TWI548271B - 影像擷取裝置 - Google Patents

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TWI548271B
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姜昌宇
李寬洙
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福微視股份有限公司
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Description

影像擷取裝置
本發明是有關於影像擷取裝置，且特別有關於可達到高解析度及降低影像感測器雜訊的影像擷取裝置。
一般來說，影像擷取裝置可視為對物體拍照的一種裝置。影像擷取裝置可應用到觀測裝置、取像裝置、通訊裝置以及多種類似的裝置。舉例而言，影像擷取裝置可應用為顯示器的觀測裝置、為半導體元件的觀測裝置、為印刷電路板的觀測裝置、為太陽能面板的觀測裝置等等。影像擷取裝置對觀測目標取像，且觀測裝置讀取被取像的影像並決定目標物是否為不良。
本發明的背景技術被揭露在2006年5月17日公告的韓國專利公報2006-0045565，名稱為「為照相機模組的透鏡筒組合裝置以及其組合方法」。
典型的影像擷取裝置以靜止狀態的影像感測器對物體取像，要擷取比影像擷取裝置中的影像感測器的解析度還高的影像是很困難的。此外，因為影像感測器會產生熱及雜訊，當產品需求較小雜訊時，可能存在影像品質惡化的問題。因此，需要一種可解決此問題的影像擷取裝置。
在相關技術中，構想出本發明以解決此種問題，且本發明的形態是提供一種影像擷取裝置，該影像擷取裝置可擷取比影像感測器解析度還高的影像，並降低影像感測器的雜訊。
依照本發明的一形態，一種影像擷取裝置包含：一影像感測器、一冷卻器以及一移動裝置。該冷卻器放置在該影像感測器一側且冷卻該影像感測器。該移動裝置放置在該冷卻器一側且移動該影像感測器及該冷卻器。
該冷卻器可包含一熱電模組，該熱電模組包含一冷卻部分以及一發熱部分，且該冷卻部分被放置在該影像感測器的一側。
該冷卻部分接觸該影像感測器且冷卻該影像感測器。
該影像擷取裝置進一步包含一散熱部分，放置在該發熱部分的一側且冷卻該發熱部分。
該散熱部分包含一熱導管。
該移動裝置包含一耦合器以及一驅動單元。該耦合器放置在該熱電模組的一側，且該驅動單元耦接到該耦合器且移動該耦合器。
該驅動單元以像素的n分之一為單位來移動該影像感測器，其中n參照為移動次數的數目，假設一個像素的長度為1，移動次數為移動該影像感測器至一個像素長度的次數。
依照本發明的另一形態，一種影像擷取裝置包含：一第一外殼、一影像感測器、一冷卻器、一第二外殼以及 一移動裝置。該影像感測器收置於該第一外殼內。該冷卻器放置在該影像感測器一側且冷卻該影像感測器。該第二外殼連結該第一外殼。該移動裝置放置在該第二外殼內且連接到該第一外殼以移動該第一外殼。
該冷卻器可包含一熱電模組，該熱電模組包含一冷卻部分以及一發熱部分，且該冷卻部分被放置在該影像感測器的一側。
該冷卻部分接觸該影像感測器且冷卻該影像感測器，且該發熱部分接觸該第一外殼。
該影像擷取裝置進一步包含一散熱部分，放置在該第二外殼內且冷卻該發熱部分。
該散熱部分包含一熱導管。
該移動裝置包含一耦合器以及一驅動單元。該耦合器連接到該第一外殼。該驅動單元放置在該第二外殼內，且該驅動單元耦接到該耦合器且移動該耦合器。
該驅動單元以像素的n分之一為單位來移動該影像感測器，其中n參照為移動次數的數目，假設一個像素的長度為1，移動次數為移動該影像感測器至一個像素長度的次數。
