TW503653B

TW503653B - Solid-state image pickup device and solid-state image pickup element

Info

Publication number: TW503653B
Application number: TW089124103A
Authority: TW
Inventors: Kunihiro Watanabe; Takeshi Yamamoto
Original assignee: Taiyo Yuden Kk; Kunihiro Watanabe; Micro Signal Co Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-09-21
Also published as: JP2001148808A; CN1297257A; EP1102324A1; US7023481B1; CN1212669C; JP4377013B2

Description

503653 91· 7. 年 } 12 五、發明説明（1 ) 〔技術領域〕本發明是有關c c D線性感知器或C C D圖像感知器等的固體攝像元件，及含固體攝像元件而構成的固體攝像裝置。〔習知技術〕近年來所謂C C D線性感知器及c C D圖像感知器等之C C D型攝像元件被廣泛地使用於固體攝像元件。一般行間（interline)型CCD圖像感知器中，受光元件 (光電二極體）是被配置於水平及垂直方向，且於垂直方向排列的光電二極體列分別設有鄰接平行的垂直掃描用 C CD位移暫存器，各垂直掃描用C CD位移暫存器的串聯（serial)輸出會被輸入至水平掃描用C C D位移暫存器的各C CD。並且，藉由光電二極體而光電變換儲存的電荷會以預定的時間來一起傳送至鄰接的垂直掃描用C C D，而且在每預定的位移脈衝被輸入時依次傳送至垂直掃描用 C C D。另外，在垂直方向的每一條線上傳送至水平掃描用CCD位移暫存器，而且在依次傳送至水平掃描用 C C D位移暫存器後作爲時序類比信號而取出。在使用這類的固體攝像元件的數位照相機等之固體攝像裝置中設有用以控制光的射入（對固體攝像元件）之機械性或電氣性的快門，外光只會在該快門開放時射入固體攝像兀件的光電一極體，且對因此而形成的受光電荷加以儲存。就入射光而言，例如有太陽光等自然光或螢光燈及本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297为舞） —-------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503653 ς·: Α7 Β7 年月Ε] 修正補充五、發明説明電燈等照明光在被照體反射而來的光，或者直接照射的光。或者在利用頻閃閃光燈（strobo)等攝影用輔助光源時，由此輔助光源射出的光而形成的反射光。【發明所欲解決的課題】強度過大，則會形成所期望的被照體像黑像的境界會形成不明後被照體的背後所呈要鮮明地描繪出所期電腦的畫像處理來進不明確的話，則將無目的是在於提供一種內燈光等的背景光所地攝取所期望的被照 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 習知，若太陽光等之背景光的光所謂的逆光狀態，曝光過度，而造成暗不鮮明。並且，被照體像與背景晝瞭。例如，就某種的用途而言，有時現的背景畫像會完全不需要，而只想望的被照體像。此情況雖可藉由使用行，但若被照體像與背景畫像的境界法適當地切出被照體像。有鑑於上述課題，本發明的主要可以去除或減低因周圍的太陽光或室造成的影響，而使得攝影者可以鮮明體像之固體攝像裝置及固體攝像元件。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製【用以解決課題的手段，及發明的實施形態】爲了解決上述問題，本發明之固體攝像裝置的特徵是具備= (a )由一個或複數個光電變換元件所構成之受光機構；及 (b )對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS〉A4規格（210X29V¥_ ) 503653 A7 B7 91, 7. 年 > ，， -r補充五、發明説明) 數個電荷儲存元件所構成’且按照第1控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第1儲存機構；及 (C)對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複數個電荷儲存元件所構成，且依照第2控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第2儲存機構；及 (d )分別以預定的順序來串聯移送儲存於第1及第 2儲存機構中的信號電荷之第1及第2移送機構；及 (e )朝向被照體照射光強度會變化的光之發光機構 :及 (f )依照該發光機構的光強度的變化來選擇上述第 1或第2儲存機構，而輸出應使上述受光機構的受光電荷儲存的第1及第2控制信號之控制機構；及 (g )算出分別依次自第1及第2移送機構輸出的信號電荷的差分，而時序輸出之運算機構。又，本發明之固體攝像元件的特徵是具備： (a )由一個或複數個光電變換元件所構成之受光機構；及 (b )對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複數個電荷儲存元件所構成，且按照第1控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第1儲存機構；及 (c )對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複數個電荷儲存元件所構成，且依照第2控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第2儲存機構；及 (d )分別以預定的順序來串聯移送儲存於第1及第本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297J^：) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503653 A7 B7 91，·：年月修正: 補尤五、發明説明G ) 2儲存機構中的信號電荷之第1及第2移送機構；及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (e )選擇上述第1或第2儲存機構，而輸出應使上述受光機構的受光電荷儲存的第1及第2控制信號之控制機構；及 (f )算出分別依次自第1及第2移送機構輸出的信號電荷的差分，而時序輸出之運算機構。在此，所謂發光機構的光強度變化，是指至少變化成強弱兩狀態者，例如典型的點燈及熄燈等兩狀態。當光強度變化時，上述控制機構會在該發光機構點燈時輸出第1 控制信號，而使受光電荷能夠儲存於第1儲存機構中，熄燈時輸出第2控制信號，而使受光電荷能夠儲存於第2儲存機構中。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製就以往的固體攝像裝置及固體攝像元件而言，是屬一對的光電變換元件（例如光電二極體）與電荷移送元件（例如C C D )，在光電變換元件進行光電變換而取得的受光電荷會被傳送至唯一的電荷移送用元件。相對的，就本發明的固體攝像裝置及固體攝像元件而言，是對一個光電變換元件至少設置兩個電荷儲存用元件，在光電變換元件進行光電變換而取得的受光電荷會被選擇性地傳送至任一個的電荷儲存用元件。例如，在發光機構點燈時，在受光機構所取得的受光電荷會根據控制機構的控制來儲存於第 1儲存機構中，在發光機構熄燈時，在受光機構所取得的受光電荷會根據控制機構的控制來儲存於第2儲存機構中。如此被儲存的信號電荷會利用第1及第2移送機構來串本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ291 今鳌） 503653 A7 B7 |91. 7. 12 ^年月；- 補充五、發明説明) 依次輸出在信號電荷的反射光會在的強度下射照射光（照光，會只在來求取其差只剩下來自號來形成畫可在上述記態而言，例移送機構，與儲存後信連續地取入例如在一個面積會變小的搭載密度 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 聯傳送，然後若賦予運算機構，則運算機構會同一光電變換元件中點燈時與熄燈時所取得的差分。背景光（太陽光或照明光等）及背景光的發光機構的點燈時及熄燈時大致形成同等程度入光電變換元件。另一方面，來自被發光機構明）的物體（以下稱爲「目的物體」）的反射發光機構點燈期間射入。因此，若以上述方式分的話，則背景光的反射光信號會被抵消，而目的物體的反射光號。在此’只要根據該信像’便能夠取只有目的物體被淸晰化的畫像。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明的固體攝像裝置及固體攝像元件，載的範圍內取得種種的形態。就具體的實施形如第1及第2儲存機構可分別兼具第1及第2 而以時間分割方式來進行受光電荷的儲存動作號電荷的移送動作。若利用此構成，則雖無法受光信號，但卻可以少數的元件來完成，因此半導體晶片上構成該固體攝像元件時，晶片的。或者同一晶片面積時，可提高光電變換元件又，就其他的實施形態而言，可將儲存於第1及第2 儲存機構的信號電荷一次傳送於第1及第2移送機構，並且在第1及第2移送機構串聯移送信號電荷的同時，第1 及第2儲存機構會進行受光電荷的儲存。若利用此構成，本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ291¥ ) 503653 A7 B7 年) 修五、發明説明) 則大致可連續地取入受光信號。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，本發明的固體攝像裝置及固體攝像元件中，光電變換元件可配列成一次元或二次元狀態。如此配列成一次元或二次元狀態的元件列，由如何配列第1及第2儲存機構，第1及第2移送機構的觀點來看，應可取得幾個的實施形態，亦即，其一實施形態是在光電變換元件列的鄰接兩側分別配設第1及第2儲存機構（兼具第1及第2移送機構）。就此構成而言，雖然爲了配設電荷儲存元件而佔有較廣的面積，且爲了取得同一光電變換元件而使得固體攝像元件變大，但是具有構造簡單及製造成本低的優點。另一實施形態是光電變換元件列的鄰接一側交互縱列第1 及第2儲存機構的電荷儲存元件。就此構成而言，雖然必須使電荷儲存元件小型化，但卻具有使固體攝像元件小型化的優點。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製又，如上述將光電變換元件配列成二次元時，只要在垂直方向的電荷移送時進行差分運算，然後再把差分信號送往設成一列水平方向的移送機構即可。又，亦可在垂直方向的電荷移送時不進行差分運算，而於送往設成兩列水平方向的移送機構後，針對兩者的輸出進行差分運算。但，在此固體攝像裝置中，如上述爲了抵消背景光的影響，而在發光機構的點燈時及熄燈時，背景光的反射光必須以幾乎相同程度的強度來射入光電變換元件。但，該強度會依背景光而時間性變動（即使是在較短時間的期間 )。具體而言，當背景光爲螢光燈時，其發光強度是以本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（ZlOX297^^：) 503653

