CN1885897A - 接触式图像传感器及其感光基板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于扫描仪或传真机等事务机的接触式图像传感器及其感光基板。该图像传感器包括感光基板、光源和透镜。扫描时，光源发出的光线照射到待扫描物上，经待扫描物反射或透射至透镜，并由透镜汇聚至感光基板。感光基板上包括至少一片长感光芯片和若干片短感光芯片。当扫描底片时，只需要长感光芯片进行感光；当扫描反射式文件时，感光基板上所有长、短感光芯片都需要进行感光。本发明由于提高了成本固定的单片晶圆的利用率，使得制造单个感光基板的成本降低，进而降低了单个图像传感器的成本。

Description

接触式图像传感器及其感光基板

【技术领域】

本发明涉及一种应用于扫描仪或传真机等事务机中的图像撷取装置，尤指一种接触式图像传感器及其感光基板。

【背景技术】

光电二极管是一种感光元件，当其表面受到光线照射时，会根据所接受到光照的强度而产生相对应的电流输出，该电流再经由适当的转换电路而转换为模拟电压信号。在实际的应用中，可将多个光电二极管和与其相配合的转换电路通过半导体制程整合于一片半导体芯片内而形成感光芯片。多个感光芯片再以一定次序排列组合即可形成感光阵列。感光阵列可进一步配合外围的电路设计而制作于一块电路板上形成一感光基板，再将光源和柱状透镜依光学要求与此电路板精密组合后即构成所谓的接触式图像传感器(ContactImage Sensor，CIS)。如今，接触式图像传感器已广泛地应用于扫描仪和传真机等事务处理机上。

当使用接触式图像传感器进行文件扫描时，光源会投射光线至待扫描物上，经待扫描物反射或透射的光线经由柱状透镜而汇聚，最终投射于感光阵列上，由感光阵列中每一个光电二极管进行感光后将光信号转变为模拟电信号，再由扫描仪主板上相应的转换电路(如：模拟数字转换电路)将模拟电信号转换为数字信号，最后由软件将这些数字信号编排组合成电子图像文件。由于每一个光电二极管均对应了扫描线上的相应位置，因此根据这些位置上收集到的光电流的强弱，经由时序控制电路和放大电路处理后，即可还原出原稿上该位置的图案和色彩。

台湾专利公告第447211号揭示了一种习知的接触式图像传感器。请参照图1所示，该接触式图像传感器包括盖体102、柱状透镜阵列104、线性光源106、本体108和感光基板110。感光基板110的一侧靠近其边缘处纵向排列了多片感光芯片1120，这些感光芯片1120长度相同且等间隔分布，共同组成一个感光阵列112。类似的感光阵列结构还可参见台湾专利公告第278687号，该专利更加清楚地揭示了感光芯片是等长度均匀地排列于感光基板上的。这种由多片感光芯片接续而成的感光阵列中间存在接续点而会损失接续点位置的部分图像。对于反射式文件扫描来说，由于要求的图像分辨率较低，所以可以通过软件计算来补正接续点位置损失的影像，从而得到可接受的图像数据，然而对于底片扫描来说，通常精度和分辨率的要求都比较高，故与底片宽度相对应的感光芯片必须是整片的，不能存在接续点。日常生活中最常见的底片宽度为35毫米，经过计算，要扫描35毫米宽度的底片，对应的感光芯片的长度至少要达到27毫米，故在习知技术中兼有反射式文件扫描功能与底片扫描功能的图像传感器中每一片感光芯片的长度均为27毫米。对于半导体制程而言，习知的晶圆切割方式请参照图2所示，晶圆202被尽可能多的切割成若干片长度相同(如：27毫米)的芯片204，该些芯片204便可被用来制造所述的感光芯片。然而，这种晶圆切割方式会造成晶圆周边区域的大量浪费，如图2中标号为206的空白区域即表示晶圆中的无用区域。由于一片晶圆的成本是固定的，能从中切割越多的有效芯片，则单片芯片的成本就越低，从而制造一个感光基板或一个图像传感器的成本就会越低，反之，如果晶圆中的无用区域越大，则制造一个感光基板或一个图像传感器的成本就会越高。显然，上述习知的从一片晶圆上切割长度相同的芯片来制造的图像传感器及其感光基板的成本均难以得到控制。

鉴于上述原因，本发明提供一种低成本的接触式图像传感器及其感光基板。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种低成本的接触式图像传感器及其感光基板，其主要从晶圆的利用率方面进行考虑而降低单片感光芯片的成本，进而达到降低感光基板和图像传感器成本的目的。

