TW201201114A - Image sensing module - Google Patents

Description

201201114 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種可補償光學元件形變之影像 感測模組，特別係關於一種可針對工作溫度的變化 所造成光學元件的形變進行補償之影像感測模組。 【先前技術】 影像擷取技術普遍用於各式產品，包括光學觸 控系統、距離量測系統或其他可利用所擷取的影像 進行相對應處理之光學應用產品。 一般而言，一影像感測模組除了影像感測器， 另外通常包含至少一光學元件（Lens)用以導引外部 光線順利地進入該影像感測器之一感光面。然而， 影像感測模組在工作時會因為系統運作或環境變化 導致工作溫度改變。例如在光學觸控系統中，觸控 螢幕在工作時會因為背光模組的作動而導致工作溫 度上升，因此設置在螢幕表面之影像感測模組的工 作溫度亦會隨之上升，致使該影像感測模組内部的 光學元件因溫度上升而產生形變。 請參考第1圖所示，其顯示溫度變化影響一影 像感測模組之示意圖。當影像感測模組100的工作 溫度變化時，該影像感測模組100之光學元件（圖未 示）會產生形變，並造成該影像感測模組100之影像 感測器的視角（Field of View, FOV)產生變化。 01500-TW / PIX-TW-0360 3 201201114 例如第1圖中，影像感測模組1〇〇在工作溫度 20 c時的視角例如顯示為大三角形Fi而在工作溫 度70°C時的視角例如顯示為小三角形F2。如果此 時一個物件Ο存在於如圖所示的一個固定位置時， 該影像感測模組100在工作溫度2(rc時可擷取一第 「影像’其包含一物件影像〇1;而在工作溫度7〇 時可榻取一第二影像p2’其包含—物件影像 如圖所示，該物件〇在該影像感測模組100所擷取 之第一影像P1及第二影像P2中的位置間具有一偏 移。/因此，當該影像感測模組100根據所擷取之物 件影像〇,、〇2計算該物件的座標時，不同的工作溫 度下會得到不同的座標。 、有鑑於此，本發明提出一種可消除或至少降低 上述習知技術中因溫度變化所導致的形變問題之 像感測模組。 【發明内容】 本發明之目的在提供 補償因工作溫度變化而導 種影像感測模組，其可 致其所擷取影像之誤差。 魯明提供-種影像感顧組包含—影像咸 兀件及一運算元件。該影像感測元件包含複數 素，用以#1取-物件影像之—操作影像。該運算 件儲存有一溫度相關參數與該物件影像位於各像 之位置偏移量之-對照表，並根據娜該操作影 01500-TW / PIX-TW-0360 201201114 =::=Φ參數從該對照表選擇-變形誤 邊刼作影像中該物件影像之位置。 :種實施例中’該影像感測模組另包含 Μ几件用則貞賴取該操作影料之1作溫 種實施例t，該溫度相關參數 :該物:影像位於該等像素至少二:= 不同概度時與一基準位置之一差距。 ” 一本發明提供一種影像感測模組包含一 70件及一運算元件。該影像感測元件在-第二;; 操：固定位置之一參考標示之一背景影像，在一； =時間擷取包含該參考標示及—物件影像之—操作 影=該運算元件根據該背景影像產生該參考標示 月位置，根據5亥操作影像產生該參考標示之 ::考：『及該物件影像之一偵測位置，並根據該 ,考位置與該背景位置之一差距修正該偵測位置。 本發明提一種影像感測模組包含一光學元件、 一影像感測元件、—溫度感測元件及一運算元件。' 該光學元件用以導弓丨光線至該影像感測元件。該影 像感測元件根據接收之光線產生一操作影像。該溫 度感測兀件用以偵測該影像感測模組之一工作溫 度。該運算元件根據該工作溫度補償因該工作溫度 變化所造成-物件影像在該操作影像之位置偏移。

