０、２３０、或は、２４０の内の任意のもの等の光源５８０を含む。
様々な実施形態において、光源５８０は前述したようにＬＥＤを含む。約１.５アンペア（２アンペアピーク）等を提供できる高速応答中間パワートランジスタ５７５は制御信号ＡＡに従って光源５８０を駆動すべく接続される。光源５８０はフィードバック制御信号５８３を提供し、この信号が光源５８０の出力パワーと対応している。
様々な実施形態において、フィードバック制御信号５８３は光源５８０からの光の一部から生成され得る。フィードバック制御信号５８３はバッファ回路部（フィードバック制御部）５８５に提供され、それは、様々な実施形態において、フィードバック制御信号５８３の検知及び／或は増幅して、フィードバック制御信号ＢＢを提供する。
【０１１７】
様々な実施形態において、光制御システム５００は２つの別々のモードで動作させられる。ストロボモードにおいて、制御信号ＥＸＰ２は高速入力バッファ５０５に入力される。この信号ＥＸＰ２は、以下で記載される撮像制御インターフェース１４０に含まれるフレームグラバーによって生成され且つそれから出力される。
マルチプレクサ５１２は、制御信号ＥＸＰ２の高速差動増幅器５１５への経路指定を為すべく１つ以上の信号線にわたって、コントローラ１２０、撮像制御インターフェース１４０、或は、制御システム部１００の他の構成要素からの１つ以上のモード選択信号によって制御される。
この差動増幅器５１５はバッファ回路部（フィードバック制御部）５８５からフィードバック制御信号ＢＢをも受信する。差動信号又は差信号は差動増幅器５１５によって差信号を増幅する高速増幅器５２５へ出力されて、ストロボモードにおいて、光源５８０を駆動すべく中間パワートランジスタ５７５へ入力される制御信号ＡＡを提供する。
【０１１８】
連続照明モードにおいて、「ＤＡＣ ＩＮ」制御信号は入力バッファ５１０へ入力される。このＤＡＣＩＮ信号は様々な実施形態においてコントローラ１２０からの任意の出力によって生成される。コントローラ１２０からの１つ以上のモード選択信号によって制御されるマルチプレクサ５１２は、このＤＡＣＩＮ制御信号の差動増幅器５２０への経路指定を為す。差動増幅器５２０はバッファ回路部（フィードバック制御部）５８５からのフィードバック制御信号ＢＢをも受信する。
【０１１９】
差信号は差動増幅器５２０によって、その差信号を増幅する増幅器５３０へ出力されて、中間パワートランジスタ５７５へ入力される制御信号ＡＡを提供して、連続照明モードにおいて、光源５８０を駆動する。連続照明モードにおいて、制御信号ＡＡは最大レベル以下に制御されて、中間パワートランジスタ５７５内の電流を制御すると共に、それら構成要素用に長期動作寿命を提供するレベルで光源５８０を制御する。
【０１２０】
２つのこうした別々の動作モードを有することによって、ストロボ光制御システム５００は、画像測定検査システム１０を後付け又は改造すべく使用され得ると共に、ストロボ発光有りであろうが無しであろうがかかわらず、本発明のシステム及び方法を、先のＤＡＣＩＮ信号等の信号によって典型的には制御される比較的連続的な照明を用いる従来のシステム及び方法と共に使用して、精密画像測定検査システムを動作することが望ましいような他の用途で使用され得る。
２つのこうした別々の動作モードを有することによって、ストロボ光制御システム５００は、様々なマニュアル作業者指導訓練モード動作中に連続照明を提供することや、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において使用される様々な自動実行モード動作中の様々な訓練モード動作中に提供されるものと同様な総合的露光照明エネルギーをもたらすストロボ照明を提供することで特に有用である。
【０１２１】
ストロボ発光をトリガーすると共にストロボ発光時間と関連した特定時間における対応する位置値をラッチするために、先に記載されたこれらシステム要素は制御システム部１００内において動作可能に相互接続されている。ストロボモード動作と関連された動作上のステップは、本発明のランタイム動作上の方法と関連されて以下に記載されている。
【０１２２】
図６は、実行モードにおいて本発明のワークの対象領域に自動的に合焦するための動作及び設定を決定する訓練モード方法の学習モードの一実施形態を略述するフローチャートである。
本方法はステップＳ１００でスタートしてステップＳ１１０へ進んで、そこでビジョン検査システムは学習モードに設定される。次いでステップＳ１２０において、カメラに対する現行レンズが選択される。次にステップＳ１３０において、評価されるべきワークが所望箇所に位置決めされて、検査されるべきそのワークの部分がカメラの視野内になるよう為す。次いで動作はステップＳ１４０へ進む。
【０１２３】
ステップＳ１４０において、ワーク上への照明が設定される。この照明がユーザによって設定され得るか、或は、半自動的若しくは自動的に設定され得る。
様々な実施形態において、連続照明が設定される。
次にステップＳ１５０において、ワークの作業視野がその設定された照明に基づき獲得される。様々な実施形態において、その作業視野内に見えるワークの部分は、ワークが配置された位置の関数である。
【０１２４】
様々な実施形態において、その設定された照明に基づき獲得されるワークの作業視野は、オートフォーカス画像取得シーケンス中の任意の実用Ｚ軸速度と組み合わせて使用される場合の許容可能なオートフォーカス画像を提供するに充分な短時間のストロボ発光持続時間を用いて取得される作業視野画像を含む。連続照明がステップＳ１４０で設定されている様々な実施形態において、ストロボ照明パラメータは連続照明設定から引き出される。
【０１２５】
次いで、ステップＳ１６０において、カメラから獲得される作業視野はその照明が充分か否かを決定すべく評価される。もしその照明が充分でなければ、動作はステップＳ１７０へ進む。そうでない場合は、動作はステップＳ１８０へ進む。
【０１２６】
ステップＳ１７０において照明設定は、例えば、様々な照明設定を変更する作業者に基づき調整される。次いで動作はステップＳ１５０に戻る。対照的に、ステップＳ１８０において、現行照明設定は記憶される。次いで動作はステップＳ１９０へ進む。
ステップＳ１７０において、もし充分でない照明があまりにも弱ければ、照明は強度が増大される。対照的に、もし充分でない照明があまりも明るければ、照明は強度が減少される。
【０１２７】
様々な実施形態において、本発明のシステム及び方法は、本発明の自動合焦動作がどの程度迅速に実行され得るかを制御する、３つの互換性及び／或は相関性オートフォーカス特性或は変数、及び／或は、それらに関連する制御パラメータ若しくは設定を決定する。様々な実施形態において、これら特性はオートフォーカス動作に対するオートフォーカス対象領域のサイズ、オートフォーカス画像が取得される割合、並びに、カメラがオートフォーカス画像を取得しながらＺ軸に沿ってスキャンする最大速度である。
【０１２８】
様々な実施形態において、この発明に従って高速及び高精度オートフォーカスの所望の組み合わせを確定するために、これら３つの変数又は特性が相関するように決定される。
様々な実施形態において、これが為されて、オートフォーカス画像取得動作、及び／或は、オートフォーカス速度と推定最良焦点位置に対する所望精密性を提供できる略最短の実用的時間内で推定最良焦点位置を決定するための精度との所望の組み合わせと対応する設定の所望の組み合わせを決定する。様々な実施形態において、これら３つの変数の間には様々な折衷案及び関係が、それらの値を決定する代替的な例示的方法及びシーケンスと共に存在する。しかしながらより一般的には、様々な実施形態において、特定の画像測定検査システム或はオートフォーカス動作の特定の集合にとって、特定のハードウェア限定、精度要件等によって最も厳しく制約されるオートフォーカスパラメータ或は変数が最初に確定され、そうした限定や要件によってより少ない制約を受ける他のオートフォーカスパラメータ或は変数は続いて決定される。
【０１２９】
従って、ステップＳ１９０において、これら３つの変数の内の第１のものに対する値は規定される。次いでステップＳ２００において、これら３つの変数の内の第２のものに対する値は第１の変数の値に鑑みて規定される。次にステップＳ２１０において、これら３つの変数の内の第３のものに対する値が第１の２つの変数に対する上記規定された値に基づき決定される。次いで動作はステップＳ２２０へ進む。
【０１３０】
ステップＳ２２０において、オートフォーカス特性或は変数から成る集合によって提供される結果はオートフォーカス結果を調査することで確認される。様々な実施形態において、この確認は、比肩し得る実行モード動作の結果をまねるオートフォーカス実証によってもたらせられる。即ち、実証オートフォーカス動作から成る集合は実行され、様々な学習モード動作、関連マシン形態、並びに、学習モード動作中に決定されるオートフォーカス特性或は変数から成る集合に基づき決定される実行モード動作と略同様である。例えば、運動、ストロボ照明、並びに、画像取得速度が用いられ、実行モード動作及び設定によって提供されるものと同様或は同等であり、適切な総合的Ｚ軸オートフォーカス画像範囲にわたって分配された結果としてのオートフォーカス画像に基づき、推定最良焦点位置が決定される。様々な実施形態において、次いでマシンがその推定最良焦点位置に位置決めされ、評価画像が取得されると共に表示されて、その評価画像が評価される。様々な実施形態において、これは、その評価画像をマニュアルで調査することによってか、或は、その評価画像に対して検査動作を実行して結果を分析することによってかの何れかで為される。様々な実施形態において、オートフォーカス実証は、対応するＧＵＩ制御構成を用いて作業者によって始動される。
【０１３１】
次いで、ステップＳ２３０において、オートフォーカス動作及び設定の確認された集合は記録される。
次にステップＳ２４０において、オートフォーカス動作及び設定の確認された集合と、その確認されたオートフォーカス結果を生成すべく使用される他の任意の設定とに対応する部分プログラムマシン制御命令は生成される。
様々な実施形態において、このデータは対象領域の寸法、限定読出画素集合の仕様、画像取得反復速度、様々な実施形態においてストロボ強度及びストロボ持続時間を含み得るか或は含むことが照明設定、Ｚ軸スキャン速度、総合的なＺ軸オートフォーカス画像範囲の公称パラメータ、選択された現行レンズ等に関する情報を含む。
様々な実施形態において、ステップＳ２３０及びＳ２４０の動作が併合され得るか或は区別できないかの何れかであるか、又は、それら双方である。
次いで、ステップＳ２５０において、もしあれば他の所望部分プログラム指示が生成される。
次にステップＳ２６０において、学習モードを終了し、生成された部分プログラムマシン制御命令が例えば自動的実行モード中等の今後の使用のために記憶される。
【０１３２】
先行して記載されたように、ステップＳ１３０でワークを位置決めする場合、Ｘ軸及びＹ軸における座標がそのワーク用に確定される。更にステップＳ１５０で獲得される作業視野はユーザによってマニュアルで獲得され得るか、或は、画像測定検査システムによって自動的に獲得され得る。
