CN215574710U - 改良式光源装置及包含其的光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种改良式光源装置及包含其的光学检测系统，改良式光源装置包括壳体以及光束生成模块。于壳体的一侧具有出光口，并于壳体内具有至少一容置空间。光束生成模块配置于容置空间内，并包括多个发光单元以及多个设置于发光单元与出光口之间的导光单元。导光单元分别具有对准至对应的发光单元的入光侧以及对准至出光口的出光侧。导光单元的出光侧环状排列于出光口的外周，从而将导光单元出光侧所送出的光聚光或大致聚光于同一焦点位置上。

Description

改良式光源装置及包含其的光学检测系统

技术领域

本实用新型有关于一种改良式光源装置及包含其的光学检测系统，尤指一种用以检测孔状结构的改良式光源装置及包含其的光学检测系统。

背景技术

自动光学检查(Automated Optical Inspection,AOI)，运用机器视觉做为检测标准技术，通过机器视觉取代传统人眼辨识以达到高精密度及高效率的检测。作为改良传统上以人力使用光学仪器进行检测的缺点，应用层面包括从高科技产业的研发、制造品管、国防、民生、医疗、环保、电力等领域。

在光学检测领域中，复杂表面的检测相对平滑表面较为困难，一般可视性的复杂表面取决于图像捕获装置的景深范围，若是图像捕获装置的景深足够一般都可以克服。相对而言，针对平面不可视的缺陷(例如盲孔、穿孔的内侧壁面缺陷)，则是难以由传统的光学方式(例如平面拍摄)进行检测，这类的缺陷通常需要针对图像捕获装置的相对位置及拍摄角度进行调整，且必须针对每一个目标区域逐一进行拍摄，以致于在进行这类的检测时非常的耗时耗力，难以达到相应的效率。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种改良式光源装置，包括一壳体以及一光束生成模块。壳体的一侧具有一出光口，并于壳体内具有至少一容置空间。光束生成模块配置于容置空间内，并包括多个发光单元以及多个设置于发光单元与出光口之间的导光单元。导光单元分别具有一对准至对应的发光单元的入光侧以及一对准至出光口的出光侧。导光单元的出光侧环状排列于出光口的外周，从而将导光单元的出光侧所送出的光聚光或大致聚光于同一焦点位置上。

本实用新型的另一目的，在于提供一种光学检测系统，用于测量一待测对象。光学检测系统包括一光源装置、一图像捕获装置以及一处理装置。光源装置包括一壳体以及一光束生成模块。壳体的一侧具有一出光口，对准至待测对象，并于壳体内具有至少一容置空间。光束生成模块配置于容置空间内。光束生成模块具有多个发光单元以及多个设置于发光单元与出光口之间的导光单元。导光单元分别具有一对准至对应的发光单元的入光侧以及一对准至出光口的出光侧。导光单元的出光侧环状排列于出光口的外周，以将导光单元的出光侧所送出的光聚光或大致聚光于同一焦点位置上。图像捕获装置配置于待测对象的一侧，用以拍摄待测对象的一待测对象图像。处理装置连接于图像捕获装置，从而获取待测对象图像，并依据待测对象图像生成一图像检测结果。

本实用新型通过导光单元的设置，可以更进一步提升待测对象图像的亮度，并提高检测的效率。

附图说明

图1为本实用新型光学检测系统其中一实施例的剖面示意图。

图2为本实用新型中光源装置其中一实施例的立体剖面示意图。

图3为本实用新型其中一实施例对应孔状结构的光路径示意图。

图4为本实用新型中光源装置其中一实施例的部分透明立体示意图。

图5为本实用新型中光源装置另一实施例的部分透明立体示意图。

附图标记说明：

100 光学检测系统

10 光源装置

11 壳体

111 出光口

112 容置空间

112A 台座

12 光束生成模块

121 发光单元

122 导光单元

S1 入光侧

S2 出光侧

20 图像捕获装置

30 处理装置

W 待测物件

P 焦点位置

H1 盲孔

A1 孔壁面区域

A2 孔底面区域

E1 上边缘

P1 第一焦点位置

P2 第二焦点位置

P3 第三焦点位置

P4 第四焦点位置

P5 第五焦点位置

P6 第六焦点位置

H2 穿孔

A3 第一侧孔壁面区域

A4 第二侧孔壁面区域

A5 穿透区域

C1 孔轴心

D1 箭头

J1 第一纵列

J2 第二纵列

J3 第三纵列

J4 第四纵列

J5 第五纵列

J6 第六纵列

J7 第七纵列

J8 第八纵列

121A 第一发光单元

121B 第二发光单元

121C 第三发光单元

121D 第四发光单元

121E 第五发光单元

121F 第六发光单元

121G 第七发光单元

121H 第八发光单元

122A 第一导光单元

122B 第二导光单元

122C 第三导光单元

122D 第四导光单元

122E 第五导光单元

122F 第六导光单元

122G 第七导光单元

122H 第八导光单元

122I 第九导光单元

具体实施方式

有关本实用新型的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。再者，本实用新型中的附图，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，所述图式及其比例并非用以限制本实用新型的范围。

