CN101162291B - 线性聚光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件，其包含整体式非圆形对称的光学透射性材料件，其具有至少第一及第二表面，以用于将来自光源的光聚集至线性目标区域上，使得所述第一及第二表面中的至少之一为曲面，且使得所述光的第一部分通过自所述第一表面反射而聚集至所述线性目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述第二表面上折射而聚集至所述线性目标区域上。

Description

线性聚光器
技术领域
本发明大体而言涉及聚光器，且具体而言涉及用于将多向光源的光聚集至线性目标区域的光学元件。
背景技术
在所属领域中，已知各种的用于将线性光源的光聚集至线性目标区域上的光学系统。人们已投入大量的研究及设计资源来开发能构成紧凑型扩展光源的高效光源，包括如二极管，这些扩展光源能从接近于点的位置发出多向光。然而，传统的光学组件并不能理想地将此种紧凑型扩展光源的光聚集至线性目标区域上。
发明内容
本发明的实施例提供一种适于将光源的光聚集至线性目标区域上的新颖光学元件。这些元件既包含反射面也包含折射面，所述反射面与折射面设置成以不同方式聚集所述光源所发出的不同部分的光。这些元件提供相对高的聚光角及相对低的像差水平，从而高效且准确地将光会聚及聚集至线性目标区域上。尽管下文所述的光学元件特别适合与如LED等紧凑型扩展光源一起使用，然而其也可适合与如白炽灯等其他扩展光源一起使用。
这些新颖的光学元件可用于各种的应用中。在某些实施例中，使用一个或多个此种元件与探测器阵列相结合地对扫描光学检验系统中的线性区域进行照明，所述探测器阵列捕捉从被照明区域反射的光或者穿过被照明区域的光(例如背光)并将代表所检验物体的信号输出至处理器进行处理，例如判断在物体中是否存在缺陷。本文中所用术语“反射光”包括但不限于从被照明表面镜反射或漫反射(散射)的光。
结合附图阅读下文对本发明实施例的详细说明，将能更全面地理解本发明。
附图说明
图1a为根据本发明实施例的一种用于对平面衬底进行自动化光学检验的系统的高度简化的示意图；
图1b为根据本发明另一实施例的一种用于对平面衬底进行自动化光学检验的系统的高度简化的示意图；
图2为根据本发明实施例的线性照明单元的示意图；
图3为根据本发明实施例的聚光器的示意性剖视图，其显示光线轨迹；
图4为根据本发明实施例的图3所示聚光器的示意性等角图，其显示在垂直切向上在弧矢面中的光线轨迹；
图5为根据本发明实施例的图3所示聚光器的示意性等角图，其显示在数个不同切向上在弧矢面中的光线轨迹；
图6a-6c为根据本发明实施例的聚光器的示意性侧视图，其显示在不同的所选切向角情况下照明光线的投影；
图7为根据本发明一实施例的聚光器的示意性侧视图，其显示数个紧凑型扩展发光器的重叠照明区域；
图8及9为根据本发明替代实施例的聚光器的示意性剖视图，其包含在各自弧矢面中的光线轨迹；
图10为根据本发明另一实施例的聚光器的示意性剖视图；
图11为根据本发明实施例的聚光总成的示意图；
图12为根据本发明另一实施例的聚光总成的示意性剖视图；
图13为根据本发明又一实施例的聚光总成的示意性剖视图；以及
图14为根据本发明实施例的图像采集总成的简化侧视图。
具体实施方式
图1a为根据本发明实施例的用于对一物体22进行自动化光学检验的系统10的高度简化的示意图。物体22通常包含上面形成有图案的大体平面结构，包括但不限于如裸印刷电路板、经过组装的印刷电路板、平板显示器或半导体晶片。至少一线性照明单元24对物体22表面上的线性目标区域26进行照明。在本说明书中及在下文权利要求书中所用的术语“目标区域”既包含作为表面上的实际被照明实体区域的目标区域(尤其如图1A及1B中所示)，也包含空中照明区域，空中照明区域是悬置于空间中用于界定线性光源的区域，其可用作辅助照明光学器件(例如下游的柱面透镜或椭圆柱形反射器)的输入。
现在结合下面的附图对照明单元24进行详细说明。探测单元28捕捉区域26的图像。通常，探测单元28包含一排或多排光学探测器，这些光学探测器具有适当的图像采集光学器件(未显示)，以用于将从区域26反射的光聚焦至探测器上，此在所属领域中众所周知。另一选择为可通过由背光(在图1a中未显示)提供的透射光视需要对区域26提供照明。
