CN101165471B - 多角度多通道检测装置 - Google Patents

Abstract

一种多角度多通道检测装置，用以检测一个或多个样品。此多角度多通道检测装置包括：光收集器与多通道核心模块。光收集器具有多个光纤探头，其中各光纤探头分别以垂直于样品方向排列及/或以倾斜于垂直样品方向的角度排列，用以对样品收集光讯号。多通道核心模块与该光收集器耦接，对样品进行检测，并且利用光收集器，使入射到多通道核心模块的光束为平行于多通道核心模块的光轴，以得到各通道的光谱信息。

Description

多角度多通道检测装置

技术领域

本发明是关于一种样品检测装置，且特别是关于一种多角度的多通道的检测装置。

背景技术

液晶面板检测技术包含如色度、辉度等光学参数测量，在液晶显示器质量控制中扮演极重要角色。尤其在近年来面板面积变大、制作工艺速度加快的趋势下，快速且精准的检测变得越来越重要。目前传统的面板检测装置，可分为单点傅氏光学式面板测量装置与多点分光式面板测量装置两种。

图1所示为美国专利US6,804,001所公开的技术。此装置是以傅氏光学原理搭配分光式影像光谱测量结构。待测物2发出的光经过透镜组6、8等，到达狭缝16，穿过狭缝后，可经由分光组件18投射在二维光二极管阵列检测器(photodiode array)14。此外，此装置还包括旋转机构40，可以旋转狭缝16成不同的角度，借此得到待测点不同视角的色度、辉度，若获得整个待测物的色度及辉度信息，必须二维移动探头或样品将样品上各处色度及辉度信息组合，所需测量时间极长，因而无法用在线上检测。

此外，图2示出美国专利US5751420的多点分光式面板测量装置。此专利采用分光式影像光谱测量结构，将面板42置于距取像镜头的工作距离的平面上，使用镜头将面板所发出的光导入光谱影像装置，再经过分光组件，将不同波长的光信号投射在二维光二极管阵列检测器(photodiode array)上的不同位置，取得物方视野不同位置所对应的光谱影像。因此，此法虽然可以同时得到多通道的光谱信息，达到多点式测量光谱的效果，但只能针对一特定视角下进行测量，若要测量不同视角仍需将探头或面板作相对角度偏摆，机构动作复杂耗时。因而此法虽然已用在线上检测，但仍无法满足使用者的需求。

在现有的面板检测技术中，多使用单点测量方法。要测量整个面板，必须二维移动探头或面板，测量时间太久。且为了获得不同视角的色度、辉度等光学参数，探头或面板必须作相对角度偏摆，但是旋转及定位机构复杂，且机构动作耗时。所以迄今并无可达到符合VESA测量规范的快速测量装置，迫切需要有新的测量方法。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种多角度多通道检测装置，以克服传统方法无法同时达到多通道快速测量、多视角精准测量的问题。借由本发明，可提供一高光谱解析、多通道多视角且同时测量的面板线上检测装置。

为了达成上述目的，本发明提供一种多角度多通道检测装置，用以检测一个或多个样品。此多角度多通道检测装置包括：光收集器与多通道核心模块。光收集器具有多个光纤探头，其中各光纤探头分别以垂直于样品方向排列及/或以倾斜于垂直样品方向的角度排列，用以对样品收集光讯号。多通道核心模块与该光收集器耦接，对样品进行检测，并且利用光收集器，使入射到多通道核心模块的光束为平行于多通道核心模块的光轴。

在上述的多角度多通道检测装置中，前述的光纤探头排列成一维离散阵列或者是二维离散阵列。此外，前述的多通道核心模块可以还包括光狭缝、准直镜组、绕射光栅、聚焦镜组、二维阵列检测器，分别依序配置在该多通道核心模块的光路径上。

根据本发明的实施形态，准直镜组可以是非球面准直镜组或球面准直镜组。绕射光栅可以是穿透式绕射光栅或反射式绕射光栅。聚焦镜组可以是一般的聚焦镜组或消色差聚焦镜组。此外，该二维阵列检测器可相对于该多通道核心模块的光轴进行倾斜。

根据本发明的实施形态，光收集器可以是多芯光纤束，而多芯光纤束包括多条光纤，分别与各光纤探头连接。

本发明是以该准直镜组将入射光束修成近准直光，所以入射到该绕射光栅的光束便为准直光。

此外，本发明还提供一种多角度多通道检测装置，用以检测一个或多个样品。此多角度多通道检测装置包括光收集器与多通道核心模块。光收集器具有多个光纤探头，其中各光纤探头分别以垂直于样品方向排列及/或以倾斜于垂直样品方向的角度排列，用以该样品收集光讯号。多通道核心模块与光收集器耦接，对样品进行检测。

