TWI237992B - Integrated auto-focusing device - Google Patents

Description

1237992 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明提供一種影像擷取裝置，尤指一種整合式之影像操取裝置。 【先前技術】 隨著時代的進步與變遷，資訊產業快速發展，影像資訊的接收處理為 目蝻科技產業非常重要的一環。不論在通訊上（光纖通訊），影像接收上 位相機）或是其它的應用領域，都可以看到影像資訊相關的產品應用，因 此，光電結合等基本元件，如用以谓測光量大小的光學感測器，變成現今 許多電子製造公司生產的主要產品之一。 7 更由於影像數位化來臨，面型影像感測器為許多如數位相機、影像掃描 器等影像擷取設備所必備的影像感應裝置。CCD(Charge c〇upled Device) 影像感測器為是目前非常普遍的固態影像感測元件，藉由電荷耦荷原理將 所採取到的影像轉換成數位影像訊號儲存在記憶體中。一般而言，CCD影像 感測器的製程方法與現有的CMOS製程並不相同，因此，在製造一個包含感 =器、透鏡以及電路處理介面的光學感測系統時，系統廠商必須分別將CCD 〜像感測器製造商出產的CCD影像感測器與透鏡、電路處理介面組合在一 起’才能完成一個光學感測系統。 3另一種可記錄光線變化的半導體是CM〇s感測器。〇{〇3感測器製程的特 點是它的製造技術和一般CMOS電路製程是相同的，雖然CMOS感測器的構 想在早期已被提出，但由於當時半導體製程並不成熟，所以一直到近代才 成為注目焦點。由於CMOS感測器是使用標準半導體製程製作，因此可以將 感測器所需的週邊電路製作在一起。 請參考圖一。圖一係為一個光學感測設備1〇之示意圖。該光學感測設 1237992 備10包含一透鏡14，一光學感測器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於光學感測器上。光學感測器為之前所述之CCD 影像感測器或是CMOS感測器。如圖一所示，發光物12經由透鏡14成像在 光學感測器16上。光學感測器16偵測到所接收影像的光學訊號後，由介 面電路18能將這些帶有影像資訊的電訊號傳輸到其它的設備讓影像進行處 理。 為使光學感測器16上所形成的影像清淅，必須將光學感測器16調至 透鏡14之焦距處。在數位相機上有一調整機構可以自動完成此一對焦的功 能。而在出產一光學感測模組的過程，透鏡14與光學感測器16也必需固 定在焦距上封裝起來，此後，使用者在使用光學感測模組1〇時就會得到一 最清楚的影像，不必擔心調焦的問題。現今出廠的數位相機或是光學感測 模組的流程是模組商分別將光學感測器、透鏡以及介面電路組裝起來。將 光學感測器與控制晶片由排線連接在一起，需要比較多且複雜的組裝程 序，成本也相對較高，而且由於不同元件間較要長的訊號傳遞時間，對焦 變得沒有效率。 先前之對焦方法雖可以找到並固定透鏡與光學感測器間之焦距，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複雜。二、調焦 過私在各電路區塊之間的溝通傳遞速度較慢，較無效率，而且不符合生產 的經濟效益。三、介面電路與光學感·無法同時由—製程完成，增加植 裝時間與生產複雜度。 【發明内容】 人^^本發明巾轉纖圍第丨項揭露-種整合式之影像擷取裝置，其包 :來ϋ底基座/來放置—透鏡;—CMGS感測器，形成於該基底上， 二i itί 後端電路，形成於該基底上，該後端電路包含： 析電路，絲分析該⑽感測器接收之該影像訊號及依據分析之 1237992 路，其與該基座及該影像分析電 之分析結果訊號，控制該透鏡與 結果輸出一分析結果訊號；一對焦控制電 路相電連，用來依據該影像分析電路輸出 該CMOS感測器間之對焦。 【實施方式】 請^圖二。圖二係為本發明第—實施例之—種整合式之影像操取裝 。影像擷取裝置30包含-CMOS感測器32、一基座34、 電Γ8以及—處理器·後端電路38包含-影像分析“42和i j j制電路44。基座34包含—調整機構36。本發明所伽賴〇s感測 =I程技術與後端電路38 _於⑽的電路製程，因此，_ ^後端電路38以及處理器46在晶片的製作過程中同時成長整合在基底 ^11CmM〇S感測器32和後端電路38之間或之内的訊號傳遞是藉著基底 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3〇的 控制流程得以簡化避免複雜的訊號傳遞與控制。 基座34用來放置-透鏡33，調整機構36用來調整透鏡泊與⑽s感 測器32間之距離D。外界的發光物經由透鏡33成像在CMOS感測器32上。， ^MOS感測器32接收這個影像訊號，並將此影像峨傳至影像分析電路犯。 衫像分析電路42分析完所接收的影像訊號後得到一分析結果。對焦控制電 路44根據影像分析電路42的分析結果，決定是否控制調整機構％來調整 基座34上透鏡33的位置，以改變透鏡33與CM〇s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内之調整機構祁調整 透鏡33的相對位置。 影像分析電路42收到CMOS感測器32傳來的影像訊號後，可擷取其中 的口I5为景Μ象訊號做為分析之用，部分影像的擷取方式可採用習知的複數種 廣异法，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係數的參數來做評估。如果一影像的 1237992 衫像差異係數愈大，表示該影像愈清楚。λ 複數個像素的輝城誠，狀部分雜訊號係由 像素，其影像訊號值以g(x，y)絲。接下來定 Gb(或Gr)的位置的 &和垂錄上的碱減Gy，分取料伟上的訊號梯度 Gx = g(x，y)-g(x+l，y)

