CN103185664A - 具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器及光学测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器及光学量测系统，所述光学量测系统包含该光学量测辅助器与光学量测仪器，该光学量测辅助器主要系利用一内有椭圆球形内反射曲面的第一反射腔体，或于第一反射腔体一端串接一内有椭圆球形内反射曲面的第二反射腔体，或是，另以一椭圆球体部份的内反射椭圆曲面被驱动旋转而形成一虚拟椭圆球形内反射曲面等设计，利用椭球形反射曲面可直接反射一发光点的全角度光线至光学量测仪器，使其可以快速完成量测，且量测时可提供全反射的光路，不会有像差问题，且不论光源入射角度的大小，皆可不需移动检测，而能对待测物量测所需的光学特性。

Description

具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器及光学测量系统

技术领域

本发明是关于一种光学量测系统，尤指该光学量测系统中的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器及包含该光学量测辅助器的光学量测系统。

背景技术

如液晶显示装置等物品为了解析其光学特性，必须以适当的光学量测系统进行检验，于进行光学量测作业必须利用一特定治具将该液晶显示装置固定对应于一光学量测仪器。接着，利用该光学量测仪器在各种不同的预定角度分别进行量测液晶显示装置的各种角度的光学特性。为了在各种不同的预定角度分别进行量测，操作者需要将该光学量测仪器或液晶显示装置的位置变换至不同的角度位置，方能在各种不同的预定角度可进行量测液晶显示装置的光学特性。

目前已知的光学量测系统中，传统的焦锥透镜式(conoscopy)量测系统广泛应用在平面显示器的光学量测领域，其可量测得到亮度、对比、视角等光学特性，此焦锥透镜式量测系统虽然可以快速以及不需复杂的数学运算就可得到量测数据，但在透镜设计上要避免像差以及须大角度入射来得到视角的数据，所以在透镜的设计与加工往往是要花很多人力与材料成本，整组机台并不便宜。

另一种光学量测方法为机械旋转式，其方法系利用辉度计量测同一位置，再以机械的方法改变待测物角度，以得到不同视角的数据。如中国台湾专利公开第200928338号的“可调式光学量测治具及其量测方法”发明专利申请案，以及中国台湾专利第513339号的“液晶面板的可调式光学量测治具”发明专利案等，其分别揭示可调式光学量测治具用以量测液晶显示装置的光学特性。

前述中，利用辉度计量测同一位置，再以机械的方法改变角度，以得到不同视角的数据，此方法虽然简单、便宜，但量测一片面板所花费时间过久，对现今产量、产品规格种类众多的业界来说，已渐渐不符经济效益。

然而，中国台湾专利公开第200928338号的专利申请案及中国台湾专利第513339号专利的可调式光学量测治具在单次量测操作时，即在不同角度进行量测时，需要调整光学量测治具或光学量测仪器的角度位置，现行规格于完成操作约为20分钟，操作时间过长。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器及光学量测系统，希藉此设计改善现有光学量测作业费时的问题。

为达成前揭目的，本发明所提出的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器系包含：

一旋转反射构件，其包含一内反射椭圆曲面、一第一焦点与一第二焦点，所述内反射椭圆曲面为一椭圆球内曲面中的一部分区块且具有一基准中心轴线；第一焦点与第二焦点位于该基准中心轴线上，内反射椭圆曲面位于第一焦点与第二焦点之间，内反射椭圆曲面相对于基准中心轴线的两端分别对应于第一焦点与第二焦点且与基准中心轴线具有一预定的距离；以及

一旋转驱动机构，其包含一旋转作动端，旋转作动端连接旋转反射构件，藉由旋转驱动机构驱动旋转反射构件以基准中心轴线为中心旋转，使旋转的内反射椭圆曲面形成一虚拟椭圆球形内反射曲面。

本发明所提出的光学量测系统，包含：一如上所述的光学量测辅助器；一检测器，设置于该第一焦点与第二焦点的其中一个；一待测物，设于该第一焦点与第二焦点的其中另一个；一激光光源，用以相对于该基准中心轴线呈一倾斜角度发出激光光通过该待测物后，投射于旋转的该内反射椭圆曲面上，经反射再投射至该检测器；以及一分析装置，用以量测分析该检测器所检测到的数据。

