TW201430399A - 用於線掃描之多角度照明的光學組件及使用其之光源系統 - Google Patents

用於線掃描之多角度照明的光學組件及使用其之光源系統 Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

本案係揭露一種用於線掃描之多角度照明的光學組件及使用其之光源系統，本案之光學組件包含：第一/第二透光元件及光成形擴散膜層(Light Shaping Diffuser,LSD)；該第一及第二透光元件係僅於一表面上形成有光線自該表面入射係被予以匯聚之立體圖案，且係以其立體圖案面互相面對的方式來配置；該光成形擴散膜層則是位於以下三種之其一的位置：該第一透光元件與該第二透光元件之間且接觸於該第一透光元件及該第二透光元件、該第一或第二透光元件未具有該立體圖案之面上。藉此，本案之光學組件不但可達到多角度照明的目的，更可降低光學組件所需的元件重量以及占用體積。

Description

用於線掃描之多角度照明的光學組件及使用其之光源系統
本發明係關於一種將光源投射之光線予以擴散的組件，更特別的是關於一種用於線掃描之多角度照明的光學組件及使用其之光源系統。
光源系統在自動光學檢測(AOI)上係扮演著舉足輕重的腳色。舉例來說，在液晶顯示器、半導體積體電路之晶片以及相關電路的製造過程中皆須經過精密的自動光學檢測，然而檢測中之一項重要的因素就是對檢測區之照明的提供。
傳統之照明裝置係單純地將光源，例如：發光二極體，對著檢測區去投射，如此不但無法將精密檢測儀器之有限空間中配置的光源作有效的利用，亦無法對檢測區提供較佳的照明亮度。
本發明之一目的在於可提供多角度之照明。
本發明之另一目的在於降低使光源投射所需之光學元件占用的體積。
本發明之再一目的在於減輕使光源投射所需之光學元件的重量。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種用於線掃描之多角度照明的光學組件，包含：第一透光元件，僅於一表面上形成有光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案；第二透光元件，僅於一表面上形 成有相同於該第一透光元件之光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案，且該第二透光元件具有該立體圖案之面係正對於該第一透光元件具有該立體圖案之面；及一光成形擴散膜層，係使入射之光線在第二維度上擴散，且位於該第一透光元件未具有該立體圖案之面上、該第二透光元件未具有該立體圖案之面上、及該第一透光元件與該第二透光元件之間且接觸於該第一透光元件及該第二透光元件，此三者位置中之其一。
為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種用於投射光線至一目標區的光源系統，包含：複數光源，係朝向該目標區投射光源；及複數光學組件，每一光學組件係分別對應該等光源之其一，該等光學組件係位於該等光源與該目標區之間，其中，該光學組件係包含：第一透光元件，僅於一表面上形成有光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案；第二透光元件，僅於一表面上形成有相同於該第一透光元件之光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案，且該第二透光元件具有該立體圖案之面係正對於該第一透光元件具有該立體圖案之面；及一光成形擴散膜層，係使入射之光線在第二維度上擴散，且位於該第一透光元件未具有該立體圖案之面上、該第二透光元件未具有該立體圖案之面上、及該第一透光元件與該第二透光元件之間且接觸於該第一透光元件及該第二透光元件，此三者位置中之其一。
於本發明之一實施例中，該立體圖案係為自透光元件表面突起之複數凸出部，該等凸出部之形狀係選自半球體或正方棱錐。
於本發明之一實施例中，該第一透光元件及該第二透光元件係為菲涅爾透鏡，該立體圖案係為使該第一透光元件及該第二透光元件形成菲涅爾透鏡之圖案。
藉此，二透光元件之具有立體圖案之面互相面對的對向配置方式將使得透光元件之重量與體積大幅降低，以及，在與光成形擴散膜層的相互搭配下，更使得光源在經過光學組件的作用而成為線光源後可於此維度上提供更大角度的照明，進而令照明光源對目標區提供高亮度的照明光。
100‧‧‧光學組件
110‧‧‧第一透光元件
112‧‧‧第二透光元件
115a‧‧‧第一透光元件具有之立體圖案
115b‧‧‧第二透光元件具有之立體圖案
120‧‧‧光成形擴散膜層
200‧‧‧光源
300‧‧‧目標區
H‧‧‧區域
L‧‧‧光的線段
X‧‧‧軸方向
Y‧‧‧軸方向
第1圖為本發明一實施例中光學組件的示意圖。
第2圖為本發明另一實施例中光學組件的示意圖。
第3A圖為本發明再一實施例中光學組件之第一態樣的示意圖。
第3B圖為本發明再一實施例中光學組件之第二態樣的示意圖。
第3C圖為本發明再一實施例中光學組件之第三態樣的示意圖。
第4圖為光線僅經過菲涅爾透鏡組後之光路徑的等角視圖。
第5圖為本發明實施例中之光線經過光學組件後之光路徑的側視圖。
第6圖為本發明一實施例中使用光學組件之光源系統的光路徑俯視圖。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：首先請參閱第1圖，係本發明一實施例中光學組件的示意圖。本發明揭露之光學組件100包含：第一透光元件110、第二透光元件112及光成形擴散膜層(Light Shaping Diffuser,LSD)120。
