CN103674490A - 光学检测***及其光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学检测装置，包含一壳体、一反射层及一集光透镜组。壳体内部具有一检测腔室以及连通检测腔室的一通道，壳体上具有一开口连通此通道。反射层布设于检测腔室的一内壁面。集光透镜组设置于通道内，光学检测装置用以供一光束由开口进入通道内，光束穿过集光透镜组而射入检测腔室。

Description

光学检测***及其光学检测装置

技术领域

本发明涉及一种光学检测***及其光学检测装置，特别是具有集光透镜组的光学检测***及其光学检测装置。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)在生产过程的各个阶段，都需要测量仪器检验LED晶粒的电气、辐射度学、光度学(photometry)与色度学的特性。

以测量LED的光通量的方法为例，其将LED置于一积分球(Integratmg Sphere)的内部，积分球连接有一光感测器。接着，将LED接上电源而点亮后，使LED所发出的光线于积分球内均匀散射。光感测器拾取积分球内经均匀散射后的光线，以测量并获得LED的光通量值。

然而，晶圆阶段的LED因尚未切割，故须以一探针接触一LED晶粒的电极的方式来点亮LED。但如此，LED将难以放在积分球内进行测量。因此，必须将LED放在积分球外部，使LED所发出的光线透过积分球的一开口而进入积分球内，以令光感测器拾取积分球内经均匀散射后的光线。

由于LED发光的空间分布特性，若积分球距离被测量的LED越远，则积分球的开口面积就需相对增大，使得积分球的体积也一并增加。且原则上，积分球的开口面积应小于积分球内部表面积的5％，使得目前运用于检测晶圆阶段的LED的光通量所使用的积分球的内径，至少都要2时以上。

由于晶圆阶段的LED是在同一片晶圆上布设许多的LED晶粒，若能够同时测量同一片晶圆上的多颗LED晶粒，将可大幅提升检测效率。但由于一般积分球的体积较大，因此并无法在同一片晶圆上同时安排多个积分球以同时测量多颗LED晶粒。如此一来，使得目前晶圆阶段的LED的光学检测效率无法提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学检测***及其光学检测装置，以缩小光学检测装置的体积，而能够于同一片晶圆上同时安排多个光学检测装置，以提升光学检测效率。

本发明所揭露的光学检测装置，包含一壳体、一反射层及一集光透镜组。壳体内部具有一检测腔室以及连通检测腔室的一通道，壳体上具有一开口连通此通道。反射层布设于检测腔室的一内壁面。集光透镜组设置于通道内，光学检测装置用以供一光束由开口进入通道内，光束穿过集光透镜组而射入检测腔室。

本发明所揭露的光学检测***，包含一基座、多个光学检测装置、多个供电接头及至少一感测运算器。这些光学检测装置设置于基座，且每一光学检测装置包含一壳体、一反射层及一集光透镜组。壳体内部具有一检测腔室以及连通检测腔室的一通道，壳体上具有一开口连通通道。反射层布设于检测腔室的一内壁面。集光透镜组设置于通道内。这些供电接头分别位于这些开口处。感测运算器连接这些检测腔室。

根据上述本发明所揭露的光学检测***及其光学检测装置，是通过集光透镜组与检测腔室的搭配，使光学检测装置的整体体积能够小型化。并且，通过光学检测装置的体积小型化以及以数组排列的方式设置于基座上，使光学检测***能够同一时间对多个待测物进行光学检测。如此一来，本实施例的光学检测***将可大幅提升光学检测效率。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的光学检测装置的结构示意图。

