專利名稱：能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備及其方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種封裝設備，尤指一種能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備。
背景技術：
光能源從古至今在人類的生活上一直是一個非常重要的能量來源，早期人類使用光能來取暖、升火或照明，近代對于光的特性又有更深入的了解，而衍生了更多的應用，不論在通訊上(光纖通訊)，影像處理上(數(shù)字相機)，顯示器材上(液晶屏幕)或是其它的應用領域，都可以看到利用光學的科技產(chǎn)品，因此，關于光電結合等基本組件，如用以偵測光量大小的光學傳感器，變成現(xiàn)今許多電子制造公司生產(chǎn)的主要產(chǎn)品之一。
比較常見的光學傳感器有兩種，一種是數(shù)碼相機使用的光學傳感器，稱為電荷耦合組件(CCD)，是一種可記錄光學變化的半導體。電荷耦合組件的表面具有儲存電荷的能力，并以矩陣的方式排列，可以將一個以光學訊號呈現(xiàn)的影像訊號轉(zhuǎn)成以電荷儲存的影像訊號，而根據(jù)電荷耦合組件內(nèi)儲存電荷的多寡就可以判讀該影像訊號的強弱，并且還原成原影像。另一種是利用金氧半晶體管(CMOS)原理做成的光學傳感器，它是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N和帶P極的半導體，這兩個互補效應所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。
然而，工廠生產(chǎn)制造用以偵測光量的組件時是出產(chǎn)一個同時包含一光學傳感器和一透鏡的光學感測模塊。請參考圖1。圖1為一個光學感測模塊10的示意圖。該光學感測模塊10包含一透鏡14，一光學傳感器16和一接口電路18。一般而言，所要偵測的影像范圍比光學傳感器的面積會大上許多，所以需要一個透鏡將外界影像縮小成像在光學傳感器上，如圖1所示，發(fā)光物12經(jīng)由透鏡14成像在光學傳感器16上。光學傳感器16偵測到所接收影像的光學訊號后，將該光學訊號以電訊號的方式儲存在接口電路18，并且，接口電路18能將這些帶有影像信息的電訊號傳輸?shù)狡渌脑O備讓影像進行處理。
現(xiàn)有技術者知欲將透鏡14成像于光學傳感器16上，必須將透鏡14與光學傳感器16之間調(diào)整一個最佳距離(如圖中的D)，才能使光學傳感器16上所形成的影像最清楚。工廠在出場這些光學感測模塊10時必須找到這最佳距離，同時把透鏡14與光學傳感器16固定在這最佳距離上并封裝起來，此后，使用者在使用光學感測模塊10時就會得到一最清楚的影像，不必擔心調(diào)焦的問題。
現(xiàn)今調(diào)整透鏡14與光學傳感器16之間最佳距離方法如下，首先在光學感測模塊10外置一發(fā)光物12，發(fā)光物12會經(jīng)由透鏡14成像在光學傳感器16上，此時，透鏡14與光學傳感器16之間有維持一段距離(通常不是最佳距離)，之后，光學傳感器16會將影像訊號傳給接口電路18，并經(jīng)由接口電路18把影像訊號輸出至一臺計算機，最后在計算機屏幕上顯示投射于光學傳感器16上的影像。測試者由計算機屏幕上的影像來判斷到底現(xiàn)在的成像是否清楚，如果不清楚，表示透鏡14與光學傳感器16的距離并非透鏡焦距，因此再用人工方式調(diào)整透鏡14與光學傳感器16的距離，同時一邊注意計算機屏幕上的影像。當測試者認為計算機屏幕上的影像已是最清楚的情況下，則認定此時透鏡14與光學傳感器16的距離已為最佳距離，所以，把透鏡14與光學傳感器16固定封裝，成為一可出廠上架的光學感測模塊10。
