KR101529311B1

KR101529311B1 - 선형 집광기

Info

Publication number: KR101529311B1
Application number: KR1020070085806A
Authority: KR
Inventors: 이갈 카트지르; 엘리 메미모운
Original assignee: 오르보테크 엘티디.
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2007-08-25
Publication date: 2015-06-29
Also published as: TWI428636B; JP5339707B2; TW200817722A; US7641365B2; IL186031A; JP2008116930A; CN101162291B; US20080089052A1; KR20080033847A; IL186031A0; CN101162291A

Abstract

단일의, 비-원형-대칭형의, 광학적-전달 물질의 피스를 포함하는 광학 소자로서, 상기 피스는 광원으로부터 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기 위한 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하며, 이때 상기 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나 이상은 곡선 형태를 가지며, 광선의 제 2 부분은 제 2 표면에서의 굴절에 의해, 선형 표적 구역으로 집중되는 동안, 상기 광선의 제 1 부분은 제 1 표면으로부터의 반사에 의해 선형 표적 구역으로 집중된다.

Description

선형 집광기{LINEAR LIGHT CONCENTRATOR}

본 발명은 일반적으로 집광기에 관한 것이며, 세부적으로는 다-방향 소스로부터의 광선을 선형 표적 구역(linear target region)으로 집중시키는 광소자에 관한 것이다.

선형 소스로부터의 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기 위한 다양한 종류의 광학 시스템이 종래 기술에서 알려져 있다. 가까운 지점 위치로부터 다방향성 광선을 방출하는 소형의 확장된 소스를 구성하는 고효율적 광원, 가령 다이오드를 개발함에 있어서, 상당한 연구와 설계 자원이 투자되어왔다. 그러나 종래의 광학 소자는 이러한 소형의 확장된 소스로부터의 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기에는 적합하지 않다.

그러나 종래의 광학 소자는 이러한 소형의 확장된 소스로부터의 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기에는 적합하지 않다.

본 발명의 실시예는 광원으로부터의 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기에 적합한 신규한 광학 소자를 제공한다. 이러한 소자는 반사성 표면과 굴절성 표면을 모두 포함하며, 이들은 광원으로부터의 광선의 서로 다른 부분을 서로 다른 방식으로 집중시키도록 배열된다. 상기 소자는 비교적 높은 수집 각도를 제공하며, 비교적 낮은 레벨의 수차를 제공하여, 선형 표적 구역으로의 광선 수집 및 집중의 높은 효율과 정확도를 이끈다. 본원에서 설명될 광학 소자가 소형의 확장된 광원, 가령 LED와 함께 사용되기에 적합할지라도, 그 밖의 다른 확장된 광원, 가령 필라멘트 램프와 함께 사용되도록 적용될 수 있다.

이러한 신규한 광학 소자는 다양한 응용예에서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 이러한 종류의 소자가 사용되어, 스캐닝 광학 검사 시스템에서 조명된 구역으로부터 반사되거나, 조명 구역을 통과하는 광선을 캡처하고, 나타내는 신호를, 대상의 결함의 존재 유무를 판단하기 위한 처리를 위해 프로세서에게 출력하는 검출 어레이와 함께 조합되어 선형 구역을 조명할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 “반사된 광선”은 조명된 표면으로부터 정-반사된 광선, 또는 확산 반산된 광선을 포함한다(그러나 이에 제한받지 않는다).

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 대상(22)의 자동화된 광학 검사를 위한 시스템(10)의 매우 간략화되고, 개략적인 도시이다. 대상(22)은 패턴처리된 형상을 그 위에 갖는 일반적으로 평면인 구조를 포함하며, 그 예를 들자면, 베어(bare) 인쇄 회로 기판, 채워진(populated) 인쇄 회로 기판, 평면 패널 디스플레이, 또는 반도체 웨이퍼가 있다. 하나 이상의 선형 조명 유닛(linear illumination unit, 24)이 대상(22)의 표면 위의 선형 표적 구역(26)을 조명한다. 본원에서 사용되는 용어 표적 구역(target region)은 도 1A 및 1B에서 도시되는 바와 같은 표면 상에서 실제 물리적으로 조명되는 영역인 표적 구역뿐 아니라, 특히 예를 들어, 다운스트림 원통형 렌즈, 또는 타원형의 원통형 반사기(reflector) 등의 보조 조명 광소자의 입력으로서 사용될 수 있는 공간에 매달려 있는 선형 광원을 형성하는 공중 조명(aerial illumination) 구역을 포함한다.

조명 유닛(24)이 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 검출 유닛(28)이 구역(26)의 이미지를 캡처한다. 통상적으로, 검출 유닛(28)은 구역(26)으로부터 반사된 광선을 상기 검출기로 포커싱하기(공지 기술에서 알려진 바와 같이)에 적합한 이미지 획득 광소자(도면상 나타나지 않음)를 갖는 광학 검출기의 하나 이상의 열을 포함한다. 선택적으로, 역광조명(backlighting, 도 1a에서 나타나지 않음)에 의해 제공되는 전달된 광선에 의해, 구역(26)의 조명이 제공될 수 있다.

모션 조립체(motion assembly, 30)가 화살표(31)가 가리키는 방향으로 대상(22)을 직선 이동시켜서, 표적 구역(26)이 대상의 표면 상의 전체 관심 영역 위에서 스캐닝된다(이때, 상기 관심 영역은 표면의 전체이거나 부분을 포함할 수 있다). 대체하여, 또는 추가하여, 상기 모션 조립체가 조명 유닛(24) 및 검출 유닛(28)을 직선 이동시킴으로써, 표적 구역을 스캔할 수 있다. 이미지 프로세싱 회로를 포함하는 컴퓨터 제어기(32)가 시스템(10)의 구성요소를 제어하고, 검출 유닛(28)에 의해 생성된 전자 이미지 신호를 수신 및 처리할 수 있다. 따라서 이미지 프로세서는 예를 들어, 검출 유닛에 의해 형성된 연속적인 이미지를 관심 영역의 완전한 2-차원 이미지로 조합할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 이미지를 분석하여 결함을 검출하고, 그렇지 않은 경우에는 대상의 표면을 검사할 수도 있다.

도 1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 대상(22)의 자동화된 광학 검사를 위한 시스템(20)의 단순화되고 개략적인 도시이다. 대상(22)은 그 위에 패턴처리된 형상을 갖는 일반적으로 평면인 구조를 가지며, 그 예로는 인쇄 회로 기판, 또는 반도체 웨이퍼가 있다. 다수의 선형 조명 유닛(24)을 포함하는 이미지 획득 조립체(23)가 대상(22)의 표면 위의 선형 표적 구역(26)을 조명하여, 상기 구역의 이미지를 획득할 수 있다.

이미지 획득 조립체(23) 및 조명 유닛(24)은 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 검출 유닛(28)은 구역(26)의 이미지를 캡처한다. 일반적으로, 검출 유닛(28)은 구역(26)으로부터 반사된 광선을 상기 검출기로 포커싱하기(공지 기술에서와 같이)에 적합한 이미지 획득 광소자를 갖는 광학 검출기의 하나 이상의 열을 포함한다. 선택적으로, 역광조명(도면상 나타나지 않음)에 의해 제공된 전달된 광선에 의해, 구역(26)의 조명이 제공될 수 있다.

