相關(guān)申請

本申請根據(jù)美國法典第35條119款要求享有2014年8月15日提交的美國臨時申請no.62/037,778的權(quán)利和利益。

本發(fā)明的實施例涉及成像領(lǐng)域，并且特別地，涉及一種用于進(jìn)行三維表面的共焦成像的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

已經(jīng)開發(fā)了各種各樣的方法和系統(tǒng)用于牙齒的直接光學(xué)測量以及后續(xù)的義齒的自動制造。術(shù)語“直接光學(xué)測量”意味著測量患者口腔中的牙齒。這有助于獲得牙齒置換的計算機輔助設(shè)計(cad)或者計算機輔助制造(cam)所需的數(shù)字構(gòu)造數(shù)據(jù)，而不必對牙齒進(jìn)行任何鑄型印模。這樣的系統(tǒng)通常包括：光學(xué)探頭，其連接到諸如電荷耦合裝置(ccd)或者互補金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)傳感器這樣的光學(xué)拾取器或者接收器；以及處理器，其實現(xiàn)適當(dāng)?shù)膱D像處理技術(shù)，以設(shè)計和實際制造期望的產(chǎn)品。

進(jìn)行口內(nèi)掃描的一種系統(tǒng)是使用共焦成像來對三維表面成像的系統(tǒng)。使用共焦成像的這樣的系統(tǒng)通常包括場透鏡，以使成像場平坦化并且能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射光束的平坦的焦平面。這樣平坦的焦平面確保了被掃描的三維表面的表面形貌是精確的。然而，場透鏡是將光束的光線打開的發(fā)散透鏡。這導(dǎo)致了共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件被放大。另外，場透鏡應(yīng)當(dāng)被對齊以確保精度。這樣的對齊可能是耗時并且復(fù)雜的處理。

附圖說明

在附圖中的圖形中通過實例而不受限地圖示了本發(fā)明。

圖1a圖示了根據(jù)一個實施例的共焦成像設(shè)備的功能框圖。

圖1b圖示了連接至根據(jù)一個實施例的共焦成像設(shè)備的計算裝置的框圖。

圖2a圖示了根據(jù)一個實施例的缺少場透鏡的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件。

圖2b圖示了根據(jù)另一個實施例的缺少場透鏡的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件。

圖2c圖示了根據(jù)另一個實施例的具有場透鏡的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件，對于該場透鏡，聚焦設(shè)置的改變導(dǎo)致了放大率的改變。

圖3a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括棱鏡的共焦成像設(shè)備的探測部件的頂視圖。

圖3b是通過圖3a中的探測部件的線ii-ii的縱截面圖。

圖3c是根據(jù)一個實施例的包括內(nèi)部目標(biāo)件的探測部件的視圖。

圖3d是根據(jù)一個實施例的包括內(nèi)部目標(biāo)件的探測部件的側(cè)視圖。

圖4是根據(jù)一個實施例的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件的示意性圖示。

圖5a是示出用于校準(zhǔn)具有假想非平坦焦面的共焦成像設(shè)備的方法的一個實施例的流程圖。

圖5b是示出用于校準(zhǔn)共焦成像設(shè)備的方法的一個實施例的流程圖，對于該共焦成像設(shè)備，聚焦設(shè)置的改變導(dǎo)致放大率的改變。

圖5c圖示了根據(jù)一個實施例的一個示例的校準(zhǔn)對象。

圖5d圖示了示出由根據(jù)一個實施例的共焦成像設(shè)備測量的校準(zhǔn)對象的點的分布的圖。

圖5e圖示了根據(jù)一個實施例的在世界坐標(biāo)系中的點的分布的圖。

圖6是示出用于基于校準(zhǔn)到共焦成像設(shè)備的場曲率模型的應(yīng)用而調(diào)整被掃描的三維對象的深度測量的方法的一個實施例的流程圖。

圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例的計算裝置的框圖。

具體實施方式

本文描述了具有非平坦焦面的共焦成像設(shè)備?？梢杂扇鄙賵鐾哥R的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件而產(chǎn)生不平坦的焦面。如下文將進(jìn)一步詳細(xì)論述的，共焦成像設(shè)備中的場透鏡的缺少引起了挑戰(zhàn)，但同時也提供了諸多優(yōu)勢效果。例如，不具有場透鏡的共焦成像設(shè)備比具有場透鏡的共焦成像設(shè)備更小、更輕并且更易于制造。本文討論的實施例將示出如何克服設(shè)計和使用缺少場透鏡的共焦成像設(shè)備時的挑戰(zhàn)。

而且，本文描述的是具有聚焦光學(xué)器件的大區(qū)域的共焦成像設(shè)備，該聚焦光學(xué)器件利用聚焦設(shè)置的改變而改變焦面的放大率。如下文將更加具體論述的，放大率的改變引起了實施例中被克服的挑戰(zhàn)。

在一個實施例中，共焦成像設(shè)備包括照明模塊，該照明模塊產(chǎn)生光束陣列。共焦成像設(shè)備的聚焦光學(xué)器件進(jìn)行光束陣列到非平坦焦面上的共焦聚焦，并且將光束陣列朝向待成像的三維對象引導(dǎo)。共焦成像設(shè)備的平移機構(gòu)調(diào)整至少一個透鏡的位置，以使非平坦焦面沿著成像軸移位。共焦成像設(shè)備的檢測器測量返回光束陣列的強度，該返回光束從三維對象反射，并且通過聚焦光學(xué)器件引導(dǎo)回來。針對至少一個透鏡的位置測量返回光束陣列的強度，用以確定三維對象的點在成像軸上的位置。調(diào)整一個以上的點的檢測到的位置以補償非平坦焦面。從而，可以精確地成像對象，而與共焦成像設(shè)備的非平坦焦面無關(guān)。

圖1a圖示了根據(jù)一個實施例的共焦成像設(shè)備20的功能框圖。圖1b圖示了連接至共焦成像設(shè)備20的計算裝置24的框圖。共焦成像設(shè)備20和計算裝置24一起可以形成用于產(chǎn)生被掃描的對象的三維圖像的系統(tǒng)。計算裝置24可以直接或間接以及經(jīng)由有線或無線連接而連接到共焦成像設(shè)備20。例如，共焦成像設(shè)備20可以包括網(wǎng)絡(luò)接口控制器(nic)，其能夠經(jīng)由如下方式通信：經(jīng)由wi-fi、經(jīng)由第三代(3g)或第四代(4g)電信協(xié)議(例如，全球移動通訊系統(tǒng)(gsm)、長期演進(jìn)技術(shù)(lte)、wi-max、碼分多址(cdma)等)、經(jīng)由藍(lán)牙、經(jīng)由zigbee或者經(jīng)由其它無線協(xié)議。作為代替或者附加，共焦成像設(shè)備可以包括以太網(wǎng)接口控制器(nic)、通用串行總線(usb)接口或者其它有線端口。nic或者接口可以將共焦成像設(shè)備經(jīng)由局域網(wǎng)(lan)而連接到計算裝置?；蛘撸步钩上裨O(shè)備20可以連接到諸如互聯(lián)網(wǎng)這樣的廣域網(wǎng)(wan)，或者可以經(jīng)由wan而連接到計算裝置24。在代替的實施例中，共焦成像設(shè)備20可以直接連接至計算裝置(例如，經(jīng)由直接有線或無線連接)。在一個實施例中，計算裝置24是共焦成像設(shè)備20的組成部分。

現(xiàn)在參考圖1a，在一個實施例中，共焦成像設(shè)備20包括半導(dǎo)體激光單元28，該半導(dǎo)體激光單元28發(fā)射聚焦的光束，如箭頭30所示。光束30通過偏光器32。偏光器32使通過該偏光器32的光束偏振?；蛘撸谝恍嵤├锌梢允÷云馄?2。光束然后進(jìn)入到光學(xué)擴束器34中，該擴束器34增大了光束30的數(shù)值孔徑。然后光束30通過照明模塊38，該照明模塊38將光束30分離為入射光束陣列36，此處為了易于圖示而用單線表示。照明模塊38可以是例如光柵或者微透鏡陣列，其將光束30分離為光束陣列36。在一個實施例中，光束陣列36是遠(yuǎn)心光束陣列。或者，光束陣列可以不是遠(yuǎn)心的。

共焦成像設(shè)備20還包括單向鏡或者分束器(例如，偏振分束器)40，該分束器40使光束陣列36通過。單向鏡40使得來自半導(dǎo)體激光單元28的光能夠傳遞至下游光學(xué)器件，而反射在相反方向上行進(jìn)的光。偏振分束器能夠傳遞具有特定偏振的光束，并且反射具有不同(例如，相反的)的偏振的光束。在一個實施例中，單向鏡或者分束器40具有小的中央孔隙。小的中央孔隙可以提高共焦成像設(shè)備20的測量精度。在一個實施例中，由于單向鏡或者分束器40的結(jié)構(gòu)，只要被成像的對象的照亮區(qū)域沒有焦點對準(zhǔn)，則光束陣列將在該被成像的對象的照亮區(qū)域上產(chǎn)生光環(huán)。此外，一旦焦點對準(zhǔn)，則光環(huán)將變?yōu)橥耆樟恋墓獍?。這確保了焦點沒對準(zhǔn)的點與焦點對準(zhǔn)的點的測量出的強度之間的差異將變大。

