CN103901594B - 光学影像撷取模块、对位方法及观测方法 - Google Patents

Abstract

一种光学影像撷取模块、对位方法及观测方法，该光学影像撷取模块用在一上基板及一下基板的对位方法及观测方法，该上基板及该下基板相对设置，该对位方法包括下列步骤：发出一光线；过滤该光线，使该光线分为具有一第一波长光线及具有一第二波长光线，该第一波长光线照射该上基板的图案，该第二波长光线照射该下基板的图案；反射该上基板的图案到一影像撷取装置；反射该下基板的图案到该影像撷取装置；以及判断该上基板的图案与该下基板的图案在该影像撷取装置上的位置。

Description

光学影像撷取模块、对位方法及观测方法

技术领域

本发明涉及一种光学影像撷取模块，特别涉及一种利用四块棱镜、第一波长穿透镀膜及第二波长穿透镀膜所组成的光学影像撷取模块和利用本发明的光学影像撷取模块的上下基板的对位方法及上下基板的观测方法。

背景技术

美国专利证书号US3684384提出了一种复合式的光学棱镜模块，主要是利用两个直角棱镜复合成一个光学模块，同时将上下两待测物同时呈现于同一坐标空间中。然而，此专利前案所揭示的由于是利用两不同的直角棱镜，造成上下光线路径长度不同，光源架设方式受限，且模块体积也较庞大。

美国专利证书号US5519535亦揭示一种复合式直角棱镜，主要是利用两个直角棱镜使两组上下影像同时呈现于同一影像空间。另外，增加液晶式遮光器分别控制不同侧的物件影像显现。然而，此专利前案所揭示的液晶遮光器对光强度效率上会有所牺牲，且控制元件甚多。

美国专利证书号US4574197揭示一种红外线影像感测装置，主要是利用一多边形的棱镜，并通过机构转动控制，将光线通过折射后，将两个平行的光线路径同时反射至同一感测器内，可达成一对称型光线路径，其光线路径切换由菱镜转动位置决定，属于通过棱镜将两个不同的光线路径来源反射至同一个平面空间中。然而，此专利前案所揭示的装置体积过于庞大、光线路径设计过长而且机械的控制过于复杂。

在现有技术中，若要将两个不同来源的光线路径同时映射于同一平面空间，多以棱镜的光线路径设计为主，最常见为上述专利前案(US3684684与US5519535)，以复合式的直角棱镜将上下两待测物光线路径通过反射至同一平面空问，但都会造成上下两待测物光线的反射路径为不相等的问题，若以影像撷取来考量，即会造成焦距的不相等，致使上下两待测物需置于不对称的距离，则会造成工艺上的复杂度，且目前复合式的棱镜模块由于折射路径多，体积都很庞大，己不符合目前的光电产业的工艺。

因此，便有需要提供一种具有对称的光线路径的光学影像撷取模块，能够解决前述的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供具有对称的光线路径，有助于缩小影像模块元件体积的光学影像撷取模块，以及应用该光学影像撷取模块的上下基板对位方法及观测方法。

为达成上述目的，本发明提出一种光学影像撷取模块，包括：一影像撷取装置；一第一棱镜，具有一第一面、一第二面及一第三面，其中该第一面及该第二面的剖面长度等长；一第二棱镜，具有剖面长度等长的一第一面及一第二面，该第二面邻近该第一棱镜的该第一面；一第三棱镜，具有剖面长度等长的一第一面及一第二面，该第一面邻近该第一棱镜的该第二面；一第四棱镜，具有剖面长度等长的一第一面及一第二面，该第一面邻近该第三棱镜的该第二面，该第四棱镜的该第二面邻近该第二棱镜的该第一面；一分光镜，设置在该第一棱镜与该影像撷取装置之间，并位在该第一棱镜的第三面的一侧；一光源，用以发出一光线，且该光线进入该分光镜，该光线进入该分光镜的方向与该影像撷取装置的影像接收方向垂直；一第一波长穿透镀膜，该第一波长穿透镀膜的一部分位在该第一棱镜的该第一面与该第二棱镜的该第二面之间，以及该第一波长穿透镀膜的另一部分位在该第三棱镜的该第二面与该第四棱镜的该第一面之间，其中该第一波长穿透镀膜能让具有大于一截止波长的一第一波长光线通过，并反射具有小于该截止波长的一第二波长光线；以及一第二波长穿透镀膜，该第二波长穿透镀膜的一部分位在该第一棱镜的该第二面与该第三棱镜的该第一面之间，以及该第二波长穿透镀膜的另一部分位在该第二棱镜的该第一面与该第四棱镜的该第二面之间，其中该第二波长穿透镀膜能让具有小于该截止波长的该第二波长光线通过，并反射具有大于该截止波长的该第一波长光线。

