TW556439B - Color solid-state imaging apparatus - Google Patents

Description

556439 五、發明説明（ 發明背景 1.發明領域： 本發明係關於一種用於影像資訊裝置中的一彩色固態成 像裝置，例如一數位靜態照像機，一數位攝影機，一 p c (個人電腦）攝影機，及一行動電話攝影機（及包含一内 建“〜機的行動電活），其可十進位地讀取由其成像區段 所知到的影像資料。本發明亦關於使用這種彩色固態成像 裝置的影像資訊裝置。 ^ 2 ·相關技藝說明： 習用上，一使用整體像素資料讀取（漸進式掃描）方法的 彩色固怨成像裝置在一個讀取運作中即讀取整個像素資 料並使用如圖1 2所示的一貝爾（Bayer)陣列彩色濾光器， 其中一綠色（G)濾光器段落係提供在水平及垂直方向上的 間隔的每個像素上，藉以形成一方格紋路的圖案，而紅色 (R)及藍色（B )濾光器段落係提供在一交替的列上的像素位 置’且其中未提供綠色濾光器段落者。 圖1 3所示為G，R及B信號的空間解析度，其中资訊係由 在圖1 2的貝爾陣列中的所有像素來讀取。在圖丨3中，同時 在水平（X)及垂直（Y)方向上標示的數字，，丨”代表了由未使 用一彩色濾光器的一單色影像中取得的信號之Nyquista 限頻率。該綠色（G)信號，其對於亮度信號貢獻最多，其 同時在水平（X)及垂直（Y)方向上具有高解析度。其它兩個 信號成份，紅色（R)及藍色（B )信號，其在水平（X)及垂直 (Y)方向上具有相等的解析度，所以可以達到—良好平衡 4- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 訂 線 556439

的办色仏唬月千析度。因此，同時對於亮度及彩色信號可以 達到最有效率的空間解析度。 當使用具有圖1 2中所示的貝爾陣列結構之彩色;慮光器 時，一渭取仏唬的適當時序示於圖丨4。圖1 4所示為兩種 線，其中一種線對於每個像素週期（ = τ)交替地包含g&r k號，另一種線則對於每個像素週期（=丁）交替地包含〇及 B信號。這些線對於每個水平掃描週期（ = H)彼此交替。在 圖12所示的範例中，包含在一列中的像素數目為㈤，而包 含在一行中的像素數目為n，一對應用m個像素的信號可 在母個水平掃描週期（1 Η)中得到。 曰本公開出版編號9-312849，‘‘固態成像裝置，，（“ s〇nd-State Imaging Apparatus”），其提出一種資料讀取方法，其中由上述 的貝爾陣列彩色濾光器取得的像素資料係以一 1/2十進位 方式讀取。在此方法中，如圖丨5所示，對應用兩個相鄰列 中的像素之資料被讀取，然後對應於下兩列的像素之資料 被略過。此程序係依序地重複。其必須注意到，此處所謂 的”以一 1 / 2十進位方式讀取像素資料，，係代表對應於包含 在一像素陣列中的像素（R，G及B)之一半的資料被讀取。 但是’在上述的習用資料讀取方法中，一個欄區的像素 解析度被相當地降低。圖1 6 A , 1 6 B及1 6 C所示分別為R G及B信號的取樣點。如圖17所示，由圖16Α，16β及16(： 的取樣點所得到的R，G及B信號的空間解析度在水平方向 (X方向）為高，但在垂直方向（Y方向）相當地低，造成一非 常不平衡的解析度特性。因此，所得到的影像會因為其解

556439 A7 B7 五、發明説明（3 ) 析度在垂直方向上相當地低，而呈現不自然。在圖1 5的貝 爾陣列中，如果像素資料使用一交錯掃描法來讀取時，該 垂直解析度可稍微改善。但是，這種方法不能夠用於由一 欄區的像素得到一靜態影像，例如當一訊框在動態影像記 錄期間被記錄成一靜態影像時，該交錯的掃描方法不能夠 用於讀取像素資料。 發明概要 根據本發明一方面，本發明的一彩色固態成像裝置包 含：提供在一平面上的複數個像素裝置；一貝爾陣列彩色 滤光器，其包含第一到第三彩色濾光器段落，其係提供在 該複數個像素裝置，每個該第一到第三彩色濾光器段落對 應於居複數個像素裝置的個別一個；及一讀取像素位置選 擇區段，用於選擇讀取像素位置，使得在彼此交又的兩個 方向上，水平相鄰像素的第一像素配對（選擇兩個水平相 鄰像素的一第一像素單元）對應於一第一彩色遽光器段 落，及一第二彩色濾光器段落及一第三彩色濾光器段落之 一，而一垂直相鄰像素的第二像素配對（選擇兩個垂直相 鄰相素的一第二像素單元）對應於一第一彩色遽光器段 落，及該第二彩色濾光器段落與一第三彩色濾光器段落之 一或另一個，其皆提供來彼此交替，且在該交替的第一及 第二像素配對（單元）之間有（N-丨）對（單元）的未選擇像素 (N為一正整數）。因此，即可達到本發明的目的。 根據本發明另一方面，一彩色固態成像裝置包含··配置 成一矩陣的複數個像素裝置；一包含第一到第三彩色濾光 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐〉 556439 A7 B7 五、發明説明（4 器段落的彩色濾光器，其提供在複數個像素裝置上，該第 一衫色濾光器段落具有一第一空間特性，該第二彩色濾光 器段落具有一第二空間特性，而該第三彩色濾光器段落具 有一第二2間特性，其中該第一彩色濾光器段落提供在水 平及垂直方向上的每一個間隔的像素裝置上，而該第二及 第二彩色滤光器段落係直線連續地提供在剩餘的像素裝 置’其中違第一彩色遽光器段落並未提供，其以一交替的 方式在獨立的列中；以及一用於選擇讀取像素位置的讀取 像素位置選擇區段，使得該複數個像素裝置被區分成像素 單元’其方式為每個像素單元包含該複數個像素裝置的四 個像素裝置’其配置使得其具有兩個水平相鄰像素裝置及 兩個垂直相鄰像素裝置，一第一像素單元選擇兩個水平相 鄰像素裝置，其分別對應於一第一彩色濾光器段落及一第 二彩色濾光器段落，而一第二像素單元選擇兩個垂直相鄰 像素裝置’其分別對應於一第一彩色濾光器段落及一第三 滤光器段落。在此彩色固態成像裝置中，在彼此交又的兩 個方向上’該第一像素單元及該第二像素單元彼此交替， 而在該交替的第一及第二單元之間有（N -丨）個未選擇像素 的單元（N為一正整數）。因此，即可達到本發明的目的。 一個像素代表構成一影像的最小元素單元。一像素裝置 代表一成像裝置，例如一CCD( —像素信號產生器），用於 產生對應於一影像的一部份。在配置成一矩陣形式的複數 個成像裝置中，一水平方向及一垂直方向分別代表一列及 一行。當該正整數N為1時，所有配置成矩陣形式的像素皆 本紙張尺度通财S國家鮮(c⑽M規格(2iq χ挪公爱) 裝 訂

