TWI517449B - 透鏡以及光源模組組裝系統 - Google Patents

Description

透鏡以及光源模組組裝系統

本發明是有關於一種透鏡以及光源模組組裝系統。

現有的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)光源模組通常可將透鏡結構結合於其中，用以增加出光範圍。目前通常需透過表面黏著技術(Surface Mount Technology,SMT)製程，將透鏡結構與LED光源模組中的光源結合，其中SMT製程可先對準透鏡結構與LED光源後，再將透鏡結構結合至LED光源上。

在目前光學元件越作越小的情況下，透鏡結構與LED光源之間對位的精準度要求也越來越高。舉例來說，在透鏡結構對準至LED光源組裝的過程中，若透鏡結構偏移0.1毫米(mm)，就會導致整個LED光源模組發光效果不佳。然而，透鏡結構大部分為透明的聚酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)材料所製成。因此，SMT製程中將難以判斷透明的透鏡結構之外形，而識別透鏡結構的中心位置，造成透明的透鏡結構組裝至LED光源上時，兩者無法對準而造成LED光源模組發光效果不如預期。

本發明之一態樣，係在提供一種透鏡以及光源模組組裝系統，以解決習知技術之問題。

根據本發明之一實施例，提供一種透鏡，其包含透鏡本體、複數個支撐腳以及至少兩辨識圖案。透鏡本體具有底面以及相對底面之出光面，且底面中心具有凹槽適於定位光源。複數個支撐腳豎立於底面。至少兩辨識圖案位於底面且環設於凹槽周圍。

根據本發明之一實施例，凹槽之槽口的中心點與各辨識圖案之距離相等。

根據本發明之一實施例，當辨識圖案之數目為二，則辨識圖案可設置於凹槽之槽口的相對兩側。

根據本發明之一實施例，辨識圖案之數目為三，則三個辨識圖案之連線形成正三角形。

根據本發明之一實施例，凹槽之槽口為圓形。

根據本發明之一實施例，辨識圖案為不透光圖案。

根據本發明之一實施例，不透光圖案係金屬鍍膜或油墨印刷之不透光點。

根據本發明之另一實施例，光源模組組裝系統包含承載台、電路基板、光源、透鏡料帶、光學辨識模組以及驅動模組。電路基板置放於承載台，光源設置於電路基板之表面。透鏡料帶裝設有上述之透鏡。光學辨識模組用以辨識透鏡之辨識圖案位置。驅動模組驅動吸嘴自透鏡料帶吸附透鏡至光學辨識模組進行辨識圖案位置之辨識，光學 辨識模組根據辨識圖案位置輸出凹槽之槽口之中心位置訊號，驅動模組根據中心位置訊號移動吸嘴位置使透鏡之凹槽之槽口中心點對準光源之中心點，進而組裝透鏡於電路基板上並定位光源於凹槽下。

根據本發明之另一實施例，光學辨識模組更包含第一影像擷取單元以及影像處理單元。第一影像擷取單元設置於承載台上，並擷取透鏡底面之影像。影像處理單元電性連接第一影像擷取單元，且影像處理單元根據影像辨識複數個辨識圖案之位置，進而根據辨識圖案之位置計算凹槽之槽口的中心點，以輸出中心位置訊號。

根據本發明之另一實施例，電路基板具有辨識參考點，設置於電路基板之周圍，以供光學辨識模組偵測電路基板之位置。

根據本發明之另一實施例，光學辨識模組更包含第二影像擷取單元，擷取辨識參考點與光源之影像，其中影像處理單元電性連接第二影像擷取單元，並根據辨識參考點與光源之影像，計算光源於電路基板上之相對位置。

