能够读取多个区域的成像装置及方法

专利名称：能够读取多个区域的成像装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种成像装置和成像方法，特别是在成像单元里使用例如CMOS传感器的一种成像装置和成像方法。更具体的是，本发明可被用作监视装置。它也能被用作电子设备如液晶设备和半导体设备的部件检查机器。
背景技术：
CCD型成像装置和CMOS型成像装置被已知是使用光电转换元件的成像装置。在CCD型成像装置中，光电转换元件被两维地设置，且场单元中的成像信号从这里被读出。另一方面，在CMOS型成像装置中，像素单元中的成像信号能被直接从两维设置的光电转换元件中读出。
通过使用这样一种成像装置，已经开发出了监视系统或部件检查系统。在传统的监视系统或部件检查系统中，成像信号从成像单元的整个表面中读出，且这些成像信号被传输到监视器或比较器电路中。在监视系统中，用户检查监视器屏幕上的图像。在部件检查系统中，比较器电路比较参考图案和成像信号的图像图案。
在传统的监视系统或部件检查系统中，因为成像信号从成像单元的整个表面中读出，所以读取时间不能被缩减，且当成像信号从模拟转换到数字时，数据转换量很大。因此，在监视系统中，因为整个屏幕总是在显示，所以本地图像检查是困难的，并且同样在部件检查系统中，因为被处理的是整个屏幕的成像信号，所以很难进行高速检查。

发明内容
由此本发明的一个方面是提供一种成像装置和方法，其能够将从成像单元获得的成像信号限制到成像平面中来自任意多个区域的信号，容易地对本地图像进行检查，和高速处理信号。
一种实施方式包括一个成像单元，它具有一成像区域，其中两维地设置多个像素，每个像素具有独立的地址，且每个像素被分配一个读取地址，以及一个信号处理单元，它在成像信号从成像单元读出时，产生用来指定成像区域中任意的多个区域的地址。


图1显示的是根据本发明的部件检查系统轮廓的解释图。
图2显示的是图1照相机中的根据本发明的基本配置框图。
图3显示的是本发明成像装置中成像区域的设置实施例的示图。
图4显示的是设置成像区域来解释本发明成像装置工作实例的情况下的一个实施例的示图。
图5A到图5H显示的是用于从图4的成像区域中读出成像信号的关于Y-方向上的计时信号的时序图。
图6A到图6F显示的是用于从图4的成像区域中读出成像信号的关于Y-方向上的计时信号的时序图。
图7显示的是根据本发明的成像装置中的光圈和焦距控制系统的解释图。
图8显示的是另一个用于读取本发明成像装置中成像信号的区域设置实施例的示图。
图9显示的是另一个用于读取本发明成像装置中成像信号的区域设置实施例的示图。
具体实施例方式
现参考附图，将在下面详细说明本发明的一种实施方式。
图1显示了应用本发明的部件检查装置的一种简化配置。参考数字100是检查台，且载板(carrier board)200位于该检查台100的上面，并且此载板200在该图中箭头A1-A2方向上自由运动，并被一控制单元(未显示)自动地控制。
测试片301、302能被放置在载板200的顶部。照相机400位于该检查台100上方的一预定位置。载板200能选择性地将测试片301和302传送到照相机400的下部并停止。该照相机400对测试片301或302的顶部拍照，并输出图像信号。该图像信号被输入到，例如个人计算机500，并在显示器501上被显示成图像。
参考数字600是一检查单元，它能为照相机400提供计时信号、控制信号、地址数据等等。该检查单元600能根据发自个人计算机500的操作信号产生地址数据。
检查单元600能通过个人计算机500接收图像信号。一旦接收到图像信号，该检查单元600能够将其同参考数据相比较，并且将图案比较结果反馈到个人计算机500。
图2为一显示上述照相机400的基本部分的框图。照相机400包括一成像单元700和一信号处理单元800。成像单元700有一成像区域701，多个像素在其中被两维地设置，且每个像素有一个独立的地址，以及给每个像素一个读取地址。
每个像素的构成相同，且一个像素被放大并显示为像素702，它由虚线包围以显示基本构成。参考数字730是一条供有电压的复位线。参考数字731和732是总线，用来在行和列上确定像素的地址。