線 556439 A7 B7 五、發明説明（ 被選擇，所以該讀取像素位置係以圖2所示的方法來選 擇。該第一像素配對可為水平相鄰像素，其對應於一第一 彩色濾光器段落，及一第二或第三彩色濾光器段落。該第 二像素配對可為垂直相鄰像素，其對應於一第一彩色濾光 器丰又落及一第二或第一彩色;慮光器段落。在圖2中，粗線 係用來顯示該複數個像素裝置係區分成像素單元，其方式 為每個像素單元包含該複數個像素裝置的四個像素裝置， 其配置使得其具有兩個水平相鄰像素裝置及兩個垂直相鄰 相素裝置’而線X及γ代表該水平及垂直方向，即彼此交 又的兩個方向。 藉由上述的結構，即使當對應於包含在一貝爾陣列彩色 濾光器中的第一到第三彩色濾光器段落之像素信號係由十 進位化像素資料來得到，相較於讀取透過該貝爾陣列彩色 遽光器得到的像素資料之習用方法，一對應於由一攔區中 的影像所得到的該第一彩色濾光器段落之像素信號可具有 相當高的解析度，其同時在水平及垂直方向上皆可良好地 平衡。再者，對應於該第二彩色及第三彩色濾光器段落的 像素#號可同時在垂直及水平方向上具有相同的解析度， 所以可以達到良好平衡的彩色信號解析度。因此，對於袁 度及彩色信號可達到最有效率的解析度。 几 根據本發明，當該十進位率為1/2時，相較於讀取對應 於在該貝爾層中所有像素的資料之情況，當訊框率相S 時’讀取對應於一像素之資料所需要的時間將會加倍。另 外，當讀取對應於一像素的資料所需要的時間相同 — 本紙張尺度適用中國时X297公釐)_ 裝

線

556439

广輩框加倍。類似地，在-像素陣列中具有(N-1)配剑 (麻;^未選擇像素時（N為-正整數），相較於讀取了到 t 万二中所有像素之資料的情況，當根據本發明的 L:二相同時’讀取對應於一像素的資料所需要的時間可 ▲ 一徐1 仅率而加長。另外，當根據本發明來讀取對應 万:：像素的資料所需要的時間為相同時，該訊框率可根據 該十進位率而增加。 在根據本發明之該彩色固態成像裝置中，彼此交又的兩 個万向可為水平及垂直方向。另外，彼此交又的兩個方向 可為兩個不同的對角線方向1第_彩 光器段落’該第二彩色遽光器段落可為 ^苳而汶第二彩色濾光器段落可為一藍色濾光器段 落0 藉=上述的結構，當像素資料以1/2十進位方式讀取 時，當彼此交叉的兩個方向為水平及垂直方向時，兩個G 像素，其貢獻給一亮度信號最多，係由同時在水平及垂直 方向上又替的列及行來選擇，所以可以有效率地達到相當 高的解析度，其可在水平及垂直方向上良好地平衡。該二 及B像素係沿著對角線方向由交替的列及行中選出，所"以 可以達到同時在水平及垂直方向上相等的解析度。因此， 同時在水平及垂直方向上良好平衡的彩色信號解析度可以 有效率地達到。換言之，亮度及彩色信號皆可用最有效率 的方式得到。 > “員似於當彼此交叉的方向為水平及垂直方向而像素資料 __ _9_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Μ規格( χ 297公董）

