專利名稱：固態(tài)成像裝置驅(qū)動方法、固態(tài)成像裝置以及成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法、固態(tài)成像裝置、以及成像設(shè)備。 更具體地，本發(fā)明涉及用于X-Y尋址固態(tài)成像裝置(其典型例子是互補金屬 氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置圖像傳感器)的驅(qū)動方法、實現(xiàn)上面的驅(qū)動方法的 固態(tài)成像裝置、以及使用該固態(tài)成像裝置的成像設(shè)備。
本發(fā)明還有關(guān)固態(tài)成像設(shè)備以及圖像設(shè)備，且更具體地，有關(guān)其中將具 有用于生成亮度(Y)分量的基色分量(primary color component)和其它顏色分 量的濾色器布置在像素的表面上的固態(tài)成像設(shè)備，并且，還有關(guān)用固態(tài)成像 設(shè)備作為成像裝置的成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
如在例如日本未審專利申請公布第2004-266369號中所公布的，為了提 高固態(tài)成像裝置的幀速率，通常，通過將有關(guān)多個像素的信息相加來減少像 素信息量。
上述技術(shù)的例子如下。在圖1所示的拜爾圖案(Bayerpattern)的色彩編碼 (color coding)中，從3 x 3像素區(qū)域中提取并相加兩列和兩行中的相同顏色的 像素，同時，通過在不改變色彩空間重復(fù)圖案也不改變垂直、水平、以及傾斜方向上的像素節(jié)距比(pitchratio)的情況下保持原始的像素圖案，而將3 x 3 像素區(qū)域移動三個像素。
將位于奇數(shù)編號行中的紅(R)像素311、 313、 331、以及333相加，然后， 將所得的相加R信號定位在形心(centroid)A。類似地，通過從R像素311、 313、 331、和333水平移動三個像素，將綠(G)像素314、 316、 334、和336 相加，然后，將所得的相加G信號定位在形心B。通過進一步從G像素314、 316、 334、和336水平移動三個像素，將R信號317、 319、 337、和339相 加，然后，將所得的相加R信號定位在形心C。
然后，通過從R像素311、 313、 331、和333垂直移動三個像素，將位 于偶數(shù)編號行中的G像素341、 343、 361、和363相加，然后，將所得的相 加G信號定位在形心D。通過從G像素341、 343、 361、和363水平移動三 個像素，將藍(B)像素344、 346、 364、和366相加，然后，將所得的相加B 信號定位在形心E。以這種方式，通過在整個像素區(qū)域上如上所述將色彩像 素相加，可以將相同顏色的像素相加，同時保持原始的色彩圖案(color pattern),而不改變色彩空間重復(fù)圖案也不改變垂直、水平、以及傾斜方向上 的像素節(jié)距比。
在諸如數(shù)字靜物照相機和視頻照相機之類的成像設(shè)備中，被用作成像裝 置的固態(tài)成像設(shè)備的像素數(shù)正在增加，并且，具有幾百萬像素的固態(tài)成像設(shè) 備逐漸被廣泛使用。多像素成像裝置的使用旨在獲得高分辨率圖像。然而， 仍然存在對展示更高分辨率的固態(tài)成像設(shè)備的需要。
在單面板數(shù)字照相機中，固態(tài)成像設(shè)備中使用的濾色器的色彩圖案對獲 得高分辨率非常重要。該色彩圖案的典型例子是眾所周知且廣泛使用的拜爾 圖案。
拜爾圖案
拜爾圖案是如圖2所示的色彩圖案，其中在水平方向上(也在垂直方向 上)交替布置交替地具有G像素和R像素的GR線和交替地具有G像素和B 像素的GB線。這個拜爾圖案的特征在于將像素在垂直和水平方向上以規(guī) 則的像素間隔d(像素節(jié)距)布置在方格子(square lattice)中；并且這個方格子 圖案中的GRB顏色的G: R: B比為2: 1: 1。
現(xiàn)在通過分別考慮作為用于生成亮度(Y)分量的基色的G顏色和其它顏 色(即，R和B顏色)的特性，來描述拜爾圖案中的RGB顏色的空間頻率特性。
通常，根據(jù)方程(l)生成亮度信號Y。
<formula>formula see original document page 7</formula> (1)
方程(l)基于人類的眼睛對G顏色較敏感而對R和B顏色較不敏感的事 實。就是說，如果亮度(Y)分量需要高分辨率，則增加G顏色分量的分辨率 非常重要，而其它R和B顏色分量需要不算太高的分辨率。
圖3A和3B圖解了其中僅G像素被從拜爾圖案中抽出的G圖案。現(xiàn)在 結(jié)合圖3A和3B考慮空間頻率特性。如果將像素抽樣率(sampling rate)設(shè)置 為像素節(jié)距d，則G像素的抽樣率在垂直和水平方向上等于像素節(jié)距d，并 且，根據(jù)抽樣定理，可以收集頻率最高(l/2)fs(fs(^ 1/d):抽樣頻率)的信號分 量。就是說，根據(jù)理論閾值有可能收集由圖3A所示的半色調(diào)列(half-tone column)和空列(voided column)所指示的信號分量，而不可能收集具有超過這 個閾值頻率的更高的頻率的信號分量。
至于45。傾斜方向，由于G像素的抽樣率是d/V^，所以根據(jù)抽樣定理可 以收集最高(l/2V^)fs的信號分量。
類似地，下面考慮R和B像素的空間頻率特性。在這種情況中，由于R 和B像素的像素節(jié)距相同，所以下面僅描述R像素的空間頻率特性。
圖3C和3D示出了其中僅R像素被從拜爾圖案中抽出的R圖案。對于 R像素的空間頻率特性，由于R像素在垂直和水平方向上的抽樣率是2d, 所以根據(jù)抽樣定理可以收集頻率最高1/4fs的信號分量。在傾斜方向上，R 像素的抽樣率是d/V^，這樣，根據(jù)抽樣定理可以收集頻率最高(l/2V^)fs的 信號分量。
在圖3A至圖3D中，由空列和半色調(diào)列指示在垂直、水平、以及傾斜 方向上可以收集的閣值頻率分量。
圖4中示出了 G、 R和B像素的空間頻率特性。圖4示出，當(dāng)將抽樣率 設(shè)置到像素節(jié)距d(- 1/fs)時，G像素的空間頻率特性展示在垂直和水平方向 上最高1/2fs的分辨率以及在傾斜45。的方向上最高(l/2Vi)fs的分辨率，并 且，R像素的空間頻率特性展示在垂直和水平方向上最高1/4fs的分辨率和 在傾斜45。的方向上最高(l/2々)fs的分辨率，即，可以收集最高上述闊值頻 率的信號分量。
拜爾像素移動圖案除上述拜爾圖案之外，如在日本未審查的專利申請公布第10-262260號 中所公布的，已經(jīng)提出了諸如圖6A至6D所示的圖案之類的從圖3A至3D 所示的拜爾圖案移動45。后的圖案，即其中像素被布置為在垂直和水平方向 上被移動半個像素節(jié)距的修整拜爾圖案。
下文中把通過將拜爾圖案移動45。而產(chǎn)生的色彩圖案稱為"拜爾像素移 動圖案(Bayer pixel shifted pattern)"。在這個拜爾像素移動圖案中，由于抽樣 率結(jié)果為d/V5，其是拜爾圖案的抽樣率的1/V^倍，所以可以獲得比拜爾圖 案的分辨率更高的分辨率。
從另 一個視點看，如果在拜爾圖案和拜爾像素移動圖案中需要相同的分 辨率，則可以將拜爾像素移動圖案的抽樣率增加拜爾圖案的抽樣率的W倍。 換言之，通過使用拜爾像素移動圖案，可以以比拜爾圖案中的像素數(shù)更小的 像素數(shù)獲得相同的分辨率。結(jié)果，可以增加像素孔徑(pixel aperture),使得可 以提高像素的光感度，從而荻得具有高信噪(S/N)比的信號。
然而，拜爾像素移動圖案僅對非彩色(achromatic)的對象(subject)可以展 示高分辨率。這樣的原因如下。
圖5圖解拜爾像素移動圖案的色彩編碼。
圖6A和6B示出了其中僅G像素被從拜爾像素移動圖案中抽出的G圖 案。由于G像素在垂直和水平方向上的抽樣率是v^d，其比拜爾圖案中的G 像素在垂直和水平方向上的抽樣率d更大，所以拜爾像素移動圖案中的分辨 率比拜爾圖案中的分辨率低。另一方面，由于G像素在4S。傾斜方向上的抽 樣率d比拜爾圖案中45。傾斜方向上的抽樣率d/V^小，所以該分辨率比拜爾
圖案中的分辨率高。
類似地，考慮R像素和B像素的分辨率。由于R像素和B像素的像素 節(jié)距相同，所以下面僅描述R像素的分辨率。
圖6C和6D示出了其中僅R像素被從拜爾像素移動圖案中抽出的R圖 案。R像素在垂直和水平方向上的抽樣率是V^d,并且R像素在傾斜方向上 的抽樣率是2d。
在圖6A至6D中，可以由空列和半色調(diào)列指示在垂直、水平、以及傾 斜方向上可以收集的閾值頻率分量。
在圖7中示出G、 R和B像素的空間頻率特性。當(dāng)比較圖7和圖4時， 可以看出拜爾像素移動圖案的空間頻率特性與從拜爾圖案的空間頻率特性移動45°后的空間頻率特性相同。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高包括光電變換器的像素的有效完整性(effective integrity), —些 固態(tài)成像裝置使用接下來的所謂"傾斜像素圖案"。在這個傾斜像素圖案中， 從矩陣像素圖案，將偶數(shù)編號的列像素在列方向上相對于奇數(shù)編號的列像素 移位大約像素節(jié)距的1/2,并且，將偶數(shù)編號的行像素在行方向上相對于奇 數(shù)編號的行像素移位大約像素節(jié)距的1/2。當(dāng)將濾色器布置在具有這種傾斜 像素圖案的固態(tài)成像裝置上時，如圖8所示，拜爾圖案的色彩編碼被移動4 5 ° 。
在具有傾斜像素圖案的CMOS圖像傳感器中，當(dāng)線順序地讀取像素信 號時，在其中將像素100傾斜布置的像素區(qū)101中，如圖9所示，由垂直選 擇電路106驅(qū)動其中每個驅(qū)動線都以兩個之字形線連接到像素100的水平像 素驅(qū)動線組105,并且，將經(jīng)由水平像素驅(qū)動線組105選擇的之字形線的像 素100的信號存儲在列處理電路103中，每個列處理電路103經(jīng)由垂直信號 線組102而為一個列布置，每個垂直信號線為一個像素列布置。然后，經(jīng)由 水平選擇開關(guān)組107將存儲在列處理電路103中的像素100的信號順序讀出 到水平信號線108，其中由水平選擇電路104順序選擇該開關(guān)。
在這個讀取方法中，由于通過一個讀取操作可以讀取許多像素信號，所 以讀取速度快，但是另一方面，有必要同時讀出兩個相鄰行中的像素信號， 其靈活性更小。因此，當(dāng)在通過將拜爾圖案移動45。所生成的圖8所示的傾 斜像素圖案的色彩編碼中執(zhí)行像素相加時，與在拜爾圖案的色彩編碼中的像 素相加不同，相加信號的所得色彩圖案變得不同于原始色彩圖案，同時發(fā)現(xiàn) 難以保持相同的色彩空間重復(fù)圖案以及垂直、水平、和傾斜方向上相同的節(jié)距比。