모션 조립체(30)가 방향으로 화살표(31)가 가리키는 방향으로 대상(22)을 직선 운동시켜서, 대상의 표면 상의 전체 관심 영역에 걸쳐 표적 구역이 스캔된다(이때 관심 영역은 표면의 전체, 또는 부분을 포함할 수 있다). 대체하여, 또는 추가하여, 이미지 획득 조립체(23)를 직선 운동시킴으로써, 모션 조립체가 표적 구역을 스캔할 수 있다. 이미지 처리 회로를 포함하는 컴퓨터 제어기(32)가 시스템(20)의 구성요소를 제어하고, 검출 유닛(28)에 의해 발생된 전자 이미지 신호를 수신 및 처리한다. 따라서 예를 들어, 상기 이미지 프로세서는 검출 유닛에 의해 형성된 연속적인 이미지를 관심 영역의 하나의 완전한 2-차원 이미지로 조합할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 이미지를 분석하여 결함을 검출하고, 그렇지 않은 경우 상기 대상의 표면을 검사할 수 있다. 따라서 예를 들어, Orbotech Ltd.(이스라엘, 야브네)의 Discovery^TM 자동화 광학 검사 시스템이 조명 및 이미지 획득 시스템을 일체형으로 구성하기에 적합하게 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 조명 유닛(24)의 개략적인 도시이다. 상기 조명 유닛은 하나 이상의 광원(34)과 단일 집광기(unitary light concentrator, 36)를 포함한다. 상기 광원(34)은 필라멘트 방출기 등의 지속적인 광원(continuous light source), 또는 다수의 LED 등의 소형의 확장된 소스를 포함할 수 있으며, 이들은 상호 접촉할 수 있고, 아닐 수도 있다.

본 특허출원의 내용 중에서, 용어 “단일(unitary)”이라 함은 광학 물질로 이루어진 한 피스(piece)의 광학 소자(도 2, 3, 4에서의 집광기(36)), 또는 높은 광학적 성능이 요구되는 때 통상 더욱 자주 사용되는 것으로서, 광학 소자들 사이에 공간을 두는 종래의 복합 광학 장치와 달리, 광학 물질로 이루어진 서로 인접한 다수의 피스로 구성된 광학 소자(도 14에서 다수의 집광기(36))를 포함한다. 집광기(36)는 원형으로 대칭을 이루지 않는다. 여기서 '원형으로 대칭을 이루지 않는다', 즉 "비-원형-대칭형(non-circularly-symmetrical)"이라 함은 도 2에서 집광기(36)의 길이 방향으로 LED(38)가 배열되고 이 같이 일렬로 배열된 광원(34)으로부터 광선이 방출되는 방향으로 양 측면으로 도 2에서 도시된 바와 같이 대칭 하여 굴곡진 측면 표면(42, 44)을 형성하는 데, 이때의 표면을 통하여 상기 광원(34), 즉 LED(38)에서 방출된 광선의 일부가 반사되어 예를 들면 평판 디스플레이 표면과 같은 표적 구역(26)으로 집중될 수 있도록 하는 것이고, 이 같은 측면 표면(42, 44)은 상기 LED(38)가 배열된 방향, 즉 길이 방향을 따라 대칭 평면으로부터 균일한 거리를 갖는 면을 형성하여서, 집광기(36)의 단면은 사다리꼴 유사 형태를 갖게 되는 것임을 의미한다. 이 실시예와 그 밖의 다른 실시예에서, 상기 집광기는 (도 3에서 나타나는 축(41)에 해당하는)대칭 평면을 가지며, 상기 대칭 평면(시상 평면)은 광원(34)을 관통하고, 표적 구역을 관통한다. 상기 광원의 세로방향 축은 표적 구역의 축과 평행이다. 도 2에서 도시된 종류의 단일 소자가 바람직하며, 특히 이들은 압출 성형, 또는 드로잉(drawing)뿐 아니라, 예를 들어, 광학 유리, 또는 플라스틱, 또는 그 밖의 다른 적합한 광선 전달 물질을 이용하는 몰딩 기법에 의해서도 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 집광기(36)의 그 밖의 다른 특징 및 이점이 도면을 참조하여 설명된다.

도 2에서 나타낸 실시예에서, 광원(34)은 통상적으로 회로 기판(40) 상에 장착되기 위한 개별 칩으로서 제공되는 발광 다이오드(LED, 38)의 어레이를 포함한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 예를 들어 약 1mm의 두께를 갖고, 굴절률 1.45를 갖는 광선 전달성 캡슐화(light transmissive encapsulation)를 이용하여 LED(38)가 덮이며, 그러나 캡슐화되지 않은 LED가 적합할 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 각각의 LED(38)는 일반적으로 균일한 밝기의 빔을 거의 2π 스테라디안으로 방출한다.

이에 대안적으로, 집광기(36) 및 본원에서 설명될 그 밖의 다른 종류의 집광기는 그 밖의 다른 타입의 광원, 특히 선형 광원(방전 램프, 선형 백열 필라멘트, 형광 튜브 및 그 밖의 다른 종류의 종래 기술의 방출기)을 이용하여 사용될 수 있다. 적합한 물질로 만들어진 전달성 소자에 의해 집중될 수 있는 가시광뿐 아니라 적외선/자외선 광선의 파장 범위도 포함하도록 정의된 광학 범위 내의 임의의 복사, 또는 모든 복사를 지칭하도록, 용어 “광선(light)” 및 “조명(illumination)”이 본원에서 사용된다.

도 3 및 도 4에 대하여 참조하자면, 도 3은 광선의 자취(ray trace)를 보여주는, 집광기(36)의 개략적이고 단편적인 도시이며, 도 4는 수직 접선 방향에 대하여 집광기(36)의 시상평면(sagittal plane)에서의 광원(34)의 소자 LED(38)에 대한 광선의 자취를 보여주는 집광기(36)의 아이소메트릭 투시도(isometric view)이다. 집광기(36)의 대칭 평면(41, 가령, 이 예시에서는 X-Z 평면)에 대하여 높은 각도로 방출되는 상대적으로 높은 각도의 광선(37)을 포함하는 광원(34)으로부터의 광선의 일부분이, 입구 표면(entry surface, 46 및 48)을 통해, 상기 집광기(36)로 들어가고, 그 후, 예를 들어 내부 전반사에 의해, 비구면 반사성 측면 표면(42, 44)에서 반사되나, 이는 필수적인 것은 아니며, 마지막으로 출구 표면(exit surface, 50 및 52)을 통해 빠져나와서 각각 표적 구역(26)에 충돌한다(도 1A 및 1B). 본 발명의 하나의 실시예에서, 비구면 반사성 측면 표면(42, 44)은 곡선 형태이며, 넌-파라볼릭(non-parabolic) 섹션을 갖는다.

