CN114390229A - 图像感测装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种图像感测装置及其操作方法，所述图像感测装置可包括：设置在第一行的第一单位像素电路，其包括第一浮置扩散节点，并且适于通过列线输出第一像素信号；设置在第二行的第二单位像素电路，其包括第二浮置扩散节点，并且适于通过列线输出第二像素信号；以及第一联接电路，其适于基于第一模式控制信号选择性地将所述第一浮置扩散节点联接到所述第二浮置扩散节点。

Description

图像感测装置及其操作方法
技术领域
本公开的各种实施方式涉及半导体设计技术，并且更具体地说，涉及图像感测装置及其操作方法。
背景技术
图像感测装置利用半导体的对光起反应的特性捕获图像。通常，有两种类型的图像感测装置：电荷耦合器件(CCD)图像感测装置和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测装置。近来，因为CMOS图像感测装置允许在单个集成电路(IC)上直接实现模拟控制电路和数字控制电路两者，所以CMOS图像感测装置被广泛使用。
发明内容
本公开的各种实施方式涉及一种能够通过使用相邻像素来增加每像素电荷容量的图像感测装置、以及该图像感测装置的操作方法。
此外，本公开的各种实施方式涉及一种图像感测装置和该图像感测装置的操作方法，该图像感测装置能够根据模式来控制是否增加像素的电荷容量，同时通过最大化相邻像素的使用来增加容量。
根据实施方式，一种图像感测装置可包括：设置在第一行的第一单位像素电路，其包括第一浮置扩散节点，并且适于通过列线输出第一像素信号；设置在第二行的第二单位像素电路，其包括第二浮置扩散节点，并且适于通过列线输出第二像素信号；以及第一联接电路，其适于基于第一模式控制信号选择性地将所述第一浮置扩散节点联接到所述第二浮置扩散节点。
第一联接电路可在低转换增益时段期间将第一浮置扩散节点电联接到第二浮置扩散节点，并且在高转换增益时段期间将第一浮置扩散节点与第二浮置扩散节点电隔离。
根据实施方式，一种图像感测装置的操作方法可包括：在第一帧时间期间，将分别包括在多个单位像素电路中并设置在一列中的多个浮置扩散节点电联接；以及在所述第一帧时间期间由所述多个单位像素电路中的任一个根据低转换增益模式生成图像数据。
图像感测装置的操作方法可进一步包括：在第二帧时间期间将所述多个浮置扩散节点电隔离；以及由所述多个单位像素电路中的任一个根据高转换增益模式生成图像数据。
根据实施方式，一种图像感测装置的操作方法可以包括：在第一帧时间期间，在低转换增益模式和高转换增益模式下交替地操作多个单位像素电路中的每一个；以及在所述第一帧时间期间，由所述单位像素电路中的每一个交替地根据所述低转换增益模式生成图像数据以及根据所述高转换增益模式生成图像数据。
交替地操作的步骤可包括：在低转换增益模式下，将分别包括在所述多个单位像素电路中并且设置在一列中的多个浮置扩散节点电联接。
交替地操作的步骤可包括：在高转换增益模式下将所述多个浮置扩散节点电隔离。
根据实施方式，一种包括一列单位像素电路的图像感测装置的操作方法，一列单位像素电路各自具有浮置扩散节点，该操作方法可包括：从像素电路中的与相邻像素电路具有电联接的浮置扩散节点的一个像素电路生成第一图像数据；以及从像素电路中的与相邻像素电路具有电隔离的浮置扩散节点的一个像素电路生成第二图像数据。
附图说明
图1是示出根据实施方式的图像感测装置的框图。
图2是示出像素阵列的示例的图。
图3是示出包括在像素阵列中的多个单位像素电路当中的第一单位像素电路和第二单位像素电路及其相关电路的电路图。
图4至图10是示出诸如图1中所示的图像感测装置的操作的示例的时序图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述各种实施方式以详细描述本公开，从而使本公开所属领域的技术人员能够实践并容易地实施本公开。在整个说明书中，对“实施方式”等的引用不一定仅针对一个实施方式，并且对任何这样的短语的不同引用不一定针对相同的实施方式。当在本文中使用术语“实施方式”时不一定指所有实施方式。