裝 訂

線 J：)〇439

係以1 / 2十進位方式讀取時，例如在以下的狀況中：當彼此又叉的兩個方向為兩個不同的對角線方向(N =…寺， 像素資料係、以—1/4十進位方式讀取；當彼此交又的兩個 万向為水：及垂直方向(N = 2)時’像素資料係以一 "8十 進位方式讀取；或當彼此交叉的兩個方向為兩個不同對角線方向（N = 3)時，像素資料係以—1/18十進位方式讀取，其可有效率地達到同時在水平及垂直方向上良好平衡的彩 色信號解析度。 在根據本發明㈣彡色固態成像裝置中，相較於讀取對應 於所有像素之資料的情況，一訊框率可為相同，而一像‘ 讀取期間可增加2N2倍。 、 在根據本發明㈣色目態成像裝置巾，_於讀取對應 於所有像素之資料的情況，讀取一個像素所需要的時間‘ 為相同，而該訊框率可增加2 n 2倍。 、在根據本發明的彩色固態成像裝置中，相較於讀取對應 於所有像素之資料的情況，一訊框率可為相同，而一像素 讀取期間可增加4N2倍。 ·、 在根據本發明的彩色固態成像裝置中，相較於讀取對應 於所有像素之資料的情泥，讀取—個像素所需要的時間可 為相同，而該訊框率可增加4N2倍。 在根據本發明的彩色固態成像裝置中，_系列的水平讀 取運作可被執行，藉以一列一列地讀取對應於選擇的像素 足賞料，而彩色信號處理可對於在雨個水平讀取運作中讀 取的對應於選擇的像素之資料來執行。 :297公釐）

裝 訂

線 -10- 556439 A7 B7 五 發明説明（ 在根據本發明的彩色固態成像裝置中’一系列的水平讀 取運作可被執行’使得對應於在兩個相鄰列中交替選擇的 上方及下方列之資料可在每個系列的水平讀取運作中被讀 取’而彩色信號處理可對於在兩個水平讀取運作中對應於 交替選擇的像素之資料來執行。 在根據本發明的彩色固態成像裝置中，一系列的水平讀 取運作可被執行，藉以一列一列地讀取對應於選擇的像素 之資料，而彩色信號處理可對於在三個水平讀取運作中讀 取的對應於選擇的像素之資料來執行。 在根據本發明的彩色固態成像裝置中，一系列的水平讀 取運作可被執行’使得對應於在兩個相鄰列中交替選擇的 上方及下方列之貝料可在每個系列的水平讀取運作中被讀 取，而彩色信號處理可對於在四個水平讀取運作中對應於 又替選擇的像素之資料來執行。 根據本發明又另一方面，其提供一種影像資訊裝置，用 於使用根據本發明的彩色固態成像裝置來成像一物件。 因此，此處所述的本發明可能的好處在於提供：一種彩 色固悲成像裝置，其可有效率地達到由一欄區取得的影像 之良好平衡的水平及垂直解析度，吏當由—[爾陣列彩 色遽光器取得的像㈣料被十進位地讀取；以及使用這種 彩色固態成像裝置的影像資訊裝置。 本1明的这些及其它好處對於本技藝的專業人士將可在 閱讀及瞭解以下的詳細說明，並參考所附圖面而更加地瞭 解0 装 ij

556439 A7 -------___B7 五、發明説明（9 r --- 圖式簡單說明 圖1所TF為根據本發明的範例丨，一二維彩色固態成像裝 置的主要部份之結構的架構方塊圖。 圖2所示為在圖丨的彩色固態成像裝置的二維彩色濾光器 陣列中的讀取像素位置。 圖3A所示為圖2的綠色（G)像素（濾光器段落）之取樣位 置。 7 圖3 B所示為圖2的紅色（R)像素（濾光器段落）之取樣位 置。 7 圖3C所示為圖2的藍色（B)像素（濾光器段落）之取樣位 置。 7 圖4所示為使用圖丨之彩色固態成像裝置所得到的個別彩 色信號之空間解析度。 圖5所示為使用圖丨之彩色固態成像裝置所得到的像素信 號時序。 圖6所示為根據本發明的範例2，一彩色固態成像裝置的 主要部份之結構的架構方塊圖。 圖7所示為使用圖6的彩色固態成像裝置所得到像素作號 時序。 ， 圖8所示為根據本發明的讀取像素位置，以及在當像素 資料以1 /4十進位方式讀取的情況中，由配置在該讀取像 素位置中的像素所得到的彩色信號之空間解析度。 | 圖9所示為根據本發明的讀取像素位置，以及在當像素 資料以1 /8十進位方式讀取的情況中，由配置在該讀取像 I___ -12- I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公«) -------— 556439 A7 _ —___ B7 五、發明説明（10 ) 素位置中的像素所得到的彩色信號之空間解析度。 圖1 0所示為根據本發明的讀取像素位置，以及在當像素 貪料以1 / 1 6十進位方式讀取的情況中，由配置在該讀取像 素位置中的像素所得到的彩色信號之空間解析度。 圖1 1所示為根據本發明的讀取像素位置，以及在當像素 資料以1 /1 8十進位方式讀取的情況中，由配置在該讀取像 素位置中的像素所得到的彩色信號之空間解析度。 圖1 2所示為在一彩色固態成像裝置中提供的一貝爾陣列 彩色濾光器。 圖1 3所示為在當讀取所有在圖1 2的貝爾陣列中之像素的 資訊情況下所得到的個別彩色信號的空間解析度。 圖1 4所示為在當讀取所有在圖丨2的貝爾陣列中之像素的 資訊情況下所得到的彩色信號時序。 圖1 5所示為在當對應於圖丨2的貝爾陣列中的像素資料以 1 / 2十進位方式讀取的情況下，習用的讀取像素位置。 圖1 6 A所示為圖1 5的G像素（濾光器段落）之取樣的像素 位置。 ” 圖16B所示為圖15的民像素（濾光器段落）之取樣的像素 位置。 ^ 圖1 6 C所示為圖1 5的B像素（濾光器段落）之取樣的像素 位置。 ” 圖1 7所示為在當讀取圖丨5的貝爾陣列中_半像素之資訊 的情況中取得的個別彩色信號之空間解析度。 圖1 8所示為根據本發明的讀取像素位置，其中像素資料