移动总成30在箭头31所示的方向上平移物体22，以在物体表面上的整个所关心区域(其中所关心区域可包含整个表面或仅包含一部分表面)上方对目标区域26进行扫描。另一选择为所述移动总成可通过平移照明单元24及探测单元28来扫描目标区域。包含图像处理电路的计算机控制器32控制系统10的各元件，并接收及处理由探测单元28所产生的电子图像信号。由此，图像处理器便能够将探测单元所形成的各连续图像组合成所关心区域的完整的二维图像，并对图像进行分析，以探测缺陷并以其他方式对物体表面进行检验。
图1b为根据本发明另一实施例的一种用于对物体22进行自动化光学检验的系统20的高度简化的示意图。物体22通常包含上面形成有图案的大体平面结构，例如印刷电路板或半导体晶片。包含多个线性照明单元24的图像采集总成23对物体22表面上的线性目标区域26进行照明，以采集线性目标区域26的图像。
现在参照下面的附图对图像采集总成23及照明单元24进行详细说明。探测单元28捕捉区域26的图像。通常，探测单元28包含一排或多排光学探测器，这些光学探测器具有适当的图像采集光学器件(未显示)，以用于将从区域26反射的光聚焦至探测器上，此在所属领域中众所周知。另一选择为可通过由背光(未显示)提供的透射光视需要对区域26提供照明。
移动总成30在箭头31所示的方向上平移物体22，以在物体表面上的整个所关心区域(其中所关心区域可包含整个表面或仅包含一部分表面)上方对目标区域进行扫描。另一选择为所述移动总成可通过平移图像采集总成23来扫描目标区域。包含图像处理电路的计算机控制器32控制系统20的各元件，并接收及处理由探测单元28所产生的电子图像信号。由此，图像处理器便能够将探测单元所形成的各连续图像组合成所关心区域的完整的二维图像，并对图像进行分析，以探测缺陷并以其他方式对物体表面进行检验。因此，举例而言，DiscoveryTM自动化光学检验系统(可自位于以色列Yavne的Orbotech有限公司购得)可适合包含下文所将更详细说明的照明及图像采集系统。
图2为根据本发明实施例的照明单元24的示意图。所述照明单元包含至少一个光源34及整体式聚光器36。光源34可包含连续光源(例如灯丝发光器)，或者多个既可相互接触也可不相互接触的紧凑型扩展光源，例如多个LED。
在本专利申请案及权利要求书的上下文中，术语“整体式”包括包含单件光学材料的光学元件或者包含相互邻接的多件光学材料的光学元件，其不同于需要具有高光学性能时所更常使用的在各元件之间具有空间的传统复合光学元件。聚光器36并不是圆形对称的。而是，在本实施例中以及在下文所述的其他实施例中，所述聚光器具有对称平面(对应于图3中所示的轴线41)，所述对称平面穿过光源34及穿过目标区域。光源的纵向轴线平行于目标区域的纵向轴线。图2所示的整体式元件之所以较佳，尤其是因为其可通过挤压或拉拔、以及通过模塑技术使用如光学玻璃、塑料或其他适宜的透光性材料而廉价地制成。下文将参照下面的附图对聚光器36的其他特征及优点进行说明。
在图2所示的实施例中，光源34包含发光二极管(LED)38阵列，其通常以作为要安装于电路板40上的单独芯片形式提供。在本发明的实施例中，使用如厚度约为1mm且折射率为1.45的透光性封装来覆盖LED38，当然未经封装的LED也适宜。在本发明的实施例中，每一LED38均在接近2π的球面角内发出亮度大致均匀的光束。
另一选择为，聚光器36及下文所述其他类型的聚光器也可用于其他类型的光源，特别是线性光源，例如放电灯、线性白炽灯、荧光灯以及所属领域中所知的其他种类的发光器。在本揭示内容以及权利要求书中用术语“光”及“照明”来表示光学范围内的所有辐射，其定义为不仅包括可见光，而且包括可通过由适宜材料制成的透射元件进行聚光的红外及紫外光波长范围。
现在参见图3及4，其中图3是聚光器36的示意图，其显示光线轨迹，而图4是聚光器36的等角图，其显示光源34的基本LED38在垂直切向上在聚光器36的弧矢面中的光线轨迹。光源34发出的一部分光，包括相对于聚光器36的对称平面41(即本示意图中的X-Z平面)以高角度发出的相对高角度光线37，通过入射面46及48射入聚光器36，并随后如通过全内反射在非球形反射面42及44上发生反射，尽管并非必需如此，且随后分别穿过出射面50及52射出而照射于目标区域26(图1A及1B)上。在本发明的实施例中，反射面42及44为曲面并具有非抛物线截面。
因此，在其中聚光器36的构造使光源34发出的光通过全内反射在表面42及44上发生反射的实施例中，无需分别在表面42及44上附加外反射涂层，从而降低生产复杂度及制造成本。然而，在某些实施例中，则可能需要或希望在表面42及44上附加适宜的反射涂层，例如银反射涂层。