該影像擷取裝置進一步包含一散熱片，接觸該第二外殼且冷卻該第二外殼。
根據本發明，在冷卻影像感測器與移動像素陣列的同時，影像擷取裝置可擷取影像。因此，可同時降低影像感測器的雜訊並提供高解析度。
10‧‧‧物體的影像
20‧‧‧像素陣列
30‧‧‧第一輸出影像
31‧‧‧第二輸出影像
32‧‧‧第三輸出影像
33‧‧‧第四輸出影像
40‧‧‧最終影像
50‧‧‧最終影像
110‧‧‧第一外殼
113‧‧‧容置空間
115‧‧‧玻璃板
120‧‧‧影像感測器
130‧‧‧冷卻器
131‧‧‧冷卻部分
133‧‧‧發熱部分
140‧‧‧第二外殼
143‧‧‧內部空間
145‧‧‧開口
150‧‧‧移動裝置
151‧‧‧耦合器
153‧‧‧驅動單元
160‧‧‧散熱部分
170‧‧‧散熱片
171‧‧‧熱交換鰭片
173‧‧‧風扇
將伴隨圖式描述下列實施例，使得本發明的上述及其他形態、特徵與優點可更顯而易見。
圖1是根據本發明一實施例的影像擷取裝置的剖面圖。
圖2繪示圖1的影像擷取裝置的物體影像與像素陣列。
圖3繪示圖1的影像擷取裝置的取像方法。
此後，參照伴隨的圖式會更詳細描述本發明的實施例。須注意的是圖式的比例並不準確，為了敘述方便及清晰起見，可能在線條的厚度方向或零件尺寸上誇大。此外，在此使用的術語由本發明的功能所定義，可根據使用者或操作者的習慣或意圖而更改。因此，術語應由此起的整體揭露定義之。
圖1是根據本發明一實施例的影像擷取裝置的剖面圖。
參照圖1，根據本發明一實施例的影像擷取裝置包含影像感測器120、冷卻器130以及移動裝置150。
影像感測器120被裝設在印刷電路板上(未繪示)。在此，影像感測器120可安裝在印刷電路板的一表面上。此外，當印刷電路板形成一開口，影像感測器120可被放置在開口的周長上。以此方式，影像感測器120以不同形式被安裝在印刷電路板上。
影像感測器120的電路線路和印刷電路板的電路線路彼此連接。印刷電路板連接到影像擷取裝置的控制器(未繪示)。被影像感測器120所取像的影像資訊會經由印刷電路板被傳送到控制器。
冷卻器130被放置在影像感測器120的一側(圖1中的較低側)且冷卻影像感測器120。只要冷卻器130能冷卻影像感測器120，冷卻器130可用不同形式被施加。此後，冷卻器130的一實施例會例示描述。
冷卻器130可為熱電模組，例如為珀爾帖(Peltier)元件，珀爾帖元件包含冷卻部分131以及發熱部分133。當直流(direct current,DC)電壓被施加到組成熱電模組的兩個不同元件的相對端，熱電模組的一側被冷卻，而熱電模組的另一側產生熱。因此，在使用中，熱電模組有助允許必要部份的選擇性冷卻。在此實施例，熱電模組的一側(圖1中的上側)會被定義為冷卻部分131且熱電模組的另一側(圖1中的下側)會被定義為發熱部分133。
熱電模組的冷卻部分131被放置在影像感測器120的一側，且當影像感測器120產生熱時，冷卻部分131冷卻影像感測器120。冷卻部分131可直接接觸影像感測器120或透過熱傳導媒介以非直接接觸影像感測器120。在此，熱傳導媒介可為具有良好熱傳導的金屬或合金、或是熱傳導流體(如潤滑油)。因此，字眼「在冷卻部分131與影像感測器120之間的接觸」意謂其間可為直接接觸及非直接接觸。
既然影像感測器120被冷卻器130冷卻，影像感測器120可降低暗電流雜訊。即使沒有光進入影像感測器120，暗電流雜訊參照為由影像感測器120的熱所產生的熱電子的訊號值。暗電流雜訊會減少影像感測器120的動態範圍。因此，會惡化影像擷取裝置的效能。動態範圍參照為一影像中 最亮區域與最暗區域的比例，為一指標，可指出在一影像中涵蓋暗區和亮區的能力。
