TWI428636B - 光學元件、聚光總成、照明單元及總成、用以對一物體進行光學檢驗之系統、及用以製造一光學元件之方法 - Google Patents

Description

光學元件、聚光總成、照明單元及總成、用以對一物體進行光學檢驗之系統、及用以製造一光學元件之方法

本發明係關於一種聚光器，具體而言，係關於用以將一多向光源之光聚集至一線性目標區域之光學元件。

在所屬領域中，已知各種用以將一線性光源之光聚集至一線性目標區域上之光學系統。人們已投入大量之研究及設計資源來開發能構成緊湊型擴展光源之高效光源，包括如二極體，該等擴展光源能自一接近於點之位置發出多向光。然而，習知光學組件並不能理想地將此種緊湊型擴展光源之光聚集至一線性目標區域上。

本發明之實施例提供一種適於將一光源之光聚集至一線性目標區域上之新穎光學元件。該等元件既包含反射面亦包含折射面，該等反射面與折射面係設置成以不同方式聚集該光源所發出之不同部分之光。該等元件提供相對高之聚光角及相對低之像差水準，從而高效且精確地將光會聚及聚集至線性目標區域上。儘管下文所述之一光學元件特別適合與如LED等緊湊型擴展光源一起使用，然而其亦可適合與如白熾燈等其他擴展光源一起使用。

該等新穎之光學元件可用於各種應用中。在某些實施例中，使用一或多個此種元件與一偵測器陣列相結合對一掃描光學檢驗系統中之一線性區域進行照明，該偵測器陣列捕捉自被照明區域反射之光或者穿過被照明區域之光(例如背光)並將一代表所檢驗物體之訊號輸出至一處理器進行處理，例如判斷在物體中是否存在缺陷。本文中所用術語「反射光」包括但不限於自一被照明表面鏡反射或漫反射(散射)之光。

結合附圖閱讀下文對本發明實施例之詳細說明，將能更全面地理解本發明。

第1a圖係為根據本發明一實施例，一用以對一物體22進行自動化光學檢驗之系統10之高度簡化之示意圖。物體22通常包含一上面形成有圖案之大致平面結構，包括但不限於如印刷電路空板、經過組裝之印刷電路板、平板顯示器或半導體晶圓。至少一線性照明單元24對物體22表面上之一線性目標區域26進行照明。在本說明書中及在下文申請專利範圍中所用之術語「目標區域」既包含作為一表面上之實際被照明實體區域之目標區域(尤其如第1A圖及第1B圖中所示)，亦包含空中照明區域，空中照明區域係懸置於空間中用以界定一線性光源之區域，其可用作輔助照明光學器件(例如下游之柱面透鏡或橢圓柱形反射器)之輸入。

現在結合下面之圖式對照明單元24進行詳細說明。一偵測單元28捕捉區域26之影像。通常，偵測單元28包含一或多列光學偵測器，該光學偵測器具有適當之影像擷取光學器件(未顯示)，用以將自區域26反射之光聚焦至偵測器上，此為習知技術。另一選擇可藉由由背光(在第1a圖中未顯示)提供之透射光視需要對區域26提供照明。

一移動總成30在箭頭31所示之方向上平移物體22，以於物體表面上之整個所關心區域(其中所關心區域可包含整個表面或僅包含一部分表面)上方對目標區域26進行掃描。另一選擇為該移動總成可藉由平移照明單元24及偵測單元28來掃描目標區域。一包含影像處理電路之電腦控制器32控制系統10之各元件，並接收及處理由偵測單元28所產生之電子影像訊號。由此，影像處理器便能夠例如將偵測單元所形成之各連續影像組合成所關心區域之一完整二維影像，並對影像進行分析，以檢驗缺陷並以其他方式對物體表面進行檢驗。

第1b圖係為根據本發明另一實施例，一種用以對一物體22進行自動化光學檢驗之系統20之高度簡化之示意圖。物體22通常包含一上面形成有圖案之大致平面結構，例如印刷電路板或半導體晶圓。一包含複數個線性照明單元24之影像擷取總成23對物體22表面上之一線性目標區域26進行照明，以擷取線性目標區域26之一影像。

現在參照下面之圖式對影像擷取總成23及照明單元24進行詳細說明。一偵測單元28捕捉區域26之一影像。通常偵測單元28包含一或多列光學偵測器，該等光學偵測器具有適當之影像擷取光學元件(未顯示)，用以將自區域26反射之光聚焦至偵測器上，此為習知技術。另一選擇可透過由背光(未顯示)提供之透射光視需要對區域26提供照明。