雖然先前封裝光學感測模塊的方法可以在封裝過程固定透鏡與光學傳感器間的最佳距離，但是卻有下列缺點一、由于以人工的方式來判斷影像的清楚與模糊，常常會因測試者不同而定義不同的焦距，調(diào)焦的結果并不明確統(tǒng)一。二、人非機器而容易疲累，所以人工方式對焦較不可靠。三、人力資源價格較高，速度也較慢，不符合生產(chǎn)的經(jīng)濟較益。四、如果光學感測模塊本身的透鏡有污點或是光學傳感器上有小壞點，無法快速有效的偵測。因此，本發(fā)明提供一種能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備，改善現(xiàn)有技術的缺點，提升封裝光學感測模塊準確度與速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭露一種能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備，其包含一基座，用來放置一透鏡和一光學傳感器，該透鏡與該光學傳感器間的距離為可調(diào)；一影像分析模塊，用來分析該光學傳感器接收的影像訊號及依據(jù)分析的結果輸出一分析結果訊號；一距離調(diào)整模塊，與該基座及該影像分析模塊相連，用來依據(jù)該影像分析模塊輸出的分析結果訊號，調(diào)整該基座的透鏡與光學傳感器間的距離；以及一污點檢測模塊，與該基座相連，用來依據(jù)該光學傳感器接收的影像訊號與一標準影像判斷該透鏡或該光學傳感器是否污損。


圖1為現(xiàn)有光學感測模塊的示意圖。
圖2為本發(fā)明的第一實施例能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備的方塊圖。
圖3為透鏡和光學傳感器間相距不同距離時，影像差異系數(shù)FD的變化示意圖。
圖4為本發(fā)明的第二實施例能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備的方塊圖。
圖5為本發(fā)明封裝設備內(nèi)基座結構的俯視圖。
圖6為本發(fā)明用來檢測一透鏡或一光學傳感器是否污損的方法的流程圖。
圖7為本發(fā)明決定光學感測模塊中一透鏡與一光學傳感器的最佳封裝距離的方法的流程圖。
圖號說明10光學感測模塊14透鏡 16光學傳感器18接口電路30封裝設備 32污點檢測模塊33內(nèi)存34距離調(diào)整模塊 36影像分析模塊37邏輯裝置31封裝模塊 35調(diào)整機構38基座40封裝設備 44馬達46訊號轉(zhuǎn)換接口48處理器 39掀蓋具體實施方式
請參考圖2，圖2為本發(fā)明的第一實施例能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備30的方塊圖。封裝設備30包含一污點檢測模塊32、一距離調(diào)整模塊34、一影像分析模塊36、一封裝模塊31以及一基座38?；?8用來放置一透鏡和一光學傳感器，而該透鏡和該光學傳感器之間相隔一段距離，基座38另包含一調(diào)整機構35，用來調(diào)整該透鏡與該光學傳感器間的距離。影像分析模塊36與基座38相連，用來分析基座38上的光學傳感器所接收的影像訊號。距離調(diào)整模塊34與基座38以及影像分析模塊36相連，當影像分析模塊36分析完一組的影像訊號后，把分析結果傳至距離調(diào)整模塊34，距離調(diào)整模塊34依據(jù)該分析結果決定是否控制調(diào)整機構35來調(diào)整基座38上該透鏡和該光學傳感器間的距離，如果該透鏡和該光學傳感器間的距離必須改變，距離調(diào)整模塊34控制基座38內(nèi)的調(diào)整機構35調(diào)整透鏡和該光學傳感器間的距離。污點檢測模塊32與基座38相連，用來判斷光學傳感器所接收的影像訊號是否為無污點的完美影像訊號。封裝模塊31用來封裝該透鏡和該光學傳感器以形成該光學感測模塊。