为达成上述目的，本发明又提出一种用在一上基板及一下基板的对位方法，该上基板及该下基板相对设置，该对位方法包括下列步骤：发出一光线；过滤该光线，使该光线分为具有一第一波长光线及具有一第二波长光线，该第一波长光线照射该上基板的图案，该第二波长光线照射该下基板的图案；反射该上基板的图案到一影像撷取装置；反射该下基板的图案到该影像撷取装置；以及判断该上基板的图案与该下基板的图案在该影像撷取装置上的位置。

为达成上述目的，本发明更提出一种观测方法，用以观测一上基板或一下基板的图案，该上基板与该下基板相对设置，该观测方法包括下列包骤：发出具有一第一波长光线，并照射该上基板；反射该上基板的图案到一影像撷取装置；观测该上基板的图案；关闭该第一波长光线；发出具有一第二波长光线，并照射该下基板；反射该下基板的图案到该影像撷取装置；以及观测该下基板的图案。

本发明所提供的光学影像撷取模块具有一对称的光线路径，有助于缩小影像模块元件体积之余，并可达到一对称的可视空间距离，且两侧影像的对比性会相同。相较于现有技术的复合式直角棱镜会造成上下两待测物的光线的反射路径不相等，本发明若以影像撷取来考量，不会造成焦距的不相等，因此本发明的上下两待测物(上下基板)不需置于不对称的距离。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1a为本发明的一实施例的光学影像撷取模块示意图；

图1b为本发明的一实施例的第一波长光线路径图；

图1c为本发明的一实施例的第二波长光线路径图；

图1d为第一波长穿透镀膜及第二波长穿透镀膜在不同光波长的透光率状态图；

图2为本发明的一实施例的对位方法流程图；

图3a为上基板、下基板及光学影像撷取模块的剖视示意图；

图3b为上基板的平面图；

图3c为下基板的平面图；

图3d为上基板的图案重叠下基板的图案示意图；

图4为本发明的一实施例的观测方法流程图。

其中，附图标记

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图1a，图1a为本发明的一实施例的光学影像撷取模块示意图。光学影像撷取模块100包括：一影像撷取装置180、一第一棱镜110、一第二棱镜120、一第三棱镜130、一第四棱镜140、一第一波长穿透镀膜150、一第二波长穿透镀膜160、一分光镜170以及一光源190。第一棱镜110、第二棱镜120、第三棱镜130及第四棱镜140都具有一第一面、一第二面及一第三面，且第一面及第二面的剖面长度等长，例如第一棱镜110的第一面111及第二面112的剖面长度等长。

该第一波长穿透镀膜150的一部分形成在第一棱镜110的第一面111或第二棱镜120的第二面122，以及该第一波长穿透镀膜150的另一部分形成在第三棱镜130的第二面132或第四棱镜140的第一面141。该第二波长穿透镀膜160的一部分形成在第一棱镜110的第二面112或第三棱镜130的第一面131，以及该第二波长穿透镀膜160的另一部分形成在第二棱镜120的第一面121或第四棱镜140的第二面142。在本实施例中，第一波长穿透镀膜150的一部分形成在第一棱镜110的第一面111，以及该第一波长穿透镀膜150的另一部分形成在第四棱镜140的第一面141，第二波长穿透镀膜160的一部分形成在第一棱镜110的第二面112，以及该第二波长穿透镀膜160的另一部分形成在第四棱镜140的第二面142。该第一波长穿透镀膜150及第二波长穿透镀膜160是指能让特定波长的光线穿透，其他波长的光线反射，而特定波长可以是单一波长或是某范围的波长。请同时参阅图1d，为第一波长穿透镀膜及第二波长穿透镀膜在不同光波长的透光率状态图。在图1d中横轴代表光波长，纵轴代表第一及第二穿透镀膜在不同光波长具有不同的透光率，以曲线150a表示第一波长穿透镀膜150的透光率曲线，曲线160a表示第二波长穿透镀膜160的透光率曲线，曲线150a与曲线160a的交会处为截止波长(cut-offwavelength)，如图1d中的虚线194所示的位置。在本实施例中，所设计的截止波长为550(nm)，则第一波长穿透镀膜150可让具有大于截止波长的第一波长[例如635(nm)]光线通过，并反射具有小于截止波长的第二波长[例如445(nm)]光线。第二波长穿透镀膜160可让具有小于截止波长的第二波长[例如445(nm)]光线通过，并反射具有大于截止波长的第一波长[例如635(nm)]光线。该第一波长大于截止波长，而该第二波长小于截止波长。