本发明所提出的另一具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器系包含一第一反射腔体，第一反射腔体包含一椭圆球形内反射曲面、一第一焦点与一第二焦点，椭圆球形内反射曲面位于第一反射腔体内部且位于第一焦点与第二焦点之间，第一反射腔体的椭圆球形内反射曲面具有一第一中心轴线通过其中心，第一焦点与第二焦点位于第一中心轴线上，第一反射腔体的一端对应于第一焦点且与第一中心轴线具有一距离而形成一第一入光口，第一反射腔体的另一端对应于第二焦点且与第一中心轴线具有一距离而形成一第一出光口。

本发明所提出的另一种光学量测系统，包含：一如上所述的光学量测辅助器；一检测器，设置于该第一焦点与第二焦点的其中一个；一待测物，设于该第一焦点与第二焦点的其中另一个；一激光光源，用以相对于该基准中心轴线呈一倾斜角度发出激光光通过该待测物后，投射于该椭圆球形内反射曲面上，经反射再投射至该检测器；以及一分析装置，用以量测分析该检测器所检测到的数据。

本发明所述光学量测辅助器尚可进一步包含一串接于第一反射腔体一端的第二反射腔体，第二反射腔体包含一椭圆球形内反射曲面、一第三焦点与一第四焦点，椭圆球形内反射曲面位于第二反射腔体内部且位于第三焦点与第四焦点之间，第二反射腔体的椭圆球形内反射曲面具有一第二中心轴线通过其中心，第三焦点与第四焦点位于第二中心轴线上，第二反射腔体的一端对应于第三焦点且与第二中心轴线具有一距离而形成一第二入光口，第二反射腔体的另一端对应于第四焦点且与第二中心轴线具有一距离而形成一第二出光口，第二反射腔体的第二入光口衔接第一反射腔体的第一出光口，第二反射腔体的第三焦点与第一反射腔体的第二焦点重合，第一中心轴线与第二中心轴线呈一直线。

本发明所提出的另一光学量测系统,系包含:一如上所述的光学量测辅助器；一检测器，设置于该第一焦点；一待测物，设于该第四焦点；一激光光源，用以通过位于该第一焦点的该待测物，再投射于该第一反射腔体的椭圆球形内反射曲面上，经该第一反射腔体的椭圆球形内反射曲面反射，通过重合的该第一反射腔体的第二焦点与该第二反射腔体的第三焦点投射至该第二反射腔体的椭圆球形内反射曲面，经反射后投射位于该第二反射腔体的第四焦点的该检测器；以及一分析装置，用以量测分析该检测器所检测到的数据。

本发明所提出的光学量测辅助器与光学量测系统，其主要系利用椭球形反射曲面的架构，使其可直接反射一发光点的全角度光线至一光学量测仪器，具备高量测精准度并兼具快速量测与低成本的特性，其操作时间最快可约10秒即能完成量测，作业效率佳，且符合经济效益；而且本发明光学量测辅助器利用其椭圆球形内反射曲面的构造，提供量测作业的全反射的光路设计，不会有像差问题，且不论光源入射角度的大小，皆可不需移动检测，并能对待测物量测所需的光学特性。

附图说明

图1是本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器第一较佳实施例的平意图。

图2是图1所示光学量测辅助器第一较佳实施例应用于光学量测系统中的使用状态参考图。

图3是本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器第二较佳实施例的平意图。

图4是图3所示光学量测辅助器第二较佳实施例应用于光学量测系统中的使用状态参考图。

图5是本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器第三较佳实施例的平意图。

图6是本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器第三较佳实施例应用于光学量测系统中的使用状态参考图。

图7是本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器第三较佳实施例应用于光学量测系统于不同光源入射角度的使用状态参考图。