556439

Ί尔以一 :/ 3十進位方式讀取 圖1 9所示為根據本發明 ΛίίΖΛ_ &月的碩取像素位置，其中像素資步 係以一 4/5十進位方式讀取。 =20所示為_影像資訊裝置的結構性架構之方塊圖，^ 包，根據本發明的—彩色固態成像裝置。 厂 較佳具體實施例的說明 以下將參考所附圖面來說明根據譜明的範例…之采 色固態成像裝置。 (範例1 ) 圖1所不為根據本發明的範例1之二維彩色固態成像裝置 1、足結構的架構方塊圖。圖2所示為在圖丨的二維彩色固態 成像裝置1的一維彩色濾光器陣列中的讀取像素位置。 請參考圖1及2，該二維彩色固態成像裝置丨包含：提供 在一平面上的複數個成像裝置2(像素裝置）；一提供給複 數個成像裝置2的彩色濾光器（示於圖2); —垂直讀取電路 4 ’用於對於沿著垂直方向的每一列依序輸出一驅動信號 給每個成像裝置2 ;放大器電路5，其每個用於放大由該垂 直讀取電路4自一對應的成像裝置2讀取的一像素信號；切 換電路6，其每個用於傳送由一對應的放大器電路5放大的 信號；及一水平讀取電路7，用於控制該切換電路6。該垂 直讀取電路4及該水平讀取電路7係共同操作為一讀取像素 位置選擇區段，其根據本發明的一資料讀取方法，藉由依 序地選擇所需要的成像裝置2而以十進位的方式讀取像素 資料。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）

裝

線 556439 A7 _____ B7 五、發明説明（I2~Γ " ' " 該複數個成像裝置2係配置成列及行，藉此形成一矩 陣。每個成像裝置2係做為一像素信號產生器，例如一 CMOS成像森，一 CCD影像感測器等，並根據該影像光線的 位準來執行自一外部物件影像接收的影像光像之光電轉 換。或成像裝置2係配置成一矩陣，在每列中包含爪個像 素’在母行中包含η個像素。共有η條水平驅動線2 1 ,其彼 此平行。每個水平驅動線2丨係連接到m個成像裝置，並對 準於水平方向。共有m條垂直信號線2 2，其係彼此平行。 每條垂直信號線2 2連接到n個成像裝置2，並對準於垂直方 向。此處所謂的”水平及垂直方向，，可為任何彼此交又成直 角的兩個方向，例如該兩個方向可彼此交換。 該貝爾陣列彩色濾光器3係示於圖1 2，並提供給矩陣形 式的複數個成像裝置2(像素裝置）上，藉以覆蓋在接收影 像光線的該成像裝置2的表面。 該垂直讀取電路4輸出一驅動信號，藉以沿著該垂直方 向依序選擇每條水平驅動線21。 每個放大器電路5沿著該垂直方向提供在該m條垂直信 號線2 2對應之一個的輸出側，並放大一像素信號，其係以 一需要的放大倍率透過該垂直信號線2 2由該成像裝置2輸 每個切換電路6係提供在一對應的放大器電路5的輸出 側，並切斷（停止）由該對應的放大器電路5所放大的信 號’或根據來自該水平讀取電路7的切換控制信號輸出來 透過一水平輸出線6 1輸出一信號。 -15-

556439 A7 B7 五、發明説明（l3 該水平讀取電路7執行每個該切換電路6的Qn/off控制， 藉以選擇性地控制由該垂直讀取電路4所選擇的一列中每 個成像裝置2的信號。在範例1中，該垂直讀取電路*及該 水平讀取電路7係用於以一丨/2十進位方式讀取像素資料， 藉以讀取對應於提供在圖丨及2中圓圈所代表的讀取像素位 置中的像素資料，其在以下詳細說明。 上述的彩色固怨成像裝置1之像素信號讀取運作說明如 下。凊參考圖1，該垂直讀取電路4依序透過每條驅動線2 1 施加一驅動信號到一對應列中的成像裝置2。舉例而言， 孩垂直讀取電路4藉由透過一第一驅動線2丨施加一驅動信 號選擇在一第一列中的成像裝置2 ,而在該第一列中的成 像裝置2透過個別的垂直信號線2 2輸出像素信號。 接下來’該放大器電路5透過該個別的垂直信號線2 2來 接收該像素信號，並放大該像素信號。然後，該放大的像 素信號係選擇性地供應到該水平輸出線6 1 ,藉由執行該切 換電路6的On/Off控制，其時間在於由該水平讀取電路7將 該切換控制信號應用到該切換電路6，所以該像素信號透 過該水平輸出線6 1輸出成輸出信號〇 s，如圖5所示。 根據範例1之資料讀取方法現在將參考圖2的二維彩色濾 光器陣列來詳細說明。在圖2中，根據範例1的讀取像素位 置以圓圈代表。 在圖2中根據範例1的讀取像素位置中，當像素資料以一 1 / 2十進位方式讀取時，複數個四個連續像素的組合，其 每個包含一第一像素配對的水平相鄰G及r像素，及一第 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

