TWI850781B - 光學對位方法及光學對位裝置 - Google Patents
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Abstract
本申請實施例提供一種光學對位方法及光學對位裝置。所述光學對位方法包括：將包括第一偏光元件的第一工件和包括第二偏光元件的第二工件間隔設置；獲取雷射依次經過所述第一工件和所述第二工件後的出射光束的圖像；以及判斷所述圖像中是否存在與待檢測光斑重疊的鬼影，若所述圖像中存在鬼影，則調整所述第一工件和所述第二工件的距離，使所述鬼影在所述圖像中消失；若所述圖像中不存在鬼影，則檢測所述待檢測光斑的強度，以判斷所述第一工件和所述第二工件是否對位成功。
Description
本申請涉及光學對位技術領域，具體而言，涉及一種光學對位方法及光學對位裝置。
偏光元件能夠使特定偏振方向的光透過或改變光之偏振態，將兩個偏光元件進行貼合時，需要先將兩個偏光元件進行對位，以使二者的偏光軸呈預設夾角。通常藉由檢測雷射依次經兩個偏光元件後出射光的強度，來判斷兩個偏光元件是否對位成功。
然，習知的光學對位方法中，雷射依次經兩個偏光元件後的出射光中，既包含形成待檢測的光斑的一次穿透光，還包含形成鬼影的多次折返光。是故，習知的光學對位方法中出射光的強度無法真正反應兩個偏光元件的偏光軸對位的準確性，導致兩個偏光元件的貼合異常。
本申請第一方面提供一種光學對位方法。該光學對位方法包括：
將第一工件和第二工件間隔設置，其中所述第一工件包括第一偏光元件，所述第二工件包括第二偏光元件；獲取雷射依次經過所述第一工件和所述第二工件後的出射光束的圖像；以及判斷所述出射光束的圖像中是否存在與待檢測光斑重疊的鬼影，若所述出射光束的圖像中存在鬼影，則調整所述第一工件和所述第二工件的距離，使所述鬼影在所述出射光束的圖像中消失；若所述出射光束的圖像中不存在鬼影，則檢測所述待檢測光斑的強度，以判斷所述第一工件和所述第二工件是否對位成功。
該光學對位方法藉由調整第一工件和第二工件的距離，使鬼影在出射光束的圖像中消失，可避免鬼影對第一工件和第二工件是否對位成功的影響，提升第一工件和第二工件對位的準確度，避免第一工件和第二工件的貼合異常。
本申請第二方面提供一種光學對位裝置。該光學對位裝置包括：光源，用於出射雷射；第一治具，用於固定第一工件，所述第一工件包括第一偏光元件；第二治具，用於固定第二工件，所述第二工件包括第二偏光元件，所述雷射依次經過所述第一工件和所述第二工件後得到出射光束；光學感測器，用於獲取所述出射光束的圖像，並用於檢測所述出射光束的圖像中待檢測光斑的強度，以判斷所述第一工件和所述第二工件是否對位成功；以及
調整平臺，用於在所述出射光束的圖像中存在與所述待檢測光斑重疊的鬼影時，調整所述第一工件和所述第二工件之間的距離，以使鬼影在所述出射光束的圖像中消失。
該光學對位裝置中，調整平臺能夠在出射光束的圖像中存在與所述待檢測光斑重疊的鬼影時，調整所述第一工件和所述第二工件之間的距離，以使鬼影在所述出射光束的圖像中消失，可避免鬼影對第一工件和第二工件是否對位成功的影響，提升第一工件和第二工件對位的準確度，避免第一工件和第二工件的貼合異常。
100:光學對位裝置
110:光源
120:聚焦透鏡
130:光學檢測器
210:第一工件
211:第一偏光元件
212:透鏡
213:部分穿透部分反射元件
220:第二工件
222:第二偏光元件
X:光軸
S1:第一表面
S2:第二表面
α:預設角度
P1:待檢測光斑
G1、G2:鬼影
L1:一次穿透光
L2:一次折反射光
L3:二次折反射光
D:距離
S1-S5:步驟
圖1為本申請一實施例的光學對位方法的流程示意圖。
圖2A和圖2B分別為第一工件和第二工件在特定距離時的光路示意圖和出射光束的圖像示意圖。
圖3為光線的入射角度、入射高度及出射角度的示意圖。
圖4A至圖4G分別為第一工件和第二工件在不同距離下的光路示意圖和出射光束的圖像示意圖。
下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。
圖1為本申請一實施例的光學對位方法的流程示意圖。如圖1所示，該光學對位方法包括以下步驟S1至S5。
步驟S1：將第一工件和第二工件間隔設置。
步驟S2：獲取雷射依次經過第一工件和第二工件後的出射光束的圖像。