图2是根据图1的结构的局部分解图。

图3是根据图1的光学检测装置的结构剖视图。

图4是根据图1的待测物相对于光学检测装置的光学路径图。

图5是根据待测物相对于公知的积分球的光学路径图。

图6是根据本发明另一实施例的待测物相对于光学检测装置的光学路径图。

图7是根据本发明一实施例的光学检测***的结构示意图。

图8是根据图7的光学检测***的结构剖视图。

【主要元件符号说明】

10光学检测装置

11壳体

111第一壳件

1111第一凹部

1112第一凹槽

112第二壳件

1121第二凹部

1122第二凹槽

113检测腔室

113a检测腔室

1131腔室入口

1131a腔室入口

1132腔室出口

114通道

115开口

12反射层

13集光透镜组

131第一透镜

131a第一透镜

1311第一物侧面

1311a第一物侧面

1312第一像侧面

1312a第一像侧面

132第二透镜

132a第二透镜

1321第二物侧面

1321a第二物侧面

1322第二像侧面

1322a第二像侧面

133第三透镜

1331第三物侧面

1332第三像侧面

14感测运算器

141光传输线

15供电接头

16挡板

17电源供应器

20光学检测***

21基座

211组配孔

212对位孔

30待测物

32基板

40积分球

41积分球开口

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参照图1至图3，图1是根据本发明一实施例的光学检测装置的结构示意图，图2是根据图1的结构的局部分解图，图3是根据图1的光学检测装置的结构剖视图。

本发明的光学检测装置10，包含一壳体11、一反射层12及一集光透镜组13。

壳体11内部具有一检测腔室113以及连通检测腔室113的一通道114，壳体11上具有一开口115连通此通道114。检测腔室113大致为一圆球形腔室。检测腔室113具有一腔室入口1131，检测腔室113透过腔室入口1131而连接通道114。

更详细来说，壳体11包含一第一壳件111及一第二壳件112。第一壳件111具有自其一表面向下凹陷的一第一凹部1111及连接第一凹部1111的一第一凹槽1112。第一凹部1111大致为一半球形的凹陷，第一凹槽1112的一端连接第一凹部1111，第一凹槽1112的另一端贯穿第一壳件111的外表面。第二壳件112具有自其一表面向下凹陷的一第二凹部1121及连接第二凹部1121的一第二凹槽1122。第二凹部1121大致为一半球形的凹陷，第二凹槽1122的一端连接第二凹部1121，第二凹槽1122的另一端贯穿第二壳件112的外表面。第一壳件111及第二壳件112相结合，以使第一凹部1111与第二凹部1121共同形成检测腔室113，而第一凹槽1112与第二凹槽1122共同形成通道114。第一凹槽1112贯穿第一壳件111外表面的一端与第二凹槽1122贯穿第二壳件112外表面的一端共同形成开口115。

需注意的是，本实施例的壳体11系以包含二壳件(第一壳件111、第二壳件112)为例，但不以此为限。举例来说，在其他实施例当中，壳体11也可以由三个以上的壳件所共同组成。

反射层12布设于检测腔室113的一内壁面上。反射层12的材质可以是但不限于硫酸钡，在一实施例中，反射层12的反射率大于95％。

集光透镜组13可包含至少二正透镜，且集光透镜组13设置于通道114内。更详细来说，本实施例的集光透镜组13包含一第一透镜131、一第二透镜132及一第三透镜133，第一透镜131、第二透镜132及第三透镜133皆为正透镜。第一透镜131邻近开口115，第三透镜133邻近检测腔室113，第二透镜132介于第一透镜131与第三透镜133之间。

此外，检测腔室113另具有一腔室出口1132。光学检测装置10可另包含一感测运算器14，感测运算器14可以是但不限于一光感测器或一频谱仪。感测运算器14透过一光传输线141而连接于检测腔室113的腔室出口1132。

当一待测物30(譬如LED晶粒)发出一光束而由光学检测装置10的开口115进入通道114内时，光束依序穿过集光透镜组13的第一透镜131、第二透镜132及第三透镜133。集光透镜组13对光束进行集光后，光束由腔室入口1131射入检测腔室113。并且，检测腔室113内的反射层12使光束于检测腔室113内进行多次的反射并逐渐衰减，且因检测腔室113为圆球形腔室，使得光束能够于检测腔室113内形成均匀的照度分布。感测运算器14则透过光传输线141拾取检测腔室113内照度均匀分布的光束，以测量并获得待测物30的各种光学信息。

