專利名稱：一種整合式的影像擷取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種影像擷取裝置，尤指一種整合式的影像擷取裝置。
背景技術(shù)：
隨著時代的進(jìn)步與變遷，信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，影像信息的接收處理為目前科技產(chǎn)業(yè)非常重要的一環(huán)。不論在通訊上(光纖通訊)，影像接收上(數(shù)字相機(jī))或是其它的應(yīng)用領(lǐng)域，都可以看到影像信息相關(guān)的產(chǎn)品應(yīng)用，因此，光電結(jié)合等基本元件，如用以偵測光量大小的光學(xué)感測器，變成現(xiàn)今許多電子制造公司生產(chǎn)的主要產(chǎn)品之一。
更由于影像數(shù)字化來臨，面型影像感測器為許多如數(shù)字相機(jī)、影像掃描儀等影像擷取設(shè)備所必備的影像感應(yīng)裝置。CCD(Charge Coupled Device)影像感測器為是目前非常普遍的固態(tài)影像感測元件，藉由電荷耦荷原理將所采取到的影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像訊號儲存在記憶體中。一般而言，CCD影像感測器的制程方法與現(xiàn)有的CMOS制程并不相同，因此，在制造一個包含感測器、透鏡以及電路處理介面的光學(xué)感測系統(tǒng)時，系統(tǒng)廠商必須分別將CCD影像感測器制造商出產(chǎn)的CCD影像感測器與透鏡、電路處理介面組合在一起，才能完成一個光學(xué)感測系統(tǒng)。
另一種可記錄光線變化的半導(dǎo)體是CMOS感測器。CMOS感測器制程的特點是它的制造技術(shù)和一般CMOS電路制程是相同的，雖然CMOS感測器的構(gòu)想在早期已被提出，但由于當(dāng)時半導(dǎo)體制程并不成熟，所以一直到近代才成為注目焦點。由于CMOS感測器是使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制程制作，因此可以將感測器所需的外圍電路制作在一起。
請參考圖1。圖1所示為一個光學(xué)感測設(shè)備10的示意圖。該光學(xué)感測設(shè)備10包含一透鏡14，一光學(xué)感測器16和一介面電路18。透鏡14將外界所要偵測的影像縮小成像于光學(xué)感測器上。光學(xué)感測器為之前所述的CCD影像感測器或是CMOS感測器。如圖1所示，發(fā)光物12經(jīng)由透鏡14成像在光學(xué)感測器16上。光學(xué)感測器16偵測到所接收影像的光學(xué)訊號后，由介面電路18能將這些帶有影像信息的電訊號傳輸?shù)狡渌脑O(shè)備讓影像進(jìn)行處理。
為使光學(xué)感測器16上所形成的影像清晰，必須將光學(xué)感測器16調(diào)至透鏡14的焦距處。在數(shù)字相機(jī)上有一調(diào)整機(jī)構(gòu)可以自動完成此一對焦的功能。而在出產(chǎn)一光學(xué)感測模塊的過程，透鏡14與光學(xué)感測器16也必需固定在焦距上封裝起來，此后，使用者在使用光學(xué)感測模塊10時就會得到一最清楚的影像，不必?fù)?dān)心調(diào)焦的問題?，F(xiàn)今出廠的數(shù)字相機(jī)或是光學(xué)感測模塊的流程是模塊商分別將光學(xué)感測器、透鏡以及介面電路組裝起來。將光學(xué)感測器與控制芯片由排線連接在一起，需要比較多且復(fù)雜的組裝程序，成本也相對較高，而且由于不同元件間要較長的訊號傳遞時間，對焦變得沒有效率。