O15C0-TW/PIX-TVV-036O 5 201201114 本發明之影像感測模組一種實施例中，該對照 表包含該物件影像位於各像素位置在不同工作溫二、 -基準溫度時之位置偏移量，或包含根據心 作 :溫度時該物件影像位於各像素之位置偏移量所 求侍至少一補償函數的係數。 本發明之影像感測模，組另—實施财，該對昭 ==同差距時該物件影像位於各像素位置與： 二德之位置偏移量，或包含根據不同差距時該 :::像位於各像素之位置偏移量所求得至少—補 4員函數的係數。. 【實施方式】 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點 月匕更明顯’下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。 二外’於本發明之說明令，相同之構件係以相同之 付號表示，於此合先敘明。 缸供一種具有溫度補償的影像感測模 。，’可在〉皿度改變導致光學元件產生形變時 影像感測模組的感測結果，以消 =組的負面影響。本發明之影像感測模= :用於光學觸控系統、距離量測 二 利用所擬取影像進行對應處理的光學應用產品。 傻考第2圖所示’其為一物件影像位於不同 像素位置所對應不同工作溫度之位置偏移量，其t 01500-T W / PIX-TW-0360 ' 201201114 X軸表示影像感測模組所擷取之物件影像相對於— 感光矩陣之像素位置，此處係以640個像素為例；γ 軸表示物件影像之位置偏移量，其以像素為單位。

第2圖中’ 例如為〇。〇：時物件影像位於各像 素位置之位置偏移量，其中此溫度下物件影像位於 各像素位置時均無位置偏移；L2例如為25。c時物 件影像位於各像素位置之位置偏移量；b例如為 C時物件影像位於各像素位置之位置偏移量。如圖 所示衫像感測模組的感光矩陣中，物件影像越靠 近最左側（像素位置0)或最右侧（像素位置64〇)的位 置因溫度升高所產生的誤差最大。可以了解的是， 第2圖所示感光矩陣之像素數目以及物件影像位於 各像素之位置偏移量與工作溫度的關係僅為例示 性’並非用以限定本發明。 .，本發明一實施例可利用一溫度感測元件直接, 測影像感測模組的工作溫度，並事先建立並紀錄一 個工作溫度與光學元件變形程度之—對應關係。方 運作時，則可直接根據目前工作溫度及該對鹿關个 校正影像❹m組所擷取-操作影像中物㈣像$ 位置。更詳細而言，該對應關係可以—基準溫度（你 ^ ’但不限於’ ^)時，物件影像所在各像素位3 為一基準位置(例如第2圖中Li的各像素位置)，立 紀錄不同工作溫度時物件影像所在各像素位置相到 01500-TW / PIX-TVV-0360 7 201201114 於該基準位置之一變形誤差。 凊參考第3A〜3D圖所示，其為本發明實施例之 影像感測模組之系統圖。影像感測模組細包含一 影像感測元件21G、-光學元件22()以及一運算元 件23二。該影像感測元件21〇例如可為一⑽影像 感測器、、-CMOS影像感測器或其他用以感測影像 之影像m。該光學元件22G可湘適當材質製 成’用以將外部光線引導至該影像感測元件210之 一感光矩陣，致使該影像感測元件210可接收光線 f產生影像。該運算元件謂則從該影像之中取出 一物件資訊’並將其提供至該影像感測模組所應用 之系統進行後端處理，例如在一光學觸控系統中可 利用該物件資訊進行該物件之座標運算。 在利用工作溫度作為校正基準的實施例中，該 影像感測模組200可進一步包含一溫度感測元= 240用以感測目前工作溫度，以供該運算元件Μ。 根據其所量測之目前工作溫度補償該光學元件Do 因溫度變化而產生之形變造成該影像感測模組2卯 所擷取影像的位置偏移。一種實施例中，可事先建 立並紀錄一個工作溫度與該光學元件220變形程产 之對應關係，例如從20。(：至70〇C之間，每隔5〇c 置測一次該影像感測元件21 〇所擷取的影像中，物 件影像位於各像素位置時與一基準位置之—變形^ 0io00-TW / PiX-xw-0360 8 201201114 差（如同第2圖中“及。各點與Li各點的差距）， 、建立夕個對照表（此時基準位置例如可設定為 %·物件衫像位於各像素的位置）。該對照表中 =:办像位於各像素位置的變形誤差即可被視為物 5V像位於各像素位置在不同工作溫度時受光學元 件形變所產生影響的對應關係。可以了解的是’對 照表的數目可根據所欲補償的精確度而決定。