步驟S3：判斷出射光束的圖像中是否存在與待檢測光斑重疊的鬼影。若出射光束的圖像中存在鬼影，則執行步驟S4，否則執行步驟S5。
步驟S4：調整第一工件和第二工件的距離，使鬼影在出射光束的圖像中消失。
步驟S5：檢測待檢測光斑的強度，以判斷第一工件和第二工件是否對位成功。
以下結合圖2A至圖4G具體說明。
具體地，步驟S1中，將第一工件210和第二工件220放置到光學對位裝置100中。
如圖2A所示，第一工件210包括第一偏光元件211、透鏡212和部分穿透部分反射元件213。透鏡212包括相對的第一表面S1和第二表面S2。第一表面S1為凹面，第二表面S2為凸面。第一偏光元件211設置於第一表面S1上。部分穿透部分反射元件213設置於第二表面S2上。第二工件220包括第二偏光元件222。第一偏光元件211位於第一表面S1和第二偏光元件222之間，且第一偏光元件211和第二偏光元件222之間具有空氣間隔。該光學對位方法用於使第一偏光元件211的偏光軸和第二偏光元件222的偏光軸對位。其他實施例中，第一表面S1為凸面，第二表面S2為凹面。
一些實施例中，部分穿透部分反射元件213為鍍設在透鏡212的第二表面S2的半透半反射膜。第一偏光元件211為貼合在透鏡212第一表面S1的相位延遲片(如，四分之一波片)。第二偏光元件222為反射式偏振元件。其他實施例中，第二工件220可包括另一透鏡，第二偏光元件222設置在該另一透鏡朝向透鏡212的表面上。
光學對位裝置100包括依序間隔設置的光源110、第一治具(圖未示)、第二治具(圖未示)、聚焦透鏡120和光學檢測器130。第一治具用於固定第一工件210，第二治具用於固定第二工件220。沿光源110指向光學檢測器130的方向依次為光源110、第一治具、部分穿透部分反射元件213、透鏡212、第一偏光元件211、第二偏光元件222、第二治具、聚焦透鏡120和光學檢測器130。
光源110為雷射光源，用於出射雷射。第一治具和第二治具均設置有透光孔。一些實施例中，光源110出射的為準直平行光。
步驟S2中，光源110出射的雷射經第一治具的透光孔至第一工件210後入射至第二工件220，再經第二工件220後形成出射光束。其中出射光束從第二治具的透光孔出射至聚焦透鏡120，然後經聚焦透鏡120彙聚至光學檢測器130。光學檢測器130能夠獲取出射光束的圖像，並用於探測出射光束的強度，以判斷第一工件210和第二工件220是否對位成功。如圖2A所示，第一工件210和第二工件220具有共同的光軸X。光源110出射的雷射與光軸X呈預設角度α。
一些實施例中，預設角度α大於等於0度小於等於10度(如4度、6度、8度)。藉由使雷射的出射光束與光軸X相對傾斜，可使雷射在第一偏光
元件211和第二偏光元件222之間的部分折返光偏離光學檢測器130的感測範圍，減少鬼影或雜散光的干擾。
需要說明的是，雖然雷射的出射光束與光軸X相對傾斜可使部分折返光偏離光學檢測器130的感測範圍，然由於透鏡212的彎曲形狀的差異以及部分穿透部分反射元件213的設置，使得雷射在第一偏光元件211和第二偏光元件222之間存在折反射光，導致雷射經第一工件210和第二工件220後的出射光線中，存在多次折反射光，造成鬼影的問題。而本申請實施例的光學對位方法，可藉由調整第一工件210和第二工件220的距離D，使鬼影在出射光束的圖像中消失，進一步減少鬼影的干擾。
具體地，如圖2A所示，從光源110出射的雷射經第一工件210和第二工件220後的出射光束包括一次穿透光L1、一次折反射光L2和二次折反射光L3。
一次穿透光L1的光路如下：光源110出射的雷射依次透過部分穿透部分反射元件213、透鏡212、第一偏光元件211、第二偏光元件222後形成一次穿透光L1，該一次穿透光L1經聚焦透鏡120彙聚至光學檢測器130上，並構成出射光束的圖像中的主影或者稱待檢測光斑P1(示出在圖2B中)。
一次折反射光L2的光路如下：光源110出射的雷射透過第一工件210的部分穿透部分反射元件213、透鏡212、第一偏光元件211後入射至第二偏光元件222，然後經第二偏光元件222再次反射回第一工件210，再經第一工件210的部分穿透部分反射元件213再次反射回第二偏光元件222，然後穿透第二偏光元件222，經聚焦透鏡120彙聚至光學檢測器130上，形成為出射光束的圖像中的鬼影G1(示出在圖2B中)。