第二棱镜120的第二面122邻近于该第一棱镜110的该第一面111，使第一波长穿透镀膜150的一部分位在第一棱镜110的第一面111与第二棱镜120的第二面122之间。第三棱镜130的第一面131邻近于该第一棱镜110的该第二面112，使第二波长穿透镀膜160的一部分位在第一棱镜110的第二面112与第三棱镜130的第一面131之间。

第四棱镜140的第一面141邻近于第三棱镜130的第二面132，使第一波长穿透镀膜150的另一部分位在第三棱镜130的第二面132与第四棱镜140的第一面141之间。第四棱镜140的第二面142邻近于第二棱镜120的第一面121，使第二波长穿透镀膜160的另一部分位在第二棱镜120的第一面121与第四棱镜140的第二面142之间。

该分光镜170设置在该第一棱镜110与该影像撷取装置180之间，并位在该第一棱镜110的第三面113的一侧。

该光源190用以发出一光线191，且该光线191进入该分光镜170，该光线191进入该分光镜170的方向与该影像撷取装置180的影像接收方向垂直。该光源190可具有切换功能，能发出第一波长光线192或第二波长光线193，或者该光源190也能发出白光。在本实施中，第一波长光线192是指大于截止波长550(nm)的单一波长光线[例如635(nm)]，第二波长光线193是指小于截止波长550(nm)的单一波长光线[例如445(nm)]，但是第一波长或第二波长的光线并不限定单一波长，也可以是一个连续波长范围的光线，例如：第一波长光线192为大于截止波长550(nm)的光线，光波长范围为550(nm)～700(nm)的光波长。第二波长光线193为小于550(nm)的光线，光波长范围为400(nm)～550(nm)的光波长。请参阅图1b，假设当光源190发出第一波长光线192时，经过分光镜170的部分反射，光线由第一棱镜110的第三面113进入，此时第一波长光线192的路径有下列两种：

第一种路径为光线192打到第一棱镜110的第一面111，因为第一波长穿透镀膜150，使第一波长光线192直接穿透到第二棱镜120，并因为第四棱镜140的第二面142形成有第二波长穿透镀膜160，使第一波长光线192反射，并由第二棱镜120的第三面123射出。

第二种路径为第一波长光线192打到第一棱镜110的第二面112，会因为第二波长穿透镀膜160，使第一波长光线192反射，并依序穿过第一棱镜110的第一面111、第二棱镜120的第二面122及第二棱镜120的第三面123。

若是由第二棱镜120的第三面123离开的第一波长光线192打到一上基板910而反射，反射后的光线就会依上述中的第一种或第二种路径反向移动，并经过分光镜170的部分穿透，而成像在影像撷取装置180上，藉此影像撷取装置180就可拍摄上基板910上的图案。

请参阅图1c，假设当光源190发出第二波长光线193时，经过分光镜170的反射，光线由第一棱镜110的第三面113进入，此时光线的路径同样有下列两种：

第一种路径为第二波长光线193打到第一棱镜110的第一面111，会因为第一波长穿透镀膜150，使第二波长光线193反射，并穿过第一棱镜110的第二面112、第三棱镜130的第一面131及第三棱镜130的第三面133。

第二种路径为第二波长光线193打到第一棱镜110的第二面112，因为第二波长穿透镀膜160，使第二波长光线193直接穿透到第三棱镜130，并因为第四棱镜140的第一面141形成有第一波长穿透镀膜150，使第二波长光线193反射，并由第三棱镜130的第三面133射出。

若是由第三棱镜130的第三面133离开的光线打到一下基板920而反射，反射后的光线就会依上述中的第一种或第二种路径反向移动，并经过分光镜170的部分穿透，而成像在影像撷取装置180上，藉此影像撷取装置180就可拍摄下基板920上的图案。

该光源190若是发出白光，则会因为第一波长穿透镀膜150及第二波长穿透镀膜160设计，使白光分为第一波长光线192及第二波长光线193。第一波长光线192就会由图1b所示的第一波长光线192路径移动，第二波长光线193就会由图1c所示的第二波长光线193路径移动，且打在上基板及下基板上的光线会同时成像在影像撷取装置180，因此影像撷取装置180就可同时观察上基板及下基板上的图案。