Gy = g(x，y)-g(x，y+l) 因此’影像差異係數FD可表示如下： jc y

ίΓΙ： ® ί ； L2；0 J 默川也不相同。當透鏡33和⑽s感測器32間相距恰 ，36 影像擷取裝置30在對焦過程中，各電路間的運作情形如 ，44首綱罐機構36改變距離D，在距離D改變的過程中 邊分析各距離下之影像差異係㈣。如果在距離改變時景^異 Ϊr ΤΓ 33 , CMOS , 32 =寺=之拉近，原本距離是拉近時，將之拉遠），反之，如果在距離改變的 =中影像差異錄FD愈來愈大，麵續同向婦距離，—直到影像 ^數FD開始變小為止。對焦控制電路44和影像分析電路犯互相配=找出 後’調整機構36絲座上的透鏡33固定到離刪感測器32焦 對焦㈣電路44在罐距離的過程巾，是以_獨的距離調整幅度 ，透鏡33和⑽S感測器32間的距離。首次搜尋時，對焦控制電路44固 St大^周整幅度去尋找佳的焦距，待搜尋超影像差異係數FD數值 開始轉折處之後，會以更小的調整幅賴始反向搜尋，去尋找更精確的隹 距位置，如此反覆朗以最小_整幅度搜尋完畢為止。這樣做的目的= 11 1237992 請參考圖四。圖四係為本發明-種以整合式之影像擷取裝置實現之對 焦方法。步驟100將一 CMOS感測器與一積體電路整合在一美底上，、气積體 電路包含—影像分析電路以及—職控制電路，該影像分^路如同/圖二 之2像分析電路42 ’具有分析影像峨的功能，騎紐制電路如同圖二 之對焦控織路38，可依據該影像分析電路輸出之分析結果，控制一透鏡 的位置’以改變其與該⑽“測器間之距離。步驟UQ接收由一透鏡 成像於該CMOS感測器的影像訊號。步驟12〇從該⑽感測 取—部分織作為讀讀影侧，因為取太大的範圍可 牛物體’不易對焦。步驟13G依據所接收的影像訊號 Γ 依據該影像差異係數，調整該透鏡與該C_ 得娜感卿與透鏡之間恰為-個透鏡距。本發 =上，只需執行到步,驟140 ’如使用於封裝流程上，則繼 =_與___鏡焦距處並完成該光學感 1⑽豸此接錄像進行影像峨處理，包含影像 象 調整以及f彡像敝果歧。 祕的願色 在…驟140中凋整距離的過程在本發明較佳 ===1二來_整。在調整距離的過程中，—邊=^== T： ^ ^ ii所（意即縣距轉近變成拉遠，拉遠變成靠近）， 差異係數^ 敫。一静an Y在舰_雜巾是耻料_整幅度作調 :調整===，當距離已較接近焦距時改一 近的焦距刪 4蝴、w，烟._整使得逼 器 、透=電二 13 1237992 44 對焦控制電路 36 調整機構 54 馬達 52 控制介面晶片

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Claims (1)

1. 案號：93112662 拾、申請專利範圍 94年5月4曰修正 1· 一種整合式之影像擷取裝置，其包含： 一基底； 一基座，用來放置一透鏡； - CMOS感測器，形成於該基底上，用來接收一影像訊號；以及 一後端電路，形成於該基底上，該後端電路包含： -影像分析電路，肖來分_刪❹⑻級之該雜訊號及 依據分析之結果輸出一分析結果訊號；以及 -對焦控制電路，其與該基座及該影像分析電路相電連，用來 依據該影像分析電路輪出之分析結果訊號，控制該透雜參 該CMOS感測器間之對焦。 〃 2.如申請專利範圍第1項所述之整合式影像操取裝置，其另包含一遽 構，用來調整該透鏡與該CMOS感測器間之距離。 3. 如申請專利棚第2項所述之整合式影像齡裝置，該對焦控制電路 f依據該影像錄電路輸仏分析縣訊號，控繼調 透鏡與該CMOS感測器間之距離。 4· t申1項所述之整合式影像擷取裝置，其另包含-處理 益，用來處理純之顏色調整、影像之效果以及影像壓縮。 5. 如申請專利範圍第β所述之整合式影像操取裝置，其另包含 體’設置於影像分析電路内，用來儲存該_感測器接收之影像訊號、。 6. —種整合式影像擷取晶片，其包含·· 一基底； 一 CMOS感廳，形成於該基底上，峰概—影像訊號； 16 94年5月4日修正 案號：93112662 ’ 5文於該CM〇S感測器之一側； 4路，形成於該基底上，該後端電路包含： 像刀析電路，用來分析該CM〇s感測器接收之該影像訊號及 依據分析之結果輸出一分析結果訊號； 一對焦控、制電路，其與該影像分析電路相電連，絲依據該影 像刀析電路輸出之分析結果訊號，控制該透鏡與該CMOS 感測器間之對焦。 7·如申請專利範圍第6項所述之整合式影像擷取晶片，其另包含一調整機 構，用來調整該透鏡與該CM〇s感測器間之距離。 8. 如申請專利範圍第7項所述之整合式影像擷取晶片，該對焦控制電路用 來依據該影像分析電路輸出之分析結果訊號，控制該調整機構以調整該 透鏡與該CMOS感測器間之距離。 9. 如申請專利範圍第6項所述之整合式影像擷取晶片，其另包含一處理 器，用來處理影像之顏色調整、影像之效果以及影像壓縮。 10. 如申請專利範圍第6項所述之整合式影像擷取晶片，其另包含一記憶 體，設置於影像分析電路内，用來儲存該CMOS感測器接收之影像訊號。 17