在整个说明书中，当元件被称为“连接到”或“联接到”另一元件时，该元件可以直接连接到或联接到该另一元件，或者按照其间插置有一个或更多个元件的方式电连接到或电联接到该另一元件。此外，还将理解，当在本文中使用术语“包括”、“包含”及其衍生词时，其指定所述元件的存在并且不排除一个或更多个其它元件的存在或添加。在以下描述中，一些组件以单数形式描述，但本公开不限于此；应当理解，组件可以形成为多个。
图1是示出根据实施方式的图像感测装置100的框图。
参照图1，图像感测装置100可以包括行控制器110、像素阵列120、信号转换器130和图像处理器140。
行控制器110可以生成用于在帧时间(即，单个帧时间)期间控制像素阵列120的相应行的多个行控制信号RCTRL。例如，行控制器110可以生成用于在帧时间的第一行线时间期间控制布置在像素阵列120的第一行中的像素的第一行控制信号，并且生成用于在帧时间的第n(其中，“n”是大于2的自然数)行线时间期间控制布置在像素阵列120的第n行中的像素的第n行控制信号。在帧时间期间，行控制器110可以根据可以是低转换增益模式或高转换增益模式的单一模式生成多个行控制信号RCTRL，或者根据包括低转换增益模式和高转换增益模式二者的混合模式生成多个行控制信号RCTRL。
像素阵列120可包括布置在多个行和多个列的交叉点处的多个像素。例如，如图2所示，多个像素可以以四元图案(quad pattern)布置。在行控制器110的控制下，多个像素可以将针对每行的多个像素信号VPX输出到信号转换器130。例如，多个像素当中的布置在第一行中的像素可以基于第一行控制信号在第一行线时间期间生成多个像素信号VPX，并且多个像素当中的布置在第n行中的像素可以基于第n行控制信号在第n行线时间期间生成多个像素信号VPX。
信号转换器130可以生成与多个像素信号VPX对应的多个数字信号DOUT。在下文中，在帧时间期间对应于所有行(即，第一行至第n行)生成的所有的多个数字信号DOUT被称为图像数据。例如，信号转换器130可以包括模数转换器(ADC)。
图像处理器140可以基于多个数字信号DOUT生成图像IMG。例如，图像处理器140可以基于根据低转换增益模式生成的至少一个第一图像数据和根据高转换增益模式生成的至少一个第二图像数据来生成高动态范围图像IMG。
图2是示出图1中所示的像素阵列120的示例的图。
参照图2，像素阵列120可以包括布置成四元图案的多个像素。四元图案是指具有相同颜色的像素以2×2为单位排列的图案。在下文中，布置在第一行(其可共同包括如图2所示的像素的第一单独行和第二单独行)第一列(其可共同包括如图2所示的第一单独列和第二单独列)中的2×2单位像素电路UP1被称为第一单位像素电路，并且布置在第二行(其可共同包括如图2所示的第三单独行和第四单独行)第一列(其可共同包括第一单独列和第二单独列)中的2×2单位像素电路UP2被称为第二单位像素电路。通常，2×2单位像素包括任意四个相邻像素。
图3是示出图2所示的第一单位像素电路UP1和第二单位像素电路UP2及其相关电路(即，MDCG1、MDCG2、MDCG3、CDCG1、CDCG2和COL1)的电路图。
参照图3，第一单位像素电路UP1可包括：第一至第四光电二极管PD10、PD11、PD12和PD13；第一至第四传输元件MT10、MT11、MT12和MT13；第一浮置扩散节点FD1；第一复位元件MR1；第一驱动元件MD1和第一选择元件MS1。
第一单位像素电路UP1可以具有其中第一至第四光电二极管PD10、PD11、PD12和PD13共享第一浮置扩散节点FD1、第一复位元件MR1、第一驱动元件MD1和第一选择元件MS1的结构。
第一光电二极管PD10可以联接在低电压端子(例如，接地电压端子)和第一传输元件MT10之间。第二光电二极管PD11可以联接在低电压端子和第二传输元件MT11之间。第三光电二极管PD12可以联接在低电压端子和第三传输元件MT12之间。第四光电二极管PD13可以联接在低电压端子和第四传输元件MT13之间。
第一传输元件MT10可以联接在第一光电二极管PD10和第一浮置扩散节点FD1之间。第一传输元件MT10可以基于第一行控制信号的第一传输控制信号TX10选择性地将第一光电二极管PD10联接到第一浮置扩散节点FD1。第二传输元件MT11可以联接在第二光电二极管PD11和第一浮置扩散节点FD1之间。第二传输元件MT11可以基于第一行控制信号的第二传输控制信号TX11选择性地将第二光电二极管PD11联接到第一浮置扩散节点FD1。第三传输元件MT12可以联接在第三光电二极管PD12和第一浮置扩散节点FD1之间。第三传输元件MT12可以基于第一行控制信号的第三传输控制信号TX12选择性地将第三光电二极管PD12联接到第一浮置扩散节点FD1。第四传输元件MT13可以联接在第四光电二极管PD13和第一浮置扩散节点FD1之间。第四传输元件MT13可以基于第一行控制信号的第四传输控制信号TX13选择性地将第四光电二极管PD13联接到第一浮置扩散节点FD1。