線 556439 A7

二像素配對的垂直相鄰的G及B像辛，並 ,、々 不不共T揼罘一像素配 對及該第二像素配對交替地，由該陣列中所有複數個像素 中選出。圖2所示為根據範例丨中僅為該像素陣列一部份的 讀取像素位置。 該讀取像素位置的選擇使得該複數個像素裝置被區分成 像素單元，其方式為每個像素單元包含該複數個像素裝置 的四個像素裝置，其配置使得其具有兩個水平相鄰像素裝 置及兩個垂直相鄰像素裝置’ 一第一像素單元選擇兩個水 平相鄰像素裝置’其分別對應於一第一彩色濾光器段落及 一第二彩色濾光器段落，而一第二像素單元選擇兩個垂直 相鄰像素裝置，其分別對應於一第一彩色濾光器段落及一 第三彩色濾光器段落。在圖2中，粗線係用來顯示該複數 個像素裝置被區分成像素單元，其方式為每個像素單元包 含該複數個像素裝置的四個像素裝置，其配置使得其具有 兩個水平相鄰像素裝置及兩個垂直相鄰像素裝置，而線χ 及Υ代表水平及垂直方向，即彼此交又的兩個方向。 圖3 A，3 Β及3 C所示分別為G，R及Β像素（濾光器段落） 的位置，其係由圖2的讀取像素位置中選出。如圖3 a，3 B 及3 C中可以看出，該G像素係由同時在水平及垂直方向上 交替的列及行中選出，而該R及B像素係沿著該對角線方 向由交替的列及行中選出。圖4所示為由配置在上述的讀 取像素位置中的G，R及B像素所取得的G , R及B的空間解 析度。雖然未示於圖4，如圖1 3中所示同時在水平（χ)及 垂直（Y )方向上的數字’’ 1 ’’所代表的，一信號的N y q u i s t臨 -17· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

裝 訂

線 556439 A7 B7 五、發明説明（ 限頻率可由未使用一彩色濾光器的一單色影像來取得。當 該單色影像信號的像素空間週期為T時，該單色影像信號 的像素2間頻率fc係以fc = 1 / Τ來表示，因此該單色影像信 號的Nyquist頻率fN係表示,其被正規化到”〖，，。 如圖4所示，該G信號，其在該G，R及Β信號中對於一亮 度仏號貝獻取夕，其南畔析度同時在水平及垂直方向上最 高到該Nyquist臨限值的一半。該〇信號也在該對角線方向 上具有最南到万/2的高解析度。其它兩個彩色信號成份， R及B信號’ #同時在水平及垂直方向上具有最高到N—以 臨限值的-半之同樣的解析度。該R及B信號也在該對角 線方向上具有最高到万/4的同樣解析度，所以可以得到良 好平衡的彩色信號解析度。 在圖3A，3B及3C中所示的讀取像素位置上根據圖4的範 例1所得到的G，R及B信號的空間解析度，相較於在圖 16A，16B，16C所示的讀取像素位置上所得到的圖17之〇 R及B信號的習用空間解析度，其可瞭解到根據範例1的〇, R及B信號的解析度係、在關於該垂直方向增加到習用解析 度的兩倍，所以同時在水平及垂直方向上良好平衡的解析 度可對於該亮度及彩色信號來達到。因此，在以1/2十進 位万式讀取的像素資料的狀況中，對於該亮度及彩色信號 可以達到最有效率的空間解析度。 請參考圖1，該垂直讀取電路4依序對每一列產生一驅動 信號’而料平讀取電路7僅對於對應於該選擇的信號之 切換電路6來產生驅動信號 圖5所示為一輸出信號〇S的 -18· 本紙張尺纽财S ®家標準(CNS) A4規格(2l〇x297公釐) 556439 A7 B7

時序，其係由選擇性地施加由該水平讀取電路7產生的驅 動信號到該切換電路6所得到。如圖5所示，每個〇及汉信 號對應於-像素週期，即2T，及c^R像素週期係對於一 3H/2的週期來重複。該b信號對應於一像素週期（2丁），'而 - B像素週其係對-H/2的週期來重複。該像素週期 (G及R信號週期）對於該3H/2的週期重複，而該β像素週 期（B信號週期）係對H/2的週期彼此交替地重複，因此在 一 2 Η的週期中，可得到m個像素信號。 如上所述，對於所有G，R&B像素的彩色資訊可由在2片 週期内產生的像素信號來得到。因此，藉由對於每個则 期執行的彩色信號處理，由本發明範例丨所得到的彩色資 訊可比由習用方法所得到的更令人滿意。再者，相較於^ 考圖14所述的情況，其中對應於貝爾陣列中所有像素的資 料被讀取’當根據範例1的一訊框率，即一 1 H的週期 相同時，讀取對應於一像素的資料所需要的時間即加倍: 另外，當根據範例1來讀取對應於一像素的資料所需要的 時間相同時，該訊框率即加倍。此可利於在當一信號處理 速率有限制時，來增加一訊框率。(範例2) 圖6所示為根據本發明範例2之二維彩色固態成像裝置i ^ 之主要部份的結構之架構方塊圖。在圖6中，產生類似# 範例i中所述的那些效應之元素，係以^中所使用的相同 參考編號來標示，因此即省略其說明。 在圖6中’該二維彩色固態成像裝置丨|不同於圖丨的該二 -19- 本紙張尺度適用中國圏家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