本发明的另一目的在于提供一种专门针对上述低成本的接触式图像传感器而设计的晶圆的切割方案，以利用一片晶圆制造出尽可能多的感光芯片。

本发明的再一目的在于提供一种具有特定感光芯片排列方式的感光基板，该感光基板既能结合反射式文件扫描也能结合底片的精密扫描，且感光基板的成本低廉。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种可结合反射式文件扫描与底片扫描的接触式图像传感器及其感光基板。该图像传感器包括感光基板、光源和透镜。其中感光基板包括一个纵长的印刷电路板和设置在印刷电路板上的感光阵列，该感光阵列包括沿印刷电路板的纵向依次排列成一列的至少一片长感光芯片和若干片短感光芯片。长感光芯片的长度至少要达到扫描底片宽度所需的感光长度，长、短感光芯片共同构成的感光阵列的长度至少要达到扫描反射式文件宽度所需的感光长度。扫描时，光源发出的光线照射到待扫描物(反射式文件或底片)上，经待扫描物反射或透射至透镜，并由透镜汇聚至感光阵列，再由感光阵列感受光线的强弱，把强弱不同的光信号转换为电信号而输出至印刷电路板。当扫描底片时，只需要长感光芯片进行感光；当扫描反射式文件时，感光阵列上所有长、短感光芯片都需要进行感光。

上述长感光芯片和短感光芯片均可由同一片晶圆切割而成。在该晶圆的边缘或靠近中央的位置纵向切割出一列长芯片组，其余部分均切割成长度相同的短芯片组。其中，长芯片组再经横向切割而成多片长感光芯片，每一个短芯片组再经横向切割而成多片短感光芯片。

与现有技术相比，本发明接触式图像传感器及其感光基板在既能结合反射式文件扫描又能结合底片扫描的前提下，从降低感光基板上每一片感光芯片的成本着手，最大限度的提高了晶圆利用率，从成本固定的单片晶圆中切割出尽可能多的感光芯片，从而降低感光基板的成本，并进一步降低了图像传感器的成本。

【附图说明】

图1是习知的接触式图像传感器的组成示意图。

图2是习知的感光芯片于晶圆上的排列方式示意图。

图3是本发明接触式图像传感器的组成示意图。

图4是本发明感光基板的第一实施方式的结构示意图，主要揭示感光芯片在感光基板上的一种排列方式。

图5是本发明感光基板的第二实施方式的结构示意图，主要揭示感光芯片在感光基板上的另一种排列方式。

图6是一示意图，主要揭示本发明接触式图像传感器中长感光芯片与底片宽度的对应关系，以及感光阵列与反射式文件宽度的对应关系。

图7是图4和图5中所揭示的感光芯片于晶圆上的一种排列方式的示意图。

图8是图4和图5中所揭示的感光芯片于晶圆上的另一种排列方式的示意图。

【具体实施方式】

本发明接触式图像传感器是一图像撷取装置，其主要应用于结合有反射式文件扫描功能与底片扫描功能的扫描仪或传真机等事务机中。请参阅图3所示，本发明接触式图像传感器3主要包括有：具有一定纵向尺寸的本体31、安装于本体31上部收容空间内的透镜32和光源33、可封住本体31上部开口的盖体34，以及安装于本体31下部的感光基板35。其中，透镜32可以采用柱状透镜阵列，也可以采用高景深的光学透镜。光源33包括发光二极管332以及沿纵向延伸的导光板334。扫描时，光源33发出的光照射到待扫描文件(反射式文件或底片)上并被待扫描文件反射或透射，反射光或透射光经过透镜32正向等倍地聚焦在感光基板35上。在一个特定的实施例中，光源33可以是冷阴极管(Cold Cathode Flourcent Lamp)构成的白色光源，而与其配合的感光阵列则是彩色感光阵列。由于本体31、透镜32、光源33和盖体34的结构皆属习知技术，故此处不再赘述。以下结合本发明的较佳实施方式着重介绍感光基板35。