沿著光束陣列的光路，在單向鏡或者分束器40之后是共焦聚焦光學(xué)器件42和內(nèi)窺鏡探測部件46。另外，四分之一波片可以沿著光路設(shè)置在單向鏡或分束器40之后，以向光束陣列引入一定偏振。在一些實施例中，這可以確保返回光束將不會通過單向鏡或者分束器40。共焦聚焦光學(xué)器件42可以另外包括中繼光學(xué)器件(未示出)。共焦聚焦光學(xué)器件42在z方向上的寬范圍的距離內(nèi)可以維持或者可以不維持相同的圖像放大率，其中，z方向是光束傳播的方向(例如，z方向與成像軸相對應(yīng)，該成像軸與光束陣列36的光路一致)。中繼光學(xué)器件使得共焦成像設(shè)備20能夠維持用于傳播光束陣列36的一定的數(shù)值孔徑。將參考圖2a-2c進(jìn)一步具體地論述共焦聚焦光學(xué)器件42和內(nèi)窺鏡探測部件46。

內(nèi)窺鏡探測部件46可以包括剛性的光傳輸媒介，該光傳輸媒介可以是其內(nèi)界定了光傳輸路徑的中空的對象，或者可以是由光傳輸材料，例如，玻璃體或者玻璃管制成的對象。在一個實施例中，內(nèi)窺鏡探測部件46包括諸如折疊棱鏡這樣的棱鏡。內(nèi)窺鏡探測部件46在其端部處可以包括確保全內(nèi)反射這種類型的鏡子。從而，鏡子可以將光束陣列引向牙齒區(qū)段26或者其它對象。內(nèi)窺鏡探測部件46從而發(fā)射光束陣列48，該光束陣列48撞擊在牙齒區(qū)段26的表面上。

在笛卡爾坐標(biāo)空間50中，沿著z軸傳播的光束陣列48布置在x-y平面中。由于入射光束到達(dá)的表面是粗糙表面，所以照亮的光斑52在不同的(xi,yi)位置處沿著z軸彼此移位。從而，當(dāng)在一個位置處的光斑可能是共焦聚焦光學(xué)器件42的焦點的同時，在其它位置處的光斑可能失焦。因此，聚焦的光斑的返回光束的光強將處于其峰值，而在其它光斑處的光強將不是峰值。從而，對于各個照亮的光斑，在沿著z軸的不同的位置處，進(jìn)行光強的多次測量。對于各個這樣的(xi，yi)位置，可以求出強度對距離(z)的導(dǎo)數(shù)，產(chǎn)生最大倒數(shù)的zi，即z0則為對焦距離。如上文所指出的，來自光束陣列48的入射光當(dāng)失焦時在表面上形成光的圓盤，并且當(dāng)對焦時在該表面上形成完整的光斑。從而，當(dāng)接近對焦的位置時距離導(dǎo)數(shù)將變大，提高了測量精度。

從各個光斑分散的光包括這樣的光束：其最初沿著與光束陣列48所行進(jìn)的光路相反的方向在z軸上行進(jìn)。在返回光束陣列54中的每個返回光束都與光束陣列36中的一條入射光束相對應(yīng)。由于單向鏡或者分束器40的不對稱性，在檢測光學(xué)器件60的方向上反射返回光束。

檢測光學(xué)器件60可以包括偏光器62，該偏光器62具有定向為與偏光器32的平面偏振垂直的優(yōu)選的偏振平面?；蛘撸谝恍嵤├锌梢允÷云馄?2和偏光器62。在一個實施例中，返回光束陣列54可以通過成像光學(xué)器件64。成像光學(xué)器件64可以是一個或多個透鏡。或者，檢測光學(xué)器件60可以不包括成像光學(xué)器件64。在一個實施例中，返回光束陣列54還通過可以是針孔的陣列的矩陣66。或者，在一些實施例中，不使用矩陣66。返回光束陣列54然后被引到檢測器68。

檢測器68是圖像傳感器，其具有分別代表圖像的像素的傳感元件的矩陣。如果使用矩陣66，則各個像素進(jìn)一步地對應(yīng)于矩陣66的一個針孔。在一個實施例中，檢測器是電荷耦合裝置(ccd)傳感器。在一個實施例中，檢測器是互補金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)型圖像傳感器?？梢允褂闷渌愋偷膱D像傳感器用于檢測器68。檢測器68檢測各個像素處的光強。

在一個實施例中，檢測器68向計算裝置24提供數(shù)據(jù)。從而，以下面描述的方式，利用處理器24而捕捉和分析在檢測器68的各個感測元件中測量出的各光強。

共焦成像設(shè)備20還包括控制模塊70，該控制模塊70連接到半導(dǎo)體激光器28和電機72、音圈或者其他平移機構(gòu)。在一個實施例中，控制模塊70是被配置為進(jìn)行控制操作的現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)或者包括該現(xiàn)場可編程門陣列。電機72連接到共焦聚焦光學(xué)器件42，用于改變共焦聚焦光學(xué)器件42的聚焦設(shè)置。這可以沿著z軸(例如，在成像軸上)調(diào)整共焦聚焦光學(xué)器件42的假想的非平坦焦面的相對位置?？刂颇K70可以引起電機72軸向移位共焦聚焦光學(xué)器件42的一個以上的透鏡(改變所述透鏡的位置)，以改變假想的非平坦焦面的焦點深度。在一個實施例中，電機72或者共焦成像設(shè)備20包括編碼器(未示出)，該編碼器精確地測量共焦聚焦光學(xué)器件42的一個以上的透鏡的位置。編碼器可以包括與編碼線性位置的刻度相配對的傳感器。編碼器可以輸出共焦聚焦光學(xué)器件42的一個以上的透鏡的線性位置。編碼器可以是光學(xué)編碼器、磁性編碼器、電感編碼器、電容編碼器、渦流編碼器等。在接收到一個以上的透鏡的位置已經(jīng)改變的反饋之后，控制模塊70可以使得激光器28產(chǎn)生光脈沖?？刂颇K70可以另外地使得圖1b的圖像捕捉模塊80同時從在一個以上的透鏡的特定位置(因此是關(guān)于假想的非平坦焦面的焦點深度)處的各個傳感元件接收和/或存儲代表光強的數(shù)據(jù)。在隨后的序列中，一個以上的透鏡的位置(因此為焦點深度)將以相同的方式改變，并且將在共焦聚焦光學(xué)器件42的寬的焦點范圍內(nèi)繼續(xù)數(shù)據(jù)捕捉。

現(xiàn)在參考圖1b，圖像捕捉模塊80可以響應(yīng)于從控制單元70接受到的圖像捕捉指令而捕捉圖像。捕捉到的圖像可以與特定的聚焦設(shè)置(例如，如由編碼器的輸出的，在共焦聚焦光學(xué)器件中的一個以上的透鏡的指定位置)相關(guān)聯(lián)。圖像處理模塊82然后處理在多個不同的聚焦設(shè)置下所捕捉的被捕捉到的圖像。圖像處理模塊82包括用于處理圖像數(shù)據(jù)的深度確定器90以及場補償器92。

深度確定器90根據(jù)接收到的圖像數(shù)據(jù)確定在共焦聚焦光學(xué)器件42的焦點設(shè)置的整個范圍內(nèi)的各個像素的相對強度。一旦與特定像素相關(guān)聯(lián)的某些光斑焦點對焦，則針對該像素測量到的強度將是最大的。從而，通過確定與最大光強相對應(yīng)的zi或者通過針對各個像素確定光強的最大位移導(dǎo)數(shù)，能夠?qū)τ诿總€像素確定各個光斑沿著z軸的相對位置。從而，能夠獲得表示牙齒區(qū)段26或者其它三維對象的表面的三維圖案的數(shù)據(jù)。

在實施例中，共焦成像設(shè)備20的共焦聚焦光學(xué)器件42缺少場透鏡。場透鏡的用途是使焦點場平坦化，并且從而對于光束陣列產(chǎn)生平坦的焦平面。對于具有場透鏡的共焦成像設(shè)備，來自光束陣列的各個光束聚焦在相同的平坦的焦平面上。然而，不具有這樣的場透鏡，則光束陣列聚焦在假想的非平坦的焦面上(例如，在彎曲的焦面上)。這導(dǎo)致了深度確定器90計算的z軸信息對于很多像素而言是扭曲的。

場補償器92補償由于缺少場透鏡而導(dǎo)致的彎曲的場。場補償器92還可以補償由溫度引起的彎曲的焦面的位置中的改變和/或由聚焦設(shè)置的改變而導(dǎo)致的放大率的改變。場補償器92將場曲率模型94和/或其它光學(xué)補償模型(未示出)應(yīng)用到各個像素的各自的z軸測量，以校正場曲率、溫度和/或放大率的改變。在一個實施例中，不同的場曲率模型94(或者其它的光學(xué)器件補償模型)應(yīng)用于共焦成像設(shè)備20的各個聚焦設(shè)置。這是因為場曲率和/或放大率的量可以隨著聚焦設(shè)置的改變而改變。或者，單一的場曲率模型94(或者其它的光學(xué)補償模型)可以負(fù)責(zé)聚焦設(shè)置的改變所導(dǎo)致的場曲率的改變，以及/或者負(fù)責(zé)聚焦設(shè)置的改變所導(dǎo)致的放大率的改變。對于x,y像素位置與聚焦設(shè)置(例如，聚焦光學(xué)器件的一個以上的透鏡的z軸位置)的各個組合，可以基于一個或多個場曲率模型而進(jìn)行特定深度調(diào)整?；蛘撸梢曰趫銮誓Ｐ秃?或其它光學(xué)補償模型而施加x位置調(diào)整和/或y位置調(diào)整。在一個實施例中，對于x,y位置、聚焦設(shè)置與溫度讀取或者其位置隨著溫度的改變而改變的被測量的元件的z軸位置的各個組合，可以基于一個或多個場曲率模型而施加特定的深度調(diào)整。調(diào)整后的深度(z軸上)值代表被成像的表面的實際z軸值。