A7 B7 五、發明説明6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 50Hz或60Hz的商用電源的頻率來變動。因此，若發光機構的閃爍週期或點燈時的曝光週期（使外光射入光電變換元件的週期）與該背景光的光強度變動週期一致或接近，則會難以抵消背景光的影響。因應於此，本發明的固體攝像裝置，至少第1儲存機構爲可加算地儲存斷續傳送來的受光電荷之機構，在發光機構複數次點燈時加算儲存斷續傳送來的受光電荷後移送。亦即，此構成中是藉由比背景光的光強度的變動週期還要高的頻率來使發光機構閃爍，在點燈時使受光機構曝光而取得的受光電荷會斷續地加算儲存於第1儲存機構中。或者亦可使發光機構在點燈期間的曝光週期比背景光的光強度的變動週期來得短。藉此，將可迴避或減輕背景光的光強度變動的影響。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製又，此固體攝像裝置，在光電變換元件中不產生曝光飽和的範圍內，最好發光機構在點燈時的光強度大。但，由於L E D或半導體雷射在元件的性質上每單位時間可消耗的電力有限，因此不能夠無限制地增大光強度。在此，如上述使發光機構複數次點燈時，只要使該點燈期間的負荷比小於1 / 2，便可增大發光強。如此一來，若增大一次點燈時的光強度，則會因爲背景光的信號電荷與來自發光機構的照射光的信號電荷的相對比變大，而使得被照體像更爲淸晰。又，由於熄燈時無上述那樣的限制，因此即使某程度上拉長一次的曝光時間也不會有問題。又，本發明的固體攝像裝置，原理上只要使點燈時光射入光電變換元件中的時間（以下稱爲「點燈時曝光時間本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS)A4規格（2i〇x29l今巷! 503653 ^ ________ 丨 91· 7 12