在具有傾斜像素圖案的CMOS圖像傳感器中的又一個讀取方法中，如 圖10所示，在其中傾斜地布置了像素200的像素區(qū)201中，由垂直選擇電 路206驅(qū)動其中每個像素驅(qū)動線為一個像素行布置的水平像素驅(qū)動線組 205，并且，將經(jīng)由水平像素驅(qū)動線組205選擇的行的像素200的信號存儲 在列處理電路203中，每個列處理電路203經(jīng)由垂直信號線組202而為兩個 之字形列布置，每個信號線以相同的兩個之字形列連接到像素200。然后， 經(jīng)由水平開關(guān)組207將存儲在列處理電路203中的像素200的信號順序讀出到水平信號線208，其中由水平選擇電路204順序選擇該開關(guān)。
在這個讀取方法中，由于僅可以逐線讀出像素信號，所以難以實現(xiàn)快速 的讀取操作。另外，相鄰的奇數(shù)編號行和偶數(shù)編號行中的像素信號是經(jīng)由垂
直信號線組202中的相同垂直信號線讀出的，并且在相同的列電路203中處 理。因此，當(dāng)在通過從拜爾圖案移動45。后的如圖8所示的像素圖案的色彩 編碼中執(zhí)行像素相加時，相加信號的所得色彩圖案變得與原始色彩圖案不 同，同時發(fā)現(xiàn)難以保持相同的色彩空間重復(fù)圖案以及垂直、水平、和傾斜方 向上的相同節(jié)距比。
下面描述作為已知的色彩圖案的典型例子的拜爾像素移動圖案和拜爾 圖案之間的差異。
在拜爾像素移動圖案中，由于抽樣率是拜爾圖案的抽樣率的1/VI倍， 所以，只要針對非彩色的對象使用拜爾像素移動圖案，就可以獲得為拜爾圖 案的像素信息兩倍的像素信息。就是說，在拜爾像素移動圖案中可以獲得更 高的分辨率。換言之，拜爾像素移動圖案的使用展示了與具有較小數(shù)目像素 的拜爾像素的分辨率相同的分辨率，這使得有可能增加像素的孔徑，從而增 加像素的光感度，即S/N比。
僅以用于生成亮度(Y)分量的主要分量(primary component)的G像素的 觀點，拜爾像素移動圖案在垂直和水平方向上的抽樣率大于拜爾圖案的抽樣 率。這意味著拜爾圖案中的G像素在垂直和水平方向上的分辨率高于拜爾像 素移動圖案的相應(yīng)分辨率。換言之，只要關(guān)注G像素在垂直和水平方向上的 分辨率，則拜爾像素移動圖案就劣于拜爾圖案。
為了克服這一點，當(dāng)對非彩色的對象成像時，在照相機信號處理系統(tǒng)中 調(diào)整RGB平衡，即，施加增益使得RGB電平變相同。然后，假設(shè)R和B 電平等于G電平，生成亮度(Y)分量，并且,將Y分量的抽樣率處理為(1/V^)d， 從而在所有的垂直、水平、和傾斜方向上實現(xiàn)比拜爾圖案更高的分辨率。
然而，上述處理僅僅對非彩色的對象是有效的，而如果對彩色(chromatic) 的對象執(zhí)行相同的處理，則難以獲得高分辨率。另外，當(dāng)偏離電平平衡時， 如果假定R和B電平等于G電平而執(zhí)行處理，則難以在照相機信號處理系 統(tǒng)中執(zhí)行正確內(nèi)插處理，導(dǎo)致錯誤色彩的發(fā)生。
鑒于上述背景，有必要提供一種用于固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法，固態(tài)成 像裝置、以及成像設(shè)備，其中，在將傾斜像素圖案中的像素相加之后，可以保持原始的色彩圖案，而不改變色彩空間重復(fù)圖案或者垂直、水平、以及傾 斜方向上的節(jié)距比。
還有必要提供一種在不51起錯誤色彩的情況下對非彩色的對象和彩色 的對象二者都實現(xiàn)高分辨率的固態(tài)成像設(shè)備和成像設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了 一種用于具有像素傾斜布置的傾斜像素圖 案的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法。該驅(qū)動方法包括以下步驟在具有水平方向
上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域中，分別針對奇數(shù)編號的 行和偶數(shù)編號的行，將水平方向上的x個像素和垂直方向上的y個像素相加， 該x個像素和y個像素具有相同的顏色，其中n是為三或更大的奇數(shù)并且 n^^y;以及將水平方向上的x個像素和垂直方向上的y個像素重復(fù)相加， 同時在垂直或水平方向上將具有水平方向上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰 n個像素的區(qū)域移動m個像素，其中m是為三或更大的奇數(shù)。奇數(shù)編號行 的具有水平方向上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域和偶數(shù)編 號行的具有水平方向上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域之間 的空間位置關(guān)系使得它們在傾斜像素圖案的傾斜方向彼此移位m個像素。
通過如上所述地將像素相加，可以保持原始的色彩圖案，而不該變色彩 空間重復(fù)圖案或者垂直、水平、以及傾斜方向上的節(jié)距比。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，包括像素， 其包括被兩維地布置在矩陣中的光電變換器；以及濾色器，包括作為用于生 成亮度分量的主要分量的基色分量和其它顏色分量，該濾色器被布置在像素 的表面。將基色分量和其它顏色分量被布置為使得基色分量包圍其它顏色分 量?？梢允褂眠@個固態(tài)成像設(shè)備作為諸如數(shù)字靜物照相機或者視頻照相機之 類的成像設(shè)備中的成像裝置。
上面配置的固態(tài)成像設(shè)備或者使用該固態(tài)成像設(shè)備作為成像裝置的成 像設(shè)備具有如下的色彩圖案，其中作為用于生成亮度分量的主要分量的顏色 分量(例如，G顏色分量)包圍了其它顏色分量(例如R和B顏色分量)。在這 個色彩圖案中，在所有行和所有列中都存在G分量。因此，可以增加人類的 眼睛對其具有更高靈敏度的G分量的空間頻率特性，而用于調(diào)整RGB分量 的電平平衡的處理變得沒有必要。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在具有傾斜像素圖案的固態(tài)成像裝置中，在將像 素相加之后，可以保持原始的色彩圖案，而不改變色彩空間重復(fù)圖案或者垂直、水平、以及傾斜方向上的節(jié)距比。結(jié)果，通過空間均等抽樣(spatially equal sampling),可以獲得高質(zhì)量的相加信號。與此同時，可以以與通過用于獨立
讀取像素信號的漸進式(progressive)(全像素)讀取方法獲得的色彩圖案相同 的色彩圖案來輸出相加的信號，從而方便在隨后階段中的信號處理。
另外，可以增加作為用于生成亮度分量的主要分量的顏色分量的空間頻 率特性。這樣，不僅對非彩色的對象，而且對彩色的對象都可以獲得高分辨 率。此外，用于調(diào)整RGB像素的電平平衡的處理變得沒有必要，從而防止 錯誤色彩的出現(xiàn)。


圖1圖解拜爾圖案的色彩編碼；
圖2圖解圖1所示的拜爾圖案的色彩編碼；
圖3A至3D圖解拜爾圖案中的單獨色彩的圖案和抽樣率之間的關(guān)系；
圖4圖解拜爾圖案的頻率特性；
圖5圖解拜爾像素移動圖案的色彩編碼；
圖6A至6D圖解拜爾像素移動圖案中的單獨色彩的圖案和抽樣率之間 的關(guān)系；
圖7圖解拜爾像素移動圖案的頻率特性； 圖8圖解從拜爾圖案移動45。的色彩圖案的色彩編碼； 圖9是圖解具有傾斜像素圖案的CMOS圖像傳感器的配置的例子的示 意圖IO是圖解具有傾斜像素圖案的CMOS圖像傳感器的配置的又一個例 子的方框圖11圖解通過根據(jù)本發(fā)明第一實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思想； 圖12圖解通過根據(jù)本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思想； 圖13圖解通過根據(jù)本發(fā)明第三實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思想； 圖14圖解通過根據(jù)本發(fā)明第四實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思想； 圖15圖解通過根據(jù)本發(fā)明第五實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思想； 圖16是圖解根據(jù)本發(fā)明的實施例的CMOS圖像傳感器的配置的示意
圖n是圖解奇數(shù)編號列處理電路的配置的例子的電路圖；圖18是圖解圖16所示的CMOS圖像傳感器的操作的時序圖； 圖19是圖解根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像設(shè)備的配置的例子的方框圖； 圖20是圖解根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像設(shè)備的配置的例子的方框圖； 圖21圖解根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的濾色器的色彩圖案； 圖22A和22B圖解其中僅G像素被從第六實施例的色彩圖案中抽出的 G圖案；
圖22C和22D圖解其中僅R像素被從第六實施例的色彩圖案中抽出的 R圖案；
圖23圖解根據(jù)第六實施例的色彩圖案的空間頻率特性； 圖24圖解根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的濾色器的色彩圖案； 圖25A和25B圖解其中僅G像素被從第七實施例的色彩圖案中抽出的 G圖案；
圖25C和25D圖解其中僅R像素被從第七實施例的色彩圖案中抽出的 的R圖案；
圖26圖解根據(jù)第七實施例的色彩圖案的空間頻率特性； 圖27圖解根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的濾色器的色彩圖案； 圖28A和28B圖解其中僅G像素被從第八實施例的色彩圖案中抽出的 G圖案；
圖28C和2SD圖解其中僅R像素被從第八實施例的色彩圖案中抽出的 的R圖案；
圖29圖解根據(jù)第八實施例的色彩圖案的空間頻率特性；
圖30A圖解根據(jù)第六至第八實施例的G像素的空間頻率特性和已知的 色彩圖案的空間頻率特性之間的比較結(jié)果；
圖30B圖解根據(jù)第六至第八實施例的R和B像素的空間頻率特性和已 知的色彩圖案的空間頻率特性之間的比較結(jié)果；
圖31圖解頻帶限制低通濾波器(LPF)的特性；以及
圖32圖解抽取處理的思想。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。
下面通過第一至第五實施例的說明來論述用于執(zhí)行固態(tài)成像裝置中的像素相加的驅(qū)動方法。