主要元件符号说明：

1旋转反射构件                10内反射椭圆曲面

10A虚拟椭圆球形内反射曲面    11第一焦点

12第二焦点                   13基准中心轴线

2旋转驱动机构                20伺服马达

21连接构件                   22旋转作动端

3第一反射腔体                30椭圆球形内反射曲面

31第一焦点                   32第二焦点

33第一中心轴线               34第一入光口

34第一出光口                 4第二反射腔体

40椭圆球形内反射曲面         41第三焦点

42第四焦点                   43第二中心轴线

44第二入光口                 45第二出光口

5激光光源

6检测器

7待测物

8反射镜组

9分析装置

具体实施方式

如图1及图2所示，系揭示本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器的第一较佳实施例，该具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器系包含一旋转反射构件1与一旋转驱动机构2，其中：

所述旋转反射构件1，其包含一内反射椭圆曲面10、一第一焦点11与一第二焦点12，所述内反射椭圆曲面10为一椭圆球内曲面的一部分区块且具有一基准中心轴线13，亦即一椭圆球形内曲面相对于基准中心轴线13分割为N分之一(N为正整数)而构成的区块，使旋转反射构件1具备体积小，材料成本低，其内反射椭圆曲面10易做表面处理，以及曲面高精确性等特点；该旋转反射构件1的第一焦点11与第二焦点12位于该基准中心轴线13上，内反射椭圆曲面10位于第一焦点11与第二焦点12之间，内反射椭圆曲面10的两端分别对应于基准中心轴线13的第一焦点11与第二焦点12且与基准中心轴线13具有一预定的距离。以几何光学观点，从椭圆球形内曲面的其中一个焦点所发出来的光反射后将会聚集在此椭圆球形内曲面的其中另一个焦点，亦即从该第一焦点11与第二焦点12的其中一个所发出来的光在该内反射椭圆曲面反射后将会聚集在该第一焦点11与第二焦点12的其中另一个。

所述旋转驱动机构2包含一旋转作动端22，旋转作动端22连接旋转反射构件1，旋转驱动机构2可驱动旋转反射构件1以基准中心轴线13为中心旋转，使旋转的内反射椭圆曲面10形成一虚拟椭圆球形内反射曲面10A。

于本较佳实施例中，所述的旋转驱动机构2为一伺服马达20与一连接构件21之组合，伺服马达20具有一可旋转的心轴，连接构件21具有旋转作动端22，且以旋转作动端22连接旋转反射构件1邻近第一焦点31的一端。

在第一较佳实施例中，前述具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器应用于光学量测系统时，如图2所示，该光学量测系统除所述光学量测辅助器外，尚包含将一检测器6的接收端设置于该光学量测辅助器的第一焦点11，待测物7设于第二焦点12处，检测器6与待测物7亦可互换位置。如图2所示，进行量测时，旋转驱动机构2驱动旋转反射构件1以基准中心轴线13为中心旋转，使旋转的内反射椭圆曲面10形成虚拟椭圆球形内反射曲面10A，以激光光源5相对于基准中心轴线13呈一倾斜角度发出激光光投射于第二焦点12并通过待测物7后，投射于旋转的内反射椭圆曲面10上(即虚拟椭圆球形内反射曲面10A)，经反射再投射至位于第一焦点11的检测器6接收端，再由检测器6将检测到的数据输送至系统中的分析装置中进行量测分析。

如图3所示，是揭示本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器的第二较佳实施例，所述光学量测辅助器系包含一第一反射腔体3，第一反射腔体3包含一椭圆球形内反射曲面30、一第一焦点31与一第二焦点32，椭圆球形内反射曲面30位于第一反射腔体3内部且位于第一焦点31与第二焦点32之间，第一反射腔体3的椭圆球形内反射曲面30具有一第一中心轴线33通过其中心，第一焦点31与第二焦点32位于第一中心轴线33上，第一反射腔体3的一端对应于第一焦点31且与第一中心轴线33具有一距离而形成一第一入光口34，第一反射腔体3的另一端对应于第二焦点32且与第一中心轴线33具有一距离而形成一第一出光口35，使从该第一焦点31与第二焦点32的其中一个所发出来的光在该椭圆球形内反射曲面30反射后将会聚集在该第一焦点31与第二焦点32的其中另一个。