装 訂 線 556439 A7 ---- —___Β7_____ 五、發明説明（l7 ) 、” '元色固怨成像裝置1 ’在於連接到該驅動線的像素之個 另J的組合。特定而言，在圖6中，一垂直讀取電路4 1連接 J以 Z型式排列的複數個驅動線2 3。在此結構中，該垂 直讀取電路4 1輸出一驅動信號，藉以沿著該垂直方向依序 地選擇連接到每個該z型式驅動線2 3的該成像裝置2。因 此’其執行一系列的水平讀取運作，使得對應於在兩個相 鄰列中交替選擇的上方及下方像素之資料在每個該系列的 水平讀取運作中被讀取.，而像素信號係由該選擇的成像裝 置2經由該垂直信號線22來輸出。 孩垂直讀取電路4 1經由該Z型驅動線2 3依序施加一驅動 信號到該成像裝置2，所以即可達到僅包含G像素資料的像 素信號，及包含R及B像素資料的像素信號。圖7所示為這 種像素信號的時序。特定而言，一 G信號對應於一像素週 期，即2 T ,而一 G像素週期係對一 1 Η週期來重複。每個 言系R及Β信號對應於一像素週期，即2 τ，且R及β像素週期 彼此交替，對於一 1 Η的週期來重複。1 η的G像素週期及 1 Η的R及Β像素週期彼此叉替，因此，在一 2 η的週期中， 可得到m個像素信號。類似於圖丨，圖6的像素陣列在每列 中包含m個像素，而在每行中包含^個像素。 在圖7中，所有G，R&B像素的彩色資訊可由s2H週期 中仔到的像素k號來取得。因此’藉由對於每個2 η週期執 行彩色信號處理，由本發明的範例2所得到的彩色資訊可 比由習用方法所得到的更為令人滿意。再者，在與圖5中 所述的情況類似之方法中，相較於參考圖1 4所述的情況， -20- ^紙浪尺度適用中國ί家標準(CNS) Α4規格(210X297公爱) " ----- 556439

二中係讀取在貝爾陣列中對應於所有像素的資#，當根據 =例2的訊框率，即—1H的週期，為相同時，讀取對應於 -像素所需要的時間即加倍。另彳，當根據範例2來讀取 • ί應方、I素έΚι貪料所需要的時間要相同時，該訊框率即 加倍。此可利於在當-信號處理速率有限制時，來增加-訊框率。 範例1及2已經對於該像素資料以一丨/2十進位方式讀取 的仏況來加以說明。但是，本發明並不限於這樣的特定情 ’兄舉例而s，像素貧料可以讀取成：根據圖$所示的讀 取像素位置之1 /4十進位方式；根據圖9所示的讀取像素位 置足1 / 8十進位方式；根據圖1 〇所示的讀取像素位置之 1 /1 6十進位方式；根據圖i i所示的讀取像素位置之1 ^ 8 十進位方式。在任何這些十進位速率下，彩色信號可同時 在垂直及水平方向上具有相等的解析度，所以可以達到良 好平衡的彩色信號解析度。（其應該注意到，此處所謂的 十進位速率係基於一面積比例，而圖8 _丨1所示僅為該個別 像素陣列的一部份。在圖8 - 1 1中，粗線係用來顯示該複數 個像素裝置係區分成像素單元，其方式為每個像素單元包 含该複數個像素裝置的四個像素裝置，其配置使得其具有 兩個水平相鄰像素裝置及兩個垂直相鄰像素裝置。在圖9 及1 1中’線X及Y代表水平及垂直方向，即彼此交又的兩 個方向。在圖8及1 0中，線u及V代表該對角線方向，即彼 此交又的兩個方向）。特別是，在圖1 1中，對應於兩個像 素的資料係由一整個像素陣列的部份來讀取，其包含六個 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