母-個對照表例如可包含某一工作溫度下相對 :基準溫度時’物件影像位於各像素之位置偏移 根據各偏移量求得之一個或多個—維、二維或 ^維補償函數的係數，例如相對於〜叫的一維補 二函數的係數（ai，bl);相對於a2x2 + b2X + e2的二維補 二函數的係數（a2，b2，e2)等。僅儲存補償函數的係數 的優點在於，可減少預先儲存的資料量。例如可以 ^件影像位於該等像素的巾間像素與兩邊緣像素的 ^移量來決定至少—個—維補償函數的係數，例如 "率’並將不同溫度時的斜率事先儲存於對照表。 更詳細而言，該影像感測元件21〇榻取包含一 =件影像之-操作影像時，該溫度感測元件⑽同 溫度，該運算元件23〇則直接從 2知'表填取物件影像位於各像素之位置偏移量， ”：：：照表讀取相對應補償函數的係 以 计异出物件影像位於各像素之位置偏移量以決定一 01500-TWI PU<-TW-0360

9 201201114 灸幵"吳差藉以校正操作影像中該物件影像之位置。 n兒月的κ ’第3A至3C圖係用以說明該影 像ΐ測模組200所包含之各元件可透過不同耗接方 式實現’其中—溫度感測元件240係設置於影像感 測模組200内。例如第3Α圖中該影像感測元件21〇 耦接於》亥，皿度感測元件24〇及該運算元件23〇間；， 第3Β®中該溫度感測元件24〇搞接於該影像感測元 件210及該運算元件230間；第3C圖中該運算元件鲁 230輕接於該影像感測元件21()及該溫度感測元件 240間。此外1 3D圖顯示該運算元件23〇獨立於 該影像感測模組200外的實施例。另一實施例中， 遠溫度感測元件240彳内建於該影像感測元件21〇。 以光學觸控系統為例’該影像感測模組200即 可利用該溫度感測元件24〇偵測操作時之一工作溫 度，再根據该工作溫度挑選該工作溫度所對應的對 照表’並根據該影像感測模組2〇〇之影像感測元件· 210在操作時擷取到一操作影像中物件影像之偵測 =置XG ’從該對照表選擇一變形誤差^1(位置偏移. 里）’據以計算經補償該光學元件的形變後該物件影 像所對應的校正位置Xl，如式（1)所示： / Χι=Χ〇+ △ t (1) 另一實施例中，本發明亦可在不需偵測目前工 作溫度的情況下對影像感測模組所擷取的影像進行 01500-TW/ PIX-TW-0360 201201114 校正。亦即本實施例中，當該影像感 置固定的至少-參考標示時，該影像感測模組= 一基準溫度（例如（TC或20。〇下擷取包含該參考標 示景f像之一背景影像，並根據該背景影像取得該: 考標示的一個背景位置及物件影像位於各像素位置 之一基準位置，另擷取不同溫度下該參考標示的位 置與該背景位置之-差距及物件影像位於各像素位 置相對該基準位置之位置偏移量（例如可在該影像 感測模組所應用之系、統出薇時一併進行設定）。在系 2運作時，該影像感測模組即可藉由所取得一操作 .、：：：：參考標示的一個操作位置計算該操作位置 : 位置之差距’進而根據該差距得知光學元 I: 形，程度以及相對的物件影像位於各像素位置 欠v誤差’以校正該操作影像中物件影像的位置。 換句話說，钟如該運算元件23〇中已預先 有一對照表，豆包含相斟 子 置之莫μ 相對不同的背景位置與操作位 準位=置：!影像位於各像素位置相對於該基 多個/ 量、簡各偏移量所求得一個或 維或多維補償函數的係數。該運算元 作當時所債測之背景位置與操作位 償。對該操作影像進行補 於，木與上述實施利之差異在 一物影像感測模組2〇〇不需另外設置 -度感測凡件240來量測目前工作溫度，而係以 01500-TW / PJX-TW-0360 、 201201114 ». 背景位置與操作位置的差距來取代實際量測目前工 作溫度。由於此實施例係直接利用背景位置與操作 位置的差距作為補償依據，可具有較高的準確度。 练而s之，本發明係事先建立一溫度相關參數 (temperature reiated parameter)與物件影像位於各像 素之位置偏移量之-對照表儲存於該影像感測模組 中，並根據操作當時對應的溫度相關參數及該對昭 表補償-操作影像中之物件f彡像；其中溫度相时鲁 :例如可為一工作溫度或一參考標示之參考位置與 背景位置之差距，但本發明並不限於此。 此外，本實施例中另可利用影像中一個以上的 參考標示的參考位置與背景位置之差距（例如第2圖 t最左侧及最右側的最大變形誤差）來決定操作時 之對照表，以增加選擇補償依據的精確度。此外， 由於相對·於整個影像的補償函數可能無法以-個簡 化的補償函數表示，因此亦可利用複數補償函數做 為不同區段的補償函數，例如以影像中點為區隔， 兩側分別使用不同的補償函數。 心考第4A及4B圖所示，其為該影像感測模 組應用於-光學觸控系統的二個實施例。第4A圖 中，一光學觸控系統300具有一個觸控平面31〇及 二個影像感測模組320、330;第4B圖中，該光學 觸控系統3 0 0具有該觸批承& 〇Λ 有茨觸控+® 310及三個影像感測 01500-TW / PIX-TW-0360 201201114 模組320、330、340。每一個影像感測模組32〇、33〇、 340皆具有一影像感測元件、一光學元件及至少— 發光元件（圖中未顯示），例如一發光二極體或雷射 二極體，較佳為不可見光發光二極體或雷射二極 體。此外，若該等影像感測模組32〇、33〇 ' 34〇具 有一溫度感測元件，則可不包含發光元件。 ~