如下文中更详细说明，表面46、48、50及52相对于光源34加以构造及设置，以使各种光学像差最小化，包括紧凑型扩展光源元件的彩色像差及切向场像差。根据本发明的实施例，光在垂直切向上以大体垂直的角度穿过表面46及48射入聚光器36，且通过表面42及44反射的光在垂直切向上以大体垂直于出射面50及52的角度穿过这些表面射出聚光器36。应注意，由于光源34是紧凑型扩展光源，而非理想的点光源，因而并非从其发出的所有光均将沿垂直的切向以完全垂直于各自表面的角度照射于表面46、48、50及52上；预计会相对于法向存在小偏差，且表面46、48、50及52的适宜设计会将这些偏差考虑在内。
光源34发出的另一部分光，包括在垂直切向上相对于平面41以相对较低的角度发出的低角度光线39，经由将光线朝出射面56引导的会聚面54射入聚光器。这些低角度光线39随后通过在出射面56上发生折射而聚光至目标区域26上。应注意，根据本发明的实施例，将聚光器36的光学表面配置及设置成使以垂直切向发出的低角度光线39会聚于一个位置上，所述位置比以垂直切向发出的高角度光线37的会聚位置距离光源34更远，尽管并非必需为此种配置。
因此，聚光器36会聚及聚集由光源34在弧矢面中在最大接近满180°的角度内(在本发明的实施例中是在弧矢面中约140°的角度内)发出的光线，而几乎不会“浪费”光线。光源34发出的某些光线(高角度光线37)通过在表面42及44处发生反射而聚集至目标区域26上，而光源34发出的其他光线(低角度光线39)则通过经出射面56发生折射而聚光至目标区域26上。
应注意，由于光源38并非无限小的点光源，相应地，从其发出的光无法聚集或聚焦至无限小的位置。因此，每一LED38将形成具有最大辐照度的有限聚光区域。聚焦区域(即具有最大辐照度的区域)的宽度由如下公式近似表示：(聚焦区域宽度)＝(光源宽度)×(射入光学元件的照明的有效角度)/(照射于照明区域上的照明的有效角度)。
将光源的光学尺寸考虑在内的同时，对聚光器36的设计进行优化，以使各种光学像差最小化。因此，例如对表面54及56(其实质上形成柱面透镜)进行配置，以减小每一基本的紧凑型扩展光源34所发出的光沿目标区域26的切向场曲率。此外，通过例如选择入射面46及48、以及出射面50及52的形状，使得在弧矢面中照射于这些表面上的光线以大体垂直的角度照射，而减小与表面42及44所反射光线相关的弧矢像差。
因此，在本发明的实施例中，入射面46及48具有大体居中于光源34的光学位置上的近似圆柱形轮廓，从而使光以接近垂直的弧矢入射角射入聚光器，并因而在这些表面上经历最小的像差。类似地，入射面50及52也适当弯曲，从而使光在弧矢面中以接近垂直于这些表面的角度射出聚光器36。因此，因在表面46、48、50及52处发生折射而引起的弧矢像差得以最小化。反射面42及44固有地不会引起彩色像差或场曲率像差，并可在给定光源34的发光区域的实际尺寸的情况下设计成使其他像差最小化。
现在参照图5、图6A-6C及图7，图5是根据本发明实施例的聚光器36的示意性等角图，其显示在四个不同切向上的光线轨迹，图6A-6C是根据本发明实施例的聚光器的示意性侧视图，其显示在三个所选切向角情况下照明光线的投影，而图7是根据本发明实施例的聚光器的示意性侧视图，其显示数个紧凑型扩展发光器的重叠照明区域。
从给定基本光源34发出并经过其中表面42及44反射的高角度光线37无论其切向角θ如何，均以大体恒定的距离会聚至目标区域26。由于光源34的扩展性质，反射光线照射直线照明区域126。然而，从给定基本光源34发出并在表面56上反射的低角度光线39在目标区域26附近、但在距其某一距离处会聚，此距离是切向角的函数，从而对弯曲的照明区域226进行照明。根据本发明的实施例，每一聚光器的端部59均对照射于其上面的切向光线进行反射，以使这些光线改向至被照明区域26。反射可起因于全内反射。视需要，表面上可适当涂覆有反射涂层。
如在图7中所示，当由多个在空间上分离的基本光源34提供照明时，即使这些光源在空间上分离，从表面42及44反射的光在整个目标区域26上也实质不存在任何场曲率，如由围绕目标区域26的直线照明区域126所示。尽管对于每一基本光源34而言，从表面56折射的光的照明场226是曲面场，然而聚光器36的适当设计以及光源34的适当间距会形成多个重叠的曲面照明场226。由根据本发明实施例加以配置的聚光器36与适当相间的紧凑型扩展光源所产生的直线照明场126与多个曲面照明场226的组合便由此大体实质均匀地在立体照明角内对表面26进行照明。