一移動總成30於箭頭31所示之方向上平移物體22，以於物體表面上之整個所關心區域(其中所關心區域可包含整個表面或僅包含一部分表面)上方對目標區域進行掃描。另一選擇為該移動總成可藉由平移影像擷取總成23來掃描目標區域。一包含影像處理電路之電腦控制器32控制系統20之各元件，並接收及處理由偵測單元28所產生之電子影像訊號。由此，影像處理器便能夠例如將偵測單元所形成之各連續影像組合成所關心區域之一完整二維影像，並對影像進行分析，以檢驗缺陷並以其他方式對物體表面進行檢驗。因此，舉例而言，Discovery^TM 自動化光學檢驗系統(可自位於以色列Yavne之Orbotech有限公司購得)適可包含下文所將更詳細說明之照明及影像擷取系統。

第2圖係為根據本發明一實施例之一照明單元24之示意圖。該照明單元包含至少一光源34及一整體式聚光器36。光源34可包含一連續光源(例如一燈絲發光器)，或者複數個既可相互接觸亦可不相互接觸之緊湊型擴展光源，例如複數個LED。

在本專利申請案及申請專利範圍之上下文中，術語「整體式」包括一包含單一光學材料件之光學元件或者一包含相互鄰接之複數個光學材料件之光學元件，其不同於需要具有高光學性能所更常使用之在各元件間具有空間之習知複合光學元件。聚光器36並非圓形對稱。而在本實施例中以及在下文所述之其他實施例中，該聚光器具有一對稱平面(對應於第3圖中所示之軸線41)，該對稱平面穿過光源34及穿過目標區域。光源之縱向軸線平行於目標區域之縱向軸線。第2圖所示之整體式元件之所以較佳，尤其係因其可藉由擠壓或拉拔、以及藉由模塑技術使用如光學玻璃、塑膠或其他適宜之透光性材料而廉價製成。下文將參照下面之圖式對聚光器36之其他特徵及優點進行說明。

在第2圖所示之實施例中，光源34包含一發光二極體(LED)38陣列，其通常以作為要安裝於一電路板40上之單獨晶片形式提供。在本發明之一實施例中，使用一厚度約為1 mm且折射率為1.45之透光性封裝來覆蓋LED 38，當然未經封裝之LED亦可。在本發明之一實施例中，每一LED 38皆於接近2π之球面角內發出亮度大致均勻之光束。

另一選擇為，聚光器36及下文所述其他類型之聚光器亦可用於其他類型之光源，特別是線性光源，例如放電燈、線性白熾燈、螢光燈及習知其他種類之發光器。在本揭示內容以及申請專利範圍中用術語「光」及「照明」來表示光學範圍內之所有輻射，其定義為不僅包含可見光，而且包含可藉由由適宜材料製成之透射元件進行聚光之紅外及紫外光波長範圍。

現在參見第3及第4圖，其中第3圖係為聚光器36之一示意圖，其顯示一光線軌跡，而第4圖係為聚光器36之一等角圖，其顯示光源34之一基本LED 38於一垂直切向上於聚光器36之弧矢面中之光線軌跡。光源34發出之一部分光，包括相對於聚光器36之對稱平面41(即本示意圖中之X－Z平面)以高角度發出之相對高角度光線37，藉由入射面46及48射入聚光器36，並隨後例如藉由全內反射在非球形反射面42及44上發生反射－儘管並非必需如此，且隨後分別穿過出射面50及52射出而照射於目標區域26(第1A及第1B圖)上。在本發明之一實施例中，反射面42及44為曲面並具有一非拋物線截面。

因此，在其中聚光器36之構造使光源34發出之光藉由全內反射在表面42及44上發生反射之實施例中，無需分別於表面42及44上附加一外反射塗層，藉以降低生產複雜度及製造成本。然而，在某些實施例中，則可能需要或希望於表面42及44上附加一適當之反射塗層，例如一銀反射塗層。

如下文中更詳細說明，表面46、48、50及52相對於光源34加以構造及設置，以使各種光學像差最小化，包括緊湊型擴展光源元件之彩色像差及切向場像差。根據本發明之一實施例，光於一垂直切向上以大致垂直之角度穿過表面46及48射入聚光器36，且藉由表面42及44反射之光於一垂直切向上以大致垂直於出射面50及52之角度穿過該等表面射出聚光器36。需注意的是由於光源34係為一緊湊型擴展光源，而非一理想之點光源，因而並非自其發出之所有光皆將沿一垂直之切向以完全垂直於各自表面之角度照射於表面46、48、50及52上；預估相對於法向存在些微偏差，且表面46、48、50及52之適當設計會將該等偏差考量在內。