先前的對焦方法雖可以找到并固定透鏡與光學(xué)感測器間的焦距，但是卻有下列缺點一、多種元件的組裝所需的程序比較多而且復(fù)雜。二、調(diào)焦過程在各電路區(qū)塊之間的溝通傳遞速度較慢，較無效率，而且不符合生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。三、介面電路與光學(xué)感測器無法同時由一制程完成，增加組裝時間與生產(chǎn)復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是揭露一種整合式的影像擷取裝置。
一種整合式的影像擷取裝置，其包含一基底；一基座，用來放置一透鏡一CMOS感測器，形成于該基底上，用來接收一影像訊號；一后端電路，形成于該基底上，該后端電路包含一影像分析電路，用來分析該CMOS感測器接收的該影像訊號及依據(jù)分析的結(jié)果輸出一分析結(jié)果訊號；一對焦控制電路，其與該基座及該影像分析電路相電連，用來依據(jù)該影像分析電路輸出的分析結(jié)果訊號，控制該透鏡與該CMOS感測器間的對焦。
本發(fā)明所提供的一種整合式的影像擷取裝置，是將影像擷取裝置的后端電路與CMOS感測器于制作過程整合在一起，訊號的傳輸由同一基底上的金屬線來完成，內(nèi)部訊號的傳遞非常快速、有效率而且電路的復(fù)雜度低。較低的硬件復(fù)雜度，較高的周邊整合度可提升數(shù)字相機(jī)或自動封裝設(shè)備等影像擷取裝置的整體運作效率，縮短對焦所需要的時間，同時減低生產(chǎn)成本。


圖1所示為一個光學(xué)感測設(shè)備的示意圖圖2所示為本發(fā)明第一實施例的一種整合式的影像擷取裝置；圖3所示為本發(fā)明的第二實施例的一種整合式的影像擷取裝置的方塊圖；圖4所示為本發(fā)明一種以整合式的影像擷取裝置實現(xiàn)的對焦方法。
圖號說明10光學(xué)感測設(shè)備12發(fā)光物14透鏡16光學(xué)感測器18介面電路30影像擷取裝置32CMOS感測器 34基座31基底38后端電路46處理器 42影像分析電路44對焦控制電路36調(diào)整機(jī)構(gòu)54馬達(dá)52控制介面芯片具體實施方式
請參考圖2。圖2所示為本發(fā)明第一實施例的一種整合式的影像擷取裝置30。影像擷取裝置30包含一CMOS感測器32、一基座34、一基底31、一后端電路38以及一處理器46。后端電路38包含一影像分析電路42和一對焦控制電路44?；?4包含一調(diào)整機(jī)構(gòu)36。本發(fā)明所使用的CMOS感測器其制程技術(shù)與后端電路38同屬于CMOS的電路制程，因此，CMOS感測器32和后端電路38以及處理器46在芯片的制作過程中同時成長整合在基底31上面。CMOS感測器32和后端電路38之間或之內(nèi)的訊號傳遞是借著基底31上的金屬線傳輸，非先前的排線相連接，也因此整個影像擷取裝置30的控制流程得以簡化并避免復(fù)雜的訊號傳遞與控制。
基座34用來放置一透鏡33，調(diào)整機(jī)構(gòu)36用來調(diào)整透鏡33與CMOS感測器32間的距離D。外界的發(fā)光物經(jīng)由透鏡33成像在CMOS感測器32上，CMOS感測器32接收這個影像訊號，并將此影像訊號傳至影像分析電路42。影像分析電路內(nèi)設(shè)置有一記憶體，用來儲存該CMOS感測器接收的影像訊號。影像分析電路42分析完所接收的影像訊號后得到一分析結(jié)果。對焦控制電路44根據(jù)影像分析電路42的分析結(jié)果，決定是否控制調(diào)整機(jī)構(gòu)36來調(diào)整基座34上透鏡33的位置，以改變透鏡33與CMOS感測器32之間的距離D。如果距離D必須改變，對焦控制電路44控制基座34內(nèi)的調(diào)整機(jī)構(gòu)36調(diào)整透鏡33的相對位置。