以下举出本实用新型其中一实施例进行说明，请参阅图1，为本实用新型光学检测系统其中一实施例的剖面示意图，如图所示。

本实施例揭示一种光学检测系统100，用于测量一待测对象W，并于测量完成后输出一检测结果。在此所述的待测对象W例如可以是基板、电路板(PCB)、电路软板(FPC)、面板、偏光板或其他类此的待测对象，于本实用新型中不予以限制。本实用新型于一实际应用实施例中，不限制于但可获得优秀的功效于孔状结构的检测(例如盲孔、穿孔等)，用以于图像中强化孔状结构中难以显示的壁特性区域。

所述的光学检测系统100包括一光源装置10、一图像捕获装置20以及一连接至图像捕获装置20的处理装置30。

所述的光源装置10设置于待测对象W的一侧，用以提供光源至待测对象W，从而提升待测对象W的图像清晰度，并提升待测对象W部分结构的对比度。于本实施例中虽仅揭示一光源装置(即光源装置10)，于本实用新型的其他实施例并不排除再新增其他光源装置(例如同轴光源、背光源、侧向光源等)从而提升待测对象W的曝光度及清晰度，在此先行叙明。关于光源装置10的具体结构后面将配合附图进行详细的说明。

所述的图像捕获装置20配置于待测对象W的一侧，以拍摄待测对象W的待测对象图像。具体而言，图像捕获装置20可以配置于经待测对象W反射的光传递路径上，用以撷取待测对象W所反射的光以获得待测对象图像。图像捕获装置20例如可以包括电荷耦合组件(charge coupled device,CCD)或互补式金属氧化物半导体组件(complementary metaloxide semiconductor,CMOS)等感光组件及镜头，于本实用新型中不予以限制。于一实施例中，图像捕获装置20可以是线扫描摄像机(Line Scan Camera)或是面扫描摄像机(AreaScan Camera)，于本实用新型中不予以限制。

所述的处理装置30连接于图像捕获装置20以获取待测对象图像，并依据待测对象图像生成一图像检测结果。处理装置30可以为中央处理单元(central processing unit，CPU)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、可程序化控制器、可程序化逻辑装置(programmable logic device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，本实用新型并不加以限制。所述的图像检测结果例如可以是待测对象瑕疵的检出、待测对象的瑕疵种类、待测对象的结构尺寸量测、待测对象的电路特性分析、或待测对象的结构特征还原，于本实用新型中不予以限制。图像检测的方式例如可以通过传统图像算法、或是通过类神经网络(包括机器学习(Machine Learning)、深度学习(DeepLearning)等)执行相应的检测，由于上述软件的技术非属本实用新型所欲限制的范围，在此即不再针对执行图像检测的算法进行多余的赘述。

针对本实用新型光源装置10的结构，请一并参阅图2，为本实用新型中光源装置其中一实施例的立体剖面示意图，如图所示。

所述的光源装置10包括一壳体11以及一设置于壳体11内的光束生成模块12。壳体11的一侧具有一出光口111对准至待测对象W，并于壳体11内具有至少一供光束生成模块12设置的容置空间112。光束生成模块12包括多个发光单元121以及多个设置于发光单元121与出光口111之间的导光单元122。每一导光单元122具有一对准至对应的发光单元121的入光侧S1以及一对准至出光口111的出光侧S2。多个导光单元122的出光侧S2环状排列于出光口111的外周，从而将导光单元122的出光侧S2所送出的光聚光或大致聚光于同一焦点位置P上。

所述的焦点位置P较佳可以对准至待测对象W目标位置的中心(例如孔状结构的中心位置上方)，由于导光单元122的输出光束可能是发散或是具有径向宽度的，因此合理的公差或误差范围是可以被接受的。

