专利名称：摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于拍摄被拍摄体图像的摄像装置。
背景技术：
迄今，有一种使手指直接接触二维区域上的半导体传感器(静电型或光学式读取型等)进行指纹认证的指纹识别装置。近年来，在企业或个人的安全领域非常重视这样的指纹识别装置。
今后，在利用携带电话或其它便携带装置进行的交易等中，如果指纹识别装置尺寸小、重量轻、价格低廉，那么可以预料市场将急剧扩大。
可是，静电方式对干燥手指等的识别精度低，所以对各种手指识别精度优异的光学式倍受注目。在日本专利第310126号公报中详细地说明了一种光学式指纹识别装置。
这样的光学式指纹识别装置中能利用的传感器有图1中的区域传感器和图2中的线列传感器。在该示例的光学式传感器中，将LED光照射在手指上，用照射在手指上的LED散射光，形成指纹凹凸的图像，读取该图像。
根据使用区域传感器的指纹示别装置，将手指1像印章似地按在区域传感器2上，LED点亮，读取指纹图像。
根据使用线列传感器的指纹示别装置，线列传感器4由数十行像素列构成，使手指在该线列传感器4上扫描，读取指纹图像作为传感器信号。
这些传感器输出信号在图像处理单元5中进行图像处理，生成指纹图形，通过与已经登录在图形识别单元6中的基准指纹图形进行比较，进行指纹识别判断。
在图1、图2的图像读取说明中，虽然使LED光照射在手指上，但安装了指纹识别装置的机器在室内通常是在荧光灯下，在室外是在太阳光下。荧光灯的亮度通常为数百lx左右，与此不同，外界光的亮度会达到数万lx以上。有必要对传感器进行光学设计和灵敏度设计，以便在这样的条件下能高精度地读取指纹图像。
另外，为了安装在便携装置中，希望传感器的价格低、功耗低。因此，与传感器小型化的同时，有必要高灵敏度化。而为了高精度地读取指纹图像，LED的发光波长最好为800至950nm。该LED的价格非常贵，而且耗电大。
为了减少不经济的LED的使用个数、并降低LED的驱动电流，高灵敏度传感器是必须的。可是，传感器灵敏度如果高到某种程度，传感器就容易饱和。为了不使传感器饱和而减少曝光量，所以对传感器进行短暂曝光的电子快门驱动是必须的。因此产生了以下的新问题。
如果在荧光灯下进行短时间的电子快门驱动，则发生闪烁。用图3、图4说明闪烁。
在图3中，在50Hz的荧光灯下，如众所周知，发生周期为10ms的闪烁。如果传感器的曝光期间为数十ms或以上，则光量的积分值的离散变小。例如图3所示，如果曝光期间为100ms，则对于指纹传感器，曝光离散没有问题。可是，如图4所示如果在闪烁周期10ms内依次进行各像素行的曝光的滚动快门的驱动，则传感器的输出信号发生大的闪烁。
另外，即使全部像素同时曝光，但如果在闪烁的低光量时读取图像，则指纹图像的SN比非常低劣，不能识别指纹。
其次考虑室外的用途。在区域传感器型的情况下，在按压手指期间至少能拍摄多个图像，能进行曝光条件的反馈，防止传感器饱和。可是，在扫描型的情况下，不管进行多少次扫描，在一次扫描中确定曝光条件是困难的。因此，存在传感器饱和，不能进行指纹识别这样严重的问题。
发明内容
本发明的目的在于通过减少闪烁，获得高精度的图像。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种摄像装置，包括拍摄被拍摄体图像的摄像单元；检测闪烁的检测电路；以及根据上述检测电路的检测结果，调整上述摄像单元摄像时的摄像条件的修正电路。
另外，根据本发明的另一个方面，提供一种摄像装置，包括有用于拍摄被拍摄体图像的多个光电变换单元的摄像单元；以及设置在上述摄像单元上的减少发生闪烁的光的光量的滤光器。
另外，根据本发明的另一个方面，提供一种摄像装置，包括有用于拍摄被拍摄体图像的多个光电变换单元的摄像单元；以及设置在上述摄像单元上的包括厚度为50微米至100微米的硅的构件。
另外，根据本发明的再一个方面，提供一种摄像装置，包括用于拍摄被拍摄体图像的摄像单元；设置在上述摄像单元的侧面上的光源；遮光单元，设置在上述设相单元的侧面上，用于遮挡来自光源的光；以及导光部件，设置在上述摄像单元的侧面上，用于引导来自光源的光。
通过参照附图进行的如下说明，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。
图1是表示指纹识别装置的图。
图2是表示另一个指纹识别装置的图。
图3是说明闪烁的图。