影像分析電路42收到CMOS感測器32傳來的影像訊號后，可擷取其中的部分影像訊號做為分析之用，部分影像的擷取方式可采用習(xí)知的復(fù)數(shù)種算法，在此不做說明。在本實施例中，影像分析電路42判斷一影像訊號的清楚程度是透過一個稱作影像差異系數(shù)的參數(shù)來做評估。如果一影像的影像差異系數(shù)愈大，表示該影像愈清楚。假設(shè)所擷取的部分影像訊號是由復(fù)數(shù)個像素的影像訊號構(gòu)成，只取Color Filter中為Gb(或Gr)的位置的像素，其影像訊號值以g(x，y)表示。接下來定義一個水平軸上的訊號梯度Gx和垂直軸上的訊號梯度Gy，分別以數(shù)學(xué)式表示如下Gx＝g(x，y)-g(x+1，y)Gy＝g(x，y)-g(x，y+1)因此，影像差異系數(shù)FD可表示如下FD=ΣiΣi{Gx2+Gy2}]]>透鏡33和CMOS感測器32相隔不同距離時，所接收影像訊號的影像差異系數(shù)FD也不相同。當(dāng)透鏡33和CMOS感測器32間相距恰為透鏡33的焦距時，影像差異系數(shù)FD為最大，調(diào)整機(jī)構(gòu)36根據(jù)所計算的影像差異系數(shù)FD將距離調(diào)成透鏡的焦距。
影像擷取裝置30在對焦過程中，各電路間的運作情形如下對焦控制電路44首先控制調(diào)整機(jī)構(gòu)36改變距離D，在距離D改變的過程中影像分析電路42一邊分析各距離下的影像差異系數(shù)FD。如果在距離改變時影像差異系數(shù)FD開始變小，且小于一個程度時，則對焦控制電路44控制調(diào)整機(jī)構(gòu)36反向調(diào)整透鏡33和CMOS感測器32間的距離(也就是說，原本距離是拉遠(yuǎn)時將之拉近，原本距離是拉近時，將之拉遠(yuǎn))，反之，如果在距離改變的過程中影像差異系數(shù)FD愈來愈大，則繼續(xù)同向調(diào)整距離，一直到影像差異系數(shù)FD開始變小為止。對焦控制電路44和影像分析電路42互相配合找出焦距，之后，調(diào)整機(jī)構(gòu)36將基座上的透鏡33固定到離CMOS感測器32焦距的位置。
對焦控制電路44在調(diào)整距離的過程中，是以一不同的距離調(diào)整幅度改變透鏡33和CMOS感測器32間的距離。首次搜尋時，對焦控制電路44固定以較大的調(diào)整幅度去尋找最佳的焦距，待搜尋超過影像差異系數(shù)FD數(shù)值開始轉(zhuǎn)折處之后，會以更小的調(diào)整幅度開始反向搜尋，去尋找更精確的焦距位置，如此反復(fù)直到以最小的調(diào)整幅度搜尋完畢為止。這樣做的目的是能讓調(diào)距離的過程變得既快而且準(zhǔn)確。
對焦完成后，CMOS感測器32將接收一個清楚的影像訊號并傳至處理器46。處理器46負(fù)責(zé)各種不同的影像處理。例如當(dāng)影像要傳輸?shù)狡渌脑O(shè)備或系統(tǒng)時，為了避免所傳遞的影像資料太大，處理器46可用來壓縮影像資料；另外，當(dāng)接收下來的影像需要作修飾時，處理器46將調(diào)整影像的色度及亮度；而且，處理器46也可針對接收影像做馬賽克效果、噴霧效果、部分修改...等各種影像調(diào)整。
需注意的是，本發(fā)明的影像擷取裝置可為用于生產(chǎn)線上的自動對焦系統(tǒng)，用來封裝光學(xué)感測器；也可用于數(shù)字相機(jī)中自動調(diào)焦的功能。本發(fā)明的影像擷取裝置可用來控制一透鏡與一CMOS感測器的對焦，以上的實施例是利用控制距離的方式來對焦，然而對焦的方法不限定于利用調(diào)整機(jī)構(gòu)來控制一透鏡與一CMOS感測器間的相對距離，其它的對焦方式亦可利用本發(fā)明的影像擷取裝置來實施，其所涵蓋的專利范圍必須依據(jù)本發(fā)明的申請專利范圍。