【０１３３】
様々な実施形態において、ステップＳ１４０で照明を設定することは、ストロボ画像パラメータを直に設定することを含む。様々な実施形態において、ストロボ発光が使用されて照明を設定する場合、ストロボ発光がユーザによってマニュアルで制御されるか又は確定されるか或は自動的に制御されるか又は確定される。図７に関して以下で記載される二重エリア対照ツールは、様々な実施形態においてストロボ或は連続照明の何れかに対する所望設定を確定する補助を為すべく使用される自動露光評価ツールの一例である。
【０１３４】
様々な実施形態においてステップＳ１９０或はＳ２００でオートフォーカス動作に対する対象領域を規定する場合、そのオートフォーカス動作に対する対象領域はＧＵＩを用いて、或は、例えばユーザインターフェースウィンドウを通じての直接編集によって規定される。更なる別の実施形態において、オートフォーカス動作に対する対象領域は直接編集とＧＵＩを用いることとの組み合わせによって規定される。
【０１３５】
本発明の様々な実施形態において、先行して略述した限定読出画素集合は対象領域を規定することと連携されて規定される。
様々な実施形態において、限定読出画素集合は、学習モード動作において規定された対象領域に基づき制御システム部１００によって自動的に規定される。
様々な実施形態において、様々な学習モード動作中に使用されるＧＵＩは動作可能な限定読出画素の特定の箇所及び／或はサイズ特性を表示して、作業者に様々な学習モード動作中の対象領域及び／或は対応する限定読出画素集合を規定するために有用である視覚的なフィードバックを提供する。
様々な実施形態における対象領域及び対応する限定読出画素集合の間の関係に関する様々な考察は、図８乃至図１１、並びに、図１３を参照して以下で説明する。
【０１３６】
ステップＳ１９０乃至Ｓ２１０において焦点曲線サンプル密度及び／或はオートフォーカス画像間隔を規定する場合、様々な実施形態においてその密度及び／或は間隔は連続的な範囲以内で選択或は決定される。
代替的には、様々な実施形態においてそれら密度及び／或は間隔に対する予め規定された各デフォルト値は、粗雑対微細、厳正対劣勢厳正、並びに／及び、より高速対より低速等々の作業者決定設定と関連された離散的な値として決定される。
【０１３７】
更に他の実施形態においてフォーカス画像取得速度は、最適化モード或は簡略化モードのうちの一方となるように規定或は決定される。最適化モードにおける所与のカメラに対して、限定読出画素集合にわたる制御の所与量が提供される。一般に、対象領域と連携されて決定された限定読出画素集合の少なくとも１つの寸法が使用されて、オートフォーカス画像取得速度、即ち、カメラが所望の対象領域と関連された限定読出画素集合に対して達成できる画像取得速度を決定する。簡略化モードにおいて、３つのパラメータに対する値から成る典型的な集合は使用される各選択可能なレンズに対して予め決定され、それは様々な実施形態において推定最良焦点位置に対する低、中、高の各精度を構成する。
【０１３８】
更なる他の実施形態において、オートフォーカスツールは、オートフォーカスツールのウィジェットを示すＧＵＩ対象領域を自動的に大きさを分類するデフォルトモードで実行され、カメラ用の既知の関連された画像取得速度を有する仮定された限定読出画素集合と対応する。
様々な実施形態において、ユーザはウィジェットを示す対象領域を位置決めし、対象領域の１つの寸法を独立して制御する一方で、対象領域の他の寸法が自動的且つ機能的に仮定された限定読出画素集合の特性に依存している。
【０１３９】
他の実施形態において、オートフォーカスツールのウィジェットを示す対象領域や利用可能な限定読出画素集合形態に対する制限が検査されるべきワークの特定特徴に対して受け入れ不可能である場合に対して特別モードが含まれる。
例えばそうした特別モードは、細長い形状等の異様な形状を伴った合焦されるべき表面を有するワークピーに対して望ましい。幾つかの実施形態における特別モードにおいて、対象領域はカメラの全視野における何れの場所でも規定され、限定読出画素集合は使用されず、そして、必要に応じて比較的低速なオートフォーカス動作が生ずる。
【０１４０】
幾つかの実施形態において、スキャン運動、及び／或は、カメラがステップＳ１９０乃至Ｓ２１０においてオートフォーカス画像を取得しながら、Ｚ軸に沿ってスキャンする最大速度を規定する場合、スキャン運動及び／或は最大速度は丸くされて離散的な所定速度選択されるか、或は、それら離散的な所定選択から選択される。
様々な他の実施形態において、スキャン運動及び／或は最大速度は画像測定システムに対して有効な速度の連続的範囲以内で決定される。
様々な他の実施形態において、スキャン運動は画像測定システムによって提供されるデフォルト或は特別加速度を含み、その加速度は、最大オートフォーカス画像間隔と連携して使用可能な最大速度、及び／或は、画像測定システムに対して有効である速度の連続的範囲内で決定され最大速度で或はそれ以下で終了される。
【０１４１】
図６で略述された方法が使用されて、ワークの高速自動画像測定検査中に画像取り込み装置に自動的に合焦すべく動作可能である部分プログラム指示を決定或は規定する。ひとたび訓練或は学習モードが完了され、そして結果としての部分プログラムが記憶されると、様々な実施形態において、動作の実行モードにおいて多数の追加的な対応するワークが生成されると共に記憶された部分プログラムを検索し使用することによって自動的に検査される。
【０１４２】
図７は、ワーク画像７０１の一実施形態と、本発明の推定最良焦点位置を決定する高速オートフォーカスシステム及び方法と一緒に使用されるべく所望の連続的及び／或はストロボ光設定を半自動的或は自動的に決定すべく様々な実施形態において使用可能な多エリア画像品質ツール７００の一実施形態とを示す。多エリア画像品質ツール７００及び関連発光調整システムに対して使用可能な様々な方法及びＧＵＩは、合衆国特許第６，５４２，１８０号及び第６，２３９，５５４号に開示されている。
【０１４３】
図７に示される多エリア画像品質ツール７００の実施形態は二重エリア画像品質ツールである。例示的な二重エリア画像品質ツール７００はバー７３０で接続された第１対象領域７１０及び第２対象領域７２０を含む。バー７３０によって占有される領域は、検査されることになるワーク特徴を略含む重要な領域を構成する。上記‘１８０特許に教示されているように、二重エリア画像品質ツール７００は発光特徴と、第１対象領域７１０及び第２対象領域７２０で測定される平均画像強度の間の差を最大化する発光レベルとを確定すべく使用される。このようにして、様々な実施形態において、エッジ７５０或は重要領域における他の特徴の上方の強度の遷移は、その重要領域における焦点の所与の度合いに対して、画像７０１におけるエッジ７５０或は他の特徴の最も精密な規定に至る。対象領域７１０及び７２０は矩形として規定される。任意の所望形状を有する任意の数の対象領域が、上記‘１８０特許に教示されているように様々な実施形態において、多エリア画像品質ツール７００以内に提供されている。
【０１４４】
また多エリア画像品質ツールの他の様々な実施形態において対象領域の幅とリンク用バー或は複数のリンク用バーとの各種比が使用可能である。リンク用バーの長さがゼロであり得る。即ち、２つの対象領域は相互に直に隣接し且つエッジ等の重要領域において検査されるべき特徴のエッジの右側に配置され得る。
【０１４５】
多エリア画像品質ツール７００等は本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において種々の方式で動作すべく含まれる。
例えば、様々な実施形態において、多エリア画像品質ツールは訓練モード中に作業者によって利用されて、照明形態と作業者によって最初に略規定されたレベルとを評価及び／或は改善する。
様々な実施形態において、照明形態と作業者によって最初に略規定されたレベルは連続或はストロボ発光形態及びレベルの何れかである。
様々な実施形態において、これは多エリア画像品質ツールを用いて改善される。
様々な実施形態において、照明形態と作業者によって最初に略規定されたレベルは、略同等の総合的画像露光を提供するストロボ発光形態に変換された連続発光形態であり、ストロボ発光形態は多エリア画像品質ツールを用いて改善される。
【０１４６】
様々な実施形態において、多エリア画像品質ツールはパートプログラムに含まれ、様々なオートフォーカス動作と連携されて使用される様々な公称連続或はストロボ発光レベルを改善すべく実行される。
例えば、様々な実施形態において、オートフォーカス対象領域が検査されるべきエッジを含む場合、多エリア画像品質ツールが初期オートフォーカスシーケンスに引き続き、或は／或は、推定最良焦点位置での最終検査画像の取得に先行して、実行される。
様々な実施形態において、このようにして、発光システム較正「ドリフト」、環境発光変化等の効果を補償し、最良の実用的なエッジオートフォーカス規定、及び／或は、実行モードでのワークに対する自動検査の際の精度を提供する。
【０１４７】
図８は、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において使用可能なオートフォーカスツールＧＵＩウィジェットの２つの実施形態を伴った、図７の例示的なワークと検査されるべき特徴とを示す。
本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において使用可能なオートフォーカスツールＧＵＩウィジェットの２つの例示的な実施形態は、エッジ焦点ツールウィジェット８１０及び表面焦点ツールウィジェット８２０を含む。
様々な実施形態において、これらオートフォーカスツールは、例示的なワーク画像８０１に対する自動的な合焦を為すべく使用される。
様々な実施形態において、予め規定さえたオートフォーカスツールは特定の設定を有する。
様々な実施形態において、これら設定はユーザによって調整或は再規定されるが、そのツールを使用するために再規定される必要がない。
様々な実施形態において、それらツールは予め規定された設定によって利用される。エッジ焦点ツールウィジエット８１０及び表面焦点ツールウィジエット８２０の様々な動作特性は、先に引用したＱＶＰＡＫ３Ｄ ＣＮＣ ＶＩＳＩＯＮ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ＯｐｅｒａｔｉｏｎＧｕｉｄｅに全般的に記載されている。
【０１４８】
様々な実施形態において、エッジ焦点ツールウィジェット８１０は中央に矢印を伴ったボックスとして表示されている。
様々な実施形態において、このウィジェット８１０は、そのボックスがオートフォーカス対象領域を示す或は規定するまで、且つ、有効なエッジ焦点計量によって評価される特性を有するエッジでもある矢印が検査されるべきエッジを示すまで、作業者によって寸法が合わされ、位置決めされ、そして回転させられる。
【０１４９】