따라서 내부 전반사에 의해 광원(34)으로부터의 광선이 측면 표면(42, 44)에서 반사되도록, 집광기(36)가 구조되는 실시예에서, 외부 반사성 코팅을 측면 표면(42, 44)에 각각 추가할 필요가 없으며, 이에 따라 제조상의 복잡도 및 조립 비용이 감소된다. 그러나 일부 실시예에서, 은 반사성 코팅 등의 적합한 반사성 코팅을 측면 표면(42, 44)으로 추가하는 것이 필요하거나, 바람직할 수 있다.

소형의 확장된 소스에 대한 다양한 광학 수차, 가령 색수차 및 접선 상면만곡(tangential field aberration)을 최소화하도록, 광원(34)에 대하여 표면(46, 48, 50, 52)은 구성되고 배열되며, 이는 추후 상세하게 설명된다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 광선이 표면(46, 48)에 일반적으로 수직인 각도로 상기 표면(46, 48)을 통해 집광기(36)로 들어가고, 측면 표면(42, 44)에 의해 반사된 광선이 출구 표면(50, 52)에 일반적으로 수직인 각도로 상기 표면(50, 52)을 통과하여, 수직 접선 방향으로 빠져나간다. 광원(34)이 소형의 확장된 소스이며, 완벽한 점 소스(point source)가 아니기 때문에, 수직 접선 방향으로 이로부터 방출된 모든 광선이 표면(46, 48, 50, 52) 상에서, 각각의 표면에 정확히 수직으로 충돌하는 것은 아니며, 수직으로부터 작은 오차가 예상되며, 표면(46, 48, 50, 52)의 적합한 설계는 이러한 오차를 고려한다.

수직 접선 방향에서, 평면(41)에 대하여 상대적으로 낮은 갖도로 방출되는 낮은 각도의 광선(39)을 포함하는, 광원(34)으로부터의 광선의 또 다른 부분이, 수집 표면(collecting surface, 54)을 통해 집광기로 들어가며, 상기 수집 평면이 출구 표면(56) 쪽으로 광선을 발사한다. 그 후, 출구 표면(56)에서의 굴절에 의해, 이러한 낮은 각도의 광선(39)은 표적 구역(26)으로 집중된다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 수직의 접선 방향에서 방출되는 낮은 각도의 광선(39)이, 수직 접선 방향에서 방출되는 높은 각도의 광선(37)이 수렴하는 위치보다 광원(34)으로부터의 거리가 더 먼 위치로 수렴하도록 집광기(36)의 광학 표면은 구성되고 배열되며, 그러나 이러한 배열이 필수적인 것은 아니다.

따라서 집광기(36)는 시상평면의 거의 180°까지 광원(34)으로부터 방출된 광선을 수집하고 집중시키며, 본 발명의 하나의 실시예에서, 시상평면의 약 140°까지가 거의 “낭비되는(wasted)” 광선 없이 이뤄진다. 측면 표면(42, 44)에서의 반사에 의해, 광원(34)에 의해 방출되는 광선 중 일부(높은 각도의 광선(37))가 표적 구역(26)으로 집중되며, 출구 표면(56)을 통한 반사에 의해, 광원(34)에서 방출되는 나머지 광선(낮은 각도의 광선(39))은 표적 구역(26)으로 집중된다.

광원(38)이 극도로 작은 포인트 소스(point source)가 아니기 때문에, 광원으로부터의 광선이 극도로 작은 위치로 집중, 또는 포커싱될 수 없다. 따라서 최대 조사(irradiance)를 갖는 집중된 광선의 유한한 구역의 폭이 각각의 LED(38)에 대하여 형성될 것이다. 포커싱된 구역의 폭, 즉, 최대 조사를 갖는 구역은 다음의 공식에 의해 주어진다.

초점 구역 폭 = 소스 폭 x 광소자로 들어가는 조명의 유효 각도/상기 조명되는 구역 상으로 충돌하는 조명의 유효 각도

다양한 광학적 오차를 최소화하면서, 소스의 광학적 크기를 고려하도록 집광기(36)의 설계가 최적화된다. 따라서 각각의 소형의 확장된 광원(34)에 의해 방출된 광선에 대하여 표적 구역(26)을 따르는 접선 상면 만곡(tangential field curvature)을 감소시키도록, 예를 들어 본질적으로 원통형 렌즈를 형성하는 표면(54, 56)이 구성된다. 덧붙이자면, 측면 표면(42, 44)에 의해 반사되는 광선과 연계되어 있는 시상 수차(sagittal aberration)는, 예를 들어 시상평면에서 입구 표면(46, 48) 및 출구 표면(50, 52)으로 충돌하는 광선이 일반적으로 상기 입구/출구 표면에 수직인 각도로 충돌하도록 상기 입구 표면과 출구 표면에 대한 형태를 선택함으로써, 감소된다.

따라서 본 발명의 하나의 실시예에서, 입구 표면(46, 48)은 광원(34)의 광학 위치 상의 중심에 위치하는 원통형의 외관을 가져서, 광선이 입사의 수직 시상 각에 가까운 각도로 집광기로 들어갈 수 있고, 따라서 이러한 표면에서 최소한의 수차만 겪게 된다. 이와 유사하게, 출구 표면(50, 52)은 적절하게 곡선 형태를 이뤄서, 광선이 시상평면에서, 상기 표면에 거의 수직인 각도로 상기 집광기(36)를 빠져나온다. 따라서 표면(46, 48, 50, 52)에서의 회절로 인한 시상 수차가 최소화된다. 반사성 측면 표면(42, 44)은 본질적으로 색수차, 또는 상면만곡 수차는 일으키지 않으며, 그 밖의 다른 수차에 의해 주어지는 광원(34)의 발광 영역의 실제 크기를 최소화하도록 설계될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 4개의 서로 다른 접선 방향으로의 광선의 자취를 보여주는, 집광기(36)의 개략적인 아이소메트릭 도시인 도 5와, 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 선택된 접선 각에 대한 조명 광선을 위한 투사를 보여주는 집광기의 개략적인 측면도인 도 6A - 6C와, 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 몇 개의 소형의 확장된 광선 방출기에 대한 겹쳐지는 조명 구역을 보여주는 집광기의 개략적인 측면도인 도 7에 대한 참조가 이뤄진다,

주어진 소스(34)로부터 방출되고, 측면 표면(42, 44) 중 하나에 의해 반사되는 높은 각도의 광선(37)이 접선 각도(θ)에 관계없이 일정한 거리에서 표적 구역(26)으로 수렴한다. 소스(34)의 확장되는 속성 때문에, 반사된 광선이 직선형의 조명 구역(126)을 조명한다. 그러나 주어진 소스(34)에 의해 방출되고, 표면(56)에서 반사되는 낮은 각도의 광선(39)이 표적 구역(26) 가까이에서, 그러나 거리를 두고 수렴하여 곡선 형태의 조명 구역(226)을 조명할 수 있으며, 이때 상기 거리는 접선 각도의 함수이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 각각의 집광기의 단부(59)는 자신에게 충돌하는 접선 광선을 반사시켜서 이러한 광선을 조명 구역(26)으로 다시 향하게 한다. 반사는 전체 내부 반사 때문일 수 있다. 선택적으로 표면은 반사성 코팅에 의해 적합하게 코팅될 수 있다.