第一透光元件110係僅有一表面上具有一立體圖案115a。該立體圖案115a之作用係為當光線自具有該立體圖案115a之表面入射時，光線係被 予以僅在單一維度上(例如第一維度)匯聚。其係可藉由對第一透光元件110之一表面形成突起部而被粗糙化來產生該立體圖案115a。立體圖案115a突起之形狀可藉由不同之造型來達成前述之「光線係被予以僅在第一維度上(如X軸上)匯聚」的功能，其係為熟悉該項技術者於了解此需求後可輕易完成者，舉例來說，半球體或正方棱錐皆可適用之，然而本發明並不以此為限。其中，第1圖係以半球體為例，第2圖係以正方棱錐為例，其皆可在單一維度上對所入射的光線進行匯聚。關於單一維度上的匯聚於後續將參考第5圖而有更詳細的說明。
第二透光元件112係相同於第一透光元件110，在本發明中，其係採用特殊的配置方式而令該第一透光元件110及該第二透光元件112係恰為相反，亦即，該第二透光元件112具有該立體圖案115b之面係正對於該第一透光元件具有該立體圖案115a之面，可參考第1及2圖來視得。
光成形擴散膜層120係用於使入射之光線在第二維度(如Y軸上)產生接近單一維度上的擴散現象，其餘維度上之擴散程度係不會影響使光在第一維度上成形為一線段，亦即，光線係主要在第二維度上被擴散而縱使該光成形擴散膜層120於第一維度上具有擴散現象也不會影響到本案所欲達成之第一維度上的匯聚，進而可使來自光源的光線係不會於第一維度上(如：X軸方向上)產生影響到光成形為一線段的擴散現象。
光成形擴散膜層120例如可採用美國Luminit，LLC公司所生產之LSD系列的光成形擴散膜層。光成形擴散膜層120較佳係使用不到1mm的厚度。光成形擴散膜層120之擴散角(於本案中之定義為Y軸向方向上之擴散角)可採用60度或80度等的擴散角。舉例來說，當採用60度*1度之LSD係代表於Y軸向方向上之擴散角為60度，而於X軸向方向上之擴散角僅為1度，在 光學檢測裝置之狹小空間中，該1度的擴散角係不會使光成形為一線段的程度受到影響。關於僅在第二維度上的擴散係於後續將參考第6圖而有更詳細的說明。光成形擴散膜層120係可位於下列三種位置的其中一種：1、該第一透光元件110未具有該立體圖案115a之面上；2、該第二透光元件112未具有該立體圖案115b之面上；3、該第一透光元件110與該第二透光元件112之間且接觸於該第一透光元件110及該第二透光元件112。
較佳地，光學組件100係僅由該第一透光元件110、該第二透光元件112及該光成形擴散膜層120所構成。亦即，當該光成形擴散膜層120未位於該第一透光元件110及該第二透光元件112的中間時，該第一透光元件110及該第二透光元件112係直接接觸在一起(可參考第3A~3C圖)。
接著請參閱第3A~3C圖，其係為本發明再一實施例中光學組件之第一至第三態樣的示意圖。於本實施例中，該第一透光元件110及該第二透光元件112之一表面形成突起部而被粗糙化來產生的該立體圖案115a、115b係為形成菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)之圖案，亦即，該第一透光元件110及該第二透光元件112係為菲涅爾透鏡，例如：藉由二線性菲涅爾透鏡組成的透鏡組，於線掃描的一些應用中較佳係採用焦距為0.25~6英吋的菲涅爾透鏡。第3A圖係光成形擴散膜層120位於該第一透光元件110未具有該立體圖案115a之面上的示意圖；第3B圖係光成形擴散膜層120位於該第二透光元件112未具有該立體圖案115b之面上的示意圖；第3C圖係光成形擴散膜層120位於該第一透光元件110與該第二透光元件112之間且接觸於該第一透光元件110及該第二透光元件112的示意圖。
本發明之光學組件藉由僅於第一維度上匯聚的二個特殊透光元 件的對向安排，以及於第二維度上擴散之光成形擴散膜層的配置，係可使通過光學組件之光線匯聚成一條較長的亮線，可供光學檢測裝置上之掃描光的使用。
接著請參閱第4圖，係光線僅經過菲涅爾透鏡組後之光路徑的等角視圖。如圖所示，光源200發散出的光線經過菲涅爾透鏡組(即二互相對向配置的菲涅爾透鏡)後，在第一維度(X軸)的方向上會產生匯聚的現象，而在第二維度(Y軸)的方向上則為幾乎達到直進無擴散的現象，進而所匯聚成之光的線段L就會較為短小。
接著請參閱第5圖，係本發明實施例中之光線經過光學組件後之光路徑的側視圖。如圖所示，光源200發散出的光線經過本發明之光學組件100後，一樣在第一維度(X軸)的方向上會產生匯聚的現象。
接著請參閱第6圖，係本發明一實施例中使用光學組件之光源系統的光路徑俯視圖。光源系統係用於投射光線至目標區300所在的範圍。光源系統中係採用複數光源200(第6圖係以3個LED光源作為示例)，每一光源200發散出的光線經過本發明之光學組件100後，除了前述第5圖中所示之在第一維度(X軸)的方向上匯聚外，在第二維度(Y軸)的方向上可進一步產生擴散的現象，藉由每一光源300對應之光學組件100所組成之一整片的光擴散裝置(係由複數個光學組件所組成)來使目標區300之中間部位的受照明強度有效增加，其乃因每一光源之光線經光學組件100後在第二維度上大幅增加了照明角度，而可對相鄰光源在目標區300上投射的照明區貢獻更多的照明角度，例如第6圖中所示的H區域。
綜上所述，本發明藉著二透光元件之具有立體圖案之面互相面對的對向配置方式來使第一維度上的光線被匯聚，並藉由與光成形擴散膜層的相 互搭配下，更使得第二維度上的光線之照射角度被擴大，進而對目標區提供較多角度的照明光，此外，採用二透光元件相對向的設置更使得透光元件之重量與體積大幅降低，減少在光學檢測裝置之有限空間中占用的體積。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光學組件
110‧‧‧第一透光元件
112‧‧‧第二透光元件
115a‧‧‧第一透光元件具有之立體圖案
115b‧‧‧第二透光元件具有之立體圖案
120‧‧‧光成形擴散膜層