弟4A圖t ’當該影像感測模組32〇在擷取至少 一物件的影像時，因該影像感測模組33()的發光元 件同時發光，因此該影像感測模組32〇可在該影像 中擷取到該物件以及該影像感測模組33〇的發2元 件的影像。因此，該影像感測模組33〇(或其發光元 件）即可作為該影像感測模組32〇之一參考標示，‘ 相對的該影像感測模組320(或其發光元件7 =可Z 為該影像感測模組330之一參考標示。同樣的， 4B圖中，該影像感測模組33〇(或其發光元件）亦可 作為該影像感測模組340之一參考標示。 請參照第4 & 5圖所示，接著說明本實施 補償因溫度變化所造成物件影像之位置偏移的另一 種貫施例。以該影像感測模組32〇為例，該习 測模組320在出廠時即操取包含該影像二模f且 330之m像，並魏該影像_漁330在 該背景影像之一位置作為-背景位置R0。當該影像 感測模組320在-操作時間擷取包含_物件以㈣ 01500-TWI PIX-TW-0360 13 201201114 模組330之一操作影像時，該影像感測模 * T計算該物件在該操作影像中的-债測位置 X。以及該影像感測模組3 3 Q在該操作 考位置Ri。可以了紘沾a ★ J蒼 1 了以了解的疋，為了清楚顯示背景位 R。及參考位置Ri的差距，第5圖中係調整了背景位 置R〇及參考位置Ri間的距離。 ” 由於該物件在該影像感測模組320所擷取影像 中的成像為—暗點，而該影像感測模組330的發光 兀件在該影像感測模組咖㈣取影像中的成像為 1點，因此亦可在-段時㈣由該影像感測模植 32〇操取二張影像，再由該二張影像分別取出該影 像感測模組3 3 G的參考位置R ι以及▲物件的價測位 置Χ〇。亦即，該參考位置Ri及該偵測位置A可以 不從同一張影像中求得。 由於該影像感測模組33〇的成像位置靠近該影 像感測模組320所感測影像中最右側（最大像素^ 置），因此該影像感測模組33〇成像位置的誤差值（該 參考位置R!與該背景位置Rq的差距）可被視為該影 像感測模組320在該操作時間時所產生的最大變形 块差Δ T。如第2圖所示，該物件在不同位置所產生 的误差值不同，因此將該最大變形誤差△τ乘上一 個變形比例m即可求得物件影像位於不同像素位置 的變形誤差△ t ’因此將該影像感測模組32〇所擷取 01500-TW/PIX-TW-0360 14 201201114 該物件的偵測位置χ 可罝X〇利用該變形誤差Δί補償，即 了“该物件的一個校正位置&，如式⑴所示。 請再參照第2圖 32〇的約略中間像：二由於在該影像感測模組 m # W η , '置的誤差值最小，而在最大 根據該像素位置的誤差值最大，因此可 二‘置：偵測位置χ。在該影像感測模組320的 像素位置計算該變形比例m。