应注意，以大的切向角从光源34发出的光线，包括从表面42及44反射的光线，将因在聚光器36的入射及出射面上发生折射而经历切向彩色像差。然而，在采用多个光源34且每一光源均对重叠区域进行照明的本发明实施例中，彩色色散将趋于平均化，从而使照明的颜色及强度将在目标区域26的接近整个长度上近似恒定不变。
换句话说，根据上文所述的本发明的实施例，对折射面46、48、50及52的曲面进行选择，使起始于光源34的光路径经过入射面46或48，从表面42或44上反射，并随后再次经表面50及52折射，其中表面46、48、50及52配置及设置成使弧矢像差固有地最小化。然而，大体上作为柱面透镜的表面54及56，其使每一光源34所发出并经过这些表面的光被聚焦至在切向平面中弯曲的区域上。根据本发明的实施例，这多个光源由此产生多个重叠的弯曲照明区域。
由于上文所述的设计特征，聚光器36的性能对波长或对聚光器制成材料的折射率几乎不敏感。因此，聚光器可由各种各样的材料制成并在各种各样的波长范围内使用。由于聚光器的反射面是通过全内反射发挥作用，因而聚光器可由易于涂覆的材料(例如Zeonex)制成。
根据本发明的实施例，聚光器36可通过注射成型或通过挤制工艺制成，并包括用于将聚光器安装于外壳内的安装短柱58。在本发明的实施例中，安装短柱58是分立的元件，其位置使其对聚光器36反射特性的影响最小化。适合与包含多个紧凑型扩展光源(例如LED)的发光器结合使用的典型聚光器36具有16.108mm的高度(在Z方向-图3中的水平方向上)及13.892mm的宽度(在Y方向上)。会聚面54位于LED38正面上方3.000mm处且直径为1.900mm。出射面56的宽度为3.902mm。聚光器可制作或切割至任何所需长度(其中长度是在X方向(指向图3所在页面内)上的尺寸)，例如100-200mm。假定LED38具有约1.0mm的宽度，则聚光器36所形成的目标区域26在距聚光器正面40mm的距离处的宽度将大于2.0mm。此实施例中聚光器36的设计的进一步细节列示于下文的附录中。
参见图8，其为根据本发明另一实施例的与线性光源62一起使用的聚光器60的示意性剖视图。此实施例的原理类似于上文所述的聚光器36，即聚光器60是非圆形对称的并具有垂直于附图页面的穿过光源62及目标区域26的对称平面。然而，聚光器60配置成在弧矢面中较大的角度(在本实例中近似为270°)内会聚及聚焦来自光源62的光。此实施例适用于例如当光源62包含灯丝、放电电弧或荧光源时，这些光源是在弧矢面内大于180°的角度范围内发光。
以大角度(最高达±135°)从光源62发出的光线通过入射面68及70射入聚光器60，并通过从反射面64及66上进行全反射而朝目标区域26反射。通常对表面64及66的至少一部分涂覆反射涂层，例如对表面64及66外侧上那些使某些光线在所述表面上的入射角太小而不能发生全内反射的部分涂覆反射涂层。从表面64及66反射的光线通过出射面72及74射出聚光器60，出射面72及74经配置以使弧矢像差最小化，例如在上文中参照图3所述。以小角度从光源62发出的光线通过在会聚面76及出射面78上发生折射而聚焦至目标区域26上。此种配置可通过如塑料成型(应构造适当的拔模角度，以利于从模具中取出聚光器)或挤压工艺制成。
参见图9，其为根据本发明又一实施例的与线性光源82一起使用的聚光器80的示意性剖视图。如前述实施例，聚光器60是非圆形对称的并具有垂直于附图页面的对称平面。聚光器80配置成在4π的球面度内会聚及聚焦来自光源82的光。因此，当使用例如灯丝、电弧或荧光管等光源时，聚光器80会聚及聚焦该光源所产生的几乎所有光。
光源82包含于聚光器80内的空腔84内。以高角度(最高达±180°)从光源发出的光线经过圆柱形入射面90进入聚光器。由于表面90具有以光源82为中心的圆形轮廓，因而光线不在表面90上折射，且因此一般不会引起弧矢像差。所述高角度范围的较低部分从反射面86及88反射，从而使光线穿过出射面92及94聚集至目标区域26上。所述高角度范围的较高部分则通过后反射面96反射回光源82的位置。通常，表面96也具有以光源82为中心的圆形轮廓。通常对表面86、88及96涂覆反射涂层。从表面96反射的光线以及以低角度从光源82发出的光线均通过在会聚面98及出射面100上折射而聚集至目标区域26上。另一选择为，可对表面90的一部分涂覆反射涂层，由此消除表面96的反射功能。
图10为根据本发明再一实施例的聚光器110的示意性剖视分解图。聚光器110的工作原理与图9中所示的聚光器80相同，但设计成更易于制造。聚光器110是由前部112及后部114构造而成，前部112与后部114是通过例如注射成型或挤压而分别制成。然后，使用适宜的光学接合剂将这两部分胶合于一起或相互紧靠地放置。