上述多角度多通道检测装置中，光纤探头排列可以排成一维离散阵列或者是二维离散阵列。此外，光收集器可以是多芯光纤束，而多芯光纤束包括多条光纤，分别与各光纤探头连接。

本发明还提供一种多角度多通道检测装置，用以检测一个或多个样品。此多角度多通道检测装置包括多个光收集器与多个单通道核心模块。各该光收集器分别至少具有一个光纤探头，其中该光纤探头以垂直于该样品方向排列及/或以倾斜于该样品方向的角度排列，用以对该样品收集光讯号。该些单通道核心模块，分别与该些光收集器耦接，对样品进行检测，并且利用该些光收集器，使入射到单通道核心模块的光束为平行于单通道核心模块的光轴。根据需求，上述多角度多通道检测装置还包括至少一个多通道核心模块，经由多个光收集器，对该样品进行检测，并且利用该些光收集器，使入射到该多通道核心模块的光束为平行于该多通道核心模块的光轴。

此外，本发明还提供一种多角度多通道检测方法，用以检测一个或多个样品。此方法包括：提供一个或多个光纤探头，并且使该些光纤探头以不同的角度，对样品收集光讯号；以及将收集到的光讯号，提供给多通道核心模块或单信道核心模块，进行光谱分析。

在前述方法中，还可以包括将光纤探头排列成一维离散阵列或者是二维离散阵列。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1示出传统单点傅氏光学式面板测量装置。

图2示出传统多点分光式面板测量装置。

图3是依据本发明实施例所示出的多角度多通道检测装置的结构示意图。

图4A示出VESA规范的面板测量点示意图。

图4B示出对于图4A面板中央点的其它四个角度测量的示意图。

图5示出二维阵列检测器上的多通道光谱示意图。

图6是依据本发明的第一实施例所示出的一维多角度多通道面板检测装置。

图7A是示出从图6的方向A看过去的光纤探头排列组态与角度分布图。

图7B是示出从图6的方向B看过去的光纤探头排列组态与角度分布图。

图8是依据本发明的第二实施例所示出的二维多角度多通道面板检测装置。

图9A示出图6的多角度多通道检测装置的一维离散多通道光纤探头的分布示意图。

图9B示出图8的多角度多通道检测装置的二维离散多通道光纤探头的分布示意图。

图10依据本发明另一实施例所示出的二维多角度多通道面板检测装置。

主要组件符号说明

2待测物         6、8透镜组

16狭缝          18分光组件

14检测器        42面板

40旋转机构

102样品

214多通道核心模块

140光轴

220光狭缝

222准直镜组

224绕射光栅

226聚焦镜组

228维阵列检测器

230多芯光纤束

300多通道核心模块

302单通道核心模块

232-1、232-2、…、232-7光纤

234-1、234-2、…、234-7光纤探头

a、b、c、d、e、f、g光纤探头

具体实施方式

本发明的多角度多通道检测装置是一种高密度多通道光谱影像装置，其还包括可以不同角度收集光的光收集器与多通道核心模块(kernelmodule)。此光收集器主要是多芯光纤束所构成。

图3示出本实施例的多角度多通道检测装置的结构示意图。在此实施例中，做为光收集器的多芯光纤束230可以包括多个光纤探头234-1、234-2、…、234-7以及多条光纤232-1、232-2、…、232-7所构成。多芯光纤束230则光学耦接到多通道核心模块214。此处为了简化起见，以七个通道为说明例，但是通道数目可以依据实际操作的需要做增减。

在本实施例中，多通道核心模块214可例如由光狭缝220、准直镜组(collimator lens)222、绕射光栅(diffraction grating)224、聚焦镜组(chromaticlens)226及二维阵列检测器(array sensor)228所构成。准直镜组222可以是非球面或球面准直镜组，绕射光栅224可使用穿透式绕射光栅或反射式绕射光栅，聚焦镜组226可以使用一般聚焦镜组或消色差聚焦镜组。如图3所示，光收集器的多芯光纤束230的各光纤232-1、232-2、…、232-7可以将从样品102上各点的发出光聚集在多通道核心模块214中的光狭缝220，使得各光纤信道的主光线平行于多信道核心模块214的光轴140。通过光狭缝220的光束再入射到准直镜组222，修正成近准直光。接着，此准直光的光束再入射到绕射光栅224，之后再经过聚焦镜组226到达检测器228。

