CN1212669C - 固体摄像装置及固体摄像元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体摄像装置及固体摄像元件，目的是排除背景光的影响(逆光，过度曝光等)，拍摄清晰的物像。其手段是对一光电二极管设置两个电荷加法存储用CCD，将发光部点灯时和熄灯时的受光电荷分别加法存储于第1 CCD336a和第2 CCD336b。在加法存储模式终了后，一起取入电荷移送用的CCD寄存器333a、333b，同时进行位移，并在差分放大器334中输入该两CCD寄存器的串联输出，且输出差分信号。以使点灯时和熄灯时的背景光影响相抵消，只得到发光部照射光形成的物像。

Description

固体摄像装置及固体摄像元件
技术领域
本发明涉及CCD线性传感器或CCD图像传感器等的固体摄像元件，以及含固体摄像元件的固体摄像装置。
背景技术
近年来，所谓CCD线性传感器及CCD图像传感器等CCD型摄像元件被广泛地使用于固体摄像元件。
一般行间(interline)型CCD图像传感器中，受光元件(光电二极管)配置于水平及垂直方向，而在垂直方向排列的光电二极管列分别相邻设置有平行的垂直扫描用CCD位移寄存器，各垂直扫描用CCD位移寄存器的串行(serial)输出会被输入至水平扫描用CCD位移寄存器的各CCD。并且，利用光电二极管进行光电变换并存储的电荷会以预定的时间一起传送至邻接的垂直扫描用CCD，而且在每次预定的位移脉冲被输入时依次传送至垂直扫描用CCD。另外，在垂直方向的每一条线上传送至水平扫描用CCD位移寄存器，而且在依次传送至水平扫描用CCD位移寄存器後作为时序模拟信号取出。
在使用这一类的固体摄像元件的数字式照相机等固体摄像装置中设有用以对光射入固体摄像元件进行控制的机械性或电气性的快门，外光只会在该快门开放时射入固体摄像元件的光电二极管，且对因此而形成的受光电荷加以存储。就入射光而言，有例如太阳光等自然光或萤光灯及电灯等照明光在被照物体反射而来的光，或者直接照射的光。或者在利用频闪闪光灯(strobo)等摄影用辅助光源时，由此辅助光源射出的光而形成的反射光。
如所如所周知，如果太阳光等背景光的光强度过大，则会形成所谓的逆光状态，曝光过度，而造成所期望的被照物体像黑暗不鲜明。并且，被照物体像与背景图像的境界不清晰。例如，就某种用途而言，有时被照物体背後所呈现的背景图像完全不需要，而只想要鲜明地描绘出所期望的被照物体像。这种情况虽然可以借助于使用电脑的图像处理来进行，但若被照物体像与背景图像的境界不明确的话，则将无法适当地切出被照物体像。
有鉴于上述课题，本发明的主要目的是在于提供一种可以去除或减低因周围的太阳光或室内灯光等背景光所造成的影响，而使得摄影者可以鲜明地摄取所期望的被照物体像的固体摄像装置及固体摄像元件。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的固体摄像装置的特征是，具备：
(a)由一个或复数个光电变换元件构成的受光机构；
(b)由对应于各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，并根据第1控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第1存储机构；
(c)由对应于各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，并根据第2控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第2存储机构；
(d)分别以预定的顺序串行移送存储于第1及第2存储机构中的信号电荷的第1及第2移送机构；
(e)向被照物体照射光强度会变化的光的发光机构；
(f)根据该发光机构的光强度变化来选择上述第1或第2存储机构，而输出能够使上述受光机构的受光电荷被加以存储的第1及第2控制信号的控制机构；以及
(g)计算出分别依次自第1及第2移送机构输出的信号电荷的差分，而按照时序输出的运算机构。
又，本发明的固体摄像元件的特征是，具备：