10、20‧‧‧透鏡

40‧‧‧光源模組組裝系統

98‧‧‧電路基板

99‧‧‧光源

100‧‧‧透鏡本體

110‧‧‧底面

115‧‧‧凹槽

120‧‧‧出光面

200、201、202‧‧‧支撐腳

301、302、303、304、305‧‧‧辨識圖案

400‧‧‧承載台

410‧‧‧電路基板

411、412、413、414‧‧‧辨識參考點

420‧‧‧光源

421‧‧‧表面

430‧‧‧透鏡料帶

450‧‧‧光學辨識模組

452‧‧‧第一影像擷取單元

454‧‧‧第二影像擷取單元

456‧‧‧影像處理單元

460‧‧‧驅動模組

P‧‧‧中心點

S‧‧‧間隙

為讓本發明及其優點更明顯易懂，所附圖式之說明參考如下：第1圖係繪示本發明之一實施例之透鏡。

第2圖係繪示第1圖之透鏡與光源定位關係圖。

第3圖係繪示第1圖之透鏡的底視圖。

第4圖係繪示本發明之另一實施例之透鏡。

第5圖係繪示本發明之再一實施例之光源模組組裝系統之透鏡辨識示意圖。

第6圖係繪示本發明之再一實施例之光源模組組裝系統之透鏡組裝示意圖。

第7圖係繪示本發明之再一實施例之光源模組組裝系統之電路方塊圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實述上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明之部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單的示意的方式繪示之。

本發明之下述實施例係提供一種具辨識圖案之透鏡，使得光源模組組裝系統可根據辨識圖案識別透鏡之中心位置，因此透鏡在與光源組裝之過程中，較不會有透鏡位置與光源位置偏移的問題。以下將先介紹關於透鏡之例示性實施例，接著再說明可組裝透鏡與光源之光源模組組裝系統。

請參考第1圖至3圖，其係分別繪示本發明之一實施例之透鏡、第1圖之透鏡與光源定位關係圖以及第1圖之透鏡的底面示圖。如圖所示，透鏡10包含透鏡本體100、 複數個支撐腳200、201與202以及三個辨識圖案301、302與303。

如第2圖與第3圖所示，透鏡10中的三個辨識圖案301、302與303可用以辨識透鏡本體100之中心位置，例如透過三角計算法等，使得透鏡本體100之中心位置可用以與一光源99定位。本發明之辨識圖案301、302與303之數量並不以三個為限，但至少需大於兩個，方可準確的定位出透鏡本體100之中心位置，其中只有兩個辨識圖案之實施例將於後面詳述。此處將先介紹具有三個辨識圖案之透鏡及其所包含之各元件的結構配置。

如第1圖所示透鏡本體100具有底面110以及相對底面110之出光面120。本實施例之出光面120為凸出之圓弧曲面，但不以此為限。在本發明之其他實施例中，出光面120可為凹面、平面或鋸齒狀。

如第2圖所示，底面110中心凹設有一凹槽115，凹槽115之槽口可為圓形(如第1圖所示)，凹槽115之槽底可為弧形。本實施例之凹槽115適於對準光源99設置，使光源99發出之光線經由凹槽115折射進入透鏡本體100中。

在此要說明的是，在將透鏡10與光源99組裝的過程中，凹槽115適於定位於光源99上，且在產品實際設計上，凹槽115與光源99之相對位置較佳需控制在0.1毫米的偏差範圍內。因此本實施例之透鏡10需設置辨識圖案301、302與303，使得透鏡10與光源99組裝的過程中， 組裝製程(如SMT製程)可精準的藉由辨識圖案301、302與303計算出透鏡10中央的凹槽115位置，並將凹槽115對準光源99組裝至例如第2圖所示之電路基板98上。

請繼續參考第1圖與第2圖。如圖所示，透鏡10包含有複數個支撐腳200、201與202。該些支撐腳200、201與202豎立於底面110上。當透鏡10與光源99組裝在一起時，支撐腳200、201與202可與光源99下方之電路基板98連結。此處之電路基板98可為燈板或印刷電路板，用以將電力傳送至光源99，光源99則可為發光二極體，但不以此為限。

如第2圖所示，當支撐腳200、201與202連結在電路基板98時，透鏡10之底面110與電路基板98之間可相距間隙S。本實施例之間隙S的高度略大於光源99的厚度。如此一來，因為凹槽115並未完全覆罩住光源99，所以光源99發射出來的光可具有較大的出光範圍，但不以此為限。在本發明之其他實施例中，透鏡10之底面110與電路基板98之間可不相隔有間隙S，即透鏡10之底面110之凹槽115可完全罩住光源99。

以下將詳細描述辨識圖案301、302與303之設置。如第3圖所示，辨識圖案301、302與303位於底面110上且大致為圓形並環設於凹槽115之周圍，但不以此為限。更詳細而言，在本實施例中，凹槽115槽口的中心點P與分別與辨識圖案301、302與303之間之距離相等。此外，三個辨識圖案301、302與303之假想連線可連成一正三角 形，如第3圖所之虛線所示。