様々な実施形態において、エッジ焦点計量は対象領域におけるエッジに沿っての１つ以上の従来のエッジ傾斜を用い、各オートフォーカス画像に対して使用される焦点値はエッジ傾斜の符号が付けられた大きさである。実際上、矢印の方向はこれら様々な実施形態におけるエッジ傾斜と関連されるべき基準方向或は極性を規定する。エッジ焦点ツールウィジェット８１０の境界によって示される対象領域が、サイズに関して低減されて、所望であれば、様々な実施形態において、エッジに沿ってのまさに短い区分を含む。
【０１５０】
様々な実施形態において、表面焦点ツールウィジェット８２０は中央に「Ｘ」を伴ったボックスとして表示されている。様々な実施形態において、この表面焦点ツールウィジェット８２０は、そのボックスがオートフォーカス対象領域を示す或は規定するまで作業者によって寸法が合わされ、位置決めされ、そして回転させられる。
表面焦点ツールウィジェット８２０の対象領域がサイズに関して増大或は低減されて、様々な実施形態における最さ決定、表面仕上げ評価等の特定の検査動作に対して使用される適切な表面部分を略含む。
【０１５１】
先行して述べたように、本発明の様々な実施形態において、カメラシステム２６０は本発明の限定読出画素集合を提供すべく動作する。限定読出画素集合は、カメラシステム２６０の視野の少なくとも１つの寸法に沿って該カメラシステム２６０の全視野より実質的に少ないものと対応する。よって、オートフォーカス画像のシーケンスを取得して限定読出画素集合と対応するデータを記憶する反復速度は、画像取得と、カメラシステム２６０の全体的な視野に対する全画素集合と対応するデータの記憶とに関連された割合読み実質的により高速である。
様々な実施形態において、カメラシステム２６０は使用され、エッジ焦点ツールウィジェット８１０或は表面焦点ツールウィジェット８２０を用いて規定される対象領域と略或は等しく対応する限定読出画素集合を提供すべく動作可能である。
これら様々な実施形態において、全体的な対象領域と対応する画素が使用されて、先行して略述したように且つ以下で詳しく説明するように、焦点値を決定する。
【０１５２】
様々な実施形態において、表面焦点動作は対象領域の規定或は表面組織のシャープネス、或は、対象領域における平滑面上へ投影されたパターンを最大化する画像焦点を提供して、Ｚ軸方向に沿ってその表面を精密に捜し出す座標値を提供するか、或は、表面を検査するために最も明瞭な画像を提供する座標での検査画像を提供する。
様々な実施形態において、オートフォーカス画像に対する焦点値を決定すべく使用される表面焦点計量は対象領域におけるコントラストの度合いを示す。そうした表面焦点計量の一実施形態は画素画像鮮明度の２乗傾斜或は対象領域におけるグレイレベルである。
様々な実施形態において、表面に対して合焦している場合、コントラスト決定は画像鮮明度の平均２乗傾斜或は対象領域内のグレイレベルに基づいている。例えば、以下の等式がそうした実施形態における焦点値を計算する一実施形態を実証している。４つの画素Ａ、Ｂ、Ｃ、並びに、Ｄの隙間での点ｉに対して、
【０１５３】
コントラストｉ＝（Ａｉ−Ｂｉ）２＋（Ａｉ−Ｃｉ）２＋（Ｄｉ−Ｂｉ）２＋（Ｄｉ−Ｃｉ）２・・・・・・（１）
【０１５４】
を定義し、これが以下のように書き換えられる。
【０１５５】
コントラストｉ＝２［Ａｉ２＋Ｂｉ２＋Ｃｉ２＋Ｄｉ２−（Ａｉ＋Ｄｉ）（Ｂｉ＋Ｃｉ）］・・・・・・（２）
【０１５６】
全体的なオートフォーカス対象領域（ＡＲＯＩ）に対して、様々な実施形態において、代表的な焦点値はそのＡＲＯＩにおける全てのＮ個のそうした点に対する平均コントラストとして決定され、即ち、以下のようになる。
【０１５７】
【数１】
2005156554.tif 000003
【０１５８】
図９及び図１０は、図７の検査されるべき例示的ワーク及び形態を、エッジ焦点ツール及び表面焦点ツールとそれぞれ対応するＧＵＩオートフォーカスツールウィジェット８１０’及び８２０’の代替的な実施形態と共に示す。
図９は、限定読出画素集合指示ウィジェット８７０及び８７５の２つの代替的実施形態をも示す。
限定読出画素集合指示ウィジェット８７０は、視野の中心における固定位置に配置された複数画素から成る１００行の限定読出画素集合と対応する。
限定読出画素集合指示ウィジェット８７５は、視野の中心における固定位置に配置された複数画素から成る１００×１００ブロックの限定読出画素集合と対応する。これら代替的な例示的限定読出画素集合は様々な市販カメラによって提供される。
【０１５９】
従って、これら例示的カメラ及び限定読出画素集合が使用される場合、本発明の様々な実施形態において、エッジ焦点ツール及び表面焦点ツールとそれぞれ対応するオートフォーカスツールウィジェット８１０’及び８２０’は、動作可能な限定読出画素集合の対応する固定寸法と同等或はそれよりも小さいサイズで限定或は固定された少なくとも１つの寸法を含む。これが為されて、検査されるべきワークの特徴の近辺における対象領域を規定するウィジェットを構造的に捜し出して寸法合わせするために作業者にとって役立つ手掛かりあるいは制約を提供する。
例えば、本発明の様々な実施形態において、指示ウィジェット８７０に対応する限定読出画素集合が実施可能であれば、限定読出画素集合の垂直寸法は指示ウィジェット８７０に対応して限定あるいは固定され、垂直及び水平の両寸法が、指示ウィジェット８７５に対応する限定読出画素集合が実施可能であれば、限定読出画素集合の縦寸法および横寸法は指示ウィジェット８７５に対応して限定あるいは固定される。
【０１６０】
様々な実施形態において、限定読出画素集合と重複する対象領域の部分だけが充分な精度及び／或は反復可能な焦点値を提供するために対応する焦点値を決定するために実際に有効且つ使用可能であるので、動作可能な限定読出画素集合が対象領域の充分な部分と重複することが好ましいことである。
様々な実施形態において、対象領域が必須ではないが好ましくは例えば図９及び図１０に略示されるように比較的小さい場合、対象領域の大部分が動作可能な限定読出画素集合と重複する。
このように、固定位置を有する限定読出画素集合を用いる様々な実施形態において、様々な訓練モード動作中に作業者に有用な視覚化された手掛かり或はフィードバックを提供するためにウィジェット８１０’、８２０’等のオートフォーカスツール対象領域指示ウィジェットが表示されるとき、ウィジェット８７０、８７５等で示されるような適切な限定読出画素集合指示ウィジェットが表示される。
そうした実施形態において、作業者は、限定読出画素集合で指示された領域と少なくとも部分的に重複するように主要点あるいは対象領域を容易に位置決めできる。
【０１６１】
様々な他の実施形態において、ユーザが対象領域を限定読出画素集合で指示された領域以外とした場合、画像測定検査システムは、その対象領域が限定読出画素集合の領域と少なくとも部分的に重複するように載物ステージ及び／或はカメラを自動的あるいは半自動的に再位置決めすべく動作可能である。
そうした実施形態において、限定読出画素集合指示ウィジェット８７０、８７５等は提供された重複量の視覚化確認をもたらすべく有効である。
【０１６２】
図１０は、オートフォーカスツールの対象領域ウィジェット８１０’、８２０’に加えて、限定読出画素集合指示ウィジェット、位置８８０Ａ、８８０Ｂ、並びに、８８０Ｃで指示された様々な実例の３つの代替実例を示している。
限定読出画素集合指示ウィジェット８８０Ａ、８８０Ｂ、並びに、８８０Ｃは、視野における制御可能な変動位置に配置された固定あるいはデフォルトの１００×１００の限定読出画素集合と対応している。
従って、本発明の様々な実施形態において、そうした限定読出画素集合が使用される場合、オートフォーカスツールウィジェット８１０’、８２０’は、動作可能な限定画素集合に対応した固定あるいはデフォルトのサイズに対して同等あるいはそれより小さいサイズのディスプレイ上に初期的に提示される。
これが為されて、検査されるべきワークの主要点近辺にて対象領域を規定するウィジェットを構造的に捜し出して寸法合わせするために作業者にとって役立つ手掛かりあるいは制約が提供される。
【０１６３】
先行して記載されたように、限定読出画素集合と重複する対象領域の部分だけが対応する焦点値を決定するために実際に有効且つ使用可能であるので、充分な精度及び／或は反復可能な焦点値を提供するには、動作可能な限定読出画素集合が対象領域の充分な部分と重複することが好ましいことである。
様々な実施形態において、対象領域が例えば図１０に概略的に示されるように比較的小さい場合、対象領域の大部分が動作可能な限定読出画素集合と重複することが好ましい。
よって、固定サイズ及び変更可能な配置を有する限定読出画素集合を用いる様々な実施形態において、ウィジェット８１０’、８２０’等のオートフォーカスツール対象領域指示ウィジェットが表示される場合、ウィジェット８８０Ａ、８８０Ｂ、８８０Ｃ等によって指示されたもの等々の適切な限定読出画素集合指示ウィジェットが表示される。
これは、様々な訓練モード動作中に作業者に有効な視覚化手掛かりあるいはフィードバックを提供する。
【０１６４】
様々な実施形態において、限定読出画素集合及びウィジェット８８０等の適切な指示ウィジェットは規定された対象領域に対して自動的に中央に置かれるところ、オートフォーカスツールＧＵＩウィジェットの対象領域指示部分の境界が限定画素集合の指示された場所の外側に延在している場合、ＧＵＩ要素はその状態を強調すべく自動的に起動される。
例えば、様々な実施形態において、位置８８０Ｂでの限定読出画素集合の指示された領域の外側に延在するオートフォーカスツールウィジェット８２０”の部分は、線色或は厚み変化、強調された対応領域等によって強調される。
そうした実施形態において、作業者は限定読出画素集合の指示された領域に重複しない対象領域の部分を容易に認識及び／或は調整、及び／或は、重複部分が充分であるかを決定する。
もし作業者が重複領域が充分ではないと判断すれば、先行して略述した特別モードが様々な実施形態において使用される。
【０１６５】
位置８８０Ａで、対象領域ウィジェット８１０’が指示された限定読出画素集合によって全体的に重複されている。位置８８０Ｃで、対象領域ウィジェット８２０’が指示された限定読出画素集合によって完全に合致して、指示された限定読出画素集合が明確に視覚化されない。
【０１６６】
図１１は、表面オートフォーカスツールウィジェット８２０”’の実施形態を、訓練モードにおいて本発明のオートフォーカス動作と関連された様々なモード及び動作を選択すべく使用可能な様々な制御ウィジェットの実施形態と共に示す。
様々な実施形態において、制御ウィジェット８３０はマウスでクリックされるか、または別の方法によって、自動動作を始動すべく起動されて、対象領域が先行して略述したように、固定された限定読出画素集合の領域と少なくとも部分的に重複するように移動させられる。
【０１６７】
様々な実施形態において、制御ウィジェット８３１の制御ボタン８３２はマウスでクリックされて、たとえば限定読出画素集合が規定された対象領域の充分な部分だけに重複すれば、比較的小さな限定読出画素集合が選択されて、より高速なオートフォーカス動作用に比較的高速なオートフォーカス画像取得速度を提供する動作モードを選択する。