进一步来说，本实施例的检测腔室113系具有积分球的功效，而集光透镜组13则用以缩小入射光束的截面积，使检测腔室113的腔室入口1131能够尽可能的缩小。如此，检测腔室113的体积将可相对缩小，使得整体光学检测装置10能够小型化。

此外，本实施例的光学检测装置10另可包含一供电接头15及一电源供应器17。供电接头15位于开口115处，电源供应器17电性连接供电接头15。因此，若待测物30为晶圆阶段的LED晶粒，则可透过供电接头15接触待测物30而使待测物30通电发光。如此，使得光学检测装置10可同时对待测物30进行供电与检测的功能，以因应不同型态的待测物30。

并且，在本实施例或其他实施例中，光学检测装置10另可包含一挡板16，挡板16设置于检测腔室113内，且挡板16介于腔室入口1131及腔室出口1132之间。借助挡板16的设置，以避免光束未经充分反射便直接由腔室入口1131射向腔室出口1132，以确保感测运算器14所测出的光学数据能够具有良好的准确度。

请接着继续参照图4，图4是根据图1的待测物相对于光学检测装置的光学路径图，为了易于阅读，本光路图仅绘出光线第一次抵达检测腔室113内壁为止。

接着将针对集光透镜组13及检测腔室113之间的相关尺寸特征进行说明。如图4所示，在本实施例中，集光透镜组13的一光轴M系通过检测腔室113的一几何中心点C。进一步来说，因检测腔室113大致为圆球形腔室，因此几何中心点C大致为检测腔室113的球心点。借助集光透镜组13的光轴M通过检测腔室113的一几何中心点C，可令光学检测装置10具有良好的检测效果。

此外，第一透镜131的材质为塑料，且第一透镜131具有相对的一第一物侧面1311以及一第一像侧面1312，第一像侧面1312朝向检测腔室113。并且，第一透镜131于光轴M上的厚度t1为2.1mm。

第二透镜132的材质为玻璃(型号Schott-NSF5)，且第二透镜132具有相对的一第二物侧面1321以及一第二像侧面1322，第二像侧面1322朝向检测腔室113。并且，第二透镜132于光轴M上的厚度t2为2.5mm，且第二透镜132与第一透镜131于光轴M上的间距L1为0.2mm。

第三透镜133的材质为塑料，且第三透镜133具有相对的一第三物侧面1331以及一第三像侧面1332，第三像侧面1332朝向检测腔室113。并且，第三透镜133于光轴M上的厚度t3为1.5mm，且第三透镜133与第二透镜132于光轴M上的间距L2为0.2mm，第三透镜133与腔室入口1131于光轴M上的间距L3为3.5mm。

至于第一物侧面1311、一第一像侧面1312、第二物侧面1321、第二像侧面1322、第三物侧面1331以及一第三像侧面1332的曲率数据，则如下表一所示。

表一

	曲率(mm)
		第一物侧面1311	无穷大(即平面)
第一像侧面1312	A(1)
		第二物侧面1321	6.18
第二像侧面1322	-6.18
		第三物侧面1331	A(2)
第三像侧面1332	A(3)

其中，A(1)、A(2)及A(3)为非球面，且满足下列公式：

$z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+{(1-(1+k)c^2{y}^2)}^{1/2}}+\mathrm{\Σ}{A}_j{y}^{2j}$

其中，c为顶点的基础曲率，k为二次曲面系数，A_jy^2j是高阶非球面系数。

在表一的实施例中，A(1)、A(2)及A(3)的各项参数如表二所示。

表二

请继续参照图4，举例来说，本实施例收集待测物30所发射正负约70度的光束，光束照射于第一物侧面1311的照射面积的直径d1为2.41mm。当光束经集光透镜组13集光后，光束照射于腔室入口1131处的照射面积的直径d2将可缩小至0.52mm。因此，腔室入口1131的开口大小的直径大于0.52mm即可，使得检测腔室113的内径D的大小需为3mm左右(检测腔室113的内径D约略为腔室入口1131的开口大小的五倍)。