線 556439 A7 _ B7 五、發明説明（(9 Γ ^ ^ 列，每列包含一系列的六個像素。也就是說，要讀取的像 素資料係對應於由該整個像素陣列取得的像素資料之 2 / 3 6，即 1 /1 8。 在範例1及2中，讀取像素位置之選擇，使得在兩個彼此 交叉的方向上，一第一像素配對的水平相鄰像素（一第一 像素單元選擇兩個水平相鄰像素）對應於一第一彩色減光 器段落（G)及一第二彩色濾光器段落（R)，及一第二像素配 對的垂直相鄰像素（一第二像素單元選擇兩個水平相鄰像 素）對應於彼此交替的該第一彩色濾光器段落（G)及一第三 彩色/慮光器段落（B) ’而在該X替的第一及第二配對（單元） 之間有（N - 1)個配對（單元）的未選擇像素（n為一正整數）。 但是，本發明並不限於範例1及2中所述的情況。本發明可 包含該十進位率小於像是1 /2的情況（及一像素的利用率等 於或大於1 / 2 )。特定而言，讀取像素位置之選擇，使得在 彼此X叉的兩個方向上，一第一像素配對的水平相鄰像素 (一第一像素單元選擇水平相鄰像素）對應於一第一彩色遽 光器段落（G )，及一第二彩色濾光器段落（R)與一第三彩色 濾光器段落（B )之一，其交替於一第二像素配對的垂直相 鄰像素（一第二像素單元選擇兩個垂直相鄰像素）對應於一 第一彩色濾光器段落（G )，及一第二彩色濾光器段落（R)及 一第三彩色濾光器段落（B )中的另一個，而在該交替的第 一及第二配對之間有（N - 1)個配對（單元）的未選擇像素（N 為一正整數）。在這種情況的特定範例中，圖1 8所示為像 素資料係以一 2 4 / 3 6 -，即2 / 3 -的十進位方式來讀取的情 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) — 1 556439 A7 η—~ -—— Β:_, 五、發明説明b ) 况’而圖1 9所示為像素資料係以一 8 〇 / 1〇〇 -，即4 / 5 _的十 進位方式來讀取的情況。在圖1 8及l 9中，插入在該R，G 及B像素之間的記號·，，一一“代表由該記號所水平或垂直連接 的兩個像素構成一對像素，如上所述。 雖然在範例1及2中未做說明，如圖2 〇所示，根據本發明 的一彩色固態成像裝置可立即應用到一影像資訊裝置，例 如一數位靜態照像機，一數位攝影機，一 p C攝影機，及一 行動電話攝影機（即包含一内建攝影機的行動電話）。這種 包含孩彩色固態成像裝置的影像資訊裝置包含使用該彩色 固態成像裝置來成像一物件，其係以外部光線投射於其 上。孩成像資訊裝置的信號處理區段可對由該物件產生的 像素資料執行信號處理，所以該物件的影像資料可被產 生，且該物件的影像顯示在該影像資訊裝置的顯示區段 上。在此狀況中，即可達到與本發明的相同的那些效應。 也就是說，由一欄區取得的一影像的良好平衡的水平及垂 直解析度’可在當由該貝爾陣列彩色濾光器所產生的像素 >料被十進位地讀取時有效率地達到。

裝 訂

線 如上所述，根據本發明，即使當對應於包含在一貝爾 列杉色濾光器中第一到第三彩色濾光器段落的像素信號 由十進位化像素資料取得時，相較於習用方法中讀取由 貝爾陣㈣色光器取得的資料，對應於_第_彩色遽 器段落的像素信號，其係由一攔區中的影像取得，其可 有相當高的解析度，並同時在水平及垂直方向上達：良 的平衡。再者，對應於-第二彩色〉慮光器段落及—第三 -23-

Claims (1)

1. 556439 A BCD 申請專利範圍 1. 一種彩色固態成像裝置，其包含·· 提供在一平面上的複數個像素裝置； 一貝爾陣列彩色濾光器，其包含第一到第三彩色遽光 器段落，且其提供在該複數個像素裝置上，每個該第一 到第三彩色濾光器段落對應於該複數個像素裝置中個別 的一個；及 一讀取像素位置選擇區段，用於選擇讀取像素位置， 使得在彼此交又的兩個方向上，一水平相鄰像素的第一 像素配對對應於一第一彩色濾光器段落，及一第二彩色 濾光器段落及第三彩色濾光器段落之一，而一垂直相鄰 像素的第二像素配對對應於一第一彩色濾光器段落，及 该第二彩色濾光器段落與一第三彩色濾光器段落之一或 另一個，其皆提供為彼此交替，且在該交替的第一及第 二像素配對之間有（N-丨）對的未選擇像素（N為一正整 數）。 2·如申請專利範圍第丨項之彩色固態成像裝置，其中該彼 此X又的兩個方向為水平及垂直方向。 3·如申請專利範圍第丨項之彩色固態成像裝置，其中該彼 此父又的兩個方向為兩個不同的對角線方向。 4·如申請專利範圍第丨項之彩色固態成像裝置，其中該第 一彩色濾光器段落為一綠色濾光器段落，該第二彩色濾 光咨段洛為一紅色濾光器段落，及該第三彩色濾光器段 落為一藍色濾光器段落。 ：)·如申請專利範圍第2項之彩色固態成像裝置，其中相較