反対に、様々な実施形態において、制御ボタン８３３はマウスでクリックされるか、または別の方法によって、限定読出画素集合、或は、もし必要であれば、特別モードが選択されて読出画素から成る動作可能な集合が規定された対象領域の全てに重複すべく少なくとも充分大きくなる動作モードを選択すべく起動される。
これにより、例えば、異様な形状の或は広範囲な対象領域に対する最良の可能性ある推定最良焦点位置精度を提供する。
【０１６８】
様々な実施形態において、制御ウィジェット８３４の制御ボタン８３５はマウスでクリックされるか、または別の方法によって、およそ先行して記載されたように、例えば低精度モード等の、推定最良焦点位置を決定する比較的低い精度のモードを提供するオートフォーカスモードを選択すべく起動される。
これは比較的高速のオートフォーカス動作をも提供する。
対照的に、様々な実施形態において、制御ボタン８３６はマウスでクリックされるか、または別の方法によって、前述したように、例えば高精度モード等の、推定最良焦点位置を決定する最高精度のモードを提供するオートフォーカスモードを選択すべく起動される。
【０１６９】
様々な実施形態において、制御ウィジェット８３７の制御ボタン８３８はマウスでクリックされるか、または別の方法によって、前述したように、例えば比較可能な実行モード動作の結果をまねるオートフォーカス学習或は訓練モード実証を提供する自動動作を始動すべく起動される。
様々な実施形態において、制御ウィジェット８３７の制御ボタン８３８はマウスでクリックされるか、または別の方法によって、例えば、追加的な訓練モード動作へ移るために、訓練モードオートフォーカス実証をバイパスすべく、或は、訓練モードオートフォーカス実証の結果として提供された評価画像によって指示された結果を受け入れるべく完全に規定或は訓練されたオートフォーカスツールの設定を受け入れるべく起動される。
【０１７０】
様々な実施形態において、先行して記載されたオートフォーカスツール及びウィジェットの様々な局面が別々或は様々な組み合わせで用いられる。更には、様々な実施形態において、様々なＧＵＩウィジェット及び制御の代替的形態が明らかである。それ故に、前述の実施形態は例示的目的のみのものであり、限定するものではない。
【０１７１】
図１２は、この発明に従って使用可能な例示的オートフォーカスツールに対するＧＵＩウィンドウの一実施形態を図示する。
様々な実施形態は、先に略述したように、エッジ焦点ツールウィジェット８１０或は表面焦点ツールウィジェット８２０等のオートフォーカスＧＵＩツールと関連されたデフォルトのオートフォーカスパラメータの幾つかの表示及び／或は改善に関して使用可能な例示的ダイアログボックス９０１を含む。
様々な実施形態において、ユーザは画像測定検査システムのマニュアル或は訓練モード動作中の様々な時にそうしたダイアログボックスを呼び出す。
その後、様々な実施形態において、ユーザは、随時、デフォルトパラメータを用いてオートフォーカスＧＵＩツールをセットアップし実行させる。
【０１７２】
また、同様のダイアログボックスが使用されて、様々な実施形態において、図式的または別の方法によって、先に略述したように、ユーザによって特定の用途或はワーク対象領域に対してカスタマイズされるオートフォーカスＧＵＩツールの実例に対して関連されたオートフォーカスパラメータを表示及び／或は改善する。
表面焦点合わせモードにおいて、ダイアログボックス９０１は、焦点合わせモード；ツール位置及びサイズ、即ち、オートフォーカス対象領域の公称場所及びサイズ；調査範囲、即ち、様々な実施形態において、任意の使用可能なレンズの被写界深度に関して適用可能となるように正規化される単位である総合的オートフォーカスＺスキャン範囲或はオートフォーカス画像範囲；並びに、デフォルト調査タイプ、即ち、様々なオートフォーカス精度及び速度考察と関連して前述したように、様々な他のオートフォーカスパラメータの様々な選択及び／或はそれらの制御に対する基礎を提供する、速度と、例えば、低、中、高の各精度等の精度組み合わせとのタイプ、を指示する表示或はエントリーを含む。
【０１７３】
図１２に示される実施形態において、ユーザはオートフォーカスツール設定を数値的に観察及び／或は変更する。
また、更なる他の実施形態において、オートフォーカスツール設定が図式的に観察及び／或は変更される。
よって、様々な実施形態において、本発明のオートフォーカスシステム及び方法は訓練され、様々な使用容易でテキストに基づく図式的な方法を用いてマニュアルで、半自動的に、或は、自動的に使用され、そして、様々な実施形態において、「経験の浅い」ユーザによって、広範囲な個々別々の用途、ワーク特徴、並びに、対象領域に対して、同様に、カスタマイズされるか或は適合される。
ダイアログボックス９０１の様々な追加的パラメータ設定或は他の有用な代替的形態等は明らかであろう。よって、前述の実施形態は例示的目的のみのものであり、限定するものではない。
【０１７４】
図１３は、本発明の様々な実施形態における限定読出画素集合のサイズと達成可能なオートフォーカス画像取得速度との間の包括関係を図示する図表１０００である。
様々な実施形態において、カメラシステムは、全体或は最大のカメラ視野以内の相互に異なるサイズの複数の限定読出画素集合の間での選択を為すべく動作可能である。
【０１７５】
図１３において、Ｘ軸は限定読出画素集合のサイズを示す。
このＸ軸の右側の点は、カメラ画素単位等に関してより大きなサイズを有する限定読出画素集合を示す。
Ｘ軸の左側の点は、カメラ画素単位等に関してより小さなサイズを有する限定読出画素集合を示す。
図１３におけるＹ軸はフォーカス画像取得速度を示す。このＹ軸のより高い点は、このＹ軸のより低い点よりも高速なフォーカス画像取得速度に関する。
【０１７６】
図１３における曲線１００１は、本発明の様々な実施形態において使用される様々なカメラの固有或は包括的動作特性を表す。
例示的且つ理論的な曲線１００１は略線形である。しかしながらそれは完全な線形ではなく、その理由は、殆どのカメラの機能的特性が、特定画像に対する限定読出画素集合のサイズにかかわらず変化しないカメラ動作に対する特定のタイミング「オーバーヘッド」によって、線形ではないからである。
同様の実際の曲線はこの発明の原理に従って使用される個々別々のカメラの任意の同様タイプに対して確定され得る。しかしながらあるカメラに対する実際の曲線は、必ずしも別のカメラに対する実際の曲線と同一とは限らない。しかしながら、図１３に示されるように、一般に、より小さな限定読出画素集合サイズは本発明の様々な実施形態においてより高速のオートフォーカス画像取得速度となり、そこでは、カメラシステムが全体或は最大のカメラ視野以内で相互に異なるサイズの複数の限定読出画素集合間での選択を為すべく動作可能である。
逆に、より大きなオートフォーカス限定読出画素集合サイズはより低速なオートフォーカス画像取得速度に到るが、所望レベルの精度を提供するために要求され得る。
本発明の様々な実施形態では、高精度モードにおいて、最良焦点位置の高精度の推定を達成するために、限定読出画素集合と重複する領域内に１０，０００画素程度が含まれるように決定された対象領域に関連して限定読出画素集合は選択される。
【０１７７】
一般に、図１３に反映されるカメラ動作特性の考察により、オートフォーカス対象領域に対する所望のサイズの選択を含んだ本発明のシステム及び方法に従ったオートフォーカスパラメータの所望の組み合わせの選択が促進補助され、その結果、オートフォーカス速度及び精度の所望の組み合わせ或は折衷案が最良の形で獲得される。
【０１７８】
図１４は、本発明の様々な実施形態において、曲線１１０１と対応する例示的なより低い精度のオートフォーカスモードと曲線１１０２と対応する例示的なより高い精度のオートフォーカスモードとに対する、フォーカス画像取得速度およびオートフォーカススキャン運動速度の間の例示的な包括関係を図示している図表１１００である。
Ｘ軸はオートフォーカス画像取得速度を示し、図１３におけるＹ軸には同一の動作特性あるいはパラメータが反映されている。
よって、様々な実施形態において、図１３に関して記載されたように、フォーカス画像取得速度を決定すれば、許容可能なオートフォーカス運動速度は図１４に図示された関係に基づき決定される。
【０１７９】
図１４におけるＹ軸は、オートフォーカス画像のシーケンスを取得しながら比較的一定の速度を用いる実施形態に対するＺ軸方向に沿っての平均オートフォーカススキャン運動速度と対応すると共に、オートフォーカス画像のシーケンスを取得しながら所望のオートフォーカス画像範囲の重要な部分にわたる加速度を用いる実施形態に対するＺ軸方向に沿っての所望オートフォーカス画像範囲以内の最大オートフォーカススキャン運動速度と略対応している。
何れの場合も、図１４におけるＹ軸上のより高い場所はより低速なオートフォーカス運動速度と対応している。
【０１８０】
Ｚ軸方向に沿って、所望オートフォーカス画像範囲以内の特定の平均或は最大オートフォーカススキャン運動速度によって分割される特定のオートフォーカス画像取得速度がオートフォーカス画像サンプル密度、あるいは最大オートフォーカス画像間隔を直に決定し、それがオートフォーカス画像から成る特定の集合に対して提供されて、対応する焦点曲線を決定する。
よって、比較的より高いあるいは稠密な焦点曲線サンプル密度、あるいは、比較的より小さな最大オートフォーカス画像間隔は、下方かつ図表１１００における曲線の右側に生じ、比較的より低いか散在的な焦点曲線サンプル密度、或は、比較的より大きな最大オートフォーカス画像間隔は上方かつ図表１１００における曲線の左側に生ずる。
焦点曲線サンプリング密度およびオートフォーカス精度とのその関係は図３及び図４を参照して前述した。
オートフォーカス画像取得中に加速度を用いる実施形態に対して、前記の説明から明らかなように、最大オートフォーカス画像間隔の大きさは、概して、より小さな最大間隔と対応するより大きな稠密か、あるいは、より大きな最大間隔と対応するより散在かの何れかである、「非線形」焦点曲線サンプル密度を決定する。
それ故に、最大オートフォーカス画像間隔の大きさと関係した精度効果は焦点曲線サンプル密度とここに含まれる精度の関係した議論の類推で理解される。
【０１８１】
比較的より少ない稠密焦点曲線サンプリングは、一般に、増大された不確実性、あるいは、焦点曲線の推定及び関連された推定最良焦点位置に関する誤りに到る。
従って、比較的より低い精度のオートフォーカスモード曲線１１０１は上方かつ図表１１００の左側に生じ、そして、比較的より高い精度のオートフォーカスモード曲線１１０２は下方かつ図表１１００の右側に生ずる。
【０１８２】
オートフォーカスモード曲線１１０１及び１１０２の各々は、それぞれの焦点曲線サンプル稠密に反映し、それは各曲線に沿っての各点で同一である。
よって、より高い精度のオートフォーカスモード曲線１１０２に沿った任意の点に従った動作は、一般に、図３に図示されたもののように、より稠密にサンプリングされた焦点対位置の曲線を生成しがちである。
対照的に、より低い精度のオートフォーカスモード曲線１１０１に沿った任意の点に従った動作は、一般に、図４に図示されたもののように、より散在的にサンプリングされた焦点対位置の曲線を生成しがちである。