二次折反射光L3的光路如下：光源110出射的雷射透過第一工件210的部分穿透部分反射元件213、透鏡212、第一偏光元件211後入射至第二偏光元件222，然後經第二偏光元件222再次反射回第一工件210，再經第一工件210的部分穿透部分反射元件213再次反射回第二偏光元件222，然後再次被第二偏光元件222反射回第一工件210，再經第一工件210的部分穿透部分反射元件213再次反射回第二偏光元件222，然後穿透第二偏光元件222，經聚焦透鏡120彙聚至光學檢測器130上，形成為出射光束的圖像中的鬼影G2(示出在圖2B中)。
如圖3所示，根據幾何近軸光線方程式，光線的出射光角度u’的計算由以下三者決定：光線的入射高度y，光線入射的折射率n，以及光線的入射角度u。由於光源110出射的雷射會在第一工件210的部分穿透部分反射元件213和第二偏光元件222之間多次折反射，且一次穿透光L1和折反射光(尤其是二次折反射光L3)在光路中入射至第二偏光元件222時的高度y和角度u接近，使得二者從第二偏光元件222中出射的角度u’類似，進而導致一次穿透光L1形成的主影與折返光形成的鬼影G1、鬼影G2等無法有效分離。
該光學對位方法中，若步驟S3中，判斷得到出射光束的圖像中存在與待檢測光斑P1重疊的鬼影G1。那麼執行步驟S4，調整第一工件210和第二工件220的距離D，以藉由調整部分穿透部分反射元件213和第二偏光元件222的距離D，使一次穿透光L1和折反射光(尤其是二次折反射光L3)在光路中入射至第二偏光元件222時的高度y和角度u的差異拉大，進而使鬼影G1、鬼影G2等偏離光學檢測器130的檢測範圍，將鬼影G1、鬼影G2等和待檢測光斑P1分離開，從出射光束的圖像中消失。
具體地，圖4A至圖4G分別為預設角度α為4度，第一工件210中部分穿透部分反射元件213和第二偏光元件222的距離D在23mm、22mm、21mm、20mm、19mm、18mm、17mm的情況下的光路圖。圖4A至圖4G中右側的圖分別為對應左側圖的光學檢測器130獲得的出射光束的圖像。由圖4A至圖4G可知，隨著第一工件210中部分穿透部分反射元件213和第二偏光元件222的距離D由17mm逐漸變大，鬼影G1、鬼影G2與待檢測光斑P1(或者說主影)逐漸分離，當第一工件210中部分穿透部分反射元件213和第二偏光元件222的距離D為22mm和23mm時，鬼影G1鬼影G2已被完全分離，並從出射光束的圖像中消失。
可理解地，出射光束中不只包括一次折反射光L2和二次折反射光L3，可能還包含三次折反射光、四次折反射光等。其中，三次折反射光、四次折反射光等或者因光強太弱被忽略，或者亦可藉由調整第一工件210和第二工件220的間距，使其偏離光學檢測器130的感測範圍，而與主影分離。
一些實施例中，光學對位裝置100包括調整平臺(圖未示)。該調整平臺能夠使第一治具和第二治具產生相對位移，進而能夠在光學檢測器130感測的出射光束的圖像中存在與待檢測光斑P1重疊的鬼影時，調整第一工件210和第二工件220之間的距離D，以使鬼影在出射光束的圖像中消失。
具體地，調整平臺例如包括驅動單元，該驅動單元能夠帶動第一治具朝向靠近第二治具的方向移動，或者帶動第一治具朝向遠離第二治具的方向移動。可理解地，調整平臺亦可帶動第二治具朝向靠近或遠離第一治具的方向移動，以調整第一工件210和第二工件220之間的距離。
另，若步驟S3中判斷獲得出射光束的圖像中不存在與待檢測光斑P1重疊的鬼影，則執行步驟S5，檢測待檢測光斑P1的強度，以判斷第一工件210和第二工件220是否對位成功。
可理解地，當第一偏光元件211和第二偏光元件222的偏光軸未達到特定夾角時，光源110出射的雷射經第一工件210和第二工件220後，出射光束的強度較大；而當第一偏光元件211和第二偏光元件222的偏光軸達到特定夾角時，光源110出射的雷射經第一工件210和第二工件220後，出射光束的強度最小。
一些實施例中，若光學檢測器130探測到出射光束的強度達到預設值，則表明第一偏光元件211和第二偏光元件222對位成功；否則調整第一偏光元件211和第二偏光元件222之間的夾角，直至第一偏光元件211和第二偏光元件222對位成功。