如此一來，利用三個辨識圖案301、302與303之假想連線所連成的正三角形，就可使得光源模組之組裝系統可根據三個辨識圖案301、302與303的位置，計算出中心點P，再將中心點P與光源99對準，藉此改善習知技術中透鏡之中心無法與光源對準的問題。

本實施例之辨識圖案301、302與303可為不透光圖案，例如由金屬鍍膜或油膜印刷而在透鏡本體100之底面110形成之不透光點。利用不透光的圖案或不透光點之好處在於，目前實務上之組裝製程，如SMT製程可直接利用其內部之光學辨識系統截取到透鏡10中不透光的部分。亦即，SMT製程中的光學辨識系統可直接截取到本實施例中辨識圖案301、302與303，再據以計算出辨識圖案301、302與303所形成的正三角形的中心點位置，藉此達到精確對準凹槽115與光源99之功效。

上述實施例係以三個辨識圖案301、302與303為例，但不以此為限。以下將舉例介紹只有兩個辨識圖案的實施例，請參考第4圖。為使便於理解，第4圖將直接繪示透鏡之底面視圖，其中第4圖與前述實施例中相同的標號代表相同或相似的元件，在此便不贅述。

如圖所示，透鏡20之底面110之具有兩個辨識圖案304、305，此兩個辨識圖案304、305可為不透光點。且此兩個辨識圖案304、305較佳需設置於凹槽115槽口的相對兩側之位置上，並與凹槽115之中心位置的距離相等。 如此一來，當SMT製程中的光學辨識系統截取到辨識圖案304、305時，即可直接計算出辨識圖案304、305所連成之虛擬連線(如虛線所示)之中心點位置處，此中心點位置即相當於凹槽115槽口的中心點P。因此，本實施例即使只具有兩個辨識圖案304、305，也可計算出透鏡10之凹槽115中心位置，並將透鏡10之凹槽115中心位置對準光源99，達到精確對準凹槽115中心點P與光源99之功效。

藉由將透鏡10、20之底面110設置不透光之辨識圖案，本發明所揭露之實施例可在組裝透鏡與光源的過程中，精確的對準透鏡中心與光源的位置。為使更於理解上述實施例中透鏡10、20之應用，以下將舉例介紹一種光源模組組裝系統，其可擷取辨識圖案之位置，並據以計算出透鏡之中心點P，以達到精確對準透鏡中心與光源的功效。

請一併參考第5圖至第7圖，其中第5圖與第6圖分別繪示本發明之再一實施例之光源模組組裝系統之透鏡辨識示意圖以及透鏡組裝示意圖，第7圖則為本發明之再一實施例之光源模組組裝系統之電路方塊圖。

如圖所示，光源模組組裝系統40包含承載台400、電路基板410、光源420、透鏡料帶430、光學辨識模組450、驅動模組460以及吸嘴470，其中透鏡料帶430上裝設有前述實施例中之透鏡10，且光學辨識模組450可用以辨識透鏡10之辨識圖案301、302、303的位置，但不以此為限。本實施例之透鏡料帶430也可裝設有前述實施例中之透鏡20，且光學辨識模組450可辨識透鏡20之辨識圖案304、 305的位置。為方便敘述，以下將以透鏡10為例說明。

電路基板410置放於承載台400上。此外，電路基板410上可具有辨識參考點411、412、413、414，此些辨識參考點411、412、413、414設置於電路基板410之周圍，如圖中之電路基板410之四個角落之位置處，使得光學辨識模組450可擷取辨識參考點411、412、413、414的影像並據以偵測出電路基板410之位置。

本實施例之光學辨識模組450可更包含第一影像擷取單元452、第二影像擷取單元454以及影像處理單元456，其中影像處理單元456分別電性連接第一影像擷取單元452以及第二影像擷取單元454。第一影像擷取單元452設置於承載台400上，用以擷取透鏡10底面110之影像，第二影像擷取單元454架設於吸嘴470旁，可伴隨著吸嘴470一同移動並擷取電路基板410之辨識參考點411、412、413、414以及光源420之影像，其中本實施例之光源420可為發光二極體，且因為發光二極體並非透明之構件，所以可由第二影像擷取單元454擷取到發光二極體的影像。

