TW201721169A

TW201721169A - 光學對位裝置及其對位方法

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Publication number: TW201721169A
Application number: TW104141306A
Authority: TW
Inventors: Liang-De Wang
Original assignee: Neo-Optic Tek Co Ltd
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-16
Also published as: TWI606248B

Abstract

一種光學對位裝置及其對位方法，提供利於操作、改善人員視覺誤差而影響晶片正確位置等作用。包括光檢測模組和第一光學元件的組合；光檢測模組具有感應器和連接感應器的顯示器，使感應器中心和第一光學元件中心對應設置在同一參考軸上。以及，提供一光學模組，具有可選擇性輸出光線的晶片和設置在光線輸出路徑上的第二光學元件。該第一光學元件將晶片輸出的光線聚焦、導向於光檢測模組之感應器；依據光線聚焦於感應器的位置，使顯示器顯示不同數值，提供指引人員調整獲得晶片正確位置或理想位置之作業。

Description

光學對位裝置及其對位方法

本發明係有關於一種光學對位裝置及其對位方法；特別是指一種光檢測模組接收光學模組輸出的光線，配合顯示器顯示出不同數值，以輔助人員操作調整光學模組，而獲得理想位置之技術。

應用光學透鏡（例如Fresnel lens）組合具有光電轉換功能的太陽電池模組或晶片，來收集入射光之集光模組，係已為習知技藝。習知的集光模組包括光學透鏡或一次光學元件（或稱聚光器或SILICONE ON GLASS，簡稱SOG）、光學蓋板、和底板等部分的組合型態。例如，US 7473000 B2「SHIELD FOR SOLAR RADIATION COLLECTOR」、及US 2009/0320923「PHOTOVOLTAIC CONCENTRATING APPARATUS」專利案等，係提供了典型的實施例。或應用發光晶片、發光二極體（Light Emitting Diode，或稱LED）形成光源或照明裝置，也已被廣泛使用在許多場合或環境。例如，US 2007/0284563 A1「LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING RGB LIGHT EMITTING DIODES AND PHOSPHOR 」，係提供了一個可行的實施例。

舊法也揭示了將多個集光晶片固定在一玻璃基板上，形成陣列太陽能接收器，組合鋁製底板，配合框架設置在鋁製底板和光學蓋板（或SOG）之間，將上述組件固定組合，來獲得大量收集入射光的集光系統的型態。例如，US 2009/0126794 A1「Photovoltaic Concentrator Module With Multifunction Frame」、US 2009/0199890「Solar Cell Receiver For Concentrated Photovoltaic System For III-V Semiconductor Solar Cell」、及US 2009/0223555「High Efficiency Concentrating Photovoltaic Module Method And Apparatus」專利案等，係提供了可行的實施例。

就像那些熟習此技藝的人所知悉，上述使用鋁製底板、框架等組合型態的集光系統，都具有加工的累積誤差；所述的累積誤差通常會大於光學的容忍誤差，而大大的影響或降低了集光系統的轉換效能和發電效率的穩定性。

為了降低上述的組裝誤差，習知技藝是經由人員反覆操作調整玻璃基板在鋁製底板、框架內的位置，使晶片位在正確位置或設定位置，而盡可能的對準光學透鏡（或稱一次光學元件），期望達到精確的組裝平行度。

一個有關這類反覆操作調整作業的課題是，習知技藝也應用二次光學或LED輸出光線，通過光學透鏡，檢視光線是否聚焦於晶片的中心區域，避免光線的入射或光路落在晶片（或電池模組）的非中心區域，降低集光效能的情形。

不過就像那些熟習此技藝的人所知悉，當人員從發光系統或集光系統外部觀察光線入射到晶片的位置時，發光系統或集光系統的組裝高度會造成人員觀測位在底部位置的晶片時，產生視覺誤差。所述的高度視覺誤差會影響人員判斷晶片位置的正確度，而這情形並不是我們所期望的。