２つのみの焦点対位置の曲線は図１４に示されるが、種々の曲線の全体的な一群は図表１１００におけるより低い曲線に対して、焦点対位置のための比較的より高い精度及びより高いサンプリング密度を表すように存在し、そして、より低い精度は、図表１１００におけるより高い曲線に対して、焦点対位置におけるより低いサンプリング密度を表している。
【０１８３】
他の要因は同等であるが、最高速の可能性あるオートフォーカス動作を提供することは一般に有益である。
よって、本発明の様々な実施形態において、オートフォーカス精密性の所望レベルを提供する任意の特定のオートフォーカス精度モード曲線のより低い左端に向かう点で動作することは一般に好ましい。
勿論、各カメラは特定のオートフォーカス対象領域サイズに対する最大フォーカス画像取得速度を固有に有する。
これは、本発明の様々な実施形態において最高速許容動作点を決定する。
図１４における線１１０４は、包括的にそうした点を表している。
そうした許容された或は選択された動作点があれば、必要とされたサンプリング密度或は最大オートフォーカス画像サンプル間隔を提供する対応するオートフォーカススキャン運動速度は、容易に決定されて、対応するオートフォーカスパラメータとして使用される。
これは、例えば、図１４における線１１０５及び１１０６によって指示され、各所望サンプリング密度、最大間隔、或は、精度と対応する、各許容可能なオートフォーカススキャン運動平均速度或は最大速度を包括的に表している。
【０１８４】
また、図１３及び図１４に関して先に略述したような分析が様々な実施形態において相互に異なる順序で生ずる。
例えば、様々な実施形態において、オートフォーカススキャン運動速度或は最大速度が選択或は規定された後、図１４におけるＹ軸上で始まり、フォーカス画像取得速度は適用可能な精度モード曲線から決定される。
様々な実施形態において、フォーカス画像取得速度を用いて、許容可能な限定読出画素集合サイズは図１３で規定される関係に基づき決定される。
【０１８５】
同様に、様々な実施形態において、所望精度を選択することによって始まる。
これら様々な実施形態において、フォーカス画像取得速度及び平均或は最大オートフォーカススキャン運動速度の間の機能的関係を規定する曲線は図１４に示されるように規定される。
様々な実施形態において、先ず所望精度を選択すれば、オートフォーカススキャン運動速度或はフォーカス画像取得速度は引き続き規定される。
次いで、これら様々な実施形態において、オートフォーカススキャン運動速度及びフォーカス画像取得速度の他方が決定される。
【０１８６】
よって、３つの変数の内の２つを規定した後、第３の変数は決定される。
同様に、様々な実施形態において、３つの変数の内の任意の２つの任意の順序付けが生じ、決定される３つの変数の内の最後のものに対する値に到る。
よって、図１３及び図１４に反映されたカメラ動作特性の考察は、一般に、本発明のオートフォーカスパラメータの所望の組み合わせの選択を促進補助して、オートフォーカス速度及び精度の所望の組み合わせ或は折衷案が最良の形で獲得される。
【０１８７】
図１５は、３０画像／秒の従来のオートフォーカス画像取得速度で達成可能な運動曲線１５０１と、本発明の様々な実施形態において、限定読出画素集合を用いて提供される２００画像／秒の比較的より高速のオートフォーカス画像取得速度で達成可能な運動曲線１５０２とを比較する図表である。
【０１８８】
曲線１５０１及び１５０２は３０６ミクロンのＤＯＦを有する低倍率レンズと、焦点軸方向に沿って０．３×ＤＯＦ＝９２ミクロンの最大オートフォーカス撮像間隔と、に対応している。
この最大撮像間隔は中レベルの精度の推定最良焦点位置を提供すべく使用可能である。
【０１８９】
曲線１５０１及び１５０２は、経時的な焦点軸方向に沿って移動される累積距離を示す。
最初に、各運動は３.０ｍｍの所望オートフォーカス画像範囲の始めにゼロ速度でスタートすると仮定される。
次いで各運動は０.１ｇ＝９８０ｍｍ／（秒）２の同一公称加速度と対応する。これは精密画像測定検査システムによって提供される典型的な最大加速度である。
曲線１５０１によって示されるように約０.２８秒後、速度は３０画像／秒の従来のオートフォーカス画像取得速度に対して更に増大され得ない。
これは、所望精度レベルと対応する最大所望撮像間隔がその速度で達成されるからである。
これは約２７.７ｍｍ／秒である。
よって曲線１５０１によって指示される運動は３.０ｍｍのオートフォーカス画像範囲の残部を通じて一定速度で続行する。
【０１９０】
対照的に、０.１ｇ＝９８０ｍｍ／（秒）２の公称加速度は、本発明の様々な実施形態において提供される２００画像／秒の比較的より高速のオートフォーカス画像取得速度に対して、３.０ｍｍの全体的な所望のオートフォーカス画像範囲を通じて曲線１５０２によって指示される運動に対して続行する。
この速度は、所望オートフォーカス画像範囲の終端で約７７ｍｍ／秒の最大値に達する。
これは約１８４ｍｍ／秒の許容可能な最大速度に充分少ない。
この許容可能な最大値は、２００画像／秒で、９２ミクロンの同一最大オートフォーカス撮像距離を提供すべく使用可能である。
３０画像／秒の従来の画像取得速度と対応する運動曲線１５０１と比較して、幾つかの相違及び長所が運動曲線１５０２に対して明らかであり、それは本発明の様々な実施形態における限定読出画素集合を用いて提供される２００画像／秒の比較的より高速なオートフォーカス画像取得速度と対応している。
【０１９１】
本発明の様々な実施形態において限定読出画素集合を用いて提供される比較的高速な画像取得速度に対しては、運動にとって所望のオートフォーカス画像取得の殆どの範囲或は全ての範囲にわたって加速度を含むことが望ましい。
もし許容可能な最大速度を超えていなければ、これはオートフォーカス動作に対して必要とされる全てにわたる時間を略短縮することになる。
また、加速度が画像取得中に使用された場合、そして特に加速度が充分に制御されず且つ既知でなければ或は何れか一方である場合、短い実効的な露光持続時間、実効的な画像露光時間と関連する決定的なエンコーダ位置ラッチ、並びに／或は、先に略述したようなものを含む本発明の様々な他の方法を用いることが望ましく、画像における非線形のぼけ不明確性が、画像露光中の小さな運動範囲によって低減されるように、そして、公称露光時の実際の位置が時間及び一定して変化する曖昧な速度に基づきその位置を推量する必要性無しに正確に決定させる。
そうした方法は、高い運動速度及び加速度が使用された場合でさえ、本発明の最良焦点位置の高速、単純、並びに、正確である推定を提供する。
従来の画像取得速度や多くの従来のオートフォーカス方法で用いられる対応した束縛されたより低い速度及び一定速度によって、ぼけ不明確性及び位置推量による潜在的な誤りは著しくより少なくなる。
それ故にそうした方法は、画像取得中にＺ軸方法に沿ってのより高い速度及び際立った加速度と関連された誤りを低減するために、先に記載された方法を用いることが必要であることを見出さなかった。
【０１９２】
また、所望のオートフォーカス画像範囲に沿ってのオートフォーカス画像取得は運動曲線１５０２に対して約１／３より少ない時間で完了する。
加えて、２００画像／秒での運動曲線１５０２に沿って実際に設けられた最大撮像間隔は３０画像／秒での運動曲線１５０１に沿って設けられたものよりも約６０％より少ない。こうして、２００画像／秒でオートフォーカス方法は、際立ってより高速であり且つ際立ってより高精度である。
図１５に示される実施形態において、合焦撮像範囲の少なくとも一部にわたる運動は従来の画像取得速度との組み合わせで可能とできる最高速運動よりも、この発明に従って提供される比較的高速な画像速度に対して少なくとも２.５倍より高速であり、所望の最大距離だけ焦点軸方向に沿って相互に離間する隣接オートフォーカス画像をもたらす。
所望のオートフォーカス撮像範囲に沿ってより高速な加速度を提供すべくこの発明に従って提供される撮像速度が所望のオートフォーカス撮像範囲に入る前の予備的な加速度を含むような様々な他の実施形態において、焦点撮像範囲の少なくとも一部にわたる運動は従来の画像取得速度との組み合わせで可能とできる最高速運動よりも、この発明に従って提供される撮像速度に対して少なくとも５.０倍より高速であり、同一の最大距離だけ焦点軸方向に沿って相互に離間する隣接オートフォーカス画像をもたらす。
本発明のオートフォーカス動作の速度を更に増大するような様々な実施形態において、そうした予備的な加速度が、最大の所望オートフォーカス撮像間隔をもたらすために、この発明に従って提供される比較的高速な画像速度との組み合わせで可能とできる最高速運動と比べて少なくとも９０％の速度である合焦撮像範囲の少なくとも一部にわたる運動を提供すべく使用される。
【０１９３】
オートフォーカス撮像の露光時間中に運動がある場合、カメラの各画素はその露光時間中にＺ軸方向に沿ってのある種の範囲にわたって移動しながらワーク上の一点から受け取られる光の全てと対応する統合された信号を蓄積することになる。
比較的より長い露光持続時間だけをもたらすカメラに対しての第１の関係された考察として、それは、先行して略述したように、全てのオートフォーカス撮像における受け容れ難いぼけ不明確性に到る可能性があるか、或は逆に、比較より高いオートフォーカススキャン運動速度及び／或は比較的高速なオートフォーカス動作を禁止し得る。
【０１９４】
第２の関係された考察として、運動に関係されたぼけ不明確性が別の状況では実質的に低減される場合でさえ、焦点曲線の様々な部分が比較的に非線形であるので、「統合された」オートフォーカス撮像と関連されるべき精密なＺ軸位置は必ずしも所望の精度まで容易に決定されない。
この困難性は、加速度や特に比較的漠然とした既知或は可変の加速度がオートフォーカス画像取得中に使用された際には構成される。
それ故にある種の不確定性や誤りは、先行して略述したように、エンコーダ位置が画像露光時間と関連してラッチされたとしても、Ｚ位置を各統合オートフォーカス画像の属性とすることと関連されている。
このようなケースは、特に高倍率レンズ或は小さな被写界深度のレンズを使用した場合、及び／或は、低いオートフォーカス精度要件で比較的低いサンプリング密度及び高い運動速度を可能とする場合に起こる。
【０１９５】
こうして、本発明の様々な実施形態において、ストロボ発光機能が提供されて、手頃な値段の汎用画像測定機カメラによって提供され得るものよりも一般に相当より短い実効的な露光持続時間を提供することによって、これら考察の双方に対処可能である。
例えば、比較的高精密性の用途に適合する一実施形態において、１つ以上の照明光源はワークが所望の最大量移動するような持続時間で、或はより短いストロボタイミング持続時間中にストロボ発光する。
高精密な測定用に意図された様々な実施形態において、ワーク運動の所望の最大量は０.２５ミクロン程度である。
例えば、一実施形態において、１６.６６マイクロ秒露光が１５ｍｍ／秒の運動速度で利用されて、運動速度が比例的により高速となると共に比例的より短くなることができ、光源の能力だけによって限定されて、減少する露光時速時間にわたって必要とされる総合的な画像露光エネルギーを提供すべく充分な強度を出力する。