(a)由一个或复数个光电变换元件构成的受光机构；
(b)由对应与各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，且根据第1控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第1存储机构；
(c)由对应于各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，且根据第2控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第2存储机构；
(d)分别以预定的顺序串行移送存储与第1及第2存储机构中的信号电荷的第1及第2移送机构；
(e)向被照物体照射光强度会变化的光的发光机构；
(f)根据该发光机构的光强度变化来选择上述第1或第2存储机构，而输出能够使上述受光机构的受光电荷被加以存储的第1及第2控制信号的控制机构；以及
(g)计算出分别依次自第1及第2移送机构输出的信号电荷的差分，而按照时序输出的运算机构。
在此，所谓发光机构的光强度变化，是指至少变成强弱两种状态，例如典型的点灯及熄灯等两种状态。当光强度变化时，上述控制机构会在该发光机构点灯时输出第1控制信号，使受光电荷能够存储于第1存储机构中，熄灯时输出第2控制信号，使受光电荷能够存储于第2存储机构中。
就以往的固体摄像装置及固体摄像元件而言，光电变换元件(例如光电二极管)与电荷移送元件(例如CCD)是一对，在光电变换元件进行光电变换而取得的受光电荷会被传送至唯一的电荷移送用元件。而与相比，本发明的固体摄像装置及固体摄像元件中则是对一个光电变换元件至少设置两个电荷存储用元件，在光电变换元件进行光电变换而取得的受光电荷会被选择性地传送至任一个电荷存储用元件。例如，在发光机构点灯时，在受光机构所取得的受光电荷会根据控制机构的控制存储于第1存储机构中，在发光机构熄灯时，在受光机构所取得的受光电荷会根据控制机构的控制存储于第2存储机构中。如此被存储的信号电荷会利用第1及第2移送机构串行传送，然後如果提供给运算机构，则运算机构会依次输出在同一光电变换元件中点灯时与熄灯时所取得的信号电荷的差分。
背景光(太阳光或照明光等)及背景光的反射光在发光机构点灯时及熄灯时大致以相同的强度射入光电变换元件。另一方面，来自被发光机构的照射光照明的物体(下称「目的物体」)的反射光只在发光机构点灯期间射入。因此，若以上述方式求取其差分，则背景光的反射光信号会被抵消，而只剩下来自目的物体的反射光信号。在此，只要根据该信号形成图像，便能够取得只有目的物体清晰的图像。
本发明的固体摄像装置及固体摄像元件，可在上述记载的范围内取得各种形态。就具体的实施形态而言，例如第1及第2存储机构可分别兼具第1及第2移送机构，而以时间分割方式进行受光电荷的存储动作与存储後信号电荷的移送动作。采用这种结构，虽然不能够连续地取入受光信号，但却可以用少量元件完成，因此例如在一个半导体晶片上构成该固体摄像元件时，晶片的面积会变小。或者同一晶片面积时，可提高光电变换元件的搭载密度。
又，就其他的实施形态而言，可将存储于第1及第2存储机构的信号电荷一次传送到第1及第2移送机构，并且在第1及第2移送机构串行移送信号电荷的同时，第1及第2存储机构进行受光电荷的存储。如果采用这种结构，则大致可连续地取入受光信号。
又，本发明的固体摄像装置及固体摄像元件中，光电变换元件可排列成一维或二维状态。对于这样排列成一维或二维状态的元件列，从如何排列第1及第2存储机构、第1及第2移送机构的观点来看，可以有几个实施形态，亦即，其一实施形态是在光电变换元件列的相邻两侧分别配设第1及第2存储机构(兼具第1及第2移送机构)。就此构成而言，虽然为了配设电荷存储元件而占有较大的面积，且为了得到相同的光电变换元件数目而使得固体摄像元件变大，但是具有构造简单及制造成本低的优点。另一实施形态是光电变换元件列的相邻一侧交错地纵向排列第1及第2存储机构的电荷存储元件。就此构成而言，虽然必须使电荷存储元件小型化，但却具有使固体摄像元件小型化的优点。