代表性的來說，這些參考資料顯示了有關光源、光學組件或發光/集光系統在組裝配合和應用方面的技藝；它們也反映出這些光學組件或集光系統在某些組裝應用的情形中，所存在的一些問題，例如發光/集光模組或系統的加工和組裝誤差、人員觀測的高度視覺誤差，增加了人員反覆操作調整晶片和玻璃基板位置的頻率等情形。因此，考量提供一種可以輔助人員組裝發光/集光系統的晶片對位裝置和對位作業方法，來改善上述習知技藝存在的問題；並且，所述晶片對位裝置和對位作業方法可顯示科學數據或數值，以指引人員獲得晶片的正確位置或計劃位置。而這些課題在上述的參考資料中均未被教示或具體揭露。

爰是，本發明之主要目的即在於提供一種光學對位裝置及其對位方法，提供利於操作、改善人員視覺誤差而影響晶片正確位置等作用。包括光檢測模組和第一光學元件的組合；光檢測模組具有感應器和連接感應器的顯示器，使感應器中心和第一光學元件中心對應設置在同一參考軸上。以及，提供一光學模組，具有可選擇性輸出光線的晶片和設置在光線輸出路徑上的第二光學元件。該第一光學元件將晶片輸出的光線聚焦、導向於光檢測模組之感應器；依據光線聚焦於感應器的位置，使顯示器顯示不同數值，提供指引人員調整獲得晶片正確位置或理想位置之作業。

根據本發明之光學對位裝置，包括多個晶片設置在一玻璃基板上；以及，一框架組合底板和多個光學透鏡（或稱第二光學元件）構成的光學陣列模組。並且，使該晶片和基板被收容在框架裏面，而使每一個晶片對應每一個光學透鏡（或第二光學元件），共同形成一太陽能陣列接收模組。

在所採的實施例中，該光學陣列模組上（對應）設置有多個光檢測模組和第一光學元件。當每一個晶片輸出的光線通過光學陣列模組、第一光學元件後，會聚焦於光檢測模組的感應器；並且，經顯示器顯示個別數值或數值總和，提供指引人員調整獲得光學陣列模組或晶片理想位置之作用，改善人員觀測產生視覺誤差之情形。

根據本發明之光學對位方法，包括：作業（A），提供光檢測模組、第一光學元件組合光學模組；光檢測模組具有感應器和連接感應器的顯示器，使感應器中心和第一光學元件中心對應設置在同一參考軸上。光學模組是一發光模組或太陽能集光模組，具有可選擇性輸出光線的晶片和第二光學元件；第二光學元件和第一光學元件設置在晶片輸出光線的路徑上。作業（B），使發光晶片或光電轉換功能的晶片輸出光線，通過第二光學元件和第一光學元件。該第一光學元件將晶片輸出的光線聚焦、導向光檢測模組之感應器；依據光線聚焦形成光點和光點落在感應器的位置，使顯示器顯示出不同數值。以及，作業（C），人員依據上述數值，操作調整晶片位置，來獲得晶片正確位置或理想位置。

請參閱第1、2及3圖，本發明之光學對位裝置包括光檢測模組和第一光學元件的組合；概分別以參考編號30、10表示之。光檢測模組30可選擇檢測光線照度的光照度計、檢測光線流明值的積分球或其類似儀器。光檢測模組30配合支架45設置在第一光學元件10上方位置，包括一感應器31和連接感應器31的顯示器32。在所採的實施例中，第一光學元件10可選擇凸面光學透鏡或菲涅爾光學透鏡（Fresnel lens），使其凸面或透鏡齒紋11朝向感應器31的方向，並且使感應器31中心和第一光學元件10中心對應設置在同一參考軸X上。

在可行的實施例中，感應器31的高度和位置考量，是設置在光線通過第一光學元件10後聚焦的位置。以及，依據光線聚焦形成的光點落在感應器31的不同位置，顯示器32會顯示不同數據或數值；此部分在下文中還會予以敘述。

圖中也顯示了該光檢測模組30、第一光學元件10可設置或組合在一光學模組100上。光學模組100可選擇具有光電轉換功能的晶片，來構成收集入射光之集光模組或太陽能接收模組，或選擇發光晶片、發光二極體（Light Emitting Diode，或稱LED）形成光源/照明裝置或發光模組。