尽管附图中未示出，但第一寄生电容器可联接到第一浮置扩散节点FD1。第一寄生电容器可以存储从第一至第四光电二极管PD10、PD11、PD12和PD13生成的电荷。
第一复位元件MR1可联接在高电压端子(例如，电源电压端子AVDD)与第一浮置扩散节点FD1之间。第一复位元件MR1可基于第一行控制信号的第一复位控制信号RX1选择性地将高电压端子联接到第一浮置扩散节点FD1。
第一驱动元件MD1可以联接在高电压端子和第一选择元件MS1之间。第一驱动元件MD1可基于加载到第一浮置扩散节点FD1上的电压来驱动第一像素信号VPX1。
第一选择元件MS1可以联接在第一驱动元件MD1和第一列线COL1之间。第一选择元件MS1可以基于第一行控制信号的第一选择控制信号SX1将第一像素信号VPX1输出到第一列线COL1。
第二单位像素电路UP2可以包括：第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23；第五至第八传输元件MT20、MT21、MT22和MT23；第二浮置扩散节点FD2；第二复位元件MR2；第二驱动元件MD2和第二选择元件MS2。
第二单位像素电路UP2可以具有其中第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23共享第二浮置扩散节点FD2、第二复位元件MR2、第二驱动元件MD2和第二选择元件MS2的结构。
第五光电二极管PD20可以联接在低电压端子和第五传输元件MT20之间。第六光电二极管PD21可以联接在低电压端子和第六传输元件MT21之间。第七光电二极管PD22可以联接在低电压端子和第七传输元件MT22之间。第八光电二极管PD23可以联接在低电压端子和第八传输元件MT23之间。
第五传输元件MT20可以联接在第五光电二极管PD20和第二浮置扩散节点FD2之间。第五传输元件MT20可以基于第二行控制信号的第五传输控制信号TX20选择性地将第五光电二极管PD20联接到第二浮置扩散节点FD2。第六传输元件MT21可联接在第六光电二极管PD21与第二浮置扩散节点FD2之间。第六传输元件MT21可以基于第二行控制信号的第六传输控制信号TX21选择性地将第六光电二极管PD21联接到第二浮置扩散节点FD2。第七传输元件MT22可以联接在第七光电二极管PD22和第二浮置扩散节点FD2之间。第七传输元件MT22可以基于第二行控制信号的第七传输控制信号TX22选择性地将第七光电二极管PD22联接到第二浮置扩散节点FD2。第八传输元件MT23可联接在第八光电二极管PD23与第二浮置扩散节点FD2之间。第八传输元件MT23可以基于第二行控制信号的第八传输控制信号TX23选择性地将第八光电二极管PD23联接到第二浮置扩散节点FD2。
尽管附图中未示出，但第二寄生电容器可联接到第二浮置扩散节点FD2。第二寄生电容器可以存储从第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23生成的电荷。
第二复位元件MR2可联接在高电压端子AVDD与第二浮置扩散节点FD2之间。第二复位元件MR2可基于第二行控制信号的第二复位控制信号RX2选择性地将高电压端子联接到第二浮置扩散节点FD2。
第二驱动元件MD2可以联接在高电压端子和第二选择元件MS2之间。第二驱动元件MD2可基于加载到第二浮置扩散节点FD2上的电压来驱动第二像素信号VPX2。
第二选择元件MS2可以联接在第二驱动元件MD2和第一列线COL1之间。第二选择元件MS2可以基于第二行控制信号的第二选择控制信号SX2将第二像素信号VPX2输出到第一列线COL1。
相关电路MDCG1、MDCG2、MDCG3、CDCG1、CDCG2和COL1可以直接/间接地联接到第一单位像素电路UP1和第二单位像素电路UP2。相关电路MDCG1、MDCG2、MDCG3、CDCG1、CDCG2和COL1可以包括第一联接电路MDCG1、第二联接电路MDCG2、第三联接电路MDCG3、第一电荷存储电路CDCG1、第二电荷存储电路CDCG2和第一列线COL1。