因为利用多芯光纤束230将物方(样品)102上各点发出光的主光线均变成平行光轴140，并且以准直镜组222将入射光束修成近准直光，所以入射到光栅224的光束便为准直光，满足光栅的操作条件。本发明还可以利用消色差聚焦镜组226与检测器228旋转的组合，调整色差面的倾斜位置，还可以消除各波段的色差。借由上述结构，物方所发出的光，在检测器228上均有很小的像差，故光谱分辨率可以大为提高，达到高密度多通道的目的。

多芯光纤束230的各条光纤232-1、232-2、…、232-7具有可挠性，可以使光纤探头234-1、234-2、…、234-7的光接收角度弯曲成各个角度，以配合实际检测时的需求，借以达到多角度检测的目的。光纤探头234-1、234-2、…、234-7一般可由透镜构成，并依据需要设计不同的立体角，以进行多角度的测量。

接着以检测液晶显示器的面板为例，来说明本发明多角度多通道检测装置的安装与操作。

在说明之前，以图4A与4B解释面板测量的VESA规范。图4A为面板的正面图，VESA规范中以面板的长宽尺寸H与V定义了特定五点或九点进行面板均匀度的测量。图4A中的数字1-5表示特定五点的测量点，而(1)-(9)表示特定九点的测量点。正中央处(图4A的点3或点(5))除了取探头垂直于面板时的测量之外，尚需取其它四个角度的测量。剩余处只需取一个角度的测量，即探头垂直于面板时的测量。

图4B显示对于面板中央点的其它四个角度测量的示意图，角度位置分别是上角度θ_U、下角度θ_D、左角度θ_L、右角度θ_R，所对应的相对于垂直面板的角度为θ_U＝15°、\θ_D＝10°、θ_L＝30°、θ_R＝30°。通过这样的特定角度测量，即可判断面板检测是否满足VESA规范。

接着说明如何架设与操作本实施例的多角度多通道检测装置。图6是应用本实施例所示出的多角度多通道检测装置的面板检测装置的示意图。在此例中，使用七个通道做为解说例。如图6所示，将以图3的多芯光纤束230的以固定具进行探头的定位，便可形成如图6所示的面板检测装置。

多通道核心模块214以多芯光纤束230为光收集器，做为样品的面板102置于光纤探头(a、b、c、d、e、f、g)的光焦点位置。此多芯光纤束230的光纤探头(a、b、c)以垂直面板102放置，光纤探头(d、e、f、g)以非垂直面板102放置，借此同时进行面板光谱的多通道多视角测量。

面板(样品)102发出的光被光纤探头(a、b、c、d、e、f、g)接收后，经由多芯光纤束230的各条光纤，将光讯号传送到多通道核心模块214中的二维阵列检测器228上，以获取影像。如图5所示，二维阵列检测器228可以例如是CCD组件，其一轴(如y轴)是对应空间通道与视角信息，一轴(如x轴)对应光谱信息。如图5右半部所示，二维阵列检测器228便可以呈现出各通道对应各波长λ的光谱信息。在此，通道1对应到光纤探头a接收到的光讯号，通道7对应到光纤探头g接收到的光讯号，其余以此类推。

在上述检测装置中，由于多通道核心模块214结合多芯光纤束230并使用非球面准直镜222与消色差聚焦镜组226，再加上利用二维阵列检测器228的旋转，使多芯光纤束230所收集的七个通道的讯号，均可在图5的二维阵列检测器228上分离开来，得到通道1到通道7的个别光谱。因此，可使多通道及多视角两特性同时存在。

图6所示光纤探头(a～g)的测量点是以如图9A的一维离散多通道多视角形式排列。图7A是示出从图6的方向A看过去的光纤探头排列组态与角度分布图，图7B是示出从图6的方向B看过去的光纤探头排列组态与角度分布图。如图7A所示，在方向A上，光纤探头的排列为a、d、(b、f、g)、e、c；而在方向B，则观察到图7B所示的光纤探头f、a-e、g。由上述可知，光纤探头a～g的光接收角度是以符合VESA规范来设计安排。换句话说，图6的光纤探头a～g可以测量到例如图4A所示的点(2)、(5)、(8)或是点1、3、5等的一维测量点，中央的点除了垂直角度外，尚可测量到非垂直角度的光讯号。此外，当移动光纤探头a～g或待测面板102三次作三次测量，就可在VESA规范下测量完整个面板的光谱。

