接触式影像感测模块的晶圆级透镜结构的制作方法

本发明有关一种感测装置，尤指一种无柱状透镜(rod lens)的接触式影像感测模块的晶圆级透镜结构。

背景技术：

接触式影像传感器(Contact Image Sensor, CIS)为线型影像传感器的一种，用于将平面的图像或文件扫描成电子格式，以便于储存、显示或传输，其主要应用有扫描仪、传真机以及多功能事务机等。

接触式影像传感器的工作原理是将一光源所产生的光线照射到待扫描的稿件上，经过稿件反射光线，并利用一镜片组将该反射光线聚集于电荷耦合组件(Charge-Coupled Device, CCD)或是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)等感光组件上，利用感光组件将光的信号改变为电的信号，进而产生模拟或数字画素(pixel)数据。

在扫描过程中，由于感光组件可以检测稿件上各区域反射回来的具有不同强度的光，较暗的区域反射光的强度较弱、较亮的区域反射光强度较强，将所有反射的光转换为模拟或数字的电信号，此电信号会与光的强度成正相关，最后再使用与对应扫描仪的文字或影像扫描软件处理这些数据，并将其重现于计算机图像文件。

已知使用于接触式影像感测装置的镜头模块主要应用一组或多组透镜数组所组成的镜头模块，该一组或多组柱状透镜数组2a先由架子(Holder)构成一模块，再组装入承载机构(Housing)1a中，如图1所示。

传统接触式影像感测模块中，大多使用梯度式聚焦透镜(gradient focusing lens)的柱状透镜数组(rod lens)来将受光源照射的影像聚焦并成像于电荷耦合组件上，再经光电信号的转换后即可取得模拟或数字的数据。上述所提及的模块各组件组合如图1所示，当对象7a放置于承载机构1a上方的玻璃层2a时，由光源区3a所发出的光经过导光板31a照射到对象7a时，其上的影像可经由柱状透镜数组4a聚焦成像于电路板5a的感光组件6a，再经转换为电信号储存后即成为可供使用的影像数据。

而传统的接触式影像感测模块，已存在下列缺点：

1、目前接触式影像模块皆使用柱状透镜数组(rod lens)4a，其焦距受其材质/圆径所控制，模块尺寸无法再缩小；

2、传统的柱状透镜数组(rod lens)4a一般射出矩阵镜头，其影像质量不佳及成本高；

3、最佳成像位置必定是物距8a等于像距9a(如图2所示)；

4、柱状透镜数组(rod lens)本身的景深较短，故在承载机构(housing)的尺寸要求必须加严，此影响生产合格率及成本甚巨；

5、于每一成像的像素(pixel)上有各别的晶圆(wafer)级透镜，借此使感光像素(pixel)区与电路区形成不同高度的段差，保护感光像素(pixel)区不受颗粒(particle)遮蔽影响感光能力及成像质量。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于一种接触式影像感测模块的晶圆级透镜结构。