請參考圖3。圖3所示為本發(fā)明的第二實施例的一種整合式的影像擷取裝置50的方塊圖。影像擷取裝置50包含一CMOS感測器32、一基座34、一馬達(dá)54、一控制介面芯片52、一基底30以及一處理器46。CMOS感測器32、控制介面芯片52和處理器46形成于基底30上?；?4用來置放透鏡33并具有一調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)整透鏡33與CMOS感測器32間的距離。CMOS感測器32所接收的影像訊號傳至控制介面芯片52。控制介面芯片52負(fù)責(zé)將影像訊號儲存或是傳至處理器46。處理器46用來分析處理該影像訊號，判斷影像的清晰程度，計算影像的影像差異系數(shù)，進(jìn)行影像壓縮、顏色調(diào)整、效果變化等處理。之后，將分析結(jié)果傳回控制介面芯片52。馬達(dá)54接受控制介面芯片52的控制，調(diào)整透鏡33的位置，使得透鏡33恰處于CMOS感測器32的焦點位置。
請參考圖4。圖4所示為本發(fā)明一種以整合式的影像擷取裝置實現(xiàn)的對焦方法。步驟100將一CMOS感測器與一集成電路整合在一基底上，該集成電路包含一影像分析電路以及一對焦控制電路，該影像分析電路如同圖2的影像分析電路42，具有分析影像訊號的功能，該對焦控制電路如同圖2的對焦控制電路38，可依據(jù)該影像分析電路輸出的分析結(jié)果，控制一透鏡的位置，以改變其與該CMOS感測器間的距離。步驟110接收一經(jīng)由一透鏡成像于該CMOS感測器的影像訊號。步驟120從該CMOS感測器接收的影像訊號中，擷取一部分影像訊號作為之后分析影像用，因為取太大的范圍可能會涵蓋到不同景深的物體，不易對焦。步驟130依據(jù)所接收的影像訊號來計算影像差異系數(shù)。步驟140依據(jù)該影像差異系數(shù)，調(diào)整該透鏡與該CMOS感測器間的距離，使得CMOS感測器與透鏡之間恰為一個透鏡的焦距。本發(fā)明在數(shù)字相機(jī)的應(yīng)用上，只需執(zhí)行到步驟140，如使用于封裝流程上，則繼續(xù)執(zhí)行步驟150固定該透鏡與該CMOS感測器為透鏡焦距處并完成該光學(xué)感測模塊的封裝。當(dāng)完成對焦之后，所接收的影像訊號將是一個清楚的影像，步驟160將此接收影像進(jìn)行影像訊號處理，包含影像的壓縮、影像的顏色調(diào)整以及影像的效果處理。
在步驟140中調(diào)整距離的過程在本發(fā)明較佳實施例中是利用之前所述的影像差異系數(shù)FD來做調(diào)整。在調(diào)整距離的過程中，一邊計算在該距離下所得的影像差異系數(shù)FD，如果所得到影像差異系數(shù)FD愈來愈小且小于一個程度，則反向調(diào)整距離，(意即原本距離靠近變成拉遠(yuǎn)，拉遠(yuǎn)變成靠近)，如果所得到影像差異系數(shù)FD愈來愈大，則繼續(xù)同向調(diào)整距離，一直到影像差異系數(shù)FD開始變小為止。在調(diào)距離的過程中是逐次以不同調(diào)整幅度作調(diào)整。一開始是以較大的步距來調(diào)整，當(dāng)距離已較接近焦距時改以較小的步距調(diào)整，步幅大的距離調(diào)整能加快調(diào)焦的速度，步幅小的距離調(diào)整使得逼近的焦距更精確。
先前的數(shù)字相機(jī)或是光學(xué)感測模塊的流程是模塊商分別將光學(xué)感測器、透鏡以及介面電路組裝起來。將光學(xué)感測器與控制芯片等多種元件組裝在一起，所需的程序比較多而且復(fù)雜，成本也相對較高；而且調(diào)焦過程在各模塊之間的溝通傳遞速度較慢，較無效率，并不符合生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益；再者光學(xué)感測器與周邊電路無法同時由一制程完成，增加組裝時間與生產(chǎn)復(fù)雜度。