图4是说明闪烁的图。
图5是表示CCD型传感器的图。
图6A、6B是表示CMOS传感器的一个像素的图。
图7是表示CMOS传感器的图。
图8是表示第一至第四实施例的摄像装置的图。
图9是说明第一实施例用的图。
图10是说明第二实施例用的图。
图11A、11B是说明第三实施例用的图。
图12是说明第五实施例用的图。
图13是说明第六实施例用的图。
图14是说明荧光灯和LED光谱用的图。
具体实施例方式
<第一实施例>
说明本实施例中使用的半导体传感器。
本实施例中使用的半导体传感器的驱动方式(电子快门)有两种全部像素同时快门曝光和滚动快门曝光。
这里，所谓全部像素同时快门曝光，是全部像素曝光的时序(曝光的开始时间和曝光的结束时间)相同的一种驱动方式。
另外，所谓滚动快门曝光，是使每一行或多行的曝光时序错开进行摄像的驱动方式。
图5中示出了CCD型传感器的总体结构图，图6A和6B中示出了CMOS传感器的单位像素结构图，图7中示出了CMOS传感器的总体结构图。
如图5所示，在CD型传感器的情况下，通过将全部像素同时复位，开始对各像素10曝光，同时将对全部像素进行了光电变换的各信号电荷同时传输给垂直移位寄存器11，曝光结束。然后，垂直移位寄存器11的光电荷被传输给每一行的水平移位寄存器12，此后从输出放大器13输出。该驱动方式是全部像素同时快门曝光。
图6A是每一像素14中有像素存储器15的CMOS传感器的单位像素，图6B是每一像素14中不具有像素存储器的CMOS传感器的单位像素。
在图6A中，该CMOS传感器包括光电变换部分16，接收来自光电变换部分16的信号电荷、放大后输出的放大器，将光电变换部分16的信号电荷传输给像素存储器15的第一传输开关18，将像素存储器15的信号电荷传输给放大器17的第二传输开关19，使放大器17的输入端复位的复位开关20，和选择读出的像素的选择开关21。
图6B是没有图6A中的第一传输开关18的图。
图7是具有如图6A或图6B中所示的像素的CMOS传感器总体结构图。
在图7所示的CMOS传感器中，进行全部像素同时快门曝光时，由图6A所示的像素构成各像素。通过用垂直扫描电路25的驱动脉冲φC使全部像素14复位，开始曝光。然后，用驱动脉冲φS1将全部像素14的信号电荷传输给像素存储器15。然后，在每一像素行中，首先，利用驱动脉冲φS3将像素放大器的复位噪声(通过使像素放大器的输入端复位获得的信号)传输给噪声除去电路26，其次通过驱动脉冲φS2、φS3的控制，将存储器中的信号经过像素放大器，传输给噪声除去电路26。然后，通过进行它们的差分处理，除去复位噪声。
在图7所示的CMOS传感器中进行滚动快门曝光的情况下，由图6A所示的像素构成各像素。
首先，利用垂直扫描电路25，依次使每一像素行复位，经过某一任意的曝光时间后，对每一像素行依次读出信号。与上述同样地进行像素放大器的噪声除去。
进行了噪声除去的信号由水平扫描电路27传导给下一个输出放大器28。
其次，用图8说明本实施例的摄像装置的总体结构图及其操作。
该摄像装置包括拍摄被拍摄体图像的传感器30，具体地说，该传感器30是以上说明的图5或图7中的传感器。该传感器将检测闪烁用的闪烁用传感区31a设置在同一半导体基板上。而且，闪烁用传感区31既可以用图5、图7所示的多个像素中的任意一个构成，也可以设置在各个区域中。另外，也可以设置在与安装传感器30的基板不同的半导体基板上。
该摄像装置还包括对来自传感器30的信号进行增益控制等的模拟控制的模拟处理单元31，将来自模拟处理单元31的模拟信号变换成数字信号的模拟·数字变换单元32，对来自模拟·数字变换单元32的数字信号进行灰度处理和色彩处理等的图像处理的图像处理单元33，用预先登录的指纹和由传感器30检测的指纹进行指纹认证的图形识别单元34，用于发光的LED(光源)35，驱动LED35用的LED驱动单元36，驱动传感器30用的传感器驱动单元37，检测来自闪烁用传感区31a的信号量的闪烁检测单元39，控制摄像装置的总体，同时根据来自闪烁检测单元39的信号，决定曝光时间、LED的开/关状态、光量的强度，以控制传感器驱动单元37和LED驱动单元36的系统控制单元40。
闪烁检测单元39能检测图3、图4中所示的闪烁状态。具体地说，是对信号电平按照图3、图4中所示的一定的周期进行增减的信号，检测其信号量的电路。
在上述描述中，说明了该摄像装置不但控制LED，也控制传感器的曝光时间，但该装置也可以仅控制它们中的任意一个。