도 7에서 도시된 바와 같이, 다수의 공간적으로 이격된 소스(34)에 의해 조명이 제공될 때, 소스들이 공간적으로 이격되어 있을지라도, 표적 구역(26)을 덮는 직선 조명 구역(126)에 의해 나타나는 바와 같이, 측면 표면(42, 44)에 의해 반사된 광선을 위한 전체 표적 구역(26)보다 큰 충분한 상면 만곡이 존재하지 않는다. 소스(56)에 의해 굴절되는 광선에 대한 조명 필드(226)가 각각의 소스(34)에 대하여, 그리고 집광기(36)의 적절한 형태를 위하여, 그리고 소스(34)의 공간 두기를 위해 곡선 형태일지라도, 다수의 겹쳐지는 곡선 형태의 조명 필드(226)가 생성된다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 집광기(36)에 의해 생성되고, 소형의 확장된 광원으로부터 적합하게 이격된 직선형 조명 필드(126)와 다수의 곡선형 조명 필드(226)의 조합이, 조명의 입체각 내에서 표면(26)을 충분히 균일하게 조명한다.

큰 접선 각도에서 측면 표면(42, 44)에 의해 반사되는 광선을 포함하는, 소스(34)에 의해 방출되는 광선은 집광기(36)의 입구 및 출구 표면에서 굴절로 인한 접선 색수차를 겪을 것이다. 그러나 각각의 소스(34)가 겹치는 구역을 조명하는 다수의 소스(34)를 사용하는 본 발명의 하나의 실시예에서, 색 분산(chromatic dispersion)은 평균에 도달하는 경향이 있어서, 조명의 색채와 강도가 표적 구역(26)의 거의 전체 길이에 걸쳐 일정할 것이다.

이러한 또 다른 방식에서, 앞서 언급된 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 회절 표면(46, 48, 50, 52)의 만곡은, 광원(34)에서 시작하여 입구 표면(46, 48)을 통과하는 광선의 경로가 표면(42 또는 44)에 의해 반사되고, 그 후 표면(50 또는 52)에 의해 다시 반되도록 선택되며, 이때, 표면(46, 48, 50, 52)은 시상 수차(sagittal aberration)를 최소화하도록 구성되고 배열된다. 그러나 일반적으로 원통형 렌즈 기능을 하는 표면(54, 56)에 의해, 각각의 광원(34)에서 방출되고 상기 표면들을 통과하는 광선이 접선 평면에서 곡선의 형태인 구역으로 포커싱될 수 있다. 따라서 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 다수의 광원이 다수의 겹치는 곡선 형태의 조명 구역을 생성할 수 있다.

앞서 언급된 설계의 특징 때문에, 집광기(36)의 성능은 상기 집광기가 만들어지는 물질의 파장, 또는 굴절률에 대한 감도를 거의 갖지 않는다. 결과적으로, 상기 집광기는 다양한 물질로 만들어질 수 있으며, 넓은 범위의 파장에 걸쳐 사용될 수 있다. 집광기의 측면 표면은 내부 전반사에 의해 동작하기 때문에, 상기 집광기는 코팅물에 제재를 받지 않는 물질, 가령 Zeonex로부터 만들어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라서, 집광기(36)는 사출 성형법(injection molding), 또는 압출 공정(extrusion process)에 의해 생성될 수 있으며, 하우징 내에 집광기를 장착함에 있어 사용되기 위한 장착 돌출부(58)를 포함한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 장착 돌출부(58)는 집광기(36)의 반사 속성에 미치는 영향을 최소화하도록 위치하고 있는 이산 요소이다. 다수의 소형의 확장되는 소스, 가령 LED를 포함하는 방출기와 관련되어 사용되기에 적합한 통상의 집광기(36)는 (도 3의 수평, Z-방향으로) 16.108㎜의 높이와, (Y-방향으로) 13.892㎜의 폭을 갖는다. 수집 표면(54)은 LED(38)의 정면 표면의 3.000㎜ 위에서 위치하며, 1.900㎜의 직경을 갖는다. 출구 표면(56)은 3.902㎜의 폭을 갖는다. 상기 집광기는 임의의 요망 길이(이때, 길이는 도 3의 X-방향의 크기이다)로 만들어질 수 있으며, 그 예로는 100-200㎜가 있다. LED(38)가 약 1.0㎜의 폭을 갖는다고 가정하면, 집광기(36)에 의해 생성되는 표적 구역(26)은 상기 집광기의 정면 표면으로부터 40㎜의 간격을 두고 2.0㎜ 이상의 폭을 가질 것이다. 이 실시예에서의 집광기(36)의 설계의 추가적인 세부사항은 추후의 첨부에서 나열된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 선형 광원(62)을 이용하여 사용되는 집광기(60)의 개력적인 단면도시인 도 8에 대한 참조가 이뤄진다. 이 실시예의 원리는 앞서 언급된 집광기(36)와 유사하다, 즉, 집광기(60)는 비-원형-대칭적이며, 소스(62)와 표적 구역(26)을 통과하는 대칭 평면(도면 페이지에 수직이다)을 갖는다. 그러나 집광기(60)는 소스(62)로부터의 광을 시상 평면의 더 넓은 각도(이 경우는 270°)에 걸쳐 수집하고 포커싱하도록 구성된다. 이 실시예는, 예를 들어 소스(62)가 시상 방향에서 180° 이상의 각도의 범위에 걸쳐 광선을 방출하는 필라멘트, 또는 방전 아크(discharge arc), 또는 형광 소스를 포함할 때 유용하다.

높은 각도(±135°)에서 소스(62)로부터 방출된 광선은 입구 표면(68, 70)을 통해 집광기(60)로 들어가고, 반사 표면(64, 66)으로부터의 내부반사에 의해, 표적 구역(26)쪽으로 반사된다. 반사성 코팅이 표면(64, 66)의 일부, 또는 전체에, 가령 표면 상의 광선의 일부의 입사각이 내부 전반사를 위해 너무 작을 수 있는 표면(64, 66)의 외부 부분에 도포되는 것이 일반적이다. 표면(64, 66)으로부터 반사된 광선은, 예컨대 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 시상 수차를 최소화하도록 구성되는 출구 표면(72, 74)을 통해 집광기(60)를 빠져나온다. 수집 표면(76)과 출구 표면(78)에서의 굴절에 의해, 낮은 각도로 광원(62)으로부터 방출된 광선이 표적 구역(26)으로 포커싱된다. 예를 들어 플라스틱 성형(plastic molding)(몰드로부터의 집광기의 추출을 촉진시키기 위해 하강 각도가 구현되는 것에 종속된다), 또는 압출 성형에 의해, 이러한 구성은 제조될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 선형 광원(82)과 함께 사용되기 위한 집광기(80)의 개략적이고 단편적인 도시인 도 9에 대한 참조가 이뤄진다. 앞선 실시예에서, 집광기(80)는 비-원형-대칭형이며, 도면에 대하여 수평인 대칭 평면을 갖는다. 집광기(80)는 4Π스테라디안(steradian)에 걸쳐서 소스(82)로부터의 광선을 수집 및 포커싱하도록 구성된다. 따라서 필라멘트, 또는 아크, 또는 형광 튜브 등의 소스가 사용될 때, 집광기(80)는 소스에 의해 생성되는 거의 모든 광선을 수집 및 포커싱한다.