影像分析模塊36收到基座38傳來的影像訊號后，擷取其中的部分影像訊號做為分析之用。影像分析的功能是由影像分析模塊36內(nèi)部的一個邏輯裝置37來完成的。邏輯裝置37能判斷一影像訊號的清楚程度，其方法是透過一個稱作影像差異系數(shù)的參數(shù)來做評估。如果一影像的影像差異系數(shù)愈大，表示該影像愈清楚。假設所擷取的部分影像訊號由復數(shù)個像素的影像訊號構成，只取Color Filter中為Gb(或Gr)的位置的像素，其影像訊號值以g(x，y)表示。接下來定義一個水平軸上的訊號梯度Gx和垂直軸上的訊號梯度Gy，分別以數(shù)學式表示如下Gx＝g(x，y)-g(x+1，y)Gy＝g(x，y)-g(x，y+1)因此，影像差異系數(shù)FD可表示如下FD=ΣxΣy{Gx2+Gy2}]]>基座38中透鏡和光學傳感器相隔不同距離時，影像分析模塊36分析所接收影像訊號的影像差異系數(shù)FD也不相同。如果距離調(diào)整模塊34調(diào)整基座38上透鏡和光學傳感器的距離從近到遠時，可以得到不同影像差異系數(shù)FD的值。
請參考圖3，圖3為透鏡和光學傳感器間相距不同距離時，影像差異系數(shù)FD的變化示意圖。圖中的橫軸為透鏡和光學傳感器間的距離，縱軸表示影像差異系數(shù)FD。如圖3所示，當透鏡和光學傳感器間相距一最佳距離時，影像差異系數(shù)FD為最大，而此距離即為封裝設備30將光學感測模塊封裝固定的距離。
在選取一最佳距離來封裝光學感測模塊時，封裝設備30中各模塊的運作情形舉例如下距離調(diào)整模塊34首先控制基座38改變透鏡和光學傳感器間的距離，在距離改變的過程中影像分析模塊36一邊分析各距離下的影像差異系數(shù)FD。如果在距離改變的過程中影像差異系數(shù)FD開始變小，且小于一個程度時，則距離調(diào)整模塊34控制基座38內(nèi)的調(diào)整機構35反向調(diào)整透鏡和光學傳感器間的距離(也就是說，原本距離是拉遠時將的拉近，原本距離是拉近時，將之拉遠)，反之，如果在距離改變的過程中影像差異系數(shù)FD愈來愈大，則繼續(xù)同向調(diào)整距離，一直到影像差異系數(shù)FD開始變小為止。由圖3可知，最佳距離發(fā)生在曲線的轉(zhuǎn)折處，所以距離調(diào)整模塊34和影像分析模塊36互相配合，找出最佳距離，之后，距離調(diào)整模塊34將基座上透鏡和光學傳感器間固定在這最佳距離由封裝模塊31完成光學感測模塊的封裝。
距離調(diào)整模塊34在調(diào)整距離的過程中，是以一不同的距離調(diào)整幅度改變透鏡和光學傳感器間的距離。首次搜尋時，距離調(diào)整模塊34固定以較大的調(diào)整幅度去尋找最佳的焦距，待搜尋超過曲線轉(zhuǎn)折處之后，會以更小的調(diào)整幅度開始反向搜尋，去尋找更精確的焦距位置，如此反復直到以最小的調(diào)整幅度搜尋完畢為止。這樣做的目的是能讓調(diào)距離的過程變得既快而且準確。
本發(fā)明的封裝設備30有一項重要的特點是具有一污點檢測模塊32，可以檢測透鏡上的污點或是光學傳感器的壞點。污點檢測模塊32包含一個內(nèi)存33，其用來儲存一個標準影像。標準影像為一個完美的參考影像，它是由一組完美(沒有污損)的透鏡和光學傳感器接收一樣本光源所得到的影像訊號儲存在該內(nèi)存33之內(nèi)。假設欲封裝的透鏡和光學傳感器都是品質(zhì)良好而沒有問題，則該樣本光源經(jīng)由該透鏡和該光學傳感器傳給污點檢測模塊32的影像訊號應該與內(nèi)存33內(nèi)儲存的標準影像一模一樣。反之，如果污點檢測模塊32接收的影像訊號與內(nèi)存33內(nèi)的標準影像不一樣時，表示透鏡或是光學傳感器有污損的情形。
