CN2198728Y - 高解析度硅晶密合式线型影像传感器 - Google Patents

Abstract

一种高解析度硅晶密合式线型影像感测器，包含 有硅晶感测器晶片及外围线路装置等；该结构的硅晶 传感器晶片包含一串列的光传感元件，一串列的模拟 开关，一串列的移位寄存器，及驱动控制线路，且利用 多个相同结构的硅晶传感器晶片，排成一直线粘结在 绝缘基板上，形成与原稿等长的线型传感器，以自我 扫描方式，将原稿影像转换成电子讯号，可用于影像 扫描器、影像机等300 DPI/400 DPI(DOT PER INCH)影像传递机器上。

Description

本实用新型是一种影像传感器，尤指一种利用多个相同结构的硅晶传感器晶片，整齐地排成一直线并粘结在绝缘基板上，形成与原稿等长的线型传感器，以自我扫描的方式，将原搞的影像转换成电子信号的高解析度影像传递器件。

现有影像扫描器等使用的影像传感器如图6所示，传感器为线性电耦合器（LinearCCD）（1），原稿（2）在光源（3）照射下，其影像经由缩小透镜（4），以约略9：1的比例，传送到电耦合器上，达到300DPI或400    DPI（DOT    PER    INCH）的解折度要求；然而上述扫描器因为缩小透镜（4）视角的限制，原稿（2）至电耦合器（1）间必须维持约30公分的距离，才能达到影像缩小读取的目的，此项距离要求，占用产品体积，限制产品往轻薄短小方向发展。另一项缺点是电耦合器及缩小透镜（4）在扫描器等系统上组装时，准确定位及焦距点的调整相当困难；创作人鉴于此特提供一种可解决目前线性电耦合器－缩小透镜式系统的缺点的高解析度影像传感器。

本实用新型的目的是提供一种高解析度硅晶密合式线型影像传感器，传感器与原稿等长，由柱状透镜将原稿影像以1：1方式传送到传感器，从而缩短原稿至主传感器间的距离，形成体积极小，且传感器、透镜、光源、玻璃等整体组成为模块的传感器器件。

本实用新型影像传感器的构造为具有解折度为等于或大于300DPI（每英寸300点），包含有多个结构相同的硅晶传感器晶片及外围电路，

所述多个硅晶传感器晶片直线排列粘结在绝缘基板上，形成与被测原件等长的线型影像传感器；

所述传感器晶片，每一个晶片上直线排列多个传感元件，其输出连接到一共用输出信号线上；在该共用输出信号线与地之间连接有一蓄积电容，该蓄积电容将所述传感元件的电荷输出转换成电压；与该蓄积电容并联连接一模拟信号重设开关；

所述共用输出信号线与一放大器相连，该放大器输出一串列模拟影像信号。

由于具有上述结构，所以可将传感器至被测原件之间的距离缩短到2公分之内，体积极小，且将传感器、透镜、光源、玻璃等整合为一体成为模块，从而可取代目前的整个光学扫描系统，生产组装时不需光学焦距调整，简化了扫描器等的设计，缩小产品体积，并提高了生产组装效率。

附图说明：

图1是本实用新型的线路图，包含密度的传感器晶片及外围线路图。

图2是本实用新型的传感器晶片的线路图，包含一串列的光传感元件、模拟开关、寄存器、及驱动线路图／控制线路。

图3是本实用新型的传感器晶片的时序图。

图4是本实用新型的传感器的传感元件的配列图，包含邻近两个相接合的传感器晶片。

图5是本实用新型的传感器，配合1：1柱状透镜及光源组装成模块的系统构造。

图6是现有的线性电耦合器及缩小透镜的系统构造。

下面配合附图，详述本实用新型的实施例：

图1为本实用新型的线路图，包含密接的传感器晶片及外围线路图。其中1a，1b……1m为硅晶传感器晶片；21～25为外围线路装置，且21为驱动元件，22为信号放大器，23为信号重设开关，24为蓄积电容，25为去除信号耦合用的电容，26为输出信号线，31为印刷电路板（PCB）或厚膜印刷陶瓷基板。

硅晶传感器晶片1a，1b……1m排列成一直线并粘结在基板31上，每个晶片结构相同，晶片上有多数个传感元件，以约略相等的距离排列成一直线，因此多数个传感器晶片1a，1b……1m排列在一起就形成一长距离的线型影像传感器，感测距离的长短由传感器晶片排列的数量多少来决定，例如单一传感器晶片的长度为8mm，若排列27个晶片，则感测长度为216mm，亦即A4纸张的宽度。

电源（Vdd）及地线（GND）连接到每一个传感器晶片上，时钟信号（CLK）经由驱动器21也连接到每一个晶片上，起动脉冲（SI）经由驱动器21连接到第一个晶片上，输出信号则由每一个传感器晶片引出，连接到共通的信号线26上，传感器晶片与基板31间信号的连接，通常是以25μm的金线或铝线以自动接线方式连结。