在所採的實施例中，光學模組100選擇集光模組為說明實施例，包括框架40、底板41組合晶片50 和第二光學元件20。晶片50可黏合或固定在基板55上；使晶片50及/或基板55配置在底板41上，第二光學元件20配合框架40而設置在晶片50的上方的位置。晶片50可選擇性的電性連接，而產生輸出光線的作用；以及，第二光學元件20和第一光學元件10對應設置在晶片50輸出光線的路徑上，使第二光學元件20位在第一光學元件10下方位置。所述基板55選擇玻璃材料製成一平面板片結構的型態。

第1、2及3圖也描繪了第二光學元件20選擇凸面光學透鏡或菲涅爾光學透鏡（Fresnel lens），並且使其凸面或透鏡齒紋21朝向相反於第一次光學元件10的凸面或透鏡齒紋11的方向，或使第二光學元件20的凸面或透鏡齒紋21朝向晶片50的方向。第一光學元件10可設置在距離第二光學元件20一設定高度的位置，或使第一光學元件10直接對應固定在第二光學元件20上。以及，第二光學元件20的透鏡齒紋21的範圍或面積大於第一次光學元件10的透鏡齒紋11的範圍或面積。

請參閱第3圖，為了確定晶片50位在光學模組100（或集光模組）內的理想位置或正確位置，使晶片50電性連接而可輸出光線51。該光線51通過第二光學元件20時，會形成平行光束（或有發散角度的光束）進入第一光學元件10；經第一次光學元件10使光線51聚焦、導向感應器31，並且經顯示器31顯示出數值。實質上，依據光線51聚焦形成的光點落在感應器31的不同位置，顯示器32會顯示不同數據或數值，提供人員觀測判斷晶片50理想的最佳位置或正確位置。

在實務操作中，當光線51聚焦到達感應器31的光點落在感應器31的中心區域時，其數值（例如，456 lux）會高於或大於光點落在感應器31其他區域的數值（例如，310~435 lux）。因此，人員可經由調整晶片50或基板55的位置，配合顯示器32顯示的數值，觀測和判斷光點是否落在感應器31的中心區域，而獲得晶片50的理想位置或正確位置。所述晶片50的理想位置或正確位置，可使晶片50達到收集太陽光的最大效率。

也就是說，光檢測模組30和第一光學元件10配合第二光學元件20、晶片50的結構型態，提供了科學的數據或數值，讓人員調整晶片50位置的機制，可完全解決習知技藝使人員產生高度視覺誤差的情形。

第3圖也顯示了第二光學元件20的中心和晶片50（中心）的位置位在該參考軸X上的情形。

請參考第4圖，基於第二光學元件20的透鏡齒紋21（或凸面）的範圍或面積大於第一次光學元件10的透鏡齒紋11（或凸面）的範圍或面積，因此即使光檢測模組30和第一光學元件10的參考軸X偏離或沒有對齊第二光學元件20和晶片50的位置，第二光學元件20仍可將晶片50輸出的光線51導向第一光學元件10；並且，經第一次光學元件10使光線51聚焦、導向感應器31，配合顯示器31顯示出數值。

上述實施例揭示了光檢測模組30和第一光學元件10組合光學模組100，光學模組100或第二光學元件20的位置和參考軸X沒有對齊時，仍可達到讓人員依據顯示器32顯示的數值，觀測和判斷光點是否落在感應器31的中心區域，來調整晶片50的位置。這有助於光檢測模組30、第一光學元件10和光學模組100的組合變得更容易，而降低人員為了對齊組合光檢測模組30、第一光學元件10和光學模組100的困難度，也相對提高了該光學對位裝置應用的便利性。

請參考第5、6圖，在一個修正的實施例中，多個晶片50分別對應設置在多個基板55上，使多個晶片50、多個基板55共同配置在一副板56上；以及，框架40組合底板41和多個光學透鏡（或稱第二光學元件20）。並且，使該晶片50、基板55和副板56被收容在框架40和底板41裏面，而使每一個晶片50對應每一個光學透鏡（或第二光學元件20），共同形成一太陽能陣列接收模組500。

在所採的實施例中，該太陽能陣列接收模組500的上方位置對應設有多個光檢測模組30和第一光學元件10。例如，使光檢測模組30和第一光學元件10分別設置在太陽能陣列接收模組500的四個角落或三角位置上，或設置在太陽能陣列接收模組500表面水平軸、垂直軸的位置上，或使每一個光檢測模組30和第一光學元件10對應設置在每一個第二光學元件20上方位置的型態。