为了提升光传导的效率，于一实施例中，导光单元122选用玻璃光纤的材料，通过全反射的方式传导发光单元121所送出的光束，于另一实施例中，导光单元122可以是不同折射率的复合结构所制成的平面光波导(optical waveguide)，于本实用新型中不予以限制。于一实施例中，导光单元122通过设定适当的数值孔径可以提升发光单元121与导光单元122之间的耦合率。所述的导光单元122所送出的光例如可以是漫射光或是准直光，此部分需按需求设置。于一实施例中，通过在导光单元122的出光侧S2设置透镜、或是将导光单元122的出光侧S2直接烧结为曲面，均可以提升导光单元122输出光束的准直性，于本实用新型中不予以限制。

为了让发光单元121所输出的光得以在焦点位置P上达到较高转换效率，发光单元121是以焦点位置P为中心辐射状排列于容置空间112的内周面上，发光单元121的出光方向分别大致对准至焦点位置P上，在这样的配置下达到较高的传导效率。于一实施例中，容置空间112的内周面上设置有多个台座112A，每一台座112A的角度不相同以将其列为大致呈半圆形(以剖面角度来看，如图1所示)，发光单元121的基板是分别锁定于各台座112A上，从而环设于出光口111的周侧。于其他实施例中，所述的台座112A也可以由插槽、卡榫或其他类似的结构所取代，于本实用新型中不予以限制。

请一并参阅图3，为本实用新型其中一实施例对应孔状结构的光路径示意图，如图所示。

依据孔状结构大体结构上的特征，孔状结构主要可以分为盲孔或穿孔二种形式。盲孔H1于结构上的特征大致上可以分为孔壁面区域A1以及孔底面区域A2两个部分；穿孔H2于结构上的特征大致上可以分为第一侧孔壁面区域A3、第二侧孔壁面区域A4以及穿透区域A5三个部分，所述的穿透区域A5位置上可以通过进一步设置背光板(图未示)的方式提升照明度。部分实施例上，孔壁面区域或孔底面区域上可能会设置微结构(例如螺纹)，在此不予以讨论。

以盲孔H1的实施例而言，于图3(a)中，揭示当导光单元122所送出的第一焦点位置P1落于盲孔H1上边缘E1以上的位置时，光通过的路径如图所示，在本实施例中，盲孔H1的孔壁面区域A1会相对于孔底面区域A2被清楚的表现出来；于图3(b)中，揭示当导光单元122所送出的第二焦点位置P2落于盲孔H1上边缘E1齐平的位置时，光通过的路径如图所示，在本实施例中，盲孔H1的孔壁面区域A1及孔底面区域A2都可以表现出来；于图3(c)中，揭示当导光单元122所送出的第三焦点位置P3落于盲孔H1低于上边缘E1的位置时，光通过的路径如图所示，在本实施例中，盲孔H1的孔底面区域A2会相对于孔壁面区域A1能被清楚的表现出来。

以穿孔H2的实施例而言，于图3(d)中，揭示当导光单元122所送出的第四焦点位置P4落于穿孔H2孔轴心C1的位置时，光通过的路径如图所示，在本实施例中，穿孔H2的第一侧孔壁面区域A3以及第二侧孔壁面区域A4都可以表现出来；于图3(e)中，揭示当导光单元122所送出的第五焦点位置P5落于穿孔H2孔轴心C1第一侧的位置(相当于图式中的左侧)时，光通过的路径如图所示，在本实施例中，穿孔H2的第一侧孔壁面区域A3将相对于第二侧孔壁面区域A4能被清楚的表现出来；于图3(f)中，揭示当导光单元122所送出的第六焦点位置P6落于穿孔H2孔轴心C1第二侧的位置(相当于图式中的右侧)时，光通过的路径如图所示，在本实施例中，穿孔H2的第二侧孔壁面区域A4将相对于第一侧孔壁面区域A3能被清楚的表现出来。

请一并参阅图4，为本实用新型中光源装置其中一实施例的部分透明立体示意图，如图所示。所述的“部分透明”是指光源装置10的壳体11表示为透明，并于内侧的结构以虚线表示，在此先行说明。于一实施例中，部分发光单元121于纵向上对齐排列以构成多个纵列，发光单元121于剖面图(如图1)上呈环状排列(半圆形)，朝纵向方向延伸后将形成拱形，在此所述的“纵向”是指光源装置10于纵向上的宽度，如图1中与图面正交的方向、“图2”及图4中箭头D1的方向。通过拱形设计将使得光源装置10以纵列形式给光。

于一实施例中，每一导光单元122可以分别为板形并于纵向上延伸，从而分别于入光侧S1上同时对应至纵向排列上的发光单元121。于本实施例中，导光单元122为一体成形，在每一个纵列上的发光单元121共享同一个板式的导光单元122。例如第一纵列J1的第一发光单元121A共享第一导光单元122A；第二纵列J2的第二发光单元121B共享第二导光单元122B；第三纵列J3的第三发光单元121C共享第三导光单元122C；第四纵列J4的第四发光单元121D共享第四导光单元122D；第五纵列J5的第五发光单元121E共享第五导光单元122E；第六纵列J6的第六发光单元121F共享第六导光单元122F；第七纵列J7的第七发光单元121G共享第七导光单元122G；第八纵列J8的第八发光单元121H共享第八导光单元122H。

