專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于拍攝被拍攝體圖像的攝像裝置。
背景技術：
迄今，有一種使手指直接接觸二維區域上的半導體傳感器(靜電型或光學式讀取型等)進行指紋認證的指紋識別裝置。近年來，在企業或個人的安全領域非常重視這樣的指紋識別裝置。
今后，在利用攜帶電話或其它便攜帶裝置進行的交易等中，如果指紋識別裝置尺寸小、重量輕、價格低廉，那么可以預料市場將急劇擴大。
可是，靜電方式對干燥手指等的識別精度低，所以對各種手指識別精度優異的光學式倍受注目。在日本專利第310126號公報中詳細地說明了一種光學式指紋識別裝置。
這樣的光學式指紋識別裝置中能利用的傳感器有圖1中的區域傳感器和圖2中的線列傳感器。在該示例的光學式傳感器中，將LED光照射在手指上，用照射在手指上的LED散射光，形成指紋凹凸的圖像，讀取該圖像。
根據使用區域傳感器的指紋示別裝置，將手指1像印章似地按在區域傳感器2上，LED點亮，讀取指紋圖像。
根據使用線列傳感器的指紋示別裝置，線列傳感器4由數十行像素列構成，使手指在該線列傳感器4上掃描，讀取指紋圖像作為傳感器信號。
這些傳感器輸出信號在圖像處理單元5中進行圖像處理，生成指紋圖形，通過與已經登錄在圖形識別單元6中的基準指紋圖形進行比較，進行指紋識別判斷。
在圖1、圖2的圖像讀取說明中，雖然使LED光照射在手指上，但安裝了指紋識別裝置的機器在室內通常是在熒光燈下，在室外是在太陽光下。熒光燈的亮度通常為數百1x左右，與此不同，外界光的亮度會達到數萬1x以上。有必要對傳感器進行光學設計和靈敏度設計，以便在這樣的條件下能高精度地讀取指紋圖像。
另外，為了安裝在便攜裝置中，希望傳感器的價格低、功耗低。因此，與傳感器小型化的同時，有必要高靈敏度化。而為了高精度地讀取指紋圖像，LED的發光波長最好為800至950nm。該LED的價格非常貴，而且耗電大。
為了減少不經濟的LED的使用個數、并降低LED的驅動電流，高靈敏度傳感器是必須的。可是，傳感器靈敏度如果高到某種程度，傳感器就容易飽和。為了不使傳感器飽和而減少曝光量，所以對傳感器進行短暫曝光的電子快門驅動是必須的。因此產生了以下的新問題。
如果在熒光燈下進行短時間的電子快門驅動，則發生閃爍。用圖3、圖4說明閃爍。
在圖3中，在50Hz的熒光燈下，如眾所周知，發生周期為10ms的閃爍。如果傳感器的曝光期間為數十ms或以上，則光量的積分值的離散變小。例如圖3所示，如果曝光期間為100ms，則對于指紋傳感器，曝光離散沒有問題。可是，如圖4所示如果在閃爍周期10ms內依次進行各像素行的曝光的滾動快門的驅動，則傳感器的輸出信號發生大的閃爍。
另外，即使全部像素同時曝光，但如果在閃爍的低光量時讀取圖像，則指紋圖像的SN比非常低劣，不能識別指紋。
其次考慮室外的用途。在區域傳感器型的情況下，在按壓手指期間至少能拍攝多個圖像，能進行曝光條件的反饋，防止傳感器飽和。可是，在掃描型的情況下，不管進行多少次掃描，在一次掃描中確定曝光條件是困難的。因此，存在傳感器飽和，不能進行指紋識別這樣嚴重的問題。
發明內容
本發明的目的在于通過減少閃爍，獲得高精度的圖像。
為了達到上述目的，根據本發明的一個方面，提供一種攝像裝置，包括拍攝被拍攝體圖像的攝像單元；檢測閃爍的檢測電路；以及根據上述檢測電路的檢測結果，調整上述攝像單元攝像時的攝像條件的修正電路。
另外，根據本發明的另一個方面，提供一種攝像裝置，包括有用于拍攝被拍攝體圖像的多個光電變換單元的攝像單元；以及設置在上述攝像單元上的減少發生閃爍的光的光量的濾光器。
另外，根據本發明的另一個方面，提供一種攝像裝置，包括有用于拍攝被拍攝體圖像的多個光電變換單元的攝像單元；以及設置在上述攝像單元上的包括厚度為50微米至100微米的硅的構件。
