專利名稱：高解析度硅晶密合式線型影像傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種影像傳感器，尤指一種利用多個相同結構的硅晶傳感器晶片，整齊地排成一直線并粘結在絕緣基板上，形成與原稿等長的線型傳感器，以自我掃描的方式，將原搞的影像轉換成電子信號的高解析度影像傳遞器件。
現有影像掃描器等使用的影像傳感器如圖6所示，傳感器為線性電耦合器(LinearCCD)(1)，原稿(2)在光源(3)照射下，其影像經由縮小透鏡(4)，以約略91的比例，傳送到電耦合器上，達到300DPI或400DPI(DOTPERINCH)的解折度要求；然而上述掃描器因為縮小透鏡(4)視角的限制，原稿(2)至電耦合器(1)間必須維持約30公分的距離，才能達到影像縮小讀取的目的，此項距離要求，占用產品體積，限制產品往輕薄短小方向發展。另一項缺點是電耦合器及縮小透鏡(4)在掃描器等系統上組裝時，準確定位及焦距點的調整相當困難；創作人鑒于此特提供一種可解決目前線性電耦合器－縮小透鏡式系統的缺點的高解析度影像傳感器。
本實用新型的目的是提供一種高解析度硅晶密合式線型影像傳感器，傳感器與原稿等長，由柱狀透鏡將原稿影像以11方式傳送到傳感器，從而縮短原稿至主傳感器間的距離，形成體積極小，且傳感器、透鏡、光源、玻璃等整體組成為模塊的傳感器器件。
本實用新型影像傳感器的構造為具有解折度為等于或大于300DPI(每英寸300點)，包含有多個結構相同的硅晶傳感器晶片及外圍電路，所述多個硅晶傳感器晶片直線排列粘結在絕緣基板上，形成與被測原件等長的線型影像傳感器；所述傳感器晶片，每一個晶片上直線排列多個傳感元件，其輸出連接到一共用輸出信號線上；在該共用輸出信號線與地之間連接有一蓄積電容，該蓄積電容將所述傳感元件的電荷輸出轉換成電壓；與該蓄積電容并聯連接一模擬信號重設開關；所述共用輸出信號線與一放大器相連，該放大器輸出一串列模擬影像信號。
由于具有上述結構，所以可將傳感器至被測原件之間的距離縮短到2公分之內，體積極小，且將傳感器、透鏡、光源、玻璃等整合為一體成為模塊，從而可取代目前的整個光學掃描系統，生產組裝時不需光學焦距調整，簡化了掃描器等的設計，縮小產品體積，并提高了生產組裝效率。


圖1是本實用新型的線路圖，包含密度的傳感器晶片及外圍線路圖。
圖2是本實用新型的傳感器晶片的線路圖，包含一串列的光傳感元件、模擬開關、寄存器、及驅動線路圖／控制線路。
圖3是本實用新型的傳感器晶片的時序圖。
圖4是本實用新型的傳感器的傳感元件的配列圖，包含鄰近兩個相接合的傳感器晶片。
圖5是本實用新型的傳感器，配合11柱狀透鏡及光源組裝成模塊的系統構造。
圖6是現有的線性電耦合器及縮小透鏡的系統構造。
下面配合附圖，詳述本實用新型的實施例圖1為本實用新型的線路圖，包含密接的傳感器晶片及外圍線路圖。其中1a，1b……1m為硅晶傳感器晶片；21～25為外圍線路裝置，且21為驅動元件，22為信號放大器，23為信號重設開關，24為蓄積電容，25為去除信號耦合用的電容，26為輸出信號線，31為印刷電路板(PCB)或厚膜印刷陶瓷基板。
硅晶傳感器晶片1a，1b……1m排列成一直線并粘結在基板31上，每個晶片結構相同，晶片上有多數個傳感元件，以約略相等的距離排列成一直線，因此多數個傳感器晶片1a，1b……1m排列在一起就形成一長距離的線型影像傳感器，感測距離的長短由傳感器晶片排列的數量多少來決定，例如單一傳感器晶片的長度為8mm，若排列27個晶片，則感測長度為216mm，亦即A4紙張的寬度。
電源(Vdd)及地線(GND)連接到每一個傳感器晶片上，時鐘信號(CLK)經由驅動器21也連接到每一個晶片上，起動脈沖(SI)經由驅動器21連接到第一個晶片上，輸出信號則由每一個傳感器晶片引出，連接到共通的信號線26上，傳感器晶片與基板31間信號的連接，通常是以25μm的金線或鋁線以自動接線方式連結。
當起動脈沖SI進入第一個晶片1a后，該晶片上的傳感元件就依序將感測的電荷輸出到信號線26，此電荷在蓄積電容24上形成電壓Vso，Vso再經放大22放大后成為Vout，即為傳感器的輸出信號，重設開關23是將每一個傳感元件在蓄積電容24上的電壓重設讓蓄積電容24供下一個傳感元件的電荷蓄積使用。
