CN106896109A - 光学检测系统及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学检测系统及其检测方法。该光学检测系统包括光源、透镜群及透镜控制模组。光源用于发射光线照射物体。透镜群用于投射光源的光线成为准直矩形光。透镜控制模组用于切换透镜群，以改变准直矩形光的幅照度且调整准直矩形光在物体表面上的照射面积。在一实施例中，该光学检测系统可改善过热及低效率问题。

Description

光学检测系统及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种光学检测系统及其检测方法。
背景技术
传统光学检测系统可检测及测量物体的缺陷。光学检测系统包括光源。在检测模式中，光源可借助增加电流的方式增强其发光辐照度。在测量模式中，光源可借助减少电流的方式减弱其发光辐照度。然而，增加电流的方式会导致过热及低效问题。
发明内容
本发明涉及一种光学检测系统及其检测方法，可改善过热及低效率问题。
根据本发明一实施例，提出一种光学检测系统。光学检测系统包括一光源、一透镜群及一透镜控制模组。光源用于发射一光线照射一物体。透镜群用于投射光源的光线成为一准直矩形光。透镜控制模组用于切换透镜群，以改变准直矩形光的一幅照度且调整准直矩形光在物体的一表面上的一照射面积。
根据本发明另一实施例，提出一种检测方法。检测方法包括以下步骤。提供上述的光学检测装置；以光源的光线照射物体；以及，透镜控制模组切换透镜群，以转换光线成入射到物体上的准直矩形光，其中准直矩形光在物体的表面上的辐照度及照射面积受到透镜控制模组的调整。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举数个实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1绘示依据本发明一实施例的光学检测系统的示意图；
图2A绘示图1的透镜群的俯视图；
图2B绘示图2A的第二模式下的第二型光的侧视图；
图3A绘示图2A的凹透镜移动到另一位置的俯视图；
图3B绘示图3A的第一模式下的更亮的第一型光的窄宽度的侧视图；
图4A绘示依据本发明另一实施例的透镜群的俯视图；
图4B绘示图4A的凹透镜移动至另一位置的俯视图；
图5A绘示图4A的透镜群的侧视图；
图5B绘示图4B的透镜群的侧视图；
图6绘示依据本发明另一实施例的光学检测系统的方框图；
图7绘示依据本发明一实施例的光学检测方法的流程图；
图8绘示图3A的物体的示意图。
具体实施方式
图1绘示依据本发明一实施例的光学检测系统100的示意图。光学检测系统100包括发光模组110、影像撷取装置120及处理器130。
发光模组110包括光源111、透镜控制模组112、透镜群113及固定件114(绘示于图2A上)。光源111可通过透镜群113发射光线L1至物体10。物体10例如是印刷电路板(printed circuit board，PCB)。透镜控制模组112用于在第一模式与第二模式之间切换透镜群113。在第一模式中，光线L1在穿透透镜控制模组112后，转换成准直矩形光(collimatedrectangular shaped light)且改变入射至物体10的光线L1的辐照度及照射面积。准直矩形光例如是第一模式下的第一型光L11及第二模式下的第二型光L12，其中第一型光L11与第二型光L12相异。
因为第一型光L11的辐照度高于第二型光L12的辐照度，因此第一型光L11能够在第一模式下检测物体10的缺陷11。相较于在第一模式下的第一型光L11所撷取的影像，由影像撷取装置120在第二模式下的第二型光L12所撷取的影像M1具有较高的对比度，因此在第二模式下的第二型光L12能用于测量缺陷11的尺寸。
影像撷取装置120在第一模式下可撷取物体10的影像M1。处理器130在第一模式下可通过影像M1检测物体10是否具有缺陷11，且在第二模式下测量缺陷11的尺寸。
在本实施例中，透镜群113可将相同光线L1转换成第一模式下的第一型光L11及第二模式下的第二型光L12，因此光源111的数量可以是单个，其中第一型光L11与第二型光L12相异。
图2A绘示图1的透镜群113的俯视图，而图2B绘示图2A的第二模式下的第二型光L12的侧视图。
透镜群113包括依序排列的第一凸透镜1131、第二凸透镜1132、圆柱凸透镜1133及凹透镜1134。在本实施例中，第一凸透镜1131及第二凸透镜1132为非球面镜(aspheric condenser lens)。
第一凸透镜1131可准直光源111的光线L1。第二凸透镜1132具有第二平面1132p及第二凸面1132c，其中第二凸面1132c面向第一凸透镜1131的第一凸面1131c。凹透镜1134配置于第二凸透镜1132与圆柱凸透镜1133之间。此外，圆柱凸透镜1133可受到固定件114固定。固定件114可阻挡杂光(spurious light ray)。虽然图中未绘示，发光模组110还包括可阻挡杂光的透镜套筒，其中凹透镜1134可移动地配置在透镜套筒内。