图4和图5分别揭示了本发明感光基板的第一和第二实施方式。感光基板35(35’)包括具有一定纵向尺寸的印刷电路板352(352’)和设置于印刷电路板352(352’)上的感光阵列354(354’)及控制电路355(355’)。感光阵列354(354’)由一片靠近纵向边缘的长感光芯片(简称长芯片)356(356’)和多片长度相同的短感光芯片(简称短芯片)358(358’)连续排列而成。所有的感光芯片排列成一行，长芯片356(356’)位于该行的起始端(如图4所示)或最末端(如图5所示)。当然，在其他实施方式中，长芯片不局限于位于感光阵列的一端。此处所称的“长芯片”是指在底片扫描中，其长度足够感测来自底片宽度的反射光或透射光的芯片，对于常见的35毫米宽度底片来说，该长芯片的长度应该大于27毫米；而所称的“短芯片”是指长度小于长芯片长度的芯片。在第一与第二实施方式中，仅长芯片356(356’)与短芯片358(358’)在印刷电路板352(352’)上的排列位置不同，而长芯片356(356’)与短芯片358(358’)各自的长度及工作原理均相同，故以下仅结合图4和图6对第一实施方式进行说明。长芯片356与短芯片358工作时所需的控制信号不同，控制电路355即针对长芯片356与短芯片358分别发送不同的控制信号(如时钟信号)，以保证长、短芯片356、358都能正常工作。本发明接触式图像传感器3既可应用于反射式文件62的扫描亦可应用于底片61的扫描。由于扫描底片61所要求的精度比较高，故在感光阵列354中，对应于底片61宽度的长芯片356必须是一片能够满足底片61的感光长度的芯片，不能由几片短芯片拼接而成，否则会造成芯片拼接位置图像的损失；而反射式文件62的扫描精度要求比较低，加上芯片成本方面的考量，故采用芯片拼接的方式来得到一长列感光阵列，该感光阵列的长度必须足以满足反射式文件62的感光长度，而在拼接处损失的图像则可以通过软件计算来补足。在扫描底片61时，只需要长芯片356进行感光；在扫描反射式文件62时，感光阵列354上所有的芯片都需要进行感光。在本发明的较佳实施方式中，光源33发出的光线照射到待扫描物61或62上，经待扫描物61或62透射至透镜32，并由透镜32汇聚至感光阵列354，控制电路355根据待扫描文件的类型而发出不同的时钟信号，以驱动相应的感光芯片工作，被驱动的感光芯片感受光学明亮变化，把强弱不同的光信号转换为电信号而输出至印刷电路板352上的相应处理电路(未图标)，从而得到待扫描物宽度上的一行图像数据。然后接触式图像传感器3在传动机构(未图示)的带动下沿待扫描物61或62的长度方向移动，进而得到待扫描物61或62宽度上的多行影像数据，直到最末一行扫描完毕。最后，由上述印刷电路板352上的处理电路把其收集到的所有图像数据的电信号整合成电子图像文件。在扫描底片61时，图像传感器3既可使用彩色感光阵列搭配白色光源作为扫描时的穿透性光源，也可以使用黑白感光阵列搭配彩色光源切换红绿蓝三色光作为扫描时的穿透性光源。具体的说，光源可以是由一组发光二极管和一个导光板构成的彩色光源，而相应的感光阵列则是黑白感光阵列；或者光源是由一组发光二极管和一个导光板构成的白色光源，而相应的感光阵列是彩色感光阵列；又或者光源是由一个冷阴极管(Cold Cathode Flourcent Lamp)构成的白色光源，而相应的感光阵列则是彩色感光阵列。

在本发明中，之所以设计成这种由至少一片长芯片356与多片短芯片358共同组成感光阵列354的结构形式，主要是从芯片成本方面加以考虑的。对于半导体制程而言，一片晶圆的成本是固定的，如果都切割成短芯片显然不能够满足底片所需的感光长度，而如果都切割成长芯片则会造成晶圆的大面积浪费(如图2所示)。又考虑到不同片晶圆的光电特性会相差很远，制造一个图像传感器不适合从不同晶圆上截取芯片。故，本发明提出在一片晶圆上设计长短不同的两种芯片的设计方案。

请参照图7所示，在晶圆7的边缘设计一列纵长的矩形长芯片组72，其余部分尽可能多的设计成纵长的矩形短芯片组74。该长芯片组72再沿横向切割成多片长度相同的长芯片356(356’)，而每一短芯片组74再沿横向切割成多片长度相同的短芯片358(358’)，这些长、短芯片356(356’)、358(358’)可以按照图4和图5所揭示的方式排列成多个感光阵列354(354’)，进而制造成多个图像传感器3。图中空白部分表示无用区域76，显然在这种设计方案中，无用区域比图2中的无用区域206要少很多，即晶圆的利用率得以提高，而单片感光芯片356(356’)、358(358’)的成本则相对降低，并进一步降低接触式图像传感器3的成本。