光源34發出之另一部分光，包括在垂直切向上相對於平面41以相對較低之角度發出之低角度光線39，經由一將光線朝一出射面56引導之會聚面54射入聚光器。該等低角度光線39隨後藉由於出射面56上發生折射而聚光至目標區域26上。需注意的是根據本發明之一實施例，將聚光器36之光學表面配置及設置成使以垂直切向發出低小角度光線39會聚於一位置上，該位置比以垂直切向發出之高角度光線37之會聚位置距離光源34更遠，儘管並非必須為此種配置。

因此，聚光器36會聚及聚集由光源34於弧矢面中於最大接近滿180°之角度內(在本發明之一實施例中係於弧矢面中於約140°之角度內)發出之光線，而幾乎不會「浪費」光線。光源34發出之某些光線(高角度光線37)藉由在表面42及44處發生反射而聚集至目標區域26上，而光源34發出之其他光線(低角度光線39)則藉由經出射面56發生折射而聚光至目標區域26上。

需注意的是由於光源38並非一無限小之點光源，因此自其發出之光無法聚集或聚焦至一無限小之位置。因此，每一LED 38將形成一具有一最大輻照度之有限聚光區域。聚焦區域(即具有最大輻照度之區域)之寬度大概由如下公式表示：(聚焦區域寬度)＝(光源寬度)×(射入光學元件之照明之有效角度)/(照射於照明區域上之照明之有效角度)。

將光源之光學尺寸考量在內之同時，對聚光器36之設計進行優化，以使各種光學像差最小化。因此，例如對表面54及56(其實質上形成一柱面透鏡)進行配置，以減小每一基本之緊湊型擴展光源34所發出之光沿目標區域26之切向場曲率。此外，藉由例如選擇入射面46及48、以及出射面50及52之形狀、使得在弧矢面中照射於該等表面上之光線以一大致垂直之角度照射，而減小與表面42及44所反射光線相關之弧矢像差。

因此，在本發明之一實施例中，入射面46及48具有大致居中於光源34之光學位置上之近似圓柱形輪廓，從而使光以接近垂直之弧矢入射角射入聚光器，並因而在該等表面上經歷最小之像差。類似情況為入射面50及52亦適當彎曲，從而使光於弧矢面中以一接近垂直於該等表面之角度射出聚光器36。因此，由於在表面46、48、50及52處發生折射而引起之弧矢像差得以最小化。反射面42及44固定不會引起彩色像差或場曲率像差，並可於給定光源34之發光區域實際尺寸情況下設計成使其他像差最小化。

現在參照第5圖、第6A圖至第6C圖及第7圖，第5圖係為根據本發明一實施例之聚光器36之一示意性等角圖，其顯示在四個不同切向之光線軌跡，第6A圖至第6C圖係為根據本發明一實施例之一聚光器之示意性側視圖，其顯示在三個所選切向角情況下照明光線之投影，而第7圖係為根據本發明一實施例之一聚光器之一示意性側視圖，其顯示數個緊湊型擴展發光器之重疊照明區域。

自一給定基本光源34發出並經由表面42及44其中之一反射之高角度光線37無論其切向角θ如何，皆以一大致固定之距離會聚至目標區域26。由於光源34之擴展性質，反射光線照射一直線照明區域126。然而，自一給定基本光源34發出並於表面56上反射之低角度光線39係在目標區域26附近、但於距其某一距離處會聚，該距離係為切向角之函數，從而對一彎曲之照明區域226進行照明。根據本發明之一實施例，每一聚光器之端部59皆對照射於其上之切向光線進行反射，以使該光線改向至被照明區域26。反射可起因於全內反射。視需要，表面上可適當塗覆有一反射塗層。

如於第7圖中所示，當由複數個在空間上分離之基本光源34提供照明時，即使該光源在空間上分離，自表面42及44反射之光在整個目標區域26上亦實質不存在任何場曲率，如由圍繞目標區域26之直線照明區域126所示。儘管對於每一基本光源34而言，自表面56折射之光之照明場226係為曲面場，然而聚光器36之適當設計以及光源34之適當間距會形成複數個重疊之曲面照明場226。由根據本發明一實施例加以配置之聚光器36與適當相間之緊湊型擴展光源所產生之直線照明場126與複數個曲面照明場226之組合便由此大致實質均勻地在一立體照明角內對表面26進行照明。

需注意的是，以大切向角自光源34發出之光線，包括自表面42及44反射之光線，將因在聚光器36之入射及出射面上發生折射而經歷切向彩色像差。然而，在採用複數個光源34且每一光源皆對重疊區域進行照明之本發明一實施例中，彩色色散將趨於平均化，從而使照明之顏色及強度將於目標區域26之接近整個長度上近似固定不變。