在第二较佳实施例中，前述具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器应用于光学量测系统时，如图4所示，该光学量测系统除所述光学量测辅助器外，尚包含将一检测器6的接收端设置于第一反射腔体3的第二焦点32，待测物7设于第一反射腔体3的第一焦点31处，检测器6与待测物7亦可互换位置。进行量测时，以激光光源5相对于第一中心轴线33呈一倾斜角度发出激光光投射于第一焦点31并通过待测物7后，投射于第一反射腔体3的椭圆球形内反射曲面30上，经反射再投射至位于第二焦点32的检测器6接收端，再由检测器6将检测到的数据输送至系统中的分析装置中进行量测分析。

如图5所示，是揭示本发明具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器的第三较佳实施例，所述光学量测辅助器系包含一第一反射腔体3以及一串接于第一反射腔体3一端的第二反射腔体4，所述第一反射腔体3与前述光学量测辅助器第二较佳实施例所述的第一反射腔体3大体上相同。

所述第二反射腔体4包含一椭圆球形内反射曲面40、一第三焦点41与一第四焦点42，椭圆球形内反射曲面40位于第二反射腔体4内部且位于第三焦点41与第四焦点42之间，第二反射腔体4的椭圆球形内反射曲面40具有一第二中心轴线43通过其中心，第三焦点41与第四焦点42位于第二中心轴线43上，第二反射腔体4的一端对应于第三焦点41且与第二中心轴线43具有一距离而形成一第二入光口44，第二反射腔体4的另一端对应于第四焦点42且与第二中心轴线43具有一距离而形成一第二出光口45，第二反射腔体4的第二入光口44衔接第一反射腔体3的第一出光口34，第二反射腔体4的第三焦点41与第一反射腔体3的第二焦点32重合，第一中心轴线33与第二中心轴线43呈一直线。使从该第三焦点41与第四焦点42的其中一个所发出来的光在该椭圆球形内反射曲面40反射后将会聚集在该第三焦点41与第四焦点42的其中另一个。

本发明的第一反射腔体3与第二反射腔体4可为不同型式的椭圆腔体，如图5所示的第三较佳实施例，其中第一反射腔体3为短胖型的腔体，第二反射腔体4为狭长型的腔体。

在第三较佳实施例中，前述具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器应用于光学量测系统时，如图6所示，该光学量测系统除所述光学量测辅助器外，尚包含将一待测物7放置于第一反射腔体3的第一焦点31位置，所述待测物7并可被一外部的驱动机构所带动位移或旋转，再以高指向性的激光光源5输出激光光，通过反射镜组8反射后通过位于第一反射腔体3的第一焦点31的待测物7再投射于椭圆球形内反射曲面30上，经第一反射腔体3的椭圆球形内反射曲面30反射，通过重合的第一反射腔体3的第二焦点32与第二反射腔体4的第三焦点41投射至第二反射腔体4的椭圆球形内反射曲面40，经反射后投射位于第二反射腔体4的第四焦点42处的检测器6接收端，再由检测器6将检测到的数据输送至系统中的分析装置9中进行量测分析。

本发明利用椭圆球形内反射曲面的构造，如图7所示，提供量测作业的全反射的光路设计，不会有像差问题，且不论光源入射角度的大小，皆可不需移动检测，并能对待测物量测所需的光学特性。

Claims (9)

1.一种具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器，其特征在于，所述的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器系包含：

一旋转反射构件，其包含一内反射椭圆曲面、一第一焦点与一第二焦点，所述内反射椭圆曲面为一椭圆球内曲面中的一部分区块且具有一基准中心轴线，第一焦点与第二焦点位于所述的基准中心轴线上，内反射椭圆曲面的两端分别对应于基准中心轴线的第一焦点与第二焦点且与基准中心轴线具有一预定的距离，其中从所述的第一焦点与第二焦点的其中一个所发出来的光在所述的内反射椭圆曲面反射后将会聚集在所述的第一焦点与第二焦点的其中另一个；以及

一旋转驱动机构，其包含一旋转作动端，旋转作动端连接旋转反射构件，藉由旋转驱动机构驱动旋转反射构件以基准中心轴线为中心旋转，使旋转的内反射椭圆曲面形成一虚拟椭圆球形内反射曲面。