再请参照图8所示，在晶圆7’的较中央位置设计一列纵长的矩形长芯片组72’，其余部分尽可能多的设计成纵长的矩形短芯片组74’。与第一设计方案相同，长芯片组72’与短芯片组可分别沿横向切割成多片长芯片356(356’)和多片短芯片358(358’)来排列成多个感光阵列354(354’)，进而制造出多个图像传感器3。显然该设计方案中的无用区域76’比图2中的无用区域206少了很多。由此可知，该设计也能提高晶圆的利用率，从而降低图像传感器3的制造成本。

当然，本发明还有其它的设计方式，可以根据需要，在一片晶圆上设计多片长芯片组，且可以根据底片在扫描平台上的位置来调整长芯片于感光基板上的排列位置，并可以根据同时扫描底片的数量来改变感光阵列中长芯片的数量。

通过上述分析可知，与习知技术相比，本发明接触式图像传感器3及其感光基板35都具有较佳的芯片成本优势，相较于都是使用长芯片所制成的图像传感器或感光基板成本约可降低20％。另外，长、短芯片排列制造于同一片晶圆内，可使长、短芯片的光电特性趋进一致，避免两者均匀度差异太大使影像扫描不良。

Claims (18)

1.一种接触式图像传感器，包括感光基板、光源和光学组件，其中感光基板包括印刷电路板和设置在印刷电路板上的感光阵列；光源发出的光线照射至待扫描物上，再由待扫描物反射或透射；光学组件用来将待扫描物反射或透射的光线汇聚至感光阵列；其特征在于：感光阵列包括沿印刷电路板的一定方向连续排列的多片感光芯片，该些感光芯片中包括长度不同的至少一片长感光芯片和至少一片短感光芯片。

2.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述长感光芯片位于感光基板的纵向末端。

3.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述感光阵列包括一片长感光芯片和多片短感光芯片，长感光芯片与短感光芯片排列成一行，长感光芯片位于该行芯片中的起始端或最末端。

4.如权利要求2或3所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述光源是由一组发光二极管和一个导光板构成的彩色光源；所述感光阵列是黑白感光阵列。

5.如权利要求2或3所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述光源是由一组发光二极管和一个导光板构成的白色光源；所述感光阵列是彩色感光阵列。

6.如权利要求2或3所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述光源是由一个冷阴极管构成的白色光源；所述感光阵列是彩色感光阵列。

7.如权利要求1、2或3所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述长感光芯片的长度至少要满足扫描底片所需的感光长度。

8.如权利要求7所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述长感光芯片的长度不小于27毫米。

9.如权利要求7所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述长感光芯片和短感光芯片由同一片晶圆切割而成。

10.如权利要求1所述的接触式图像传感器，其特征在于：所述感光基板还包括控制电路，用于对长感光芯片和短感光芯片分别提供不同的控制信号。

11.一种结合底片扫描与反射式文件扫描功能的图像传感器，包括光源，其所发出的光线可照射至底片或反射式文件上；感光阵列；以及透镜，其将光源发出的经底片或反射式文件反射或透射的光线汇聚在感光阵列上；其特征在于：感光阵列包括至少一片长感光芯片和至少一片短感光芯片，所述长感光芯片的长度至少达到底片所需的感光长度，所述感光阵列的长度至少达到反射式文件所需的感光长度。

12.如权利要求11所述的图像传感器，其特征在于：所述长感光芯片的长度不小于27毫米。

13.如权利要求12所述的图像传感器，其特征在于：所述感光阵列包括一片长感光芯片和多片短感光芯片。

14.如权利要求13所述的图像传感器，其特征在于：所述长感光芯片和所有短感光芯片依次连续排列成一行，长感光芯片位于该行的起始端或最末端。

15.如权利要求14所述的图像传感器，其特征在于：所述长感光芯片和短感光芯片由同一片晶圆切割而成。

16.如权利要求13或15所述的图像传感器，其特征在于：所述感光基板还包括控制电路，用于对长感光芯片和短感光芯片分别提供不同的控制信号。

17.一种感光基板，其特征在于：该感光基板包括纵长的印刷电路板；若干片安装于印刷电路板上的短感光芯片，该些短感光芯片的长度相同，并沿印刷电路板的纵向排列成一行；一片安装于印刷电路板上的长感光芯片，其长度大于任一短感光芯片，且该长感光芯片与所有短感光芯片排列于同一行，并位于该行的起始端或最末端；以及印刷电路板上的控制电路，其用于对长感光芯片和短感光芯片分别提供不同的控制信号，以分别驱动长、短感光芯片工作。

18.如权利要求17所述的感光基板，其特征在于：长感光芯片与短感光芯片由同一片晶圆切割而成。

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