當第一個晶片1a上的最后一個傳感元件動作完成后，該晶片即送出一個結束脈沖，此結束脈沖連接到下一個晶片，作為下一個晶片的起動脈沖，下一個晶片上的傳感元件使依序將感測到的電荷輸出到共同的信號線26上。依此方式，每一個傳感器晶片，依排列的順序送出晶片上傳感元件所感測到的電荷，這些電荷輸出到信號線26上，經由蓄積電容24轉換成電壓，再由放大器22放大后，成為一串列的影像信號輸出。
參考圖2本實用新型傳感器晶片1a，1b……1m線路及圖3其時序圖，其中40為硅晶材料，通常厚度為0.4－0.6mm，41，42……4n是傳感元件，其結構通常為光電晶體管。51，52……5n是模擬開關(AnalogueSwitch)。61，62……6n是移位寄存器(SR)。71，72為驅動器，73是晶片選擇器，74是結束脈沖(EOP)產生器，75，76是控制開關。
光電晶體管41，42……4n的集電極(Collector)連接到電源(Vdd)，基極(BASE)接受光的照射，將光子轉換成電荷，發射極(Emitter)分別連接到相對應的模擬開關的輸入端，當模擬開關動作時其對應的光電晶體管蓄積的電荷就經由模擬開關傳輸到信號線26上。
現配合圖3的時序圖說明其動作原理及順序。時鐘信號CLK經由驅動器72連續地輸入到移位寄存器61，62……6n及晶片選擇器73上。當傳感器晶片接收到起動脈沖SI后，立即開始動作，起動脈沖經由驅動器71延遲(DELAY)并轉換成反向的控制信號BOPN，使得晶片選擇器73產生控制信號CS，將控制開關75打開。控制信號BOPN反向回復起動脈沖SI的形式，觸發第一個移位寄存器61，使其產生控制信號G1，以打開模擬開關51，使得相對應的光電晶體管41蓄積的電荷傳送到信號線26上，再經由控制開關75傳送到外圍線路的蓄積電容24上，轉換成電壓Vso。時鐘工作時段(CLOCKDUTYPERIOD)結束后，與時鐘同步的重設訊號RESET打開控制開關76，將此時信號線26上的電壓重設到基準電壓Vrd，亦即地線(GND)。
經歷一個完整的時鐘周期(CLOCKCYCLE)，起動脈沖傳遞到第二個移位寄存器62，觸動其產生控制訊號G2，以打開模擬開關52，使得其對應的光電晶體管42所蓄積的電荷傳送出來。依此原理，移位寄存在器61，62……6n依序產生控制信號G1，G2……Gn打開相對應的模擬開關51，52……5n，讓光電晶體管41，42……4n蓄積的電荷，依序傳輸到信號線26上，形成一串列的電壓訊號Vso。
當最后一個傳感元件完成信號傳輸的同時，結束脈沖(EOP)產生器產生一個結束脈沖EOP，同時控制信號CS結束以開關控制開關75。此結束脈沖EOP可以連接到下一個傳感器晶片，作為下一個傳感器晶片的起動脈沖。
參考圖4本實用新型的傳感元件配列圖，包含相鄰兩個接合的傳感器晶片。其中a2，a3……an為傳感器晶片上傳感元件的中心距，a1為鄰接的兩個傳感器晶片其相鄰的兩個傳感元件的中心距。c為鄰接的兩個傳感器晶片的間距(SPACING)，d為傳感器晶片外緣至電路邊界的距離，e為電路邊界至鄰近傳感元件周緣的距離，f是相鄰兩個傳感元件感光區域的間隔。晶片外緣的折線表示晶片切割作業的痕跡。傳感器的解折度愈高，則傳感元件的分布就必須愈密集，傳感元件的中心距則愈小。300DPI的傳感器中，傳感元件理想的中心距(a)為84.7μm。400DPI的傳感器傳感元件理想的中心距(a)則為63.5μm。
理想的情況下，傳感元件的中心距a1＝a2＝a3……＝an＝a(理想中心距)。但實際的生產制造無法達到此理想要求。由于傳感器晶片切割以及晶片粘接在基板上的精度限制，a1的距離通常大于理想中心距－以300DPI傳感器為例，鄰接的兩個傳感器晶片的間距c＝30μm，晶片外緣至電路邊界的距離d＝7μm，電路邊界至鄰近傳感元件周緣的距離e＝10μm，若傳感元件的寬度為35μm，則a1＝30＋7×2＋10×2＋35＝99μm，大于理想中心距84.7μm。
再者傳感器晶片上傳感元件間的中心距(a2，a3……an)未必能做到完全相等，有時為了成本或設計上的特殊考慮，利用某些傳感元件間的空隙設置線路，以致造成某些傳感元件間的中心距較其他為大。其他傳感元件的中心距必須縮小，才能使全部傳感元件平均的中心距等于理想中心距。各個傳感元件的中心距也不能偏離理想中心距太大，否則解析度將失真，實際設計與制造的結果是各個傳感元件的中心距以盡量接近理想中心距為原則，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測元件的平均中心距等于理想中心距，誤差值在1％以內。亦即0.8＜a1，a2，a3……an＜1.5aa1＋a2＋a3＋……＋an＝n×a相鄰的傳感元件，其感光區域的間隔f不能太小，否則光子所產生的電子電洞將會滲透到相鄰的傳感元件上，造成串音(CROSSTALK)效應，降低傳感器的感測能力，尤其是解析度。此相鄰感光區域的間隔，須大于理想中心距的20％，亦即f大于0.2a。傳感器晶片上所有感光元件的感光區域，包含雜質擴散層，其形狀與面積完全相同，使得輸出信號均勻。