2.如权利要求1所述的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器，其特征在于，所述的旋转驱动机构具有一伺服马达与一连接构件，伺服马达以其心轴组接连接构件，旋转作动端位于连接构件上且连接旋转反射构件邻近第一焦点的一端。

3.一种具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器，其特征在于，所述的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器其包含：

一第一反射腔体，第一反射腔体包含一椭圆球形内反射曲面、一第一焦点与一第二焦点，椭圆球形内反射曲面位于第一反射腔体内部，第一反射腔体的椭圆球形内反射曲面具有一第一中心轴线通过其中心，第一焦点与第二焦点位于第一中心轴线上，第一反射腔体的一端对应于第一焦点且与第一中心轴线具有一距离而形成一第一入光口，第一反射腔体的另一端对应于第二焦点且与第一中心轴线具有一距离而形成一第一出光口，其中从所述的第一焦点与第二焦点的其中一个所发出来的光在所述的椭圆球形内反射曲面反射后将会聚集在所述的第一焦点与第二焦点的其中另一个。

4.如权利要求3所述的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器，其特征在于，所述的光学量测辅助器尚包含：

一串接于第一反射腔体一端的第二反射腔体，第二反射腔体包含一椭圆球形内反射曲面、一第三焦点与一第四焦点，椭圆球形内反射曲面位于第二反射腔体内部，第二反射腔体的椭圆球形内反射曲面具有一第二中心轴线通过其中心，第三焦点与第四焦点位于第二中心轴线上，第二反射腔体的一端对应于第三焦点且与第二中心轴线具有一距离而形成一第二入光口，第二反射腔体的另一端对应于第四焦点且与第二中心轴线具有一距离而形成一第二出光口，第二反射腔体的第二入光口衔接第一反射腔体的第一出光口，第二反射腔体的第三焦点与第一反射腔体的第二焦点重合，第一中心轴线与第二中心轴线呈一直线，其中从所述的第三焦点与第四焦点的其中一个所发出来的光在所述的椭圆球形内反射曲面反射后将会聚集在所述的第三焦点与第四焦点的其中另一个。

5.如权利要求4所述的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器，其特征在于，所述的第一反射腔体与第二反射腔体不同型式的椭圆腔体。

6.如权利要求5所述的具有椭圆曲面构造的光学量测辅助器，其特征在于，所述的第一反射腔体为短胖型的腔体，所述的第二反射腔体为狭长型的腔体。

7.一种光学量测系统，其特征在于，所述的光学量测系统包含：

一如权利要求1所述的光学量测辅助器；

一检测器，设置于所述的第一焦点与第二焦点的其中一个；

一待测物，设于所述的第一焦点与第二焦点的其中另一个；

一激光光源，用以相对于所述的基准中心轴线呈一倾斜角度发出激光光通过所述的待测物后，投射于旋转的所述的内反射椭圆曲面上，经反射再投射至所述的检测器；以及

一分析装置，用以量测分析所述的检测器所检测到的数据。

8.一种光学量测系统，其特征在于，所述的光学量测系统包含：

一如权利要求3所述的光学量测辅助器；

一检测器，设置于所述的第一焦点与第二焦点的其中一个；

一待测物，设于所述的第一焦点与第二焦点的其中另一个；

一激光光源，用以相对于所述的基准中心轴线呈一倾斜角度发出激光光通过所述的待测物后，投射于所述的椭圆球形内反射曲面上，经反射再投射至所述的检测器；以及

一分析装置，用以量测分析所述的检测器所检测到的数据。

9.一种光学量测系统，其特征在于，所述的光学量测系统包含：

一如权利要求4所述的光学量测辅助器；

一检测器，设置于所述的第一焦点；

一待测物，设于所述的第四焦点；

一激光光源，用以通过位于所述的第一焦点的所述的待测物，再投射于所述的第一反射腔体的椭圆球形内反射曲面上，经所述的第一反射腔体的椭圆球形内反射曲面反射，通过重合的所述的第一反射腔体的第二焦点与所述的第二反射腔体的第三焦点投射至所述的第二反射腔体的椭圆球形内反射曲面，经反射后投射位于所述的第二反射腔体的第四焦点的所述的检测器；以及

一分析装置，用以量测分析所述的检测器所检测到的数据。

Images