当起动脉冲SI进入第一个晶片1a后，该晶片上的传感元件就依序将感测的电荷输出到信号线26，此电荷在蓄积电容24上形成电压Vso，Vso再经放大22放大后成为Vout，即为传感器的输出信号，重设开关23是将每一个传感元件在蓄积电容24上的电压重设让蓄积电容24供下一个传感元件的电荷蓄积使用。

当第一个晶片1a上的最后一个传感元件动作完成后，该晶片即送出一个结束脉冲，此结束脉冲连接到下一个晶片，作为下一个晶片的起动脉冲，下一个晶片上的传感元件使依序将感测到的电荷输出到共同的信号线26上。依此方式，每一个传感器晶片，依排列的顺序送出晶片上传感元件所感测到的电荷，这些电荷输出到信号线26上，经由蓄积电容24转换成电压，再由放大器22放大后，成为一串列的影像信号输出。

参考图2本实用新型传感器晶片1a，1b……1m线路及图3其时序图，其中40为硅晶材料，通常厚度为0.4－0.6mm，41，42……4n是传感元件，其结构通常为光电晶体管。51，52……5n是模拟开关（Analogue    Switch）。61，62……6n是移位寄存器（SR）。71，72为驱动器，73是晶片选择器，74是结束脉冲（EOP）产生器，75，76是控制开关。

光电晶体管41，42……4n的集电极（Collector）连接到电源（Vdd），基极（BASE）接受光的照射，将光子转换成电荷，发射极（Emitter）分别连接到相对应的模拟开关的输入端，当模拟开关动作时其对应的光电晶体管蓄积的电荷就经由模拟开关传输到信号线26上。

现配合图3的时序图说明其动作原理及顺序。时钟信号CLK经由驱动器72连续地输入到移位寄存器61，62……6n及晶片选择器73上。当传感器晶片接收到起动脉冲SI后，立即开始动作，起动脉冲经由驱动器71延迟（DELAY）并转换成反向的控制信号BOPN，使得晶片选择器73产生控制信号CS，将控制开关75打开。控制信号BOPN反向回复起动脉冲SI的形式，触发第一个移位寄存器61，使其产生控制信号G1，以打开模拟开关51，使得相对应的光电晶体管41蓄积的电荷传送到信号线26上，再经由控制开关75传送到外围线路的蓄积电容24上，转换成电压Vso。时钟工作时段（CLOCK    DUTY    PERIOD）结束后，与时钟同步的重设讯号RESET打开控制开关76，将此时信号线26上的电压重设到基准电压Vrd，亦即地线（GND）。

经历一个完整的时钟周期（CLOCK    CYCLE），起动脉冲传递到第二个移位寄存器62，触动其产生控制讯号G2，以打开模拟开关52，使得其对应的光电晶体管42所蓄积的电荷传送出来。依此原理，移位寄存在器61，62……6n依序产生控制信号G1，G2……Gn打开相对应的模拟开关51，52……5n，让光电晶体管41，42……4n蓄积的电荷，依序传输到信号线26上，形成一串列的电压讯号Vso。

当最后一个传感元件完成信号传输的同时，结束脉冲（EOP）产生器产生一个结束脉冲EOP，同时控制信号CS结束以开关控制开关75。此结束脉冲EOP可以连接到下一个传感器晶片，作为下一个传感器晶片的起动脉冲。

参考图4本实用新型的传感元件配列图，包含相邻两个接合的传感器晶片。其中a2，a3……an为传感器晶片上传感元件的中心距，a1为邻接的两个传感器晶片其相邻的两个传感元件的中心距。c为邻接的两个传感器晶片的间距（SPACING），d为传感器晶片外缘至电路边界的距离，e为电路边界至邻近传感元件周缘的距离，f是相邻两个传感元件感光区域的间隔。晶片外缘的折线表示晶片切割作业的痕迹。传感器的解折度愈高，则传感元件的分布就必须愈密集，传感元件的中心距则愈小。300    DPI的传感器中，传感元件理想的中心距（a）为84.7μm。400    DPI的传感器传感元件理想的中心距（a）则为63.5μm。

理想的情况下，传感元件的中心距a1＝a2＝a3……＝an＝a（理想中心距）。但实际的生产制造无法达到此理想要求。由于传感器晶片切割以及晶片粘接在基板上的精度限制，a1的距离通常大于理想中心距－以300DPI传感器为例，邻接的两个传感器晶片的间距c＝30μm，晶片外缘至电路边界的距离d＝7μm，电路边界至邻近传感元件周缘的距离e＝10μm，若传感元件的宽度为35μm，则a1＝30＋7×2＋10×2＋35＝99μm，大于理想中心距84.7μm。