【０１９６】
様々な他の実施形態において、充分な測定精度は、多くとも０.５ミクロンまでの実効的オートフォーカス露光持続時間中に焦点軸に沿っての最大運動を限定することによって提供される。
更に別の実施形態において、充分な測定精度は、所望のオートフォーカス画像範囲に沿ってのオートフォーカス画像から成る集合内に提供される最大オートフォーカス画像間隔の多くとも０.２５倍までの実効的オートフォーカス露光持続時間中に焦点軸に沿っての最大運動に適合することによって提供される。
【０１９７】
短い露光持続時間によって、実効的な画像統合は限定され、運動誘導画像ぼけ不明確性は低減或は削減され、そして、対応するＺ軸位置における不確定性も低減されて、短い露光持続時間を有する様々な実施形態における達成可能なオートフォーカス速度及び精度の双方を増大する。
【０１９８】
図１６は、基準或は標準露光時間中に充分である連続照明中の光設定（パワー設定）と、多数のストロボ光パワーレベルに対する対応する各ストロボ持続時間との間の例示的な包括関係を図示する図表１２００である。
各種のストロボ光パワーレベルは曲線１２０１、１２０２、並びに、１２０３によって表されている。
オートフォーカス動作に対する様々な所望ストロボ光パラメータを確定する様々な方法は前述した。以下で、１つの例示的方法に関する様々な考察をより詳しく説明する。
【０１９９】
図１６におけるＸ軸は、従来カメラのフレームレート等の基準或は標準露光時間にわたって取得される充分な「静的」ワーク画像をもたらす連続照明中の光設定（パワー設定）と対応する。
照明及び露光に関するこの方法は従来型であり、マシン作業者を含むマニュアル動作及び訓練モード動作中のビジョンマシンの動作に充分に適合している。
先行して述べたように、様々な実施形態において、既知の光源連続照明設定掛ける既知或は標準カメラ統合時間は、その光源に対する総合的露光照明エネルギーを確定する。
図１６におけるＹ軸は、連続照明中の光設定（パワー設定）と等価の画像強度を達成すべく、即ち、その光源に対する同一の総合的露光照明エネルギーを達成すべく、所与のストロボ光パワーに必要なストロボ持続時間と対応する。
【０２００】
様々な実施形態において、第１近似のために、特定のストロボ光パワーレベルによって分割される特定の総合的露光照明エネルギー（基準或は標準露光時間を用いた場合に特定の連続照明レベルと対応）は対応する要求ストロボ持続時間を直接的に決定する。
ストロボ光パワー曲線１２０１、１２０２、並びに、１２０３の各々は、各曲線に沿った各点で同一である各ストロボ光パワー設定を反映する。
こうして、より高いパワー曲線１２０３に沿った任意の点に従った動作は、図１６に図示されるように、より低い光パワー曲線１２０２及び１２０１の内の何れかに沿った対応する（垂直方向に整合する）点に従った動作よりも短いストロボ持続時間を可能とすることになる。３つのみのストロボ光パワー曲線が図１６に示されているが、様々な他のストロボ光パワーレベルを表す種々の曲線の全体的な一群が存在する。
【０２０１】
また他の要因は同等であるが、任意のストロボ光パワー曲線のより低い左端部に向かう点で動作することは本発明の様々な実施形態において一般に有益であって、最短の可能性あるストロボ持続時間を提供して、最少の運動関係ぼけと対応するＺ軸位置において最小の可能性ある不確定性とを有する画像をもたらす。
【０２０２】
更に各ストロボ光源は最大許容パワーレベルを固有に有し、他のカメラ応答考察等がない場合、この要因は本発明の様々な実施形態における最高速が可能とされたストロボ持続時間を決定し得る。
図１６におけるより高いパワー曲線１２０３は、一般に、そうした最大パワーレベルを表す。オートフォーカスパラメータとして設定されるそうした最大或は選択パワーレベルが与えられると共に、図１６における線１２０４によって全般的に指示される所望動作点が与えられたならば、要求され符合する総合的露光照明エネルギーを提供する対応するストロボ持続時間が次いで決定されて、図１６における線１２０５及び１２０６によって指示されるように、対応するオートフォーカスパラメータとして使用される。
線１２０５及び１２０６は、各ストロボ光パワーレベルと対応する各ストロボ持続時間を一般的には表す。
【０２０３】
図１６に対して先に略述した分析は様々な実施形態において他の異なる順序で生ずる。
例えば、様々な実施形態において、所望ストロボ持続時間はＹ軸に沿って規定され、次いで対応して要求されるストロボ光源は図表１２００におけるＸ軸値及びＹ軸値の交点で決定される。
図１３、図１４、並びに、図１６に反映された様々なオートフォーカスシステム動作特性の考察は、本発明のオートフォーカスパラメータの所望の組み合わせの選択を促進補助して、オートフォーカス速度及び精度の所望の組み合わせ或は折衷案を最良の形で獲得する。
【０２０４】
図１７及び図１８は、本発明の、例えば、動作の自動実行モード中に画像取り込み装置を自動的に合焦する方法の一実施形態を略述するフローチャートである。
ステップＳ３００で始まって、この方法の動作はステップＳ３１０へ進み、そこで、パートプログラムが画像測定検査システムに入力される。
次いで、ステップＳ３２０で、第１部分プログラム動作が選択される。
次にステップＳ３３０で第１部分プログラムが評価されて、それがオートフォーカス動作か否かを決定する。もし第１部分プログラム動作がオートフォーカス動作であれば、動作はステップＳ３４０へ進む。もし第１部分プログラム動作がオートフォーカス動作でなければ、動作はステップＳ５８０へジャンプする。
【０２０５】
ステップＳ３４０で、様々な実行モードオートフォーカス動作及び設定を完全に規定すべく所望され得るオートフォーカス設定或はパラメータが識別される。
ステップＳ３４０で識別されるオートフォーカス設定は、オートフォーカス変数或はパラメータから成る確認された集合と図６のステップＳ２３０で記録された他の任意の設定とに対応する。これら設定はステップＳ２３０に関して先により詳細に記載されている。選択されたレンズに関する情報に加えて、オートフォーカス設定は、様々なオートフォーカス設定に関係する任意のレンズ特定調整或はセットアップ動作に関するので、様々なレンズパラメータに関する情報をも含み得る。
次にステップＳ３５０で、様々な画像測定検査システム構成要素のパラメータ及び／或は形態がステップＳ３４０で識別されるオートフォーカス設定に従って設定される。
例えば、ステップＳ３５０で、対象領域の寸法に関係する様々な設定或は制御パラメータ、所望のオートフォーカス精度及び／或はサンプル密度及び／或は所望オートフォーカス画像範囲に沿った最大オートフォーカス撮像間隔、照明設定、オートフォーカススキャン運動及び／或は最大速度及びスキャンされた範囲、選択レンズのパラメータに基づく制御パラメータ、所望のオートフォーカス撮像範囲等が設定される。
次いで動作はステップＳ３６０へ進む。
【０２０６】
ステップＳ３６０で、ステップＳ３４０で識別されると共にステップＳ３５０で設定されたレンズ設定と対応するレンズは選択されて光路内に位置決めされる。
次にステップＳ３７０で、ワークの特定の対象領域は視野内の公称位置に適切に位置決めされる。
次いで、ステップＳ３８０で、公称照明が設定される。
ステップＳ３８０で設定された公称照明は、図６に関して先に記載された、ステップＳ１８０で記憶された公称照明と対応する。次いで動作はステップＳ３９０へ前進する。
【０２０７】
ステップＳ３９０で、ワークの作業視野がステップＳ３８０で設定された照明に基づき獲得される。
次いで、ステップＳ４００で、この作業視野が評価されて照明が充分であるか否かを決定する。例えば、様々な実施形態において、自動的に実行される多エリア画像品質ツールの結果がその評価に対して使用される。もしその照明がステップＳ４００で不充分であると決定されれば、動作はステップＳ４１０へ前進する。さもなければ、動作はステップＳ４２０へジャンプする。ステップＳ４１０でその照明は改善される。
例えば様々な実施形態において、この改善は、自動的に実行される多エリア画像品質ツールの結果に基づくか、或は、照明設定を改良するための他の任意の適用可能な既知の或は後に開発された手段による。
次いで動作はステップＳ３９０へ戻り、そこで、ワークの別の作業視野がその改善された照明に基づき獲得される。
【０２０８】
様々な他の実施形態において、ステップＳ３９０乃至Ｓ４１０は省略される。例えば、様々な実施形態において、本方法が数回実施された後、検査結果或はユーザ観察は、ステップＳ３８０で設定された公称照明設定が常に充分な照明となることを示し得る。そうした場合において、照明の不必要な確認としてステップＳ３９０乃至Ｓ４１０を省略することはより好ましい可能性がある。よって、ステップＳ３９０乃至Ｓ４１０が省略されたそれらの実施形態において、動作はステップＳ３８０からステップＳ４２０まで直接前進する。
【０２０９】
ステップＳ４２０で、カメラが有効なオートフォーカス撮像範囲の一方端近傍の位置へ移動させられる。例えば、様々な実施形態において、これは、対象領域の現行公称Ｚ軸位置に対しての、対象領域の最大の予想される変動或は公差を超える現行レンズの被写界深度の約０.５から２.０倍の位置への変位と対応する。
次いで、ステップＳ４３０で、カメラはＺ軸に沿っての移動を始める。様々な実施形態において、このカメラ運動は有効なオートフォーカス撮像範囲の外側における予備的な加速度或は速度を含み、所望のオートフォーカス撮像範囲内におけるオートフォーカス画像取得中に連続的かつ公称一定速度である。
様々な実施形態において、このカメラ運動は連続的であり、そして、所望のオートフォーカス撮像範囲の幾分か或は全てを通じて加速する。
本発明の様々な実施形態において、このカメラ運動は非連続的であるか、或は、もし動作可能なオートフォーカス画像が取得されると、他の速度変動を含むかの何れかであるか、或は、それら双方である。
【０２１０】
次にステップＳ４４０で、例えば予備的な加速度が有効なオートフォーカス撮像範囲の外側の始めに提供される場合、ステップＳ４２０におけるカメラが有効なオートフォーカス画像範囲の有効なスタータ端位置へ直接移動させられない様々な実施形態において、現行の実際のＺ軸位置はオートフォーカス画像を取得するために使用される範囲を管理すべく使用される有効なスタート端位置と比較される。
次いで動作はステップＳ４５０へ進む。
【０２１１】
ステップＳ４５０で、実際のＺ軸位置及び有効なスタート端位置の比較が、実際のＺ軸位置が有効なオートフォーカス画像取得範囲以内にあることを示しているかの決定を為す。もし実際のカメラ位置、即ち実際のＺ軸位置が有効なオートフォーカス画像取得範囲以内になければ、動作はステップＳ４４０へ戻り、そこで、先ほどの実際のカメラ位置が有効なスタート端位置と比較される。さもなければ、ひとたび現行の実際のカメラ位置が有効なオートフォーカス画像取得範囲以内であると、動作はステップＳ４６０へ進み、そこで、制御信号がオートフォーカス画像取得に備えてカメラをリセットすべく送信される。
次に、ステップＳ４７０で、少なくとも限定読出画素集合を含むオートフォーカス画像が取得される。