于另一实施例中，请一并参阅图5，为本实用新型中光源装置另一实施例的部分透明立体示意图，如图所示。所述的“部分透明”是指光源装置10的壳体11表示为透明，并于内侧的结构以虚线表示，在此先行说明。于本实施例中，第九导光单元122I可以分别为柱形，并且为多个于纵向上排列，从而分别将第九导光单元122I的入光侧一一对准至纵向上的发光单元121。所述的柱形不限定于圆柱、方柱、椭圆柱或其他任意的形状，于本实用新型中不予以限制。

综上所述，本实用新型通过导光单元的设置，可以更进一步提升待测对象图像的亮度，并加强检测的效率。

以上已将本实用新型做一详细说明，但以上所述内容，仅为本实用新型之一较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型的专利涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种改良式光源装置，其特征在于，包括：

一壳体，于所述壳体的一侧具有一出光口，并于所述壳体内具有至少一容置空间；以及

一光束生成模块，配置于所述容置空间内，所述光束生成模块包括多个发光单元以及多个设置于所述发光单元与所述出光口之间的导光单元，所述导光单元分别具有一对准至对应的所述发光单元的入光侧以及一对准至所述出光口的出光侧，所述导光单元的所述出光侧环状排列于所述出光口的外周，从而将所述导光单元的所述出光侧所送出的光聚光或大致聚光于同一焦点位置上。

2.如权利要求1所述的改良式光源装置，其特征在于，所述导光单元选用玻璃光纤的材料，并通过全反射的方式传导所述发光单元所送出的光。

3.如权利要求1所述的改良式光源装置，其特征在于，所述发光单元以所述焦点位置为中心辐射状排列于所述容置空间的内周面上，所述发光单元的出光方向分别大致对准至所述焦点位置上，部分所述发光单元于一纵向上对齐排列以构成多个纵列。

4.如权利要求3所述的改良式光源装置，其特征在于，所述导光单元分别为板形并于所述纵向上延伸，从而分别于所述入光侧上同时对应至多个所述发光单元。

5.如权利要求3所述的改良式光源装置，其特征在于，所述导光单元分别为柱形并且为多个于所述纵向上排列，从而分别将所述导光单元的所述入光侧一一对准至所述纵向上的所述发光单元。

6.一种包含改良式光源装置的光学检测系统，用于测量一待测对象，其特征在于，所述光学检测系统包括：

一光源装置，包括一壳体以及一光束生成模块，所述壳体的一侧具有一出光口，对准至所述待测对象，并于所述壳体内具有至少一容置空间，所述光束生成模块配置于所述容置空间内，所述光束生成模块包括多个发光单元以及多个设置于所述发光单元与所述出光口之间的导光单元，所述导光单元分别具有一对准至对应的所述发光单元的入光侧以及一对准至所述出光口的出光侧，所述导光单元的所述出光侧环状排列于所述出光口的外周，从而将所述导光单元的所述出光侧所送出的光聚光或大致聚光于同一焦点位置上；

一图像捕获装置，配置于所述待测对象的一侧，用以拍摄所述待测对象的一待测对象图像；以及

一处理装置，连接于所述图像捕获装置，从而获取所述待测对象图像，并依据所述待测对象图像生成一图像检测结果。

7.如权利要求6所述的包含改良式光源装置的光学检测系统，其特征在于，所述导光单元选用玻璃光纤的材料，并通过全反射的方式传导所述发光单元所送出的光束。

8.如权利要求6所述的包含改良式光源装置的光学检测系统，其特征在于，所述发光单元以所述焦点位置为中心辐射状排列于所述容置空间的内周面上，所述发光单元的出光方向分别大致对准至所述焦点位置上，部分所述发光单元于一纵向上对齐排列以构成多个纵列。

9.如权利要求8所述的包含改良式光源装置的光学检测系统，其特征在于，所述导光单元分别为板形并于所述纵向上延伸，从而于所述入光侧上同时对应至所述发光单元。

10.如权利要求8所述的包含改良式光源装置的光学检测系统，其特征在于，所述导光单元分别为柱形并且为多个于所述纵向上排列，从而分别将所述导光单元的所述入光侧一一对准至所述纵向上的所述发光单元。

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