   -25- 556439 A8 B8 C8 _________ D8 六、申請專利範圍 於對應於所有像素資料皆被讀取的情況，一訊框率為相 同’且一像素讀取週期增加2N2倍。 6·如申請專利範圍第2項之彩色i態成像裝置，其中相較 於對應於所有像素資料皆被讀取的情況，讀取一個像素 所需要的時間為相同，且該訊框率增加2N2倍。 7. 如申請專利範圍第2項之彩色固態成像裝置，其中執行 一系列的水平讀取運作，藉以一列一列地讀取對應於選 擇的像素之資料，且彩色信號處理係對於在兩個水平讀 取運作中讀取之對應於選擇的像素之資料來執行。 8. 如申請專利範圍第2項之彩色固態成像裝置，其中執行 一系列的水平讀取運作，使得對應於在雨個相鄰列中交 替選擇的上方及下方像素之資料在每個該系列的水平讀 取運作中被讀取，且彩色信號處理係對於在兩個水平讀 取運作中讀取之對應於交替選擇的像素之資料來執行。' 9. 如申請專利範圍第3項之彩色固態成像裝置，其中相較 於對應於所有像素資料皆被讀取的情況一訊框率為相 同，且一像素讀取週期增加4 N2倍。 10. 如申請專利範圍第3項之彩色固態成像裝置，其中相較 於對應於所有像素資料皆被讀取的情況，讀取一個像素 所需要的時間為相同，且該訊框率增加4 N 2倍。 11. 如申請專利範圍第3項之彩色固態成像裝置，其中執行 一系列的水平讀取運作，藉以一列一列地讀取對應於選 擇的像素之資料，且彩色信號處理係對於在三個水平讀 取運作中讀取之對應於選擇的像素之資料來執行。 -26- 本紙張尺度適财國圏家標準(CNS) A4規格(21GX297公爱）---- 556439 A B c D 申請專利範圍 12·如申請專利範圍第3項之彩色固態成像裝置，其中執行 一系列的水平讀取運作，使得對應於在雨個相鄰列中交 替選擇的上方及下方像素之資料在每個該系列的水平讀 取運作中被讀取，且彩色信號處理係對於在四個水平讀 取運作中讀取之對應於交替選擇的像素之資料來執行。 13· —種使用如申請專利範圍第1項之彩色固態成像裝置來 成像一物件之影像資訊裝置。 H· —種彩色固態成像裝置，其包含： 配置在一矩陣中的複數個像素裝置； 一彩色濾光器，其包含第一到第三彩色濾光器段落， 並提供在該複數個像素裝置上，該第一彩色濾光器段落 具有一第一頻譜特性，該第二彩色濾光器段落具有一第 二頻譜特性，而該第三彩色濾光器段落具有一第三頻譜 特性’其中邊弟一彩色遽光器段落係提供在水平及垂直 方向上每個間隔的像素裝置上，而該第二及第三彩色遽 光器段落係直線連續地提供在剩餘的像素裝置上，其中 該第一彩色濾光器段落並未以一交替的方式提供在獨立 的列中；及 用於選擇讀取像素位置的一讀取像素位置選擇段落， 使仔4极數個像素裝置被區分成像素單元，其方式為每 個像素單元包含該複數個像素裝置的四個像素裝置，其 配置使得其具有兩個水平相鄰的像素裝置及兩個垂直相 鄰的像素裝置，一第一像素單元選擇分別對應於一第一 彩色遽光器段落及一第二彩色濾光器段落之兩個水平相 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 556439 A8 B8

   鄭像素裝置，而第-符主- 叨弟^像素早兀選擇分別對應於一第一彩 色濾光器段落及一筮二〜么.士， —布色濾光器段落之兩個垂直相鄰 像素裝置， …其一中’在：個彼此交又的方向上，該第一像素單元及 4罘一像素早7C彼此交替，且在該交替的第一及第二單 疋《間具有（Ν·1)單元的未選擇像素（Ν為-正整數）。 15·如：請專利範圍第14項之彩色固態成像裝置，其中該彼 此交叉的兩個方向為水平及垂直方向。 16.如：請專利範圍第14項之彩色固態成像裝置，其中該彼 此父又的兩個方向為兩個不同的對角線方向。 Π·如申請專利範圍第14項之彩色固態成像裝置，其中該第 一彩色濾光器段落為一綠色濾光器段落，該第二彩色濾 光器段落為一紅色濾光器段落，及該第三彩色濾光器段 洛為一藍色〉慮光器段落。 18·如申請專利範圍第丨5項之彩色固態成像裝置，其中相較 於對應於所有像素資料皆被讀取的情況，一訊框率為相 同，而一像素讀取週期增加2 Ν 2倍。 19·如申請專利範圍第1 5項之彩色固態成像裝置，其中相較 於對應於所有像素資料皆被讀取的情況，讀取一個像素 所需要的時間為相同，而該訊框率增加2 Ν2倍。 20·如申請專利範圍第1 5項之彩色固態成像裝置，其中執行 一系列的水平讀取運作，藉以一列一列地讀取對應於選 擇的像素之資料，而彩色信號處理係對於在兩個水平讀 取運作中讀取之對應於選擇的像素之資料來執行。 -28 - 本紙張尺度適用中國菌家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 556439

   21. 如申請專利範圍第15項之彩色固態成像裝置其中執行 一系列的水平讀取運作’使得對應於在兩個相鄰列中交 替選擇的上方及下方像素之料在每個該㈣的水平讀 取運作中被讀取，而彩色信號處理係對於在兩個水平讀 取運作中讀取之對應於交替選擇的像素之資料來執行。 22. 如申請專利範圍第16項之彩色固態成像裝置，其中相較 於對應於所有像素資料皆被讀取㈣況…訊框率為相 同，而一像素讀取週期增加4 N 2倍。 23. 如申請專利範圍第16項之彩色固態成像裝置，其中相較 於對應於所有像素資料皆被讀取的情況，讀取一個像素 所萵要的時間為相同，而該訊框率增加4 N 2倍。 24·如申請專利範圍第丨6項之彩色固態成像裝置，其中執行 一系列的水平讀取運作，藉以一列一列地讀取對應於選 擇的像素之频，而#色信號處理係冑於在三個水平讀 取運作中謂取之對應於選擇的像素之資料來執行。 25·如申請專利範圍第16項之彩色固態成像裝置，其中執行 系列的水平讀取運作，使得對應於在兩個相鄰列中交 替選擇的上方及下方像素之資料在每個該系列的水平讀 取運作中被讀取，而彩色信號處理係對於在四個水平讀 取運作中讀取之對應於交替選擇的像素之資料來執行。" 26.—種使用如申請專利範圍第14項之彩色固態成像裝置來 成像一物件之影像資訊裝置。 -29- 本紙張尺度適用中國8家標準(CNS) A4規格(21G X 297公釐)' -----