又，如上所述将光电变换元件排列成二维时，只要采用在垂直方向的电荷移送时进行差分运算，然後再把差分信号送往成一列设置的水平方向的移送机构的结构即可。又可以采取在垂直方向的电荷移送时不进行差分运算，而在送往设置成两列的水平方向的移送机构後，针对两者的输出进行差分运算的结构。
但，在这种固体摄像装置中，如上所述为了抵消背景光的影响，而在发光机构的点灯时及熄灯时，背景光的反射光必须以几乎相同程度的强度射入光电变换元件。但是，该强度会因背景光而随着时间而变动(即使是在较短时间内)。具体地说，当背景光为萤光灯时，其发光强度是按照50Hz或60Hz的商用电源频率变动的。因此，如果发光机构的闪烁周期或点灯时的曝光周期(使外光射入光电变换元件的周期)与该背景光的光强度变动周期一致或接近，则难以抵消背景光的影响。因此，本发明的固体摄像装置，至少第1存储机构为可加法运算存储断续传送来的受光电荷的机构，在发光机构多次点灯时对断续传送来的受光电荷进行加法存储後移送。亦即，在这种结构中，是借助于比背景光的光强度的变动周期还要高的频率来使发光机构闪烁，在点灯时使受光机构曝光而取得的受光电荷会断续地加法存储于第1存储机构中。或者也可以使发光机构在点灯期间的曝光周期比背景光的光强度的变动周期来得短。借助于此，可以避免或减轻背景光的光强度变动的影响。
又，这种固体摄像装置，在光电变换元件中不产生曝光饱和的范围内，最好发光机构在点灯时的光强度大。但，由于LED或半导体激光器的元件性质的关系，每单位时间能够消耗的电功率有限，因此不能够无限制地增大光强度。在此，如上所述使发光机构复数次点灯时，只要使该点灯期间的负荷比小于1/2，便可增大光强。这样一来，如果增大一次点灯时的光强度，则会因为背景光的信号电荷与来自发光机构的照射光的信号电荷的相对比变大，而使得被照物体像更为清晰。又，由于熄灯时没有上述那样的限制，因此即使某中程度上拉长一次曝光的时间也不会有问题。
又，本发明的固体摄像装置，在原理上只要使点灯时光射入光电变换元件中的时间(下称「点灯时的曝光时间」)与熄灯时光射入光电变换元件中的时间(下称「熄灯时的曝光时间」)相同，背景光所造成的影响便会抵消。但，如果各元件特性不均一而造成对应于点灯时的信号电荷大于对应于熄灯时的信号电荷，则会在计算出差分时无法完全抵消背景光所造成的影响，而残留补偿电压(offset)。在此，为了回避该问题，只要以适当的比例使熄灯时的曝光时间设定为比点灯时的曝光时间还要长即可。
又，本发明的固体摄像装置，不仅可以利用具有某一波长的单色光源来取得明暗的图像信息，而且还可以利用具有多种波长的光源来取得具有颜色成份信息的图像。
又，本发明的固体摄像装置及固体摄像元件并非只限于所谓CCD型摄像元件，也可以适用于MOS型摄像元件。
使用本发明的固体摄像装置及固体摄像元件，可以排除或减低背景光的直接影响及来自所期望的被照物体以外的物体的反射光的影响，而能够得到所期望的被照物体的清晰的图像。因此，使用这种固体摄像装置及固体摄像元件，则比以往的技术更能够正确地识别或认识被照物体。
附图说明
图1是利用本发明之一实施例的固体摄像装置的条形码读取器的概略结构图。
图2是图1中的CCD线性传感器的要部结构图。
图3是图1的固体摄像装置的动作时间图。
图4是图1的固体摄像装置的动作模式图。
图5是本发明的其他实施例的CCD线性传感器的结构图。
图6是搭载图5的CCD线性传感器的固体摄像装置的动作时的时间图。
图7是本发明的其他实施例的CCD线性传感器的结构图。
图8是搭载图7的CCD线性传感器的固体摄像装置的动作时的时间图。
图9是本发明的固体摄像装置的CCD图像传感器之一例的结构图。
图10是利用搭载图9的CCD图像传感器的固体摄像装置的摄像机的结构图。
图11是图10的摄像机的摄影图像的模式图。
图12是本发明的固体摄像装置的CCD图像传感器的其他例的结构图。
图13是本发明的固体摄像装置的其他实施例的时间图。
图14是改变发光部的点灯期间的占空率时的时间图。
图15是本发明的固体摄像装置的光学系统的结构的变形例。
具体实施方式
鲜明举出几个例子来详细说明本发明的固体摄像装置及固体摄像元件。图1是利用本发明之一实施例的固体摄像装置10的条形码读取器的概略构成图。图2是图1中的CCD线性传感器13的要部结构图。