소스(82)는 집광기(80) 내의 캐버티(84) 내부에 내장된다. 높은 각도(±180°까지의 각도)에서 소스로부터 방출된 광선이 원통형 입구 표면(90)을 통해 집광기로 들어간다. 표면(90)이 광원(82)의 가운데에 위치하는 원형 프로필을 갖기 때문에, 상기 광선은 표면(90)에서 반사되지 않으며, 따라서 시상 수차가 일반적으로 포함되지 않는다. 높은 각도 범위 중 낮은 부분에서의 광선은 반사성 표면(86, 88)으로부터 반사되며, 출구 표면(92, 94)을 통해 표적 구역(26)으로 광선을 집중시킨다. 높은 각도 범위 중 높은 부분의 광선은, 후방 반사성 표면(96)에 의해 광원(82)의 위치쪽으로 다시 반사된다. 통상적으로, 표면(96)은 광원(82)의 중심에 위치하는 원형 프로필을 갖는다. 통상적으로 반사성 코팅은 표면(86, 88, 96)으로 도포된다. 표면(96)으로부터 반사된 광선뿐 아니라, 낮은 각도로 소스(82)로부터 방출된 광선까지도, 수집 표면(98)과 출구 표면(100)에서의 회절에 의해, 표적 구역(26)으로 포커싱된다. 대안적으로, 반사성 코팅은 표면(90)의 일부분으로 도포될 수 있으며, 따라서 표면(96)의 반사 함수를 제어할 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 집광기(110)의 해제된 개략적인 단편 도시이다. 집광기(110)는 도 9의 집광기(80)의 원리와 동일한 원리에 따라 동작하나, 제조에 있어 더 편리하도록 설계된다. 집광기(110)는 전방 피스(112)와 후방 피스(114)로부터 구성되며, 이들은 압출 성형, 또는 사출 성형에 의해 개별적으로 제조된다. 그 후 두 개의 피스는 적합한 광학 시멘트(optical cement)를 이용하여 서로 접착되거나, 서로의 인접부에 가까이 위치한다.

도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 집광기 조립체(120)의 개략적인 도시이다. 상기 조립체(120)는 도면에서 나타나는 바와 같이, 단부-대-단부(end-to-end)로 쌓여있는 다중 집광기(36)를 포함한다. (대안적으로, 본 발명의 원리를 바탕으로 하는 집광기의 또 다른 타입, 가령 도 8-10에서 나타나는 집광기가 이러한 방식으로 조합될 수 있을 뿐만 아니라, 도 12에서 나타난 방식으로 조합될 수 있다.) 이 구성에 의해, 더 확장된 표적 구역(26)이 조명될 수 있다. 내부 전반사에 의해, 주어진 집광기의 단부(59)에 충돌하는 접선 광선이 집광기로 다시 반사된다. 선택적으로, 적합한 반사성 코팅이 제공된다. 이러한 반사에 의해, 광원(34)에 의해 방출되는 광선의 손실이 효과적으로 감소된다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 집광기 조립체(130)의 개략적이고, 단편적인 도시이다. 이 실시예에서, 집광기(36)는 측부끼리(side-by-side) 쌓여서 다중 집광기가 동일한 표적 구역(26)을 따르는 서로 다른 부분을 조명할 수 있다. 도 12에서 표적 구역(26)이 모든 측부로부터 조명됨에도 불구하고, 더 작은 개수의 집광기가 사용되어 시상 각의 더 작은 범위에 걸친 구역을 조명할 수 있다. 예를 들어, 도 12의 구성에서 3개의 집광기가 함께 사용되어, 유닛들 사이의 사각지대 없이, 시상 방향으로 120°의 범위에 걸쳐 수렴하는 광선을 이용하여 구역을 조명할 수 있다. 다수의 도 12에서 나타난 타입의 집광기 조립체가 도 11에서 나타난 방식인 단부-대-단부 방식으로 쌓일 수 있다. 덧붙이자면, 도 12에서 나타난 방식으로 조명기를 배열할 때, 표면을 조명하기 위해 사용되는 조명의 입체 각도에 걸친 제어가 이뤄져서, 조명 적용예에 대한 조명을 광학적으로 적응시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 집광기 조립체(140)의 개략적이고, 단편적인 도시이다. 이 실시예에서, 집광기(36)는 측부-대-측부로 쌓여서, 다중 집광기가 도 12에서 나타난 방식과 유사한 방식으로 동일한 표적 구역(26)을 따르는 서로 다른 부분을 조명할 수 있다. 이러한 집광기(137) 중 하나는 두 개의 집광기(36) 사이의 구역을 조명하도록 구성되며, 동시에 예를 들어 표적 구역(26)을 이미징하도록 동작하는 빔 스플리터 등의 적합한 시계 광소자(viewing optics, 도면상 나타나지 않음)의 삽입을 가능하게 해주는 동작 간격을 제공하도록 구성된다.

본 발명의 하나의 실시예에 따라 구성되는 이미지 획득 조립체(23)의 간략화된 측면도시인 도 14에 대한 참조가 이뤄진다. 이미지 획득 조립체(23)는 광학 축(132)을 따르는 표적 구역(26)의 이미지를 획득하는 카메라(131)를 포함한다. 도 14에서 나타난 실시예에서, 축(132)은 표적 구역(26)에 수직인 것이 일반적이나, 필수인 것은 아니다. 카메라(131)로부터의 이미지는 적합한 프로세싱 및 결합 검출(예를 들어, 전기 회로에서의 결합의 검출)을 위해 이미지 프로세서(133)로 제공된다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 도 14에서 나타난 바와 같이, 카메라(131)의 시계 경로(viewing path)가 하나 이상의 거울(135), 또는 그 밖의 다른 적합한 주변 시력 광소자(periscopic optics)를 이용하여 접힌다.

다수의 조명 유닛(24)과 하나 이상의 축-상(on-axis) 조명 유닛(124)이 카메라(131)에 의해 관찰되는 표적 영역(26)을 조명한다. 조명 유닛(24)은 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 도 2 내지 7을 참조하여 설명된 집광기(36)를 사용한다. 축-상 조명 유닛(124)은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 집광기(137)를 포함하며, 상기 집광기는 집광기(36)의 기능적인 특징과 구조적인 특징의 일부를 공유한다.