換言之，根據上文所述之本發明之一實施例，對折射面46、48、50及52之曲面進行選擇，使起始於光源34之光路徑經由入射面46或48，自表面42或44上反射，並隨後再次經表面50及52折射，其中表面46、48、50及52係配置及設置成使弧矢像差固定最小化。然而，大致上作為一柱面透鏡之表面54及56使每一光源34所發出並經由該等表面之光被聚焦至一在切向平面中彎曲之區域上。根據本發明之一實施例，該複數個光源由此產生複數個重疊之彎曲照明區域。

由於上文所述之設計特徵，聚光器36之性能對波長或對聚光器製成材料之折射率幾乎不敏感。因此，聚光器可由各種材料製成並於各種波長範圍內使用。由於聚光器之反射面係藉由全內反射發揮作用，因而聚光器可由易於塗覆之材料(例如Zeonex)製成。

根據本發明之實施例，聚光器36可藉由注射成形或擠壓成形製成，並包括用以將聚光器安裝於外殼內之安裝短柱58。在本發明之一實施例中，安裝短柱58係為分立之元件，其位置使其對聚光器36反射特性之影響最小化。一適合與一包含複數個緊湊型擴展光源(例如LED)之發光器結合使用之典型聚光器36具有16.108 mm之高度(在Z方向－第3圖中之水平方向上)及13.892 mm之寬度(在Y方向上)。會聚面54位於LED 38正面上方3.000 mm處且直徑為1.900 mm。出射面56之寬度為3.902 mm。聚光器可製作或切割成任何所需長度(其中長度係在X方向(指向第3圖所在頁面內)上之尺寸)，例如100－200 mm。假定LED 38具有約1.0 mm之寬度，則聚光器36所形成之目標區域26在距聚光器正面40 mm之距離處之寬度將大於2.0 mm。該實施例中聚光器36之設計之進一步細節列表於下文附錄中。

參見第8圖，其係為根據本發明另一實施例與一線性光源62一起使用之一聚光器60之示意性剖視圖。該實施例之原理類似於上述之聚光器36，即聚光器60係為非圓形對稱，並具有一垂直於圖式頁面穿過光源62及目標區域26之對稱平面。然而，聚光器60配置成在弧矢面中一較大之角度(在本實例中近似為270°)內會聚及聚焦來自光源62之光。該實施例適用於例如當光源62包含一燈絲、放電電弧或螢光源時，該光源係在弧矢面內大於180°之角度範圍內發光。

以高角度(最高達±135°)自光源62發出之光線藉由入射面68及70射入聚光器60，並藉由自反射面64及66上進行全反射而朝目標區域26反射。通常對表面64及66之至少一部分塗覆一反射塗層，例如對表面64及66外側上該等使某些光線在該等表面上之入射角太小而不能發生全內反射之部分塗覆反射塗層。自表面64及66反射之光線藉由出射面72及74射出聚光器60，出射面72及74經配置以使弧矢像差最小化，如上述參照第3圖所述。以低角度自光源62發出之光線藉由於一會聚面76及一出射面78上發生折射而聚焦至目標區域26上。此種配置可例如藉由塑膠成型(應構造適當之拔模角度，以利於自模具中取出聚光器)或擠壓成形製成。

參見第9圖，其係為根據本發明又一實施例，與一線性光源82一起使用之一聚光器80之示意性剖視圖。和前面實施例中相同，聚光器60係為非圓形對稱，並具有一垂直於圖式頁面之對稱平面。聚光器80配置成於4π之球面度內會聚及聚焦來自光源82之光。因此，當使用如燈絲、電弧或螢光管等光源時，聚光器80會聚及聚焦該光源所產生之幾乎所有光。

光源82包含於聚光器80內之一空腔84內。以高角度(最高達±180°)自光源發出之光線經由一圓柱形入射面90進入聚光器。由於表面90具有一以光源82為中心之圓形輪廓，因而光線不於表面90上折射，且因此一般不會引起弧矢像差。該高角度範圍之較低部分自反射面86及88反射，從而使光線穿過出射面92及94聚集至目標區域26上。該高角度範圍之較高部分則藉由一後反射面96反射回光源82之位置。通常表面96亦具有一以光源82為中心之圓形輪廓。通常對表面86、88及96塗覆反射塗層。自表面96反射之光線以及以低角度自光源82發出之光線皆藉由於會聚面98及一出射面100上折射而聚集至目標區域26上。另一選擇可對表面90之一部分塗覆一反射塗層，由此消除表面96之反射功能。