^如第2圖中’在約略中間像素位置至最大像 境段的變化可簡化為-線性遞增函數，而該 二 Μ像素位置至最小像素位置這段的變化可簡 成' 線性遞減函數。因此，可以該影像感測模組 二二個預定像素(例如，但不限於，中間像素位 準點〇(如第5圖）’計算該物件在該影像 感測模組320的成像位置與該標準點〇之間的距離 相對於最大觸碰位置相對於該標準點〇之間的距離 Μ㈣為該變形比例m ’ ^ mH〇)/(Ri_〇)。 H亥it予觸H統300 *言，針對該影像感測模 組）2〇的最大觸碰位置即是該觸控平面31〇中鄰近 / 像感測模組330附近的一個邊界。更詳細而 言’本實施射衫需事先儲存—對照表，僅需根 據所事先儲存之—背景位置求得至少—最大變形誤 T(例如可僅計算兩邊緣像素與約略中間像素之 一個或兩個最大變形誤差），配合—標準點〇及物件 01500-TW / PIX-TW-0360 15 201201114 影像之伯測位置X〇,即可計算出變形比例. 因此該影像感測模組320在該操作時間 該操作影像中，該物件的校正位置义即=:取 X,=X0+At=x0+ATn(x〇_〇)/(Ri_〇)] 該影像感測模組330们40在計算該物件 =取影料㈣素位料村使㈣影㈣測模組 320之校正方式，故於此不再贅述。 本發明之可補償光學元件形變的影像感測模# 組’可廣泛的應用於光學觸控系統、距離量測系統 或：他可洲所操取影像進行對應處理的光學應用 產在上述實施例中雖以光學觸控系統為例，然 而任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者皆可 在瞭解本發明上述實施例的說明之後，直接將本發 明之影像-感測模組應用於各式光學應用產品上，因 此在此即不再針對其他應用之實施例加以贅述。鲁 01500-T W / PIX-T W-0360 (S) 201201114 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明一實施例中光學元件受溫度上升 導致影像感測模組視角改變之示意圖； 第2圖為本發明一實施例的影像感測模組所擷取 物件影像位於各個像素位置時相對不同工作溫度之 位置偏移量之示意圖； 第3 A〜3D圖為本發明實施例之影像感測模組之 方塊圖， 第4A〜4B圖分別為本發明一實施例之光學觸控 系統之系統圖；以及 .第5圖為本發明實施例中一參考標示之參考位 置、背景位置及一物件影像之偵測位置之示意圖。 【主要元件符號說明】 100、200、320、330、340 ---影像感測模組 210 —影像感測元件 220—光學兀件 . 230…運算元件 240—溫度感測元件 310—觸控平面 01500-TW/PIX-TW-0360 17

Claims (1)