五、發明説明（b ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 」）與熄燈時光射入光電變換元件中的時間（以下稱爲Γ 熄燈時曝光時間」）相同，背景光所造成的影響便會被抵消。但，若各元件特定的不均一而造成對應於點燈時的信號電荷大於對應於熄燈時的信號電荷，則會在算出差分時無法完全抵消背景光所造成的影響，而殘留補償電壓。在此，爲了迴避該問題，只要以適當的比例使熄燈時的曝光時間設定成比點燈時的曝光時間還要長即可。又，本發明的固體攝像裝置，不僅可以利用具有某波長的單色光源來取得明暗的畫像資訊，而且還可以利用具有複數種波<長的光源來取得具有顏色成份資訊的畫像。又，本發明的固體攝像裝置及固體攝像元件並非只限於所謂的c C D型攝像元件，亦可適用於Μ 0 S型攝像元件。〔發明的效果〕經濟部智慧財產局員工消費合作社印製若利用本發明的固體攝像裝置及固體攝像元件，則可排除或減低背景光的直接影響及來自所期望的被照體以外的物體的反射光的影響，而使所期望的被照體能夠淸晰地圖像化。因此，若利用該固體攝像裝置及固體攝像元件，則比以往的技術更能夠正確地進行被照體的識別及認識。〔實施例〕以下，舉複數個例子來詳細說明本發明的固體攝像裝置及固體攝像元件。第1圖是利用本發明之一實施例的固本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇><297^律j 503653

五、發明説明) 體攝像裝置1 0的條碼讀取器的槪略構成圖。第2圖是第 1圖中的C C D線性感知器1 3的要部構成圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 首先，第1圖所示的條碼讀取器是由固體攝像裝置 1 〇與信號處理部1 5所構成。此外，固體攝像裝置1 〇具備：集聚到來的光的透鏡光學系1 1 ;及朝向被照體（條碼）1照射補助光的發光部1 2 ;及將光信號變換成電氣信號的C C D線性感知器1 3 ; 及控制發光部1 2及C C D線性感知器1 3的動作的時間控制部1 4。訂另外，發光部1 2，例如使用可高速閃爍的L E D。再者，C C D線性感知器1 3是包含：由配列成一次元狀的多數光電二極體1 3 0所構成的受光部1 3 1 ;及分別配設於受光部1 3 1的兩側，兼具儲存機構與移送機構的第1，第2CCD位移暫存器133a，經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 3 3 b ;及設置於受光部131與第1，第2CCD位移暫存器 13 3a, 1 3 3 b之間的第1 ,第2傳送閘部1 3 2 a ,1 3 2 b ;及進行第1，第2CCD位移暫存器133a， 1 3 3 b的串聯輸出（類比電壓）的差分運算的差分放大器 1 3 4 ° 本紙張又度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297/今嬖j >1503653 A7 B7 91· T 年五、發明説明（10 ) 又，第1，第2CCD位移暫存器133a， 1 3 3 b是具有分別縱列連接複數個C C D的構成，一個光電二極體1 3 0的輸出是經由第1，第2傳送閘部 132a， 132b來連接於第1，第2CCD位移暫存器133a， 133b的各CCD。又，受光部131附設有快門（第2圖中未圖示），受光部1 3 1會只在快門開放期間進行曝光。亦即，曝光時間是根據快門的開閉來進行控制。其次，參照第3圖的時間圖來說明第1圖的條碼讀取器的讀取動作。如上述，在C C D線性感知器1 3中，由於儲存機構兼用移送機構，因此無法同時進行斷續的電荷儲存與信號讀出。在此，於第3圖所示之電荷加算儲存模式中，會在構成第1，第2CCD位移暫存器133a， 1 3 3 b的各C C D中儲存信號電荷（利用受光部1 3 1 的受光而取得），接著在信號讀出模式中，分別使第1，第2CCD位移暫存器133a，133b的信號電荷依次位移，而作爲時序的信號電壓讀出。此外，時間控制部1 4會對發光部1 2傳送第3 ( b )圖所示的閃爍控制信號。當閃爍控制信號爲「1」時，發光部1 2會點燈，當閃爍控制信號爲「0」時（參照第 3(e), (f)圖），發光部12會熄燈。並且，在電荷加算儲存模式中，時間控制部1 4會在第1，第2傳送閘部1 3 2 a， 1 3 2 b中賦予同步於上述閃爍動作的傳送時間T G 1，T G 2 (參照第3 ( e )，（ f )圖）° 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297^巷） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 b 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503653 修正 A7 B7 于 7i “丨》Ά 士