第10圖係為根據本發明再一實施例之一聚光器110之示意性剖視分解圖。聚光器110之工作原理與第9圖中所示之聚光器80相同，但設計成更易於製造。聚光器110係由一前部112及一後部114構造而成，前部112與後部114係藉由如注射成形或擠壓成形分別製成。然後，使用一適宜之光學接合劑將該二部分膠合於一起或相互緊靠地放置。

第11圖係為根據本發明一實施例之一聚光總成120之示意圖。如圖中所示，總成120包含端對端疊置之複數個聚光器36。(另一選擇為，可按此種方式、以及按下面第12圖中所示之方式、抑或同時按該二種方式組合基於本發明原理之其他類型之聚光器，例如在第8圖至第10圖中所示之聚光器。)此種配置允許對一更大之目標區域26進行照明。照射於一給定聚光器之端部59上之切向光線藉由全內反射而反射回聚光器內。視需要可提供一適宜之反射塗層，此種反射會有效地降低光源34所發出光之損失。

第12圖係為根據本發明另一實施例之一聚光總成130之示意性剖視圖。在該實施例中，各聚光器36並排加以固定，使複數個聚光器對沿同一目標區域26之不同部分進行照明。儘管在第12圖中係自每一側對目標區域26進行照明，然而亦可使用較少數量之聚光器於一較小之弧矢角度範圍內對該區域進行照明。例如，在第12圖之配置中可一同使用三個聚光器，以便以會聚於弧矢面中120°範圍內之光對該區域進行照明，而在各單元間不會存在死區。第12圖所示類型之複數個聚光器總成可按第11圖所示之方式端對端地疊置。此外，當以第12圖所示方式佈置照明器時，可對用以對表面進行照明之立體照明角進行控制，以使照明最適合於一照明應用。

第13圖係為根據本發明再一實施例之一聚光總成140之示意性剖視圖。在該實施例中，各聚光器36以類似於第12圖中所示之方式並排加以固定，使複數個聚光器對沿同一目標區域26之不同部分進行照明。其中一個聚光器137配置成對二聚光器36間之區域進行照明，同時還配置成提供一焦點距離，從而能夠放入用以對目標區域26進行成像之適合觀察用光學器件(未顯示)，如一分光鏡。

現在參見第14圖，其係為根據本發明一實施例進行配置之影像擷取總成23之簡化側視圖。影像擷取總成23沿一光軸132包含一照相機131，用以擷取目標區域26之影像。在第14圖所示之實施例中，光軸132大致垂直於目標區域26，儘管並非必需如此。來自照相機131之影像提供至一影像處理器133，用以進行適當之處理及缺陷檢驗，例如檢驗電路中之缺陷。在本發明之一實施例中，如第14圖所示，使用例如至少一鏡子135或其他適宜之潛望式光學元件，使照相機131之觀察路徑彎折。

複數個照明單元24及至少一同軸照明單元124對照相機131所觀察之目標區域26進行照明。各照明單元24分別採用一聚光器36，如參照第2圖至第7圖所示及所述之根據本發明一實施例之聚光器36。同軸照明單元124採用一根據本發明另一實施例加以配置之聚光器137，聚光器137具有聚光器36之某些運作特徵及結構特徵。

如第14圖所示，各聚光器36並排對齊，以對一目標區域26進行照明。在二聚光器36間提供一間隙142，以便能夠沿軸線132進行照明並使照相機131沿軸線觀察目標區域26。大致充滿間隙142之照明係由同軸之照明單元124提供，並採用一根據本發明另一實施例加以配置之聚光器137。來自聚光器137之照明穿過一分光鏡150，分光鏡150適合由透光性材料製成之局部反射片，根據第14圖所示之本發明之一實施例，其另外屬於使照相機131之觀察路徑發生彎折之潛望式光學元件之一部分。

因此，如第14圖所示，照明單元124在一略微超出間隙142之角度內提供靠近光軸132之照明。對於更為遠離光軸132之角度，則由至少一照明單元24所提供之照明對目標區域26進行照明。應注意，可對照明單元24進行選擇性操作，以控制對目標區域26進行照明之離軸照明之範圍，此係為滿足不同成像應用所需。

因此，根據本發明之一實施例，根據一給定成像應用之要求，由一或多個照明單元24及124提供不同之照明組合。照明組合舉例如下，但不限於這些例子：－同時操作照明單元124及所有照明單元24，以提供既包含同軸照明亦包含離軸照明之照明；－同時操作照明單元124及某些照明單元24，以提供既包含同軸照明亦包含離軸照明之照明。可對所操作之照明單元24之數量進行選擇，以控制除同軸照明以外之離軸照明之角度範圍；－僅操作照明單元124，而不操作任何照明單元24，從而以相對靠近光軸132之照明對目標區域26進行照明；－操作一或多個照明單元24，而不操作照明單元124，從而以偏離光軸132之照明對目標區域26進行照明，而不以靠近光軸132之照明對目標區域26進行照明。

