TW477148B - Linear tri-color image sensors - Google Patents

Description

Λ 五、 發明説明（ B7 關係 沔印， 謗影 由一 電子屮 或數位 目榡光 4模組 器，其反應於衝擊於該影像感應器上之光。每二檢測 產生一電子（充電）信號，其代表反射自目標之光強产' 4备 自所有光檢測器之電子信號係被讀出，然後，細又。來 、、Ά由一麵比 至數位轉換器所數位化，以產生目標之數 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1¾領域： 本發明大致關係於影像感應系統 於具有三色光檢測器之緣性影像感應器。地說 1¾背景： 已經有很多應用中， ,,而要一影像掃描手β 描物件轉換為電子格式 ， Ώ^ 茨格式可以隨後被分柘 配…紅。該電子格式係大致為掃描物件之：’ 像掃描系統之典型例子係為-掃描器及掃描：像。 書本或文件之一張纸。細由二 田 件係 浓、氏、、工由孩掃描器，紙張之 影像係被產生。 一影像掃描系統大致包含一感應模式，其將 學轉換成-影像。於光學轉換目標成為—影像：： 中4王要7C件為一影像感應器，其包含一陣列= 、乂 1乜唬或影像。 用於影像掃描系統中之影像感應器之一 V、為一線性 感應器，其包含三條光檢測器分別重疊，以選擇性透射谅 色器對齊每一光檢測器。第1圖例示一樣品線性感應器 100 ’其包含三列102 ’ 104，106光檢測器，每一列係於 一種透射滤色器後，該滤色器係感應於一特定光级區域。 例如，於列102，104及106中之所有光檢測器係分離重 第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X m公釐） 477148 A 7 B7 五、發明説明（） 疊，具有一紅滤色器，一綠濾色器及一藍遽色器因此， 影像感應器1 〇〇當於影像感應器1 〇〇中之光檢測器外露至 由白光源所照明之掃描物件時，同時產生三個電子信號。 相關於影像感應器1 00之值得注意問題之一是需要輔 助記憶體線緩衝器及處理，以重新包裝電子信號，以精確 地代表每一被對準之影像像素。因為於每一列中之三個光 檢測器並未實際對齊於一掃描點，由於光檢測器之列間之 間隙及分別支援光檢測器之相關電路之故，一像素對準處 理必須於電子信號或後續數位信號可以被使用前發生。 已經有若干努力以減少前述之對準問題。一方法是降 低於兩列檢測器間之間隙，藉由減少光檢測器之大小，使 得於每一列中之相關光檢測器可以勉強地對準。然而，光 檢測器大小之大量降低可能引入影像靈敏度問題。因此， 有需要一彩色感應器，其沒有對齊問題並需要最少記憶體 緩衝器及處理，以輸出可滿意類型及品質之影像影像信 號。 發明目的及概述： 本發明已經考慮到上述問題及需求，並特別應用於掃 描器，傳真機及照片拷貝機之影像感應器中。因為以下所 述之特性及優點，本發明可以有利地用於攜帶式掃描裝置 中 〇 一影像掃描系統大致包含一感應模組，其將一目標以 光學方式轉換為一影像。於感應模組中之主要元件為一影 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱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 477148 A 了 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 像感應器，其將目標以光學方式轉換為影像。當一影像掃 描系統使用所揭示之彩色影像感應器時，記憶體緩衝器及 用以重新包裝來自光檢測器之電子信號之處理可以被消 除，掃描速度可以被改良。另外，當一黑白掃描物件被掃 _描時，影像解析度係被固有地倍增，由於影像感應器中之 光檢測器之特有配置之故。 依據本發明之另一方面，所揭示之彩色影像感應器包 含一列光檢測器，每隔一光檢測器為一三角形及每隔一光 檢測器係為一上下顛倒之三角形；一由個別濾色元件作成 之濾色器，以一對一重疊對齊於光檢測器上；及其中每隔 一滤色元件具有一第一光譜透射特徵，每隔一濾色元件具 有一第二光譜透射特徵及一第二光譜透射特徵。 前述之目的及優點將配合以下說明及例示於附圖中 之實施例加以了解。 本發明之這些及其他特性，方面及優點將參考以下說 明，隨附申請專利範圍及附圖而變得更易了解，於圖式 中： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖式簡單說明： 第1圖為一示範性彩色影像感應器，其包含三列光檢測 斋 ， 第2A圖為依據本發明之一實施例之改良彩色影像感應 ， 第2Β圖示出相當於第2Α圖中之彩色影像感應器中之光檢 第4頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 477148 m 12, 年月 修正補充 \7 37 第的α 3/ 7 ?