确夕L 五、發明説明（11 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 當傳送時間T G 1，T G 2分別爲「1」時，各光電一^極體1 3 0的受光電荷會經由第1，第2傳送閘部1 3 2 a ，1 3 2 b來傳送至所對應的c CD中，且予以加算儲存。藉此，在第1，第2CCD位移暫存器133a， 1 33b的各CCD中，如第3(c)，（d)圖所示，對應於斷續的曝光而取得的受光電荷會被加算儲存。另外，如第1圖所示，照明光等的背景光L 1會照射於被照體1，其反射光L 1 R會經由透鏡光學系1 1來射入C C D線性感知器1 3。並且，在發光部1 2點燈的期間，來自發光部1 2的照射光L 2會照射於被照體1，其反射光L 2 R也會射入C C D線性感知器1 3。而且，反射光L 1 R還包含背景光L 1直接射入C C D線性感知器 1 3中者。再者，在第1 CCD位移暫存器1 3 3 a的各CCD 中，在點燈時的曝光期間，對各光電二極體1 3 0所取得的L 1 R + L 2 R的入射光的受光電荷會被加算儲存。另 b的各C C D中一方面，在第2 C CD位移暫存器經濟部智慧財產局員工消費合作社印製，在熄燈時的曝光期間，對各光電二極體1 3 0所取得的 L 1 R的入射光的受光電荷會被加算儲存。一旦形成信號讀出模式，則時間控制部1 4會將第3 (g )圖所示的信號讀出時間S C K輸入第1，第2 CCD位移暫存器133a， 133b中。此刻，由於第 1，第2傳送閘部1 3 2 a，1 3 2 b不會進行傳送動作，因此受光部1 3 1的受光電荷不會被傳送至第1，第2 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297//_ j 503653

五、發明説明（12 ) CCD位移暫存器133a， 133b,每個信號讀出時間S C K ,各C C D的儲存電荷會一個一個地位移，而被 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 輸入至差分放大器1 3 4。在此，一搬信號讀出時間 SCK可在複數個（2〜4)時脈，使各CCD的儲存電荷位移一個。又，差分放大器1 3 4會對應於各光電二極體1 3 0 來輸出點燈時曝光期間與熄燈時曝光期間所分別被加算儲存的信號電荷的差信號。如第4圖所示，因爲入射光 L 1 R的信號電荷是共通於弟1，弟2 C CDfii移暫存益 13 3a, 1 3 3 b，所以兩者相異的入射光L 2 R的信經濟部智慧財產局員工消費合作社印製號電荷會作爲差信號而被取得。因此，若利用上述固體攝像裝置1 0 ,則背景光L 1所造成的反射影響會被抵消，而只有對應於照射光L 2的受光信號會被取得，該照射光是來自具有預定的發光強度的發光部1 2。又，由於信號處理部1 5會根據這樣的信號來進行預定的資料處理，因此不受背景光影響的被照體會更爲淸晰。如此一來，在第 1圖所示的條碼讀取器中，條碼的辨識率可以大幅度地被提高。其次，說明上述C C D線性感知器的變形例。第5圖是表示其他實施例的C· C D線性感知器2 3的構成圖。第 6圖是表示搭載第5圖的C C D線性感知器2 3的固體攝像裝置的動作時的時間圖。如第5圖所示，在此C C D線性感知器2 3中，在受光部2 3 1的一側配列有一個光電二極體2 3 0對應兩個本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297^惹） 503653 A7 B7 9112修正年月Q / 、補充五、發明説明（13 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) CCD的CCD位移暫存器233。並且，傳送閘部 2 3 2會選擇性地把光電二極體2 3 0的受光電荷傳送至 a或b的兩個CCD。亦即，在電荷加算儲存丨吴式中，是根據傳送時間T G 1，T G 2來交替地把受光電荷傳送至 a或b的C C D，然後加算儲存。此外，在信號讀出模式中，會將讀出時間（約上述實施例的信號讀出時間的2倍）輸入至C C D位移暫存器 2 3 3中（參照第6圖（a ))。若根據該讀出時間來使電荷依次位移於C CD位移暫存器2 3 3的各C CD的話 ,則於最終段的C C D 2 3 3 b與前面C C D 2 3 3 a的輸出中會出現第6 ( c )，（ b )圖所示的信號，如第6 (d )圖所示，在每兩個的信號讀出時間，差分放大器 2 3 4的輸出中會取得所期望的差分信號。在此C C D線性感知器2 3的構成中，由於傳送閘部2 3 2及C C D位移暫存器2 3 3是被配設於受光部2 3 1的一側，因此具有縮小元件的晶片面積之優點。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第7圖是表示其他實施例的C C D線性感知器3 3的構成圖。第8圖是表示搭載第7圖的C C D線性感知器 3 3的固體攝像裝置的動作時的時間圖。在上述C C D線性感知器1 3，3 3中，電荷加算儲存模式與信號讀出模式會以時間加以分開。因應於此，在C C D線性感知器 33中會獨立設置儲存機構（第1，第2CCD暫存器 3 3 6 a , 3 3 6 b )與移送機構（第1，第2 C C D位移暫存器333a， 333b)，而使幾乎能夠連續地取本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 291 卿害j 503653