图11为根据本发明一实施例的聚光总成120的示意图。如图中所示，总成120包含端对端叠置的多个聚光器36。(另一选择为，可按此种方式、以及按下面图12中所示的方式、抑或同时按这两种方式组合基于本发明原理的其他类型的聚光器，例如在图8-10中所示的聚光器。)此种配置允许对更大的目标区域26进行照明。照射于给定聚光器的端部59上的切向光线通过全内反射而反射回聚光器内。视需要，提供适宜的反射涂层。此种反射会有效地降低光源34所发出光的损失。
图12为根据本发明另一实施例的聚光总成130的示意性剖视图。在本实施例中，各聚光器36并排地加以固定，使多个聚光器对沿同一目标区域26的不同部分进行照明。尽管在图12中是从每一侧对目标区域26进行照明，然而也可使用较少数量的聚光器在较小的弧矢面角度范围内对此区域进行照明。例如，在图12的配置中可一同使用三个聚光器，以便以会聚于弧矢面中120°范围内的光对此区域进行照明，而在各单元之间不会存在死区。图12所示类型的多个聚光器总成可按图11所示的方式端对端地叠置。此外，当以图12所示方式布置照明器时，可对用于对表面进行照明的立体照明角进行控制，以使照明最佳地适合于照明应用。
图13为根据本发明再一实施例的聚光总成140的示意性剖视图。在本实施例中，各聚光器36以类似于图12中所示的方式并排地加以固定，使多个聚光器对沿同一目标区域26的不同部分进行照明。其中一个聚光器137配置成对两个聚光器36之间的区域进行照明，同时还配置成提供焦点距离，从而能够插入用于对目标区域26进行成像的适合观察用光学器件(未显示)，包括如分光镜。
现在参见图14，其为根据本发明实施例进行配置的图像采集总成23的简化侧视图。图像采集总成23沿光轴132包含照相机131，以用于采集目标区域26的图像。在图14所示的实施例中，光轴132大体垂直于目标区域26，尽管并非必需如此。来自照相机131的图像提供至图像处理器133，以用于进行适当的处理及缺陷探测，例如探测电路中的缺陷。在本发明的实施例中，如在图14中所示，使用例如至少一个镜子135或其他适宜的潜望式光学元件使照相机131的观察路径弯折。
多个照明单元24及至少一个同轴照明单元124对照相机131所观察的目标区域26进行照明。各照明单元24分别采用聚光器36，例如参照图2-7所示及所述的根据本发明实施例的聚光器36。同轴照明单元124采用根据本发明另一实施例加以配置的聚光器137，聚光器137具有聚光器36的某些运作特征及结构特征。
如在图14中所示，各聚光器36并排地对齐，以对目标区域26进行照明。在两个聚光器36之间提供间隙142，以便能够沿轴线132进行照明并使照相机131沿轴线观察目标区域26。大体充满间隙142的照明是由同轴的照明单元124提供，并采用根据本发明另一实施例加以配置的聚光器137。来自聚光器137的照明穿过分光镜150，分光镜150适合由透光性材料制成的局部反射片，根据在图14中所示的本发明的实施例，其另外属于使照相机131的观察路径发生弯折的潜望式光学元件的一部分。
因此，如在图14中所示，照明单元124在略微超出间隙142的角度内提供靠近光轴132的照明。对于更为远离光轴132的角度，则由至少一个照明单元24所提供的照明对目标区域26进行照明。应注意，可对照明单元24进行选择性操作，以控制对目标区域26进行照明的离轴照明的范围，这是为满足不同成像应用所需的。
因此，根据本发明的实施例，根据给定成像应用的要求，由一个或多个照明单元24及124提供不同的照明组合。照明组合举例如下，但不限于这些例子：
-同时操作照明单元124及所有照明单元24，以提供既包含同轴照明又包含离轴照明的照明；
-同时操作照明单元124及某些照明单元24，以提供既包含同轴照明又包含离轴照明的照明。可对所操作的照明单元24的数量进行选择，以控制除同轴照明以外的离轴照明的角度范围；
-仅操作照明单元124，而不操作任何照明单元24，从而以相对靠近光轴132的照明对目标区域26进行照明；
-操作一个或多个照明单元24，而不操作照明单元124，从而以偏离光轴132的照明对目标区域26进行照明，而不以靠近光轴132的照明对目标区域26进行照明。