影像處理單元456用以根據第一影像擷取單元452或第二影像擷取單元454擷取到之辨識圖案301、302、303以及辨識參考點411、412、413、414與光源420，計算出透鏡10之中心位置以及電路基板410上光源420之位置。在本實施例中，影像處理單元456可為光源模組組裝系統40內建之具運算功能之電腦處理器，但不以此為限。在本發明之其他實施例中，影像處理單元456可為一台與光源 模組組裝系統40連線之電腦裝置。

第一影像擷取單元452與第二影像擷取單元454可為採用電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)之影像感測器。此外，光源模組組裝系統可更包含顯示螢幕(未繪示)，顯示螢幕可顯示影像處理單元456之辨識結果(即顯示所計算出之透鏡10之中心位置)，以供使用者確定光源模組組裝系統是否正常運作。

此外，光學辨識模組450之影像處理單元456可電性連接驅動模組460，使驅動模組460根據影像處理單元456所計算出來的結果，驅動光源模組組裝系統40之吸嘴470吸附透鏡10，並驅動吸嘴470將透鏡10之中心對準光源420設置，其中本實施例之驅動模組460可為一種置放裝置，例如打件機或是機械手臂等。

為使更於理解，以下將更詳盡介紹透鏡10與光源420之組裝過程。如圖所示，電路基板410之表面421已預先設置有多個光源420，其中該些光源420可為發光二極體光源，且電路基板410之周圍設置有辨識參考點411、412、413、414。

本實施例中之光學辨識模組450中的第二影像擷取單元454設置在吸嘴470之一側。首先，光學辨識模組450之影像處理單元456可預先儲存包含承載台400位置的虛擬座標系統，因此承載台400上任一點的位置可在此虛 擬座標系統中表示出來。當然，承載台400上任一點的位置之確定方式並不一定侷限於預先建立座標系統之方式，本領域技術人員可以因應實際需求而改變確定承載台400上位置的方法。

接著，驅動模組460會先驅動吸嘴470在承載台400上移動，使得架設在吸嘴470旁的第二影像擷取單元454可以在四個不同的位置上分別擷取到承載台400上之電路基板410的辨識參考點411、412、413、414的影像。如此一來，根據不同的位置所分別擷取到的辨識參考點411、412、413、414的影像，電路基板410在承載台400上的位置，即可藉由影像處理單元456中所預先儲存的虛擬座標系統中而被確定出來。

接著，驅動模組460可繼續驅動吸嘴470在電路基板410所佔據的座標範圍內移動，並且藉由吸嘴470旁的第二影像擷取單元454擷取到電路基板410上之各個光源420的影像。亦即，以本實施例之光源420為發光二極體為例，光源420的影像指的就是發光二極體之外形輪廓影像。如此一來，影像處理單元456可根據辨識參考點411、412、413、414與光源420之影像，計算出光源420於電路基板410上之相對位置。須說明的是，本實施例雖將第二影像擷取單元454架設在吸嘴470之一側，但本發明並不以此為在限。在其他實施例中，第二影像擷取單元454可獨立地由驅動模組460驅動而移動。

到此為止，影像處理單元456已在虛擬座標系統中 建立出電路基板410之位置以及電路基板410上之各個光源420的相對位置。接著，如第5圖所示，驅動模組460可驅動吸嘴470自透鏡料帶430上吸附透鏡10並移動至設置於承載台400上之第一影像擷取單元452上方，使第一影像擷取單元452擷取透鏡10底面110之辨識圖案301、302以及303，其中因為吸嘴470吸附著透鏡10，所以第一影像擷取單元452也會擷取到吸嘴470之影像。

此時，影像處理單元456即可根據所擷取到的透鏡10底面110之影像而辨識出辨識圖案301、302以及303的位置。事實上，由於透鏡10為透明的，所以此處所指的透鏡10底面110之影像可以直接理解為擷取到各個辨識圖案301、302以及303的影像。

由於本實施例中各個辨識圖案301、302以及303之連線可連成正三角形，所以影像處理單元456可根據此些辨識圖案301、302以及303之位置推算出底面110凹槽115槽口的中心點，並且由於第一影像擷取單元452會擷取到辨識圖案301、302以及303以及吸嘴470之影像，所以影像處理單元456也可藉由第一影像擷取單元452得知吸嘴470與透鏡10之凹槽115槽口之中心之相對位置關係，並據以輸出中心位置訊號。