第一联接电路MDCG1可以基于第一模式控制信号VDCG1选择性地将虚设单位像素电路(未示出)联接到第一单位像素电路UP1。例如，第一联接电路MDCG1可以根据低转换增益模式将包括在虚设单位像素电路中的虚设浮置扩散节点(未示出)电联接到包括在第一单位像素电路UP1中的第一浮置扩散节点FD1，并且根据高转换增益模式将虚设浮置扩散节点与第一浮置扩散节点FD1电断开或电隔离。
第一联接电路MDCG1可以包括具有MOS结构的第一栅极电容器。可以根据第一联接电路MDCG1的栅极氧化物的厚度来调整第一栅极电容器的电容。例如，第一栅极电容器的电容可以随着第一联接电路MDCG1的栅极氧化物的厚度减小而增加。
第二联接电路MDCG2可以基于第二模式控制信号VDCG2选择性地将第一单位像素电路UP1联接到第二单位像素电路UP2。例如，第二联接电路MDCG2可以根据低转换增益模式将包括在第一单位像素电路UP1中的第一浮置扩散节点FD1电联接到包括在第二单位像素电路UP2中的第二浮置扩散节点FD2，并且根据高转换增益模式将第一浮置扩散节点FD1与第二浮置扩散节点FD2电断开或电隔离。
第二联接电路MDCG2可以包括具有MOS结构的第二栅极电容器。可以根据第二联接电路MDCG2的栅极氧化物的厚度来调整第二栅极电容器的电容。例如，第二栅极电容器的电容可以随着第二联接电路MDCG2的栅极氧化物的厚度减小而增加。
第三联接电路MDCG3可以基于第三模式控制信号VDCG3选择性地将第二单位像素电路UP2联接到第三单位像素电路(未示出)。例如，第三联接电路MDCG3可以根据低转换增益模式将包括在第二单位像素电路UP2中的第二浮置扩散节点FD2电联接到包括在第三单位像素电路中的第三浮置扩散节点(未示出)，并且根据高转换增益模式将第二浮置扩散节点FD2与第三浮置扩散节点电断开或电隔离。
第三联接电路MDCG3可以包括具有MOS结构的第三栅极电容器。可以根据第三联接电路MDCG3的栅极氧化物的厚度来调节第三栅极电容器的电容。例如，第三栅极电容器的电容可以随着第三联接电路MDCG3的栅极氧化物的厚度减小而增加。
第一电荷存储电路CDCG1可联接到将第一联接电路MDCG1、虚设浮置扩散节点和第一浮置扩散节点FD1彼此联接的导线。第一电荷存储电路CDCG1可以是寄生电容器或通用电容器，例如，金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。
第二电荷存储电路CDCG2可联接到将第二联接电路MDCG2、第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2彼此联接的导线。第二电荷存储电路CDCG2可以是寄生电容器或通用电容器，例如，金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。
第一列线COL1可以共同联接到第一单位像素电路UP1和第二单位像素电路UP2。第一列线COL1可以在帧时间的第一行线时间期间将第一像素信号VPX1传送到信号转换器130，并且在帧时间的第二行线时间期间将第二像素信号VPX2传送到信号转换器130。
在下文中，描述具有上述配置的图像感测装置100的操作示例。
图4是示出根据单一模式控制图像感测装置100的方法的时序图。单一模式是指图像感测装置100在帧时间期间根据低转换增益模式和高转换增益模式中的一种模式操作的模式。
参照图4，图像感测装置100可以在帧时间期间根据低转换增益模式和高转换增益模式中的一种模式操作，并且根据所述一种模式生成图像数据。低转换增益模式可以在高照度条件下执行。换句话说，在当前捕获的图像的平均亮度值大于参考亮度值时，即，在当前捕获的图像相对明亮时，可以执行低转换增益模式。高转换增益模式可以在低光照条件下执行。换句话说，在当前捕获的图像的平均亮度值小于参考亮度值时，即，在当前捕获的图像相对暗时，可以执行高转换增益模式。
另外，图像感测装置100可以在第一帧时间期间根据低转换增益模式生成第一图像数据，然后在第二帧时间期间根据高转换增益模式生成第二图像数据。图像感测装置100可以基于在第一帧时间和第二帧时间期间生成的第一图像数据和第二图像数据来生成高动态范围图像IMG。
图4以第二单位像素电路UP2为例进行更详细的说明。