基座38傳至污點檢測模塊32的光學傳感器所接收的影像訊號分成復數(shù)個子影像訊號，每個子影像訊號表示光學傳感器上一個像素訊號，而每個像素訊號對應于光學傳感器一個位置。另一方面，標準影像也分解成復數(shù)個子標準影像，每一子標準影像一樣對應于光學傳感器一個位置，當污點檢測模塊32進行比對時，是將對應同一位置的復數(shù)個子影像訊號與復數(shù)個子標準影像的逐一比對，如果發(fā)現(xiàn)比對不符合時，可以知道是對應那些位置的子影像訊號不符合，由此可回推光學傳感器或透鏡上有污損的位置。
另外，本發(fā)明的污點檢測不一定為一獨立的污點檢測模塊來完成，污點檢測的功能可由影像分析模塊內(nèi)的電路一并完成。因此本發(fā)明的第二實施例的能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備包含一距離調(diào)整模塊34、一影像分析模塊36、一封裝模塊31以及一基座38。距離調(diào)整模塊34、封裝模塊31以及基座38皆與前述的功能相同，但影像分析模塊36除了包含前述功能之外，另有污損檢測的功能。
請參考圖4，圖4為本發(fā)明的第二實施例能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備40的方塊圖。封裝設備40包含一透鏡14、一光學傳感器16、一基座38、一馬達44、一訊號轉(zhuǎn)換接口46以及一處理器48。基座38以某一可調(diào)距離置放透鏡14和光學傳感器16。光學傳感器16所接收的影像訊號傳至訊號轉(zhuǎn)換接口46。訊號轉(zhuǎn)換接口46將影像訊號儲存或是傳至處理器48。處理器48用來分析處理該影像訊號，并將分析結果傳回訊號轉(zhuǎn)換接口46。馬達44用以調(diào)整透鏡14和光學傳感器16間的距離。訊號轉(zhuǎn)換接口46將依據(jù)處理器48的分析結果控制馬達44轉(zhuǎn)動，使得透鏡14和光學傳感器16相距一最佳距離，作為封裝距離。請參考圖5。圖5為本發(fā)明封裝設備內(nèi)基座38結構的俯視圖。圖5中的基座38包含一掀蓋39，掀蓋39打開后，透鏡14和光學傳感器16置放于其內(nèi)，掀蓋39用來固定或保護透鏡14和光學傳感器16，讓封裝設備40在封裝的過程能順利完成。
請參考圖6，圖6為本發(fā)明用來檢測一透鏡或一光學傳感器的方法的流程圖。步驟100中接收一經(jīng)由該透鏡成像于該光學傳感器的影像訊號。步驟110將該影像訊號分成復數(shù)個子影像訊號，該復數(shù)個子影像訊號表示光學傳感器上每一個像素訊號，而每個像素訊號對應于光學傳感器上的一個位置。步驟120將該復數(shù)個子影像訊號與一標準影像做比對，其中該標準影像為之前所述的一個完美的參考影像，它是由一組完美(沒有污損)的透鏡和光學傳感器接收一樣本光源所得到的影像訊號。標準影像也分解成復數(shù)個子標準影像，每一子標準影像一樣對應于光學傳感器一個位置，當步驟120進行比對時，是將對應同一位置的復數(shù)個子影像訊號與復數(shù)個子標準影像的逐一比對。在步驟130中，如果發(fā)現(xiàn)步驟120中比對不相符，找出不相符的子影像訊號的對應位置，并推知光學傳感器或透鏡上有污損的位置。圖6流程的順序為本發(fā)明方法中較佳的實施例，其中的流程順序可依情況做變化，不限定于所述的順序。