图2为本发明的一实施例的对位方法流程图。该对位方法主要用在一上基板及一下基板的对位。图3a为上基板、下基板及光学影像撷取模块的剖视示意图，其显示相对位置。该上基板910及该下基板920相对设置，且在该上基板910及该下基板920之间设置两组光学影像撷取模块100。该对位方法主要是利用本发明的实施例的光学影像撷取模块100，且该光学影像撷取模块100设置在上基板910及下基板920之间。图3b为上基板的平面图，图中显示在上基板910的表面有一X型图案911。图3c为下基板的平面图，图中显示在下基板920的表面有一O型图案921。请同时参阅图1a～图1c、图2及图3a～图3d。

步骤S100：发出一光线。于本步骤中，由光源190发出光线，该光线为白光或同时具有第一波长光线192及第二波长光线193的光线。

步骤S102：过滤光线，使光线分为第一波长光线及第二波长光线，第一波长光线照射上基板的图案，第二波长光线照射下基板的图案。于本步骤中，光线的路径如图1b及图1c所示，因此第一波长光线192照射上基板910上的X型图案911(如图3b所示)，第二波长光线193照射下基板920上的O型图案921(如图3c所示)。

步骤S104：反射上基板的图案到影像撷取装置。于本步骤中，第一波长光线192照射上基板910上的X型图案911而反射，反射后的第一波长光线192就会依由原光线路径照射到影像撷取装置180，因此上基板910的X型图案911会成像在影像撷取装置180上。

步骤S106：反射下基板的图案到影像撷取装置。于本步骤中，第二波长光线193照射下基板920上的O型图案921而反射，反射后的第一波长光线192就会依原光线路径照射到影像撷取装置180，因此下基板920的O型图案921会成像在影像撷取装置180上。

步骤S104及步骤S106为同时发生，因此上基板910的X型图案911及下基板920的O型图案921会成像在影像撷取装置180上。

步骤S108：判断上基板的图案与下基板的图案在影像撷取装置上的位置。于本步骤中，因为上基板910的X型图案911与下基板920的O型图案921同时成像于影像撷取装置180上，因此可藉由影像判断的方式知道上基板910的图案与下基板920的图案在影像撷取装置180上的位置。

步骤S110：移动上基板或下基板，使上基板的图案与下基板的图案在该影像撷取装置上相互重叠。于本步骤中，水平移动上基板910或下基板920，当上基板910的X型图案911与下基板920的O型图案921在影像撷取装置180上相互重叠时(如图3d)，就可确定上基板910与下基板920已完成对位动作。

图4为本发明的一实施例的观测方法流程图。该观测方法可用以观测一上基板910或一下基板920的表面。该观测方法主要是利用本发明的实施例的光学影像撷取模块100，且该光学影像撷取模块100设置在上基板910及下基板920之间(如图3a所示)。请同时参阅图1a～图1c、图3a～图3c及图4。

步骤S200：发出第一波长光线，并照射上基板。于本步骤中，光源190发出第一波长光线192，而第一波长光线192的路径如图1b所示，因此第一波长光线192照射上基板910上的X型图案911(如图3b所示)。

步骤S202：反射上基板的图案到影像撷取装置。于本步骤中，第一波长光线192照射上基板910上的X型图案911而反射，反射后的第一波长光线192就会依原光线路径照射到影像撷取装置180，因此上基板910的X型图案911会成像在影像撷取装置180上。

步骤S204：观测上基板的图案。于本步骤中，由影像撷取装置180观测上基板910的X型图案911。

步骤S206：关闭第一波长光线。于本步骤中，控制该光源190，使该光源190不再发出第一波长光线192。

步骤S208：发出第二波长光线，并照射下基板。于本步骤中，光源190发出第二波长光线193，第二波长光线193路径如图1c所示，第二波长光线193照射下基板920上的O型图案921(如图3c所示)。

步骤S210：反射下基板的图案到影像撷取装置。于本步骤中，第二波长光线193照射下基板920上的O型图案921而反射，反射后的第一波长光线192就会依原光线路径照射到影像撷取装置180，因此下基板920的O型图案921会成像在影像撷取装置180上。

步骤S212：观测该下基板的图案。于本步骤中，由影像撷取装置180观测下基板920的O型图案921。

综上可知，本发明具有下列的特点：

1.本发明可提供一对称的光线路径，有助于缩小影像模块元件体积之余，并可达到一对称的可视空间距离，且两侧影像的对比性会相同。相较于现有技术的复合式直角棱镜会造成上下两待测物的光线的反射路径不相等，本发明若以影像撷取来考量，不会造成焦距的不相等，因此本发明的上下两待测物(上下基板)不需置于不对称的距离。

2.本发明可提供一种可利用同轴光源的光线路径，照射该待测物的显像方法。相较于现有技术的复合式直角棱镜只能以外部光源照射待测物的显像方法，更具有空间使用的弹性与应用。