另外，根據本發明的再一個方面，提供一種攝像裝置，包括用于拍攝被拍攝體圖像的攝像單元；設置在上述攝像單元的側面上的光源；遮光單元，設置在上述設相單元的側面上，用于遮擋來自光源的光；以及導光部件，設置在上述攝像單元的側面上，用于引導來自光源的光。
通過參照附圖進行的如下說明，本發明的其他目的和特征將變得顯而易見。
圖1是表示指紋識別裝置的圖。
圖2是表示另一個指紋識別裝置的圖。
圖3是說明閃爍的圖。
圖4是說明閃爍的圖。
圖5是表示CCD型傳感器的圖。
圖6A、6B是表示CMOS傳感器的一個像素的圖。
圖7是表示CMOS傳感器的圖。
圖8是表示第一至第四實施例的攝像裝置的圖。
圖9是說明第一實施例用的圖。
圖10是說明第二實施例用的圖。
圖11A、11B是說明第三實施例用的圖。
圖12是說明第五實施例用的圖。
圖13是說明第六實施例用的圖。
圖14是說明熒光燈和LED光譜用的圖。
具體實施例方式
<第一實施例>
說明本實施例中使用的半導體傳感器。
本實施例中使用的半導體傳感器的驅動方式(電子快門)有兩種全部像素同時快門曝光和滾動快門曝光。
這里，所謂全部像素同時快門曝光，是全部像素曝光的時序(曝光的開始時間和曝光的結束時間)相同的一種驅動方式。
另外，所謂滾動快門曝光，是使每一行或多行的曝光時序錯開進行攝像的驅動方式。
圖5中示出了CCD型傳感器的總體結構圖，圖6A和6B中示出了CMOS傳感器的單位像素結構圖，圖7中示出了CMOS傳感器的總體結構圖。
如圖5所示，在CD型傳感器的情況下，通過將全部像素同時復位，開始對各像素10曝光，同時將對全部像素進行了光電變換的各信號電荷同時傳輸給垂直移位寄存器11，曝光結束。然后，垂直移位寄存器11的光電荷被傳輸給每一行的水平移位寄存器12，此后從輸出放大器13輸出。該驅動方式是全部像素同時快門曝光。
圖6A是每一像素14中有像素存儲器15的CMOS傳感器的單位像素，圖6B是每一像素14中不具有像素存儲器的CMOS傳感器的單位像素。
在圖6A中，該CMOS傳感器包括光電變換部分16，接收來自光電變換部分16的信號電荷、放大后輸出的放大器，將光電變換部分16的信號電荷傳輸給像素存儲器15的第一傳輸開關18，將像素存儲器15的信號電荷傳輸給放大器17的第二傳輸開關19，使放大器17的輸入端復位的復位開關20，和選擇讀出的像素的選擇開關21。
圖6B是沒有圖6A中的第一傳輸開關18的圖。
圖7是具有如圖6A或圖6B中所示的像素的CMOS傳感器總體結構圖。
在圖7所示的CMOS傳感器中，進行全部像素同時快門曝光時，由圖6A所示的像素構成各像素。通過用垂直掃描電路25的驅動脈沖φC使全部像素14復位，開始曝光。然后，用驅動脈沖φS1將全部像素14的信號電荷傳輸給像素存儲器15。然后，在每一像素行中，首先，利用驅動脈沖φS3將像素放大器的復位噪聲(通過使像素放大器的輸入端復位獲得的信號)傳輸給噪聲除去電路26，其次通過驅動脈沖φS2、φS3的控制，將存儲器中的信號經過像素放大器，傳輸給噪聲除去電路26。然后，通過進行它們的差分處理，除去復位噪聲。
在圖7所示的CMOS傳感器中進行滾動快門曝光的情況下，由圖6A所示的像素構成各像素。
首先，利用垂直掃描電路25，依次使每一像素行復位，經過某一任意的曝光時間后，對每一像素行依次讀出信號。與上述同樣地進行像素放大器的噪聲除去。
進行了噪聲除去的信號由水平掃描電路27傳導給下一個輸出放大器28。
其次，用圖8說明本實施例的攝像裝置的總體結構圖及其操作。