五、發明説明（14 ) 入畫像，且於其間配設第1，第2 fg號讚出閘部3 3 7 a ，3 3 7 b ° (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 亦即，與上述實施例同樣的，對應於發光部1 2的點燈及熄燈，而分別於第1，第2 C C D暫存器3 3 6 a， 3 3 6 b中重複加算儲存信號電荷後，若在第1，第2信

號讀出閘部3 3 7 a， 3 3 7 b中賦予讀出閘傳送時間R G，則儲存電荷會經由第1，第2信號讀出閘部3 3 7 a ，3 37b來一次傳送至第1,第2 CCD位移暫存器 333a, 333b。傳送後，第1，第2CCD暫存器 336a, 336b會再度開始加算儲存。另一方面，第 1，第2CCD位移暫存器333a， 333b會根據信號讀出時間S C K來使信號依次位移。藉此，若利用搭載此C C D線性感知器3 3的固體攝像裝置，則可大致連續地取入畫像，且幾乎不會產生畫像取入的空白期間（第3圖的信號讀出時間）。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製上述各實施例，雖然包含在本發明的固體攝像裝置中的固體攝像元件是以使用線性感知器爲例’但是也可以使用圖像感知器來作爲固體攝像元件。第9圖是表示此類的 C CD圖像感知器4 3的要部構成圖。在此，爲了避免圖面煩瑣，而於第9圖中省略用以控制的信號線。如第9圖所示，C C D圖像感知器4 3具有··由配設於垂直方向（第9圖中的縱方向）及水平方向（第9圖中的橫方向）的多數光電二極體4 3 0所構成的受光部 4 3 1。在此，與第2圖所示的線性感知器的構成同樣會本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210x291,荦） 503653 ΜΒ7

五、發明説明（15 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在配列於垂直方向上的光電二極體列的兩側配設第1 ’第 2傳送閘部432 a ’ 432b與第1 ’第2CCD位移暫存器4 3 3 a ’ 433b (以下稱爲「垂直位移暫存器」），並且各列的第1CCD垂直位移暫存器4 3 3 a的串聯輸出會被輸入至構成弟1 C C D水平位移暫存益 4 3 4 a的各C CD中，各列的第2 C CD垂直位移暫存器4 3 3 b的串聯輸出會被輸入至構成第2 C C D水平位移暫存器434b的各CCD中，而且第1 ，第2CCD 水平位移暫存器4 3 4 a ’ 4 3 4 b的輸出會被供應給差分放大器4 3 5。另外，在C C D圖像感知器4 3中，配列於垂直方向的受光部43 1，及第1，第2傳送閘部432a， 432b，以及第1，第2CCD垂直位移暫存器 433a ，433b的動作，基本上是與第2圖所示的 C C D線性感知器1 3相同。亦即，在電荷加算儲存模式中，在點燈時的曝光期間及熄燈時的曝光期間，會經由第 1，第2傳送閘部4 3 2 a，4 3 2 b來分別將光電二極經濟部智慧財產局員工消費合作社印製體430所取得受光電荷傳送至第1 ，第2CCD垂直位移暫存器433a ，433b的各CCD中，然後予以加算儲存。再者，在信號讀出模式中，會在排列於水平方向的第 1 ，第2CCD垂直位移暫存器433a ，433b中依次供給信號讀出時間，並且將儲存於各C C D中的信號電荷傳送至第1 ，第2CCD水平位移暫存器434a ，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'犬297_今赛] 503653 A7 B7 91. 7 12 年>i π 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製玉、發明説明（16 ) 4 3 4 b，而且經由第1，第2 C CD水平位移暫存器 434a ，434b來傳送至差分放大器435 ’然後以時序方式來取出差分信號。第1 0圖是表示具備含上述c CD圖像感知器4 3的固體攝像裝置4 0的照相機的構成圖。第1 1圖是表示該照相機的攝影圖像的模式圖。該照相機的構成，基本上是與條碼讀取機相同，會在畫像處理部4 5處理固體攝像裝置4 0所取得的晝像信號，而形成畫像。第1 1 ( a )圖是僅根據對應於點燈時的曝光期間的信號電荷來作成晝像 5 a的例子，第1 1 ( b )圖是僅根據對應於熄燈時的曝光期間的信號電荷來作成晝像5 b的例子（但是在實際的裝置中，此類的圖像不會被作成）。由於來自發光部4 2 的照射光L 2的到達距離比較短，因此雖然光會到達近距離的被照體2，但無法到達遠方的物體3 (即使可以到達，也是非常微弱）。因此，只有從被照體2反射來的光 L 2 R會在點燈時與熄燈時有所不同，並且在根據來自 C C D圖像感知器4 3的信號而取得的畫像5 c中，如第 1 1 ( c )所示，背景物體的畫像3 b幾乎不會顯現出，而只有取得淸晰的被照體的畫像2 c。當然，上述C C D圖像感知器的構成與C C D線性感知器的構成同樣地可以實施各種的變形。第1 2圖是表示 C C D圖像感知器的變形例。該例中，會在每一條的垂直線（亦即，第1 ，第2 C C D垂直位移暫存器5 3 3 a， 5 3 3 b )上分別設置差分放大器5 3 5，而使能夠依次本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210父297_今售j (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 503653