現(xiàn)在假設(shè)下面論述的使用該驅(qū)動方法的固態(tài)成像裝置具有接下來的傾 斜像素圖案。在這個像素圖案中，在矩陣中布置了包括光電轉(zhuǎn)換器的許多像 素，并且將偶數(shù)編號的列像素在列方向上從奇數(shù)編號的列像素移位大約像素 節(jié)距的1/2，并且將偶數(shù)編號的行像素在行方向上從奇數(shù)編號的行像素移位 大約像素節(jié)距的1/2。
在本發(fā)明的接下來的實施例中，在固態(tài)成像設(shè)備中，兩維地布置包括光 電轉(zhuǎn)換器的像素，并且在像素的表面上布置具有作為用于生成亮度(Y)分量 的基色分量的顏色分量和其它顏色的濾色器。在這個固態(tài)成像設(shè)備中，濾色 器的色彩圖案非常重要。
因此，在接下來的三個實施例中，主要描述濾色器的色彩圖案。具有根
據(jù)三個實施例中的每一個的濾色器的固態(tài)成像設(shè)備可以為電荷轉(zhuǎn)移固態(tài)成 像設(shè)備，其典型例子是電荷耦合裝置(CCD)固態(tài)成像設(shè)備；或者X-Y尋址固 態(tài)成像設(shè)備，其典型例子是MOS固態(tài)成像設(shè)備。
在接下來的描述中，假設(shè)在濾色器中，作為用于生成亮度(Y)分量的 基色的顏色分量是G分量，而其它顏色分量是R和B分量。
然而，在本發(fā)明中，這些顏色分量僅僅是例子，例如可以用白色、青色、 和黃色分量作為用于生成Y分量的基色，并且，例如可以將紫色、青色和黃
色分量用作其它顏色分量。
在上述的具有傾斜像素圖案的固態(tài)成像裝置中，在保持原始的色彩圖案 而沒有改變色彩空間重復(fù)圖案或者垂直、水平、以及傾斜方向上的節(jié)距比的 同時，可以執(zhí)行圖像相加。
第一實施例
圖11圖解通過根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思 想。在根據(jù)傾斜像素圖案而從拜爾圖案移動45。的像素圖案的色彩編碼中， 從3x3像素區(qū)域，抽出并相加在兩列和兩行中的相同顏色的像素，同時將 該3 x3像素區(qū)域移動三個像素，即以三個像素為單元。下面具體論述這樣 的像素相加的過程。
在圖ll中，將位于奇數(shù)編號的行中的R像素111、 113、 151、以及153 相加，然后，將所得的相加R信號定位在形心A。類似地，通過從R像素 111、 113、 151以及153水平移動三個像素，將B像素114、 116、 154以及156相加，然后，將所得的相加B信號定位在形心B。通過從B像素114、 116、 154以及156進一步水平移動三個像素，將R信號117、 119、 157以 及159,然后相加，將所得的相加R信號定位在形心C。
通過從R信號117、 119、 157以及159傾斜移動三個像素，將位于偶數(shù) 編號的行中的G像素142、 144、 182、以及184相加，并且，將所得的相加 G信號定位在形心D。通過從G像素142、 144、 182、以及184水平移動三 個像素，將G像素145、 147、 185、以及187相加，然后，將所得的相加G 信號定位在形心E。
以這種方式，通過在整個像素區(qū)域上如上所述地將色彩像素相加，可以 將相同顏色的像素相加，同時保持原始的色彩圖案，而不改變色彩空間重復(fù) 圖案或者垂直、水平、以及傾斜方向上的節(jié)距比。在該傾斜像素圖案中，對 應(yīng)于奇數(shù)編號行的像素的列數(shù)目與對應(yīng)于偶數(shù)編號行的像素的列數(shù)目不同 是有必要的。結(jié)果，通過空間均等抽樣，可以獲得高質(zhì)量的相加信號。同時， 可以以與通過用于獨立讀取像素信號的漸進式(全像素)讀取方法獲得的色彩 圖案相同的色彩圖案來輸出相加的信號，從而方便在隨后階段中的信號處 理。
第二實施例
圖12圖解通過根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思 想。在根據(jù)傾斜像素圖案而從拜爾圖案移動45。的像素圖案的色彩編碼中， 從5x5像素區(qū)域，抽出并相加在三列和三行中的相同顏色的像素，同時將 該5 x 5像素區(qū)域移動三個像素。下面具體論述這樣的像素相加的過程。
在圖12中，將位于奇數(shù)編號行中的R像素211、 213、 215、 251、 253、 255、 291、 293以及295相加，然后，將所得的相加R信號定位在形心A。 通過從R像素211、 213、 215、 251、 253、 255、 291、 293以及295水平移 動三個像素，將B像素214、 216、 218、 254、 256、 258、 294、 296、以及 298相加，然后，將所得的相加B信號定位在形心B。通過從B像素214、 216、 218、 254、 256、 258、 294、 296、以及298進一步水平移動三個像素， 將R像素217、 219、 21b、 257、 259、 25b、 297、 299以及29b相加，然后， 將所得的相加R信號定位在形心C。
通過傾斜移動三個像素，將位于偶數(shù)編號行中的G像素242、 244、 246、 282、 284、 286、 2c2、 2c4以及2c6相加，并將所得的相加G信號定位在形心D。通過從G像素242、 244、 246、 282、 284、 286、 2c2、 2c4以及2c6 水平移動三個像素，將G像素245、 247、 249、 285、 287、 289、 2c5、 2c7 以及2c9相加，然后，將所得的相加G信號定位在形心E。
以這種方式，通過在整個像素區(qū)上如上所述將色彩像素相加，可以將相 同顏色的像素相加，同時保持原始的色彩圖案，而不改變色彩空間重復(fù)圖案 或者垂直、水平、以及傾斜方向上的節(jié)距比。結(jié)果，通過空間均等抽樣，可 以獲得高質(zhì)量的相加信號。同時，可以以與通過用于獨立讀取像素信號的漸 進式讀取方法獲得的色彩圖案相同的色彩圖案來輸出相加的信號，從而方便 在隨后階段中的信號處理。
第三實施例
圖13圖解通過根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思 想。在沒有濾色器的傾斜像素圖案，,人3x3像素區(qū)域，抽出并相加在兩列 和兩行中的相鄰像素，同時將該3x3像素區(qū)域移動三個像素。下面具體論 述這樣的像素相加的過程。
在圖13中，將位于奇數(shù)編號的行中的像素311、 312、 331、以及332 相加，然后，將所得的相加信號定位在形心A。通過從像素311、 312、 331、 以及332水平移動三個像素，將像素314、 315、 334以及335相加，然后， 將所得的相加信號定位在形心B。通過從314、 315、 334以及335進一步移 動三個像素，將像素317、 318、 337以及338相加，然后，將所得的相加信 號定位在形心C。
然后，通過傾斜移動三個像素，將位于偶數(shù)編號的行中的像素342、 343、 362、以及363相加，然后，將所得的相加信號定位在形心D。通過從像素 342、 343、 362、以及363水平移動三個像素，將像素345、 346、 365、以及 366相加，并且將所得的相加信號定位在形心E。
以這種方式，通過在整個像素區(qū)上如上所述將像素相加，可以將這些像 素相加，同時保持原始圖案，而不改變垂直、水平、以及傾斜方向上的節(jié)距 比。結(jié)果，通過空間均等抽樣，可以獲得高質(zhì)量的相加信號。同時，可以以 與通過用于獨立讀取像素信號的漸進式讀取方法獲得的圖案相同的圖案來 輸出相加信號，從而方便在隨后階段中的信號處理。
第四實施例
圖14圖解通過根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思想。在沒有濾色器的傾斜像素圖案中，從3x3像素區(qū)域，抽出并相加在三 列和三行中的相鄰像素，同時將該3x3像素區(qū)域移動三個像素。下面具體 論述這樣的像素相加的過程。
在圖14中，將位于奇數(shù)編號的行中的像素411、 412、 413、 431、 432、 433、 451、 452以及453相加，然后，將所得的相加信號定位在形心A。通 過從像素411、 412、 413、 431、 432、 433、 451、 452以及453水平移動三 個像素，將像素414、 415、 416、 434、 435、 436、 454、 455、以及456相加， 然后，將所得的相加信號定位在形心B。通過從像素414、 415、 416、 434、 435、 436、 454、 455、以及456進一步移動三個像素，將像素417、 418、 419、 437、 438、 439、 457、 458以及459相加，并且將所得的相加信號定位在形 心C。
然后，通過傾斜移動三個像素，相加位于偶數(shù)編號行中的像素442、 443、 444、 462、 463、 464、 482、 483以及484,然后，將所得的相加信號定位在 形心D。通過從像素442、 443、 444、 462、 463、 464、 482、 483以及484 水平移動三個像素，將像素445、 446、 447、 465、 466、 467、 485、 486以 及487相加，并且將所得的相加信號定位在形心E。
以這種方式，通過在整個像素區(qū)域上如上所述將像素相加，可以將這些 像素相加，同時保持原始的圖案，而不改變垂直、水平、以及傾斜方向上的 節(jié)距比。結(jié)果，通過空間均等抽樣，可以獲得高質(zhì)量的相加信號。同時，可 以以與通過用于獨立讀取像素信號的漸進式讀取方法獲得的圖案相同的圖 案來輸出相加的信號，從而方便在隨后階段中的信號處理。
第五實施例
圖15圖解通過才艮據(jù)本發(fā)明的第五實施例的驅(qū)動方法來將像素相加的思 想。在作為專用色彩編碼例子的專用色彩編碼中，從5x5像素區(qū)域，抽出 并相加在兩列和兩行中的相同顏色的像素，同時將該5x5像素區(qū)域移動三 個像素。下面具體論述這樣的像素相加的過程。
在圖15中，將位于奇數(shù)編號的行中的R像素511、 513、 551、以及553 相加，然后，將所得的相加R信號定位在形心A。類似地，通過從R像素 511、 513、 551、以及553水平移動三個像素，將G像素514、 516、 554以 及556相加，然后，將所得的相加G信號定位在形心B。通過從G像素514、 516、 554以及556進一步水平移動三個像素，將R像信號517、 519、 557以及559相加，然后，將所得的相加R信號定位在形心C。
通過傾斜移動三個像素，將位于偶數(shù)編號的行中的G像素542、 544、 582、以及584相加，并將所得的相加G信號定位在形心D。通過/人G像素 542、 544、 582、以及584水平移動三個像素，將G像素545、 547、 585、 以及587相加，然后，將所得的相加G信號定位在形心E。
以這種方式，通過在整個像素區(qū)上如上所述將色彩像素相加，可以將相 同顏色的像素相加，同時保持原始色彩圖案，而不改變色彩空間重復(fù)圖案或 者垂直、水平、以及傾斜方向上的節(jié)距比。結(jié)果，通過空間均等抽樣，可以 獲得高質(zhì)量的相加信號。與此同時，可以以與通過用于獨立讀取像素信號的 漸進式讀取方法獲得的色彩圖案相同的色彩圖案來輸出相加信號，從而方便 在隨后階段中的信號處理。