該攝像裝置包括拍攝被拍攝體圖像的傳感器30，具體地說，該傳感器30是以上說明的圖5或圖7中的傳感器。該傳感器將檢測閃爍用的閃爍用傳感區31a設置在同一半導體基板上。而且，閃爍用傳感區31既可以用圖5、圖7所示的多個像素中的任意一個構成，也可以設置在各個區域中。另外，也可以設置在與安裝傳感器30的基板不同的半導體基板上。
該攝像裝置還包括對來自傳感器30的信號進行增益控制等的模擬控制的模擬處理單元31，將來自模擬處理單元31的模擬信號變換成數字信號的模擬·數字變換單元32，對來自模擬·數字變換單元32的數字信號進行灰度處理和色彩處理等的圖像處理的圖像處理單元33，用預先登錄的指紋和由傳感器30檢測的指紋進行指紋認證的圖形識別單元34，用于發光的LED(光源)35，驅動LED35用的LED驅動單元36，驅動傳感器30用的傳感器驅動單元37，檢測來自閃爍用傳感區31a的信號量的閃爍檢測單元39，控制攝像裝置的總體，同時根據來自閃爍檢測單元39的信號，決定曝光時間、LED的開/關狀態、光量的強度，以控制傳感器驅動單元37和LED驅動單元36的系統控制單元40。
閃爍檢測單元39能檢測圖3、圖4中所示的閃爍狀態。具體地說，是對信號電平按照圖3、圖4中所示的一定的周期進行增減的信號，檢測其信號量的電路。
在上述描述中，說明了該攝像裝置不但控制LED，也控制傳感器的曝光時間，但該裝置也可以僅控制它們中的任意一個。
如上所述，在本實施例的攝像裝置中，由于有作為拍攝被拍攝體圖像的攝像單元的傳感器30、作為檢測閃爍的檢測電路的閃爍檢測單元39、以及作為根據該閃爍檢測單元39的檢測，調整傳感器30攝像時的攝像條件的修正電路的系統控制單元40，所以能取得不受閃爍影響的圖像。
以上的結構在以下說明的第二至第四實施例中也相同。
圖9是說明關于攝像條件的調整的具體例子。
這里禁止產生閃爍的光量為60％或以下的曝光。其大小程度的設定依賴于指紋認證的方式和精度，所以由裝置規格決定。
在圖9中，驅動時序A是全部像素同時快門曝光的情況，驅動時序B表示滾動快門曝光的例子。對閃爍來說，脈沖TS的“H”是曝光允許期間，“L”是曝光停止期間。
驅動時序A是使用圖5中的CCD傳感器或其像素的結構為圖6A所示的圖7中的CMOS傳感器的情況。
脈沖A1是全部像素的同時復位期間，脈沖A2是將像素單元的光電變換信號傳輸給存儲器(在CCD的情況下，傳輸給垂直移位寄存器)的全部像素電荷同時傳輸期間。脈沖A1和A2之間的間隔T1是曝光期間。在脈沖A3的期間內對每一像素行依次讀出區域傳感器的信號。
驅動時序B是使用像素的結構為圖6B所示的圖7中的CMOS傳感器的情況。
脈沖B1是依次進行各像素行的復位的期間，脈沖B是從各像素行依次對像素放大器的信號傳輸期間。這里，T1是第一行的像素的曝光期間，T2是第二行的像素的曝光期間。脈沖B3限定了從各像素行依次讀出信號的期間。
如上所述，由于控制傳感器驅動單元37，以便避開產生閃爍的光為低光量的期間，用傳感器30進行曝光(光電荷的蓄積)，就是說，由于對應于檢測閃爍，利用作為修正單元的系統控制單元40，調整作為攝像單元的傳感器30的驅動條件，所以在讀取指紋圖像的情況下，能可靠地進行指紋識別。
<第二實施例>
圖10是說明攝像條件的調整的具體例子的圖。
在本實施例中，檢測閃爍，在由于低光量產生閃爍時，點亮LED，增加照射手指的光量，減少指紋圖像的閃爍。
脈沖A是LED35點亮控制的例子。“H”是點亮期間，“L”是非點亮期間。
脈沖B是根據閃爍程度控制LED的點亮強度的例。“H”是強點亮期間，“L”是弱點亮期間。
脈沖C是在滾動快門曝光期間控制LED的點亮強度的例子。脈沖C1限定了復位期間，脈沖C2限定了像素信號傳輸期間，脈沖C1和C2之間的間隔是各像素行的曝光期間TS，在該曝光期間TS內改變LED35點亮強度的例子是脈沖C3，控制點亮時間的例子是脈沖C4。