首先，描述第二单位像素电路UP2的根据低转换增益模式LCG的操作。在当前捕获的图像相对明亮时，可以执行低转换增益模式LCG。
在第二行线时间的第二复位时间B10期间，第二单位像素电路UP2可基于第二复位控制信号RX2和第五至第八传输控制信号TX20、TX21、TX22和TX23来复位第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23以及第二浮置扩散节点FD2。在第二复位时间B10期间，第二模式控制信号VDCG2被激活，因此可通过第二联接电路MDCG2电联接第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2，并且第一复位控制信号RX1被停用，使得高电压端子AVDD与第一浮置扩散节点FD1可电断开或电隔离。
第二单位像素电路UP2可以在第二行线时间的第二曝光时间B11期间通过第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23生成电荷。例如，第二单位像素电路UP2可以在第二曝光时间B11期间通过第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23生成电荷。第二复位控制信号RX2可以在第二曝光时间B11的初始时间期间被停用。初始时间可以对应于第三行线时间(未示出)的第三复位时间。
在第二行线时间的第二读出时间B12期间，第二单位像素电路UP2可以根据第二复位控制信号RX2、第二选择控制信号SX2和第五至第八传输控制信号TX20、TX21、TX22和TX23依次输出第二复位信号和第二数据信号作为第二像素信号VPX2。在第二读出时间B12期间，第二模式控制信号VDCG2可以被激活，因此可电联接第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2。因此，在第二读出时间B12期间，第二单位像素电路UP2的总电荷容量等于联接到第二浮置扩散节点FD2的第二寄生电容器的电容、第二电荷存储电路CDCG2的电容、包括在第二联接电路MDCG2中的第二栅极电容器的电容、第一电荷存储电路CDCG1的电容、以及联接到第一浮置扩散节点FD1的第一寄生电容器的电容的总和。在本文中，第二电荷存储电路CDCG2的电容、包括在第二联接电路MDCG2中的第二栅极电容器的电容和第一电荷存储电路CDCG1的电容中的至少一个可以根据设计从总电荷容量中排除。
接下来，描述第二单位像素电路UP2的根据高转换增益模式HCG的操作。在当前捕获的图像相对暗时，可以执行高转换增益模式HCG。
在第二行线时间的第二复位时间B10期间，第二单位像素电路UP2可基于第二复位控制信号RX2和第五至第八传输控制信号TX20、TX21、TX22和TX23来复位第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23以及第一浮置扩散节点FD1。在第二复位时间B10期间，第二模式控制信号VDCG2可被停用，因此可电断开或电隔离第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2。第二单位像素电路UP2可以在第二行线时间的第二曝光时间B11期间通过第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23生成电荷。第二单位像素电路UP2可以在第二行线时间的第二读出时间B12期间生成对应于第二复位控制信号RX2的第二复位信号作为第二像素信号VPX2，然后生成对应于第五至第八光电二极管PD20、PD21、PD22和PD23的第二数据信号作为第二像素信号VPX2。在第二读出时间B12期间，第二模式控制信号VDCG2可被停用，因此可电断开或电隔离第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2。因此，在第二读出时间B12期间，第二单位像素电路UP2的总电荷容量可等于联接到第二浮置扩散节点FD2的第二寄生电容器的电容。