为了达到上述的目的，本发明提供一种接触式影像感测模块的晶圆级透镜结构，其配置于该接触式影像感测模块的承载机构上，包括：

一电路板；

一影像传感器，其电性连接于该电路板上，包括：

一电路区；

一感光区，包括：

一光电转换数组，其电性连接于该电路区上，以接受外部影像光源，并将光能转换成电能输出；

一第一透镜数组，其配置于该光电转换数组上，该第一透镜数组由多个的第一透镜盖组成，该些第一透镜盖上各具有一第一曲面，以聚焦外部影像光源至该些光检测器接收；

一光圈数组，其配置于该第一透镜数组上，该光圈数组上具有多个的光圈孔，该些光圈孔使该第一曲面外露，该光圈孔以控制入光量；

其中，该第一曲面的曲率设计，以焦点位置需求，使得设计该些第一透镜盖的第一曲面的特定的曲率，进而得聚焦于特定位置。

优选地，该焦点位置为被扫描物所在的位置。

优选地，该第一透镜数组的树脂材质为折射率N=1.1~1.9的树脂。

优选地，该电路板以接受该影像传感器所输出的数字或模拟信号，并将数字或模拟信号传递至接收端上。

优选地，该光电转换数组由多个的光电转换组件组成。

优选地，该光电转换组件为CCD或CMOS。

为了达到上述的目的，本发明另提供一种接触式影像感测模块的晶圆级透镜结构，其配置于该接触式影像感测模块的承载机构上，包括：

一电路板；

一影像传感器，其电性连接于该电路板上，包括：

一电路区；

一感光区，包括：

一光电转换数组，其电性连接于该电路区上，以接受外部影像光源，并将光能转换成电能输出；

一第一透镜数组，其配置于该光检测器数组上，该第一透镜数组由多个的第一透镜盖组成，该些第一透镜盖上各具有一第一曲面，以聚焦外部影像光源至该些光检测器接收；

一光圈数组，其配置于该第一透镜数组上，该光圈数组上具有多个的光圈孔，该些光圈孔使该第一曲面外露，该光圈孔以控制入光量；

一第二透镜数组，其配置于该光圈数组上，该第二透镜数组由多个对应该些光圈孔的第一透镜盖组成，该些第二透镜盖上各具有一第二曲面，以聚焦外部影像光源至该些光检测器接收；

其中，该些第一曲面及该些第二曲面的曲率设计，以该焦点位置需求，使得设计二个不同的特定的曲率，进而得聚焦于特定位置。

优选地，该焦点位置为被扫描物所在的位置。

优选地，该第一透镜数组及该第二透镜数组的树脂材质为折射率N=1.1~1.9的树脂。

优选地，该电路板以接受该影像传感器所输出的数字或模拟信号，并将数字或模拟信号传递至接收端上。

优选地，该光电转换数组由多个的光电转换组件组成。

优选地，该光电转换组件为CCD或CMOS。

本发明所提供的接触式影像感测模块的晶圆级透镜结构，其解决了传统的接触式影像感测模块使用柱状透镜数组(rod lens)会受物距等于像距的限制，所以本发明在影像传感器上感光区上配置有一晶圆级透镜的设计，因此不会受到物距等于像距的限制，可以使模块的尺寸缩小，提高成像质量及降低成本。

附图说明

图1为传统的接触式影像感测模块示意图；

图2为传统的接触式影像感测模块的物距等于像距示意图；

图3为本发明的晶圆级透镜结构外观示意图；

图4为图3的局部放大示意图；

图5为图3的侧剖视示意图；

图6为本发明的晶圆级透镜结构的聚焦调整示意图；

图7为本发明的晶圆级透镜结构安装于接触式影像感测模块的侧剖视示意图；

图8为本发明的另一实施例示意图；

图9为图8的聚焦调整示意图。

【主要元件符号说明】

电路区-1；承载机构-1a；电路板-10；

感光区-2；玻璃层-2a；影像传感器-20；光转换数组-21；光电转换组件-211；第一透镜数组-22；第一透镜盖-221；第一曲面-222；光圈数组-23；光圈孔-231；第二透镜数组-24；第二透镜盖-241；第二曲面-242；

焦点-3；光源区-3a；承载机构-30；导光板-31a；光通路径-301；光源区-302；导光板-303；光源-304；影像光源-305；

焦点-4；柱状透镜数组-4a；被扫描对象-40；

电路板-5a；玻璃层-50；

感光组件-6a；

物件-7a；

物距-8a；

像距-9a。

具体实施方式

有关本发明的详细说明和技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用以限制本发明。

请参阅图3、图4及图5，为本发明的晶圆级透镜结构外观、图3的局部放大及图3的侧剖视示意图。如图所示：本发明的接触式影像感测模块的晶圆级透镜结构，包括：一电路板(PCB)10及一影像传感器(image sensor)20。以该影像传感器20电性连接于该电路板10上，该电路板10用以接受该影像传感器20所输出的数字或模拟信号，并将数字或模拟信号传递至接收端上。