开关元件(用于复位)705和光电转换元件706被串联于线703和参考电势之间。该光电转换元件706的一个输出端通过开关元件707被连接到电容701和放大元件708的输入单元(门电极)上用于采样。该放大元件708的一个电极被连接到作为电源的线730上，且另一个电极被连接到开关元件(用于读取)709的一个电极上。开关元件709的另一个电极是输出单元，它被连接到作为列总线的总线732。
当开关元件705被打开时，光电转换元件706中的电荷被释放并复位。当开关元件705被闭合时，光电转换元件706开始根据外部光量被充电。充电周期被限定到当用于采样的开关元件707被打开时的一点上。当用于采样的开关元件707从OFF(关)变到ON(开)位置时，依赖光电转换元件706中收集的电荷的电压将对电容701供电。
当开关元件709在读取点被开启时，放大元件708的输出电流通过开关元件709流入线732。即，在列总线732上，出现了与电容701所收集的电荷成正比的电压。
在该图中，地址线被简化，但Y-地址寄存器71 1能独立地确定出成像区域701中所有的Y-线。可选择地，任意一根Y-线均能被确定。
X-地址寄存器712控制模拟多路复用器713。该模拟多路复用器713用来接收连接到每一X-线的线路放大器714的输出。在图2中，代表性地显示了线路放大器14A、14B，但是实际上它们被连接到每一X-线。模拟多路复用器713有对应线路放大器14A、14B的开关元件13A、13B。在图2中，代表性地显示了开关元件13A、13B，但实际上它们对应每一线路放大器。当开关元件13A、13B被打开时，相应的X-线信号出现在公共线13C上。
当模拟多路复用器713的开关元件13A或13B由X-地址寄存器712打开时，对应开关元件13A或13B的X线上的信号被输入到放大器715。
放大器715的输出信号被模数转换器(ADC)716转换为数字信号，并被供应到信号处理单元800中的缓冲器801里。缓冲器801的数据输入和输出由施加到输入端802的计时脉冲所控制。来自缓冲器801的输出被作为图像数据传送到输出端803。
对应成像单元700的Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712，Y-和X-地址数据能被设置。Y-和X-地址数据可以从信号处理单元800通过序列器720来设置。当Y-和X-地址数据被设置时，Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712被设置成写的模式。结果，Y-地址数据和X-地址数据从序列器720输出，且计时脉冲(写时钟)被传到Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712。
设置Y-地址数据和X-地址数据的方法并不局限于此种解释，并且各种方法均是可能的。例如，可在Y-地址寄存器711中备有多级地址寄存器，且地址数据被初步地锁定在一个Y-地址寄存器(用于预置)中，当需要这个地址数据时，它被成批地(in batch)传输到另一个Y-地址寄存器(用于操作)。在这种情况下，读取地址可在短时间内改变。
序列器720不仅读写Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712中的每一地址数据，而且也输出成像单元700中每一部分的计时脉冲。例如，有传送给像素的复位脉冲、采样脉冲，和读计时脉冲。而且，序列器720也将时钟和计时脉冲输出到模数转换器(ADC)716。
信号处理单元800具有地址控制工具用来任意地控制成像单元700中的Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712中的地址设置。
地址处理单元802可获取来自外部的地址设置数据。初步存储于ROM803中的地址设置数据也可被置于地址处理单元802中。是否是从外部选取选择地址设置数据还是从ROM803中选取地址设置数据由控制信号决定。
地址处理单元802根据地址设置数据产生Y-地址数据或X-地址数据，并且将其提供给计时处理单元804。计时处理单元804，如上面所解释，将Y-地址数据和X-地址数据传给序列器720。结果，地址数据被置于Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712内。设置地址数据的计时由传送给计时处理单元804的控制信号所确定。
在Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712里的地址数据设置之后，成像信号从成像单元700中读出。从成像单元700中获得成像信号的过程是复位、曝光、采样和信号读取的过程。对于复位，曝光脉冲被输入到用来复位的开关元件，且在曝光操作开始前，成像区域701中的每个像素成批地复位。
接下来是曝光操作。曝光时间由传给快门控制单元805的快门控制数据所确定。快门控制数据被传给计时处理单元804。计时处理单元804以快门控制数据为基础，将复位点直到采样脉冲的输出设置为周期。
对成像信号的读取是当读取开始脉冲被传送给Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712时执行的。读取开始脉冲的输出计时也由计时处理单元804确定。读取开始脉冲的输出计时由传给计时处理单元804的控制信号所确定。
图3显示了在成像区域701中投影图像的实施例。在该实施例中，对象图像901、902、903、904被投影到成像区域的四角。在这样的成像环境下，Y-地址寄存器711和X-地址寄存器712所设置的区域是包括对象图像901、902、903、904的区域911、912、913、914。
图4、图5A到图5F，以及图6A是简化了的原理解释图，用来说明当读取区域按上述解释被部分设置时的成像信号的读取计时和显示读取区域和各种计时。
如图4中所示，在要成像的整个区域W中，假设某区域A、B、C、D的起始地址为(Y01，A01)、(Y01，B01)、(Y11，C01)、(Y11，D01)。整个成像区域的像素数量为2048×2048像素。在区域A，B，C，D中的每一个区域，像素的数量为500×500像素。
在图5A到图5F中，具体地，在图5A中显示了一个触发脉冲，它被作为控制信号传给计时处理单元804。结果，图5B中的快门开始脉冲(对应复位脉冲)被传给成像区域702。光电转换元件曝光开始，且在通过快门控制数据确定出复位时间后，快门结束脉冲(对应采样脉冲)被传送给成像区域702(图5C)。在从快门开始脉冲直到快门结束脉冲的周期内，光电转换元件曝光，并且电荷被收集(图5D)。
在Y-地址寄存器711中，接收垂直同步脉冲(图5F)，且同时，设置用来确定第一地址Y01的数据(图5E)。
这里提到的垂直同步脉冲在意义上不同于摄像机等的垂直同步脉冲，它指的是用来设置寄存器中Y-方向地址的脉冲。
接下来，时钟脉冲(图5G)被传送到Y-地址寄存器711。结果，区域A、B中的Y方向上的读取地址增加。因此，区域A、B中的数据被读出。每当水平同步信号作为计时信号被传给Y-地址寄存器711时，该增量加1。
当Y-方向上的地址达到地址Y0n时，一个垂直同步脉冲(图5F)被传送到Y-地址寄存器711。这时，序列器720将地址Y11传送到Y-地址寄存器711。
结果，Y-方向上的地址跳到了Y11。接着，在Y-方向上，在地址Y11到Y1n中发生了变化。即，区域C，D中Y-方向上的读取地址增加。这样，区域C、D中的数据被读出。
图6A到图6F显示了地址变化和X-方向上的读取区域之间的关系。在X-地址寄存器712中，第一水平同步脉冲(图6B)经由序列器720被传送到了X-地址寄存器712，并且同时也给出了用来确定地址A01的数据(图6A)。结果，地址A01也从X-地址寄存器712中输出，且它从A01改变到A0n而增加。这样的变化是在当时钟脉冲(图6C)被传送到X-地址寄存器712时获得的。
当X-方向上的地址达到了地址A0n时，水平同步脉冲被传送给了X-地址寄存器712，并且同时也给出了用来确定地址B01的数据。结果，X-方向上的地址跳到了B01。其后，它从B01增加变化到B0n。
当X-方向上的地址到达了地址B0n时，水平同步脉冲被再次传送给X-地址寄存器712，并且同时给出了用来确定地址A11的数据(图6A)。结果，从X-地址寄存器712发出了地址A11，且它被增加而从A11变化到A1n。
通过这种方式，在每一个水平同步脉冲中，读取开始位置从设置数据A01、B01变化到A11、B11、A21、B21、…C01、D01。
这样，通过Y-地址和X-地址，区域A、B、C、D中的数据被读出。