请接着参照图5，图5是根据待测物相对于公知的积分球的光学路径图。

若直接以公知的积分球40来对相同的待测物30检测时，若不经集光透镜组13集光而直接在积分球40的开口41端收集待测物30相同的发散角度的光线时，则积分球40的开口41的直径d3需至少大于2.41mm。因此推算积分球40的内径D’至少需大于14mm。

比较图5的积分球40的内径D’与图4的本实施例的光学检测装置10的检测腔室113的内径D，在测量相同待测物30的照射面积的条件下，本实施例的检测腔室113的内径D大约仅为公知的积分球40的内径D’的20％。换句话说，通过本实施例的集光透镜组13与检测腔室113的搭配，将可确实地缩小光学检测装置10的整体体积。

需注意的是，上述本实施例的集光透镜组13系以三个正透镜为例，但透镜的数量非用以限定本发明。下述将介绍集光透镜组仅具二个正透镜的实施例。

请接着参照图6，图6是根据本发明另一实施例的待测物相对于光学检测装置的光学路径图，在本实施例中，光学检测装置收集待测物30所发射正负约60度的光束。

在本实施例中，集光透镜组仅包含第一透镜131a及第二透镜132a。

第一透镜131a的材质为塑料，且第一透镜131a具有相对的一第一物侧面1311a以及一第一像侧面1312a，第一像侧面1312a朝向检测腔室113a。并且，第一透镜131a于光轴M上的厚度t4为1.95mm。

第二透镜132a的材质为塑料，且第二透镜132a具有相对的一第二物侧面1321a以及一第二像侧面1322a，第二像侧面1322a朝向检测腔室113a。并且，第二透镜132a于光轴M上的厚度t5为1.96mm，且第二透镜132a与第一透镜131a于光轴M上的间距L4为0.2mm，而第二透镜132a与腔室入口1131a于光轴M上的间距L5为3.6mm。

至于第一物侧面1311a、一第一像侧面1312a、第二物侧面1321a以及第二像侧面1322a的曲率数据，则如下表三所示。

表三

曲率(mm)

第一物侧面1311a	无穷大(即平面)
		第一像侧面1312a	A(1)
第二物侧面1321a	A(2)
		第二像侧面1322a	A(3)

其中，A(1)、A(2)及A(3)为非球面，且满足下列公式：

$z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+{(1-(1+k)c^2{y}^2)}^{1/2}}+\mathrm{\Σ}{A}_j{y}^{2j}$

其中，c为顶点的基础曲率，k为二次曲面系数，A_jy^2j是高阶非球面系数。

在表三的实施例中，A(1)、A(2)及A(3)的各项参数如表四所示。

表四

请接着参照图7及图8，图7是根据本发明一实施例的光学检测***的结构示意图，图8是根据图7的光学检测***的结构剖视图。

本实施例的光学检测***20系包含一基座21、多个光学检测装置10、多个供电接头15及至少一感测运算器14。

基座21大致为一板体，且基座21上设置有多个贯通的组配孔211。这些组配孔211系以数组的方式排列。本实施例的图式所示的组配孔211系以2x2的数组方式排列，但组配孔211的排列方式以及数量非用以限定本发明。

此外，每一光学检测装置10包含有一壳体11、一反射层12、一集光透镜组13及挡板16。由于上述光学检测装置10的各元件的细部结构以及彼此间的相对位置关系大致与图1至图3的实施例相似，因此便不再赘述。每一光学检测装置10系装设于基座21上这些组配孔211，使得这些光学检测装置10同样以数组方式排列。

每一供电接头15设置于基座21，且分别对应这些组配孔211，使得这些供电接头15分别位于这些光学检测装置10的开口115处。

感测运算器14连接于每一光学检测装置10的检测腔室113。进一步来说，本实施例系以每一光学检测装置10的检测腔室113共同连接于同一个感测运算器14为例，但不以此为限。举例来说，在其他实施例中，感测运算器14的数量也可以是多个，且每一光学检测装置10各别独立链接一个或多个感测运算器14。