在第一凸透镜1131、第二凸透镜1132、圆柱凸透镜1133与凹透镜1134的配置下，光线L1在第二模式下可转换成第二型光L12，其中第二型光L12为准直矩形光。
此外，凹透镜1134可在第二凸透镜1132与圆柱凸透镜1133之间移动，以调整在第二模式下的第二型光L12在物体10上的辐照度及照射面积P1的宽度W1。
图3A绘示图2A的凹透镜1134移动到另一位置的俯视图，而图3B绘示图3A的第一模式下的更亮的第一型光L11的窄宽度的侧视图。
凹透镜1134受控于透镜控制模组112，以移动至第二凸透镜1132与圆柱凸透镜1133之间的光轴OP(例如Z轴向)的任一位置，进而调整在第一模式下的第一型光L11在物体10上的照射面积P1的宽度W1。透镜控制模组112例如是机构、马达等。
如图3B所示，凹透镜1134接近圆柱凸透镜1133，因此照射面积P1的宽度W1变得更小，而在第一模式下的第一型光L11变得更亮，以检测物体10的缺陷。
在另一实施例中，凹透镜1134例如是电控变焦透镜(electricallytunable-focusing lens)。在此设计下，透镜控制模组112可控制电控变焦透镜的折射率，以将电控变焦透镜转变成如同图2A或图3A所示位置的凹透镜。
如上所述，透镜群113可转换光线L1为准直矩形光且改变准直矩形光的辐照度及准直矩形光的照射面积，因此可不需对光源111的光线L1的辐照度及施加于光源111的电流进行控制。
图4A绘示依据本发明另一实施例的透镜群213的俯视图，图4B绘示图4A的凹透镜1134移动至另一位置的俯视图，图5A绘示图4A的透镜群213的侧视图，而图5B绘示图4B的透镜群213的侧视图。
具有共同光轴的透镜群213包括依序排列的第一凸透镜1131、第二凸透镜2132、圆柱凸透镜1133及凹透镜1134。在本实施例中，第二凸透镜2132为第一圆柱凸透镜，而圆柱凸透镜1133为第二圆柱凸透镜。此外，第二凸透镜2132以第二凸透镜2132的长轴平行于Y轴向的方式配置，而圆柱凸透镜1133以圆柱凸透镜1133的长轴平行于X轴向的方式配置，其中X轴向垂直于Y轴。
此外，凹透镜1134的焦距(focal length)至少是第二凸透镜2132的焦距的负二倍，而圆柱凸透镜1133的焦距长于凹透镜1134的焦距。
在第一凸透镜1131、第二凸透镜2132、圆柱凸透镜1133与凹透镜1134的配置下，光线L1在第二模式下可转换成第二型光L12，其中第二型光L12为准直矩形光。
此外，凹透镜1134可沿第二凸透镜1132与圆柱凸透镜1133之间的共同光轴移动，以调整在第二模式下的第二型光L12在物体10上的辐照度及照射面积P1的宽度W1。
如图4B所示，凹透镜1134受到控制，以沿着第二凸透镜2132的影像焦点(image focal point)(未绘示)与圆柱凸透镜1133之间的共同光轴移动，以调整在第一模式下的第一型光L11在物体10的照射面积P1的宽度W1。凹透镜1134接近圆柱凸透镜1133，因此照射面积P1的宽度W1变得更小，而第一模式下的第一型光L11变得更亮，以检测物体10的缺陷。
图6绘示依据本发明另一实施例的光学检测系统200的方框图。光学检测系统200包括发光模110、影像撷取装置120、处理器130及分光镜(beam splitter)210。
分光镜210配置在发光模组110与物体10之间，以将被物体10反射的光线L1’反射至影像撷取装置120。
此外，自发光模组110发射的光线L1可通过分光镜210，然后入射至物体10。入射至物体10的光线L1被反射回分光镜210，然后反射至影像撷取装置120。如此一来，入射至物体10的光线L1与被反射至物体10的光线L1’大致上同轴，使被影像撷取装置120撷取的缺陷11的影像更清楚且具有高锐度，因此，所量得的缺陷11尺寸更准确。
图7绘示依据本发明一实施例的光学检测方法的流程图。
在步骤S110中，提供光学检测系统100。光学检测系统100包括发光模组110、影像撷取装置120及处理器130。在另一实施例中，光学检测系统100可由光学检测系统200取代。
发光模组110包括光源111、透镜控制模组112及透镜群113。光源111可发射光线L1。透镜控制模组112可调整透镜群113以将入射至物体10的光线L1转换成准直矩形光，准直矩形光可以是在第一模式下的第一型光L11或在第二模式下的第二型光L12，其中第二型光L12与第一型光L11相异。
在步骤S120中，光源111发射光线L1经由透镜群113至物体10。
在步骤S130中，透镜控制模组112切换透镜群113至第一模式，以将入射至物体10的光线L1转换成第一型光L11，以检测物体10的缺陷11。
图8绘示图3A的物体10的示意图。物体10可具有至少一缺陷11。在第一模式下的第一型光L11入射至物体10且形成在物体10上的照射面积P1。照射面积P1的影像M1可被影像撷取装置120撷取。