尽管上面描述了当第二单位像素电路UP2操作时第一单位像素电路UP1联接到第二单位像素电路UP2并与其一起使用的示例，但是本公开不限于此；邻近地布置在目标单位像素电路上方和/或下方的多个单位像素电路可联接到目标单位像素电路并与目标单位像素电路一起使用。例如，当第二单位像素电路UP2操作时，设置在第二单位像素电路UP2上方的第一单位像素电路UP1和设置在第二单位像素电路UP2下方的第三单位像素电路可以联接到第二单位像素电路UP2并与其一起使用。
图5至图10是示出根据混合模式控制图像感测装置100的方法的时序图。混合模式是指图像感测装置100在帧时间期间根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG操作的模式。
参照图5，图像感测装置100可以在帧时间期间根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG操作，并且根据低转换增益模式LCG生成第一图像数据以及根据高转换增益模式HCG生成第二图像数据。例如，在帧时间期间，图像感测装置100可以根据高转换增益模式HCG生成与从四个光电二极管生成的一些电荷相对应的第二图像数据，然后根据低转换增益模式LCG生成与从四个光电二极管生成的其余电荷相对应的第一图像数据。图像感测装置100可以基于在帧时间期间生成的第一图像数据和第二图像数据来生成高动态范围图像IMG。
参照图6，图像感测装置100可在帧时间期间根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG操作，并且根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG生成图像数据。例如，在帧时间期间，图像感测装置100可以根据低转换增益模式LCG生成与从一个光电二极管生成的电荷对应的第一图像数据，然后根据高转换增益模式HCG生成与从三个光电二极管生成的电荷对应的第二图像数据。通过使用在高转换增益模式HCG中从三个光电二极管生成的电荷，图像感测装置100可以在低照度条件下生成具有高灵敏度的第二图像数据。图像感测装置100可以基于在帧时间期间生成的第一图像数据和第二图像数据来生成高动态范围图像IMG。
参照图7，图像感测装置100可在帧时间期间根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG操作，并且根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG生成图像数据。例如，在帧时间期间，图像感测装置100可根据低转换增益模式LCG生成与从三个光电二极管生成的电荷对应的第一图像数据，然后根据高转换增益模式HCG生成与从一个光电二极管生成的电荷对应的第二图像数据。通过使用在低转换增益模式LCG中从三个光电二极管生成的电荷和在高转换增益模式HCG中从一个光电二极管生成的电荷，图像感测装置100可生成具有改进的信噪比(SNR)的第一图像数据和第二图像数据。图像感测装置100可以基于在帧时间期间生成的第一图像数据和第二图像数据来生成高动态范围图像IMG。
参照图8，图像感测装置100可在帧时间期间根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG操作，并且根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG生成图像数据。例如，在帧时间期间，图像感测装置100可以根据低转换增益模式LCG生成与从一个光电二极管生成的电荷对应的第一图像数据，然后根据高转换增益模式HCG生成与从三个光电二极管生成的电荷对应的第二图像数据。具体地，在相应的曝光时间A11或B11期间，图像感测装置100可以将与低转换增益模式LCG相关的传输控制信号TX10或TX20的电压电平控制为高于传输控制信号TX10或TX20的非激活电平并且低于传输控制信号TX10或TX20的激活电平，从而在相应的曝光时间A11或B11期间将从光电二极管PD10或PD20生成的电荷中的一些转移到相应的浮置扩散节点FD1或FD2。在低转换增益模式LCG中，图像感测装置100可在相应曝光时间A11或B11期间提前将在低转换增益模式LCG下来自光电二极管PD10或PD20的一些电荷(即，等于或大于设置量的电荷(溢出电荷)的电荷)转移到相应的浮置扩散节点FD1或FD2，从而增加第一图像数据的动态范围。图像感测装置100可以基于在帧时间期间生成的第一图像数据和第二图像数据来生成高动态范围图像IMG。
