TW201326778A - 具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器及光學量測系統 - Google Patents

Abstract

本發明是一種具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器及光學量測系統，所述光學量測系統包含該光學量測輔助器與光學量測儀器，該光學量測輔助器主要係利用一內有橢圓球形內反射曲面之第一反射腔體，或於第一反射腔體一端串接一有內有橢圓球形內反射曲面之第二反射腔體，或是，另以一橢圓球體部份之內反射橢圓曲面被驅動旋轉而形成一虛擬橢圓球形內反射曲面等設計，利用橢球形反射曲面可直接反射一發光點之全角度光線至光學量測儀器，使其可以快速完成量測，且量測時可提供全反射之光路，不會有像差問題，且不論光源入射角度的大小，皆可不需移動偵測，而能對待測物量測所需的光學特性。

Description

具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器及光學量測系統

本發明是關於一種光學量測系統，尤指該光學量測系統中之具有橢圓曲面構造的光學量測輔助器及包含該光學量測輔助器之光學量測系統。

如液晶顯示裝置等物品為了解析其光學特性，必須以適當的光學量測系統進行檢驗，於進行光學量測作業必須利用一特定治具將該液晶顯示裝置固定對應於一光學量測儀器。接著，利用該光學量測儀器在各種不同的預定角度分別進行量測液晶顯示裝置之各種角度的光學特性。為了在各種不同的預定角度分別進行量測，操作者需要將該光學量測儀器或液晶顯示裝置之位置變換至不同的角度位置，方能在各種不同的預定角度可進行量測液晶顯示裝置之光學特性。

目前已知的光學量測系統中，傳統的焦錐透鏡式(conoscopy)量測系統廣泛應用在平面顯示器的光學量測領域，其可量測得到亮度、對比、視角等光學特性，此焦錐透鏡式量測系統雖然可以快速以及不需複雜的數學運算就可得到量測資料，但在透鏡設計上要避免像差以及須大角度入射來得到視角的資料，所以在透鏡的設計與加工往往是要花很多人力與材料成本，整組機台並不便宜。

另一種光學量測方法為機械旋轉式，其方法係利用輝度計量測同一位置，再以機械的方法改變待測物角度，以得到不同視角的資料。如台灣專利公開第200928338號之“可調式光學量測治具及其量測方法”發明專利申請案，以及台灣專利第513339號之“液晶面板之可調式光學量測治具”發明專利案等，其分別揭示可調式光學量測治具用以量測液晶顯示裝置之光學特性。

前述中，利用輝度計量測同一位置，再以機械的方法改變角度，以得到不同視角的資料，此方法雖然簡單、便宜，但量測一片面板所花費時間過久，對現今產量、產品規格種類眾多的業界來說，已漸漸不符經濟效益。

然而，台灣專利公開第200928338號之專利申請案及台灣專利第513339號之專利之可調式光學量測治具在單次量測操作時，即在不同角度進行量測時，需要調整光學量測治具或光學量測儀器之角度位置，現行規格於完成操作約為20分鐘，操作時間過長。

本發明之主要目的在於提供一種具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器及光學量測系統，希藉此設計改善現有光學量測作業費時的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出之具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器係包含：一旋轉反射構件，其包含一內反射橢圓曲面、一第一焦點與一第二焦點，所述內反射橢圓曲面為一橢圓球內曲面中的一部分區塊且具有一基準中心軸線；第一焦點與第二焦點位於該基準中心軸線上，內反射橢圓曲面位於第一焦點與第二焦點之間，內反射橢圓曲面相對於基準中心軸線的兩端分別對應於第一焦點與第二焦點且與基準中心軸線具有一預定的距離；以及一旋轉驅動機構，其包含一旋轉作動端，旋轉作動端連接旋轉反射構件，藉由旋轉驅動機構驅動旋轉反射構件以基準中心軸線為中心旋轉，使旋轉的內反射橢圓曲面形成一虛擬橢圓球形內反射曲面。

本發明所提出之光學量測系統，包含：一如上所述之光學量測輔助器；一偵測器，設置於該第一焦點與第二焦點之其中一個；一待測物，設於該第一焦點與第二焦點之其中另一個；一雷射光源，用以相對於該基準中心軸線呈一傾斜角度發出雷射光通過該待測物後，投射於旋轉的該內反射橢圓曲面上，經反射再投射至該偵測器；以及一分析裝置，用以量測分析該偵測器所偵測到的資料。