號專ilJ案外年/ >月修正 五、發明說明（ 測器之影像像素； 第2C圖示出相當於第2A圖中之彩色影像感應器中之取樣 彩色像素° 第3圖展示一組例示彩色像素中之色彩成份； 第4圖示出當影像感應器被用以掃描一黑白掃描物件時， 光檢測器係如何被考量的； 第5A圖例示可以用以讀取產生於第2A圖中之影像感應器 中之光檢測器中之電子信號之電路圖；及 第5B圖例示出一組用於第5A圖中之電路之控制信號。 圖號對照說明」^ (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 100 線性影像感應器 102 光檢測器 104 光檢測器 106 光檢測器 200 影像感應^ 302 像素 304 綠成份 306 紅成份 308 藍成份 502 影像感應器 503 光檢測器 504 多工器 508 二極體開關 510 移位暫存器 5 1 1 放大器 512 A/D轉換器 520 時鐘信號 530 數位信號 發明詳細說明： 於本發明之以下詳細說明中，各種特定 w w丄^ Μ系破說 明 ’以提供對本發明之完整了解。然而，對於熟 習於本技 訂--------線- 第5頁 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐

477148 五、發明說明（） 藝者而言，本發明可以不必這些細節就加以實施。於此之 說明及代表物係為熟習於本技藝者所使用之一般機構，以 最有效地傳送其工作之本質給其他本技藝者。於其他例子 中，已知方法，程序，元件及電路並未詳細描述，以避免 對本發明造成阻礙。 一彩色影像典型包含三強度影像，分別由外光至一彩 色物件之三原色成份加以產生。一曝光至三原色成份之常 用方法是使用包含多數-光檢測器之影像感應器，諸光檢測 器係重疊於一馬赛克濾色器上，該濾色器係由很多對齊每 一光檢測器之選擇性透射濾色器作成，使得第一，第二及 第三群光檢測器係分別感應可見光譜之紅，綠及藍區域。 因此’只有紅，綠及藍成份可以通過諸濾色器，使得三個 個別強度影像可以取得。 典型地’每一強度影像或更精確地說，其數位視覺係 為一陣列或矩陣之像素，諸.像素若以8位元精確度表示， 則具有0至255間之一值。或者，於一彩色影像中之每一 彩色像素C(i，j)為一向量像素，其可以被表示如下： 、，j)· .邱，从 其中（i，j)為一彩色影像像素之座標及C表示彩色影 像’及R ’ G，b為於彩色影像c中之個別三強度影像。 上述表不法同時指出一彩色像素只有於強度分量R(i ’ j)， 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21{3 x 297公餐） ----1 —--------------1---------^ (請先閱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 477148 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9α 12. 31 1； ^ at年α丨:丨vc 一r p—-------一 —___Β7 五、發明說明（） 0(1 j)及B(i，j)被對齊時，才可以有效表示，即所有的 均來自於一彩色物件之相同一點。 若於三強度影像中之相關一群組s像素具有相同值 時’即 R(1 ’ j) = G(i，j) = B(i，j)j寺，其中（i，j)係於 S 内， 於彩色物件中之一點相當於群組S必須被無色化，視覺上 由黑到白。相反地，若於每一個三強度影像中之群組s像 素具有不同值，即R(i，j)关G(i，j)咎B(i，j)，則於彩色 物件中之點相關於群組S應被看出為彩色。例如，一純紅， 綠或藍向量像素係被分別表示為C(i , j) = [255 0 0]T，c(i， j) = [〇 255 〇]?或 c(i , j) = [0 〇 255]T。為了 確保該彩色物件 可以被精確地產生於一影色影像中，一彩色攝影系統必須 被小心控制，以產生強度影像，其可以被組合以再生彩色 影像之色彩於所得彩色影像中。 依據本發明之一實施例，於此所考量之影像感應器係 為一線性陣列或線性感應器，其表示該影像感應器於—時 間中’產生一行之彩色信號。所有彩色信號之後續組成將 產生一彩色影像。在不損失原始性下，於此所例示之影像 感應器產生三色信號，紅，綠及藍強度信號，每一信號係 來自一被濾色之曝光。 