可以基于矯正后的測量數(shù)據(jù)而構(gòu)成三維表示，并且經(jīng)由用戶界面84而顯示該三維表示。用戶界面84可以是圖形用戶界面，其包括用于操縱三維表示的顯示的控制(例如，從不同的角度觀看、放大或者縮小等)。另外，表示被掃描的對象的表面形貌的數(shù)據(jù)可以通過通信模塊而傳輸?shù)竭h(yuǎn)程裝置，用于進(jìn)一步處理或者使用(例如，用于生成被掃描的對象的三維虛擬模型)。

通過以這種方式從結(jié)構(gòu)周圍的兩個以上的角位置捕捉圖像，例如，從頰側(cè)方向的牙齒區(qū)段、從舌側(cè)方向的牙齒區(qū)段以及選擇性地從牙齒上方的牙齒區(qū)段的情況下，可以重建牙齒區(qū)段的精確的三維表示。這可以允許計算機化環(huán)境下的三維結(jié)構(gòu)的虛擬重建或者在cad/cam設(shè)備中的實體重建。例如，特殊的應(yīng)用是具有至少一個缺失的牙齒或牙齒的缺失的一部分的牙齒區(qū)段的成型。在這樣的情況下，則圖像能夠用于設(shè)計以及隨后制造牙冠或者任意其它的人工假體，以配合在該牙齒區(qū)段中。

圖2a圖示了根據(jù)一個實施例的缺少場透鏡的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件200。光學(xué)器件200可以與圖1a的共焦成像設(shè)備20的光學(xué)器件相對應(yīng)，例如共焦聚焦光學(xué)器件42。

光學(xué)器件200包括：照明模塊38；單向鏡或者分束器40；可以與共焦聚焦光學(xué)器件42相對應(yīng)的一系列透鏡；以及折疊棱鏡220，該折疊棱鏡220沿著由光束陣列225所穿過的光路布置。光路被示出為直線路徑。然而，在實施例中，光學(xué)器件200的組成器件中的一者以上可以改變光路的方向。例如，折疊棱鏡220可以包括鏡子(未示出)，該鏡子可以成角度地反射光束。圖3b示出了這樣的折疊棱鏡的實例。返回參考圖2，成像軸240被示出為與由光束陣列225所穿過的光路一致。成像軸240是代表深度的z軸。如本文所使用的，成像軸(或者z軸)可以是與光路對應(yīng)的曲線坐標(biāo)軸。從而，如果光路改變方向，則成像軸對應(yīng)地改變方向。

照明模塊38是多個光束的源。在一個實施例中，照明模塊是微透鏡陣列，該微透鏡陣列將入射的光束分為光束陣列225。在一個實施例中，由照明模塊38輸出的光束陣列是遠(yuǎn)心光束陣列。因此，光束陣列的主射線可以彼此平行。沿著光束陣列的光路而設(shè)置單向鏡或者分束器40，并且使從單向鏡或者分束器40接收的光束陣列通過。

在一個實施例中，共焦聚焦光學(xué)器件被分為一系列的透鏡組，包括第一透鏡組205、第二透鏡組215和第三透鏡組210。第一和/或第二透鏡組205、215可以用作中繼光學(xué)器件。第一和第二透鏡組205、215被配置為使光束陣列聚焦，并且補償光學(xué)像差?？梢员恍Ｕ墓鈱W(xué)像差包括形狀像差、彗形像差、像散等。在一個實施例中，第一透鏡組205和第二透鏡組215被配置為產(chǎn)生具有最小光學(xué)畸變的大致矩形場。第一透鏡組205和第二透鏡組215可以具有相對于彼此以及相對于光學(xué)器件200的其它組成器件的固定位置。第三透鏡組210具有可變的位置，可以調(diào)整該位置以改變由光學(xué)器件200所產(chǎn)生的彎曲的焦面的位置。

第三透鏡組210能夠沿著成像軸(z軸)而移動，但具有與成像軸垂直的固定位置。能夠通過沿著成像軸移動第三透鏡組210而調(diào)整聚焦光學(xué)器件的聚焦設(shè)置。可以調(diào)整第三透鏡組210以進(jìn)行對象的掃描。為了掃描對象，第三透鏡組210可以沿著成像軸240而移位至多個不同的位置(編碼器位置)，并且可以在各個位置采集圖像。在一個實施例中，聚焦光學(xué)器件的軸向增益為大約7倍。因此，第三透鏡組210的位移以位移量的7倍來調(diào)整彎曲的焦面230的位置。例如，第三透鏡組210的1mm的位移導(dǎo)致彎曲的焦面(也稱為彎曲的焦平面)的7mm的位移。這使得光學(xué)器件200能夠小型化，并且使得操作期間的移動最小化。

在一個實施例中，第二透鏡組215使光束陣列225聚焦到可以是折疊棱鏡的棱鏡220。棱鏡220可以被配置為提供適當(dāng)?shù)恼凵渎?例如，與玻璃的折射率相對應(yīng)的折射率)。

光學(xué)器件200缺少任何場透鏡。場透鏡用于使焦平面平坦化(使成像區(qū)平坦化)，以實現(xiàn)平坦的焦平面。如圖所示，在照明模塊38與單向鏡或分束器40之間不存在場透鏡。在棱鏡220的附近或者在單向鏡或分束器40與檢測器(未示出)之間也不存在場透鏡。缺少場透鏡相比于使用場透鏡的共焦成像設(shè)備產(chǎn)生了多種優(yōu)勢。場透鏡是發(fā)散透鏡，其使得用于聚焦光學(xué)器件和/或用于中繼光學(xué)器件的透鏡的半徑變大。這反過來增大了在透鏡中使用的材料(例如，玻璃)的量，并且從而增大了共焦成像設(shè)備的重量。另外，較大的透鏡導(dǎo)致了共焦成像設(shè)備的厚度較大。例如，具有場透鏡的示例的共焦成像設(shè)備包括最大的透鏡，該最大的透鏡具有從光軸到透鏡的外周邊的大約15mm的直徑。相比之下，不具有場透鏡的相同的共焦成像設(shè)備可以包括這樣的最大的透鏡，該最大的透鏡具有從光軸到透鏡的外周邊的小于15mm的距離(例如，在實施例中，小于13mm或者大約9mm)。

在具有場透鏡的共焦成像設(shè)備中，場透鏡可以定位在照明模塊38與單向鏡或者分束器40之間。這導(dǎo)致了照明模塊38與單向鏡或者分束器40之間的間隔為大約7mm。另外，對應(yīng)的場透鏡可以以大約7mm的距離被放置在單向鏡或者分束器40與檢測器(未示出)之間。相比之下，通過去掉場透鏡，照明模塊38與單向鏡或者分束器40之間的距離235可以小于7mm(例如，在實施例中，小于5mm或者大約2mm)。這進(jìn)一步減小了共焦成像設(shè)備的尺寸。

如所提及的，如果在共焦成像設(shè)備中使用場透鏡，則實際上使用兩個場透鏡。這兩個場透鏡應(yīng)當(dāng)是匹配的場透鏡，并且應(yīng)當(dāng)精確地彼此對準(zhǔn)。該對準(zhǔn)可能是耗時的處理。另外，不能準(zhǔn)確地對準(zhǔn)這些場透鏡將不準(zhǔn)確性引入到共焦成像設(shè)備中。因此，通過去掉場透鏡，能夠提高共焦成像設(shè)備的準(zhǔn)確性，并且能夠提高制造共焦成像設(shè)備的容易性。

缺少場透鏡使得焦面230能夠是彎曲的焦面(或者其它非平坦的焦面)。彎曲的焦面230的形狀可以取決于聚焦光學(xué)器件的聚焦設(shè)置(例如，第三透鏡組210的位置)。彎曲的焦面可以將顯著的誤差引入到共焦成像設(shè)備中，這是在現(xiàn)有的共焦成像設(shè)備中包含場透鏡的原因。然而，本發(fā)明的實施例提供了場補償器(例如，參見圖1b的場補償器92)，該場補償器使由于缺少場透鏡而引入的誤差最小化或者消除了該誤差。

如所示出的，共焦聚焦光學(xué)器件是非遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。因此，被成像的對象的放大率可以隨著深度的改變和/或焦點設(shè)置的改變而改變。然而，基于場曲率模型的應(yīng)用，這樣的放大率的改變(以及任意伴隨的畸變)可以被場補償器包容并且校正?；蛘?，共焦聚焦光學(xué)器件可以以遠(yuǎn)心模式運行，并且可以避免由距離引入的放大率的改變。

圖2b圖示了根據(jù)一個實施例的缺少場透鏡的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件250。光學(xué)器件250可以與圖1a的共焦成像設(shè)備20的光學(xué)器件相對應(yīng)，例如共焦聚焦光學(xué)器件42。與光學(xué)器件200相似，光學(xué)器件250包括照明模塊38、單向鏡(或分束器)40以及一系列透鏡組。一系列透鏡組包括：第一透鏡組255，其具有固定的位置；以及第二透鏡組265，其能夠沿著與光束陣列270的傳播方向相對應(yīng)的成像軸280移動。

光束陣列270被聚焦到彎曲的焦面275。雖然光學(xué)器件250不是遠(yuǎn)心的，但是因為光束陣列在第一透鏡組255與第二透鏡組265之間是準(zhǔn)直的，所以隨著聚焦設(shè)置的改變而保持(固定)了放大率。對于光學(xué)器件250，軸向增益是1倍。因此，第二透鏡組265的1mm的位移導(dǎo)致彎曲的焦面的1mm的位移。

可以沿著待成像的光束路徑而放置對象。光束陣列285從對象返射回來，并且返回光束陣列通過一些列透鏡組而返回。返回光束陣列285然后被單向鏡(或分束器)40反射至檢測器68上。如所示出的，光學(xué)器件250在單向鏡或分束器40與照明模塊38之間缺少場透鏡，并且在單向鏡或分束器40與檢測器68之間也缺少場透鏡。因此，用于光學(xué)器件250的焦面是彎曲的焦面275。