請參考圖7，圖7為本發(fā)明決定光學感測模塊中一透鏡與一光學傳感器的最佳封裝距離的方法的流程圖。首先在步驟200中調(diào)整該透鏡與該光學傳感器之間的距離為一固定距離，其中調(diào)整距離的過程如前所述，是逐次以不同調(diào)整幅度作搜尋，以求得更精確的最佳距離。接著在步驟210讀取該光學傳感器接收的影像訊號。步驟220從該光學傳感器接收的影像訊號中，擷取一部分影像訊號作為之后分析影像用，取太大的范圍可能會涵蓋到不同景深的物體，不易對焦。步驟230根據(jù)步驟220所擷取的部分影像訊號來計算影像差異系數(shù)。如前所述，影像差異系數(shù)是用來評估一影像訊號的清楚程度，如果一影像的影像差異系數(shù)愈大，表示該影像愈清楚。步驟230中影像差異系數(shù)的計算進行下列步驟(a)在該部分影像訊號中，水平軸上各個相鄰的局部影像訊號的差值以Gx＝g(x，y)-g(x+1，y)表示，其中g(x，y)為該局部影像中的對應于ColorFilter為Gb(或Gr)的坐標位置，計算局部影像訊號差值的平方Gx2；(b)在該部分影像訊號中，垂直軸上各個相鄰的局部影像訊號的差值以Gy＝g(x，y)-g(x，y+1)表示，計算局部影像訊號差值的平方Gy2；(c)將所有的水平軸上的局部影像訊號差值的平方Gx2和所有的垂直軸上的局部影像訊號差值的平方Gy2相加，得到該影像差異系數(shù)。
步驟240中判斷步驟230計算得到的影像差異數(shù)是否開始變小且小于一個程度，變更調(diào)整幅度且反向?qū)に眩駝t繼續(xù)以相同的方向和調(diào)整幅度，重復步驟210、步驟220以及步驟230的流程，直到以最小的調(diào)整幅度尋搜到最大的影像差異數(shù)值時，停止調(diào)整透鏡與該光學傳感器之間的距離，并固定透鏡與該光學傳感器之間的距離為影像差異系數(shù)最大值時的距離。一旦最佳距離已經(jīng)找出，步驟250將透鏡與該光學傳感器封裝成一光學感測模塊，即完成所有步驟。圖7流程的順序為本發(fā)明方法中較佳的實施例，其中的流程順序可依情況做變化，不限定于所述的順序。
在本發(fā)明能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備中，利用影像分析模塊與距離調(diào)整模塊的配合將基座上的透鏡與光學傳感器自動調(diào)整到封裝的最佳距離，使得該光學感測模塊封裝之后，所偵測的影像能夠在內(nèi)部的光學傳感器中較清楚的成像。另外，本發(fā)明的封裝設備具有一個污點檢測模塊，能夠在封裝過程中同時檢測光學感測模塊中透鏡與光學傳感器是否有污損的情況，如果檢測到可能有污損情形時，進一步指出透鏡上與光學傳感器上污損的位置。本發(fā)明將封裝與光學檢測合于同一流程，而且以全自動的方式實現(xiàn)了調(diào)整封裝距離、封裝光學感測模塊以及檢測光學模塊，大大的縮短了先前封裝和測試的時間，減少封裝測試過程所需的人力資源，增進效率光學感測模塊的出廠效率，并且提升光學感測模塊封裝檢測的準確度，是現(xiàn)有技術所無法達到的。
現(xiàn)有封裝光學感測模塊的方法利用測試人員手動調(diào)整透鏡與光學傳感器間的封裝距離常因判斷影像的清楚與模糊的定義不同產(chǎn)生調(diào)焦的結果不明確的情形。再者，先前的方法所需人力資源價格高，封裝速度慢，不符合生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。而且，不能在封裝過程中快速有效的偵測透鏡的污點或是光學傳感器上的壞點。本發(fā)明能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備，具有影像分析模塊、距離調(diào)整模塊以及污點檢測模塊，能夠自動完成光學感測模塊的封裝以及透鏡和光學傳感器的污損檢測，具有速度快、效率高、準確度提升與低成本的優(yōu)點。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例凡依本發(fā)明申請專利范圍，所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備，其特征在于，包含一基座，用來放置一透鏡和一光學傳感器，該基座另包含一調(diào)整機構，用來調(diào)整該透鏡與該光學傳感器間的距離；一影像分析模塊，用來分析該光學傳感器接收的影像訊號及依據(jù)分析的結果輸出一分析結果訊號；一距離調(diào)整模塊，與該基座及該影像分析模塊相連，用來依據(jù)該影像分析模塊輸出的分析結果訊號，控制該基座的調(diào)整機構以調(diào)整該透鏡與該光學傳感器間的距離；以及一封裝模塊，用來封裝該透鏡和該光學傳感器以形成該光學感測模塊。