本發(fā)明將影像擷取裝置的后端電路與CMOS感測器于制作過程整合在一起，訊號的傳輸由同一基底上的金屬線來完成，內(nèi)部訊號的傳遞非?？焖儆行识译娐返膹?fù)雜度低。較低的硬件復(fù)雜度，較高的周邊整合度提升數(shù)字相機(jī)或自動封裝設(shè)備等影像擷取裝置整體運作效率，縮短對焦所需要的時間，同時減低生產(chǎn)成本。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種整合式的影像擷取裝置，其特征在于包含一基底；一基座，用來放置一透鏡；一CMOS感測器，形成于該基底上，用來接收一影像訊號；以及一后端電路，形成于該基底上，該后端電路包含一影像分析電路，用來分析該CMOS感測器接收的該影像訊號及依據(jù)分析的結(jié)果輸出一分析結(jié)果訊號；以及一對焦控制電路，其與該基座及該影像分析電路相電連，用來依據(jù)該影像分析電路輸出的分析結(jié)果訊號，控制該透鏡與該CMOS感測器間的對焦。
2.如權(quán)利要求1所述的整合式的影像擷取裝置，其特征在于另包含一調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來調(diào)整該透鏡與該CMOS感測器間的距離。
3.如權(quán)利要求2所述的整合式的影像擷取裝置，其特征在于該對焦控制電路用來依據(jù)該影像分析電路輸出的分析結(jié)果訊號，控制該調(diào)整機(jī)構(gòu)以調(diào)整該透鏡與該CMOS感測器間的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的整合式的影像擷取裝置，其特征在于另包含一處理器，用來處理影像的顏色調(diào)整、影像的效果以及影像壓縮。
5.如權(quán)利要求1所述的整合式的影像擷取裝置，其特征在于另包含一記憶體，設(shè)置于影像分析電路內(nèi)，用來儲存該CMOS感測器接收的影像訊號。
6.一種整合式影像擷取芯片，其包含一基底；一CMOS感測器，形成于該基底上，用來接收一影像訊號；一后端電路，形成于該基底上，該后端電路包含一影像分析電路，用來分析該CMOS感測器接收的該影像訊號及依據(jù)分析的結(jié)果輸出一分析結(jié)果訊號；一對焦控制電路，其與該影像分析電路相電連，用來依據(jù)該影像分析電路輸出的分析結(jié)果訊號，控制該透鏡與該CMOS感測器間的對焦。
7.如權(quán)利要求6所述的整合式影像擷取芯片，其特征在于另包含一調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來調(diào)整該透鏡與該CMOS感測器間的距離。
8.如權(quán)利要求7所述的整合式影像擷取芯片，其特征在于該對焦控制電路用來依據(jù)該影像分析電路輸出的分析結(jié)果訊號，控制該調(diào)整機(jī)構(gòu)以調(diào)整該透鏡與該CMOS感測器間的距離。
9.如權(quán)利要求6所述的整合式影像擷取芯片，其特征在于另包含一處理器，用來處理影像的顏色調(diào)整、影像的效果以及影像壓縮。
10.如權(quán)利要求6所述的整合式影像擷取芯片，其特征在于另包含一記憶體，設(shè)置于影像分析電路內(nèi)，用來儲存該CMOS感測器接收的影像訊號。
全文摘要
一種整合式的影像擷取裝置，將影像擷取裝置的一后端電路與一CMOS感測器于制作過程整合在一起。后端電路包含一影像分析電路，用來分析該CMOS感測器接收的該影像訊號；一對焦控制電路，用來依據(jù)該影像分析電路輸出的分析結(jié)果，控制調(diào)整一透鏡與該CMOS感測器間的對焦。
文檔編號H01L27/14GK1697188SQ200410008600
公開日2005年11月16日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者謝志成 申請人:原相科技股份有限公司