本發明所提出之另一具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器係包含一第一反射腔體，第一反射腔體包含一橢圓球形內反射曲面、一第一焦點與一第二焦點，橢圓球形內反射曲面位於第一反射腔體內部且位於第一焦點與第二焦點之間，第一反射腔體之橢圓球形內反射曲面具有一第一中心軸線通過其中心，第一焦點與第二焦點位於第一中心軸線上，第一反射腔體之一端對應於第一焦點且與第一中心軸線具有一距離而形成一第一入光口，第一反射腔體之另一端對應於第二焦點且與第一中心軸線具有一距離而形成一第一出光口。

本發明所提出之另一種光學量測系統，包含：一如上所述之光學量測輔助器；一偵測器，設置於該第一焦點與第二焦點之其中一個；一待測物，設於該第一焦點與第二焦點之其中另一個；一雷射光源，用以相對於該基準中心軸線呈一傾斜角度發出雷射光通過該待測物後，投射於該橢圓球形內反射曲面上，經反射再投射至該偵測器；以及一分析裝置，用以量測分析該偵測器所偵測到的資料。

本發明所述光學量測輔助器尚可進一步包含一串接於第一反射腔體一端的第二反射腔體，第二反射腔體包含一橢圓球形內反射曲面、一第三焦點與一第四焦點，橢圓球形內反射曲面位於第二反射腔體內部且位於第三焦點與第四焦點之間，第二反射腔體之橢圓球形內反射曲面具有一第二中心軸線通過其中心，第三焦點與第四焦點位於第二中心軸線上，第二反射腔體之一端對應於第三焦點且與第二中心軸線具有一距離而形成一第二入光口，第二反射腔體之另一端對應於第四焦點且與第二中心軸線具有一距離而形成一第二出光口，第二反射腔體之第二入光口銜接第一反射腔體的第一出光口，第二反射腔體之第三焦點與第一反射腔體的第二焦點重合，第一中心軸線與第二中心軸線呈一直線。

本發明所提出之另一光學量測系統，係包含：一如上所述之光學量測輔助器；一偵測器，設置於該第一焦點；一待測物，設於該第四焦點；一雷射光源，用以通過位於該第一焦點之該待測物，再投射於該第一反射腔體之橢圓球形內反射曲面上，經該第一反射腔體之橢圓球形內反射曲面反射，通過重合的該第一反射腔體的第二焦點與該第二反射腔體的第三焦點投射至該第二反射腔體的橢圓球形內反射曲面，經反射後投射位於該第二反射腔體的第四焦點的該偵測器；以及一分析裝置，用以量測分析該偵測器所偵測到的資料。

本發明所提出之光學量測輔助器與光學量測系統，其主要係利用橢球形反射曲面之架構，使其可直接反射一發光點之全角度光線至一光學量測儀器，具備高量測精準度並兼具快速量測與低成本之特性，其操作時間最快可約10秒即能完成量測，作業效率佳，且符合經濟效益；而且本發明光學量測輔助器利用其橢圓球形內反射曲面之構造，提供量測作業之全反射之光路設計，不會有像差問題，且不論光源入射角度的大小，皆可不需移動偵測，並能對待測物量測所需的光學特性。

如圖1及2所示，係揭示本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器之第一較佳實施例，該具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器係包含一旋轉反射構件1與一旋轉驅動機構2，其中：所述旋轉反射構件1，其包含一內反射橢圓曲面10、一第一焦點11與一第二焦點12，所述內反射橢圓曲面10為一橢圓球內曲面的一部分區塊且具有一基準中心軸線13，亦即一橢圓球形內曲面相對於基準中心軸線13分割為N分之一(N為正整數)而構成之區塊，使旋轉反射構件1具備體積小，材料成本低，其內反射橢圓曲面10易做表面處理，以及曲面高精確性等特點；該旋轉反射構件1之第一焦點11與第二焦點12位於該基準中心軸線13上，內反射橢圓曲面10位於第一焦點11與第二焦點12之間，內反射橢圓曲面10相對於基準中心軸線13的兩端分別對應於第一焦點11與第二焦點12且與基準中心軸線13具有一預定的距離。以幾何光學觀點，從橢圓球形內曲面之其中一個焦點所發出來的光反射後將會聚集在此橢圓球形內曲面之其中另一個焦點，亦即從該第一焦點11與第二焦點12之其中一個所發出來的光在該內反射橢圓曲面反射後將會聚集在該第一焦點11與第二焦點12之其中另一個。