第2A圖示出一改良影像感應器之佈局圖，其中可以 實施本發明。影像感應器200係製造於互補金氧半導體 (CMOS)或電荷耦合裝置（CCD)中，並包含多數三角形光檢 測器，前20個分別被標示為Gl，R2，G3，B4，G5，R6， G7，B8，G9，Rl〇，Gil，B12，G13，R14，G15，B16, 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 一 一"""' -----£---.-------------訂---------線 . Γ琦先閱讀背面之i意事項再填寫本 477148 Α7 Β7 修正 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（ G17，R18，G19 及 B20。 如於該圖所示，三角形光檢測器係被安排呈使得三角 形光檢測器沒有或最小垂直及水平間隙於所得彩色像素 間。更明白地說，所有（朝上）三角形光檢測器，例如G1， G3，G5，G7，G9，Gil，G13，G15，G17 及 G19 均被塗 覆或疊上一透過濾色器，其靈敏於”綠”光譜區域（及於此被 稱為綠檢測器），以及，所有顛倒三角形光檢測器，例如 R2，B4，R6，B8，RIO , B12 , Ri4 , B16 , R18 及 B20 係 被交替並個別地塗覆或重疊以對”紅”及"藍”光譜區靈敏之 透過型濾色器（於此稱紅及藍光檢測器）。明顯地示於該圖 中’這些紅及藍光檢測器係被相替以配置綠光檢測器。或 者，也可以說每一顛倒三角形（紅或藍）光檢測器被配置於 每兩三角形（綠）光檢測器之間。 另外’於此一顛倒三角形係為一三角形之互補形。換 句話說，當其大致被稱為一第一形為對一第二形之互補形 時’表示第一形係相當於弟一形’當上下顛倒時，可以互 鎖或匹配該第二形。例如，第2B圖例示另一可能形狀， 即一部份之形狀良好匹配於一相對上下顛倒形狀。應注意 的是-方形或-圓形並不被認為是互補，@為它不能以另 一正方形匹配。 由於此配置，來自影像咸麻哭 本心應為2〇〇之線信號之取樣係 為依序並均勻，可以由第2C圖看山 ^ „ 不 圃有出。更重要的是，該配 置減少了於水平方向中之兩相鄰糸 W心色像素間之間隙，這是 一般使用之正方形光檢測器所不能$ Ώ ^ ^ 丨1犯疋成的。因此，見於彩 第8頁 -----------------------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

477148 五、發明說明（ 色影像感應器中之對齊問題已經被大量地降低β 為了代表向量像素，第3圖示出一彩色像素係如何由 該特有配置形成，而不會引入像素對齊問題並可以參考第 2Α及2C圖加以了解。表300列出10個來自第2Α圖之影 像感應器200之取樣彩色像素。列302列出像素pi , Ρ2，...Ρ10。列304，306及308分別示出用於每一彩色像 素之綠’紅及藍成份。同時’於此表示，一紅，綠或藍光 檢測器表示一光檢測器只反應於紅，綠或藍色。 更明白地說，一來自每一綠檢測器之信號代表一彩色 像素之一成份，及一來自每一紅及藍光檢測器之個別信號 變成一相關一般成份於兩相鄰彩色像素中。例如，彩色向 量像素ρ 1及Ρ2具有來自兩不同綠光檢測器之一綠成份， 但分享相同來自相同紅及藍光檢測器之紅及藍信號。結 果，於兩彩色像素間之水平間隙係被減少，而不會造成影 像解析度之損失。再者，可以由第3圖配合第2Α圖看出’ 以光檢測器表示之彩色像素發生於一般間隔中。因此，保 護來自光檢測器之均勻取樣信號。 應指出上述有關本發明之說明係基於使用紅，綠及藍 光檢測器之實施法。熟習於本技藝者可以了解到，該說明 可等效地應用至當其他主或互補彩色濾色器被使用時。例 如，紫紅，黃及音係為另一組常用互補色，其可以用以產 生彩色影像。另外，令一組綠光檢測器互插或配置於交替 紅及藍光檢測器中並不是實施本發明之要求。然而，其為 實際上之較佳實施法，因為人類之視覺系統於一彩色譜 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) r -------------t--------I (請先閱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 五 A7 B7 發明說明（） 中’對於綠區域中之色彩係較其他色彩靈敏。

於很多應用中，一彩色影像感應器係用以掃描一非伞^ 物件或簡單地一黑白物件，例如，一教科書之一頁，遂 生黑白（灰或單色）影像。即，影像所反映的只有照度。 為了確保每一有色光檢測器產生等量反應於來自黑白掃 田物件之信號，一組加權係數係被用以平衡來自有色光檢 '則器之不同光譜反應係如下： kG