图8是依据本发明的第二实施例所示出的二维多角度多通道面板检测装置。如图8所示，光纤探头是以13个通道阵列分布在待测面板上。在光纤探头及待测面板不扫描(移动)的情况下，可在VESA规范下一次测得样品上二维离散多通道面板光谱。对应此光纤探头的测量点排列则如图9B所示，为二维离散的分布。对照图8、图4A与图9B，利用此13个光纤探头，便可以使九个光纤探头以垂直方式对应到图4A的(1)-(9)各点。另外四个光纤探头则以非垂直方式测量中央点(5)，并且依据VESA规范所订的角度安排光纤探头的角度，来进行测量。因此，以图8的二维光纤探头结构便可以一次进行面板的测量。亦即，可快速地达到多角度多通道的测量。

经由图6或图8所得到的多通道光谱信息，只要再由色度算法计算，便可快速且精确地得到多通道多视角的面板光学参数信息，远快于现有的单点13次测量。

上述的多通道核心模块214是一个核心模块就具备所需要的所有通道。但是在应用上多通道多视角检测装置亦可做为单通道单视角检测装置使用。图10示出本发明的一个变化例。如图10所示，仍以上述的以VESA规范中的面板均匀度测量为例，测量面板上相异五点在不同视角时的色度。

使用分别搭配光收集器的五台检测装置302、300，其中一台检测装置300是针对面板中央点处的相异五个视角进行测量，而其余四台检测装置302则是针对面板102上其余四点进行单通道单视角测量。

以上是以显示器面板的VESA规范做为本发明多角度多通道检测装置的操作实例，但是本发明并不限定只能应用在面板检测上，其它任何有使用到光谱仪的检测技术且需要多角度进行测量者，都可使用本发明的装置。借此，从原本单通道单视角测量扩展到多通道多视角测量功能。

在上述实施例中是以显示器面板的VESA规范做为说明。因此，为了测量满足VESA规范的测量值，光纤探头有些是以倾斜角度的方式来加以配置。但是，在其它的测量规范或物品时，不见得必须要把光纤探头配置成倾斜的方式。换句话说，光纤探头的配置方式可以视实际状况调整为全部或部分垂直于样品表面，或者是全部不垂直于样品表面也是可行的。另外，本发明可以应用到样品为透明的情形。亦即，诸如图6、图8与图10的结构可以稍做修改，改成穿透式结构，以进行穿透式样品的检测。因为样品是穿透式，因此入射到样品的光束不会循各该图的原路径回到多通道核心模块或各个单通道核心模块。所以，针对穿透式的结构，多通道核心模块或各个单通道核心模块的光纤部分需修改为单向。另外，在样品另一侧，对应各发射端的多通道核心模块或各个单通道核心模块的位置，也同样设置接收用的多通道核心模块或各个单通道核心模块，用以接收穿过透明样品的光束。上述的光纤排列可以是垂直于该样品方向排列及/或以倾斜于垂直该样品方向的角度排列。因此，借由适当的修改，本发明不仅可以应用到不透明的样品，也可以应用到透明的样品。

另外，其它的应用如平板显示器(flat-panel display，FPD)面板的色度(chromaticity)辉度(Luminance)测量、滤光片穿透率测量、半导体晶圆LED芯片(die)的色度(chromaticity)与光强度(luminous intensity)测量、半导体晶圆如Si基式或III-V族式外延层(epi-layer)的光致发光(photoluminescence，PL)检测。

此外，若将二维阵列检测器的检测波段设计成如近红外(NIR)波段，可应用到生物制药(pharmaceutics)或纺织品(textile)的光谱检测。若结合OCT(optical coherence tomography)技术，可应用到皮肤内层三维形态测量。若结合偏光技术，可应用到FPD偏光板的双折射性(birefringence)特性检测、薄膜样品的光谱椭偏(spectroscopy ellipsometry)参数测量中。任何使用多芯光纤束为收集器的多通道光谱检测技术，均在本发明的保护范围内。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种多角度多通道检测装置，用以检测一个或多个样品，该多角度多通道检测装置包括：

一光收集器，具有多个光纤探头及一多芯光纤束，该多芯光纤束包括多条光纤，分别与各该光纤探头连接，其中各该些光纤探头分别以垂直于该样品方向排列及/或以倾斜于垂直该样品方向的角度排列，用以对该样品收集光讯号；以及

