专利名称：整合式影像撷取芯片及其装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种影像撷取芯片，尤指一种整合式影像撷取芯片。
背景技术：
一直以来，照相机均为于业余应用及职业应用中用来记录事件的一种十分普遍的工具，尤其是随着时代的进步与信息产业快速发展，现在数字照相机已是非常热门的商品之一。在摄影的过程中，有时候会遇到主体周遭光线非常暗淡的情形，此时就必须依靠补助光来提高主体的光度，而闪光灯即是一个稳定且最便的补助光源。闪光灯可以完全掌握光的质、光的量与光的方向，让照出来的相片更具美感，闪光灯的控制为一重要学问。另外，相机的快门也与拍照的品质息息相关，不同的环境、不同的相片效果必须选取不同的快门时间，而快门与闪光灯的控制，更是相机控制芯片的研发者研究的主题之一。
请参考图1，图1为一个数码相机10的示意图。该数码相机10包含一快门14、一透镜16，一光学传感器18、一闪光灯12、一内存24以及一控制芯片18。光学传感器18为CCD影像传感器或是CMOS传感器。快门14的开启时间决定相机的曝光时间。当快门开启时，透镜16将外界所要侦测的影像缩小成像于光学传感器18上，得到的影像由光学传感器18记录下来并储存于内存24之内。如果在使用者照相时外界光度不够强，闪光灯12会配合快门14的开启时间自动向被照的环境发射一闪光，而闪光灯12与快门14的时间掌握即由控制芯片12来协调与处理。
目前较常在相机使用的光学传感器为CCD影像传感器。但是其制程方法与现有的电路芯片的CMOS制程并不相同，因此，在生产数码相机的过程是，系统厂商必须分别将影像传感器制造商出产的CCD影像传感器与控制芯片组装在一起，才能完成一台数码相机。另外一种CMOS传感器也可以用来当作数码相机的影像感测。而且CMOS传感器制程的特点是它的制造技术和一般CMOS电路制程是相同的，因此可以将CMOS传感器与外围电路制作在一起。然而目前的CMOS传感器制造商并无电路制作的技术，即使是使用CMOS传感器为相机内的影像传感器，相机的生产仍是将影像传感器与控制芯片两个不同的组件，经由排线的连接组装在一起。
先前将影像传感器与控制芯片由排线连接在一起，虽可完成数码相机的组装，但是却有下列缺点一、多种组件的组装所需的程序比较多而且复杂。二、快门、闪光灯与光学传感器由一外接芯片来控制，讯号在不同模组中传递增加了运作时间，也使得快门或闪光灯不能连续快速的曝光。三、控制电路与光学传感器无法同时由一制程完成，增加组装时间与生产复杂度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整合式影像撷取芯片，适用于一具闪光功能的影像撷取装置，其包含一基底；一CMOS传感器，其形成于该基底上，用来接收一影像讯号；以及一控制电路形成于该基底上，其包含一光度侦测模组，用来接收传至该影像撷取装置的光讯号以及测定该光讯号的光度大小；一计算单元，其与该光度侦测模组相连，用来依据该光度侦测模组所测定的该光讯号的光度大小，计算出一闪光的控制参数；以及一闪光控制模组，用来依据该计算单元计算出的控制参数控制该闪光。
另外本发明提出一种整合式影像撷取装置，其包含一基底；一曝光机构；一CMOS传感器，其形成于该基底上，用来接收一影像讯号；以及一控制电路，形成于该基底上，其包含一光度侦测模组，用来侦测传至该影像撷取装置的光讯号；一计算单元，其与该光度侦测模组相连，用来依据该光度侦测模组所侦测的结果，计算一曝光控制参数；一曝光控制模组，其与该计算单元相连，用来依据该曝光控制参数控制该曝光机构。
图1为一个现有数码相机的示意图。
图2为本发明第一实施例的整合式影像撷取芯片的示意图。
图3为本发明第二实施例的整合式影像撷取装置的示意图。
图4为本发明第三实施例的整合式影像撷取装置的示意图。
图5为本发明第四实施例的整合式影像撷取装置的示意图。
图6为本发明第五实施例的整合式影像撷取装置的示意图。
图7为本发明一种以整合式影像撷取芯片实现的闪光灯、快门与光圈控制方法的流程图。
图号说明10 数码相机 14 快门16 透镜 18 光学传感器12 闪光灯24 内存18 控制芯片 30、50、70整合式影像撷取装置31 基底 34光度侦测模组36 CMOS传感器38 计算单元42 闪光控制模组 44 内存46 接口电路 48 闪光灯32 侦测闪灯 52 光圈快门控制模组55 光圈 54 快门具体实施方式