根据本发明的实施例，由包含聚光器137的照明单元124提供同轴照明。尽管图中显示照明单元124提供同轴照明，然而其可适用于任何需要沿线性目标区域进行聚光的应用。包含扩展光源(通常是例如LED等紧凑型扩展光源)的光源134提供光。光经由入射曲面146射入聚光器137，并从非球面反射面142上反射(例如通过全内反射，当然可使用适合的反射涂层来增强反射性)，并随后经过出射面152射出。
光源134及入射面经配置以使光源134的光以大体垂直于表面146的角度射入表面146，经表面142反射，并随后以大体垂直于出射面152的角度经过出射面152射出聚光器137。应注意，由于光源134是紧凑型扩展光源，而非理想的点光源，因而并非从其发出的所有光均将以完全垂直于各自表面的角度照射于表面146及152上；预计会相对于法向存在小偏差。
尽管上文参照图2-8所述的光学设计的特征是关于中央平面对称，然而也可应用本发明的原理形成不对称的光学聚光器，例如参照图14所述，当然，也可采用使用本文所述设计概念的其他非对称设计。
因此，应了解，上文所述的实施例只是举例说明，且本发明并非仅限于上文所具体显示及说明的内容。而是，本发明的范围既包含上文所述各种特征的组合及子组合，也包含所属领域的技术人员在阅读上文说明后所将想到且在现有技术中未曾揭示的变化及修改形式。
附录-实例性设计参数
下表A1列示图3中所示反射面42及44的轮廓座标(单位：mm)。将座标原点取为图中所示光源34的位置。
表A1-非球面反射面的轮廓
    Y     Z     Y     Z
    6.946     16.108     5.651     7.839
    6.921     15.873     5.599     7.609
    6.897     15.643     5.547     7.380
    6.872     15.414     5.493     7.150
    6.846     15.184     5.438     6.921
    6.820     14.955     5.382     6.691
    6.793     14.725     5.324     6.461
    6.765     14.496     5.266     6.232
    6.737     14.266     5.205     6.002
    6.708     14.037     5.144     5.773
    6.679     13.807     5.081     5.543
    6.648     13.577     5.017     5.314
    6.618     13.348     4.951     5.084
    6.586     13.118     4.883     4.855
    6.554     12.889     4.814     4.625
    6.521     12.659     4.743     4.395
    6.488     12.430     4.671     4.166
    6.454     12.200     4.596     3.936
    6.419     11.971     4.519     3.707
    6.383     11.741     4.440     3.477
    6.347     11.512     4.359     3.248
    6.310     11.282     4.276     3.018
    6.272     11.052     4.190     2.789
    6.233     10.823     4.101     2.559
    6.194     10.593     4.009     2.330
    6.153     10.364     3.915     2.100
    6.112     10.134     3.817     1.870
    6.070     9.905     3.715     1.641
    6.027     9.675     3.609     1.411
    5.984     9.446     3.499     1.182
    5.939     9.216     3.385     0.952
    5.893     8.986     3.264     0.723
    5.847     8.757     3.138     0.493