一多通道核心模块，与该光收集器耦接，对该样品进行检测，并且利用该光收集器，使入射到该多通道核心模块的光束为平行于该多通道核心模块的光轴，该多通道核心模块包括一光狭缝、一准直镜组、一绕射光栅、一聚焦镜组、一二维阵列检测器，分别依序配置在该多通道核心模块的光路径上；及

该准直镜组为一非球面准直镜组，该聚焦镜组为一消色差聚焦镜组，该消色差聚焦镜组与该二维阵列检测器可相对于该多通道核心模块的光轴进行倾斜转动，且以该准直镜组将入射光束修成近准直光，所以入射到该绕射光栅的光束便为准直光。

2.根据权利要求1所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该些光纤探头排列成一维离散阵列。

3.根据权利要求1所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该些光纤探头排列成二维离散阵列。

4.根据权利要求1所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该绕射光栅为一穿透式绕射光栅或一反射式绕射光栅。

5.一种多角度多通道检测装置，用以检测一个或多个样品，该多角度多通道检测装置包括：

一光收集器，具有多个光纤探头及一多芯光纤束，该多芯光纤束包括多条光纤，分别与各该光纤探头连接，其中各该些光纤探头分别以垂直于该样品方向排列及/或以倾斜于垂直该样品方向的角度排列，用以对该样品收集光讯号；以及

一多通道核心模块，与该光收集器耦接，对该样品进行检测；

该多通道核心模块包括一光狭缝、一准直镜组、一绕射光栅、一聚焦 镜组、一二维阵列检测器，分别依序配置在该多通道核心模块的光路径上；及

该准直镜组为一非球面准直镜组，该聚焦镜组为一消色差聚焦镜组，该消色差聚焦镜组与该二维阵列检测器可相对于该多通道核心模块的光轴进行倾斜转动，且以该准直镜组将入射光束修成近准直光，所以入射到该绕射光栅的光束便为准直光。

6.根据权利要求5所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该些光纤探头排列成一维离散阵列。

7.根据权利要求5所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该些光纤探头排列成二维离散阵列。

8.根据权利要求5所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该绕射光栅为一穿透式绕射光栅或一反射式绕射光栅。

9.一种采用权利要求5所述的多角度多通道检测装置的多角度多通道检测方法，用以检测一个或多个样品，该多角度多通道检测方法包括：

将该些光纤探头以不同的角度，对该样品收集光讯号；以及

将收集到的该光讯号，提供给多通道核心模块，进行光谱分析。

10.根据权利要求9所述的多角度多通道检测方法，其特征在于，还包括以一维离散阵列的方式，排列该些光纤探头。

11.根据权利要求9所述的多角度多通道检测方法，其特征在于，还包括以二维离散阵列的方式，排列该些光纤探头。

12.一种多角度多通道检测装置，用以检测一个或多个样品，该多角度多通道检测装置包括：

多个光收集器，各该光收集器分别至少具有一个光纤探头以及一个与该光纤探头连接的多芯光纤束，其中该光纤探头以垂直于该样品方向排列及/或以倾斜于垂直该样品方向的角度排列，用以对该样品收集光讯号；以及

多个单通道核心模块，分别与该些光收集器耦接，对该样品进行检测，该单通道核心模块包括一光狭缝、一准直镜组、一绕射光栅、一聚焦镜组、一二维阵列检测器，分别依序配置在该多通道核心模块的光路径上；及

该准直镜组为一非球面准直镜组，该聚焦镜组为一消色差聚焦镜组，该消色差聚焦镜组与该二维阵列检测器可相对于该多个单通道核心模块的 光轴进行倾斜转动，且以该准直镜组将入射光束修成近准直光，所以入射到该绕射光栅的光束便为准直光。

13.根据权利要求12所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，入射到该单通道核心模块的光束为平行于该单通道核心模块的光轴。

14.根据权利要求12所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，还包括至少一个多通道核心模块，经由多个光收集器，对该样品进行检测，并且利用该些光收集器，使入射到该多通道核心模块的光束为平行于该多通道核心模块的光轴。

15.根据权利要求12所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该些光纤探头排列成一维离散阵列或二维离散阵列。

16.根据权利要求12所述的多角度多通道检测装置，其特征在于，该绕射光栅为一穿透式绕射光栅或一反射式绕射光栅。 

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