如图8所示，多个待测物30以数组的排列方式位于一基板32上，待测物30可为LED晶粒，基板32可为一晶圆。由于每一光学检测装置10具有较小的体积，因此这些光学检测装置10能够以数组排列的方式设置于的基座21上，并使得光学检测***20可同时对基板32上的多个待测物30进行光学测量。如此一来，将可大幅提升光学检测效率。

此外，在本实施例中，基座21上还可具有一对位孔212，对位孔212处还可设有另一供电接头15。通过对位孔212与这些光学检测装置10的相对位置的适当设置，使得当基座21位于待测物30上方时，操作者将可通过目视的方式而将对位孔212处的供电接头15与其下方的待测物30进行对位。如此一来，便可同时确保每一光学检测装置10所对应的供电接头15都能够准确地与其下方的待测物30电性接触，以利于后续的检测。

根据上述实施例的光学检测***及其光学检测装置，通过集光透镜组与检测腔室的搭配，使光学检测装置的整体体积能够小型化。并且，通过光学检测装置的体积小型化以及以数组排列的方式设置于基座上，使得多个光学检测装置能够同时位于设有多个待测物的基板上，以使光学检测***能够同一时间对多个待测物进行光学检测。如此一来，本实施例的光学检测***将可大幅提升光学检测效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光学检测装置，包含：

一壳体，其内部具有一检测腔室以及连通该检测腔室的一通道，该壳体上具有一开口连通该通道；

一反射层，布设于该检测腔室的一内壁面；以及

一集光透镜组，设置于该通道内，该光学检测装置用以供一光束由该开口进入该通道内，该光束穿过该集光透镜组而射入该检测腔室。

2.如权利要求1所述的光学检测装置，另包含一供电接头，位于该开口处。

3.如权利要求2所述的光学检测装置，另包含一电源供应器，连接该供电接头。

4.如权利要求1所述的光学检测装置，另包含一感测运算器，连接该检测腔室。

5.如权利要求4所述的光学检测装置，另包含一挡板，该检测腔室具有一腔室入口及一腔室出口，该腔室入口连接该通道，该腔室出口连接该感测运算器，该挡板设置于该检测腔室内，且该挡板介于该腔室入口及该腔室出口之间。

6.如权利要求1所述的光学检测装置，其中该壳体包含一第一壳件及一第二壳件，该第一壳件具有自其一表面向下凹陷的一第一凹部及连接该第一凹部的一第一凹槽，该第二壳件具有自其一表面向下凹陷的一第二凹部及连接该第二凹部的一第二凹槽，该第一壳件及该第二壳件相结合，使该第一凹部与该第二凹部形成该检测腔室，该第一凹槽与该第二凹槽形成该通道。

7.如权利要求1所述的光学检测装置，其中该集光透镜组包含至少二正透镜。

8.如权利要求7所述的光学检测装置，其中该二正透镜的至少其一为一非球面透镜。

9.如权利要求1所述的光学检测装置，其中该集光透镜组的一光轴通过该检测腔室的一几何中心点。

10.一种光学检测***，包含：

一基座；

多个光学检测装置，设置于该基座，每一该光学检测装置包含：

一壳体，其内部具有一检测腔室以及连通该检测腔室的一通道，该壳体上具有一开口连通该通道；

一反射层，布设于该检测腔室的一内壁面；以及

一集光透镜组，设置于该通道内；

多个供电接头，分别位于该些开口处；以及

至少一感测运算器，连接该些检测腔室。

11.如权利要求10所述的光学检测***，其中该基座上还具有一对位孔，该对位孔处还设有另一该供电接头。

12.如权利要求10所述的光学检测***，其中该基座上还具有多个贯通的组配孔，每一该供电接头设置于该基座，且分别对应该些组配孔，使得该些供电接头分别位于该些光学检测装置的该些开口处。

Images