脈沖D是控制LED35的光量，使其比熒光燈的閃爍大很多的例子。在此情況下將滾動快門曝光期間控制得短一些，以便信號不致過大。
如上所述，對應于作為檢測電路的閃爍檢測單元39的閃爍檢測，利用作為修正電路的系統控制單元40調整作為光源的LED35的點亮時序，能在讀取指紋圖像的情況下可靠地進行指紋識別。
<第三實施例>
圖11A、11B是說明攝像條件的調整的具體例子的圖。
本實施例是在檢測到閃爍的情況下，使傳感器30的曝光時間與閃爍周期大致相等的實施例。圖11A是全部像素同時快門曝光的例子，圖11B是滾動快門曝光期間的例子。φH1、φH2表示各像素行的復位、傳輸、讀出。在該實施例中設定一般的熒光燈的亮度，與其相匹配地進行光學設計和傳感器靈敏度設計。通過AD檢測，在熒光燈的亮度與設定值不同的情況下，進行增益控制電路中的信號增益的控制或LED35的光量控制。
如上所述，對應于作為檢測電路的閃爍檢測單元39的閃爍檢測，通過用作為修正單元的系統控制單元40進行順序調整，以便作為攝像單元的傳感器30中的光電荷的蓄積時間和閃爍的周期大致相同，能在讀取指紋圖像的情況下可靠地進行指紋識別。
<第四實施例>
通過設置檢測來自傳感器30的信號量的AE檢測單元，能實時地控制傳感器30的曝光時間。
這樣的結構在通過使手指的圖2那樣的具有約25行像素的傳感器上移動，讀取指紋圖像的情況下(掃描型)是有效的。
這里，不與閃爍檢測單元39單獨地設置AE檢測單元，使用閃爍檢測單元39提供的信號，也可以構成進行AE控制的結構。
<第五實施例>
圖12中示出了不檢測閃爍而降低閃爍的實施例。如圖14所示，發出用于指紋認證的光的LED的發光光譜(在本實施例中為850nm)和發可見光的熒光燈(例如三波長熒光管)的發光光譜大大不同。
本實施例中使用的傳感器與在上述的第一實施例中說明的傳感器相同。
通過將遮擋而降低熒光燈的發光能量的濾光器51(或帶通濾光器)設置在傳感器50上，能遮擋作為閃爍問題的原因的熒光燈的光，能解決閃爍問題。除了850nm的LED以外，也可以是950nm或其他紅外用LED。用適合于該LED的濾光器遮擋熒光燈的光即可。
另外，如圖12所示，在傳感器50上形成具有圖14所示的特性的濾光器51，可以在它上面設置薄玻璃52(或FOP或涂敷材料)作為傳感器保護部件。濾光器51在各像素的PN結部分較深的地方呈進行光電變換的結構、或者也可以通過與在FDP的芯部件或者與涂敷材料混合而形成。當用于上述濾光器51和玻璃52的材料采用Si材料時，則這些部件能夠得到圖14所示的帶通特性，并且也能夠作為傳感器的保護部件。這時，使Si的厚度為50至100微米左右，利用該Si材料的透射特性，能獲得帶通特性的短波長一側的特性，長波長一側由依賴于Si帶隙的透射特性的靈敏度特性決定。
圖14中的濾光器(用于850nm傳輸波長)采用現在廣泛使用的染色性的濾色片，也能使熒光燈光達到1/10以下，所以不需要閃爍檢測。在此情況下，AE傳感器也需要使用濾光器，以便不影響AE精度。
另外，如果能完善地只透射LED光，則由于能除去外界光的影響，所以能只用LED光驅動控制指紋傳感器，指紋識別光量控制成為不必要。
在掃描型中減少熒光燈下的閃爍是重要的問題。假設使手指在傳感器上掃描的時間最短為0.1秒，在此期間必然發生閃爍。為了無條件地降低閃爍，將LED發射的光量比熒光燈高一個數量級即可。
如果這樣做，則能使閃爍分量變成1/10或以下，能忽略對指紋識別的影響。
<第六實施例>
在圖13中，傳感器60具有25行左右的像素(掃描型的傳感器)，從底部用LED光照射手指。LED61發光，導光部件62引導來自LED61的光，遮光部件63遮擋LED光，標號64是蓋板玻璃，標號65是框體。