Claims (8)

  1. 一種用於線掃描之多角度照明的光學組件，包含：第一透光元件，僅於一表面上形成有光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案；第二透光元件，僅於一表面上形成有相同於該第一透光元件之光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案，且該第二透光元件具有該立體圖案之面係正對於該第一透光元件具有該立體圖案之面；及一光成形擴散膜層，係使入射之光線在第二維度上擴散，且位於該第一透光元件未具有該立體圖案之面上、該第二透光元件未具有該立體圖案之面上、及該第一透光元件與該第二透光元件之間且接觸於該第一透光元件及該第二透光元件，此三者位置中之其一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該立體圖案係為自透光元件表面突起之複數凸出部，該等凸出部之形狀係選自半球體或正方棱錐。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該第一透光元件及該第二透光元件係為菲涅爾透鏡，該立體圖案係為使該第一透光元件及該第二透光元件形成菲涅爾透鏡之圖案。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學組件，其係僅由該第一透光元件、該第二透光元件及該光成形擴散膜層所構成，其中，當該光成形擴散膜層未位於該第一透光元件及該第二透光元件的中間時，該第一透光元件及該第二透光元件係直接接觸。
  5. 一種光源系統，用於投射光線至一目標區，包含：複數光源，係朝向該目標區投射光源；及 複數光學組件，每一光學組件係分別對應該等光源之其一，該等光學組件係位於該等光源與該目標區之間，該光學組件包含：第一透光元件，僅於一表面上形成有光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案；第二透光元件，僅於一表面上形成有相同於該第一透光元件之光線自該表面入射係被予以僅在第一維度上匯聚之立體圖案，且該第二透光元件具有該立體圖案之面係正對於該第一透光元件具有該立體圖案之面；及一光成形擴散膜層，係將入射之光線予以在第二維度上擴散，且位於該第一透光元件未具有該立體圖案之面上、該第二透光元件未具有該立體圖案之面上、及該第一透光元件與該第二透光元件之間且接觸於該第一透光元件及該第二透光元件，此三種位置中之其一。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光源系統，其中，每一光學組件中之該立體圖案係為自透光元件表面突起之複數凸出部，該等凸出部之形狀係選自半球體或正方棱錐。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光源系統，其中，每一光學組件中之該第一透光元件及該第二透光元件係為菲涅爾透鏡，該立體圖案係為使該第一透光元件及該第二透光元件形成菲涅爾透鏡之圖案。
  8. 如申請專利範圍第5至7項中任一項所述之光源系統，其中該光學組件係僅由該第一透光元件、該第二透光元件及該光成形擴散膜層所構成，其中，當該光成形擴散膜層未位於該第一透光元件及該第二透光元件的中間時，該第一透光元件及該第二透光元件係直接接觸。
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