本文已經(jīng)參考共焦成像設(shè)備而描述了實施例，該共焦成像設(shè)備缺少場透鏡并且具有彎曲的焦面。然而，在一些實施例中，共焦成像設(shè)備包括一個以上場透鏡，并且從而具有平坦的焦平面。對于這樣的實施例，共焦成像設(shè)備以非遠(yuǎn)心模式運行，并且在焦平面處的放大率隨著共焦成像設(shè)備的聚焦設(shè)置的改變而改變。

圖2c圖示了根據(jù)一個實施例的包括場透鏡的共焦成像設(shè)備的光學(xué)器件285的一個實例。光學(xué)器件285可以與圖1a的共焦成像設(shè)備20的光學(xué)器件相對應(yīng)，例如共焦聚焦光學(xué)器件42。與光學(xué)器件200和光學(xué)器件250相似，光學(xué)器件285包括照明模塊38、單向鏡(或分束器)40以及一系列透鏡組。然而，光學(xué)器件285還包括場透鏡288，該場透鏡288產(chǎn)生了平坦的焦平面299。一系列透鏡組包括：具有固定位置的第一透鏡組290；具有固定位置的第二透鏡組292；以及第三透鏡組294，其能夠沿著與光束陣列298的傳播方向相對應(yīng)的成像軸297移動。

光束陣列298被聚焦到平坦的焦平面299上。在平坦的焦平面299處的放大率隨著聚焦設(shè)置的改變而改變。放大率的改變可以將顯著的誤差引入到共焦成像設(shè)備中。因此，用于一些大的場共焦成像設(shè)備的聚焦光學(xué)器件隨著聚焦設(shè)置的改變(例如，隨著一個以上的透鏡沿著成像軸的位置的改變)而維持相同的放大率。然而，本發(fā)明的實施例提供了場補償器(例如，參見圖1b的場補償器92)，該場補償器使通過改變放大率而引入的誤差最小化或者消除了該誤差。

圖3a-3b圖示了根據(jù)一個實施例的探測部件300。探測部件300由諸如玻璃這樣的光傳輸材料制成。在一個實施例中，探測部件300用作棱鏡，并且與圖2的棱鏡220相對應(yīng)。探測部件300可以包括前部區(qū)段301和后部區(qū)段302，該前部區(qū)段與后部區(qū)段以透光的方式在303處緊密結(jié)合(例如，粘合)在一起。探測部件300可以附加地包括傾斜面304，該傾斜面304由反射鏡層305覆蓋。界定感測表面307的窗口306可以以留出空氣間隙308的方式設(shè)置在前部區(qū)段301的底端部處。窗口306可以通過未示出的保持結(jié)構(gòu)而固定就位。示意性地表示光線或者光束陣列309。如此可見，以壁部全反射的角度在探測部件的壁部處反射光束陣列309，并且光束陣列309最終穿透感測表面307在鏡層305上反射出來。光束陣列309聚焦在非平坦焦面310上，能夠利用聚焦光學(xué)器件(圖中未示出)改變該焦面310的位置。

共焦成像設(shè)備的各種組成器件相對于該共焦成像設(shè)備的尺寸可能浪費大量的熱量。例如，共焦成像設(shè)備可以包括cmos傳感器和fpga，這兩者均可以產(chǎn)熱。因此，在使用期間共焦成像設(shè)備的內(nèi)部溫度可能隨著時間而上升。在任意指定時間處，共焦成像設(shè)備的不同的部分可以具有不同的溫度。在共焦成像設(shè)備內(nèi)部的溫度分布是指共焦成像設(shè)備的熱狀態(tài)。共焦成像設(shè)備的熱狀態(tài)可以影響各種光學(xué)參數(shù)。例如，由于與一個以上的光學(xué)組成器件的熱膨脹系數(shù)相對應(yīng)的各種組成器件的膨脹，所以熱狀態(tài)可以導(dǎo)致一個以上的光學(xué)組成器件的位置在共焦成像設(shè)備內(nèi)移動。另外，共焦成像設(shè)備的一個以上的透鏡的折射系數(shù)可以隨著熱狀態(tài)的改變而改變。這樣的改變導(dǎo)致由共焦成像設(shè)備所產(chǎn)生的測量隨著內(nèi)部的熱狀態(tài)的改變而改變。共焦成像設(shè)備的一些區(qū)域比其它區(qū)域?qū)岣淖兏舾?例如，由于高光學(xué)增益)。例如，在實施例中，一些光學(xué)元件可以具有高達(dá)大約7.5的軸向增益。對于這樣的光學(xué)元件，由于熱狀態(tài)的改變導(dǎo)致的10μm的移動會導(dǎo)致高達(dá)75μm的測量偏差。因此，在一些實施例中，如圖3c-3d所示，內(nèi)部目標(biāo)件(internaltarget)用于調(diào)整由于熱狀態(tài)的改變而導(dǎo)致的測量改變。或者，多個溫度傳感器可以設(shè)置在共焦成像設(shè)備中，并且用于確定熱狀態(tài)的改變。

圖3c-3d圖示了根據(jù)一個實施例的包括內(nèi)部目標(biāo)件380的探測部件370。探測部件370與探測部件300大致相似。例如，探測部件370可以由諸如玻璃這樣的光傳輸材料制成，并且可以用作棱鏡。探測部件370可以包括前部區(qū)段371和后部區(qū)段372，該前部區(qū)段與后部區(qū)段以透光的方式緊密結(jié)合(例如，粘合)在一起。探測部件370可以附加地包括傾斜面，該傾斜面由反射鏡層覆蓋。界定感測表面的窗口376可以設(shè)置在前部區(qū)段371的底端部處。窗口376可以是玻璃或者其它透明材料，并且可以通過未示出的保持結(jié)構(gòu)而固定就位。

探測部件370在探測部件370的視野(fov)內(nèi)可以附加地包括內(nèi)部目標(biāo)件380，該內(nèi)部目標(biāo)件380固定到探測部件370的前部區(qū)段371。內(nèi)部目標(biāo)件380可以是將會反射光束的剛性的反射材料。內(nèi)部目標(biāo)件380可以固定在探測部件300內(nèi)的固定位置處。由于內(nèi)部目標(biāo)件380是探測部件370的一部分，所以內(nèi)部目標(biāo)件380的位置應(yīng)當(dāng)維持恒定。在一個實施例中，內(nèi)部目標(biāo)件380占據(jù)了fov的大約500μm至1mm。

在測量其間，光線或者光束陣列390-392從前部區(qū)段371射出。如能夠看到的，內(nèi)部目標(biāo)件380處于光束390的路徑中。因此，光束390在內(nèi)部目標(biāo)件380處反射，該反射提供了內(nèi)部目標(biāo)件380的深度(z軸)測量。由于內(nèi)部目標(biāo)件380處于固定的位置處，所以內(nèi)部目標(biāo)件380的測量出的深度不應(yīng)當(dāng)改變。因此，內(nèi)部目標(biāo)件380的位置的測量出的改變反映了與共焦成像設(shè)備的熱狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部光學(xué)器件的改變。

光束392透過窗口376投射，并且匯聚在非平坦焦面310上，能夠利用聚焦光學(xué)器件(圖中未示出)改變該焦面310的位置。或者，內(nèi)部目標(biāo)件380可以被包括在具有平坦的焦平面的成像設(shè)備中(例如，具有場透鏡的設(shè)備中)。這樣的成像設(shè)備可以是共焦成像設(shè)備或可以不是共焦成像設(shè)備。這些光束392可以用于測量在共焦成像設(shè)備的fov中的對象的位置。測量出的內(nèi)部目標(biāo)件380的位置的改變能夠用于校正由于熱狀態(tài)而導(dǎo)致的測量誤差。內(nèi)部目標(biāo)件380的z軸位置的任意明顯的改變可以用于對被成像的對象的其它z軸測量施加調(diào)整因子，用以補償由于溫度而導(dǎo)致的共焦光學(xué)器件的改變。另外，在實施例中，內(nèi)部目標(biāo)件的z軸位置的改變可以用于對x和y像素測量施加調(diào)整。在一個實施例中，內(nèi)部目標(biāo)件和對象的測量點的z軸位置被輸入至熱狀態(tài)補償模型中以補償熱狀態(tài)。在一個實施例中，熱狀態(tài)補償模型是三維多項式函數(shù)。

圖4是根據(jù)一個實施例的共焦成像設(shè)備450的示意性圖示。在一個實施例中，共焦成像設(shè)備450與圖1a的共焦成像設(shè)備20相對應(yīng)。在一個實施例中，共焦成像設(shè)備20的組成器件與圖2的光學(xué)器件200中圖示出的相同名稱的組成器件相對應(yīng)。在共焦成像設(shè)備450中，母光束452可以是多個激光器454a、454b和454c所射出的光的組合。或者，母光束452可以由單個激光器(例如，454b)產(chǎn)生。照明模塊456(例如，光學(xué)擴束器)然后將單個母束擴展至入射光束陣列458。入射光束通過單向(例如，單向的)鏡或者分束器460，然后通過聚焦光學(xué)器件462而朝向待成像的對象464。