该影像传感器20，包括有一电路区(circuit area)1及一感光区(sensitive area)2，该感光区2具有一光转换数组21，于该光转换数组21由多个的光电转换组件211组成，该光电转换数组21上配置有晶圆等级的一第一透镜数组(cover lens)22，于该第一透镜数组22上配置有一光圈数组(aperture)23。在该影像传感器20电性连接于该电路板10上，该些光电转换组件211以接受外部光源(影像)，并将光能转换成电能输出，通过该感光区2将各像素(pixel)的模拟信号传递至电路板10上，或将模拟信号先转换成数字信号，再传递至电路板10上；在本图中，该光电转换组件211为CCD或CMOS。该第一透镜数组22由多个的第一透镜盖221组成，该些第一透镜盖221位于该光电转换组件211上，该些第一透镜盖221上各具有一第一曲面222，该第一曲面222的曲率设计依据焦点位置需求，使得设计一特定的曲率，进而得聚焦于特定位置；在本图中，该第一透镜数组22所使用的树脂材质为折射率N=1.1~1.9的树脂。该光圈数组23位于该第一透镜数组22上，该光圈数组23上具多个的光圈孔231，该些光圈孔231使该些第一透镜盖221的第一曲面222外露，该光圈数组23的该些光圈孔231以隔离非有效的光线，并控制入光量，提高影像质量。

请参阅图6及图7，为本发明的晶圆级透镜结构的聚焦调整及晶圆级透镜结构安装于接触式影像感测模块的侧剖视示意图。如图所示：本发明的晶圆级透镜结构的聚焦调整时，该些第一透镜盖221的第一曲面222的曲率设计，依据焦点3(焦点位置为被扫描物所在位置)的位置需求，使得设计特定的曲率，进而得聚焦于特定位置。

在该晶圆级透镜结构制作完成后，将该晶圆级透镜结构安装于接触式影像感测模块的承载机构(housing)30的底部，该承载机构30对应该影像传感器20上具有一光通路径301，在光通路径301的一侧具有一光源区302及一导光板(Light Guide)303。在对被扫描对象40进行扫描时，将该被扫描对象40放置于该玻璃层50的上方，该光源区302所产生的光源304经过该导光板303导向该被扫描对象40时，该被扫描对象40反射的影像光源305投射于该影像传感器20的该光圈数组23上，以该些光圈孔231控制入光量通过该第一透镜数组22的该些第一透镜盖221聚焦后，被该光电转换数组21的该些光电转换组件211接收后，并将光能转换成电能输出，通过该感光区2将各像素(pixel)的模拟信号传递至电路板10上，或将模拟信号先转换成数字信号，再传递至电路板10上，再由电路板10将数字或模拟信号传递至接收端上。

请参阅图8、图9，为本发明的另一实施例、图8的聚焦调整示意图。示意图：本实施例与图3~图7大致相同，所不同处在于该光圈数组23上配置有一第二透镜数组24，该第二透镜数组24由多个对应该些光圈孔231的第二透镜盖241组成，该些第二透镜盖241上各具有一第二曲面242，该些第一曲面222及该些第二曲面242的曲率设计，依据焦点4位置需求，使得设计一特定的曲率，进而得聚焦于特定位置。在本图中，该第二透镜数组24所使用的树脂材质为折射率N=1.1~1.9的树脂。

在该晶圆级透镜结构制作完成后，将该晶圆级透镜结构安装于接触式影像感测模块的承载机构(housing)30的底部，该承载机构30对应该影像传感器20上具有一光通路径301，在光通路径301一侧具有一光源区302及一导光板(Light Guide)303。在对被扫描对象40进行扫描时，将该被扫描对象40放置于该玻璃层50的上方，该光源区302所产生的光源304经过该导光板303导向该被扫描对象40时，该被扫描对象40反射的影像光源305投射于第二透镜数组24的该些第二透镜盖241上，再经过该光圈数组23的该些光圈孔231控制入光量通过该些第一透镜盖221聚焦后，被该些光转换组件211接收后，并将光能转换成电能输出，通过该感光区2将各像素(pixel)的模拟信号传递至电路板1上，或将模拟信号先转换成数字信号，再传递至电路板1上，再由电路板1将数字或模拟信号传递至接收端上。

本发明将晶圆级透镜(wafer lens)结合于感光像素(pixel)上的架构，有以下的优点：

1、可提高景深范围及影像质量，解决纸张粗糙或自动走纸时不在成像位置就影像模糊的缺点；

2、以解决传统采用柱状透镜数组(rod lens)必须为物/像距必需相等的限制；

3、降低模块的高度；

4、降低微粒子(particle)影响，提高生产合格率；

5、降低生产组装精度要求，提高生产效率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的专利保护范围，举凡运用本发明专利精神所作的等效结构变化等，均同理包含于本发明的专利保护范围内。