所述旋轉驅動機構2包含一旋轉作動端22，旋轉作動端22連接旋轉反射構件1，旋轉驅動機構2可驅動旋轉反射構件1以基準中心軸線13為中心旋轉，使旋轉的內反射橢圓曲面10形成一虛擬橢圓球形內反射曲面10A。

於本較佳實施例中，所述之旋轉驅動機構2為一伺服馬達20與一連接構件21之組合，伺服馬達20具有一可旋轉的心軸，連接構件21具有旋轉作動端22，且以旋轉作動端22連接旋轉反射構件1鄰近第一焦點31的一端。

在第一較佳實施例中，前述具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器應用於光學量測系統時，如圖2所示，該光學量測系統除所述光學量測輔助器外，尚包含將一偵測器6之接收端設置於該光學量測輔助器之第一焦點11，待測物7設於第二焦點12處，偵測器6與待測物7亦可互換位置。如圖2所示，進行量測時，以雷射光源5相對於基準中心軸線13呈一傾斜角度發出雷射光投射於第二焦點12並通過待測物7後，投射於旋轉的內反射橢圓曲面10上，經反射再投射至位於第一焦點11的偵測器6接收端，再由偵測器6將偵測到的資料輸送至系統中的分析裝置中進行量測分析。

如圖3所示，是揭示本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器之第二較佳實施例，所述光學量測輔助器係包含一第一反射腔體3，第一反射腔體3包含一橢圓球形內反射曲面30、一第一焦點31與一第二焦點32，橢圓球形內反射曲面30位於第一反射腔體3內部且位於第一焦點31與第二焦點32之間，第一反射腔體3之橢圓球形內反射曲面30具有一第一中心軸線33通過其中心，第一焦點31與第二焦點32位於第一中心軸線33上，第一反射腔體3之一端對應於第一焦點31且與第一中心軸線33具有一距離而形成一第一入光口34，第一反射腔體3之另一端對應於第二焦點32且與第一中心軸線33具有一距離而形成一第一出光口35，使從該第一焦點31與第二焦點32之其中一個所發出來的光在該橢圓球形內反射曲面30反射後將會聚集在該第一焦點31與第二焦點32之其中另一個。

在第二較佳實施例中，前述具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器應用於光學量測系統時，如圖4所示，該光學量測系統除所述光學量測輔助器外，尚包含將一偵測器6之接收端設置於第一反射腔體3之第二焦點32，待測物7設於第一反射腔體3之第一焦點31處，偵測器6與待測物7亦可互換位置。進行量測時，以雷射光源5相對於第一中心軸線33呈一傾斜角度發出雷射光投射於第二焦點32並通過待測物7後，投射於第一反射腔體3的橢圓球形內反射曲面30上，經反射再投射至位於第二焦點32的偵測器6接收端，再由偵測器6將偵測到的資料輸送至系統中的分析裝置中進行量測分析。

如圖5所示，是揭示本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器之第三較佳實施例，所述光學量測輔助器係包含一第一反射腔體3以及一串接於第一反射腔體3一端的第二反射腔體4，所述第一反射腔體3與前述光學量測輔助器第二較佳實施例所述之第一反射腔體3大體上相同。

所述第二反射腔體4包含一橢圓球形內反射曲面40、一第三焦點41與一第四焦點42，橢圓球形內反射曲面40位於第二反射腔體4內部且位於第三焦點41與第四焦點42之間，第二反射腔體4之橢圓球形內反射曲面40具有一第二中心軸線43通過其中心，第三焦點41與第四焦點42位於第二中心軸線43上，第二反射腔體4之一端對應於第三焦點41且與第二中心軸線43具有一距離而形成一第二入光口44，第二反射腔體4之另一端對應於第四焦點42且與第二中心軸線43具有一距離而形成一第二出光口45，第二反射腔體4之第二入光口44銜接第一反射腔體3的第一出光口34，第二反射腔體4之第三焦點41與第一反射腔體3的第二焦點32重合，第一中心軸線33與第二中心軸線43呈一直線。使從該第三焦點41與第四焦點42之其中一個所發出來的光在該橢圓球形內反射曲面40反射後將會聚集在該第三焦點41與第四焦點42之其中另一個。