上述能够读取多个区域的成像装置和方法的特点可被总结如下。
当成像信号从成像单元700中读出时，设置的信号处理单元800产生地址用来指定成像区域中任意多个区域。像素702具有光电转换元件706，以及用来对该光电转换元件复位、曝光，且从光电转换元件中读出信号的开关元件705、707，708和709。它也包括了多条地址线。
成像单元700包括用来从多条Y-地址线中选出任意的一条线的Y-地址寄存器711，用来从多条X-地址线中选出任意一条线的X-地址寄存器712，以及用来为至少X，Y-地址寄存器提供指定任意多个区域的地址数据的序列器720。信号处理单元800具有将地址数据传输到序列器720的地址处理单元802。
信号处理单元800也可以具有一个存储器(RAM或ROM 803)，其中存储有用来指定任意多个区域A、B、C、D的地址数据。
信号处理单元800也可以具有多个存储器(ROM 803)，其中存储有地址数据用来改变多个区域的顺序位置(组合)。地址处理单元802也可以具有一个地址输入单元，用来在其中获取来自外部的指定多个区域的地址数据。
成像单元700获得多个检查对象的图像，而且信号处理单元800可以具有根据检查对象而改变多个区域顺序位置的工具。
该结构可以进一步包括用于监视来自成像单元700的成像信号的显示器，成像单元前表面的光圈机构和焦距机构，以及用来控制光圈机构和焦距机构的成像条件控制设备。
基于多个区域中的成像信号，成像条件控制设备控制着光圈机构和焦距机构。
图7显示了一种使用本发明装置的模式。照相机400具有焦距调节机构401和光圈调节机构402。焦距控制信号和光圈控制信号从成像条件控制单元820给出。在这里，成像条件控制单元820的控制基于从缓冲器801中获得的视频信号。
成像调整控制单元820产生焦距和光圈控制数据的过程如下。开始时，照相机400拍摄检查对象301的整个图像。被拍摄的图像在个人计算机500的显示器510上显示。用户操作，例如鼠标511，并指定所希望的多个区域(例如，上述的A、B、C、D)，且由窗口框架所包围。通过执行命令，结果，指定区域A到D的图像数据被输出到缓冲器801中。图像数据被传送到成像条件控制单元820中。
在这里，(1)光圈得到控制。成像条件控制单元820输出并改变光圈控制数据。在光圈控制数据的变化之中，当图像数据的亮度达到期望范围时，光圈控制数据被固定。接下来，(2)图像数据的高频成分被提取出来，且焦距控制数据被输出用以调节。在焦距控制数据变化之中，当高频成分达到峰值时，焦距控制数据被确定。在这里，步骤(1)和(2)可被重复。
在该解释中，要检查的多个区域A到D被分离并独立地位于成像平面中。然而，本发明装置并不局限于这样的区域，且也可容易地将区域设置为部分重叠。
图8显示了一个实施例，其中区域E、F、G被设置在整个区域W中，并将区域E、F设置成部分重叠。
图9显示了另一个本发明装置的实施例。这个装置适合于高速地改变地址的情况。在前面的解释中，区域A到D是正方形的，且X-地址和Y-地址增加。然而，本发明的装置可以具有弯曲的区域。这样的区域也可以被应用在前述的实施方式中。在这个装置中，在地址的设置上具有足够的时间余量。
如图9所示，假设区域H、I被设置。在这种情况下，Y-地址寄存器711A，711B被交替地改变。当Y-地址寄存器711A(或711B)的地址数据被使用时，用于下一个Y-地址的区域指定数据被写进了另一个Y-地址寄存器711B(或711A)。开关711C是一个用来确定使用Y-地址寄存器711A或711B的数据的哪一个的开关，且开关711D是一个用来确定将地址数据写入Y-地址寄存器711A、711B中哪一个的开关。
地址数据从存储器(RAM)740中输出。另一方面，X-地址寄存器712A、712B也交替变化。当X-地址寄存器712A(或712B)的地址数据被使用时，用于下一个X-地址的区域指定数据被写进了另一个X-地址寄存器712B(或712A)中。开关712C是用来确定在X-地址寄存器712A或712B数据中使用哪一个的开关，且开关712D是用来确定将地址数据写入X-地址寄存器712A、712B中哪一个的开关。
每一部分的控制计时由来自计时控制单元741的计时脉冲和时钟设置。