首先，图1所示的条形码读取器是由固体摄像装置10与信号处理部15构成的。此外，固体摄像装置10具备：集聚到来的光的透镜光学系统11；向被照物体(条形码)1照射辅助光的发光部12；将光信号变换成电气信号的CCD线性传感器13；以及控制发光部12及CCD线性传感器13的动作的时间控制部14。发光部12使用例如可以高速闪烁的LED。
如图2所示，CCD线性传感器13包含：由排列成一维状的多个光电二极管130构成的受光部131；分别配设于受光部131两侧，兼作存储机构与移送机构的第1，第2CCD位移寄存器133a、133b；设置于受光部131与第1、第2CCD位移寄存器133a、133b之间的第1、第2传送闸部132a、132b；及进行第1、第2CCD位移寄存器133a、133b的串行输出(模拟电压)的差分运算的差分放大器134。第1、第2CCD位移寄存器133a、133b分别具有纵列连接多个CCD的构成，一个光电二极管130的输出经由第1、第2传送闸部132a、132b连接于第1、第2CCD位移寄存器133a、133b的各CCD。又，受光部131附设有快门(图2中未图示)，受光部131会只在快门开放期间进行曝光。亦即，曝光时间是根据快门的开闭来进行控制的。
鲜明参照图3的时间图来说明图1的条形码读取器的读取动作。如上所述，在CCD线性传感器13中，由于存储机构兼用作移送机构，因此无法同时进行断续的电荷存储与信号读出。这里，在图3所示的电荷加法存储模式中，会在构成第1、第2CCD位移寄存器133a、133b的各CCD中存储信号电荷(利用受光部131的受光而取得)，接著在信号读出模式中，分别使第1、第2CCD位移寄存器133a、133b的信号电荷依次位移，而作为时序的信号电压读出。
时间控制部14会对发光部12传送图3(b)所示的闪烁控制信号。当闪烁控制信号为「1」时，发光部12会点灯，当闪烁控制信号为「0」时(参照图3(e)、(f))，发光部12会熄灯。并且，在电荷加法存储模式中，时间控制部14会把同步于上述闪烁动作的传送时间TG1，TG2(参照第3(e)，(f)图)提供给第1、第2传送闸部132a、132b。当传送时间TG1，TG2分别为「1」时，各光电二极管130的受光电荷会经由第1、第2传送闸部132a、132b传送至所对应的CCD中，且予以加法存储。借助于此，在第1、第2CCD位移寄存器133a、133b的各CCD中，如图3(c)、(d)所示，对应于断续曝光而取得的受光电荷会被加法存储。
另外，如图1所示，照明光等的背景光L1会照射于被照物体1，其反射光L1R会经由透镜光学系统11射入CCD线性传感器13。并且，在发光部12点灯期间，来自发光部12的照射光L2会照射于被照物体1，其反射光L2R也会射入CCD线性传感器13。而且，反射光L1R还包含背景光L1直接射入CCD线性传感器13中的部分。
再者，在第1CCD位移寄存器133a的各CCD中，在点灯时的曝光期间，对各光电二极管130所取得的L1R+L2R的入射光的受光电荷会被加法存储。另一方面，在第2CCD位移寄存器133b的各CCD中，在熄灯时的曝光期间，对各光电二极管130所取得的L1R的入射光的受光电荷会被加法存储。
一旦形成信号读出模式，则时间控制部14会将图3(g)所示的信号读出时间SCK输入第1、第2CCD位移寄存器133a、133b中。此刻，由於第1、第2传送闸部132a、132b不会进行传送动作，因此受光部131的受光电荷不会被传送至第1、第2CCD位移寄存器133a、133b，每个信号读出时间SCK，各CCD的存储电荷会一个一个地位移，而被输入至差分放大器134。在此，通常信号读出时间SCK可在多个时刻(2～4)使各CCD的存储电荷位移一个生成。