母束452可以包括多個不同的波長，從各個激光器454a-c出射不同的波長。從而，母光束452和光束陣列458中的一個以上的入射光束可以由多個不同的光組分構(gòu)成?；蛘撸诠馐嚵兄械母鱾€光束可以包括來自母光束452的多個波長中的單個波長。激光器454a-c可以布置為使得各個光束分別聚焦在不同的彎曲的焦平面pa、pb和pc上。在圖4所示的位置處，入射光束458a在點470a處的表面反射，在光學(xué)器件462的具體的光學(xué)布置中，該點470a處于(由激光器454a射出的)光組分a的焦點。從而，利用包括分別與像素對應(yīng)的傳感器的二維陣列的檢測器476，測量返回光束472a。在一個實施例中，檢測器是分光光度計，例如，三芯片ccd傳感器的二維陣列。相似地，對于光組分b和c，分別在點470b和470c處到達(dá)不同的最大強度。從而，通過使用同時分別聚焦在不同的平面的不同的光組分，由于能夠同時測量不同的焦平面范圍，所以能夠減少用于完成測量的時間。

在替換實施例中，(例如，利用單個激光器)發(fā)出僅單個波長的光。從而，母束452和光束陣列458可以包括單一的波長。在這樣的實施例中，在光束陣列458中的各個光束聚焦在相同的彎曲的焦面pc上。從而，在圖4所示的位置處，入射光束458a在斑點470a處的表面處反射，其中，在聚焦光學(xué)器件462的具體的聚焦設(shè)置中，該點470a處于聚焦光學(xué)器件462的焦點處。從而，利用檢測器476測量返回光束472a，該檢測器476包括傳感器的二維陣列，該傳感器分別對應(yīng)于像素，并且被記為點470c的z軸位置。相似的，入射光束458a、458b分別在點470a、470b處從表面反射。然而，點470a、470b不位于彎曲的焦面pc上。因此，針對這些點，光以模糊的方式從對象464反射回來。通過改變聚焦光學(xué)器件462的聚焦設(shè)置，使得焦點對準(zhǔn)點470b并且分離地對準(zhǔn)點470a，可以分別地針對點470a和470b檢測到與它們的聚焦設(shè)置相關(guān)的對應(yīng)深度。

圖5a是示出用于校準(zhǔn)具有假想非平坦焦面的共焦成像設(shè)備的方法500的一個實施例的流程圖?？梢岳锰幚磉壿媮韴?zhí)行方法500，處理邏輯可以包括硬件(例如，電路、專用邏輯電路、可編程邏輯電路、微代碼等)、軟件(例如，在處理裝置上運行以進(jìn)行硬件仿真的指令)或者硬件和軟件的組合。在一個實施例中，可以利用計算裝置(例如，圖1b的計算裝置24)來執(zhí)行方法500的至少一些操作。在一個實施例中，可以利用圖1a的共焦成像設(shè)備20來執(zhí)行方法500的至少一些操作。

本文實施例中描述的共焦成像設(shè)備具有非平坦(例如，彎曲)的焦面。該彎曲焦面導(dǎo)致被掃描的對象的點的深度測量的不精確。例如，對象在共焦成像設(shè)備的成像區(qū)中心處的第一點可以對焦，并且從而產(chǎn)生深度zi處的最高強度測量。然而，由于非平坦焦面，對象在成像區(qū)的邊緣處的具有與第一點相同的深度的第二點可以對焦，并且產(chǎn)生深度zi+x處的最高強度測量，其中，x代表在成像區(qū)的中心處的焦點與在成像區(qū)的邊緣處的焦點之間的差。從而，即使第一點與第二點處于相同的深度，非平坦成像區(qū)也將導(dǎo)致第一點與第二點的測量產(chǎn)生不同的深度值。在一個實施例中，執(zhí)行校準(zhǔn)方法500，以校準(zhǔn)共焦成像設(shè)備，使得能夠消除由于非平坦的焦面而導(dǎo)致的誤差。

在方法500的區(qū)塊505，利用共焦成像設(shè)備而測量校準(zhǔn)對象。校準(zhǔn)對象是具有針對校準(zhǔn)對象的每個點的已知的x、y和z坐標(biāo)的高精度對象。校準(zhǔn)對象的精度等級可以限定共焦成像設(shè)備的最終精度。在一個實施例中，用于校準(zhǔn)對象的x、y和z坐標(biāo)是精確的，并且已知其精度等級，該精度等級是比共焦成像設(shè)備的最終期望的精度高一個程度的等級。例如，如果共焦成像設(shè)備將具有5微米的最終精度，則校準(zhǔn)對象可以精確至0.5微米。

可以使用各種校準(zhǔn)對象，本文提出了這些校準(zhǔn)對象的一些實例。校準(zhǔn)對象的一個實例是在精確的x-y-z平臺上具有非常精確的半徑的球體。校準(zhǔn)對象的另一個實例是平板，該平板具有在板的表面上印出的水平和豎直線的網(wǎng)格。板的平坦度和線間隔可以是非常精確的。校準(zhǔn)對象的另一個實例是平板，該平板具有在板的表面上印出的圓形或者點。板的平坦度和圓形的尺寸及間隔可以是非常精確的。還可以使用很多其他的校準(zhǔn)對象。圖5c圖示了一個示例的校準(zhǔn)對象590，該校準(zhǔn)對象590是具有精確地隔開的圓形或者圓點的網(wǎng)格的平板。

返回參考圖5a，在共焦成像設(shè)備的各個聚焦設(shè)置(例如，遠(yuǎn)心位置)下測量校準(zhǔn)對象。對于一些類型的校準(zhǔn)對象(例如，球體)，校準(zhǔn)對象運動至針對各個聚焦設(shè)置的多個不同的x、y位置和/或至針對各個聚焦設(shè)置的多個不同的x、y和z位置。對于其他類型的校準(zhǔn)對象(例如，板)，校準(zhǔn)對象可以移動至針對各個聚焦設(shè)置的多個不同的z位置?？梢詫π?zhǔn)對象的各個位置進(jìn)行測量。

在一個實施例中，校準(zhǔn)對象被安裝至校準(zhǔn)夾具，該校準(zhǔn)夾具可以精確地在一個或多個維度移動校準(zhǔn)對象。例如，校準(zhǔn)對象590可以安裝至校準(zhǔn)夾具，并且校準(zhǔn)夾具可以沿著z軸移動。在一個實施例中，校準(zhǔn)夾具以1mm增量移動校準(zhǔn)對象，其精度為1μm。校準(zhǔn)夾具可以以如下方式移動校準(zhǔn)對象：校準(zhǔn)對象覆蓋了多于共焦成像設(shè)備的全部視野(例如，校準(zhǔn)對象可以比共焦成像設(shè)備的fov大)，并且校準(zhǔn)對象覆蓋了多于共焦成像設(shè)備的掃描深度的范圍。

在校準(zhǔn)對象590的實例中，可以以兩種方式掃描校準(zhǔn)對象590。可以使用常規(guī)的共焦掃描而在校準(zhǔn)對象590的各個深度位置處進(jìn)行第一掃描。這將對共焦成像設(shè)備的坐標(biāo)系統(tǒng)中的每個點提供z位置(例如，基于定位了透鏡的編碼器的坐標(biāo))?？梢赃M(jìn)行第二掃描以對各個焦點設(shè)置產(chǎn)生聚焦的點的圖像。圖像可以用于確定在像素坐標(biāo)中的各個點的中心的x、y位置并且具有亞像素精度。

在區(qū)塊510處，校準(zhǔn)對象的測量(校準(zhǔn)對象的表面形貌的測量)被與校準(zhǔn)對象的已知的表面形貌比較。在校準(zhǔn)對象中的各個點(例如，在具有被測量的x像素、y像素和編碼器值的校準(zhǔn)對象590中的各個點)可以被配對至根據(jù)校準(zhǔn)對象的對應(yīng)的真實世界點(在世界坐標(biāo)系中的點)，其中世界坐標(biāo)系統(tǒng)與校準(zhǔn)對象的已知的x、y、z坐標(biāo)相對應(yīng)。例如，用于校準(zhǔn)對象590的x和y坐標(biāo)將對應(yīng)于點的已知的固定位置，并且用于校準(zhǔn)對象590的z坐標(biāo)將取決于校準(zhǔn)夾具的設(shè)置。對于校準(zhǔn)對象的各個點，可以確定測量出的深度值與已知的深度值之間的差。另外，對于校準(zhǔn)對象的各個點，可以確定測量出的x和y位置與已知的x和y位置之間的差。這可以對共焦成像設(shè)備的各個聚焦設(shè)置進(jìn)行。

在區(qū)塊515，確定的多個點的差可以應(yīng)用到光滑函數(shù)(例如，應(yīng)用到諸如三維多項式函數(shù)這樣的多項式函數(shù))，該光滑函數(shù)可以用于對共焦成像設(shè)備的非平坦焦面的場曲率建模。本文中，該函數(shù)被稱為非畸變函數(shù)。在一個實施例中，應(yīng)用確定的差而解出如下形式的二元二次多項式中的常數(shù)：

zfieldcurvature(object)(x，y，zoptics)＝a1x²+a2y²+a3x+a4y+a5xy+a6(1)

其中，x和y是與成像軸垂直的平面上的點的x、y坐標(biāo)?；蛘?，可以使用更高階的多項式。然后具有解出的常數(shù)的光滑函數(shù)可以用作精確的場曲率模型。每個參數(shù)可以是多項式，該多項式取決于共焦成像設(shè)備的聚焦設(shè)置(z軸值)。如果使用上述二元二次多項式，則這可以產(chǎn)生18個場曲率模型。