A7 __ B7 五、發明説明（17 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在水平方向C CD位移暫存器5 3 4取出這些差分放大器 5 3 5的輸出電壓。並且，可以容易把第5圖及第7圖所示的C C D線性感知器的構成適用於C C D圖像感知器中又，例如在第1圖所示的固體攝像裝置中，發光部 1 2的光強度愈大，被照體像愈能夠淸晰地顯現出。在此 ’發光強度是依靠所輸入的電力，但若利用L E D或半導體雷射來作爲發光部1 2時，每一單位時間的消耗電力會有限度。亦即，單位時間內發光時間愈長，發光強度會愈可能降低。在上述各實施形態中，雖是將點燈期間（使發光部1 2 ’ 4 2閃爍時）的負荷比設定爲5 0 %，但只要縮小該負荷比（低於5 0 % )，亦即使點燈時間要比熄燈時間來得小，便可增大點燈期間的發光強度。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製又，第1 4圖是表示點燈期間的負荷比爲5 0 %時（ (a )〜（c ))與2 5 %時（（d )〜（f ))的時間圖。如第1 4 ( a )所示，負荷比爲5 0 %時，在各點燈期間與熄燈期間中，較理想是將全體期間設定曝光期間。相對的，如第1 4 ( d )所示，負荷比爲2 5 %時，由曝光效率的觀點來看，雖在點燈期間，較理想是將全體期間設定曝光期間，但熄燈期間，最好是把該期間的一部份設定爲曝光期間。一般是使點燈時的曝光期間與熄燈時的曝光期間形成相同。在這樣縮小負荷比時，點燈時的發光強度會增大（縮小負荷比的部份）。若增大發光強度，則會相對的增大照射光的受光電荷量，比點燈時曝光期間的背本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297J_ j 503653

五、發明説明（18 ) 景光的受光電荷量還要大。亦即，若將背景光的影響視爲雜訊，則S / N比會被改善。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在上述實施例中會交替進行點燈時的曝光與熄燈時的曝光。根據上述理由，雖點燈時的曝光必須斷續地進行，但熄燈時的曝光並非一定要斷續地進行，也可以一起進行。第1 3圖是表示該情況時的時間圖。亦即，在一次的電荷加算儲存期間，只在預定時間內重複進行點燈與熄燈（參照第1 3 ( a ) ，（ b )圖），然後加算儲存該點燈時所取得的受光電荷（參照第1 3 ( c ) ，（ e )圖）。然後在熄燈期間進行熄燈時的曝光（參照第1 3 ( d )，（ f )圖）。此刻，點燈時的曝光累積時間與熄燈時的曝光時間是設定成相同。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在此，由於受光元件或C C D是被形成於一片的半導體晶片上，因此特性較爲完整。但，若其特性不均一，則即使點燈時的曝光時間與熄燈時的曝光時間相同，背景光的信號電荷（第4圖中的入射光L 1 R的信號電荷）還是會在第1 C CD位移暫存器與第2 C CD位移暫存器形成不同。此情況，在差分放大器的輸出信號中，背景光的受光信號無法完全被消除，會形成差値，而有可能導致被照體像的識別性惡化。在此，可使熄燈時的曝光時間比點燈時的曝光時間長若干（例如數％程度），藉此來改善此不均一狀況。如此一來，即使點燈側的效率比熄燈側的效率略勝一籌，背景光的影響還是會被完全消除。此外，在本發明的固體攝像裝置中，並非只取出點燈本紙張尺度適用中.國國家標準（CMS ) A4規格（2i〇X297_M j 503653 4: A7 B7 修正1補充五、發明説明（19 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 時與熄燈時的差分信號，因應所需，也可以進行通常之背景光的攝影。例如，在第2圖的構成中，只要可以禁止在熄燈側輸入傳送時間T G 2，或者能夠將差分放大器切換成加算動作，便可以容易地切換上述差分信號的取出及通常攝影信號的取出。另外，在第1圖及第9圖中，若發光部爲白色光源，則在C C D線性感知器或C C D圖像感知器中可以取得黑白畫像資料。又，若爲放射紅，藍等單色光的光源，則可取得對應於該顏色的反射光的畫像資料。因此，本發明的固體攝像裝置在應用於彩色時，只要使電荷的儲存機構與移送機構（或兼具雙方的機構）對應於光的三原色（紅，藍，綠），便可進行適當的變形。具體而言，彩色化的方法有兩種。在此，針對適用於第1圖及第2圖的固體攝像裝置的情況來說明該方法。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製首先，第1種方法是準備三原色（紅，藍，綠）的光源（例如L E D )來作爲發光部1 2，並且對一個受光部 1 3 1設置用以儲存各光源的點燈時及熄燈時的受光電荷之兩對的C C D位移暫存器。依順序使三色的光源點燈，然後在按照該點燈時間而使分別對應的C C D位移暫存器中加算儲存受光電荷，同時所有的光源在熄燈時的受光電荷也會加算儲存於各對應的其他C C D位移暫存器中。然後再對各顏色取點燈時及熄燈時的差分，便可分別取得三原色的畫像信號。此情況白色均衡調整，只要對各顏色調整驅動電流，或對各顏色調整各曝光時間即可。又，由於本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297/令| ) 503653 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明h ) 熄燈時的受光電荷與各顏色無關可共通利用，因此可以對應於受光部131的一次曝光來切換三系統的電荷儲存用 CCD位移暫存器，或亦可對應於一次曝光來把加算儲存於一系統的C C D位移暫存器的受光電荷共通利用於各顏色的差分運算時。其次，第2種方法是利用附有濾色片的C C D ,亦即使用同時點燈的三原色（紅，藍，綠）的光源或包含對應於該三原色的波長光的白色光源來作爲發光部1 2，使來自該光源的照射光曝光，而將受光部1 3 1所產生的受光電荷分別傳送至對應於各顏色而設置的C C D暫存器（附有濾色片）。此情況與上述第1方法有所不同，亦即可同時曝光，而且白色均衡調整可調整光源的色溫度。具體而言，例如，藉由三元色LED光的合成來製成白色光時，只要調整各L E D的驅動電流値，或調整各曝光時間即可〇又，以畫像辨識爲目的時（例如，以讀取車牌爲目的時），並非一定要是全彩，例如只要使用波長不同的兩個以上的光源來進行上述的處理，便可取得被照體（目的物 )的複數個顏色資訊，藉此不但可以根據明暗（黑白），甚至能夠根據顏色資訊來辨識畫像。這樣的處理有助於畫像辨識率的提升。本發明的固體攝像裝置的具體應用例，譬如有汽車的車牌讀取裝置。對於被直接照射太陽光的車體而言，車牌的附近較暗時，或者對於汽車所設置的光源（車燈等）而本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297J濟） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