本发明的装置不仅能被用作监视系统，而且也能被用作部件检查系统。当作为监视系统使用时，在指示监视区域时它是有效的。例如，楼宇的入口或窗户可以被设置为监视区域。作为一种部件检查系统时，通过图案匹配来检查设置在基板上多个位置上的部件是有效的。例如，要检查的部件被设置在区域A到D中。
要检查的部件包括IC芯片和半导体元件的部件。不仅局限于部件，当用来检查印在印刷电路板或部件上的字符、数字以及符号时，它也是有效的。在检查所指示的部件是否被正确地设置在印刷电路板上时，它是有效的。
而且在本发明的装置中，因为指示了区域A到D的地址，所以可以容易地结合除区域A到D之外的来自其他区域的图像数据。因此，可有效地检查是否有不期望的部件被设置在除区域A到D之外的其他区域上，或有效地检查是否在区域A到D之外的其他区域中有任何的缺陷(如瑕疵)。
该装置仅仅能结合必要的多个区域的图像数据。相反，无需去取得不必要区域的图像数据或所有区域的图像数据。
结果，在第一次曝光后，同已有技术相比，用来从成像区域获取图像的所需时间(读取时间)被很大地缩减了。这意味着检查时间能被缩短。
工业应用性如上所述，本发明涉及一种图像获取装置和方法，特别是，例如，在成像单元中使用的CMOS传感器。更具体地说，本发明可被应用为一种监视设备。它也能被用作一种部件检查机器，用于电子设备，如液晶设备和半导体设备。
权利要求
1.一种成像装置，其特征是包括成像单元，它有一个成像区域，在其中多个像素被两维地布置，每个像素具有一个独立的地址，且每个像素被分配有一个读取地址；以及信号处理单元，当从所述成像单元读取出一个成像信号时，它产生用来指示所述成像区域中任意的多个区域的地址。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于所述像素包括了一个光电转换元件，将所述光电转换元件复位、曝光，并从所述光电转换元件中读取信号的开关元件，多个X-地址线，以及多个Y-地址线。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于所述成像单元具有从所述的多个Y-地址线中选择一任意线的Y-寄存器，从所述的多个X-地址线中选择一任意线的X寄存器，以及将用于指示任意的多个区域的地址数据至少传送给X、Y-寄存器的序列器，和所述的信号处理单元具有一个地址处理单元，它将所述的地址数据传送给所述的序列器。
4.根据权利要求3所述的成像装置，其特征在于所述的信号处理单元具有一个在其中存储用于指示所述任意的多个区域的所述地址数据的存储器。
5.根据权利要求3所述的成像装置，其特征在于所述的信号处理单元具有在其中存储所述地址数据的多个存储器，以改变所述多个区域的顺序位置。
6.根据权利要求3所述的成像装置，其特征在于所述的地址处理单元具有一个地址输入单元，以从外部获取用于指示在其中的所述多个区域的地址数据。
7.根据权利要求3所述的成像装置，其特征在于所述的成像单元被用于获得多个检查对象的图像，并且所述的信号处理单元具有根据所述多个检查对象的顺序图像来改变所述多个区域的顺序位置的工具。
8.根据权利要求1所述的成像装置，特征在于进一步包括一种监视来自所述成像单元成像信号的显示器，所述成像单元的前表面的一个光圈机构和一个焦距机构，以及控制所述光圈机构和焦距机构的成像条件控制设备。其中，所述的成像条件控制设备基于所述多个区域中的成像信号来控制所述光圈机构和焦距机构。
9.一种成像方法，其特征在于一个成像单元具有一个成像区域，在其中多个像素被两维排列，每个像素具有一个独立的地址，且每个像素被分配有一个读取地址；以及一个信号处理单元，被设置来产生用来指示所述成像区域中任意的多个区域的地址以便与所述成像区域中的所有图像数据的读取时间相比较，缩短作为部分所述成像区域的多个区域的图像数据的读取时间。
全文摘要
成像单元700具有在其中两维地排列的多个像素，并且每个像素有一个独立的地址，且被形成使得每一像素可以被分配有一个读取地址。信号处理单元800在从该成像单元读取出一个成像信号时，能产生用来指示所述成像区域中任意的多个区域的地址。
文档编号H04N5/225GK1659861SQ0381374
公开日2005年8月24日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年6月13日
发明者阿部贡基, 熊泽崇, 牧野圣, 岸顺司 申请人:东芝泰力株式会社