1 -967kR 5.360kB 其中k為一調整因素，並典型被設定至卜換句話說， 來自綠光檢測器之信號可以直接映圖至所得灰階影像，同 時，來自紅及藍光檢測之信號係被成比例加大，以予以被 晚圖至所得灰階影像上、结果’用於黑白掃描物件之影像 感應器之解析度係如於第4圖所示被本質上倍增，其中每 —光檢測器可以產生一影像像素於所得照度影像中。 現參考第5A圖’其中示出—簡化電路圖5〇〇,並係 用以讀取由影像感應器502中之光檢測器所產生之信號。 影像感應器502可以相當於第2八圖之影像感應器2〇°〇, 並包含多數安置呈線性方式之光檢測器5〇3。為了簡少於 水平方向中之對齊問題’光檢測器之形狀較佳係為三角 形》更明確地說，-列朝上三角形光檢測器係配置以_列 朝下三角形光檢測器，如於該圖中所清楚所示。 多工器504包含多數二極體開關5〇8，每一開關5〇8 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐 —I—-------------^--------- ί琦先閱讀背面之ii意?項再填寫本頁) 477148 Α7 |年 Β7 ]I'·'* 古. 五、發明說明（ 係連接至一光檢測器。於二極體開關5 〇 8中之每一開關係 個別地為一開關信號所控制。於光檢測器外露至一被照明 掃描物件時，一未示於該圖中之控制信號造成光檢測器， 更進一步累積光子’產生予以儲存於相關儲存電容中之電 荷信號（未示於圖中）及同時開關5 〇 8串列地導通。來自光 “測器之於鍺存電容中之電子信號然後被争列地讀出給 放大器5 1 1。 該讀出處理被移位暫存器510所完成，該暫存器510 典型包含相同於光檢測器之個別移位暫存器之數量。例 如’ 一脈衝Di係被饋送至移位暫存器5 1 0，及Di由一移 位暫存器移位至另一移位暫存器，藉由時鐘信號CLK。當 一移位暫存器輸出Di時，一於二極體開關508中之相關 開關被導通（即通過）及於相關儲存電容中之相關電子信號 係被由其間讀出。當Di通過時，於儲存電容中之電子信 號因此被串列移出，並隨後被A/D轉換器512所數位化。 第5B圖例示一時鐘信號520，很多之控制信號可以由該 仏號導出，SI，S2S3及S4係例示之控制信號（移位Di)， 其導通四個順序開關。來自A/D轉換器之數位信號53〇係 例示於第5 B圖中。 本發明已經以具有某些程度之特定性加以詳細說 明。可以為熟習於本技藝所了解的是，本案實施例之揭示 只作為例示，其各部件之配置及組合可以在不脫離申請專 利範圍所主張之精神及範圍下加以完成。例如，光檢測器 之較佳形狀為三角形，但熟習於本技藝者可以了解，其他 #11頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂---------線* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 r 丄 ) \ ί 477148 A7 B7 9fU2.Sl 修庀 年月丨]以— ^ V > >孑无 五、發明說明（ 光檢測器之形狀也可以被設計以使得有色光檢測器可以 接近及替換以減少對齊問題。因此，本發明之範圍係由ρ遺 附之申請專利範圍所定義，而不是前述之實施例之說明所 限定。 ----Γ--------裝--------訂---------線 (請先Μ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 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 477148 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ8 B8 C3 D8 f、申請寻利範圍 1 . 一種彩色影像感應器，至少包含： 一第一類型糸檢5器，靈敏於第一光譜區； 一第二類型光檢測器，靈敏於第二光譜區； 一第三類型光檢測器，靈敏於第三光譜區；及 該等三類型光檢測器係被安排呈一列並重覆圖案。 2.如申請專利範圍第1項所述之彩色影像感應器，其中上 述之第一光譜區，第二光譜區，及第三光譜區形成一互 補色組，其可以產生對於人1視覺系統之多數可見光。 3 .如申請專利範圍第2項所述之彩色影像感應器，其中上 述之第一光譜區為綠，第二光譜區為紅及第三光譜區為 藍。 4.如申請專利範圍第1項所述之彩色影像感應器，其中上 述之第一類型光檢測器係重疊以反應於第一光譜區之 第一透射濾色器； 第二類型光檢測器係重疊以反應於第二光譜區之第 二透射滤色器；及 第三類型光檢測器係重疊以反應於第三光譜區之第 三透射濾、色器。 