如上所述，在本实施例的摄像装置中，由于有作为拍摄被拍摄体图像的摄像单元的传感器30、作为检测闪烁的检测电路的闪烁检测单元39、以及作为根据该闪烁检测单元39的检测，调整传感器30摄像时的摄像条件的修正电路的系统控制单元40，所以能取得不受闪烁影响的图像。
以上的结构在以下说明的第二至第四实施例中也相同。
图9是说明关于摄像条件的调整的具体例子。
这里禁止产生闪烁的光量为60％或以下的曝光。其大小程度的设定依赖于指纹认证的方式和精度，所以由装置规格决定。
在图9中，驱动时序A是全部像素同时快门曝光的情况，驱动时序B表示滚动快门曝光的例子。对闪烁来说，脉冲Ts的“H”是曝光允许期间，“L”是曝光停止期间。
驱动时序A是使用图5中的CCD传感器或其像素的结构为图6A所示的图7中的CMOS传感器的情况。
脉冲A1是全部像素的同时复位期间，脉冲A2是将像素单元的光电变换信号传输给存储器(在CCD的情况下，传输给垂直移位寄存器)的全部像素电荷同时传输期间。脉冲A1和A2之间的间隔T1是曝光期间。在脉冲A3的期间内对每一像素行依次读出区域传感器的信号。
驱动时序B是使用像素的结构为图6B所示的图7中的CMOS传感器的情况。
脉冲B1是依次进行各像素行的复位的期间，脉冲B是从各像素行依次对像素放大器的信号传输期间。这里，T1是第一行的像素的曝光期间，T2是第二行的像素的曝光期间。脉冲B3限定了从各像素行依次读出信号的期间。
如上所述，由于控制传感器驱动单元37，以便避开产生闪烁的光为低光量的期间，用传感器30进行曝光(光电荷的蓄积)，就是说，由于对应于检测闪烁，利用作为修正单元的系统控制单元40，调整作为摄像单元的传感器30的驱动条件，所以在读取指纹图像的情况下，能可靠地进行指纹识别。
<第二实施例>
图10是说明摄像条件的调整的具体例子的图。
在本实施例中，检测闪烁，在由于低光量产生闪烁时，点亮LED，增加照射手指的光量，减少指纹图像的闪烁。
脉冲A是LED35点亮控制的例子。“H”是点亮期间，“L”是非点亮期间。
脉冲B是根据闪烁程度控制LED的点亮强度的例。“H”是强点亮期间，“L”是弱点亮期间。
脉冲C是在滚动快门曝光期间控制LED的点亮强度的例子。脉冲C1限定了复位期间，脉冲C2限定了像素信号传输期间，脉冲C1和C2之间的间隔是各像素行的曝光期间Ts，在该曝光期间Ts内改变LED35点亮强度的例子是脉冲C3，控制点亮时间的例子是脉冲C4。
脉冲D是控制LED35的光量，使其比荧光灯的闪烁大很多的例子。在此情况下将滚动快门曝光期间控制得短一些，以便信号不致过大。
如上所述，对应于作为检测电路的闪烁检测单元39的闪烁检测，利用作为修正电路的系统控制单元40调整作为光源的LED35的点亮时序，能在读取指纹图像的情况下可靠地进行指纹识别。
<第三实施例>
图11A、11B是说明摄像条件的调整的具体例子的图。
本实施例是在检测到闪烁的情况下，使传感器30的曝光时间与闪烁周期大致相等的实施例。图11A是全部像素同时快门曝光的例子，图11B是滚动快门曝光期间的例子。φH1、φH2表示各像素行的复位、传输、读出。在该实施例中设定一般的荧光灯的亮度，与其相匹配地进行光学设计和传感器灵敏度设计。通过AD检测，在荧光灯的亮度与设定值不同的情况下，进行增益控制电路中的信号增益的控制或LED35的光量控制。
如上所述，对应于作为检测电路的闪烁检测单元39的闪烁检测，通过用作为修正单元的系统控制单元40进行顺序调整，以便作为摄像单元的传感器30中的光电荷的蓄积时间和闪烁的周期大致相同，能在读取指纹图像的情况下可靠地进行指纹识别。
<第四实施例>
通过设置检测来自传感器30的信号量的AE检测单元，能实时地控制传感器30的曝光时间。
这样的结构在通过使手指的图2那样的具有约25行像素的传感器上移动，读取指纹图像的情况下(扫描型)是有效的。
这里，不与闪烁检测单元39单独地设置AE检测单元，使用闪烁检测单元39提供的信号，也可以构成进行AE控制的结构。
<第五实施例>
图12中示出了不检测闪烁而降低闪烁的实施例。如图14所示，发出用于指纹认证的光的LED的发光光谱(在本实施例中为850nm)和发可见光的荧光灯(例如三波长荧光管)的发光光谱大大不同。
本实施例中使用的传感器与在上述的第一实施例中说明的传感器相同。
通过将遮挡而降低荧光灯的发光能量的滤光器51(或带通滤光器)设置在传感器50上，能遮挡作为闪烁问题的原因的荧光灯的光，能解决闪烁问题。除了850nm的LED以外，也可以是950nm或其他红外用LED。用适合于该LED的滤光器遮挡荧光灯的光即可。