도 14에서 나타난 바와 같이, 집광기(36)는 표적 구역(26)을 조명하도록 측부-대-측부로 정렬되어 있다. 집광기(36) 중 2개 사이에 갭(gap, 144)이 제공되어, 축(132)을 따라 조명이 가능해질 뿐 아니라, 카메라(131)에 의한 표적 영역(26) 관찰도 가능해진다. 일반적으로 갭(144)을 채우는 조명은 축-상 조명 유닛(124)에 의해 제공되며, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 집광기(137)를 사용한다. 집광기(137)로부터의 조명은 빔 스플리터(150), 적합하게는 도 14에서 나타나는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 광선 전달 물질의 부분적인 반사성 슬래브를 통과하며, 상기 반사성 슬래브는 덧붙이자면 카메라(131)의 시계 경로를 접는 주변 광소자의 부분이다.

따라서 도 14에서 나타난 바와 같이, 조명 유닛(124)이 갭(144)을 약간 초과하여 채우는 각도 내에서 광 축(132)에 가까운 조명을 제공한다. 광 축(132)으로부터 이격된 각도에 대하여, 표적 구역(26)이 하나 이상의 조명 유닛(24)에 의해 제공되는 조명에 의해 조명되며, 이때 조명 유닛(24)은 서로 다른 이미징 적용예의 요구조건을 충족하기 위해 필요한 바대로, 표적 구역(26)을 조명하는 탈-광축(off-optical-axis) 조명의 영역을 통제하도록 선택적으로 작동될 수 있다.

따라서 본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 주어진 이미징 적용예에 대하여 요구되는 바대로, 하나 이상의 조명 유닛(24, 124)에 의해, 조명의 서로 다른 조합 이 제공된다. 예를 들어, 조명 조합은 다음을 포함한다(그러나 이에 제한받지 않음).

- 축-상(on-axis) 조명 및 탈-축(off-axis) 조명을 모두 포함하는 조명을 제공하기 위한, 조명 유닛(124)과, 조명 유닛(24) 중 전체의 동시 동작

- 축-상 조명 및 탈-축 조명을 모두 포함하는 조명을 제공하기 위한, 조명 유닛(124)과, 조명 유닛(24) 중 일부의 동시 동작 (동작되는 조명 유닛(24)의 개수는 축-상 조명에 추가로 탈-축 조명의 각도 영역을 통제하도록 선택될 수 있다)

- 조명 유닛(24) 중 어떠한 것도 동작하지 않는, 조명 유닛(124) 만의 동작 (이에 따라서 광학 축(132)에 비교적 가까운 조명을 이용하여 표적 구역(26)을 조명하는 것이 이뤄진다.)

- 조명 유닛(124)은 동작하지 않는, 하나 이상의 조명 유닛(24)의 동작(이에 따라서, 광학 축(132)에 가까운 조명을 이용하여 표적 구역(26)을 조명하지 않고, 광학 축(132)으로부터 이격된 조명을 이용하여 표적 구역(26)을 조명하는 것이 이뤄진다.)

본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 집광기(137)를 포함하는 조명 유닛(124)에 의해 축-상 조명이 제공된다. 조명 유닛(124)이 축-상 조명을 제공하는 것처럼 보일지라도, 선형 표적 구역을 따르는 집광을 필요로 하는 임의의 적용예에 적합할 수 있다. 확장된 소스를 포함하는 광원(134), 가령 LED 등의 소형의 확장된 소스에 의해 광선이 제공된다. 광선이 곡선 형태의 입구 표면(146)을 통해 집광기(137)로 들어가며, 예컨대 내부 전반사에 의해 비구면 반사성 측면 표면(142)에서 반사되어(반사율을 증가시키기 위해, 측면 표면(142)에 적합한 반사성 코팅이 제공될 수 있음), 마지막으로 출구 표면(152)을 통해 빠져나간다.

광원(134)으로부터의 광선이 표면(146)을 통해 상기 표면에 수직인 각도로 들어가고, 측면 표면(142)에 의해 반사되며, 마지막으로는 출구 표면(152)을 통해, 상기 표면에 수직인 각도로 집광기(137)를 빠져나오도록, 광원(134) 및 입구 표면은 구성된다. 광원(134)은 소형의 확장된 소스이지, 완전한 점 소스가 아니기 때문에, 이로부터 방출되는 모든 광선이 각각의 표면에 정확히 수직인 각도로 표면(146, 152) 상에 충돌하는 것은 아니며, 수직 각도로부터의 작은 이탈이 예견될 수 있다.

2 - 8을 참조하여 본원에서 설명되는 광학적 설계가 중앙 평면에 대한 대칭에 의해 특징 지워지더라도, 본 발명의 원리는 비-대칭 광학 집광기, 가령 도 14를 참조하여 설명된 집광기를 생성하는 경우에 적용될 수 있으며, 본원의 설계 컨셉을 공유하는 그 밖의 다른 비-대칭 설계가 사용될 수 있다.

[첨부 - 예시적 설계 매개변수]

아래 표 A1은 도 3에서 나타난 바와 같이, 반사성 측면 표면(42, 44)의 좌표 프로파일(㎜)을 나타내고 있다. 좌표의 영점은 도면 상의 광원(34)의 위치이다.

표 A1 - 비구면 반사성 측면 표면의 프로파일

도 1a는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 평면 기판의 자동화된 광학 검사를 위한 시스템의 매우 단순화된 도시이다.

도 1b는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 평면 기판의 자동화된 광학 검사를 위한 시스템의 매우 단순화된 도시이다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 선형 조명 유닛의 개략적인 도시이다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 빛의 자취를 보여주는, 집광기의 개략적인 도시이다.

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 수직 접선 방향에 대한 시상 평면에서의 빛의 자취를 보여주는 도 3의 집광기의 아이소메트릭 도시이다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 여러 다른 접선 방향에 대한 시상 평면에서의 빛의 자취를 보여주는 도 3의 집광기의 아이소메트릭 도시이다.

도 6a ~ 6c는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 서로 다르게 선택된 접선 각에 대한 조명 광선에 대한 도사를 보여주는, 집광기의 측면도이다.

도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 몇개의 소형의 확장된 발광기에 대한 겹치는 조명 구역을 보여주는 집광기의 측면도이다.

도 8 및 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 시상 평면에서의 빛의 자취를 포함하는, 집광기의 개략적이고 단편적인 도시이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라는, 집광기의 개략적이고 단편적인 도시이다.

도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 집광 조립체의 개략적인 도시이다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 집광 조립체의 개략적이고 단편적인 도시이다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 집광 조립체의 개략적이고 단편적인 도시이다.

도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 이미지 획득 조립체의 간단화된 측면도이다.