差分放大器134会对应于各光电二极管130输出点灯时的曝光期间与熄灯时的曝光期间分别被加法存储的信号电荷的差信号。如图4所示，因为入射光L1R的信号电荷是与第1、第2CCD位移寄存器133a、133b共同的，所以两者相异的入射光L2R的信号电荷会作为差信号被取得。因此，如果采用上述固体摄像装置10，则背景光L1所造成的反射影响会被抵消，而只有对应于照射光L2的受光信号会被取得，该照射光是来自具有预定的发光强度的发光部12的。又，由于信号处理部15会根据这样的信号来进行预定的资料处理，因此不受背景光影响的被照物体会更为清晰。如此一来，在图1所示的条形码读取器中，条形码的辨识率可以大幅度提高。
下面说明上述CCD线性传感器的变形例。图5是表示其他实施例的CCD线性传感器23的结构图。图6是搭载图5的CCD线性传感器23的固体摄像装置的动作时的时间图。
如图5所示，在此CCD线性传感器23中，在受光部231的一侧配置有一个光电二极管230对应两个CCD的CCD位移寄存器233。并且，传送闸部232会有选择地把光电二极管230的受光电荷传送至a或b的两个CCD。亦即，在电荷加法存储模式中，是根据传送时间TG1，TG2来交替地把受光电荷传送至a或b的CCD，然後进行加法存储。
此外，在信号读出模式中，会将读出时间(约为上述实施例的信号读出时间的2倍)输入至CCD位移寄存器233中(参照图6(a))。如果根据该读出时间使电荷依次位移到CCD位移寄存器233的各CCD，则于最终一级的CCD233b与前面的CCD233a的输出中会出现图6(c)、(b)所示的信号，如图6(d)所示，在每两个的信号读出时间，差分放大器234的输出中会取得所期望的差分信号。在此CCD线性传感器23的结构中，由于传送闸部232及CCD位移寄存器233是被配设于受光部231的一侧，因此具有缩小元件的晶片面积的优点。
图7是其他实施例的CCD线性传感器33的构成图。图8是搭载图7的CCD线性传感器33的固体摄像装置的动作时的时间图。在上述CCD线性传感器13、33中，电荷加法存储模式与信号读出模式在时间上加以分开。而在CCD线性传感器33中独立设置存储机构(第1、第2CCD寄存器336a、336b)与移送机构(第1、第2CCD位移寄存器333a、333b)，以能够大致连续地取入图像，且于其间配设第1、第2信号读出闸部337a、337b。
亦即，与上述实施例同样，对应于发光部12的点灯及熄灯，分别于第1、第2CCD寄存器336a、336b中反复加法存储信号电荷後，如果把读出闸传送时间RG提供给第1、第2信号读出闸部337a、337b，则存储电荷会经由第1、第2信号读出闸部337a、337b一次传送至第1、第2CCD位移寄存器333a、333b。传送後，第1、第2CCD寄存器336a、336b会再度开始进行加法存储。另一方面，第1、第2CCD位移寄存器333a、333b会根据信号读出时间SCK使信号依次位移。
借助于此，如果使用搭载此CCD线性传感器33的固体摄像装置，则可大致连续地取入图像，且几乎不会产生图像取入的空白期间(图3的信号读出时间)。
上述各实施例中，虽然包含在本发明的固体摄像装置中的固体摄像元件是以使用线性传感器为例，但是也可以使用图像传感器作为固体摄像元件。图9是表示此类CCD图像传感器43的要部结构图。在此，为了避免画面烦琐，而于图9中省略用以控制的信号线。
如图9所示，CCD图像传感器43具有：由配设于垂直方向(图9中的纵方向)及水平方向(图9中的横方向)的多各光电二极管430所构成的受光部431。在此，与图2所示的线性传感器的几个同样会在排列于垂直方向上的光电二极管列的两侧配设第1、第2传送闸部432a、432b与第1、第2CCD位移寄存器433a、433b(下称「垂直位移寄存器」)，并且各列的第1CCD垂直位移寄存器433a的串行输出会被输入至构成第1CCD水平位移寄存器434a的各CCD中，各列的第2CCD垂直位移寄存器433b的串行输出会被输入至构成第2CCD水平位移寄存器434b的各CCD中，而且第1、第2CCD水平位移寄存器434a、434b的输出会被提供给差分放大器435。
另外，在CCD图像传感器43中，排列于垂直方向的受光部431、第1、第2传送闸部432a、432b，以及第1、第2CCD垂直位移寄存器433a、433b的动作基本上与图2所示的CCD线性传感器13相同。亦即，在电荷加法存储模式中，在点灯时的曝光期间及熄灯时的曝光期间，会经由第1、第2传送闸部432a、432b分别将光电二极管430所取得的受光电荷传送至第1、第2CCD垂直位移寄存器433a、433b的各CCD中，然後予以加法存储。