503653 A7 B7 修正 ‘補充五、發明説明匕1 ) θ，車牌的附近較日首時，以往的固體攝像裝置的曝光調整是以減少全體的曝光量來進行控制，因此大多是難以辨識車牌的文子，而只㊆取得較暗的畫像。相對的，本發明的固體攝像裝置，是以背景光的最大強度不會過度的方式來進fr曝光eil整，而使得發光部在照射光時，車牌不會形成陰影。如此一來，可以防止太陽光或汽車光源所造成的影響，進而能夠取得鮮明的車牌。藉此，可以大幅度地降低車牌的辨識錯誤機率。當然’本發明的固體攝像裝置可以利用於其他的各種裝置。例如，同步於電視晝像之類具有週期性的畫像，而來控制曝光時間，藉此使能夠只取出畫面的畫像。此外’就習知單眼反射式照相機等使用c C D感知器的焦點檢測式自動聚焦而言，雖然對白色牆壁等情況時不易對焦，但是若利用本發明的固體攝像裝置，則即使是在白天或背景光較強的狀況下，照樣能夠消除該背景光所造成的影響，而使能夠容易對所期望的被照體進行對焦。另外，第1 5圖是表示固體攝像裝置的光學系的構成變形例。此構成是共用：藉由半透明反射鏡4 7來取入外部的光，而供以集光於C C D圖像感知器4 3的透鏡，及供以將來自發光部4 2的光照射於被照體的透鏡。藉此，對被照體2而言，由於可從正面（亦即與取入光時約呈同一線上）來照射光，因此被照體的陰影不會被攝取，而能夠取得鮮明的被照體像。再者，上述各實施例爲本發明的其中一例，只要不脫本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297j^ j (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^^653 ^^653

A7 _ B7 五、發明説明) 離其主旨範圍，亦可進行適當的變形或修正。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〔圖面之簡單說明〕弟1圖是表不利用本發明之一實施例的固體攝像裝置白勺條碼讀取器的槪略構成圖。第2圖是表示第1圖中的C C D線性感知器的要部構成圖。第3圖是表示第1圖的固體攝像裝置的動作時間圖。第4圖是表示第1圖的固體攝像裝置的動作模式圖。第5圖是表示本發明的其他實施例的c C D線性感知器的構成圖。第6圖是表示搭載第5圖的C C D線性感知器的固體攝像裝置的動作時的時間圖。第7圖是表示本發明的其他實施例的c C D線性感知器的構成圖。第8圖是表示搭載第7圖的C C D線性感知器的固體攝像裝置的動作時的時間圖。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第9圖是表示本發明的固體攝像裝置的c C D圖像感知器之一例的構成圖。第1 0圖是表示利用搭載第9圖的C C D圖像感知器的固體攝像裝置的照相機的構成圖。第1 1圖是表示第1 〇圖的照相機的攝影圖像的模式圖。第1 2圖是表示本發明的固體攝像裝置的c C D圖像本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X 297/# j 503653 ^ SL 7· i 2 赛、王）早 A! H J I A7 .·長如六i B7 "Μ 八 ---—--— 五、發明説明h ) 成 K 構示的表例是他圖其 3 。的 1 圖器第間知時感的圖例施實他其的置裝像攝隱 ΜΉΗ 固的明發本的時率空佔的間期燈點的部光發變改示表是圖 4 1 ο 第圖間時構的系學光的置裝像攝澧 SUM 固的明發本示表是圖 5 ο 1 例第形變成 AS 照 3 被明：說 2 之，號 1 符