Claims

광원(34)으로부터의 광선을 선형 표적 구역(26)으로 집중시키기 위한 측면 영역과 중앙 영역을 갖는 단일(unitary)의, 광학적 전달 물질의 비-원통-대칭형(non-circularly-symmetrical)의 피스로서,

상기 측면 영역의 측면 표면(42, 44)과 중앙 영역의 중앙 출구 표면(56)은 곡선 형태이며, 광선의 제1 부분이 상기 측면 영역의 측면 표면(42, 44)으로부터의 반사에 의해 선형 표적 구역으로 집중되며,

광선의 제2 부분은 중앙 출구 표면(56)에서 굴절에 의해 시상면에서 포커싱되고, 그리고 측면 표면(42, 44)으로부터 반사된 광선은 측면 출구 표면(50, 52)에서 굴절되지 않음을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 광선은 내부 전반사에 의해 측면 표면(42, 44)으로부터 반사되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면은 모두 곡선 형태를 가지며, 상기 제 1 표면은 비구면 만곡부 단면(profile)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 광학적 전달 물질의 피스는 광원 및 표적 구역을 통과하는 대칭 평면을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 4 항에 있어서, 상기 광선의 제 2 부분은 광원으로부터 대칭 평면에 대한 낮은(low range) 시상 각(sagittal angle)으로 방출되는 제 2 광선을 포함하고, 상기 광선의 제 1 부분은 광원으로부터 대칭 평면에 대하여 높은(low range) 시상 각(sagittal angle)으로 방출되는 제 1 광선을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 5 항에 있어서, 상기 높은 시상 각은 낮은 시상 각에 인접하여 있으며, 시상 각의 낮은 범위 및 높은 범위가 함께 광학 소자의 시상 평면에서 130°를 포함함을 특징으로 하는 광학 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 시상 각의 낮은 범위 및 높은 범위가 함께 광학 소자의 시상 평면에서 180°를 포함함을 특징으로 하는 광학 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 시상 각의 낮은 범위 및 높은 범위가 함께 광학 소자의 시상 평면에서 270°를 포함함을 특징으로 하는 광학 소자.
제 6 항에 있어서, 상기 시상 각의 낮은 범위 및 높은 범위가 함께 광학 소자의 시상 평면에서 360°를 포함함을 특징으로 하는 광학 소자.
제5항에 있어서, 광원이 선형(linear)이고, 시상 각 낮은 범위 내로 상기 광원을 따라 각 포인트(point)에 의해 방출된 제2 광선이 대칭 면 내의 곡선 조명 구역으로 포커싱됨을 특징으로 하는 광학 소자.
제10항에 있어서, 시상 각 높은 범위 내로 방출된 제1 광선이 대칭면 내의 선형 조명 구역으로 집중되며, 그리고 제2 광선에 의해 형성된 곡선 조명 구역이 제1 광선에 의해 형성된 선형 조명 구역과 겹쳐짐을 특징으로 하는 광학 소자.
제5항에 있어서, 상기 광원이 선형이며, 시상 각의 높은 범위 내로 방출된 제1 광선이 대칭 면 내의 선형 조명 구역 내로 집중됨을 특징으로 하는 광학 소자.
제4항에 있어서, 광학 소자의 모든 외부 표면이 대칭 면 대향 방향으로 기울기 각(draft angles)으로 기울어짐을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서, 상기 측면 표면(42, 44)은 측면 사이드 표면이며, 광학적-전달 물질의 피이스가 측면 입구 표면을 더욱 가져서 이를 통하여 광선의 제1 부분이 상기 피이스로 들어가고, 그리고 측면 입구 표면을 연결시키는 중앙 입구 표면을 가져서 이를 통하여 광선의 제2 부분이 상기 피이스로 들어감을 특징으로 하는 광학 소자.
제14항에 있어서, 상기 광학적 전달 물질의 피이스가 측면 출구 표면을 가지며, 이를 통하여 광선의 제1 부분이 피이스에서 나오고, 그리고 측면 입구 표면과 측면 출구 표면 접선방향 곡률을 최소로 하도록 함을 특징으로 하는 광학 소자.
제14항에 있어서, 중앙 영역의 중앙 입구 표면 그리고 출구 표면이 곡선 형태의 표면임을 특징으로 하는 광학 소자.
제14항에 있어서, 상기 측면 입구 표면 및 중앙 입구 표면은 함께, 광원을 수용하는 캐버티(cavity)를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서, 상기 광학적 전달 물질의 단일 피스는, 측면 표면 및 중앙 영역의 출구 표면에 수직으로 배치되어 있는 한 쌍의 평면 단부 표면을 더 포함하며, 상기 평면 단부 표면은 상기 광원으로부터 광선을 상기 선형 표적 구역으로 반사시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서, 상기 표적 구역으로 입사하는 광선의 주변 광선은 측면 영역의 출구 표면 가장 바깥쪽으로부터 입사됨을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서, 광선의 제1 부분이 측면 입구 표면을 통하여 상기 광학 소자로 들어가며, 광선의 제1 부분이 상기 측면 입구 표면에서 굴절되지 않음을 특징으로 하는 광학 소자.
광원으로부터 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기 위한 측면 표면(42, 44)과 중앙 출구 표면(56)을 갖는 광학 전달 물질의 피스를 포함하는 광학 소자로서, 광선의 제 1 부분이 내부 전반사에 의해 측면 표면으로부터 표적 구역으로 집중되며, 광선의 제 2 부분은 중앙 출구표면에서의 굴절에 의해 선형 표적 구역으로 포커싱되고,

상기 광학적 전달 물질의 피스는 중앙 입구 표면(54)을 가지며, 상기 중앙 입구 표면을 통해, 광선의 제 2 부분이 상기 중앙 출구 표면에서 굴절되기에 앞서 상기 피스로 들어가며, 입구 표면이 시상면에서 접선에 수직인 각도로 광원에 의해 방출된 광선을 수용하도록 구성되며, 광선의 제 1 부분이 상기 측면 표면으로부터 반사된 후에 출구 표면의 접선에 수직인 각도로 출구 표면으로 입사됨을 특징으로 하는 광학 소자.
제1 및 제2 광원으로부터의 광선을 집중시키기 위한 집광 조립체로서, 상기 집광 조립체가 제 1 광학 소자 및 제 2 광학 소자를 포함하며,

시상면의 제1 범위에서, 제1 광원으로부터의 광선을 선형 표적 구역(26)으로 집중시키기 위한 측면 표면(42, 44)과 중앙 출구 표면(56)을 갖는 단일(unitary)의, 광학적 전달 물질로 이루어진, 비-원통-대칭형(non-circularly-symmetrical) 피스로서,

제1 광원 광선의 제1 부분이 상기 측면 표면(42, 44)으로부터의 내부 반사에 의해 포커싱되며,

제1 광원 광선의 제2 부분은 중앙 출구 표면(56)에서 굴절에 의해 시상면에서 집중되고, 상기 제1 광원 광선의 제1 부분이 제1 광학 소자 측면 출구 표면(50, 52)에서 굴절되지 않도록 하는 제1 광학 소자; 그리고

시상면의 제2 범위에서, 제2 광원으로부터의 광선을 선형 표적 구역(26)으로 집중시키기 위한 측면 표면(42, 44)과 중앙 출구 표면(56)을 갖는 단일(unitary)의, 광학적 전달 물질로 이루어진, 비-원통-대칭형(non-circularly-symmetrical) 피스로서,

제2 광원 광선의 제1 부분이 상기 측면 표면(42, 44)으로부터의 내부 반사에 의해 포커싱되며,

제2 광원 광선의 제2 부분은 중앙 출구 표면(56)에서 굴절에 의해 시상면에서 포커싱되고, 상기 제2 광원 광선의 제1 부분이 제2 광학 소자 출구 표면에서 굴절되지 않도록 하는 제2 광학 소자를 포함하는 집광 조립체.
조명 유닛에 있어서, 상기 조명 유닛은