    5.799     8.527     3.005     0.264
    5.751     8.298     2.863     0.034
    5.702     8.068     2.841     0.000

Claims (23)

1.一种光学元件，其包含：
整体式非圆形对称的光学透射性材料件，其具有至少第一及第二表面，以用于将来自光源的光聚集至线性目标区域上，使得所述第一及第二表面中的至少之一为曲面，且使得所述光的第一部分通过自所述第一表面反射后在弧矢平面中沿大体垂直于所述第二表面的方向照射于所述第二表面上而聚集至所述线性目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述第二表面上折射而聚集至所述线性目标区域上。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于所述光通过全内反射从所述第一表面上反射。
3.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于所述第一与第二表面二者均为曲面，且其中所述第一表面具有非球形曲面轮廓。
4.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于所述光学透射性材料件具有穿过所述光源与所述目标区域的对称平面。
5.如权利要求4所述的光学元件，其特征在于所述光的所述第二部分包含第二光线，所述第二光线从所述光源发出至相对于所述对称平面的低弧矢角度范围内，而所述光的所述第一部分包含第一光线，所述第一光线从所述光源发出至相对于所述对称平面的高弧矢角度范围内。
6.如权利要求5所述的光学元件，其特征在于所述高弧矢角度范围与所述低弧矢角度范围邻接，使得所述低弧矢角度范围与高弧矢角度范围在所述光学元件的弧矢平面内总共包含至少130°。
7.如权利要求6所述的光学元件，其特征在于所述低弧矢角度范围与高弧矢角度范围在所述光学元件的弧矢平面内总共包含接近180°。
8.如权利要求6所述的光学元件，其特征在于所述低弧矢角度范围与高弧矢角度范围在所述光学元件的所述弧矢平面内总共包含270°。
9.如权利要求6所述的光学元件，其特征在于所述低弧矢角度范围与高弧矢角度范围在所述光学元件的所述弧矢平面内总共包含360°。
10.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于所述光学透射性材料件具有入射面及邻接所述入射面的会聚面，所述光的所述第一部分在从所述第一表面反射之前经过所述入射面射入所述件，且所述光的所述第二部分在所述第二表面处折射之前经过所述会聚面射入所述件。
11.如权利要求10所述的光学元件，其特征在于所述光学透射性材料件具有出射面，所述光的所述第一部分在从所述第一表面反射之后经过所述出射面射出所述件，且其中所述入射面及出射面经配置以使弧矢像差最小化。
12.如权利要求10所述的光学元件，其特征在于所述会聚面与所述第二表面包含曲面。
13.如权利要求10所述的光学元件，其特征在于所述入射面与所述会聚面一同界定空腔，所述空腔容纳所述光源。
14.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于所述整体式光学透射性材料件另外包含垂直于所述第一及第二表面设置的一对端部平面，所述端部平面经配置以将来自所述光源的光反射至所述线性目标区域上。
15.一种光学元件，其包含：
第一光学透射性材料件，其具有至少第一及第二表面，以用于将来自光源的光聚集至线性目标区域上，使得所述光的第一部分通过自所述第一表面内反射而聚集至所述目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述第二表面上折射而聚焦至所述线性目标区域上；
其中所述光学透射性材料件具有入射面及邻接所述入射面的会聚面，所述光的所述第一部分在从所述第一表面反射之前经过所述入射面射入所述件，且所述光的所述第二部分在所述第二表面处折射之前经过所述会聚面射入所述件，所述入射面相对于所述光源设置成以大体垂直于所述入射面的角度接收由所述光源发出的光。
16.一种聚光总成，其包含：
至少第一及第二光学元件，其包含各自的整体式非圆形对称的光学透射性材料件，每一件均具有至少各自的第一及第二表面，以用于将来自光源的光聚集至线性目标区域上，使得所述光的第一部分通过自所述各自第一表面内反射后在弧矢平面中沿大体垂直于所述第二表面的方向照射于所述第二表面上而聚焦至所述目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述各自第二表面上折射而聚焦至所述目标区域上；