根據本發明之一實施例，由一包含一聚光器137之照明單元124提供同軸照明。儘管圖中顯示照明單元124提供同軸照明，然而其適可用於任何需要沿一線性目標區域進行聚光之應用。一包含一擴展光源(通常係為例如LED等緊湊型擴展光源)之光源134提供光。光經由一入射曲面146射入聚光器137，並自一非球面反射面142上反射(例如藉由全內反射，當然可使用一適合之反射塗層來增強反射性)，並隨後經由出射面152射出。

光源134及入射面經配置以使光源134之光以一大致垂直於表面146之角度射入表面146，經表面142反射，並隨後以一大致垂直於出射面152之角度經由出射面152射出聚光器137。應注意，由於光源134係為一緊湊型擴展光源，而非一理想之點光源，因而並非自其發出之所有光皆將以完全垂直於各自表面之角度照射於表面146及152上；預估相對於法向存在小偏差。

儘管上文參照第2圖至第8圖所述之光學設計之特徵係關於一中央平面對稱，然而亦可應用本發明之原理形成不對稱之光學聚光器，例如參照第14圖所述，當然，亦可採用使用本文所述設計概念之其他非對稱設計。

因此，應瞭解，上文所述之實施例只係舉例說明，且本發明並非僅限於上文所具體顯示及說明之內容。而是，本發明之範圍既包含上文所述各種特徵之組合及子組合，亦包含此項技術之技術人員在閱讀上文說明後所將想到且在先前技術中未曾揭示之變化及修改形式。

附錄－實例性設計參數

下表A1列示第3圖中所示反射面42及44之輪廓座標(單位：mm)。將座標原點取為圖中所示光源34之位置。

10．．．系統

20．．．系統

22．．．物體

23．．．影像擷取總成

24．．．線性照明單元

26．．．線性目標區域

28．．．偵測單元

30．．．移動總成

31．．．箭頭

32．．．電腦控制器

34．．．光源

36．．．整體式聚光器

37．．．高角度光線

38．．．LED

39．．．低角度光線

40．．．電路板

41．．．軸線

42．．．非球形反射面

44．．．非球形反射面

46．．．入射面

48．．．入射面

50．．．出射面

52．．．出射面

54．．．會聚面

56．．．出射面

58．．．安裝短柱

59．．．聚光器端部

60．．．聚光器

62．．．光源

64．．．反射面

66．．．反射面

68．．．入射面

70．．．入射面

72．．．出射面

74．．．出射面

76．．．會聚面

78．．．出射面

80．．．聚光器

82．．．光源

84．．．空腔

86．．．反射面

88．．．反射面

90．．．圓柱形入射面

92．．．出射面

94．．．出射面

96．．．後反射面

98．．．會聚面

100．．．出射面

110．．．聚光器

112．．．前部

114．．．後部

120．．．聚光總成

126．．．直線照明區域

130．．．聚光總成

131．．．照相機

132．．．光軸

133．．．影像處理器

134．．．光源

135．．．鏡子

137．．．聚光器

142．．．間隙

146．．．表面

150．．．分光鏡

152．．．出射面

226．．．曲面照明場

第1a圖係為根據本發明一實施例之一種用以對平面基板進行自動化光學檢驗之系統之高度簡化之示意圖；第1b圖係為根據本發明另一實施例之一種用以對平面基板進行自動化光學檢驗之系統之高度簡化之示意圖；第2圖係為根據本發明一實施例之一線性照明單元之示意圖；第3圖係為根據本發明一實施例之一聚光器之示意性剖視圖，其顯示一光線軌跡；第4圖係為根據本發明一實施例之圖3所示聚光器之一示意性等角圖，其顯示在一垂直切向上在一弧矢面中之光線軌跡；第5圖係為根據本發明一實施例之圖3所示聚光器之一示意性等角圖，其顯示在數個不同切向上在一弧矢面中之光線軌跡；第6a圖至第6c圖係為根據本發明一實施例之一聚光器之示意性側視圖，其顯示在不同之所選切向角情況下照明光線之投影；第7圖係為根據本發明一實施例之一聚光器之一示意性側視圖，其顯示數個緊湊型擴展發光器之重疊照明區域；第8及第9圖係為根據本發明替代實施例之聚光器之示意性剖視圖，其包含在各自弧矢面中之光線軌跡；第10圖係為根據本發明另一實施例之一聚光器之示意性剖視圖；第11圖係為根據本發明一實施例之一聚光總成之示意圖；第12圖係為根據本發明另一實施例之一聚光總成之示意性剖視圖；第13圖係為根據本發明又一實施例之一聚光總成之示意性剖視圖；以及第14圖係為根據本發明一實施例之影像擷取總成之簡化側視圖。