在信号读出模式中，会向排列于水平方向的第1、第2CCD垂直位移寄存器433a、433b依次提供信号读出时间，并且将存储于各CCD中的信号电荷传送至第1，第2CCD水平位移寄存器434a、434b，而且经由第1、第2CCD水平位移寄存器434a、434b传送至差分放大器435，然後以时序方式取出差分信号。
图10是具备含有上述CCD图像传感器43的固体摄像装置40的摄像机的概略结构图。图11是使用该摄像机的摄影图像的模式图。该摄像机的结构基本上与前面的条形码读出器相同，固体摄像装置40得到的像素信号由图像处理部45处理后形成图像。图11(a)是仅根据对应于点灯时的曝光期间的信号电荷作成图像5a的例子，图11(b)是仅根据对应于熄灯时的曝光期间的信号电荷作成图像5b的例子(但是在实际装置中，不会作成这类图像)。由于来自发光部42的照射光L2的到达距离比较短，因此虽然光会到达近距离的被照物体2，但无法到达远方的物体3(即使可以到达，也是非常微弱)。因此，只有从被照物体2反射来的光L2R会在点灯时与熄灯时有所不同，并且在根据来自CCD图像传感器43的信号取得的图像5c中，如图11(c)所示，背景物体的图像3b几乎不会显现出，而只有取得清晰的被照物体的图像2c。
当然，上述CCD图像传感器的结构与CCD线性传感器的结构同样可以有各种变形。图12是CCD图像传感器的变形例。该例中，在每一条垂直线(亦即，第1、第2CCD垂直位移寄存器533a、533b)上分别设置差分放大器535，使得能够依次在水平方向CCD位移寄存器534取出这些差分放大器535的输出电压。并且，可以容易地把图5及图7所示的CCD线性传感器的结构用于CCD图像传感器中。
又，例如在图1所示的固体摄像装置中，发光部12的光强度愈大，被照物体像愈能够清晰地显现出。在此，发光强度是取决于所输入的电功率，但利用LED或半导体激光器作为发光部12时，每一单位时间的消耗电功率会有限度。亦即，单位时间内发光时间愈长，发光强度会越是可能降低。在上述各实施形态中，虽是将点灯期间(使发光部12，42闪烁时)的负荷比设定为50％，但只要缩小该负荷比(低于50％)，亦即使点灯时间要比熄灯时间来得小，便可增大点灯期间的发光强度。
又，图14是点灯期间的负荷比为50％时((a)～(c))与25％时((d)～(f))的时间图。如图14(a)所示，负荷比为50％时，在各点灯期间与熄灯期间中，较理想的是将全部期间设定曝光期间。相对的，如图14(d)所示，负荷比为25％时，由曝光效率的观点来看，虽在点灯期间，较理想的是将全部期间设定曝光期间，但熄灯期间，最好是把该期间的一部份设定为曝光期间。一般是使点灯时的曝光期间与熄灯时的曝光期间相同。在这样缩小负荷比时，点灯时的发光强度会增大(缩小负荷比的部份)。若增大发光强度，则会相对增大照射光的受光电荷量，比点灯时曝光期间的背景光的受光电荷量还要大。亦即，若将背景光的影响视为噪声，则信号噪声比S/N会改善。
在上述实施例中交替进行点灯时的曝光与熄灯时的曝光。根据上述理由，虽然点灯时的曝光必须断续进行，但熄灯时的曝光并非一定要断续进行，也可以一起进行。图13是该情况下的时间图。亦即，在一次电荷加法存储期间，只在预定时间内重复进行点灯与熄灯(参照图13(a)、(b))，然後把该点灯时所取得的受光电荷加法存储(参照图13(c)、(e))。然後在熄灯期间进行熄灯时的曝光(参照图13(d)、(f))。此刻，点灯时的曝光累积时间与熄灯时的曝光时间设定成相同。在此，由于受光元件或CCD是形成于一片半导体晶片上，因此特性较为完整。但是，如果其特性不均一，则即使点灯时的曝光时间与熄灯时的曝光时间相同，背景光的信号电荷(图4中的入射光L1R的信号电荷)在第1CCD位移寄存器与第2CCD位移寄存器还是可能不同。在这种情况下，在差分放大器的输出信号中，背景光的受光信号无法完全消除，会形成差值，而有可能导致被照物体像的可识别性变坏。在这里，可使熄灯时的曝光时间比点灯时的曝光时间长若干时间(例如百分之几的程度)，以此改善这种不均匀状况。这样一来，即使点灯一方的效率比熄灯一方的效率略胜一筹，背景光的影响还是会被完全消除。