本發明之第一反射腔體3與第二反射腔體4可為不同型式的橢圓腔體，如圖5所示的第三較佳實施例，其中第一反射腔體3為短胖型的腔體，第二反射腔體4為狹長型的腔體。

在第三較佳實施例中，前述具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器應用於光學量測系統時，如圖6所示，該光學量測系統除所述光學量測輔助器外，尚包含將一待測物7放置於第一反射腔體3的第一焦點31位置，所述待測物7並可被一外部的驅動機構所帶動位移或旋轉，再以高指向性的雷射光源5輸出雷射光，通過反射鏡組8反射後通過位於第一反射腔體3的第一焦點31之待測物7再投射於橢圓球形內反射曲面30上，經第一反射腔體3的橢圓球形內反射曲面30反射，通過重合的第一反射腔體3的第二焦點32與第二反射腔體4的第三焦點41投射至第二反射腔體4的橢圓球形內反射曲面40，經反射後投射位於第二反射腔體4的第四焦點42處的偵測器6接收端，再由偵測器6將偵測到的資料輸送至系統中的分析裝置9中進行量測分析。

本發明利用橢圓球形內反射曲面之構造，如圖7所示，提供量測作業之全反射之光路設計，不會有像差問題，且不論光源入射角度的大小，皆可不需移動偵測，並能對待測物量測所需的光學特性。

1．．．旋轉反射構件

10．．．內反射橢圓曲面

10A．．．虛擬橢圓球形內反射曲面

11．．．第一焦點

12．．．第二焦點

13．．．基準中心軸線

2．．．旋轉驅動機構

20．．．伺服馬達

21．．．連接構件

22．．．旋轉作動端

3．．．第一反射腔體

30．．．橢圓球形內反射曲面

31．．．第一焦點

32．．．第二焦點

33．．．第一中心軸線

34．．．第一入光口

34．．．第一出光口

4．．．第二反射腔體

40．．．橢圓球形內反射曲面

41．．．第三焦點

42．．．第四焦點

43．．．第二中心軸線

44．．．第二入光口

45．．．第二出光口

5．．．雷射光源

6．．．偵測器

7．．．待測物

8．．．反射鏡組

9．．．分析裝置

圖1是本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器第一較佳實施例的平意圖。

圖2是圖1所示光學量測輔助器第一較佳實施例應用於光學量測系統中的使用狀態參考圖。

圖3是本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器第二較佳實施例的平意圖。

圖4是圖3所示光學量測輔助器第二較佳實施例應用於光學量測系統中的使用狀態參考圖。

圖5是本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器第三較佳實施例的平意圖。

圖6是本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器第三較佳實施例應用於光學量測系統中的使用狀態參考圖。

圖7是本發明具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器第三較佳實施例應用於光學量測系統於不同光源入射角度的使用狀態參考圖。

3．．．第一反射腔體

30．．．橢圓球形內反射曲面

31．．．第一焦點

32．．．第二焦點

33．．．第一中心軸線

34．．．第一入光口

34．．．第一出光口

4．．．第二反射腔體

40．．．橢圓球形內反射曲面

41．．．第三焦點

42．．．第四焦點

43．．．第二中心軸線

44．．．第二入光口

45．．．第二出光口

5．．．雷射光源

6．．．偵測器

7．．．待測物

8．．．反射鏡組

9．．．分析裝置

Claims (9)