影像感測器120以及冷卻器130被放置在第一外殼110內。第一外殼110形成具有一容置空間113，以在其中容置影像感測器120與冷卻器130。在此，冷卻器130的冷卻部分131被設置以接觸影像感測器120。
此外，冷卻器130的發熱部分133可直接接觸第一外殼110的底部或透過熱傳導媒介非直接接觸第一外殼110的底部。在此，在發熱部分133與第一外殼110之間的接觸指在其間為直接接觸與非直接接觸兩者。
第一外殼110可由熱傳導材料製成，以便發散發熱部分133的熱。熱傳導材料可形成第一外殼110的整體或是局部。以此方式，因為第一外殼110由熱傳導材料製成，發熱部分133具有很大的散熱面積。隨著發熱部分133改善散熱的效能，冷卻部分131也可改善冷卻效能。進一步，因為由影像感測器120所產生的熱轉移到冷卻部分131，且熱經由發熱部分133排出，改良發熱部分133的散熱效能不只加強了冷卻部分131的冷卻效能，也同時加強了冷卻影像感測器120的效率。
第一外殼110具有靜止的玻璃板115以接收入射光。玻璃板115防止外界物質進入第一外殼110，因此，可防止影像感測器120被外界物質汙染。
移動裝置150被放置在冷卻器130的一側(圖1中的下側)。移動裝置150移動影像感測器120與冷卻器130。在此實施例，移動裝置150移動第一外殼110以移動收置在第 一外殼110內的影像感測器120與冷卻器130。移動裝置150包含耦合器151與驅動單元153。
耦合器151是媒介，用以轉移驅動單元153的驅動力到冷卻器130與影像感測器120。耦合器151被連接到第一外殼110的一側。在此，耦合器151的一側可藉由黏膠或緊固件被耦接到第一外殼110的一表面。
驅動單元153被耦接到耦合器151且藉由驅動力移動耦合器151。驅動單元153以像素的n分之一為單位移動第一外殼110，其中影像感測器120可持續以像素的n分之一為單位被移動。因此，當影像感測器120沿著X軸與Y軸以像素的n分之一為單位移動時，影像感測器120可擷取影像，並且經由軟體結合多個擷取的影像。藉此，提供一最終影像。
在此，n參照為移動次數的數目，假設一個像素的長度為1，移動次數為移動該影像感測器120至一個像素長度的次數。舉例而言，在圖3中，驅動單元153以0.5個像素為單位移動影像感測器120。影像感測器120移動時同時擷取影像，且控制器組合擷取的多個影像並輸出一組合的影像。因此，改良了輸出的最終影像的解析度。之後，會更詳細描述這個操作過程。
驅動單元153沿著兩軸移動耦合器151。舉例而言，驅動單元153在X軸與Y軸的方向上移動耦合器151。因此，影像感測器120可沿著X軸與Y軸以像素的n分之一為單位移動。
驅動單元153可包括連接到耦合器151的多個壓 電單元。當電壓施加到壓電單元上時，壓電單元的形狀改變。因此，耦合器151及影像感測器120被移動。
驅動單元153的結構可分為四個部分，一個個部分相疊且一個部分被壓電單元所移動。驅動單元153可為任何結構，只要驅動單元153可移動影像感測器120。驅動單元153是奈米平台，可持續不斷移動影像感測器120。
在此實施例，影像擷取裝置進一步包括散熱部分160，散熱部分160連接到冷卻器130的發熱部分133並且冷卻發熱部分133。散熱部分160可直接接觸發熱部分133或經由熱傳導媒介以非直接接觸發熱部分133。散熱部分160可為熱導管，其中熱傳導流體在管身(未繪示)內流動。熱導管由熱傳導流體的流動所致的熱交換快速地將發熱部分133散熱。如此，當發熱部分133和冷卻發熱部分133的冷卻單元之間距離很長或有阻礙物時，熱導管可散熱到外界並同時最小化發熱部分133及冷卻單元之間的溫差。因此，增進發熱部分133的散熱效能可加強冷卻部分131的冷卻效能。藉此改良了影像感測器120的冷卻效率。