2.如權利要求1所述的封裝設備，其特征在于，該距離調(diào)整模塊包含一馬達。
3.如權利要求1所述的封裝設備，其特征在于，該影像分析模塊可用來依據(jù)該光學傳感器接收的影像訊號判斷該透鏡或該光學傳感器是否污損。
4.如權利要求1所述的封裝設備，其特征在于，另包含一污點檢測模塊，與該基座相連，用來依據(jù)該光學傳感器接收的影像訊號與一標準影像判斷該透鏡或該光學傳感器是否污損。
5.如權利要求1所述的封裝設備，其特征在于，該污點檢測模塊包含一內(nèi)存，用來儲存該標準影像。
6.如權利要求1所述的封裝設備，其特征在于，另包含一內(nèi)存，設置于影像分析模塊內(nèi)，用來儲存該光學傳感器接收的影像訊號。
7.一種用來檢測一透鏡或一光學傳感器的方法，其特征在于，包含(a)接收一經(jīng)由該透鏡成像于該光學傳感器的影像訊號；(b)將該影像訊號分成復數(shù)個子影像訊號，該復數(shù)個子影像訊號分別對應到復數(shù)個位置；(c)將該復數(shù)個子影像訊號與該標準影像的復數(shù)個子標準影像做比對；(d)當該影像訊號與該標準影像不相符時，定出不相符的子影像訊號的位置。
8.一種能以光學感測模塊中一透鏡與一光學傳感器的最佳封裝距離來封裝該光學感測模塊的方法，其特征在于，包含以下步驟(a)讀取該光學傳感器接收的影像訊號；(b)從該光學傳感器接收的影像訊號中，擷取一部分影像訊號；(c)依據(jù)所擷取的部分影像訊號來計算影像差異系數(shù)；(d)依據(jù)該影像差異系數(shù)，調(diào)整該透鏡與該光學傳感器間的距離；(e)固定該透鏡與該光學傳感器并完成該光學感測模塊的封裝。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，其影像差異系數(shù)的計算系進行下列步驟(a)在該部分影像訊號中，計算水平軸上各個相鄰的局部影像訊號的差值的平方；(b)該部分影像訊號中，計算垂直軸上各個相鄰的局部影像訊號的差值的平方；以及(c)將該水平軸上各個影像訊號差值的平方與垂直軸上各個影像訊號差值的平方相加，以取得該影像差異系數(shù)。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(d)調(diào)整該透鏡與該光學傳感器間的距離以不同的調(diào)整幅度來調(diào)整該距離。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(d)調(diào)整該透鏡與該光學傳感器間的距離，使得該透鏡與該光學傳感器在該距離下，所擷取的部分影像訊號所計算出影像差異系數(shù)為最大。
全文摘要
一種能選取最佳距離封裝光學感測模塊的封裝設備，其包含一基座、一影像分析模塊、一距離調(diào)整模塊以及一污點檢測模塊。該封裝設備能以一最佳封裝距離將一透鏡與一光學傳感器封裝成一光學感測模塊，并且具有檢測該透鏡或該光學傳感器是否有污損的功能，能有效、快速、準確的完成光學感測模塊的封裝和檢測。
文檔編號H04N5/335GK1677682SQ200410029699
公開日2005年10月5日 申請日期2004年3月30日 優(yōu)先權日2004年3月30日
發(fā)明者劉佳益, 莊文信, 楊金新, 李泉欣, 趙子毅 申請人:原相科技股份有限公司