此時，影像處理單元456傳送中心位置訊號給驅動模組460。此中心位置訊號包含吸嘴470與凹槽115之槽口中心點之相對位置資訊。因此，如第6圖所示，當驅動模組460驅動吸嘴470根據中心位置訊號在電路基板410上 移動吸嘴470位置時，可將凹槽115之槽口中心點對準光源420中心點，進而組裝透鏡10於電路基板410上並定位光源420於凹槽115下。

如此一來，藉由辨識圖案計算出透鏡凹槽之槽口中心位置，並預先確定電路基板上之各個光源所在位置，因此可以準確的將透鏡凹槽之槽口中心對準各個光源的中心。此外，本實施例利用三個以上之辨識圖案，可避免透鏡在與光源對準的過程中過多的旋轉。更詳細而言，若透鏡並非為圓對稱之透鏡，則透鏡之旋轉可能會造成透鏡凹槽之槽口中心雖有對準光源，但仍會因為透鏡旋轉的關係而導致整個光源模組之出光模式與設計者預先設計的不一致，因此需設計三個以上的光學點減少透鏡於對準過程中之旋轉。

綜上所述，本發明所揭露之實施例利用透鏡底面設置不透光之辨識圖案，使得光源模組組裝系統在組裝透鏡至光源上時，可預先藉由辨識圖案確立透鏡之凹槽槽口的中心位置，並準確的將透鏡之凹槽槽口的中心位置對準光源的中心，藉以改善透明的透鏡在組裝至光源的過程中，因為無法對準光源中心而導致的元件偏移問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧透鏡

100‧‧‧透鏡本體

110‧‧‧底面

115‧‧‧凹槽

120‧‧‧出光面

200、201、202‧‧‧支撐腳

301、302、303‧‧‧辨識圖案

Claims (11)

1. 一種透鏡，包含：一透鏡本體，具有一底面以及相對該底面之一出光面，該底面中心具有一凹槽適於定位一光源；複數個支撐腳，豎立於該底面；以及至少兩辨識圖案，位於該底面且環設於該凹槽周圍，該些辨識圖案用以計算出該凹槽之一槽口之一中心位置。
2. 如請求項1所述之透鏡，其中該凹槽之該槽口的該中心位置與各該辨識圖案之距離相等。
3. 如請求項1所述之透鏡，其中當該些辨識圖案之數目為二，係設置於該凹槽之該槽口的相對兩側。
4. 如請求項1所述之透鏡，其中當該些辨識圖案之數目為三，該三個辨識圖案之連線係形成一正三角形。
5. 如請求項1所述之透鏡，其中該凹槽之該槽口為圓形。
6. 如請求項1所述之透鏡，其中該些辨識圖案為不 透光圖案。
7. 如請求項6所述之透鏡，其中該些不透光圖案係金屬鍍膜或油墨印刷之不透光點。
8. 一種光源模組組裝系統，包含：一承載台；一電路基板，置放於該承載台；一光源，設置於該電路基板之表面；一透鏡料帶，該透鏡料帶裝設有請求項1至7之任一項之一透鏡；一光學辨識模組，用以辨識該透鏡之該些辨識圖案位置；以及一驅動模組，驅動一吸嘴自該透鏡料帶吸附該透鏡至該光學辨識模組進行該些辨識圖案位置辨識，該光學辨識模組根據該些辨識圖案位置輸出該凹槽之槽口之一中心位置訊號，該驅動模組根據該中心位置訊號移動該吸嘴的位置，使該透鏡之該凹槽之槽口的中心點對準該光源之中心點，進而組裝該透鏡於該電路基板上並定位該光源於該凹槽下。
9. 如請求項8所述之光源模組組裝系統，其中該光學辨識模組更包含： 一第一影像擷取單元，設置於該承載台上，並擷取該透鏡之該底面之一影像；以及一影像處理單元，電性連接該第一影像擷取單元，該影像處理單元根據該影像辨識該些辨識圖案位置，進而根據該些辨識圖案位置計算該凹槽之槽口的中心點，以輸出該中心位置訊號。
10. 如請求項9所述之光源模組組裝系統，其中該電路基板具有一辨識參考點，設置於該電路基板之周圍，以供該光學辨識模組偵測該電路基板之位置。
11. 如請求項10所述之光源模組組裝系統，其中該光學辨識模組更包含：一第二影像擷取單元，擷取該辨識參考點與該光源之影像；其中，該影像處理單元電性連接該第二影像擷取單元，並根據該辨識參考點與該光源之影像，計算該光源於該電路基板上之相對位置。