基本形式
通過第一至第五實施例，已經(jīng)論述了用于通過使用各種圖案來將像素相 加的驅(qū)動方法。下面描述將像素相加的 一般形式。
在包括具有傾斜像素圖案的像素區(qū)域(像素陣列)固態(tài)成像裝置中，在相 鄰的n x n像素的n2區(qū)域中(n是三或更大的奇數(shù))，抽出并相加在x列和y(n 》x》y)行中的相同顏色的像素，同時在垂直或水平方向?qū)xn區(qū)域移動m 個像素(m是三或更大的奇數(shù))。在這個情況中，分別針對奇數(shù)編號行和偶數(shù) 編號行將像素相加。在這種情況下，奇數(shù)編號行的相鄰nxn個像素中的相 鄰像素和偶數(shù)編號行的相鄰nxn個像素中的相鄰像素之間的空間位置關(guān)系
是這樣它們在傾斜方向上被彼此移位m個像素。
根據(jù)用于執(zhí)行上述像素加法的驅(qū)動方法，可以將像素相加，同時保持原 始色彩圖案，而不改變色彩空間重復(fù)圖案或者垂直、水平、以及傾斜方向上 的節(jié)距比。
結(jié)果，通過空間均等抽樣，可以獲得高質(zhì)量的相加信號。與此同時，可 以以與通過用于獨立讀取像素信號的漸進式讀取方法獲得的圖案相同的圖 案來輸出相加的信號，從而方便在隨后階段中的信號處理。此外，如下面所 述，由于n》x》y，所以沒有必要增加用于將像素相加的抽樣保持電容器。
固態(tài)成像裝置
現(xiàn)在給出對實現(xiàn)根據(jù)第一至第五實施例的用于將像素相加的驅(qū)動方法 的固態(tài)成像裝置的配置的例子的描述。圖16示意性圖解4艮據(jù)本發(fā)明的實施例的X-Y尋址固態(tài)成像裝置(例如， CMOS圖像傳感器)的配置。
圖16所示的CMOS圖像傳感器包括像素10、像素陣列11、濾色器 12、奇數(shù)編號行驅(qū)動線組13、偶數(shù)編號行驅(qū)動線組14、奇數(shù)編號列信號線(垂 直信號線)組15、偶數(shù)編號列信號線(垂直信號線)組16、奇數(shù)編號行垂直選 擇電路17、偶數(shù)編號行垂直選擇電路18、奇數(shù)編號行列處理電路19、偶數(shù) 編號行列處理電路20、奇數(shù)編號行水平開關(guān)21、奇數(shù)編號行水平信號線22、 奇數(shù)編號行水平選擇電路23 、輸出放大器24和28 、偶數(shù)編號行水平開關(guān)25 、 偶數(shù)編號行水平信號線26、偶數(shù)編號行水平選擇電路27、以及定時生成電 路29。
在圖16中，具有被以矩陣布置的光電轉(zhuǎn)換器的像素IO形成像素陣列(像 素區(qū)域)ll。在像素陣列11中，將偶數(shù)編號列像素IO在列方向(圖16中的垂 直方向)上從奇數(shù)編號列像素10移位大約像素節(jié)距的1/2,并且將偶數(shù)編號 行像素IO在行方向(圖16中的水平方向)上從奇數(shù)編號行像素IO移位大約像 素節(jié)距的1/2。就是說，像素陣列11形成了傾斜像素圖案。
在具有傾斜像素圖案的像素陣列11中，將具有從拜爾圖案移動45。的 色彩編碼(見圖8)的濾色器12布置在像素10上。對像素10的每個奇數(shù)編碼 行提供奇數(shù)編號行驅(qū)動線組13的奇數(shù)編號行驅(qū)動線，并且，對像素10的每 個偶數(shù)編碼行提供偶數(shù)編號行驅(qū)動線組14的偶數(shù)編號行驅(qū)動線。將奇數(shù)編 號列信號線組15的奇數(shù)編號列信號線連接到每個奇數(shù)編號列像素IO，并且， 將偶數(shù)編號列信號線組16的偶數(shù)編號列信號線連接到每個偶數(shù)編號列像素 10。
將奇數(shù)編號行驅(qū)動線組13的每一個奇數(shù)編號行驅(qū)動線的一端連接到奇 數(shù)編號行垂直選擇電路17的對應(yīng)輸出端。將偶數(shù)編號行驅(qū)動線組14的每一 個偶數(shù)編號行驅(qū)動線的一端連接到偶數(shù)編號行垂直選擇電路18的對應(yīng)輸出 端。奇數(shù)編號行垂直選擇電路17和偶數(shù)編號行垂直選擇電路18形成了用于 分別經(jīng)由奇數(shù)編號行驅(qū)動線組13和偶數(shù)編號行驅(qū)動線組14來選擇在像素陣 列11中彼此不相鄰的、奇數(shù)編號行和偶數(shù)編號行的像素IO的行選擇器。
將奇數(shù)編號列信號線組15的每一個奇數(shù)編號列信號線的一端連接到被 布置在像素陣列11的一側(cè)(在這個實施例中，圖16中的下側(cè))的對應(yīng)奇數(shù)編 號行列處理電路19的輸入端。奇數(shù)編號行列處理電路19存儲奇數(shù)編號行中的像素信號，并將每個其它列中的像素信號相加。
將偶數(shù)編號列信號線組16的每一個偶數(shù)編號列信號線的一端連接到被 布置在像素陣列11的另一側(cè)(在這個實施例中，圖16中的上側(cè))的對應(yīng)偶數(shù)
編號行列處理電路20的輸入端。偶數(shù)編號行列處理電路20存儲偶數(shù)編號的
行中的像素信號，并將所有其它列中的像素信號相加。
下面描述奇數(shù)編號行列處理電路19和偶數(shù)編號行列處理電路20的具體 電路配置。被附到圖16中的奇數(shù)編號行列處理電路19和偶數(shù)編號行列處理 電路20上的符號A、 B、和C是用于區(qū)分圖17中所示的開關(guān)。
經(jīng)由對應(yīng)的奇數(shù)編號行水平開關(guān)21將奇數(shù)編號行列處理電路19的輸出 端連接到奇數(shù)編號水平信號線22。通過奇數(shù)編號行水平選擇電路23順序選 擇奇數(shù)編號行水平開關(guān)21，以便將在奇數(shù)編號行列處理電路19中相加的信 號讀出到奇數(shù)編號行水平信號線22。在輸出放大器24中放大被讀出到奇數(shù) 編號行水平信號線22的信號，并然后將其輸出。
經(jīng)由對應(yīng)的偶數(shù)編號行水平開關(guān)25將偶數(shù)編號行列處理電路20的輸出 端連接到偶數(shù)編號行水平信號線26。通過偶數(shù)編號行水平選擇電路27順序 選擇偶數(shù)編號行水平開關(guān)25,以便將在偶數(shù)編號行列處理電路20中相加的 信號讀出到偶數(shù)編號行水平信號線26。在輸出放大器28中放大被讀出到偶 數(shù)編號行水平信號線26的信號，并然后將其輸出。
奇數(shù)編號行水平選擇電路23和偶數(shù)編號行水平選擇電路27形成用于選 擇列的列選擇器，使得奇數(shù)編號行中的列編號與偶數(shù)編號行中的列編號不一 致?；趶亩〞r生成電路29輸出的各種定時信號來執(zhí)行奇數(shù)編號行垂直選 擇電路17、偶數(shù)編號行垂直選擇電路18、奇數(shù)編號行列處理電路19、偶數(shù) 編號行列處理電路20、奇數(shù)編號行水平選擇電路23、以及偶數(shù)編號行水平 選擇電路27的驅(qū)動控制。
圖17是圖解奇數(shù)編號行列處理電路19的配置的例子的電路圖，假設(shè)在 從拜爾圖案移動45。的色彩編碼(見圖8)中相加兩列和兩行中的相同顏色的 像素。偶數(shù)編號行列處理電路20基本上具有相同的配置。
在圖17中，將鉗位(clamp)脈沖線31、鉗位電壓線32、記錄控制線33、 相加控制線34、 A開關(guān)線35、 B開關(guān)線36、 C開關(guān)線37、以及鉗位電壓線 38連接到形成一個單元的奇數(shù)編號列處理電路19A、 19B、和19C(對應(yīng)于圖 16所示的列處理電路A、 B、和C)中的每一個。列處理電路19A、 19B、 19C基本上具有相同的電路配置。列處理電路 19A包括鉗位電容器41A;第一、第二和第三開關(guān)42A、 43A和44A;以 及抽樣保持電容器45A。列處理電路19B包括鉗位電容器41B;第一、第 二、和第三開關(guān)42B、 43B、和44B;以及抽樣保持電容器45B。列處理電 路19C包括鉗位電容器41C;第一、第二、和第三開關(guān)42C、 43C、和44C; 以及抽樣保持電容器45C?？梢杂肗溝道MOS晶體管作為第一、第二、和 第三開關(guān)。
將鉗位電容器41A的一端連接到奇數(shù)編號列信號線組15的對應(yīng)奇數(shù)編號列 信號線(垂直信號線)的一端。在鉗位電容器41A的另一端和鉗位電壓線32 之間連接第一開關(guān)42A，并且將第一開關(guān)42A的柵極連接到鉗位脈沖線31。 將第二開關(guān)43A的一個主電極連接到鉗位電容器41A的另一端，且將其柵 電極連接到記錄控制線33。
第三開關(guān)44A的一個主電極連接到第二開關(guān)43A的另一個主電極，且 將其柵電極連接到A開關(guān)線35。在列處理電路19B中，將第三開關(guān)44B的 柵電極連接到B開關(guān)線36。在列處理電路19C中，將第三開關(guān)44C的柵電 極連接到C開關(guān)線37。將抽樣保持電容器45A的一端連接到第三開關(guān)44A 的另 一個主電極，且將其另 一端連接到鉗位電壓線38。
在上面配置的列處理電路19A、 19B、以及19C中，在這個實施例中， 將列處理電路19A和19C中的像素信號相加。此外，在列處理電路19A和 19C之間，更具體地，在列處理電路19A和19C中的第三開關(guān)44A和44C 的主電極之間，連接相加開關(guān)46。可以用N溝道MOS晶體管作為相加開關(guān) 46。將相加開關(guān)46的柵極連接到相加控制線34。
下面將參考圖is的時序圖描述根據(jù)這個實施例包括上面配置的列處理
電路19A、 19B、以及19C的具有傾斜像素圖案的CMOS圖像傳感器的操作。 圖18示出以下脈沖之間的定時關(guān)系復(fù)位脈沖，用于復(fù)位像素10中的 浮動擴散區(qū)中的電勢；電荷轉(zhuǎn)移脈沖，用于將在光電變換器中被光電變換的 信號電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴散區(qū)；鉗位脈沖，被提供到鉗位脈沖線31;記錄控制 脈沖，被提供到記錄控制線33;相加控制脈沖，被提供到相加控制線34; A 開關(guān)脈沖，被提供到A開關(guān)線35; B開關(guān)脈沖，被提供到B開關(guān)線36;以 及C開關(guān)脈沖，纟皮^提供到C開關(guān)線37。當(dāng)在相加讀取模式中操作具有這個實施例的傾斜像素圖案的CMOS圖
像傳感器時，將相加控制脈沖改變到H電平，以使相加開關(guān)46處于"通，， (ON)狀態(tài)。如果沒有執(zhí)行相加操作，將相加控制脈沖改變到L電平，以使相 加開關(guān)46處于"斷，，(OFF)狀態(tài)。在這個情況中，優(yōu)選地將虛開關(guān)(dummy switch)布置在列處理電路19和20中，使得連接到奇數(shù)編號行信號線組15 中的垂直信號線和偶數(shù)編號行信號線組16中的垂直信號線的相加開關(guān)46的 負載電容的變化變得不明顯。