5 .如申請專利範圍第4項所述之彩色影像感應器，其中至 少第一類型之光檢測器係發生於每隔一光檢測器之位 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)/V丨規烙（210 X 297公釐） 衣--------訂·--------. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477148 ：\8 B8 C8 08 t、申請專利範圍 置。 6. 如申請專利範圍第5項所述之彩色影像感應器，其中上 述之第一及第二類型之光檢測器係交替地内插於第一 — — - - …- · 類型之光檢測器。 7. 如申請專利範圍第1項所述之彩色影像感應器，其中上 述之第一類型光檢測器為三角形及每一第二及第三類 型光檢測器為互補之三角形。 8. 如申請專利範圍第7項所述之彩色影像感應器，其中上 述之第一類型光檢測器發生於每隔一光檢測器位置。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之彩色影像感應器，其中上 述之第二及第三類型之光檢測器為交換配置以第一類 型之光檢測器。 1 0. —種彩色影像感應器，至少包含： 一列光檢測器，每隔一光檢測器係為第一形狀，及 每隔一光檢測器為一第二形狀； 一遽色器，由安置於光檢測器上以一對一對齊之個 別濾色元件作成；及 其中每隔一；慮色元件具有一第一光譜透射特性，每 隔一濾色元件具有（i) 一第二光譜透射特徵及（ii)一第三 第u頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規恪（210 X 297公釐） -i i ! ifl ! ! Λ— I I I (請先閱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 477148

   11 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之彩色影像感應器，其中 上述之第一形狀及第二形狀係互補，使得於兩相鄰影像 像素間有一最小對齊間隙。 12·如申請專利範圍第1〇項所述之彩色影像感應器，其中 上述之第一形狀為三角形及第二形狀為上下顛倒之三 角形。 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項所述之彩色影像感應器，其中 上述之第一光譜透射特性為綠，第二光譜透射特性為 紅’及第三光譜透射特性為藍。 14.一種彩色影像感應器，至少包含： 一列三角形光檢測器； 一列上下顛倒之三角形光檢财器；及 每一三角形光檢測器係配置於兩上下顛倒三角形光 檢測器之間。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之彩色影像感應器，其中 上述之每一三角形光檢測器係被塗覆以一反應於第一 光譜區域之濾色器；上述之每隔〆上下顛倒三角形光檢 測器係被塗覆以一反應於第二光譜區域之濾色器；及每 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 煩讀委員明示年r另％日所提之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 多正本有無變更實質内容是否准予修iL:。 .- .線- 477148 A8 B8 C8 D8 ^、申請專利範圍 隔之另一上下顛倒三角形光檢測器係被塗覆以反應於 第三光譜區域之濾色器。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之彩色影像感應器，其中 上述之第一光譜區域相當於綠色，第二光譜區域相當於 紅色，及第三光譜區域相當於藍色。 1 7.如申請專利範圍第1 6項所述之彩色影像感應器，其中 當曝露至一非彩色掃描物件時，上述之每一光檢測器相 當於一所得影像之影像像素；其中上述之來自光檢測器 之信號係被由選擇自包含k，1 · 9 6 7 k及5 · 3 6 0 k之群組的 因素所調整，以產生所得λ影像。 1 8.如申請專利範圍第1 7項所述之彩色影像感應器，其中 上述之k被設定為一。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 费 訂---------線

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