或者，可以應(yīng)用確定的差以求解另一個光滑函數(shù)(例如，描述二次曲線形狀的函數(shù))中的常數(shù)。在這樣的實施例中，產(chǎn)生的模型可以具有不同數(shù)量的參數(shù)(例如，如果使用描述二次曲線形狀的函數(shù)，則為12個參數(shù))?？梢詰?yīng)用線性最小化方法(例如，線性最小二乘法)和/或非線性最小化方法(例如，broyden-fletcher-goldfarb-shanno(bfgs)算法)以得出常數(shù)的最佳值。如所提及的，可以對每個聚焦設(shè)置進(jìn)行該處理。這是因為場曲率的量可以隨著共焦成像設(shè)備的不同聚焦設(shè)置而改變。因此，可以對每個聚焦設(shè)置產(chǎn)生分離的場曲率模型?；蛘?，可以產(chǎn)生單個的場曲率模型，其考慮到由于聚焦設(shè)置的改變而導(dǎo)致的場曲率模型的改變。

在實施例中，在解出深度的同時解出x和y位置。例如，不同的焦點設(shè)置的x和y位置的差也可以用于求解光滑函數(shù)中的常數(shù)。另外，使用該技術(shù)也可以解出其它類型的幾何校正?？梢砸黄鸾獬鏊械倪@樣的幾何校正?？梢允褂迷摷夹g(shù)而校正的其它類型的現(xiàn)象包括放大率改變、光學(xué)失真(例如，x和y的非常數(shù)放大率)、光學(xué)像差等?？梢砸黄鸾獬鏊械倪@樣的畸變。

圖5d圖示了示出(在共焦成像設(shè)備的坐標(biāo)系中)由共焦成像設(shè)備所測量的校準(zhǔn)對象590的點的分布的圖表594。圖表594示出了在校準(zhǔn)對象590處于三個不同的z位置的情況下進(jìn)行的測量。如所示出的，點位于曲面上。圖5e圖示了示出在真實世界中的點的分布的圖表597。圖表597示出了在校準(zhǔn)對象590處于三個不同的z位置的情況下進(jìn)行的測量。如所示出的，點位于平面上。在校準(zhǔn)后，可以確定各個點的變形以矯正光學(xué)畸變。從而，可以精確地測量各個點的真實世界位置。

在區(qū)塊525，確定共焦成像設(shè)備(例如，聚焦光學(xué)器件和用于聚焦光學(xué)器件的透鏡殼)與溫度的關(guān)系。在一個實施例中，在共焦成像設(shè)備的溫度操作范圍內(nèi)的多個溫度處進(jìn)行一個以上的區(qū)塊505-515的操作，以確定與溫度的關(guān)系。溫度的改變可以導(dǎo)致測量出的深度值的差異。因此，可以確定與溫度的關(guān)系并且應(yīng)用至場曲率模型，以創(chuàng)建熱狀態(tài)矯正模型。例如，可以將場曲率模型從x,y,z＝f(i,j,encoder)修改至x,y,z＝f(i,j,encoder,tstate)，其中，x、y和z代表真實世界坐標(biāo)，i代表x像素，j代表y像素，encoder代表焦點設(shè)置(編碼器位置)，并且tstate代表熱狀態(tài)。對于這樣的考慮到熱狀態(tài)的模型，應(yīng)當(dāng)對每個測量都獲得熱狀態(tài)的評估。對于具有平坦聚焦面的成像裝置，還可以使用與本文描述的用于具有彎曲焦面的成像設(shè)備相同的處理，產(chǎn)生熱狀態(tài)校正模型。

在一個實施例中，進(jìn)行光-機械仿真以確定溫度與聚焦光學(xué)器件的校準(zhǔn)的調(diào)整之間的關(guān)系。該關(guān)系可以用于確定可以應(yīng)用到產(chǎn)生的一個或多個場曲率模型的所有參數(shù)的校正，其中，校正的量基于當(dāng)前溫度。

在一個實施例中，由于溫度而導(dǎo)致的聚焦光學(xué)器件的主要的改變是焦點偏移。非平坦焦面的曲率可能實際上不由于溫度的改變而改變。在一個實施例中，可以通過掃描共焦成像設(shè)備的靠近光路或者沿著光路的一個以上的元件(例如，諸如圖3c-3d的內(nèi)部目標(biāo)件380這樣的內(nèi)部目標(biāo)件)而確定用于聚焦設(shè)置的焦點偏移。在一個實施例中，被掃描的元件位于共焦成像設(shè)備的視野(fov)的一側(cè)上。該元件可以被保持在相對于聚焦光學(xué)器件的一個以上組成器件的相同的距離處。利用每次掃描，當(dāng)捕捉到對象的3d表面時，內(nèi)部目標(biāo)件所在的fov的邊緣捕捉到內(nèi)部目標(biāo)件的位置。由于內(nèi)部目標(biāo)件是共焦成像設(shè)備的一部分并且具有固定位置這一事實，導(dǎo)致由于熱狀態(tài)的改變而引起檢測到的內(nèi)部目標(biāo)件的位置的改變。因此，如果從掃描檢測到內(nèi)部目標(biāo)件的焦點偏移，則調(diào)整因子可以應(yīng)用到場曲率模型以補償熱狀態(tài)。

在一個實施例中，對于在特定聚焦設(shè)置下的共焦成像設(shè)備的各個溫度值或者溫度的范圍，產(chǎn)生分開的場曲率模型?；蛘撸梢葬槍ψ鳛闇囟鹊母淖兊脑虻母鱾€聚焦設(shè)置來產(chǎn)生單個的模型?；蛘?，可以確定與溫度相關(guān)的調(diào)整因子，并基于測量出的溫度而將其應(yīng)用到一個或多個場曲率模型。

在一個實施例中，可以使用單個模型，其假定由于熱狀態(tài)而引起的光學(xué)改變主要由于焦點設(shè)置的線性偏移(例如，編碼器位置的向后運動)。對于這樣的模型，可以通過在應(yīng)用非畸變函數(shù)之前將當(dāng)前測量的內(nèi)部目標(biāo)件位置與基準(zhǔn)值之間的差添加至每個焦點設(shè)置(編碼器值)，來校正由于熱狀態(tài)而導(dǎo)致的改變。單個模型具有如下形式：

x,y,z＝f(i,j,encoder–(內(nèi)部目標(biāo)件位置-基準(zhǔn)部目標(biāo)件位置))(2)

其中，f是非畸變函數(shù)，諸如以上函數(shù)(1)。

在另一個實施例中，使用更加復(fù)雜的模型，其假定由編碼器的焦點偏移而導(dǎo)致內(nèi)部目標(biāo)件的效應(yīng)，但是是以更加復(fù)雜的方式。這樣的模型可以具有如下形式：

x,y,z＝f(i,j,f(encoder,內(nèi)部目標(biāo)件位置))(3)

在另一個實施例中，校正由熱狀態(tài)引起的畸變的模型假定熱狀態(tài)以能夠被線性評估的小的量而改變所有的光學(xué)器件。這樣的模型可以具有如下形式：

其中，fhot是在熱條件下的非畸變函數(shù)，fcold是在冷條件下的非畸變函數(shù)，a是在熱條件下的內(nèi)部目標(biāo)件位置，b是在冷條件下的內(nèi)部目標(biāo)件位置，并且p是測量出的內(nèi)部目標(biāo)件位置。

在區(qū)塊535，存儲用于共焦成像設(shè)備的一個以上產(chǎn)生的場曲率模型。場曲率模型可以存儲在共焦成像設(shè)備的存儲器中，并且/或者存儲在處理來自共焦成像設(shè)備的數(shù)據(jù)的計算裝置的存儲器中。在一個實施例中，場曲率模型存儲在共焦成像設(shè)備的非易失存儲器(例如，只讀存儲器(rom)、flash或者其它非易失存儲器)中。場曲率模型(一個或多個)可以應(yīng)用于共焦成像設(shè)備的測量，以校正深度測量的誤差，該誤差由共焦成像設(shè)備的非平坦焦面引入。如果校準(zhǔn)信息被存儲在共焦成像設(shè)備的存儲器中，則在進(jìn)行測量時可以將場曲率模型與測量數(shù)據(jù)一起發(fā)送到計算裝置。然后計算裝置可以使用接收到的場曲率模型，以校正共焦成像設(shè)備的場曲率。

圖5b是示出用于校準(zhǔn)共焦成像設(shè)備的方法550的一個實施例的流程圖，對于該共焦成像設(shè)備，聚焦設(shè)置的改變導(dǎo)致放大率的改變?？梢岳锰幚磉壿媮韴?zhí)行方法550，處理邏輯可以包括硬件(例如，電路、專用邏輯電路、可編程邏輯電路、微代碼等)、軟件(例如，在處理裝置上運行以進(jìn)行硬件仿真的指令)或者硬件和軟件的組合。在一個實施例中，可以利用計算裝置(例如，圖1b的計算裝置24)來執(zhí)行方法550的至少一些操作。在一個實施例中，可以利用圖1a的共焦成像設(shè)備20來執(zhí)行方法550的至少一些操作。

參考方法550而描述的共焦成像設(shè)備可以具有非平坦(例如，彎曲)的焦面或者平坦的焦平面。此外，參考方法550而描述的共焦成像設(shè)備具有聚焦光學(xué)器件，該聚焦光學(xué)器件被配置為使得聚焦設(shè)置的改變引起焦面或者焦平面的放大率的改變。放大率的這種改變引入了被掃描的對象的點的x和y位置測量不準(zhǔn)確。例如，對象的點可能被測量為在第一聚焦設(shè)置下具有第一x和y位置，而可以被測量為在第二聚焦設(shè)置在具有第二x和y位置。從而，隨著聚焦設(shè)置的改變，放大率改變將導(dǎo)致測量能夠產(chǎn)生不同的x、y值。在一個實施例中，執(zhí)行校準(zhǔn)方法550，以校準(zhǔn)共焦成像設(shè)備，使得能夠消除由于放大率的改變而導(dǎo)致的不精確。