请参考图2，图2为本发明第一实施例的影像撷取芯片30的示意图。影像撷取芯片30包含一基底31、一光度侦测模组34、一CMOS传感器36、一计算单元38、一闪光控制模组42、一内存44、一接口电路46。本发明的影像撷取芯片30利用CMOS传感器与CMOS电路制程的相同性，将CMOS传感器36与电路属于电路部分的光度侦测模组34、计算单元38和闪光控制模组42于制作过程同时成长在基底31上。光度侦测模组34在拍照前预先接收取景窗口中的光讯号，以此光讯号来判断外界环境的光线是否足够，是否需要激活闪光灯。并且，光度侦测模组34侦测接收讯号的光度大小，把测定出来的光度数据传输给计算单元38。计算单元根据光度侦测模组34的光度测定结果计算出一闪光灯48必须开启的时间、闪光灯48的光度以及闪光灯48的频率等等，计算完的结果传输至闪光控制模组42。闪光控制模组42与闪光灯48相连，控制着闪光灯48在拍照时激活闪光。本发明的影像撷取芯片可以做为一数码相机使用的内建芯片。
CMOS传感器36如同相机的底片用来接收一影像讯号，所接收的该影像讯号可以传至内存44中储存起来，以保存所拍摄的影像。接口电路46用来输出内存内存放的资料，做为资料转移至其它设备的传输接口。图2中的内存44和接口电路46皆不包含在基底31上，然而，此仅为其中之一实施例，在本发明的不同实施例中，内存44和接口电路46可依照设计者的需要同时将内存44以及接口电路46形成于基底31上，或是将内存44和接口电路46其中之一形成于基底31上。
当计算单元在计算闪光灯的一些运作参数时(强度、时间、频率…)必须依据包含组态设定或外界环境等许多的参考因素。首先要判断外界环境光亮是否足够，如果光线不充足或是组态设定为强制闪灯的情况之下，闪光控制模组42预备激活闪光灯。如果拍摄者想采用快门时间短的拍摄技巧而又处于很暗的环境中，则闪光的时间将很短而且光度必须集中一点。另一方面，如果是在黄昏中环境有点亮度但不是很强的情况，使用者决定以较长快门时间做曝光照相，此时所需要的闪光灯模式则为闪光较长、光度较弱的闪光。这些不同外在环境的光度皆由光度侦测模组34侦测后，交由计算单元38来做计算，以得到适合的闪光灯模式，但计算单元38在计算的过程中仍会配合使用者的组态设定以及系统默认值来决定计算结果。必须注意的是，在相机多连拍的情况下，闪光灯48以某一频率连续闪光也属于闪光控制模组42的控制范围。
请参考图3，图3为本发明第二实施例的影像撷取装置50的示意图。影像撷取装置50包含一基底31、一侦测闪灯32、一光度侦测模组34、一CMOS传感器36、一计算单元38、一光圈快门控制模组52、一内存44、一接口电路46、一光圈55以及一快门54。本发明的影像撷取装置50同样利用CMOS传感器与CMOS电路制程的相同性，将CMOS传感器36与电路属于电路部分的光度侦测模组34、计算单元38和光圈快门控制模组52于制作过程同时成长在基底31上。
在拍照的过程中，相机里的光度侦测模组34以及计算单元会根据进入相机里的光线而判断出拍照所需的曝光时间。光线之所以会进入相机，是因为光线照射在物体表面，经由物体表面反射到相机里。在判断反射光时是依最接近大自然的颜色的平均反射效果的反射率18％〔中灰色〕作标准，计算单元38再依据反射光不同条件改变曝光量的多少。
曝光量的多少跟相机的光圈55与快门54有着很密切的关系。光圈55的大小与快门54开关的时间控制光线进入相机的多少，另外光圈55的大小与快门54的时间又有着密不可分的关系，因此，光圈55与快门54的动作是互相配合的。控制电路30开始激活时，侦测闪灯32发出一道侦测光，用来判定外界环境的反射率，光度侦测模组34接收打到物体后的反射光，对此反射光做光度测定。计算单元38依据光度测定结果运算出光圈55的开口大小与快门54的开关时间，并将资料传给光圈快门控制模组52由此控制光圈55与快门54。