3.本发明可提供一种快速切换光线路径的机制，不需实体快门元件，且相较于传统机械或电子液晶式的快门（shutter）时间较短，且控制方式简单。

4.发明可提供一种用上下基板在对位时，可有效提高其对位精度，减少光学与机械元件组装所造成的误差。

5.本发明可用于对精密对位与定位有需求的产业，例如触控面板、IC电子接合等，提供其高稳定性的影像显示方式，降低机械运动控制上的误差与标演算问题，提升产业的工艺技术、生产速度及产品良率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学影像撷取模块，其特征在于，包括：

一影像撷取装置；

一第一棱镜，具有一第一面、一第二面及一第三面，其中该第一面及该第二面的剖面长度等长；

一第二棱镜，具有剖面长度等长的一第一面及一第二面，该第二面邻近该第一棱镜的该第一面；

一第三棱镜，具有剖面长度等长的一第一面及一第二面，该第一面邻近该第一棱镜的该第二面；

一第四棱镜，具有剖面长度等长的一第一面及一第二面，该第一面邻近该第三棱镜的该第二面，该第四棱镜的该第二面邻近该第二棱镜的该第一面；

一分光镜，设置在该第一棱镜与该影像撷取装置之间，并位在该第一棱镜的第三面的一侧；

一光源，用以发出一光线，且该光线进入该分光镜，该光线进入该分光镜的方向与该影像撷取装置的影像接收方向垂直；

一第一波长穿透镀膜，该第一波长穿透镀膜的一部分位在该第一棱镜的该第一面与该第二棱镜的该第二面之间，以及该第一波长穿透镀膜的另一部分位在该第三棱镜的该第二面与该第四棱镜的该第一面之间，其中该第一波长穿透镀膜能让具有大于一截止波长的一第一波长光线通过，并反射具有小于该截止波长的一第二波长光线；以及

一第二波长穿透镀膜，该第二波长穿透镀膜的一部分位在该第一棱镜的该第二面与该第三棱镜的该第一面之间，以及该第二波长穿透镀膜的另一部分位在该第二棱镜的该第一面与该第四棱镜的该第二面之间，其中该第二波长穿透镀膜能让具有小于该截止波长的该第二波长光线通过，并反射具有大于该截止波长的该第一波长光线。

2.根据权利要求1所述的光学影像撷取模块，其特征在于，该光源发出该第一波长光线及/或该第二波长光线。

3.根据权利要求1所述的光学影像撷取模块，其特征在于，该光源为发出白光。

4.根据权利要求1所述的光学影像撷取模块，其特征在于，该第一波长光线为大于该截止波长的单一波长光线，以及该第二波长光线为小于该截止波长的单一波长光线。

5.根据权利要求1所述的光学影像撷取模块，其特征在于，该第一波长光线为大于该截止波长的光线，以及该第二波长光线为小于该截止波长的光线，而且该第一波长光线以及该第二波长光线为具有连续波长范围的光线。

6.根据权利要求1、4或5所述的光学影像撷取模块，其特征在于，该截止波长为该第一波长穿透镀膜的透光率曲线与该第二波长穿透镀膜的透光率曲线的交会处的波长。

7.一种用在一上基板及一下基板的对位方法，该上基板及该下基板相对设置，其特征在于，该对位方法包括下列步骤：

提供权利要求1所述的光学影像撷取模块，且该光学影像撷取模块设置在上基板及下基板之间；

发出一光线；

过滤该光线，使该光线分为一第一波长光线及一第二波长光线，该第一波长光线照射该上基板的图案，该第二波长光线照射该下基板的图案；

反射该上基板的图案到一影像撷取装置；

反射该下基板的图案到该影像撷取装置；以及

判断该上基板的图案与该下基板的图案在该影像撷取装置上的位置。

8.根据权利要求7所述的用在一上基板及一下基板的对位方法，其特征在于，更包括下列步骤：移动该上基板或该下基板，使该上基板的图案与该下基板的图案在该影像撷取装置上相互重叠。

9.一种观测方法，用以观测一上基板或一下基板的图案，该上基板与该下基板相对设置，其特征在于，该观测方法包括下列包骤：

提供权利要求1所述的光学影像撷取模块，且该光学影像撷取模块设置在上基板及下基板之间；

发出一第一波长光线，并照射该上基板；

反射该上基板的图案到一影像撷取装置；

观测该上基板的图案；

关闭该第一波长光线；

发出一第二波长光线，并照射该下基板；

反射该下基板的图案到该影像撷取装置；以及

观测该下基板的图案。

10.根据权利要求9所述的观测方法，其特征在于，该第一波长光线的波长大于一截止波长，该第二波长光线的波长小于该截止波长。