掃描型的傳感器60與區域傳感器(例如具有約500像素陣列)不同，由于指紋讀取部窄，所以沿導光部件62能使LED光充分地會聚在傳感器60上部的手指上。利用導光部件62能將會聚光提高至少一位。如果LED設置在導光部件62的側面，則其個數為一個即可。在欲除去導光部件62的暗影的情況下，如果如圖所示設置在傳感器60的兩端，其影響就能降為最小。但由于傳感器為2厘米左右較短，所以往往能根據導光部件62忽略暗影，這時即使一個導光部件62也可以。
遮擋LED光的遮光部件63在導光部件62和傳感器60之間是有效的。如果沒有遮光部件63，則LED光漏到傳感器上會產生不良影響。例如成為閃爍光，信號的動態范圍變小。
作為本發明中使用的半導體傳感器，可以是CCD型傳感器，也可以是CMOS傳感器，還可以是非晶傳感器。另外，降低閃爍的方法不限于全部像素同時快門曝光或滾動快門曝光，其它方法也可以使用。
指紋圖像的圖形識別單元對于圖像圖形比較法、特征點比較法、頻率分析法等任何一種方法都能適應。
在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可以形成與本發明的上述實施例不同的方案。應該知道，本發明不限于說明書中描述的特定實施例，其保護范圍由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種攝像裝置，包括用于拍攝被拍攝體圖像的攝像單元；用于檢測閃爍的檢測電路；以及用于根據上述檢測電路的檢測結果，調整上述攝像單元攝像時的攝像條件的修正電路。
2.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于上述攝像條件是上述攝像單元的驅動條件。
3.根據權利要求2所述的攝像裝置，其特征在于在引起上述閃爍的光的量值為預定值或其以下的期間以外的期間內，上述修正電路允許上述攝像單元進行光電荷的蓄積。
4.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于還包括發光的光源，上述攝像條件是上述光源的發光時序。
5.根據權利要求4所述的攝像裝置，其特征在于在引起上述閃爍的光的光量為預定值或其以下的期間內，上述修正電路允許上述光源發光。
6.根據權利要求4所述的攝像裝置，其特征在于在引起上述閃爍的光的光量為預定值或其以下的期間內，上述修正電路增加上述光源發出的光的光量。
7.根據權利要求4所述的攝像裝置，其特征在于上述修正電路使上述攝像單元中的光電荷的蓄積時間和上述閃爍期間大致相同。
8.一種攝像裝置，包括具有用于拍攝被拍攝體圖像的多個光電變換單元的攝像單元；以及設置在上述攝像單元上的用于減少引起閃爍的光的光量的濾光器。
9.一種攝像裝置，包括具有用于拍攝被拍攝體圖像的多個光電變換單元的攝像單元；以及設置在上述攝像單元上的厚度為50微米至100微米的硅部件。
10.一種攝像裝置，包括用于拍攝被拍攝體圖像的攝像單元；設置在上述攝像單元的一個側面上的光源；一個遮光單元，設置在上述攝像單元的上述側面上，用于遮擋由所述光源發出的光；以及一個導光部件，設置在上述攝像單元的所述側面上，用于引導由所述光源發出的所述光。
全文摘要
提供一種攝像裝置，包括具有用于拍攝被拍攝體圖像的多個光電變換單元的攝像單元；以及設置在上述攝像單元上用于減少引起閃爍的光的光量的濾光器。
文檔編號H04N5/357GK1495659SQ03157080
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月12日 優先權日2002年9月13日
發明者橋本誠二 申請人:佳能株式會社