1. 201201114 七、申請專利範圍·· 1. -種影像感測模組，包含： 铷彼办像感測疋件’包含複數像素，用以掏跑 物件影像之一操作影像；及 肖以擷取- 一運算元件，儲左士 影像位於各像辛之jn相關參數與該物件 據操取該二 置：移量之-對照表，並根 對照表選擇-變形誤罢目、^亥溫度相關參數從該 件影像之位置。 M校正该操作影像中該物 2·如申請專利範圍第丨 含一溫度感測元件用以伯^ %像感測模組，另包 工作溫度，其中取該操作影像時之一 …皿度相關參數為該工作溫度。 3. 如申請專利範圍笛 哕:wd M - 4第項所述之影像感測模組，苴中 I皿度感測轉内建於該影像感測元件。八中 4. 如申請專利範圍笛 該對照表包含該物件影=之影像感測模組，其中( 工作溫度時與—基準溫立:各像偏:位曰置=: 根據不同工作溫度時 置偏.1’或包含 置偏移量所求得至少二，像位於各像素之位 補叙函數的係數。 5. 圍第1項所述之影像感測模組，” 中-個像素位件衫像位於該等像素至少其 距。…、~ /同溫度時與一基準位置之一差 01500-TW/PIX-TW-0360 201201114 6. 如申請專利範圍第5項 該至少一個像素為該 /衫像感測模組，其中 7 , . 、’ 〇X象素的邊緣或中間像素。 7. 如申請專利範圍第5 該基準位置為一其、:之影像感測模組，其中 位置。 '"準，皿度蛉該物件影像位於各像素 8·==圍第7項所述之影像感測模組

   同差距時該物件影像位於各㈣ 差距時該：件:位置偏移量，或包含根據不民 得至少一：，像位於各像素之位置偏移量所求 ^ 補償函數的係數。 9. 專利範圍第8項所述之影像感測模組，其中 7 :函數為不同差距時，該物件影像位於該等像 =之申間像素及邊緣像素之位置偏移量所決定之一 維函數。

   10. 種影像感測模組，包括： 影像感測元件，在一第一時間擷取固定位置之 — >考‘ ,F之—背景影像，在一第二時間擷取包含 參考標不及一物件影像之一操作影像；及 :運算元件，根據該背景·影像產生該參考標示之 月斤、位置’根據該操作影像產生該參考標示之一 參考位置及該物件影像之一偵測位置，並根據該參 考位置與該背景位置之一差距修正該偵測位置。 01500-TW / P1X-TW-0360 19 201201114 申％專利範圍第1G項 其中該影像感測模組於过之衫像感測模組， 測模組之一光學系％ ;匕含兩個以上該影像感 模組所包含之一'於、朵’該參考標示為另一影像感測 該光學系統之—部'分，件、另-影像感測元件或 12·如申請專利範圍坌s 其中該影像感測广感測模組， 存有-對照表肖〜 像素，該運算元件儲 於各像素之位置‘移f差：相對應的該物件影像位 於各像素之位置偏移；所1 據該物件影像位 tπ件根據該對照表修正該偵測位置。 盆^補=利1&圍第12項所述之影像感測模組， “=::=r等像素， 饥罝偏和里所求得—維函數。 專利範圍第1〇項所述之影像感測模被， ，、中该衫像感測元件包含複數 件« =測位置與:標準點之距離及該參== 二=:離计异一變形比例，並根據該變形比例 及垓差距修正該偵測位置。 κ如申請專·圍第14項所述之影㈣測模組， 中該標準點為該等像素之中間像素。 16. 種影像感測模組，包括： 光學元件； 01500-Τ\ν / PIX-TW-0360 20 ⑧ 201201114 一影像感測元件，該光學元件用以導引光線至該 衫像感測元件，該影像感測元#根據接收之光線產 生一操作影像； 一溫度感測元件，用以偵測該影像感測模組之一 工作溫度，·及 堤π 7C件，根據該工作溫度補 .，一'入爪1只口似丄TF说，入 雙化所造成—物件影像在該操作影像之位置偏移 17史二申：專利範圍^ 16 ^所述之影像感測模組 〃 1 皿度感測70件内建於該影像感測元件。 I其：:=範圍¥ 16項所述之影像感測模組 5㈣像感測元件包含複數像素，該運算 :有=照，包含該物件影像位於各像素位置在； :根據:T::—基準溫度時之位置偏移量，或$ 置偏移量所求得:t時該物件影像位於各像素之七 件至；—補償函數的係數。 19.如申請專利範圍第18媚痛、+. 其中該補償函數為^ 、所述之影像感測模組， 該等像素之中間作溫度時該物件影像位方 得一維函數。 ’、，、邊緣像素之位置偏移量所4 01500-TW/PIX-TW-0360 21