此外，在本发明的固体摄像装置中，并非只取出点灯时与熄灯时的差分信号，根据所需，也可以进行通常的背景光摄影。例如，在图2的结构中，只要可以禁止在熄灯侧输入传送时间TG2，或者能够将差分放大器切换成加法运算动作，便可以容易地切换上述差分信号的取出及通常摄影信号的取出。
在图1及图9所示的结构中，若发光部为白色光源，则在CCD线性传感器或CCD图像传感器中可以取得黑白图像资料。又，如果是发红，蓝等单色光的光源，则可取得对应于该颜色的反射光的图像资料。因此，本发明的固体摄像装置在应用于彩色时，只要使电荷的存储机构与移送机构(或兼具两者的机构)对应于光的三原色(红，蓝，绿)，便可进行适当的变形。
具体地说，彩色化的方法有两种。在这里，针对适用于图1及图2的固体摄像装置的情况对该方法进行说明。
第1种方法是准备三原色(红，蓝，绿)的光源(例如LED)作为发光部12，同时对一个受光部131设置用以存储各光源点灯时及熄灯时的受光电荷的两对CCD位移寄存器。依序使三色的光源点灯，然後按照该点灯时间在分别对应的CCD位移寄存器中加法存储受光电荷，同时所有的光源在熄灯时的受光电荷也加法存储于各对应的其他CCD位移寄存器中。然後再对各颜色取点灯时及熄灯时的差分，便可分别取得三原色的图像信号。这种情况下的白色平衡调整，只要对各颜色调整驱动电流，或对各颜色调整各曝光时间即可。又，由于熄灯时的受光电荷与各颜色无关，可以通用，因此可以对应于受光部131的一次曝光切换三系统的电荷存储用CCD位移寄存器，或者也可以对应于一次曝光把加法存储于一系统的CCD位移寄存器的受光电荷通用于各颜色的差分运算。
第2种方法是利用附有滤色片的CCD，亦即使用同时点灯的三原色(红，蓝，绿)的光源或包含对应于该三原色的波长的光的白色光源作为发光部12，使来自该光源的照射光曝光，而将受光部131所产生的受光电荷分别传送至对应于各颜色设置的CCD寄存器(附有滤色片)。这种情况与上述第1方法有所不同，亦即可以同时曝光，而且白色平衡调整可调整光源的色温。具体地说，例如，在将三原色LED的光合成形成白色光时，只要调整各LED的驱动电流值，或调整各曝光时间即可。
又，以图像辨识为目的时(例如，以读取车牌为目的时)，并非一定要是全色彩，例如只要使用波长不同的两个以上的光源来进行上述的处理，便可以取得被照物体(目的物)的多个颜色的信息，借助于此，不但可以根据明暗(黑白)，甚至能够根据颜色信息来辨识图像。这样的处理有助于图像辨识率的提高。
本发明的固体摄像装置的具体应用例，譬如有汽车的车牌读取装置。对于被直接照射太阳光的车体而言，车牌的附近较暗时，或者对于汽车所设置的光源(车灯等)而言，车牌的附近较暗时，以往的固体摄像装置的曝光调整是以减少全体的曝光量来进行控制，因此往往难以辨识车牌的文字，而只能取得较暗的图像。而本发明的固体摄像装置，是以背景光的最大强度不会过度的方式来进行曝光调整，而使得发光部在照射光时，车牌不会形成阴影。如此一来，可以防止太阳光或汽车光源所造成的影响，进而能够取得鲜明的车牌。这样可以大幅度降低车牌辨识错误的机率。
当然，本发明的固体摄像装置还可以用于其他各种装置。例如，同步于电视图像之类具有周期性的图像，对曝光时间进行控制，能够只取出画面的图像。
此外，向来，单镜头反射式照相机等使用CCD传感器的焦点检测式自动聚焦的照相机的情况下，虽然对白色墙壁等景物不易对焦，但是若利用本发明的固体摄像装置，则即使是在白天或背景光较强的状况下，照样能够消除该背景光所造成的影响，能够容易地对所要的被照物体进行对焦。
图15是固体摄像装置的光学系统的结构的变形例。这种结构是共用利用半透明反射镜47取入外部的光，集光于CCD图像传感器43用的透镜，以及将来自发光部42的光照射於被照物体用的透镜。借助于此，由于可以从正面(亦即与取入光时大约相同的路线)对被照物体2进行照射，因此被照物体的阴影不会被摄取，而能够取得鲜明的被照物体像。