10．．．系統

20．．．系統

22．．．物體

24．．．線性照明單元

26．．．線性目標區域

28．．．偵測單元

30．．．移動總成

31．．．箭頭

32．．．電腦控制器

Claims (23)

1. 一種光學元件，包含：一整體式非圓形對稱之光學透射性材料件，至少具有一第一表面及一第二表面，用以將來自一光源之光聚集至一線性目標區域上，使得該第一表面及該第二表面至少其中之一為曲面，且使得該光之一第一部分藉由自該第一表面反射而在一弧矢平面中沿大致垂直於該第二表面之方向照射於該第二表面、且聚集至該線性目標區域上，而該光之一第二部分則藉由在該第二表面上折射而聚集至該線性目標區域上。
2. 如請求項1所述之光學元件，其中該光藉由全內反射自該第一表面上反射。
3. 如請求項1所述之光學元件，其中該第一表面及該第二表面皆為曲面，且其中該第一表面具有一非球形曲面輪廓。
4. 如請求項1所述之光學元件，其中該光學透射性材料件具有一穿過該光源與該目標區域之對稱平面。
5. 如請求項4所述之光學元件，其中該光之該第二部分包含第二光線，該等第二光線自該光源發出至相對於該對稱平面之一低弧矢角度範圍內，而該光之該第一部分包含第一光線，該等第一光線自該光源發出至相對於該對稱平面之一高弧矢角度範圍內。
6. 如請求項5所述之光學元件，其中該高範圍與該低範圍鄰接，使得該低弧矢角度範圍與高弧矢角度範圍於該光學元件之該弧矢平面內總共包含至少130°。
7. 如請求項6所述之光學元件，其中該低弧矢角度範圍與高弧 矢角度範圍於該光學元件之該弧矢平面內總共包含接近180°。
8. 如請求項6所述之光學元件，其中該低弧矢角度範圍與高弧矢角度範圍於該光學元件之該弧矢平面內總共包含270°。
9. 如請求項6所述之光學元件，其中該低弧矢角度範圍與高弧矢角度範圍於該光學元件之該弧矢平面內總共包含360°。
10. 如請求項1所述之光學元件，其中該光學透射性材料件具有一入射面及一鄰接該入射面之會聚面，該光之該第一部分在自該第一表面反射之前經由該入射面射入該件，且該光之該第二部分在該第二表面處折射之前經由該會聚面射入該件。
11. 如請求項10所述之光學元件，其中該光學透射性材料件具有一出射面，該光之該第一部分在自該第一表面反射之後經由該出射面射出該件，且其中該入射面及該出射面係經配置以使弧矢像差最小化。
12. 如請求項10所述之光學元件，其中該會聚面及該第二表面包含曲面。
13. 如請求項10所述之光學元件，其中該入射面及該會聚面一同界定一空腔，該空腔容納該光源。
14. 如請求項1所述之光學元件，其中該整體式光學透射性材料件另外包含垂直於該第一表面及該第二表面設置之一對端部平面，該等端部平面經配置以將來自該光源之光反射至該線性目標區域上。
15. 一種光學元件，包含： 一第一光學透射性材料件，至少具有一第一表面及一第二表面，用以將來自一光源之光聚集至一線性目標區域上，使得該光之一第一部分藉由自該第一表面內反射而在一弧矢平面中沿大致垂直於該第二表面之方向照射於該第二表面、且聚集至該目標區域上，而該光之一第二部分則藉由於該第二表面上折射而聚焦至該線性目標區域上，其中該光學透射性材料件具有一入射面及一鄰接該入射面之會聚面，該光之該第一部分在自該第一表面反射之前經由該入射面射入該件，且該光之該第二部分在該第二表面處折射之前經由該會聚面射入該件，該入射面相對於該光源設置成以大致垂直於該入射面之角度接收由該光源發出之光。
16. 一種聚光總成，包含：至少一第一光學元件及一第二光學元件，包含各自的一整體式非圓形對稱之光學透射性材料件，每一件皆具有至少各自之一第一表面及一第二表面，用以將來自一光源之光聚集至一線性目標區域上，使得該光之一第一部分藉由自各自該第一表面內反射而在一弧矢平面中沿大致垂直於該第二表面之方向照射於該第二表面、且聚焦至該目標區域上，而該光之一第二部分則藉由在各自該第二表面上折射而聚焦至該目標區域上，其中該第一光學元件及該第二光學元件共享穿過該光源及該目標區域之一共用對稱平面，且該等各自的該光學透射性材料件具有垂直於該對稱平面之各自之端部，且該第一光 學元件與該第二光學元件在該等各自之端部處接合在一起。