散熱部分160可被放置在第二外殼140內。在第二外殼140內的散熱部分160可被形成不同形狀，例如I字型、L字型和其他。
第二外殼140鄰近第一外殼110的一表面。第二外殼140的一表面可為平滑，使得第一外殼110的一表面可在其間平順的滑動。潤滑劑可被施加到第二外殼140的一表面，以便允許第一外殼110順暢的滑動且改善熱交換效率。
移動裝置150被放置在第二外殼140的內部空間143內。第二外殼140形成具有開口145，經由開口145耦合器151可被插入。開口145大於耦合器151，使得耦合器151可藉由驅動單元153被移動。
第二外殼140由熱傳導材料製成，以便將散熱部分160散熱。熱傳導材料可形成整體或只有形成第二外殼140的局部。以此方法，因為發熱部分133經由第一外殼110被連接到第二外殼140，發熱部分133的散熱面積藉由第二外殼140進一步增加。因此，影像感測器120的冷卻效能也被進一步改善。
在此實施例，影像擷取裝置可進一步包括散熱片170，散熱片170接觸第二外殼140且冷卻第二外殼140。散熱片170包括接觸第二外殼140的熱交換鰭片171，以及將空氣吹入熱交換鰭片171的風扇173。熱交換鰭片171增加第二外殼140的散熱面積，而風扇173形成強制對流。因此，可達到更有效率的散熱。熱交換鰭片171可形成各種形狀。既然散熱片170改善了第二外殼140的散熱，可進一步加強影像感測器120的冷卻效能。
下一步，根據本發明實施例，在以下描述具有前述組態的影像擷取裝置的操作。在下列的敘述中，影像感測器會以0.5個像素為單位移動來描述。
圖2繪示圖1的影像擷取裝置的物體影像與像素陣列。且圖3繪示圖1的影像擷取裝置的取像方法。
參照圖2及圖3，物體的影像10被投影在像素陣列20。移動裝置150允許影像擷取裝置在移動像素陣列20時 擷取影像，下面會詳細描述細節。
隨著移動裝置150被操作，影像感測器120沿著X軸方向(圖3向右的方向)被移動0.5個像素。在這個位置，影像感測器120擷取物體影像(如圖3中的影像A(最上方的影像))。被拍攝的第一輸出影像30被儲存在儲存器(未繪示)中。
隨著移動裝置150被操作，影像感測器120以對角線方向被移動。此時，影像感測器120沿著X軸以0.5個像素移動且沿著Y軸以0.5個像素移動，形成對角線方向的移動(朝著圖3的左下角方向)。在這個位置，影像感測器120擷取物體影像(例如圖3中的影像B(由上數來的第二個影像))。被拍攝的第二輸出影像31被儲存在儲存器中。
隨著移動裝置150被操作，影像感測器120以X軸方向(圖3中朝右的方向)被移動0.5個像素。在這個位置，影像感測器120擷取物體影像(例如圖3中的影像C(由上數來的第三個影像))。被拍攝的第三輸出影像32被儲存在儲存器中。
隨著移動裝置150被操作，影像感測器120以對角線方向被移動。此時，影像感測器120沿著X軸以0.5個像素移動且沿著Y軸以0.5個像素移動，形成對角線方向的移動(朝著圖3的左上角方向)。在這個位置，影像感測器120擷取物體影像(例如圖3中的影像D(由上數來的第四個影像))。被拍攝的第四輸出影像33被儲存在儲存器中。
控制器組合第一到第四個輸出影像30、31、32、 33以及輸出一最終影像40。最終影像40是最後由組合四個輸出影像30、31、32、33所得到的影像。最終影像40具有高於最終影像50(基於單一輸出影像)的解析度。因此，影像擷取裝置改善了解析度。