再者传感器晶片上传感元件间的中心距（a2，a3……an）未必能做到完全相等，有时为了成本或设计上的特殊考虑，利用某些传感元件间的空隙设置线路，以致造成某些传感元件间的中心距较其他为大。其他传感元件的中心距必须缩小，才能使全部传感元件平均的中心距等于理想中心距。各个传感元件的中心距也不能偏离理想中心距太大，否则解析度将失真，实际设计与制造的结果是各个传感元件的中心距以尽量接近理想中心距为原则，不能小于0.8倍的理想中心距，也不能大于1.5倍的理想中心距而且全部感测元件的平均中心距等于理想中心距，误差值在1％以内。亦即

0.8＜a1，a2，a3……an＜1.5a

a1＋a2＋a3＋……＋an＝n×a

相邻的传感元件，其感光区域的间隔f不能太小，否则光子所产生的电子电洞将会渗透到相邻的传感元件上，造成串音（CROSS    TALK）效应，降低传感器的感测能力，尤其是解析度。此相邻感光区域的间隔，须大于理想中心距的20％，亦即f大于0.2a。传感器晶片上所有感光元件的感光区域，包含杂质扩散层，其形状与面积完全相同，使得输出信号均匀。

图5所示为本实用新型的高解析度硅晶密合式线型影象传感器，结构如下：传感器1与原稿2等长，由柱状透镜4将原稿2的影像以1：1方式传送到传感器1。这种结构显著地缩短了原稿至主传感器的距离，可形成体积极小的整体模块式传感器器件。

Claims (7)

1、一种高解析度硅晶密合式线型影像传感器，具有解析度为等于或大于300 DPI(每英寸300点)，包含有多个结构相同的硅晶传感器晶片及外围电路，其特征在于：

所述多个硅晶传感器晶片直线排列粘结在绝缘基板上，形成与被测原件等长的线型影像传感器；

所述传感器晶片，每一个晶片上直线排列多个传感元件，其输出连接到一共用输出信号线上；在该共同输出信号线与地之间连接有一蓄积电容，该蓄积电容将所述传感元件的电荷输出转换成电压，与该蓄积电容并联连接一模拟信号重设开关；

所述共用输出信号线与一放大器相连，该放大器输出一串列模拟影像信号。

2、如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于所述绝缘基板为印刷电路板（PCB），或厚膜印刷陶瓷基板。

3、如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于：

所述各硅晶传感器晶片与一驱动器相连，该驱动器具有一时钟信号输入端及一起动脉冲输入端，和一被驱动的时钟信号输出端，该输出端与所述各传感器晶片相连，以及一被驱动的起动信号输出端与第一个传感器晶片相连，以启动传感器的扫描，所述传感器晶片上的多个传感元件依次送出信号，最后一个传感元件的输出端与下一个传感器晶片相连，以向其传输一起动脉冲。

4、如权利要求1、2、3所述的影像传感器，其特征在于，所述传感器晶片包括：

一串列的略呈等距离直线排列的光传感元件，一串列的模拟开关，一串列的移位寄存器，起动脉冲驱动器，晶片选择器，结束脉脉冲产生器，控制开关和重设开关；所述各串列中的光传感元件、模拟开关和移位寄存器分别对应依次连接，所述各光传感元件经由对应的模拟开关后输出连结成一共用输出线，该输出线经由所述控制开关而形成所述传感器晶片的输出端；该共用输出线还连接所述重设开关；所述起动脉冲驱动器具有一时钟信号输入端及一起动脉冲输入端，其输出端与第一个移位寄存器相连，使所述一串列的移位寄存器依次控制对应的模拟开关，以使对应光传感元件依次送出信号至共用输出线；所述起动脉冲驱动器还有一输出端与所述晶片选择器相连，向其输出经延迟和反相的起动脉冲信号以及时钟脉冲信号；所述箔片选择器的一输出端与所述控制开关相连，使其在第一个光传感元件信号之前打开、在最后一个光传感元件传输完成后关闭，该晶片选择器的另外二输出端分别与所述重设开关和结束脉冲产生器相连，该结束脉冲产生器的另一输入端与最后一个移位寄存器相连，其输出端为所述传感器晶片的结束脉冲输出端。

5、如权利要求4所述的影像传感器，其特征在于：所述光传感器元件是由光电晶体管或光二极管构成。

6、如权利要求4所述的影像传感器，其特征在于：所述串列直线排列的光传感元件，其相邻元件的中心距为相应解析度的理想中心距的0.8倍至1.5倍，且全部光传感元件的平均中心距等于理想中心距，误差值在正负一个百分点以内，相邻光传感元件的感光窗的间距大于理想中心距的二十个百分点。

7、如权利要求6所述的影像传感器，其特征在于：所述光传感元件的每个元件的感光区域、形状和面积皆相同。

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