在圖16中，由奇數(shù)編號行垂直選擇電路17通過垂直掃描來選擇第一行， 由偶數(shù)編號行垂直選擇電路18通過垂直掃描來選擇第四行。通過以這種方 式來選擇行，同時讀取彼此不相鄰的奇數(shù)編號行和偶數(shù)編號行，這是本發(fā)明 的實施例的特征。為了易于理解，下面和第一實施例(圖ll)一起來描述這一 點。
首先將復(fù)位脈沖提供到所選擇的兩行中的像素(第一和第四行)，然后， 反映該像素的復(fù)位電平的復(fù)位電壓出現(xiàn)在垂直信號線組15和16的對應(yīng)信號 線中。在這個情況中，將鉗位脈沖改變到H電平，以便圖17中的第一開關(guān) 42A、 42B和42C接"通"，然后，將垂直信號線組15和16中的信號線的 復(fù)位電壓存儲在鉗位電容器41A、41B、以及41C中(第一復(fù)位電壓讀取時期)。 然后，將鉗位脈沖改變到L電平，以關(guān)"斷"第一開關(guān)42A、 42B和42C。
隨后，將電荷轉(zhuǎn)移脈沖提供到所選擇的兩行(第一和第四行)，然后，反 映像素10的光學(xué)信號電平的信號電壓出現(xiàn)在垂直信號線組15和16的對應(yīng) 信號線中。在這個情況中，由于生成了信號電壓和存儲在鉗位電容器41A、 41B、以及41C中的復(fù)位電壓之間的差，所以從像素IO消除了固定圖案噪 聲(第一信號電壓讀取時期)。
然后，將記錄控制脈沖改變到H電平，而且，將A開關(guān)脈沖改變到H 電平，使得將其中第三開關(guān)44A(在下文中，被簡稱為"A開關(guān)44A")被連 接到A開關(guān)線35的列中的信號相加到其中第三開關(guān)44C(在下文中，被簡稱 為"C開關(guān)44C")被連接到C開關(guān)線37的歹'j中的信號。
結(jié)果，經(jīng)由相加開關(guān)46將連接到A開關(guān)44A的列中的信號和連接到C 開關(guān)44C的列中的信號相加，并且，將相加的信號存儲在列處理電路19A 的抽樣保持電容器45A中。更具體地，在圖11中，在奇數(shù)編號的行中，將 R像素111的信號和R像素113的信號相加，將G像素114的信號和G像素116的信號相加，等等。在偶數(shù)編號的行中，將G像素142的信號和G 信號144的信號相加，將B信號145的信號和B信號147的信號相加，等等。
然后，將記錄控制脈沖和A開關(guān)脈沖都改變到L電平。此后，復(fù)位所 選擇的兩行的浮動擴散(FD)。到目前這些操作的時期是包括第一復(fù)位電壓讀 取時期和第一信號電壓讀取時期的第一讀取時期。
隨后，在圖16中，由奇數(shù)編號行垂直選擇電路17通過垂直掃描來選擇 第五行，并且，由偶數(shù)編號行垂直選擇電路18通過垂直掃描來選4奪第八行。 同時讀出彼此不相鄰的奇數(shù)編號行和偶數(shù)編號行。
首先將復(fù)位脈沖提供到所選擇的兩行(第五行和第八行)中的像素，然后， 反映該像素的復(fù)位電平的復(fù)位電壓出現(xiàn)在垂直信號線組15和16的對應(yīng)信號 線中。然后，將鉗位脈沖改變到H電平，以使j妄"通，，第一開關(guān)42A、 42B 和42C，并將垂直信號線組15和16中的信號線的復(fù)位電壓存儲在鉗位電容 器41A、 41B、以及41C中(第二復(fù)位電壓讀取時期)。然后，將鉗位脈沖改 變到L電平，以關(guān)"斷，，第一開關(guān)42A、 42B和42C。
隨后，將電荷轉(zhuǎn)移脈沖提供到所選擇的兩行(第五和第八行)，并且，反 映該像素的光學(xué)信號電平的信號電壓出現(xiàn)在垂直信號線組15和16的對應(yīng)信 號線中。由于生成了信號電壓和存儲在鉗位電容器41A、 41B、以及"C中 的復(fù)位電壓之間的差，所以可以從像素IO消除固定圖案噪聲(第二信號電壓 讀取時期)。
然后，將記錄控制脈沖改變到H電平，而且，將C開關(guān)脈沖改變到H 電平，使得連接到A開關(guān)44A的列中的信號被加到連接到C開關(guān)44C的列 中的信號，并且將相加的信號存儲在列處理電路19C的抽樣保持電容器45C 中。
結(jié)果，經(jīng)由相加開關(guān)46將連接到A開關(guān)44A的列中的信號和連接到C 開關(guān)44C的列中的信號相加，并且，將相加的信號存儲在列處理電路19C 的抽樣保持電路45C中。更具體地，在圖11中，在奇數(shù)編號的行中，將R 像素151的信號和R像素153的信號相加，將B像素154的信號和B像素 156的信號相力口，等等。在偶數(shù)編號的行中，將G像素182的信號和G像素 184的信號相加，將G像素185的信號和G像素187的信號相加，等等。
隨后，將記錄控制脈沖和C開關(guān)脈沖改變到L電平，并且，復(fù)位所選擇的兩行的像素的浮動擴散區(qū)。然后，將A開關(guān)脈沖和C開關(guān)脈沖改變到H 電平，以便接通A開關(guān)44A和C開關(guān)44C。結(jié)果，將存儲在列處理電路19A 和19C的抽樣保持電容器45A和45C中的水平相加信號垂直地相力口(垂直相 加時期)。
更具體地，在奇數(shù)編號的行中，將存儲在抽樣保持電容器45A中的水平 相加信號(R像素111和R像素113的信號、B像素114和B像素116的信 號，等等)和水平相加信號(R像素151和R像素153的信號、B像素154和 B像素156的信號，等等)垂直地相加。
在偶數(shù)編號的行中，將存儲在抽樣保持電容器45A中的水平相加信號(G 像素142和G像素144的信號、G像素145和G像素147的信號，等等)和 水平相加信號(G像素182和G像素183的信號、G像素185和G^^素187 的信號，等等)垂直地相加。
根據(jù)上述的相加操作，在從拜爾圖案移動45。的第一實施例的色彩編碼 中，從3x3像素區(qū)域，抽出并相加兩列和兩行中的相同顏色的Y象素?？梢?從抽樣保持電容器45A或者45C中讀出通過將這些像素相加而獲得的信號。 到目前的操作的時期是包括第二復(fù)位電壓讀取時期、第二信號電壓讀取時期 和垂直相加時期的第二讀取時期。
在前面提及的讀取方法中，將水平x個像素的已相加的信號(在這個實 施例中，x-2)存儲在單個抽樣保持電容器45(45A、 45B或者45C)中，并且， 對相同數(shù)目的垂直y列(在這個實施例中，y:2)重復(fù)這個操作。在這個情況 下，如果x>y,則為相同數(shù)目的原始像素圖案的列提供的抽樣保持電容器 45是足夠的。這樣，相加操作就不需要額外的抽樣保持電容器
第一讀取時期和第二讀取時期形成水平消隱期(blanking period)。在一個 水平消隱期中，將彼此不相鄰的奇數(shù)編號的行和偶數(shù)編號的行讀出多次(在 這個實施例中，由于將垂直的兩個像素(兩行)相加，所以為兩次)，這是本發(fā) 明的這個實施例的特征。在該水平消隱期之后，水平讀取時期開始。
如果在垂直相加時期中從列處理電路19A的抽樣保持電容器45A中讀 出已相加的信號，則可以根據(jù)圖16所示的配置在奇數(shù)編號行水平選擇電路 23中選擇第一列、第四列、第七列等等。然后，可以抽出奇數(shù)編號的行中的 已相加的信號。類似地，可以通過偶數(shù)編號行水平選擇電路27選擇第二列、 第五列、第八列等等，然后，可以抽出該偶數(shù)編號的行中的已相加的信號。在這個情況中，選擇對應(yīng)于奇數(shù)編號行的列和對應(yīng)于偶數(shù)編號行的列， 使得它們彼此移位。就是說，與奇數(shù)編號行水平選擇電路23所選4奪的奇數(shù)
編號行對應(yīng)的列編號和與偶數(shù)編號行水平選擇電路27所選擇偶數(shù)編號行對
應(yīng)的列編號不一致。相加信號的圖案需要匹配像素信號的原始圖案。
如上所述，具有傾斜像素圖案的固態(tài)成像裝置包括垂直選擇電路17 和18，用于在一個水平消隱期中多次分別同時選擇彼此不相鄰的奇數(shù)編號行 和偶數(shù)編號行；列處理電路19(19A、 19B和19C)和20(20A、 20B和20C), 分別具有奇數(shù)編號行水平開關(guān)21和偶數(shù)編號行水平開關(guān)25;以及水平選擇 電路23和27，分別用于選擇開關(guān)21和25。利用這個配置，使與所選擇的
奇數(shù)編號行對應(yīng)的列和與偶數(shù)編號的行對應(yīng)的列^:此移位。因此，在將像素
相加之后，可以保持原始色彩編碼，而不改變色彩空間重復(fù)圖案或者垂直、 水平、以及傾斜方向上的像素節(jié)距比。結(jié)果，通過空間均等抽樣，可以獲得 高質(zhì)量的相加信號。與此同時，可以以與通過用于獨立讀取像素信號的漸進 讀取方法獲得的色彩圖案相同的色彩圖案來輸出相加信號，從而方便在隨后 階段中的信號處理。 應(yīng)用例子
上述具有傾斜像素圖案的X-Y尋址固態(tài)成像裝置(其典型例子是CMOS 圖像傳感器)被適當(dāng)?shù)赜米饔糜谥T如數(shù)字靜物照相機或者視頻照相機之類的 成像設(shè)備(照相機模塊)的成像裝置。
圖19是圖解根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像設(shè)備的配置的例子的方框圖。 圖19所示'的成像設(shè)備包括透鏡51、成像裝置52、信號處理電路52、模式設(shè) 置單元54、以及裝置驅(qū)動電路55。
透鏡51在成像裝置52的成像面(imaging plane)上形成與對象所反射的 光對應(yīng)的圖像。在裝置驅(qū)動電路55的控制之下，成像裝置52將通過透鏡51 在成像面上形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成為以像素為單位的電信號，并輸出所得的 圖像信號。用根據(jù)上述實施例的包括傾斜像素圖案的X-Y尋址固態(tài)成像裝置 (其典型例子是CMOS圖像傳感器)作為成像裝置52?？梢酝ㄟ^芯片內(nèi)技術(shù)將 裝置驅(qū)動電路55安裝在成像裝置52上。
信號處理電路53對從成像裝置52輸出的圖像信號執(zhí)行各種信號處理操 作。響應(yīng)于用戶的指示，模式設(shè)置單元54選擇性地設(shè)置用于讀取所有像素 信號的漸進式讀取模式或者用于執(zhí)行像素相加的相加讀取模式，作為成像裝置52的操作模式。
裝置驅(qū)動電路55由例如圖16所示的定時生成電路29形成，并響應(yīng)從 模式設(shè)置單元54提供的模式信號來控制定時裝置52的驅(qū)動。
更具體地，當(dāng)在圖16所示的成像設(shè)備(CMOS圖像傳感器)中指定了漸進 讀取模式時，裝置驅(qū)動電路55執(zhí)行控制，使得水平選擇電路17和18分別 選擇奇數(shù)編號行和偶數(shù)編號行，并且，通過水平選擇電路23和27分別順序 選擇從所選擇的行的像素中讀取的信號。