另一方面，光圈与快门除了控制光线之外，对摄影的效果也有很明显的影响，其中最重要的效果就是景深。通常光圈大的时候，景深就短，光圈小的时候，景深就长。景深的长短决定所照出来相片主题与周遭环境的清楚程度。计算单元38会依据使用的要求或是预设于内部的组态，计算出适合的参数以提供给光圈快门控制模组52做为最佳控制依据。重要的是，本发明将控制电路与CMOS传感器于制作过程整合在一起，内部讯号的传递过程非常快速有效率，特别是处理高速的连拍摄影时，快门54因快动作而需要快速的控制讯号，本发明缩短了现有技术的讯号控制反应时间，提高连拍速度。
图3中的内存44和接口电路46皆不包含在基底31上，然而，此仅为其中之一实施例，在本发明的不同实施例中，内存44和接口电路46可依照设计者的需要同时将内存44以及接口电路46形成于基底31上，或是将内存44和接口电路46其中之一形成于基底31上。另外，在此实施例中，影像撷取装置的光圈与快门为一种曝光装置，以快门开启时间决定CMOS传感器的曝光时间，以光圈的开启大小决定CMOS传感器接收光量的大小。影像撷取装置中可由一个与计算单元38相连的曝光控制模组控制一曝光机构进行CMOS传感器的曝光，计算单元38另用来依据光度侦测模组34侦测的结果，计算一曝光控制参数，曝光控制模组并配合CMOS传感器内建的电子快门控制依据该曝光控制参数控制该曝光机构。
请参考图4。图4为本发明第三实施例的影像撷取装置70的示意图。影像撷取装置70包含一基底31、一侦测闪灯32、一光度侦测模组34、一CMOS传感器36、一计算单元38、一光圈快门控制模组52、一闪光控制模组42、一内存44、一接口电路46、一闪光灯48、一光圈55以及一快门54。本发明的影像撷取芯片70将CMOS传感器36与电路属于电路部分的光度侦测模组34、计算单元38、闪光控制模组42和光圈快门控制模组52于制作过程同时成长在基底31上。
在此实施例中，光度侦测模组34除了用来测定所接收的相机取景窗口的光讯号光度，还用来测定侦测闪灯32发光后由被照物体反射回来的反射光光度。计算单元38分别依据相机取景窗口的光讯号的光度以及反射光光度计算闪光灯48、快门54和光圈55的动作参数。由于CMOS传感器的曝光方式是循序式(progressive)而非CCD传感器之同时曝光方式，所以光圈快门控制模组52中的电子快门必需与机械快门54的开关时间精准配合，才能进行拍摄或达到较佳的效果。另一方面，光圈55的大小与快门54的时间互有对应，而闪光灯48与快门54的动作时间也必须相互协调。另外，使用者所需要的拍摄效果以及系统内部的组态设定，皆为计算单元38的运算参考依据，最后做一运算整理得到结果分别传至闪光控制模组42控制闪光灯48，传至光圈快门控制模组52控制光圈55以及快门54。
本发明将控制电路与CMOS传感器于制作过程整合在一起，内部讯号的传递过程非常快速有效率，特别是处理高速的连拍摄影时，快门54与闪光灯48因快动作而需要快速的控制讯号，本发明缩短了现有技术的讯号控制反应时间，提高连拍速度。
请参考图5，图5为本发明第四实施例的影像撷取装置80的示意图。影像撷取装置70包含一基底31、一侦测闪灯32、一光度侦测模组34、一CMOS传感器36、一计算单元38、一光圈快门控制模组52、一闪光控制模组42、一内存44、一接口电路46、一闪光灯48、一光圈55以及一快门54。本发明的影像撷取芯片80将CMOS传感器36与光度侦测模组34、计算单元38、闪光控制模组42、光圈快门控制模组52以及内存44于制作过程同时成长在基底31上。图5的影像撷取芯片80其运作原理及方式与图4的影像撷取装置70相同。
请参考图6，图6为本发明第五实施例的影像撷取芯片90的示意图。此实施例中影像撷取装置90中的CMOS传感器36与光度侦测模组34、计算单元38、闪光控制模组42、光圈快门控制模组52、内存44以及接口电路46于制作过程同时成长在基底31上。图6的影像撷取芯片其运作原理与动作方式与图4的影像撷取芯片装置相同。
请参考图7，图7为本发明一种以整合式影像撷取芯片装置的闪光灯、快门与光圈的控制方法。步骤100将一CMOS传感器与一控制电路于制作过程同时成长在一基底上。该控制电路包含图5中的光度侦测模组34、计算单元38、闪光控制模组42以及光圈快门控制模组52。步骤110发出一侦测闪光，此步骤是为了探测被照环境的光反射程度，以作为调整光圈大小的参考，如不考虑此项功能可省略此步骤。步骤120接收该侦测闪光经由被照物体所反射回来的光讯号以及接收该相机的取景窗口的光讯号。步骤130测定于步骤120接收的反射光讯号光度以及取景窗口的光讯号光度。接着步骤130可分别或同时进行步骤140和步骤150。步骤140依据步骤130所测定的反射光讯号光度，该控制电路调整光圈至一适当大小并以一曝光时间开启快门。步骤150依据该相机的取景窗口的光讯号，该控制电路以一闪光时间和一闪光强度发出闪光。