當影像擷取裝置擷取影像時，影像感測器120會產生熱。此時，冷卻部分131冷卻影像感測器120，藉此最小化由影像感測器120的熱離子射出。因此，影像感測器120可抑止暗電流雜訊的產生，藉此改良了影像擷取裝置的解析度。
發熱部分133直接及非直接連接到第一外殼110以及第二外殼140，因此增加了散熱面積。此外，發熱部分133可經由散熱部分160散熱。以此方式，第一外殼110、第二外殼140以及散熱部分160改良了發熱部分133的散熱，藉此改良了冷卻器130的冷卻部分131的效能。結果，第一外殼110、第二外殼140以及散熱部分160也增強了影像感測器120的冷卻效能。藉此，最小化由影像感測器120發出的熱離子的射出。
如此，影像擷取裝置擷取影像，同時冷卻影像感測器120以及移動像素陣列20。藉此提供了高解析度。
雖然在此已描述了一些實施例，但應了解這些實施例只是作為說明。在不偏離本發明的精神與範疇下，各種修改、變化及替代可為之。本發明的範圍應只被附隨的申請專利範圍及其等同所限制。
110‧‧‧第一外殼
113‧‧‧容置空間
115‧‧‧玻璃板
120‧‧‧影像感測器
130‧‧‧冷卻器
131‧‧‧冷卻部分
133‧‧‧發熱部分
140‧‧‧第二外殼
143‧‧‧內部空間
145‧‧‧開口
150‧‧‧移動裝置
151‧‧‧耦合器
153‧‧‧驅動單元
160‧‧‧散熱部分
170‧‧‧散熱片
171‧‧‧熱交換鰭片
173‧‧‧風扇

Claims (9)

  1. 一種影像擷取裝置，包含：一影像感測器；一冷卻器，放置在該影像感測器一側且冷卻該影像感測器，其中該冷卻器包含一熱電模組，該熱電模組包含一冷卻部分以及一發熱部分，該冷卻部分被放置在該影像感測器的一側；一移動裝置，放置在該冷卻器一側且移動該影像感測器及該冷卻器；以及一散熱部分，放置在該發熱部分的一側且冷卻該發熱部分，其中該散熱部分包含一熱導管。
  2. 如申請專利範圍第1項之影像擷取裝置，其中該冷卻部分接觸該影像感測器且冷卻該影像感測器。
  3. 如申請專利範圍第1項之影像擷取裝置，其中該移動裝置包含：一耦合器，放置在該熱電模組的一側；以及一驅動單元，耦接到該耦合器且移動該耦合器。
  4. 如申請專利範圍第3項之影像擷取裝置，其中該驅動單元以像素的n分之一為單位來移動該影像感測器(n參照為移動次數的數目，假設一個像素的長度為1，移動次數為移動該影像感測器至一個像素長度的次數)。
  5. 一種影像擷取裝置，包含：一第一外殼；一影像感測器，收置於該第一外殼內； 一冷卻器，放置在該影像感測器一側且冷卻該影像感測器，其中該冷卻器包含一熱電模組，該熱電模組包含一冷卻部分以及一發熱部分，該冷卻部分被放置在該影像感測器的一側；一第二外殼，連結該第一外殼；一移動裝置，放置在該第二外殼內且連接到該第一外殼以移動該第一外殼；以及一散熱部分，放置在該第二外殼內且冷卻該發熱部分，其中該散熱部分包含一熱導管。
  6. 如申請專利範圍第5項之影像擷取裝置，其中該冷卻部分接觸該影像感測器且冷卻該影像感測器，且該發熱部分接觸該第一外殼。
  7. 如申請專利範圍第5項之影像擷取裝置，其中該移動裝置包含：一耦合器，連接到該第一外殼；以及一驅動單元，放置在該第二外殼內，且該驅動單元耦接到該耦合器且移動該耦合器。
  8. 如申請專利範圍第7項之影像擷取裝置，其中該驅動單元以像素的n分之一為單位來移動該影像感測器(n參照為移動次數的數目，假設一個像素的長度為1，移動次數為移動該影像感測器至一個像素長度的次數)。
  9. 如申請專利範圍第5項之影像擷取裝置，進一步包含：一散熱片，接觸該第二外殼且冷卻該第二外殼。
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