當(dāng)指定了相加讀取模式時，裝置驅(qū)動電路55執(zhí)行控制，使得由垂直選 擇電路17和18在一個水平消隱期中多次分別同時選擇彼此不相鄰的奇數(shù)編 號的行和偶數(shù)編號的行，并且，由具有水平開關(guān)21和25的列處理電路 19(19A、 19B、和19C)和20(20A、 20B、和20C)分別將所選擇的行的像素的 信號水平地相加，并由水平選擇電路23和27來順序讀出相加的信號。
如上所討論的，將根據(jù)上述實施例之一的具有傾斜像素圖案的X-Y尋址 固態(tài)成像裝置(其典型例子是CMOS圖像傳感器)加載在諸如數(shù)字靜物照相機 或者視頻照相機之類的成像設(shè)備中。因此，該成像設(shè)備可以應(yīng)對漸進式讀取 模式和相加讀取模式二者。另外，該成像設(shè)備可以輸出具有相同的色彩圖案 的相加信號作為通過漸進式讀取模式獲得的信號。結(jié)果，通過空間均等抽樣， 可以獲得高質(zhì)量的相加的信號，并且可以方便于信號處理電路53中的信號 處理。
第六實施例
圖21圖解根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的濾色器的色彩圖案。在包括根據(jù) 第六實施例的色彩圖案的固態(tài)成像裝置中，如圖21所示，在垂直方向(列方 向)和水平方向(行方向)上將具有光電變換器的像素(沒有示出)以相等間隔
(像素節(jié)距)d布置在方格子中。
在這個方格子像素圖案中，在第一行中，將RGRB以四個像素為單元而 重復(fù)布置在水平方向上，在第二行中，僅布置G像素，在第三行中，將BGRG 以四個像素為單元而重復(fù)布置在水平方向上，而在第四行中，僅布置G像素。
此后，重復(fù)布置這四行。
在這個實施例的色彩圖案中，如從圖21所看出的，作為用于生成亮度 (Y)分量的基色分量的顏色分量(在這個實施例中為G分量)和其它分量(在這 個例子中為R和B分量)被布置為使得G分量包圍R和B分量。另外，在這個色彩圖案中，在垂直和水平方向上以規(guī)則間隔4d布置R和B像素。
在上述配置的色彩圖案中，如果將垂直和水平方向上的像素抽樣率設(shè)置
為像素節(jié)距d,則對G像素的抽樣率是d,而R和B像素的抽樣率是2d。 就是說，隔列(在這個實施例中，奇數(shù)編號的行)和隔行(在這個實施例中，奇 數(shù)編號的列)布置R像素或B像素，使得在垂直和水平方向上對R和B像素 的抽樣率變成對G像素的抽樣率的1/2。因此，R和B像素的分辨率是G像 素的分辨率的1/2。在45。傾斜方向上，對G像素的抽樣率是d/2V^，而對R 和B像素的抽樣率是2dv^ 。
圖22A和22B示出其中僅G像素被從圖21所示的色彩圖案中抽出的G 圖案。結(jié)合圖22A和22B來考慮G像素的空間頻率特性。在垂直和水平方 向上，由于G像素的抽樣率是d，如圖22A所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收 集頻率最高(l/2)fs(fs:抽樣頻率)的信號分量。在45。傾斜方向上，由于對G 像素的抽樣率是d/2v^，如圖22B所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收集頻率最 高(1/V^)fs的信號分量。
類似地，下面考慮R和B像素的空間頻率特性。在這個情況下，由于R 和B像素的像素節(jié)距相同，所以下面僅描述R像素的空間頻率特性。
圖22C和22D示出其中僅R像素被從圖21所示的色彩圖案中^ 出的R 圖案。在圖22A至22D中，用空列和半色調(diào)列指示在垂直、水平、以及傾 斜方向上可以收集的閾值頻率分量。
在垂直和水平方向上，由于R像素的抽樣率是2d，如圖22C所示，所 以根據(jù)抽樣定理可以收集頻率最高1/4fs的信號分量。在45。傾斜的方向上， 由于對R像素的抽樣率是2d/V^，如圖22D所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收 集頻率最高(l/4V^)fs的信號分量。
根據(jù)上述幾點，圖23指示第六實施例的色彩圖案的空間頻率特性。關(guān) 于G像素的空間頻率特性，在垂直和水平方向上，可以收集頻率最高(l/2)fs 的信號分量，而在傾斜方向上，可以收集頻率最高(1/V^)fs的信號分量。關(guān) 于R和B像素的空間頻率特性，在垂直和水平方向上，可以收集頻率最高 (1/4)fs的信號分量，而在傾斜方向上，可以收集頻率最高(l/4^)fs的信號分 量。
第七實施例
圖24圖解根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的濾色器的色彩圖案。如使用圖21所示的第六實施例的色彩圖案的固態(tài)成像設(shè)備一樣，使用這個實施例的濾色 器的固態(tài)成像設(shè)備具有方格子的像素圖案。
在這個實施例的色彩圖案中，在第一行中，將RGGG以四個i象素為單 元而重復(fù)布置在水平方向上，在第二行中，僅布置G像素，在第三行中，將 GGBG以四個像素為單元而重復(fù)布置在水平方向上，而在第四行中，僅布置 G像素。此后，重復(fù)布置這四行。
在這個實施例的色彩圖案中，如從圖24所看出的，其中作為用于生成 亮度(Y)分量的基色分量的顏色分量(在這個實施例中為G分量)和其它分量 (在這個例子中為R和B分量)被布置為使得G分量包圍R和B分量。另外， 在這個色彩圖案中，如第六實施例中的色彩圖案一樣，在垂直和水平方向上 以規(guī)則間隔4d布置R和B像素。
在上述配置的色彩圖案中，如果將垂直和水平方向上的像素抽樣率設(shè)置 為像素節(jié)距d，則對G像素的抽樣率是d，而對于R和B像素的抽樣率是 4d。就是說，隔歹'j(在這個實施例中，奇數(shù)編號行)和隔行(在這個實施例中， 奇數(shù)編號列)布置R像素或B像素，使得在垂直和水平方向上對R和B像素 的抽樣率變成對G像素的抽樣率的1/4。因此，R和B像素的分辨率是G像 素的分辨率的1/4。在45。傾斜的方向上，對G像素的抽樣率是d/2V^，對R 和B像素的抽樣率是2dV^ 。
圖25A和25B示出其中僅G像素被從圖24所示的色彩圖案中抽出的G 圖案。結(jié)合圖25A和25B來考慮G像素的空間頻率特性。在垂直和水平方 向上，由于G像素的抽樣率是d，如圖25A所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收 集頻率最高(l/2)fs(fs:抽樣頻率)的信號分量。在45°傾斜的方向上，由于 對G像素的抽樣率是d/2V^，如圖25B所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收集頻 率最高(l/^)fs的信號分量。
類似地，下面考慮R和B像素的空間頻率特性。在這個情況中，由于R 和B像素的像素節(jié)距相同，所以下面僅描述R像素的空間頻率特性。
圖25C和25D示出其中僅R像素被從圖24所示的像素圖案中抽出的R 圖案。在圖25A至25D中，通過空列和半色調(diào)列指示在垂直、水平、以及 傾斜方向上可以收集的閾值頻率分量。
在垂直和水平方向上，由于對R像素的抽樣率是4d,如圖25C所示， 所以根據(jù)抽樣定理可以收集頻率最高1/8fs的信號分量。在45。傾斜的方向上，由于對R像素的抽樣率是2d/V^，如圖25D所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收 集頻率最高(l/4V^)fs的信號分量。
根據(jù)上述幾點，圖26指示第七實施例的色彩圖案的空間頻率特性。關(guān) 于G像素的空間頻率特性，在垂直和水平方向上，可以收集頻率最高(l/2)fs 的信號分量，而在傾斜方向上，可以收集頻率最高(l/VI)fs的信號分量。關(guān) 于R和B像素的空間頻率特性，在垂直和水平方向上，可以收集頻率最高 (1/8)fs的信號分量，而在傾斜方向上，可以收集頻率最高(l/4V^)fs的信號分 量。
第八實施例
圖27圖解根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的濾色器的色彩圖案。如圖27所示， 使用根據(jù)這個實施例的色彩圖案的固態(tài)成像設(shè)備具有傾斜像素圖案，其中將 垂直和水平方向上的像素節(jié)距設(shè)置為與圖21所示的方格子像素圖案的像素 節(jié)距d不同的V^d，并且，將偶數(shù)編號列像素從奇數(shù)編號列像素在行和列方 向上移位大約像素節(jié)距V^d的1/2。就是說，在每一行，在水平方向以V^d 的節(jié)距布置像素，而在每一列，在垂直方向以V^d的節(jié)距布置像素。
在具有這個傾斜像素圖案的色彩圖案中，在第一行中，交替布置G和R 像素，在第二行中，僅布置G像素，在第三行中，交替布置B和G像素， 而在第四行中，僅布置G像素。此后，重復(fù)布置這四行。
在這個實施例的色彩圖案中，如從圖27所看出的，其中作為用于生成 亮度(Y)分量的基色分量的顏色分量(在這個實施例中為G分量)和其它分量 (在這個例子中為R和B分量)被布置為使得G分量包圍R和B分量。在這 個色彩圖案中，在垂直和水平方向上以規(guī)則間隔2^d布置R和B^f象素。這 個色彩圖案等于從圖21所示的第六實施例的方格子像素圖案中的色彩圖案 移動45°后的圖案。
在上述配置的色彩圖案中，在垂直和水平方向上，對G像素的抽樣率是 d/A，而對于R和B像素的抽樣率是2々d。就是說，隔列(在這個實施例 中，奇數(shù)編號的行)和隔行(在這個實施例中，奇數(shù)編號的列)布置R像素或B 像素，使得在垂直和水平方向上對R和B像素的抽樣率變成對G像素的抽 樣率的1/4。因此，R和B像素的分辨率是G像素的分辨率的1/4。在45° 傾斜方向上，對G像素的抽樣率是d，而對R和B像素的抽樣率是2d。
圖28A和28B示出其中僅G像素被從圖27所示的色彩圖案中抽出的G圖案。結(jié)合圖28A和28B來考慮G像素的空間頻率特性。在垂直和水平方 向上，由于G像素的抽樣率是d/V^，如圖28A所示，所以根據(jù)抽樣定理可 以收集頻率最高(1/V5)fs(fs:抽樣頻率)的信號分量。在45。傾斜方向上，由 于對G像素的抽樣率是d，如圖28B所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收集頻率 最高(l/4)fs的信號分量。
類似地，下面考慮R和B像素的空間頻率特性。在這個情況中，由于R 和B像素的像素節(jié)距相同，所以下面僅描述R像素的空間頻率特性。
圖28C和28D示出其中僅R像素被從圖27所示的像素圖案中抽出的R 圖案。在圖28A至28D中，通過空列和半色調(diào)列指示在垂直、水平、以及 傾斜方向上可以收集的閾值頻率分量。
在垂直和水平方向上，由于對R像素的抽樣率是Wd,如圖28C所示， 所以根據(jù)抽樣定理可以收集頻率最高(l/4々)fs的信號分量。在45。傾斜方向 上，由于R像素的抽樣率是2d，如圖28D所示，所以根據(jù)抽樣定理可以收 集頻率最高(l/2)fs的信號分量。