在步骤S140中，处理器130可采用任何影像分析技术，通过影像M1检测物体10是否具有缺陷11。若处理器130检测到缺陷11，进入步骤S150。若处理器130未检测到缺陷11，在第一模式下的第一型光L11可沿第一方向D1、第二方向D2或另一方向移动以照射另一区域，其中第一方向D1与第二方向D2垂直。
在步骤S150中，透镜控制模组112可调整透镜群113，以将入射至物体10的光线L1转换至在第二模式下的第二型光L12，以测量缺陷11的尺寸。
在步骤S160中，处理器130可采用任何影像分析技术，通过影像M1测量缺陷11的尺寸。
在一实施例中，第一模式下的第一型光L11在扫描整个物体10后，处理器130再开始通过第二模式下的第二型光L12测量缺陷11的尺寸。在另一实施例中，第一模式下的第一型光L11在扫描完整个物体10前，一旦一个或一些缺陷11被检测到，处理器130再通过第二模式的第二型光L12开始测量缺陷11的尺寸。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光学检测系统，其特征在于，包括：
一光源，用于发射一光线照射一物体；
一透镜群，用于投射该光源的该光线成为一准直矩形光；以及
一透镜控制模组，用于切换该透镜群，以改变该准直矩形光的一幅照度且调整该准直矩形光在该物体的一表面上的一照射面积。
2.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，该透镜群沿一共同光轴配置，且该透镜群包括：
一第一凸透镜，用于准直该光源的该光线；
一第二凸透镜；
一凹透镜；以及
一圆柱凸透镜；
其中，该凹透镜配置在该第二凸透镜与该圆柱凸透镜之间，且该凹透镜沿该共同光轴可移动地配置。
3.如权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，该凹透镜受控于该透镜控制模组，以移动至该第二凸透镜与该圆柱凸透镜之间的一位置，进而改变该物体的该表面上的该辐照度及该照射面积。
4.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，该透镜群用于在一第一模式与一第二模式之间切换，该准直矩形光在该第一模式转换成一第一型光，且在该第二模式转换成一第二型光，该光学检测系统更包括：
一影像撷取装置，用于撷取该物体的一影像；以及
一处理器，用于在该第一模式下通过该影像检测该物体是否具有一缺陷，以及在该第二模式下通过该影像测量该缺陷的一尺寸；
其中，该第一型光的辐照度高于该第二型光的辐照度。
5.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，更包括：
一分光镜，配置于该光源与该物体之间，以将自该物体反射的该光线反射至一影像撷取装置。
6.如权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，该第二凸透镜为一具有一长轴的第一圆柱凸透镜，该圆柱凸透镜为一具有一长轴的第二圆柱凸透镜，该第一圆柱凸透镜的该长轴垂直于该第二圆柱凸透镜的该长轴。
7.如权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，该第二凸透镜系一第一圆柱凸透镜，且该凹透镜的一焦距至少为该第一圆柱凸透镜的一焦距的负二倍。
8.如权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，该圆柱凸透镜为一第二圆柱凸透镜，且该第二圆柱凸透镜的一焦距长于该凹透镜的一焦距。
9.如权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，该第二凸透镜为一第一圆柱凸透镜，该圆柱凸透镜为一第二圆柱凸透镜，该凹透镜可移动地配置于该第一圆柱凸透镜的一影像焦点与该第二圆柱凸透镜之间。
10.一种光学检测方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1所述的光学检测装置；
以该光源的该光线照射该物体；以及
该透镜控制模组切换该透镜群，以转换该光线成入射到该物体上的该准直矩形光，其中该准直矩形光在该物体的该表面上的该辐照度及该照射面积受到该透镜控制模组的调整。
11.如权利要求10所述的光学检测方法，其特征在于，该透镜群用于在一第一模式与一第二模式之间切换，该准直矩形光在该第一模式转换成一第一型光，且在该第二模式转换成一第二型光，该光学检测方法更包括：
在该第一模式撷取该物体的一影像；以及
通过该影像检测该物体是否具有一缺陷；以及
当检测到该物体具有该缺陷，切换该透镜群至该第二模式；以及
通过该影像，测量该缺陷的一尺寸；
其中，该第一型光的辐照度高于该第二型光的辐照度。
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