1. 一種具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器，係包含：一旋轉反射構件，其包含一內反射橢圓曲面、一第一焦點與一第二焦點，所述內反射橢圓曲面為一橢圓球內曲面中的一部分區塊且具有一基準中心軸線，第一焦點與第二焦點位於該基準中心軸線上，內反射橢圓曲面相對於基準中心軸線的兩端分別對應於第一焦點與第二焦點且與基準中心軸線具有一預定的距離，其中從該第一焦點與第二焦點之其中一個所發出來的光在該內反射橢圓曲面反射後將會聚集在該第一焦點與第二焦點之其中另一個；以及一旋轉驅動機構，其包含一旋轉作動端，旋轉作動端連接旋轉反射構件，藉由旋轉驅動機構驅動旋轉反射構件以基準中心軸線為中心旋轉，使旋轉的內反射橢圓曲面形成一虛擬橢圓球形內反射曲面。
2. 如請求項1所述之具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器，其中所述旋轉驅動機構具有一伺服馬達與一連接構件，伺服馬達以其心軸組接連接構件，旋轉作動端位於連接構件上且連接旋轉反射構件鄰近第一焦點的一端。
3. 一種具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器，其包含：一第一反射腔體，第一反射腔體包含一橢圓球形內反射曲面、一第一焦點與一第二焦點，橢圓球形內反射曲面位於第一反射腔體內部，第一反射腔體之橢圓球形內反射曲面具有一第一中心軸線通過其中心，第一焦點與第二焦點位於第一中心軸線上，第一反射腔體之一端對應於第一焦點且與第一中心軸線具有一距離而形成一第一入光口，第一反射腔體之另一端對應於第二焦點且與第一中心軸線具有一距離而形成一第一出光口，其中從該第一焦點與第二焦點之其中一個所發出來的光在該橢圓球形內反射曲面反射後將會聚集在該第一焦點與第二焦點之其中另一個。
4. 如請求項3所述之具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器，所述光學量測輔助器尚包含：一串接於第一反射腔體一端的第二反射腔體，第二反射腔體包含一橢圓球形內反射曲面、一第三焦點與一第四焦點，橢圓球形內反射曲面位於第二反射腔體內部，第二反射腔體之橢圓球形內反射曲面具有一第二中心軸線通過其中心，第三焦點與第四焦點位於第二中心軸線上，第二反射腔體之一端對應於第三焦點且與第二中心軸線具有一距離而形成一第二入光口，第二反射腔體之另一端對應於第四焦點且與第二中心軸線具有一距離而形成一第二出光口，第二反射腔體之第二入光口銜接第一反射腔體的第一出光口，第二反射腔體之第三焦點與第一反射腔體的第二焦點重合，第一中心軸線與第二中心軸線呈一直線，其中從該第三焦點與第四焦點之其中一個所發出來的光在該橢圓球形內反射曲面反射後將會聚集在該第三焦點與第四焦點之其中另一個。
5. 如請求項4所述之具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器，其中第一反射腔體與第二反射腔體不同型式的橢圓腔體。
6. 如請求項5所述之具有橢圓曲面構造之光學量測輔助器，其中該第一反射腔體為短胖型的腔體，該第二反射腔體為狹長型的腔體。
7. 一種光學量測系統，包含：一如請求項1所述之光學量測輔助器；一偵測器，設置於該第一焦點與第二焦點之其中一個；一待測物，設於該第一焦點與第二焦點之其中另一個；一雷射光源，用以相對於該基準中心軸線呈一傾斜角度發出雷射光通過該待測物後，投射於旋轉的該內反射橢圓曲面上，經反射再投射至該偵測器；以及一分析裝置，用以量測分析該偵測器所偵測到的資料。
8. 一種光學量測系統，包含：一如請求項3所述之光學量測輔助器；一偵測器，設置於該第一焦點與第二焦點之其中一個；一待測物，設於該第一焦點與第二焦點之其中另一個；一雷射光源，用以相對於該基準中心軸線呈一傾斜角度發出雷射光通過該待測物後，投射於該橢圓球形內反射曲面上，經反射再投射至該偵測器；以及一分析裝置，用以量測分析該偵測器所偵測到的資料。
9. 一種光學量測系統，包含：一如請求項4所述之光學量測輔助器；一偵測器，設置於該第一焦點；一待測物，設於該第四焦點；一雷射光源，用以通過位於該第一焦點之該待測物，再投射於該第一反射腔體之橢圓球形內反射曲面上，經該第一反射腔體之橢圓球形內反射曲面反射，通過重合的該第一反射腔體的第二焦點與該第二反射腔體的第三焦點投射至該第二反射腔體的橢圓球形內反射曲面，經反射後投射位於該第二反射腔體的第四焦點的該偵測器；以及一分析裝置，用以量測分析該偵測器所偵測到的資料。