根據(jù)上述幾點，圖29指示第八實施例的色彩圖案的空間頻率特性。關(guān) 于G像素的空間頻率特性，在垂直和水平方向上，可以收集頻率最高(l/V^)fs 的信號分量，而在傾斜方向上，可以收集頻率最高(l/4)fs的信號分量。關(guān)于 R和B像素的空間頻率特性，在垂直和水平方向上，可以收集頻率最高 (1/4V^)fs的信號分量，而在傾斜方向上，可以收集頻率最高(l/2)fs的信號分 量。
在上述實施例中，圖23、 26、和29所示的G像素的空間頻率特性是理 論上的頻率特性，假設(shè)下面論述的照相機信號處理系統(tǒng)(圖20所示的照相機 信號處理電路1014)執(zhí)行用于在R和B空間位置上內(nèi)插G像素的內(nèi)插處理。
圖30A示出根據(jù)第六至第八實施例的色彩圖案的G像素的空間頻率特 性(空間分辨率)和已知的色彩圖案(拜爾圖案和拜爾像素移動圖案)的G像素 的空間頻率特性之間的比較結(jié)果。圖30B示出根據(jù)第六至第八實施例的色彩 圖案的R和B像素的空間頻率特性(空間分辨率)和已知的色彩圖案(拜爾圖 案和拜爾像素移動圖案)的R和B像素的空間頻率特性之間的比較結(jié)果。
圖30A示出第六和第七實施例的色彩圖案的G像素在45。傾斜方向上 的空間頻率特性與拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性相同，其中拜爾像 素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性比拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性高；而第六和第七實施例的色彩圖案的G像素在垂直和水平方向上的空間頻率特性比 拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性高，其中拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性比拜爾 像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性高。
圖30A還示出第八實施例的色彩圖案的G像素在垂直和水平方向上 的空間頻率特性與拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性相同，其中拜爾圖案的相應(yīng) 空間頻率特性比拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性高；而第八實施例的 G像素在45。傾斜方向上的空間頻率特性比拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻 率特性高，其中拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性比拜爾圖案的相應(yīng)空 間頻率特性高。
圖30B示出第六實施例的色彩圖案的R和B像素在垂直和水平方向 上的空間頻率特性與拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性相同，其中拜爾圖案的相 應(yīng)空間頻率特性比拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性低；而第六實施例 的色彩圖案的R和B像素在45。傾斜方向上的空間頻率特性比拜爾像素移動 圖案的相應(yīng)空間頻率特性低，其中拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性比 拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性高。
圖30B還示出第七實施例的色彩圖案的R和B像素在垂直和水平方 向上的空間頻率特性比拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性低，其中拜爾圖案的相 應(yīng)空間頻率特性比拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性低；而第七實施例 的色彩圖案的R和B像素在45。傾斜方向上的空間頻率特性與第六實施例的 相應(yīng)空間頻率特性相同。
圖30B還示出第八實施例的色彩圖案的R和B像素在垂直和水平方 向上的空間頻率特性比拜爾圖案的相應(yīng)空間頻率特性低，其中拜爾圖案的相 應(yīng)空間頻率特性比拜爾像素移動圖案的相應(yīng)空間頻率特性低；而第八實施例 的色彩圖案的R和B像素在45。傾斜方向上的空間頻率特性比拜爾像素移動 圖案的相應(yīng)空間頻率特性低。
這些比較結(jié)果顯示第六和第七實施例的色彩圖案的G像素在垂直和水 平方向上、以及第八實施例的色彩圖案的G像素在45。傾斜方向上展現(xiàn)了比 已知的色彩圖案(拜爾圖案和拜爾像素移動圖案)的空間頻率特性更高的空間 頻率特性。由于G像素是用于生成亮度(Y)分量的基像素，所以G像素的更 高的空間頻率特性非常有助于提高分辨率。
相反，R和B像素的空間頻率特性低于已知色彩圖案(拜爾圖案和拜爾像素移動圖案)的空間頻率特性。然而，如上所述，人類的眼睛對R和B顏
色較不敏感，這樣，R和B顏色的較低特性不會嚴重影響分辨率的提高。
如上面討論的，在其中包括光電變換器的像素被兩維地布置在矩陣中、
并且包括作為用于生成亮度(Y)分量的主要分量的G分量和其它的R和B分 量的濾色器被布置在像素的表面上的固態(tài)成像設(shè)備中，布置濾色器，使得G 像素包圍R和B像素。因此，將G像素布置在濾色器的所有行和所有列中， 從而增加人類的眼睛對其具有較高靈敏度的G分量的空間頻率特性(空間分 辨率)。
更具體地，G像素在垂直和水平方向上的分辨率高于或等于拜爾圖案的 相應(yīng)分辨率，其中拜爾圖案的相應(yīng)分辨率高于拜爾像素移動圖案的相應(yīng)分辨 率；并且G像素在45°傾斜方向上的分辨率高于或等于拜爾像素移動圖案的 相應(yīng)分辨率，其中拜爾像素移動圖案的相應(yīng)分辨率高于拜爾圖案的相應(yīng)分辨 率。結(jié)果，不僅對非彩色的對象，而且對彩色的對象，都可以展現(xiàn)較高的分 辨率。
另外，與已知的拜爾像素移動圖案不同，沒有必要調(diào)整將在下面描述的 照相機信號處理系統(tǒng)中的RGB平衡，來克服G像素的較低分辨率，從而防 止了電平平衡中的偏離所引起的錯誤色彩的發(fā)生。
具體地，在第六實施例的色彩圖案中，隔行和隔列布置R和B像素， 使得R和B像素在垂直和水平方向上的抽樣率變成G像素的抽樣率的1/2。 因此，G像素在垂直和水平方向上的分辨率高于拜爾圖案的相應(yīng)分辨率，其 中拜爾圖案的相應(yīng)分辨率高于拜爾像素移動圖案的相應(yīng)分辨率；而G像素在 45。傾斜方向上的分辨率比得上拜爾像素移動圖案的分辨率，其中拜爾像素 移動圖案的相應(yīng)分辨率高于拜爾圖案的相應(yīng)分辨率。
在第七實施例的色彩圖案中，隔行和隔列布置R和B像素，使得R和B 像素在垂直和水平方向上的抽樣率變成G像素的抽樣率的1/4。因此，如第 六實施例的色彩圖案一樣，G像素在垂直和水平方向上的分辨率高于拜爾圖 案的相應(yīng)分辨率，其中拜爾圖案的相應(yīng)分辨率高于拜爾像素移動圖案的相應(yīng) 分辨率；而G像素在45。傾斜方向上的分辨率比得上拜爾像素移動圖案的相 應(yīng)分辨率，其中拜爾像素移動圖案的相應(yīng)分辨率高于拜爾圖案的相應(yīng)分辨率。
在第八實施例的色彩圖案中，在其中將偶數(shù)編號的像素在行和列方向上從奇數(shù)編號的像素移位1/2像素節(jié)距的傾斜像素圖案中，隔行和隔列地布置
R和B像素，使得R和B像素在垂直和水平方向上的抽樣率變成G像素的 抽樣率的1/4。因此，如第八實施例的色彩圖案一樣，G像素在垂直和水平 方向上的分辨率比得上拜爾圖案的相應(yīng)分辨率，其中拜爾圖案的相應(yīng)分辨率 高于拜爾像素移動圖案的相應(yīng)分辨率；而G像素在傾斜45。方向上的分辨率 兩倍于拜爾圖案的相應(yīng)分辨率。
具體地，在具有傾斜像素圖案的第八實施例的色彩圖案中，抽樣率是拜 爾圖案的抽樣率的1/V^倍。因此，可以獲得方格子像素圖案的兩倍多的像 素信息，即，與方格子像素圖案相比可以獲得更高的分辨率。如果需要與方 格子像素圖案分辨率相同的分辨率，則可以在更寬的節(jié)距上布置像素。結(jié)果， 可以增加像素孔徑(pixel aperture),使得可以增加像素的光感度，從而獲得具 有高S/N比的信號。
在第六實施例的色彩圖案中，圖23示出在垂直和水平方向上，R和B 像素的空間頻率特性是G像素的空間頻率特性的1/2，并且，在45。傾斜方 向上，其是G像素的空間頻率特性的1/4。在第七實施例的色彩圖案中，圖 26示出在垂直和水平方向上，R和B像素的空間頻率特性是G像素的空 間頻率特性的1/4，而在45。傾斜方向上，其是G像素的空間頻率特性的1/4。 在第八實施例的色彩圖案中，圖29示出在垂直和水平方向上，R和B像 素的空間頻率特性是G像素的空間頻率特性的1/4，而在45。傾斜方向上， 其是G像素的空間頻率特性的1/2。
然而，人類的可見性特性證明人類的眼睛易于認識高亮度的分辨率而難 以認識高色彩分辨率。因此，上述的R和B像素的空間頻率特性是足夠的。
例如，在通常的電視信號格式中，色度(C)信號的頻帶(band)是亮度(Y) 信號的頻帶的1/4,這對于色彩分辨率是足夠的。第六至第八實施例的色彩 圖案最好地利用了該特性。
就是說，根據(jù)第六至第八實施例的色彩圖案，將色彩空間頻率特性減少 到不會讓人類的眼睛產(chǎn)生不自然的感覺的最低電平，作為替代，相對于已知
的色彩圖案而相當(dāng)大地增加亮度空間頻率特性。
另外，在第六至第八實施例的色彩圖案中，在所有行和所有列中布置G 像素。這非常有助于當(dāng)在照相機信號處理系統(tǒng)中執(zhí)行用于在R和B空間位 置內(nèi)插G像素的內(nèi)插處理時增加內(nèi)插精度，這一點將在下面論述。包括具有第六至第八實施例的色彩圖案的濾色器的固態(tài)成像設(shè)備適合 于用作諸如數(shù)字靜物照相機和視頻照相機之類的成像設(shè)備，特別適合于用作 視頻照相機中的成像裝置。
成像設(shè)備
圖20是圖解根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像設(shè)備的配置的例子的方框圖。 在圖20中，諸如透鏡1011之類的光學(xué)系統(tǒng)在成像裝置1012的成像面上的 形成與對象(沒有示出)所反射的光對應(yīng)的圖像。作為成像裝置1012,使用了 其中包括光電變換器的像素被兩維地布置、并且具有作為用于生成亮度分量 的主要分量的顏色分量和其它顏色分量的濾色器被布置在該像素的表面上 的固態(tài)成像設(shè)備。在這種情況下，使用具有根據(jù)第六、第七、或第八實施例 的色彩圖案的濾色器。