様々な実施形態において、先行して記載されたように、現行のＺ軸位置値は取得されたオートフォーカス画像と対応してラッチ或は取得される。次いで動作はステップＳ４８０へ進む。
【０２１２】
ステップＳ４８０で、限定読出画素集合は画像測定検査システムの制御システム部に出力されて記憶される。
様々な実施形態において、対応するＺ軸位置値も記憶される。
次いで、ステップＳ４９０で、有効なオートフォーカス撮像範囲に沿って取得されるべき更なるオートフォーカス画像があるかの決定が為される。
様々な実施形態において、これは、先ほどの実際のカメラ位置が有効なオートフォーカス撮像範囲内にまだあるかの決定を含む。
様々な他の実施形態において、これは、例えば既知の画像取得速度及び既知のオートフォーカス運動プロファイルに基づき、有効なオートフォーカス撮像範囲を跨ぐべく既知のオートフォーカス画像の予め決定された数が取得されたかの決定を含む。
もし有効なオートフォーカス撮像範囲に沿って取得されるべき更なるオートフォーカス画像があれば、動作はステップＳ４６０へ戻り、そこで、様々な実施形態において、別のオートフォーカス画像取得に備えてカメラをリセットすべく制御信号が送信される。さもなければ、動作はステップＳ５００へ前進し、そこで、Ｚ軸におけるカメラの運動が停止されるか或は次の動作のために再度方向付けられる。
【０２１３】
ステップＳ４６０乃至Ｓ４８０に関して先に記載された自動合焦動作の様々な実施形態において、各オートフォーカス画像はカメラへ送信されるトリガー信号に基づき獲得される。
様々な実施形態において、これらの信号は、有効な限定読出画素集合及び有効なオートフォーカス運動と互換性ある画像取得速度と互換性があるか或はそれに基づき決定される予め決定されたタイミングに基づき、Ｇａｌｉｌ運動制御カード＃ＤＭＣ−１７３０等によって提供される。
様々な実施形態において、これら信号は、デフォルトタイミング、或は、限定読出画素集合に対する有効な画像取得速度と互換性あるか或はそれに基づき決定され、そして、有効なオートフォーカス運動と互換性ある自由継続タイミングに従って提供される。
他の実施形態において、トリガー信号は時間通りの代わりの決定されたオートフォーカス撮像位置に基づく。
更なる他の実施形態において、画像は、「レディー」信号、或は、例えば図１３及び図１４を参照して先行して略述したように、フォーカス画像取得速度を最大化すべく設計されたデフォルトタイミングに基づき獲得される。
【０２１４】
様々な実施形態において、これら様々なトリガー方法間の決定と、対応する管理オートフォーカス変数或はパラメータの決定とは、図６のステップＳ１９０乃至Ｓ２１０で規定且つ決定される変数の設定に基づく。
更に他の実施形態において、図５に関して先により詳細に記載されたように、オートフォーカス画像は、様々な実施形態において対応する実際のＺ軸位置値のラッチをも制御するストロボ発光コントローラへ送信されるトリガー信号によって始動される信号のカスケードに基づき獲得される。
任意の場合、次にステップＳ５１０で、対象領域焦点値が、限定読出画素集合データの記憶された複数の集合の内の少なくとも幾つかのために対象領域内に含まれた画素に対して決定される。
次いで、ステップＳ５２０で、ステップＳ５１０で決定された対象領域焦点値が分析される。
【０２１５】
様々な実施形態において、分析は焦点値の比較や最大の決定された焦点値の識別を含む。
他の実施形態において、分析は、任意の現在知られている方法或は後に開発された方法によって、推定焦点曲線、推定焦点曲線の部分等を決定された焦点値と一致させることを含む。
例えば、様々な実施形態において、第２次或はそれ以上の多項式は最大の決定された焦点値の境界を定めると共にそれを含む多数の位置に配置された決定された焦点値の内の少なくとも幾つかと一致させられる。
様々な実施形態において、多項式は第５次の多項式である。
【０２１６】
次に、ステップＳ５３０で、焦点曲線の真のピークを推定する推定最良焦点位置が決定される。
最大の決定された焦点値がステップＳ５２０で決定される様々な実施形態において、充分な精度或は比較的近似した対象領域焦点位置はその焦点値と対応する推定最良焦点位置として決定される。
ステップＳ５２０で推定焦点曲線或は推定焦点曲線の部分が決定された焦点値と一致させられる、より高い精度を有する他の様々な実施形態において、高精度或は比較的より少ない近似的な推定最良焦点位置は一致された焦点曲線のピーク或は対称の線と対応するＺ軸位置として決定される。
【０２１７】
一致された焦点曲線のピーク或は対称線は任意の現在知られている方法或は後に開発された方法によって決定される。
例えば、多項式が決定された焦点値と一致させられる様々な実施形態において、ピークの場所は一致させられた多項式等の第１の導関数のゼロ交差から決定される。
数々の他の代替的実施形態が、もし充分な或は高い精度の推定最良焦点位置が対象領域に対して決定されるとの条件で、ステップＳ５２０及びＳ５３０の動作の代わりに使用可能である。次いで動作はステップＳ５４０へ進む。
【０２１８】
自動合焦方法の様々な実施形態において、全画像は対象領域焦点値が記憶された画像の内の任意のものに対して決定される前に獲得される。
同じように、様々な実施形態において、ステップＳ５１０で決定された対象領域焦点値の全ては決定された焦点値の任意の分析がステップＳ５２０で行われる前に決定される。
しかしながら様々な実施形態において、ステップＳ５２０の動作はステップＳ５１０の動作と並列に実行される。
これは、オートフォーカス動作に対してより高速な全体を通じてのスループットを提供し、様々な実施形態においてより少ない時間で所望の検査画像を決定する。
【０２１９】
同様に、更なる他の実施形態において、ステップＳ５１０の動作の内の幾つかはステップＳ４８０及びＳ４９０の動作の間で生ずる。
この実施形態において、対象領域焦点値は画像記憶後に直ちに各記憶画像に対して決定され、獲得及び記憶されるべき全ての引き続く画像を待機することがない。
同じように、更なる他の実施形態において、ステップＳ５２０の動作の内の幾つかはステップＳ４８０及びＳ４９０の動作の間で生ずる。
そうした実施形態において、対象領域焦点値だけが画像記憶後に直ちに各記憶画像に対して決定されるばかりではなく、その決定された焦点値の分析も、引き続く画像の取得及び記憶が継続しながら始動される。
【０２２０】
ステップＳ５４０で、もし十分完全で合焦した検査画像が取得されたオートフォーカス画像から成る集合間に既に含まれていなければ、カメラはステップＳ５３０で識別された推定最良焦点位置へ移動させられる。
次いで、ステップＳ５５０で、ワークの少なくとも対象領域の検査画像が取得される。
様々な実施形態において、検査画像は全体的な視野を含む。
様々な実施形態において、ステップＳ５５０で獲得された検査画像は、本発明のシステム及び方法の結果として、その画像に対して有効な最良焦点位置と対応する。
次に、ステップＳ５６０で、検査画像は検査結果を獲得すべく評価される。
次いで、ステップＳ５７０で、ステップＳ５６０で獲得された検査結果が記録される。次いで動作はステップＳ５９０へジャンプする。対照的、ステップＳ５８０で、次の部分プログラムの非オートフォーカス動作が実行される。
次いで動作はステップＳ５９０に進む。
【０２２１】
ステップＳ５９０で、実行されるべき残存している更なる任意のパートプログラムがあるかの決定が為される。
もし実行されるべき任意のパートプログラム動作があれば、動作はステップＳ３２０へ戻る。
さもなければ、動作はステップＳ６００へ進み、そこで、本方法の動作は停止する。
様々な実施形態において、ステップＳ５３０で決定された推定最良焦点位置は、オートフォーカス動作と対応する対象領域における特徴に対する検査座標として使用される。
更には、様々な実施形態において、他の検査動作が対象領域内において何等要求されず、少なくともステップＳ５４０及びＳ５５０は様々な実施形態において省略される。
【０２２２】
先行して略述したように、様々な代替的実施形態において、ステップＳ４６０乃至Ｓ４９０と関連して先に記載された動作の内の少なくとも幾つかを実行或は置き換えるべく、オートフォーカス画像から成る集合はストロボ発光コントローラに送信されたトリガー信号によって始動される信号のカスケードに基づき獲得される。
様々な実施形態において、ストロボ発光コントローラは対応する実際のＺ軸位置値のラッチをも制御する。
【０２２３】
より詳細には、ストロボ発光モードオートフォーカス動作の様々な実施形態において、運動制御カードと接続された全ての位置エンコーダの位置は、運動制御カードの固有機能を用いて、初期的には高い頻度で同時にポーリングされる。Ｚ軸位置が有効なオートフォーカス画像範囲以内に入る場合、例えば、それが有効なオートフォーカス画像範囲の末端と対応する決定された位置値を超える場合、運動制御カードはトリガー信号を出力する。
次に、この出力されたトリガー信号は、ストロボ発光オートフォーカスモード中の外部的トリガーモードで動作されるシステムフレームグラバーに入力される。
次いで、フレームグラバーはシステムカメラの非同期性リセットを始動する第１信号を発する。これはカメラに対する画像統合シーケンスを始動する。
【０２２４】
様々な実施形態において、例えばカメラ統合時間、Ｚ軸スキャン運動、並びに、様々な固有回路遅延等の、フレームグラバー内にプログラムされると共にビジョンシステム構成要素の様々な既知の特性に基づき確定される短時間遅延の後、フレームグラバーは第２制御信号を出力し、それは規定された持続時間を有して、ストロボ発光コントローラへ向けられる。
第２制御信号に応じて、ストロボ発光コントローラは、規定された持続時間と対応する１つ以上の先行して決定された照明源からの照明光パルスを始動する。
様々な実施形態において、第２制御信号はパワーレベルと光パルスの持続時間との双方を規定する。
様々な実施形態において、第２制御信号はその持続時間を制御しつつ、光源が固定或はデフォルトのパワーレベルに従って駆動される。
一般に、ストロボ光パワーレベル及びパルス持続時間は、画像特性に影響する様々な他の要因と組み合わされて典型的には決定される。
【０２２５】
様々な実施形態において、また第２制御信号は該第２制御信号のタイミングと対応する時間に現行のＺ軸位置をラッチすべく使用される。
よって、様々な実施形態において、第２制御信号は、該第２制御信号の立ち上がりエッジ或はスタートによってトリガーされ得る運動制御カードの高速位置取り込みラッチ入力と直接的に接続される。それに応じて、運動制御カードは、様々な実施形態において、光学的アセンブリの現行位置値をラッチする。
こうして、現行位置値は、後における検索及び分析のために、対応するワーク検査画像と関連して取得されると共に記憶される。
【０２２６】
タイミングが決定的ではない様々な実施形態において、フレームグラバーは、データ読み取り信号に応じて出力された、カメラからの結果としてのビデオデータを入力して、そのデータ、即ちワーク検査画像が後の検索及び分析のために、対応するＺ軸位置値と関連して記憶させる。