先前在数码相机中使用的CCD影像传感器，其制程方法与现有的电路芯片的CMOS制程并不相同，因此，电路芯片与CCD影像传感器并不能在生产数码相机的过程一同整合在一个基底之上，系统厂商必须将CCD影像传感器与控制芯片由排线的连接组装在一起才能完成一台数码相机。先前将影像传感器与控制芯片由排线连接在一起，需要比较多且复杂的组装程序，成本也相对较高，而且由于不同组件间较要长的讯号传递时间，使得快门不能连续快速曝光，所以相机无法高速连拍。相较于先前的组装式的数码相机，本发明将控制电路与CMOS传感器于制作过程整合在一起，讯号的传输由同一基底上的金属线来完成，内部讯号的传递非常快速有效率而且电的复杂度低，可以处理高速的连拍摄影。而且，较低的硬件复杂度提升数码相机整体运作效率，减少制作生产的成本，增加相机的性能与照相的品质，是现有技术所无法达成。
权利要求
1.一种整合式影像撷取芯片，适用于一具闪光功能的影像撷取装置，其特征在于，包含一基底；一CMOS传感器，其形成于该基底上，用来接收一影像讯号；以及一控制电路形成于该基底上，其包含一光度侦测模组，用来接收传至该影像撷取装置的光讯号以及侦测该光讯号的光度大小；一计算单元，其与该光度侦测模组相连，用来依据该光度侦测模组所侦测的该光讯号的光度大小，计算出一闪光的控制参数；以及一闪光控制模组，用来依据该计算单元计算出的该控制参数控制该闪光。
2.如权利要求1所述的影像撷取芯片，其特征在于，该计算单元计算的该闪光的控制参数包含以下任一或其组合方式闪光的闪光亮度、闪光时间以及多个闪光的闪光间隔。
3.如权利要求1所述的影像撷取芯片，其特征在于，另包含一内存，形成于该基底上。
4.如权利要求1所述的影像撷取芯片，其特征在于，另包含一接口电路，形成于该基底上，用来输出该CMOS传感器接收的影像讯号。
5.一种整合式影像撷取装置，其特征在于，包含一基底；一曝光机构；一CMOS传感器，其形成于该基底上，用来接收一影像讯号；以及一控制电路，形成于该基底上，其包含一光度侦测模组，用来侦测传至该影像撷取装置的光讯号；一计算单元，其与该光度侦测模组相连，用来依据该光度侦测模组所侦测的结果，计算一曝光控制参数；一曝光控制模组，其与该计算单元相连，用来依据该曝光控制参数控制该曝光机构。
6.如权利要求5所述的影像撷取装置，其特征在于，另包含一内存，形成于该基底上。
7.如权利要求5所述的影像撷取装置，其特征在于，另包含一接口电路，形成于该基底上，用来输出该CMOS传感器接收的影像讯号。
8.如权利要求5所述的影像撷取装置，其特征在于，该曝光机构另包含一光圈与快门。
9.如权利要求8所述的影像撷取装置，其特征在于，该曝光控制参数包含该光圈大小值以及该快门的开启时间。
10.如权利要求5所述的影像撷取装置，其特征在于，该计算单元另用来依据该光度侦测模组所侦测的结果，计算一闪光的控制参数。
11.如权利要求10所述的影像撷取装置，其特征在于，该计算单元计算的该闪光的控制参数包含以下任一或其组合方式该闪光的闪光亮度、该闪光的闪光时间以及多个闪光的闪光间隔。
12.如权利要求11所述的影像撷取装置，其特征在于，另包含一闪光控制模组，其与该计算单元相连，用来依据该计算单元计算出的该闪光的控制参数控制一闪光。
全文摘要
一种整合式影像撷取芯片，将控制电路与CMOS传感器于制作过程整合在一起，该控制电路包含一光度侦测模组，用来控制一侦测闪灯以及接收、测定一光讯号的光度大小；一计算单元，用来计算出一闪光的闪光亮度、闪光时间以及一曝光参数；一闪光控制模组，其用来依据该计算单元的计算结果控制该闪光；一曝光控制模组，用来依据该计算单元的计算结果控制一曝光机构。
文档编号G03B7/08GK1735132SQ200410070389
公开日2006年2月15日 申请日期2004年8月2日 优先权日2004年8月2日
发明者谢志成 申请人:原相科技股份有限公司