圖20所示的成像設(shè)備包括透鏡1011、成像裝置(固態(tài)成像裝置)1012、 模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器1013、以及照相機信號處理電路1014。照相機信號處 理電^各1014包括光學(xué)系統(tǒng)校正電路1021、內(nèi)插處理電路1022、亮度(Y)信 號處理電路1023、彩色(C)信號處理電路1024、頻帶限制低通濾波器 (LPF)1025，以及抽取處理電踏_ 1026。
在入射在成像裝置1012上的光中，僅僅與濾色器的顏色分量對應(yīng)的光 分量通過了濾色器，并入射在像素上。然后，通過諸如光電二極管之類的光 電變換器將入射到像素上的光轉(zhuǎn)換成為電信號，并將其作為模擬信號讀取。 然后，通過A/D轉(zhuǎn)換器1013將該模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，并將該數(shù)字 信號輸入到照相機信號處理電路1014。
光學(xué)系統(tǒng)校正電路1021執(zhí)行對傳感器或者光學(xué)系統(tǒng)的校正，諸如用于 針對黑色電平的調(diào)整來校正數(shù)字鉗位或者用于針對缺陷校正成像裝置1012 的缺陷校正、以及用于針對邊緣照明晦暗(eclipse)來校正透鏡1011的黑斑 (shading)校正。
內(nèi)插處理電路1022從彼此空間異相的RGB信號中生成三個平面信號， 以產(chǎn)生具有相同空間位置的RGB信號，并將該RGB信號供應(yīng)給Y信號處 理電路1023和C信號處理電路1024。Y信號處理電路1023根據(jù)上述公式(l) 生成亮度(Y)信號。C信號處理電路1024根據(jù)方程(2)生成色差信號Cr(R-Y) 和Cb(B-Y)。
Cr = (R-Y) = R-(0.3R + 0.6G + 0.1B)Cb = (B畫Y) = B-(0.3R + 0.6G + 0. IB) (2) 頻帶限制LPF 1025是如圖31所示截止頻率等于抽樣頻率fs的1/8的濾 波器，該濾波器削弱(drop)頻率范圍為(l/2)fs至(l/8)fs的Cr和Cb色差信號。 根據(jù)電視信號格式輸出頻帶限制LPF 1025的Cr和Cb色差信號。如果在沒 有執(zhí)行頻帶限制的情況下輸出Cr和Cb色差信號，則將頻率為1/8fs或更高 的信號輸出為錯誤信號。如圖32所示，抽取處理電路1026抽取Cr和Cb色 差信號。
用于抽取Cr和Cb色差信號的原因是Cr和Cb色差信號僅需要亮度(Y) 信號的頻帶的1/4。這是由電視信號格式所決定的，并且，這也因為人類的 眼睛易于認出高頻率亮度(Y)信號但是難于認出高頻率的色度(C)信號。
當(dāng)將Y:Cr:Cb = 4:4:4(Y和C信號的輸出頻帶相同)和Y:Cr:Cb = 4:1:1之 間的差作為輸出信號進行)現(xiàn)察時，除了例如使用紅或藍點光源的對象的特殊 對象之外，難以識別對象的輸出圖像中的差別。就是說，如果C信號具有Y 信號的頻帶的1/4,則可以獲得足夠電平的分辨率，這是由電視信號格式所 決定的。
這意味著根據(jù)第六、第七、或者第八實施例的色彩圖案可以被用作濾色 器的濾色器圖案，其中該濾色器充當(dāng)固態(tài)成像設(shè)備的成像裝置1012。
更具體地，R和B顏色分量一一與作為用于生成亮度分量的基色分量的 G分量不同的顏色分量一一的空間頻率如下所述。在第六實施例的色彩圖案 中，如圖23所示，R和B顏色分量的空間頻率在垂直和水平方向上是1/2 而在45。方向上為1/4。在第七實施例的色彩圖案中，如圖26所示，R和B 顏色分量的空間頻率在垂直和水平方向上是l/4而在45。方向上為1/4。在第 八實施例的色彩圖案中，如圖29所示，R和B顏色分量的空間頻率在垂直 和水平方向上是1/4而在45°方向上為1/2。因此，任何一個色彩像素都滿 足Y:Cr:Cb-4:1:1的條件。
如上所述，通過用第六、第七、或第八實施例的色彩圖案作為用于諸如 數(shù)字靜物照相機或視頻照相機(特別是視頻照相機)之類的成像設(shè)備的成像裝 置1012，可以增加人類的眼睛對其具有高靈敏度的G分量的空間頻率特性 (空間分辨率)。結(jié)果，不僅對非彩色對象、而且對彩色對象都可以獲得高亮 度分辨率。
另夕卜，與已知的拜爾像素移動圖案不同，不需要在照相機信號處理電路1014中調(diào)整RGB像素的電平平衡，來克服G像素的較低的分辨率。此外， 可以使電路操作簡化，且可以防止由電平平衡中的偏離所引起的錯誤色彩的 發(fā)生。
在第六、第七、以及第八實施例的色彩圖案中的任一個中，G像素包圍 R和B像素。因此，由于將G像素布置在所有行和所有列中，所以大大提 高了當(dāng)在照相機信號處理電路1014的內(nèi)插處理電路1022中將G像素內(nèi)插在 R和B空間位置上時的內(nèi)插精度。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)設(shè)計需要和其它因素，可以有各種改 變、組合、子組合和變更，只要它們是在所附權(quán)利要求或其等價物的范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種固態(tài)成像設(shè)備，包括像素，包括被兩維地布置在矩陣中的光電變換器；以及 濾色器，包括作為用于生成亮度分量的主要分量的基色分量和其它顏色 分量，該濾色器被布置在像素的表面上，其中基色分量和其它顏色分量被布置為使得基色分量包圍其它顏色分量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像設(shè)備，其中其它顏色分量被隔行和隔列 布置，使得其它顏色分量在垂直和水平方向上的抽樣率變成基色分量的抽樣 率的1/2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)成像設(shè)備，其中其它顏色分量具有兩種顏色，. 并且，僅包括基色分量的行以及包括基色分量和其它顏色分量的4亍被交替布 置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像設(shè)備，其中其它顏色分量被隔行和隔列 布置，使得其它顏色分量在垂直和水平方向上的抽樣率變成基色分量的抽樣 率的1/4。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)成像設(shè)備，其中，其它顏色分量具有兩種顏 色；并且僅包括基色分量的行被隔行布置，并且，包括基色分量和一種顏色的其 它顏色分量的行和包括基色分量和另 一種顏色的其它顏色分量的行被交替 布置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)成像設(shè)備，其中，每行像素被從相鄰行像素 移位l/2像素節(jié)距，并且，每列像素被從相鄰列像素移位1/2像素節(jié)距。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)成像設(shè)備，其中，其它顏色分量具有兩種顏 色；以及僅包括基色分量的行被隔行布置，并且，包括基色分量和一種顏色的其 它顏色分壹的行和包括基色分量和另 一種顏色的其它顏色分量的行被交替布置。
8、 一種成像設(shè)備，包括固態(tài)成像設(shè)備，其包括具有作為用于生成亮度分量的主要分量的基色分量和其它顏色分量的濾色器，該基色分量和其它顏色分量被布置為使得基色 分量包圍其它顏色分量；光學(xué)系統(tǒng)，被配置為在固態(tài)成像設(shè)備的成像面上形成對應(yīng)于來自的對象的光的圖像；以及信號處理電路，被配置為處理固態(tài)成像設(shè)備的輸出信號。
9、 一種固態(tài)成像裝置，包括像素陣列，具有其中像素被傾斜地布置的傾斜像素圖案，奇數(shù)編號行垂 直信號線組中的奇數(shù)編號行垂直信號線被連接到奇數(shù)編號行像素的每一列， 并且，偶數(shù)編號行垂直信號線組中的偶數(shù)編號行垂直信號線:被連接到偶數(shù)編 號行像素的每一列；行選擇器，被配置為分別選擇傾斜像素圖案的奇數(shù)編號行和偶數(shù)編號行；奇數(shù)編號行列處理電路組，其包括列處理電路并被連接到奇數(shù)編號行垂 直信號線組，用于將多個列之l可的奇數(shù)編號行像素的信號相加；偶數(shù)編號行列處理電路組，其包括列處理電路并被連接到偶數(shù)編號行垂 直信號線組，用于將像素列中的偶數(shù)編號行像素的信號相加；以及列選擇器，被配置為選擇奇數(shù)編號行列處理電路組的列處理電路和偶數(shù) 編號行列處理電路組的列處理電路。
10、 一種成像設(shè)備，包括固態(tài)成像裝置，具有其中像素被傾斜地布置的傾斜像素圖案，在具有水 平方向上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域中，分別針對傾斜 像素圖案的奇數(shù)編號行和偶數(shù)編號行而將水平方向上的x個像素和垂直方向個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域移動m個像素，該x個像素和y個像素具有相同的顏色，其中，n是三或更大的奇數(shù)，m是三或更大的奇數(shù)，并且n2xSy,奇數(shù)編號行的具有水平方向上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域和偶數(shù)編號.行的具有水平方向上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域之間的空間位置關(guān)系使得它們在傾斜像素圖案的傾斜方向上彼此移位m個像素；'模式設(shè)置單元，被配置為選擇性地設(shè)置用于獨立讀取傾斜像素圖案中的 所有像素的信號的漸進式讀取模式和用于將傾斜像素圖案中的像素相加的像素相加讀取模式；以及驅(qū)動單元，被配置為根據(jù)由模式設(shè)置單元設(shè)置的漸進式讀取模式或像素 相加讀取模式來驅(qū)動固態(tài)成像裝置。
全文摘要
一種用于具有傾斜像素圖案的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法，包括以下步驟在具有水平方向上相鄰n個像素和垂直方向上相鄰n個像素的區(qū)域中，分別針對奇數(shù)編號的行和偶數(shù)編號的行，將水平方向上的x個像素和垂直方向上的y個像素相加，該x個像素和y個像素具有相同的顏色，其中n是三或更大的奇數(shù)并且n≥x≥y；以及將該x個像素和該y個像素重復(fù)相加，同時在垂直或水平方向上將該n×n區(qū)域移動m個像素，其中m是三或更大的奇數(shù)。將該奇數(shù)編號行的n×n區(qū)域在傾斜像素圖案的傾斜方向上相對于偶數(shù)編號行的n×n區(qū)域移位m個像素。
文檔編號H04N9/04GK101312537SQ20081012599
公開日2008年11月26日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者千葉卓也, 安里成伸, 小坂井良太, 松井啟, 橫田一秀, 田中健二, 米田豐, 紅林久 申請人:索尼株式會社