実効的な画像露光タイミング及び持続時間は、勿論、カメラに対する統合シーケンス中の所定の時間にストロボパルスの時間及び持続時間によって制御される。
こうして、様々な実施形態において、Ｚ軸位置のラッチのタイミングと関連するストロボタイミング及び持続時間は、ストロボ持続時間中の既知のＺ軸スキャン速度と組み合わされて使用される。
これは、特定の焦点値を有する特定画像と対応するＺ軸位置の間の関係を更に改善して、検査画像に対する推定最良焦点位置の決定に先行した関係での誤り及び不確定性を最少化する。
【０２２７】
様々な実施形態において、様々なトリガー信号の先のカスケードとタイミング持続時間とは、全て、重大な予期できないソフトウェア遅延或はタイミング待ち時間に支配されない様々な配線によって接続された接続部及び／或は高速クロックによって制御されるタイミングを有する。
こうして、本発明の様々な実施形態は、画像測定システム動作の他のより劣った反復性及び／或はより劣った重大な局面において、そうした予期できないソフトウェア遅延或はタイミング待ち時間を一般的には含む画像測定検査システム動作環境でさえ、オートフォーカス速度及び精度の非常に良好な組み合わせを可能とする。
【０２２８】
先に記載されたシステム及び方法の様々な実施形態に従って取得されたワーク検査画像は、遙かにより短い露光時間や、従来の精密画像測定検査システムに使用された構成要素及び方法で可能であるものよりも一連の画像に対する画像取得の遙かにより高い割合、並びに、画像取り込み装置に自動的に合焦する関連された方法が提供され得る。
また、この発明の原理に従った連続運動を用いて、一連のワーク特徴が高倍率で撮像されると共に検査される場合、大きく拡大された視野の各々は非常に迅速に横切られると共に過ぎ去る非常に小さな被写界深度を有する。
従って、先に記載された方法によって提供される短い露光時間と高い画像取得速度とは、大きく拡大された精密ワークオートフォーカス及び検査画像を増大されたスループットを伴って取得するために特に重要である。
【０２２９】
同様にして、ストロボ発光を利用する実施形態に関して記載された同期動作が様々な例示的システム構成要素の固有の特徴を利用するが、様々な他の実施形態において同様の同期特徴及び／或は信号が既知のディジタルタイミング回路技術に従って具現化された分離したタイミング回路によって提供され得る。そうした回路は、様々な実施形態において、コントローラ１２０の一部として含まれ得る。
【０２３０】
同じように、ある既存の画像測定検査システムは、そうした既存のマシンに対する最小或は「後付け」無しの変更を伴って本発明のシステム及び方法の様々な実施形態を利用でき、そして、そうしたマシンのオートフォーカス機能、頑強性、並びに、スループットはこの発明に原理に従って増大され得る。
様々な実施形態において、この発明の原理に従った画像測定機検査ソフトウェア方法及び／或は変更の追加だけが後付け変更に含まれる。
【０２３１】
本発明は先に略述した実施形態と連携して記載される一方で、既知であろうが、そのままであろうが、或は、現在予測されていなくとも、様々な代替、変更、変形、改良、並びに／或は、実質的な等価は少なくとも当業者には明らかとなるであろう。
従って、先に詳述された本発明の実施形態は例示的なものであり、限定することを意図していない。
様々な変更等が本発明の精神及び範囲から逸脱すること無しに為され得る。
それ故に、ここに提出される特許請求の範囲は、補正が為されようが、既知の或は後に開発された代替、変更変形、改良、並びに／或は、実質的な等価を全て包含することが意図されている。
【産業上の利用可能性】
【０２３２】
本発明は、画像測定検査システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２３３】
【図１】一実施形態に係る汎用画像測定検査システムの概略図である。
【図２】図１の画像測定検査システムの制御システム部及び画像測定機の実施形態をより詳細に示すブロック概略図である。
【図３】稠密にサンプリングされた焦点曲線データ点から成る集合と対応する焦点曲線を図示する代表的なグラフである。
【図４】散在的にサンプリングされた焦点曲線データ点から成る集合と対応する焦点曲線を図示する代表的なグラフである。
【図５】本発明のストロボ光制御システムの一実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明のワークの対象領域に自動的に合焦するためのパラメータを決定する方法の一実施形態を略述するフローチャートである。
【図７】本発明のシステム及び方法の様々な実施形態における望ましいオートフォーカス照明を決定すべく使用可能な、例示的な多エリア画像品質ツールを伴った、検査されるべき例示的なワーク及び特徴を示す。
【図８】本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において使用可能なＧＵＩオートフォーカスツールウィジェットの２つの実施形態を伴った、図７の例示的なワークと検査されるべき特徴とを示す。
【図９】本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において使用可能なＧＵＩオートフォーカスツールウィジェットの実施形態と、限定された読み出し画素集合（又は限定読出画素集合）指示ウィジェットの実施形態を伴った、図７の検査されるべき例示的なワーク及び特徴を示す。
【図１０】本発明のシステム及び方法の様々な実施形態において使用可能なＧＵＩオートフォーカスツールウィジェットの実施形態と、限定された読み出し画素集合（又は限定読出画素集合）指示ウィジェットの実施形態を伴った、図７の検査されるべき例示的なワーク及び特徴を示す。
【図１１】本発明の訓練モードにおけるオートフォーカス動作と関連された様々なモード及び動作を選択するために使用可能な様々な制御ウィジェットの実施形態を伴った、ＧＵＩオートフォーカスツールウィジェットの一実施形態を示す。
【図１２】使用可能な例示的なオートフォーカスツールに対するＧＵＩの一実施形態を図示する。
【図１３】本発明の様々な実施形態における対象サイズの領域とフォーカス画像取得速度との間の包括関係を図示する図表である。
【図１４】本発明の様々な実施形態における、フォーカス画像取得速度と、より低い精度モード及びより高い精度モードに対するオートフォーカススキャン運動速度との間の例示的な包括関係を図示する図表である。
【図１５】本発明の様々な実施形態における、比較的より低速なオートフォーカス画像取得速度と比較的より高速なオートフォーカス画像取得速度とに関連された両運動特性を比較する図表である。
【図１６】本発明の、充分連続的な照明中の光設定（パワー設定）と様々なストロボ光パワーレベル用の対応するストロボ持続時間との間の例示的な包括関係を図示する図表である。
【図１７】本発明の画像取り込み装置を自動的に合焦する方法の実施形態を略述するフローチャートである。
【図１８】本発明の画像取り込み装置を自動的に合焦する方法の実施形態を略述するフローチャートである。
【符号の説明】
【０２３４】
１０…画像測定検査システム、１００…制御システム部、１０２…表示装置、１０４…入力装置、１１０…入出力インターフェース、１１１…モニタ、１１２…プリンタ、１１３…ジョイスティック、１１４…キーボード、１１５…マウス、１２０…コントローラ、１３０…メモリ、１４０…撮像制御インターフェース、１４５…運動制御サブシステム、１５０…発光システムドライバ／コントローラ、１５５…ワークパートプログラム生成回路、ルーチン或はアプリケーション、１６５…パートプログラム実行回路、ルーチン或はアプリケーション、１７０…対象領域焦点値決定比較回路、ルーチン或はアプリケーション、１７５…対象領域焦点値決定比較回路、ルーチン或はアプリケーション、１９５…アプリケーションプログラミングインターフェース、２００…画像測定機、２０５…光学的撮像システム、２１０…載物ステージ、２１２…中央透明部、２２１，２３１，２４１…バス、２３０…同軸光源、２４０…表面光源、２５０…光学的アセンブリ部、２５２…対物レンズ、２５５…ワーク光、２６０…カメラシステム、２６２…制御線、２８０…タレットレンズアセンブリ、２８１…バス、２８４…軸、２８６…レンズ、２８８…レンズ、２９４…モータ、２９４…モータ、２９６…信号線、３０２…焦点曲線のＦＷＨＭ寸法、３０３…レンズのＤＯＦ寸法、４０２…焦点曲線のＦＷＨＭ寸法、４０３…レンズのＤＯＦ寸法、５００…ストロボ光制御システム、５００…光制御システム、５０５…高速入力バッファ、５１０…入力バッファ、５１２…マルチプレクサ、５１５…高速差動増幅器、５１５…差動増幅器、５２０…差動増幅器、５２５…高速増幅器、５３０…増幅器、５７５…高速応答中間パワートランジスタ、５７５…中間パワートランジスタ、５８０…光源、５８３…フィードバック制御信号、７００…多エリア画像品質ツール、７００…二重エリア画像品質ツール、７０１…ワーク画像、７１０…対象領域、７２０…対象領域、７３０…バー、７５０…エッジ、８０１…ワーク画像、８１０…エッジ焦点ツールウィジェット、８１０’…ＧＵＩオートフォーカスツールウィジェット、８２０”…オートフォーカスツールウィジェット、８２０”…表面オートフォーカスツールウィジェット、８２０…表面焦点ツールウィジェット、８３０…制御ウィジェット、８３１…制御ウィジェット、８３２…制御ボタン、８３３…制御ボタン、８３４…制御ウィジェット、８３５…制御ボタン、８３６…制御ボタン、８３７…制御ウィジェット、８３８…制御ボタン、８７０…限定読出画素集合指示ウィジェット、８７５…限定読出画素集合指示ウィジェット、８８０…ウィジェット、９０１…ダイアログボックス、１１０１…オートフォーカスモード曲線、１１０２…オートフォーカスモード曲線、１１０４…線、１１０５…線、１２０１…ストロボ光パワー曲線、１２０２…光パワー曲線、１２０３…パワー曲線、１２０４…線、１２０５…線、１５０１…運動曲線、１５０２…運動曲線。
【図１】
2005156554.tif 000004
【図２】
2005156554.tif 000005
【図３】
2005156554.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005156554.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005156554.tif 000010
【図８】
2005156554.tif 000011
【図９】
2005156554.tif 000012
【図１０】
2005156554.tif 000013
【図１１】
2005156554.tif 000014
【図１２】
2005156554.tif 000015
【図１３】
2005156554.tif 000016
【図１４】
2005156554.tif 000017
【図１５】
2005156554.tif 000018
【図１６】
2005156554.tif 000019
【図１７】
2005156554.tif 000020
【図１８】
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