圖5所示為本實用新型的高解析度硅晶密合式線型影象傳感器，結構如下傳感器1與原稿2等長，由柱狀透鏡4將原稿2的影像以11方式傳送到傳感器1。這種結構顯著地縮短了原稿至主傳感器的距離，可形成體積極小的整體模塊式傳感器器件。
權利要求1.一種高解析度硅晶密合式線型影像傳感器，具有解析度為等于或大于300 DPI(每英寸300點)，包含有多個結構相同的硅晶傳感器晶片及外圍電路，其特征在于所述多個硅晶傳感器晶片直線排列粘結在絕緣基板上，形成與被測原件等長的線型影像傳感器；所述傳感器晶片，每一個晶片上直線排列多個傳感元件，其輸出連接到一共用輸出信號線上；在該共同輸出信號線與地之間連接有一蓄積電容，該蓄積電容將所述傳感元件的電荷輸出轉換成電壓，與該蓄積電容并聯連接一模擬信號重設開關；所述共用輸出信號線與一放大器相連，該放大器輸出一串列模擬影像信號。
2.如權利要求1所述的影像傳感器，其特征在于所述絕緣基板為印刷電路板(PCB)，或厚膜印刷陶瓷基板。
3.如權利要求1所述的影像傳感器，其特征在于所述各硅晶傳感器晶片與一驅動器相連，該驅動器具有一時鐘信號輸入端及一起動脈沖輸入端，和一被驅動的時鐘信號輸出端，該輸出端與所述各傳感器晶片相連，以及一被驅動的起動信號輸出端與第一個傳感器晶片相連，以啟動傳感器的掃描，所述傳感器晶片上的多個傳感元件依次送出信號，最后一個傳感元件的輸出端與下一個傳感器晶片相連，以向其傳輸一起動脈沖。
4.如權利要求1、2、3所述的影像傳感器，其特征在于，所述傳感器晶片包括一串列的略呈等距離直線排列的光傳感元件，一串列的模擬開關，一串列的移位寄存器，起動脈沖驅動器，晶片選擇器，結束脈脈沖產生器，控制開關和重設開關；所述各串列中的光傳感元件、模擬開關和移位寄存器分別對應依次連接，所述各光傳感元件經由對應的模擬開關后輸出連結成一共用輸出線，該輸出線經由所述控制開關而形成所述傳感器晶片的輸出端；該共用輸出線還連接所述重設開關；所述起動脈沖驅動器具有一時鐘信號輸入端及一起動脈沖輸入端，其輸出端與第一個移位寄存器相連，使所述一串列的移位寄存器依次控制對應的模擬開關，以使對應光傳感元件依次送出信號至共用輸出線；所述起動脈沖驅動器還有一輸出端與所述晶片選擇器相連，向其輸出經延遲和反相的起動脈沖信號以及時鐘脈沖信號；所述箔片選擇器的一輸出端與所述控制開關相連，使其在第一個光傳感元件信號之前打開、在最后一個光傳感元件傳輸完成后關閉，該晶片選擇器的另外二輸出端分別與所述重設開關和結束脈沖產生器相連，該結束脈沖產生器的另一輸入端與最后一個移位寄存器相連，其輸出端為所述傳感器晶片的結束脈沖輸出端。
5.如權利要求4所述的影像傳感器，其特征在于所述光傳感器元件是由光電晶體管或光二極管構成。
6.如權利要求4所述的影像傳感器，其特征在于所述串列直線排列的光傳感元件，其相鄰元件的中心距為相應解析度的理想中心距的0.8倍至1.5倍，且全部光傳感元件的平均中心距等于理想中心距，誤差值在正負一個百分點以內，相鄰光傳感元件的感光窗的間距大于理想中心距的二十個百分點。
7.如權利要求6所述的影像傳感器，其特征在于所述光傳感元件的每個元件的感光區域、形狀和面積皆相同。
專利摘要一種高解析度硅晶密合式線型影像感測器，包含有硅晶感測器晶片及外圍線路裝置等；該結構的硅晶傳感器晶片包含一串列的光傳感元件，一串列的模擬開關，一串列的移位寄存器，及驅動控制線路，且利用多個相同結構的硅晶傳感器晶片，排成一直線粘結在絕緣基板上，形成與原稿等長的線型傳感器，以自我掃描方式，將原稿影像轉換成電子訊號，可用于影像掃描器、影像機等300 DPI/400 DPI(DOT PERINCH)影像傳遞機器上。
文檔編號H04N1/04GK2198728SQ9420185
公開日1995年5月24日 申請日期1994年1月31日 優先權日1994年1月31日
發明者謝秀明, 蔡聰明, 蔡永松, 黃世淞, 鄭文明 申請人:敦南科技股份有限公司