在可行的實施例中，光檢測模組30的感應器31可連接電腦60。當每一個晶片50輸出的光線通過太陽能陣列接收模組500的第二光學元件20後，第一光學元件10會將光線51聚焦於光檢測模組30的感應器31；並且，經電腦60顯示器顯示個別數值或數值總和，提供指引人員調整基板55或副板56在太陽能陣列接收模組500內的位置，而獲得晶片50理想位置或正確位置之作用，以及達到精確的組裝平行度的效果，改善人員觀測產生視覺誤差等情形。

請參閱第7圖，本發明還包括一光學對位方法；所述光學對位方法包括：作業（A），提供光檢測模組30、第一光學元件10組合光學模組100（或太陽能陣列接收模組500）；光檢測模組30具有感應器31和連接感應器31的顯示器32（或電腦60），並且感應器31中心和第一光學元件10中心對應設置在同一參考軸X上。光學模組100具有可選擇性輸出光線51的晶片50和第二光學元件20；第二光學元件20和第一光學元件10設置在晶片50輸出光線51的路徑上。

作業（B），使晶片50（電性連接）輸出光線51，通過第二光學元件20和第一光學元件10。該第一光學元件10將晶片50輸出的光線51聚焦、導向光檢測模組30之感應器31；依據光線51聚焦形成光點和光點落在感應器31的位置，使顯示器32（或電腦60）顯示出不同數值。以及，作業（C），人員依據上述顯示器32（或電腦60）顯示的數值，操作調整晶片50位置，來獲得晶片50正確位置或理想位置。

代表性的來說，這光學對位裝置及其對位方法在具備有操作調整簡便的條件下，相較於舊法而言，係包括了下列的優點和考量： 1. 該光學對位裝置或其相關結合組件在使用和結構設計、組織關係等，已被重行設計考量。例如，在光學模組100的晶片50、第二光學元件20上方對應設置第一光學元件10和光檢測模組30；光檢測模組30包括感應器31、連接感應器31的顯示器32或電腦60，感應器31和第一光學元件10位在同一中心參考軸X上，配合作業（A）、（B）、（C）等流程，使晶片50輸出的光線51通過第二光學元件20、第一光學元件10，聚焦導向光檢測模組30的感應器31，經顯示器32或電腦60顯示不同數值等部分，明顯有別於舊法；並且，改變了它的使用型態和應用範圍。 2. 特別是，當人員調整晶片50或基板55位置，可直接從光檢測模組30獲得數值，觀測判斷出晶片50的理想位置或正確位置，使晶片50獲得最大集光效率之機制，不僅改善了習知技藝存在的加工和組裝誤差的情形，也使習知人員觀測產生的高度視覺誤差，增加人員反覆操作調整晶片和玻璃基板位置的頻率等情形，獲得明顯的改善。

故，本發明係提供了一有效的光學對位裝置及其對位方法，其結構特徵不同於習知者，且具有舊法中無法比擬之優點，係展現了相當大的進步，誠已充份符合發明專利之要件。

惟，以上所述者，僅為本發明之可行實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧第一光學元件

11、21‧‧‧透鏡齒紋

20‧‧‧第二光學元件

30‧‧‧光檢測模組

31‧‧‧感應器

32‧‧‧顯示器

40‧‧‧框架

41‧‧‧底板

45‧‧‧支架

50‧‧‧晶片

51‧‧‧光線

55‧‧‧基板

56‧‧‧副板

60‧‧‧電腦

100‧‧‧光學模組

500‧‧‧太陽能陣列接收模組

第1圖係本發明之結構示意圖。

第2圖係第1圖之結構分解示意圖。

第3圖係第1圖之平面結構示意圖；圖中也顯示了晶片輸出光線通過第二光學元件、第一光學元件，聚焦於光檢測模組的感應器等部份之情形。

第4圖係本發明之一可行實施例之平面結構示意圖；顯示了光檢測模組偏離第二光學元件和晶片的情形。

第5圖係本發明之修正實施例的結構示意圖；描繪了太陽能陣列接收模組和光檢測模組等部分之結構情形。

第6圖係本發明之修正實施例之平面結構示意圖；顯示了光檢測模組的感應器連接電腦之結構情形。

第7圖係本發明之光學對位方法的作業流程圖。