其中所述第一及第二光学元件共享穿过所述光源及所述目标区域的共用对称平面，且所述各自的光学透射性材料件具有垂直于所述对称平面的各自的端部，且所述第一与第二光学元件在所述各自的端部处接合于一起。
17.一种用于从第一及第二光源聚集光的总成，所述总成包含：
第一光学元件，其包含第一整体式非圆形对称的光学透射性材料件，所述第一整体式非圆形对称的光学透射性材料件具有至少第一及第二表面，以用于在第一弧矢角度范围内将来自所述第一光源的所述光聚集至线性目标区域上，使得所述光的第一部分通过自所述第一表面内反射而聚焦至所述目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述第二表面上折射而聚焦至所述目标区域上；以及
第二光学元件，其包含第二整体式非圆形对称的光学透射性材料件，所述第二整体式非圆形对称的光学透射性材料件具有至少第三及第四表面且与所述第一光学元件对齐，以使所述第三及第四表面在第二弧矢角度范围内将来自所述第二光源的所述光聚集至所述线性目标区域上，从而使所述光的第三部分通过自所述第三表面内反射而聚焦至所述目标区域上，而所述光的第四部分则通过在所述第四表面上折射而聚焦至所述目标区域上。
18.一种照明单元，其包含：
光源；以及
光学元件，其包含整体式非圆形对称的光学透射性材料件，所述整体式非圆形对称的光学透射性材料件具有至少第一及第二表面，以用于将来自所述光源的光聚集至线性目标区域上，使得所述第一及第二表面中的至少之一为曲面，且使得所述光的第一部分通过自所述第一表面内反射后在弧矢平面中沿大体垂直于所述第二表面的方向照射于所述第二表面上而聚焦至所述目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述第二表面上折射而聚焦至所述目标区域上。
19.如权利要求18所述的照明单元，其特征在于所述光源包含发光二极管阵列，所述发光二极管阵列具有平行于所述线性目标区域的纵向轴线。
20.一种用于对物体进行光学检验的系统，其包含：
照明单元，其包含：
多个光源；以及
光学元件，其包含整体式非圆形对称的光学透射性材料件，所述整体式非圆形对称的光学透射性材料件具有至少第一及第二表面，以用于将来自所述多个光源的光聚集至所述物体的线性目标区域上，使得所述第一及第二表面中的至少之一为曲面，且使得所述光的第一部分通过自所述第一表面内反射后在弧矢平面中沿大体垂直于所述第二表面的方向照射于所述第二表面上而聚焦至所述目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述第二表面上折射而聚焦至所述目标区域上；
线性探测器阵列，其经配置以接收从所述线性目标区域反射的所述光并根据所述线性目标区反射的所述光而产生输出信号；以及
处理器，其耦接至所述线性探测器阵列，以处理所述输出信号，从而对所述物体进行评定。
21.如权利要求20所述的系统，其包含移动总成，所述移动总成经耦合以在所述物体上方扫描所述线性目标区域。
22.一种用于制造光学元件的方法，所述方法包含模制整体式非圆形对称的光学透射性材料件，以界定至少第一及第二表面，用于将来自光源的光聚集至线性目标区域上，使得所述第一及第二表面中的至少之一为曲面，且使得所述光的第一部分通过自所述第一表面内反射后在弧矢平面中沿大体垂直于所述第二表面的方向照射于所述第二表面上而聚焦至所述目标区域上，而所述光的第二部分则通过在所述第二表面上折射而聚焦至所述目标区域上。
23.一种照明总成，其包含：
多个光源；以及
非圆形对称的光学透射性材料件，其具有：
第一曲面，其用于从所述多个光源中的各个光源接收光，所述多个光源及所述第一曲面配置及设置成使来自所述多个光源中所述各个光源的光在弧矢平面中沿大体垂直于所述第一曲面的方向照射于所述第一表面上；
第二表面，其用于将经由所述第一曲面从所述光源接收的光反射至线性目标区域上；以及
第三曲面，其折射从所述第二表面接收的光，所述第三曲面是相对于所述第二表面进行配置及设置，使得从所述第二表面反射的光在所述弧矢平面中沿大体垂直于所述第三曲面的方向照射于所述第三曲面上；
其中第二表面所反射的光聚集至所述目标区域上。
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