在方法500的區(qū)塊555，利用共焦成像設(shè)備測量校準(zhǔn)對象。校準(zhǔn)對象是高精度對象，其具有針對校準(zhǔn)對象的每個點的已知的x、y和z坐標(biāo)。校準(zhǔn)對象的精度等級可以定義共焦成像設(shè)備的最終精度。在一個實施例中，用于校準(zhǔn)對象的x、y和z坐標(biāo)是精確的，并且已知其精度等級，該精度等級是比共焦成像設(shè)備的最終期望的精度高一個程度的等級。例如，如果共焦成像設(shè)備將具有5微米的最終精度，則校準(zhǔn)對象可以精確至0.5微米?？梢允褂脜⒖紙D5a描述的任意校準(zhǔn)對象。

在共焦成像設(shè)備的各個聚焦設(shè)置(編碼器值)下測量校準(zhǔn)對象。對于一些類型的校準(zhǔn)對象(例如，球體)，校準(zhǔn)對象移動至針對各個聚焦設(shè)置的多個不同的x、y位置和/或至針對各個聚焦設(shè)置的多個不同的x、y和z位置。對于其他類型的校準(zhǔn)對象(例如，板)，校準(zhǔn)對象可以移動至針對各個聚焦設(shè)置的多個不同的z位置。

可以對校準(zhǔn)對象的各個位置進(jìn)行測量?；谶@些測量，在校準(zhǔn)對象空間(例如，現(xiàn)實世界)和在傳感器/光學(xué)器件空間(例如，虛擬空間)兩者中收集坐標(biāo)列表。在校準(zhǔn)對象空間中，用于對象的點的每組坐標(biāo)都具有xobj、yobj和zobj坐標(biāo)。由于關(guān)于校準(zhǔn)對象的已知的信息，所以這些坐標(biāo)被已知為精確的。在傳感器/光學(xué)器件空間中，用于對象的點的每組坐標(biāo)都包括xpix、ypix、zoptics坐標(biāo)，其中，基于檢測點的像素而確定xpix和ypix，并且zoptics是聚焦光學(xué)器件的透鏡位置(例如，聚焦設(shè)置)。

在區(qū)塊560處，校準(zhǔn)對象的測量(校準(zhǔn)對象的表面形貌的測量)可以與校準(zhǔn)對象的已知的表面形貌比較。對于校準(zhǔn)對象的各個點，可以確定測量出的深度值、x值和/或y值與已知的深度值、x值和/或y值之間的差。這可以對共焦成像設(shè)備的各個聚焦設(shè)置進(jìn)行。

在區(qū)塊562，確定聚焦光學(xué)器件是否具有彎曲的焦面。如果聚焦光學(xué)器件具有彎曲的焦面，則方法前進(jìn)至區(qū)塊565。否則，方法前進(jìn)至區(qū)塊570。

在區(qū)塊565，對于x、y和/或z坐標(biāo)的多個點的確定的差可以應(yīng)用到光滑函數(shù)(例如，應(yīng)用到諸如三維多項式函數(shù)這樣的多項式函數(shù))，該光滑函數(shù)可以用于對共焦成像設(shè)備的非平坦焦面的場曲率建模。在一個實施例中，應(yīng)用確定的差而解出如下形式的二元二次多項式中的常數(shù)：

zfieldcurvature(object)(x，y，zoptics)＝a1x²+a2y²+a3x+a4y+a5xy+a6(1)

其中，x和y是傳感器空間中的xpix、ypix坐標(biāo)?；蛘?，可以應(yīng)用確定的差以求解諸如較高階的多項式這樣的另一個光滑函數(shù)(例如，描述二次曲線形狀的函數(shù))中的常數(shù)。具有解出的常數(shù)的光滑函數(shù)然后可以用于精確的場曲率模型。

在區(qū)塊570，x、y和/或z坐標(biāo)的多個點的確定的差可以應(yīng)用到光滑函數(shù)(例如，應(yīng)用到諸如三維以上多項式函數(shù)這樣的多項式函數(shù))，該光滑函數(shù)可以用于對由于共焦設(shè)置的改變(例如，zoptics值的改變)而引起的共焦成像設(shè)備在x軸上的放大率的改變進(jìn)行建模。在一個實施例中，應(yīng)用確定的差而解出如下形式的二元二次多項式中的常數(shù)：

xobject(x，y，zoptics)＝b1x²+b2y²+b3x+b4y+b5xy+b6(6)

其中，x和y是傳感器空間中的xpix、ypix坐標(biāo)?；蛘?，可以應(yīng)用確定的差以求解另一個光滑函數(shù)中(例如，在另一個三維多項式函數(shù)中，例如描述二次曲線形狀的函數(shù))的常數(shù)。然后具有解出的常數(shù)的光滑函數(shù)可以用作用于x坐標(biāo)的精確的放大率補償模型。

在區(qū)塊575，對于x、y和/或z坐標(biāo)的多個點的確定的差可以應(yīng)用到光滑函數(shù)(例如，應(yīng)用到諸如三維多項式函數(shù)這樣的多項式函數(shù))，該光滑函數(shù)可以用于對由于共焦設(shè)置的改變(例如，zoptics值的改變)而引起的共焦成像設(shè)備在y軸上的放大率的改變建模。在一個實施例中，應(yīng)用確定的差而解出如下形式的二元二次多項式中的常數(shù)：

yobject(x，y，zoptics)＝c1x²+c2y²+c3x+c4y+c5xy+c6(7)

其中，x和y是傳感器空間中的xpix、ypix坐標(biāo)?；蛘撸梢詰?yīng)用確定的差以求解另一個光滑函數(shù)中(例如，在另一個三維多項式函數(shù)中，例如描述二次曲線形狀的函數(shù))的常數(shù)。然后具有解出的常數(shù)的光滑函數(shù)可以用作用于y坐標(biāo)的精確的放大率補償模型。

已經(jīng)描述了區(qū)塊565、570和575作為三個分開的操作。然而，在一些實施例中，可以進(jìn)行單個操作以求解各個x坐標(biāo)、y坐標(biāo)和z坐標(biāo)。例如，可以求解具有以下形式的非畸變函數(shù)，以確定x、y和z坐標(biāo)。

fx(x，y，z)＝a0+a1x+a2y+a3z+a4x²+a5y²+a6z²+…+aixy+…+ajxⁿy^mz^k

fy(x，y，z)＝b0+b1x+b2y+b3z+b4x²+b5y²+b6z²+…+bixy+…+bjxⁿy^mz^k

fz(x，y，z)＝c0+c1x+c2y+c3z+c4x²+c5y²+c6z²+…+cixy+…+cjxⁿy^mz^k

(8)

其中，fx、fy和fz是要求解其世界坐標(biāo)的結(jié)果的函數(shù)，x和y是由共焦成像設(shè)備測量的像素坐標(biāo)，z是焦點設(shè)置(例如，對應(yīng)于焦點設(shè)置的編碼器坐標(biāo))，ai、bi和ci是得到的參數(shù)，并且n、m和k是名義上的最高階?？梢赃x擇函數(shù)，以使世界坐標(biāo)與函數(shù)變換后得到的位置之間的均方差最小化?？梢栽跀M合之前檢測到并且去除異常位置。在一個實施例中，非零參數(shù)的數(shù)量是受限的。

在區(qū)塊580，基于諸如等式5-8中代表的那些一維、二維和三維多項式函數(shù)(或者其它光滑函數(shù))，產(chǎn)生一個以上的光學(xué)器件校正模型。用于等式5-8的每個參數(shù)可以是多項式，該多項式取決于共焦成像設(shè)備的聚焦設(shè)置(z軸值)。在一個實施例中，模擬各個參數(shù)作為對zoptics(聚焦設(shè)置)的二次變化。例如，參數(shù)a1可以是具有如下形式的參數(shù)：

a1(zoptics)＝a+b*zoptics+c*zoptics²(9)

可以相似地代表參數(shù)a2-a6、b1-b6以及c1-c6。這可以得到54個參數(shù)模型，該參數(shù)模型校正視野(fov)的全部曲率、放大率和畸變。

可以應(yīng)用線性最小化方法(例如，線性最小二乘法)和/或非線性最小化方法(例如，broyden-fletcher-goldfarb-shanno(bfgs)算法)以得出在各個區(qū)塊565、570和575處的常數(shù)的最佳值。如所提及的，可以對每個聚焦設(shè)置進(jìn)行這些處理。這是因為場曲率的量和放大率可以隨著共焦成像設(shè)備的不同聚焦設(shè)置而改變。因此，可以對每個聚焦設(shè)置生成分離的模型?；蛘?，可以生成單個的模型，其說明了由于聚焦設(shè)置的改變而對模型產(chǎn)生的改變。注意，在參考方法500的區(qū)塊525所描述的模型中，也確定并且包括了與溫度的關(guān)系。在一個實施例中，確定與溫度的關(guān)系，并且建立校正熱狀態(tài)的模型，如以上參考方法500所描述的。

在區(qū)塊585，存儲用于共焦成像設(shè)備的一個以上生成的模型。模型可以存儲在共焦成像設(shè)備的存儲器中，并且/或者存儲在處理來自共焦成像設(shè)備的數(shù)據(jù)的計算裝置的存儲器中。在一個實施例中，模型存儲在共焦成像設(shè)備的非易失存儲器(例如，只讀存儲器(rom)、flash或者其它非易失存儲器)中。模型(一個或多個)可以應(yīng)用于共焦成像設(shè)備的測量，以校正由于非平坦焦面而引入的深度測量的誤差，并且校正由于放大率的改變而導(dǎo)致的不精確。如果校準(zhǔn)信息被存儲在共焦成像設(shè)備的存儲器中，則可以在進(jìn)行測量時將模型與測量數(shù)據(jù)一起發(fā)送到計算裝置。然后計算裝置可以使用接收到的模型，以校正共焦成像設(shè)備的場曲率和/或放大率改變。