ο IX 1 2 1 1 ο τ—I 4 4 2 4 置裝系像學攝光部體鏡光固透發

器知感性線 D C C 3 3 3 2 3 IX

電光 ο 3 5 ο 3 4 ο 3 3 ο 3 2 ο 3 IX (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 體極經濟部智慧財產局員工消費合作社印製器大

a ，2 IX 0〇 3 4 2 ，， a 一—I CXI 3 3 IX IX 3 3 第 3 5 RH ，咅 1 閘 3 送 4 傳部光受

IX IX 3 4 b 2 3 IX 第 a 3 3 b ， 3 4 3 3 1 1

部闊器送存傳暫 2 移第位 : D b C 2 C 器存暫移位 D C C 2 第擴分差 5 3 5 5 3 4 4 3 3 4 3 2

剖制控間時 4 4 4 IX 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297_^ j A7 B7 91. 12 年月曰修正補充五、發明説明h ) 2 3 2 :傳送閘部 233 : CCD位移暫存器 333a, 333b: CCD位移暫存器 336a，336b:CCD 暫存器 4 3 : C C D圖像感知器 433a :第1CCD垂直位移暫存器 433b :第2CCD垂直位移暫存器 434a :第1CCD水平位移暫存器 434b :第2CCD水平位移暫存器 5 3 3 a :第2CCD垂直位移暫存器 5 3 4 :水平方向C CD位移暫存器 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297-M】

Claims

503653 A8 B8 C8 D8 91. 年 7. 12 η Λ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 1 1、一種固體攝像裝置，其特徵是具備： (a )由一個或.複數個光電變換元件所構成之受光機構；及 " (b )對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複數個電荷儲存元件所構成，且按照第1控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第1儲存機構；及 (c )對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複數個電荷儲存元件所構成，且依照第2控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第2儲存機構；及 (d )分別以預定的順序來串聯移送儲存於第1及第 2儲存機構中的信號電荷之第1及第2移送機構；及 (e )朝向被照體照射光強度會變化的光之發光機構 :及 (f )依照該發光機構的光強度的變化來選擇上述第 1或第2儲存機構，而輸出應使上述受光機構的受光電荷儲存的第1及第2控制信號之控制機構；及 (g )算出分別依次自第1及第2移送機構輸出的信號電荷的差分，而時序輸出之運算機構。 2、一種固體攝像元件，其特徵是具備： (a )由一個或複數個光電變換元件所構成之受光機構；及 (b )對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複數個電.荷儲存元件所構成，且按照第1控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第1儲存機構；及本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28 - Aw ^tTI (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 503653 A8 B8 C8 D8 亂7· 修正補无六、申請專利範圍 2 (C )對應於各光電變換元件而分別設置的一個或複數個電荷儲存元件所.搆成，且依照第2控制信號來取入各光電變換元件的受光電荷而儲存之第2儲存機構；及 (d )分別以預定的順序來串聯移送儲存於第1及第 2儲存機構中的信號電荷之第1及第2移送機構；及 (e )選擇上述第1或第2儲存機構，而輸出應使上述受光機構的受光電荷儲存的第1及第2控制信號之控制機構；及 (f )算出分別依次自第1及第2移送機構輸出的信號電荷的差分，而時序輸出之運算機構。 3、如申請專利範圍第1項之固體攝像裝置，其中上述發光機構爲閃爍者，上述控制機構在該發光機構閃爍诗輸出第1控制信號，而使受光電荷儲存於第1儲存機構，熄燈時輸出第2控制信號，而使受光電荷儲存於第2儲存機構。 4、如申請專利範圍第1項之固體攝像裝置，其中第 1儲存機構及第2儲存機構分別兼具第1及第2移送機捧 ’以時間分割方式來進行受光電荷的儲存動作與儲存後信號電荷的移送動作。 5、如申請專利範圍第2項之固體攝像元件，其中第 1儲存機構及第2儲存機構分別兼具第1及第2移送機構 ’以時間分割方式來進行受光電荷的儲存動作與儲存後信號電荷的移送動作。 - 6、如申請專利範圍第χ項之固體攝像裝置，其中將本^張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210/297公& :29- ： --------------IT----- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9L ? 12 年.¾ Η.;

503653 六、申請專利範圍 3 儲存於第1及第2儲存機構的信號電荷一次傳送於第1及第2移送機構，並且.在第1及第2移送機構串^移^口 ^ 電荷的同時，第1及第2儲存機構會進行受光電荷的儲存〇 7、如申請專利範圍第2項之固體攝像元件’其中將儲存於第1及第2儲存機構的信號電荷一次傳送於第1及第2移送機構，並且在第1及第2移送機構串聯移送信號電荷的同時，第1及第2儲存機構會進行受光電荷的儲存 8、如申請專利範圍第3項之固體攝像裝置，其中至少第1儲存機構爲可加算儲存斷續被傳送的受光電荷之機構，當上述發光機構在複數次點燈時，會在加算儲存斷續取得的受光電荷後移送。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝- 訂费經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -30 -