광원, 그리고

단일의, 광학적 전달 물질로 만들어진 비-원형-대칭형의 피스를 포함하는 광학 소자로서, 광원으로부터 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기 위한 측면 표면(42, 44)과 중앙 출구 표면(56)을 가지며, 상기 측면 표면과 중앙 출구 표면이 곡선 형태이고, 그리고 광선의 제 1 부분이 상기 측면 표면으로부터의 내부 반사에 의해 표적 구역으로 포커싱되도록 하며 광선의 제 2 부분이 중앙 출구 표면에서의 굴절에 의해 표적 구역으로 시상면에서 포커싱되도록 하고, 광선의 제1 부분은 상기 광학 소자의 측면 출구 표면(50, 52)에서 굴절되지 않는 광학소자를 포함하는 조명 유닛.
제 23 항에 있어서, 상기 광원은 선형 표적 구역에 평행하는 세로방향 축을 갖는 발광 다이오드의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
다수의 광원, 그리고

단일의, 광학적 전달 물질로 만들어진 비-원형-대칭형의 피스를 포함하는 광학 소자로서, 다수의 광원으로부터 광선을 대상의 선형 표적 구역으로 집중시키기 위한 측면 표면(42, 44)과 중앙 출구 표면(56)을 가지며, 상기 측면 표면 중 하나 이상의 표면과 중앙 출구 표면이 곡선 형태이고, 그리고 광선의 제 1 부분이 상기 측면 표면으로부터의 내부 반사에 의해 포커싱되도록하며 광선의 제 2 부분이 중앙 출구 표면에서의 굴절에 의해 표적 구역으로 포커싱되도록 하고, 광선의 제1 부분은 상기 광학 소자의 측면 출구 표면(50, 52)에서 굴절되지 않는 광학소자를 포함하는 조명 유닛;

표적 구역으로부터 반사된 광선을 수신하고 상기 수신된 광선에 반응하여 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 선형 검출기 어레이; 그리고

상기 선형 검출기 어레이에 연결되어 대상을 평가하기 위해 출력신호를 처리하도록 하는 프로세서를 포함하는 대상을 광학적으로 검사하는 시스템. .
제25항에 있어서, 대상에 대한 선형 표적 구역을 스캔하도록 연결되는 이동 어셈블리를 포함함을 특징으로 하는 대상을 광학적으로 검사하는 시스템.
광학 소자를 생산하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

광원으로부터 광선을 선형 표적 구역으로 집중시키기 위해, 측면 표면(42, 44) 그리고 중앙 출구 표면(56)을 구성하는, 단일의, 광학적 전달 물질로 만들어진 비-원형-대칭형 피스를 성형(molding)하는 단계로서,

하나 이상의 상기 측면 표면 및 중앙 출구 표면이 곡선 형태 이도록 하고, 상기 광선의 제 1 부분이 상기 측면 표면으로부터의 내부 반사에 의해 시상면에서 포커싱되고 광학 소자의 상기 출구 표면에서는 굴절되지 않도록 하며,

상기 광선의 제 2 부분이 상기 중앙 출구 표면(56)에서 굴절에 의해 시상면에서 포커싱되도록 성형하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 광학 소자를 생산하기 위한 방법.
조명 조립체에 있어서, 상기 조명 조립체는

다수의 광원, 그리고

광학적 전달 물질로 만들어진 비-원형-대칭형의 피스를 포함하며;

상기 비-원형-대칭형의 피스가

상기 다수의 광원으로부터 광선을 수신하기 위한 곡선 입구 표면(146)으로서, 상기 다수의 광원과 상기 곡선 입구 표면이 상기 다수의 광원으로부터의 광선이 상기 곡선 입구 표면 접선에 수직인 방향으로, 상기 곡선 입구 표면에 충돌하도록 구성 및 배열되는 상기 곡선 입구 표면(146),

상기 광원으로부터 상기 곡선 입구 표면을 통해 수신된 광선을 선형 표적 구역으로 반사시키기 위한 측면 표면(142), 그리고

상기 측면 표면(142)으로부터 수신된 광선을 수신하는 곡선 출구 표면(152)으로서, 상기 측면 표면(142)으로부터 반사된 광선이 상기 곡선 출구 표면(152) 접선에 수직인 방향으로 곡선 출구 표면에 충돌하도록 상기 곡선 출구 표면(152)이 상기 측면 표면(142)에 대하여 배열 및 구성되는 곡선 출구 표면(152)을 가지며,

상기 측면 표면에 의해 반사된 광선이 상기 표적 구역으로 집중되는 것임을 특징으로 하는 조명 조립체.
광원으로부터 광선을 표적 구역으로 향하게 하기 위해, 대칭 면에 대하여 대칭이고, 광학적 전달 물질로 이루어진, 단일(unitary) 피스를 포함하며,

상기 피스가 대칭으로 배치된 측면 영역과 중앙 영역을 가지며,

각각의 측면 영역이 측면 표면을 갖고, 광원으로부터의 광선이 측면 표면들로부터의 반사에 의해 집중되며, 측면 표면으로부터 반사된 광선을 출구 표면에서 굴절 없이 표적 영역을 향하도록 하는 출구 표면을 갖고,

상기 중앙 영역은 대칭 면에 의해 이등분되며 상기 측면 영역 사이에 배치되고, 광선이 광원으로부터 입사되는 광선 입사 측면 표면과 광선 출구 표면을 가지며, 상기 광선 출구 표면은 표적 구역을 향하는 광선 입사 표면으로부터의 광선을 시상면에서 집중시키고, 상기 표적 구역은 상기 대칭면을 따라 형성되는 것임을 특징으로 하는 광학 소자.
광원으로부터 광선을 표적 구역으로 향하게 하기 위해, 대칭 면에 대하여 대칭이고, 측면 영역과 중앙 영역을 갖는 단일(unitary)의, 광학적 전달 물질로 이루어진 피스를 포함하며,

상기 광원으로부터의 광선이 하나 이상의 입구 측면 표면을 통해 광학 소자로 들어가고, 상기 광원으로부터의 광선이 하나 이상의 출구 측면 표면에서 굴절되지 않으며,

상기 광원으로부터의 광선의 제1 부분이 측면 영역의 측면 표면으로부터 반사에 의해 포커싱되며 측면 출구 표면을 통하여 나가게 되고,

상기 광원으로부터의 광선의 제1 부분은 측면 출구 표면에서 굴절되지 않으며,

상기 광원으로부터의 광선의 제2 부분은 중앙 영역의 중앙 출구 표면에서 굴절에 의해 포커싱되고,

측면 영역의 측면 출구 표면과 중앙 영역의 중앙 출구 표면으로부터 방출되는 광선이 시상면에서 연속적인 각을 갖도록 형성되어서, 표적 구역에 입사되는 주변 광선이 측면 출구 표면 최 외곽 가장자리로부터 입사되도록 하며, 그리고

광학 소자의 모든 외부 표면이 대칭 면 대향 방향으로 기울기 각으로 기울어짐을 특징으로 하는 광학 소자.