圖6是示出用于基于將校準(zhǔn)后的場曲率模型或其它模型(例如，熱狀態(tài)補償模型)應(yīng)用到共焦成像設(shè)備或者其它成像設(shè)備(例如，立體成像設(shè)備)而調(diào)整被掃描的三維對象的深度測量的方法的一個實施例的流程圖?？梢岳锰幚磉壿媮韴?zhí)行方法600，處理邏輯可以包括硬件(例如，電路、專用邏輯電路、可編程邏輯電路、微代碼等)、軟件(例如，在處理裝置上運行以進(jìn)行硬件仿真的指令)或者硬件和軟件的組合。在一個實施例中，可以利用計算裝置(例如，執(zhí)行圖像處理模塊82的圖1b中的計算裝置24)來執(zhí)行方法600的至少一些操作。

在方法600的區(qū)塊605，處理邏輯接收到由共焦成像設(shè)備的檢測器的像素所產(chǎn)生的強度測量。檢測器可以具有像素的二維陣列，并且各個像素可以接收到在檢測器處定向的光束陣列的特定光束。光束陣列可以是返回光束陣列，該返回光束已經(jīng)從成像的三維對象的表面反射。從而，檢測器的各個像素與三維對象的指定的點相關(guān)聯(lián)，并且根據(jù)返回光束陣列提供用于相關(guān)聯(lián)的返回光束的強度測量。

各個接收到的強度測量與共焦成像設(shè)備的特定的聚焦設(shè)置相關(guān)聯(lián)。可以在聚焦設(shè)置的范圍內(nèi)接收到強度測量。在區(qū)塊620，對于各個像素，處理邏輯確定提供最大測量強度的共焦成像設(shè)備的聚焦設(shè)置。

對于各個聚焦設(shè)置(編碼器值)，可以得知共焦成像設(shè)備的探頭與共焦成像設(shè)備的焦點之間的相對距離。已知被成像的對象的點在該點的測量出的強度最大時對焦(例如，處于焦點處)。因此，在區(qū)塊630，對于各個像素，處理邏輯確定與產(chǎn)生最大強度的聚焦設(shè)置所對應(yīng)的像素相關(guān)聯(lián)的三維對象的點的深度。如果成像設(shè)備在成像設(shè)備的fov中包括內(nèi)部目標(biāo)件，則一些像素將與內(nèi)部目標(biāo)件上的點相關(guān)聯(lián)。因此，還可以確定內(nèi)部目標(biāo)件的點的深度。

如本文之前所論述的，共焦成像設(shè)備的非平坦焦面和/或放大率的改變引入了深度測量和/或x、y坐標(biāo)測量的誤差。因此，在區(qū)塊640，基于將與這些點相對應(yīng)的像素的確定的聚焦設(shè)置應(yīng)用到場曲率模型，處理邏輯調(diào)整被成像的三維對象的點的被確定的深度。作為附加或者替代，基于將被確定的聚焦設(shè)置應(yīng)用到場曲率模型或者其他模型，處理邏輯可以確定點的x、y坐標(biāo)?？梢允褂靡粋€以上的場曲率模型和/或其它模型。例如，特定的場曲率模型和/或其它模型可以與各個聚焦設(shè)置相關(guān)聯(lián)?？梢曰趯ο笊系狞c開始對焦的聚焦設(shè)置而識別適當(dāng)?shù)膱銮誓Ｐ?。然后通過將像素的x、y坐標(biāo)提供至被確定的場曲率模型中，可以確定對于該點的特定的深度調(diào)整。或者，可以使用單個的場曲率模型，并且可以將x、y坐標(biāo)和聚焦設(shè)置輸入到場曲率模型，以確定深度位移。在一個實施例中，還測量聚焦光學(xué)器件的溫度，并且/或者另外確定熱狀態(tài)(例如，利用內(nèi)部目標(biāo)件位置)，并且基于溫度(例如，利用熱狀態(tài)補償模型)確定額外的深度調(diào)整因子(和/或其它光學(xué)調(diào)整)。然后該額外的深度調(diào)整因子(和/或額外的光學(xué)調(diào)整)可以應(yīng)用到所有點的被測量的深度(和/或x和y坐標(biāo))。在一個實施例中，使用單個模型，其補償了熱狀態(tài)和場曲率兩者。

在區(qū)塊650，處理邏輯可以基于被調(diào)整的深度和/或x和y坐標(biāo)而確定三維對象的形狀(例如，表面形貌)。然后處理邏輯可以創(chuàng)建被成像的對象的精確的虛擬三維模型。

圖7圖示了計算裝置700的示例形式的機器的圖示，在該計算裝置700中，可以執(zhí)行用于使得機器執(zhí)行本文描述的一個以上的方法的一組指令。在替代實施例中，機器可以通過局域網(wǎng)(lan)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、外聯(lián)網(wǎng)或者其它因特網(wǎng)連接(例如，聯(lián)網(wǎng))至其它機器。該機器可以在客戶機-服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的服務(wù)器或客戶機的能力下運行，或者作為對等(peertopeer)(或分布式)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的對等機器運行。該機器可以是個人計算機(pc)、臺式計算機、機頂盒(stb)、個人數(shù)字助理(pda)、行動電話、網(wǎng)絡(luò)計算機、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機或者橋接器，或者能夠執(zhí)行詳細(xì)說明要由該機器進(jìn)行的工作的一組(或以其他方式連續(xù)的)指令的任何機器。此外，雖然僅圖示了一個機器，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為術(shù)語“機器”包括獨立或者聯(lián)合地執(zhí)行一組(或多組)指令以執(zhí)行本文論述的一個以上的方法的機器(例如，計算機)的任意集合。在一個實施例中，計算裝置700對應(yīng)于圖1b的計算裝置24。

示例的計算裝置700包括：處理裝置702；主存儲器704(例如，只讀存儲器(rom)、閃存存儲器、諸如同步dram(sdram)這樣的動態(tài)隨機存取存儲器(dram)等)；靜態(tài)存儲器706(例如，閃存存儲器、靜態(tài)隨機存取存儲器(sram)等)；以及經(jīng)由匯流條708而彼此通信的二級存儲器(例如，數(shù)據(jù)存儲裝置728)。

處理裝置702代表諸如微型計算機、中央處理單元等這樣的一個以上的通用處理器。更具體地，處理裝置702可以是復(fù)雜指令集計算(cisc)微處理器、精簡指令集計算(risc)微處理器、超長指令字(vliw)微處理器、完成其他指令組的處理器或者完成指令組的組合的處理器。處理裝置702還可以是一個以上的專用處理裝置，諸如專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、數(shù)字信號處理器(dsp)、網(wǎng)絡(luò)處理器等。處理裝置702被配置為執(zhí)行處理邏輯(指令726)，用以執(zhí)行本文描述的操作和步驟。

計算裝置700可以還包括網(wǎng)絡(luò)接口裝置722，用于與網(wǎng)絡(luò)764或者其它裝置通信。計算裝置700可以還包括視頻顯示單元710(例如，液晶顯示器(lcd)或者陰極射線管(crt))、字母數(shù)字輸入裝置712(例如，鍵盤)、光標(biāo)控制裝置714(例如，鼠標(biāo))和信號生成裝置720(例如，揚聲器)。

數(shù)據(jù)存儲裝置728可以包括機器可讀存儲介質(zhì)(或者更具體地，非易失性計算機可讀存儲介質(zhì))724，其上存儲了實施本文描述的任意一個以上的方法或者函數(shù)的一組或多組指令726。非易失性存儲介質(zhì)是指除了載波之外的存儲介質(zhì)。在利用計算裝置700執(zhí)行指令726期間，指令726還可以完全或者至少部分地駐留在主存儲器704內(nèi)和/或處理裝置702內(nèi)，主存儲器704和處理裝置702也構(gòu)成了計算機可讀存儲介質(zhì)。

計算機可讀存儲介質(zhì)724還可以用于存儲場補償器750，該場補償器750可以與圖1b的場補償器92相對應(yīng)。計算機可讀存儲介質(zhì)724還可以存儲軟件庫，該軟件庫包含調(diào)用場補償器750的方法。雖然計算機可讀存儲介質(zhì)724在示例實施例中被示出為單個的介質(zhì)，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為術(shù)語“計算機可讀存儲介質(zhì)”包括存儲一組或多組指令的單個介質(zhì)或者多個介質(zhì)(例如，集中式數(shù)據(jù)庫或者分布式數(shù)據(jù)、和/或相關(guān)聯(lián)的緩存和服務(wù)器)。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)為術(shù)語“計算機可讀存儲介質(zhì)”包括能夠存儲或者編碼由機器執(zhí)行并且使得機器執(zhí)行本發(fā)明的任意一個或多個方法的一組指令的任意介質(zhì)。相應(yīng)地應(yīng)當(dāng)認(rèn)為術(shù)語“計算機可讀存儲介質(zhì)”包括而不限于固態(tài)存儲器以及光學(xué)和磁性介質(zhì)。

應(yīng)當(dāng)理解為以上說明意在進(jìn)行說明，而不是受限的。通過閱讀并且理解以上說明，很多其他實施例將是明顯的。雖然已經(jīng)參考具體的示例性實施例而描述了本發(fā)明的實施例，但是將理解為本發(fā)明不限于所述實施例，而能夠利用在所附權(quán)利要求的原理和范圍內(nèi)的修改和變更實施本發(fā)明。因此，說明書和附圖應(yīng)以說明性而非限制性意義來考慮。因此，應(yīng)當(dāng)參考所附權(quán)利要求以及與該權(quán)利要求所要求的權(quán)利等同的全部范圍，來確定本發(fā)明的范圍。