另外，如图12所示，在传感器50上形成具有图14所示的特性的滤光器51，可以在它上面设置薄玻璃52(或FOP或涂敷材料)作为传感器保护部件。滤光器51在各像素的PN结部分较深的地方呈进行光电变换的结构、或者也可以通过与在FDP的芯部件或者与涂敷材料混合而形成。当用于上述滤光器51和玻璃52的材料采用Si材料时，则这些部件能够得到图14所示的带通特性，并且也能够作为传感器的保护部件。这时，使Si的厚度为50至100微米左右，利用该Si材料的透射特性，能获得带通特性的短波长一侧的特性，长波长一侧由依赖于Si带隙的透射特性的灵敏度特性决定。
图14中的滤光器(用于850nm传输波长)采用现在广泛使用的染色性的滤色片，也能使荧光灯光达到1/10以下，所以不需要闪烁检测。在此情况下，AE传感器也需要使用滤光器，以便不影响AE精度。
另外，如果能完善地只透射LED光，则由于能除去外界光的影响，所以能只用LED光驱动控制指纹传感器，指纹识别光量控制成为不必要。
在扫描型中减少荧光灯下的闪烁是重要的问题。假设使手指在传感器上扫描的时间最短为0.1秒，在此期间必然发生闪烁。为了无条件地降低闪烁，将LED发射的光量比荧光灯高一个数量级即可。
如果这样做，则能使闪烁分量变成1/10或以下，能忽略对指纹识别的影响。
<第六实施例>
在图13中，传感器60具有25行左右的像素(扫描型的传感器)，从底部用LED光照射手指。LED61发光，导光部件62引导来自LED61的光，遮光部件63遮挡LED光，标号64是盖板玻璃，标号65是框体。
扫描型的传感器60与区域传感器(例如具有约500像素阵列)不同，由于指纹读取部窄，所以沿导光部件62能使LED光充分地会聚在传感器60上部的手指上。利用导光部件62能将会聚光提高至少一位。如果LED设置在导光部件62的侧面，则其个数为一个即可。在欲除去导光部件62的暗影的情况下，如果如图所示设置在传感器60的两端，其影响就能降为最小。但由于传感器为2厘米左右较短，所以往往能根据导光部件62忽略暗影，这时即使一个导光部件62也可以。
遮挡LED光的遮光部件63在导光部件62和传感器60之间是有效的。如果没有遮光部件63，则LED光漏到传感器上会产生不良影响。例如成为闪烁光，信号的动态范围变小。
作为本发明中使用的半导体传感器，可以是CCD型传感器，也可以是CMOS传感器，还可以是非晶传感器。另外，降低闪烁的方法不限于全部像素同时快门曝光或滚动快门曝光，其它方法也可以使用。
指纹图像的图形识别单元对于图像图形比较法、特征点比较法、频率分析法等任何一种方法都能适应。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以形成与本发明的上述实施例不同的方案。应该知道，本发明不限于说明书中描述的特定实施例，其保护范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种摄像装置，包括拍摄被拍摄体像的摄像单元，和设置在上述摄像单元上的滤光器，其特征在于上述滤光器减少引起闪烁的光的光量。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于上述光是荧光灯光。
3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于上述滤光器由硅制成。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于上述滤光器具有50～100微米的厚度。
5.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于上述滤光器由FOP制成。
6.一种摄像装置，其特征在于，包括拍摄被拍摄体像的摄像单元；设置在上述摄像单元的侧面的光源；遮挡来自上述光源的光的遮光部；引导来自上述光源的光的导光体。
全文摘要
本发明提供一种摄像装置，包括拍摄被拍摄体像的摄像单元，和设置在上述摄像单元上的滤光器，其特征在于上述滤光器减少引起闪烁的光的光量。
文档编号H04N5/374GK1716077SQ20051009032
公开日2006年1月4日 申请日期2003年9月12日 优先权日2002年9月13日
发明者桥本诚二 申请人:佳能株式会社