再者，上述各实施例为本发明的其中一例，只要不脱离其主旨范围，亦可进行适当的变形或修正。

Claims (8)

1.一种固体摄像装置，其特征是，具备：
(a)由一个或复数个光电变换元件构成的受光机构；
(b)由对应于各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，并根据第1控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第1存储机构；
(c)由对应于各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，并根据第2控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第2存储机构；
(d)分别以预定的顺序串行移送存储于第1及第2存储机构中的信号电荷的第1及第2移送机构；
(e)向被照物体照射光强度会变化的光的发光机构；
(f)根据该发光机构的光强度变化来选择上述第1或第2存储机构，而输出能够使上述受光机构的受光电荷被加以存储的第1及第2控制信号的控制机构；以及
(g)计算出分别依次自第1及第2移送机构输出的信号电荷的差分，而按照时序输出的运算机构。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征是，上述发光机构为闪烁发光装置，上述控制机构在该发光机构点灯时输出第1控制信号，而使受光电荷存储于第1存储机构，熄灯时输出第2控制信号，而使受光电荷存储于第2存储机构。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征是，其中第1存储机构及第2存储机构分别兼作为第1及第2移送机构，以时间分割方式进行受光电荷的存储动作与存储後信号电荷的移送动作。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征是，将存储于第1及第2存储机构的信号电荷一次传送到第1及第2移送机构，并且在第1及第2移送机构串行移送信号电荷的同时，第1及第2存储机构进行受光电荷的存储。
5.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征是，至少第1存储机构为可以对断续被传送的受光电荷进行加法存储的机构，当上述发光机构复数次点灯时，在对断续取得的受光电荷进行加法存储後进行移送。
6.一种固体摄像元件，其特征是，具备：
(a)由一个或复数个光电变换元件构成的受光机构；
(b)由对应于各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，且根据第1控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第1存储机构；
(c)由对应于各光电变换元件分别设置的一个或复数个电荷存储元件构成，且根据第2控制信号取入各光电变换元件的受光电荷加以存储的第2存储机构；
(d)分别以预定的顺序串行移送存储于第1及第2存储机构中的信号电荷的第1及第2移送机构；
(e)向被照物体照射光强度会变化的光的发光机构；
(f)根据该发光机构的光强度变化来选择上述第1或第2存储机构，而输出能够使上述受光机构的受光电荷被加以存储的第1及第2控制信号的控制机构；以及
(g)计算出分别依次自第1及第2移送机构输出的信号电荷的差分，而按照时序输出的运算机构。
7.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征是，其中第1存储机构及第2存储机构分别兼作为第1及第2移送机构，以时间分割方式进行受光电荷的存储动作与存储後信号电荷的移送动作。
8.根据权利要求6所述的固体摄像元件，其特征是，将存储于第1及第2存储机构的信号电荷一次传送到第1及第2移送机构，并且在第1及第2移送机构串行移送信号电荷的同时，第1及第2存储机构进行受光电荷的存储。
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