17. 一種聚光總成，用以自第一及第二光源聚光，該總成包含：一第一光學元件，包含一第一整體式非圓形對稱之光學透射性材料件，該第一整體式非圓形對稱之光學透射性材料件至少具有一第一表面及一第二表面，用以在一第一弧矢角度範圍內將來自該第一光源之該光聚集至一線性目標區域上，使得該光之一第一部分藉由自該第一表面內反射而在一弧矢平面中沿大致垂直於該第二表面之方向照射於該第二表面、且聚焦至該目標區域上，而該光之一第二部分則藉由在該第二表面上折射而聚焦至該目標區域上；以及一第二光學元件，包含一第二整體式非圓形對稱之光學透射性材料件，該第二整體式非圓形對稱之光學透射性材料件至少具有一第三表面及一第四表面且與該第一光學元件對齊，以使該第三表面及該第四表面在一第二弧矢角度範圍內將來自該第二光源之該光聚集至該線性目標區域上，從而使該光之一第三部分藉由自該第三表面內反射而聚焦至該目標區域上，而該光之一第四部分則藉由在該第四表面上折射而聚焦至該目標區域上。
18. 一種照明單元，包含：一光源；以及一光學元件，包含一整體式非圓形對稱之光學透射性材料件，該整體式非圓形對稱之光學透射性材料件至少具有一第一表面及一第二表面，用以將來自該光源之光聚集至一線 性目標區域上，使得該第一表面及該第二表面至少其中之一為曲面，且使得該光之一第一部分藉由自該第一表面內反射而在一弧矢平面中沿大致垂直於該第二表面之方向照射於該第二表面、且聚焦至該目標區域上，而該光之一第二部分則藉由在該第二表面上折射而聚焦至該目標區域上。
19. 如請求項18所述之照明單元，其中該光源包含一發光二極體陣列，該發光二極體陣列具有一平行於該線性目標區域之縱向軸線。
20. 一種用以對一物體進行光學檢驗之系統，包含：一照明單元，包含：複數個光源；以及一光學元件，其包含一整體式非圓形對稱之光學透射性材料件，該整體式非圓形對稱之光學透射性材料件至少具有一第一表面及一第二表面，用以將來自該複數個光源之光聚集至該物體之一線性目標區域上，使得該第一表面及該第二表面至少其中之一為曲面，且使得該光之一第一部分藉由自該第一表面內反射而在一弧矢平面中沿大致垂直於該第二表面之方向照射於該第二表面、且聚焦至該目標區域上，而該光之一第二部分則藉由在該第二表面上折射而聚焦至該目標區域上；一線性偵測器陣列，其經配置以接收自該線性目標區域反射之該光並因應該散射光而產生一輸出訊號；以及一處理器，其耦接至該線性偵測器陣列，以處理該輸出 訊號，從而對該物體進行評定。
21. 如請求項20所述之系統，包含一移動總成，該移動總成經耦合以於該物體上方掃描該線性目標區域。
22. 一種用以製造一光學元件之方法，該方法包含模製一整體式非圓形對稱之光學透射性材料件，以至少界定一第一表面及一第二表面，用以將來自一光源之光聚集至一線性目標區域上，使得該第一表面及該第二表面至少其中之一為曲面，且使得該光之一第一部分藉由自該第一表面內反射而在一弧矢平面中沿大致垂直於該第二表面之方向照射於該第二表面、且聚焦至該目標區域上，而該光之一第二部分則藉由在該第二表面上折射而聚焦至該目標區域上。
23. 一種照明總成，其包含：複數個光源；以及一非圓形對稱之光學透射性材料件，具有：一第一曲面，用以自該複數個光源中之各個光源接收光，該複數個光源及該第一曲面配置及設置成使來自該複數個光源中該等光源之光在一弧矢平面中沿大致垂直於該第一曲面之方向照射於該第一曲面上；一第二表面，用以將經由該第一曲面自該光源接收之光反射至一線性目標區域上；以及一第三曲面，其折射自該第二表面接收之光，該第三曲面係相對於該第二表面進行配置及設置，使得自該第二表面反射之光在該弧矢平面中沿大致垂直於該第三 曲面之方向照射於該第三曲面上；其中該第二表面所反射之光聚集至該目標區域上。