一些實施例中，調整第一偏光元件211和第二偏光元件222之間的夾角的步驟，例如藉由調整平臺實現。調整平臺還包括旋轉驅動單元，該旋轉驅動單元例如為電動機，其能夠帶動第一治具相對第二治具旋轉，進而調整第一偏光元件211和第二偏光元件222之間的夾角。可理解地，一些實施例中，旋轉驅動單元亦可帶動第二治具相對第一治具旋轉，以調整第一偏光元件211和第二偏光元件222之間的夾角。
一些實施例中，步驟S5中確認第一工件210和第二工件220對位成功後，該光學對位方法還包括將第一工件210和第二工件220進行貼合的步驟。例如，第一工件210朝向第二工件220的表面、或者第二工件220朝向第一工件
210的表面在對位之前已設置有貼合膠(圖未示)，第一工件210和第二工件220對位成功後，使第一工件210和第二工件220靠近，並藉由貼合膠貼合。
綜上，本申請實施例的光學對位方法和光學對位裝置，藉由調整第一工件和第二工件的距離，使鬼影在出射光束的圖像中消失，可避免鬼影對第一工件和第二工件是否對位成功的影響，提升第一工件和第二工件對位的準確度，避免第一工件和第二工件的貼合異常。
以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神及範圍。
100:光學對位裝置
110:光源
120:聚焦透鏡
130:光學檢測器
210:第一工件
211:第一偏光元件
212:透鏡
213:部分穿透部分反射元件
220:第二工件
222:第二偏光元件
X:光軸
S1:第一表面
S2:第二表面
α:預設角度
L1:一次穿透光
L2:一次折反射光
L3:二次折反射光
D:距離
Claims (8)
- 一種光學對位方法，其中，包括：將第一工件和第二工件間隔設置，其中所述第一工件包括第一偏光元件，所述第二工件包括第二偏光元件；獲取雷射依次經過所述第一工件和所述第二工件後的出射光束的圖像；以及判斷所述出射光束的圖像中是否存在與待檢測光斑重疊的鬼影，若所述出射光束的圖像中存在鬼影，則調整所述第一工件和所述第二工件的距離，使所述鬼影在所述出射光束的圖像中消失；若所述出射光束的圖像中不存在鬼影，則檢測所述待檢測光斑的強度，以判斷所述第一工件和所述第二工件是否對位成功；其中，所述第一工件還包括透鏡及部分穿透部分反射元件；所述透鏡包括相對的第一表面和第二表面，所述第一偏光元件設置於所述第一表面上，所述部分穿透部分反射元件設置於所述第二表面上；所述第一表面為凹面，所述第二表面為凸面；或者，所述第一表面為凸面，所述第二表面為凹面。
- 如請求項1所述的光學對位方法，其中，所述第一偏光元件為相位延遲片，所述第二偏光元件為反射式偏振元件。
- 如請求項2所述的光學對位方法，其中，調整所述第一工件和所述第二工件的距離的步驟中，調整的為所述部分穿透部分反射元件和所述反射式偏振元件的距離。
- 如請求項1至3中任意一項所述的光學對位方法，其中，所述第一工件和所述第二工件具有共同的光軸，所述雷射與所述光軸呈預設角度。
- 如請求項4所述的光學對位方法，其中，所述預設角度大於等於0度小於等於10度。
- 如請求項5所述的光學對位方法，其中，利用光學檢測器獲取所述出射光束的圖像；調整所述第一工件和所述第二工件的距離的步驟中，藉由使所述鬼影偏離所述光學檢測器的檢測範圍，使所述鬼影在所述出射光束的圖像中消失。
- 如請求項6所述的光學對位方法，其中，所述第一工件和所述第二工件對位成功後，使所述第一工件和所述第二工件進行貼合。
- 一種光學對位裝置，其中，包括：光源，用於出射雷射；第一治具，用於固定第一工件，所述第一工件包括第一偏光元件；第二治具，用於固定第二工件，所述第二工件包括第二偏光元件，所述雷射依次經過所述第一工件和所述第二工件後得到出射光束；光學感測器，用於獲取所述出射光束的圖像，並用於檢測所述出射光束的圖像中待檢測光斑的強度，以判斷所述第一工件和所述第二工件是否對位成功；以及調整平臺，用於在所述出射光束的圖像中存在與所述待檢測光斑重疊的鬼影時，調整所述第一工件和所述第二工件之間的距離，以使鬼影在所述出射光束的圖像中消失；其中，所述第一工件還包括透鏡及部分穿透部分反射元件；所述透鏡包括相對的第一表面和第二表面，所述第一偏光元件設置於所述第一表面上，所述部分穿 透部分反射元件設置於所述第二表面上；所述第一表面為凹面，所述第二表面為凸面；或者，所述第一表面為凸面，所述第二表面為凹面。
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