如图8所示，当根据低转换增益模式LCG生成第一图像数据时，图像感测装置100可以根据传输控制信号TX10或TX20读出具有信号电平的图像数据，然后根据复位控制信号RX1或RX2读出具有复位电平的图像数据。当首先从具有复位电平的图像数据和具有信号电平的图像数据当中读出具有信号电平的图像数据时，图像感测装置100可使用增量采样方法。
参照图9，图像感测装置100可在帧时间期间根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG操作，并且根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG生成图像数据。例如，在帧时间期间，图像感测装置100可根据低转换增益模式LCG生成与从三个光电二极管生成的电荷对应的第一图像数据，然后根据高转换增益模式HCG生成与从一个光电二极管生成的电荷对应的第二图像数据。具体地，图像感测装置100可以同时读出具有根据低转换增益模式LCG生成的信号电平的图像数据和具有根据高转换增益模式HCG生成的信号电平的图像数据，从而减少相应的读出时间A12或B12。例如，第二单位像素电路UP2可以将具有根据低转换增益模式LCG生成的信号电平的第一图像数据存储在第一单位像素电路UP1的第一浮置扩散节点FD1中，将具有根据高转换增益模式HCG生成的信号电平的第二图像数据存储在第二浮置扩散节点FD2中，然后同时激活第一选择控制信号SX1和第二选择控制信号SX2，从而同时读出具有信号电平的第一图像数据和具有信号电平的第二图像数据。图像感测装置100可以基于在帧时间期间生成的第一图像数据和第二图像数据来生成高动态范围图像IMG。
参照图10，图像感测装置100可在帧时间期间根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG操作，并且根据低转换增益模式LCG和高转换增益模式HCG生成图像数据。例如，在帧时间期间，图像感测装置100可以根据高转换增益模式HCG生成与从三个光电二极管生成的电荷对应的第一图像数据，根据低转换增益模式LCG生成与从三个光电二极管生成的电荷对应的第二图像数据，然后根据高转换增益模式HCG生成与从一个光电二极管生成的电荷对应的第三图像数据。图像感测装置100可以具有上述图6和图7的实施方式的所有优点。换言之，图像感测装置100可以在低照度条件下生成具有高灵敏度的第一图像数据，并且生成具有改进的信噪比(SNR)的第二图像数据和第三图像数据。图像感测装置100可以基于在帧时间期间生成的第一图像数据至第三图像数据来生成高动态范围图像IMG。
根据本公开的实施方式，可以通过使用相邻像素来增加每像素电荷存储容量，并根据模式来控制是否增加电荷容量。
根据本公开的实施方式，可以通过使用相邻像素增加每像素电荷存储容量来有助于优化像素的尺寸。
此外，根据本公开的实施方式，可以通过控制是否增加电荷容量来优化每种模式的操作。
虽然已经参照特定实施方式示出和描述了本公开，但是本领域技术人员可以根据本公开认识到可进行各种改变和修改。因此，所公开的实施方式和任何具体细节都不是限制性的。本公开包括落入权利要求范围内的所有变型。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年10月19日提交的韩国专利申请No.10-2020-0135240的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文中。

Claims (20)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
设置在第一行的第一单位像素电路，该第一单位像素电路包括第一浮置扩散节点，并且通过列线输出第一像素信号；
设置在第二行的第二单位像素电路，该第二单位像素电路包括第二浮置扩散节点，并且通过所述列线输出第二像素信号；以及
第一联接电路，该第一联接电路基于第一模式控制信号选择性地将所述第一浮置扩散节点联接到所述第二浮置扩散节点。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一联接电路在低转换增益时段期间将所述第一浮置扩散节点电联接到所述第二浮置扩散节点，并且在高转换增益时段期间将所述第一浮置扩散节点与所述第二浮置扩散节点电隔离。
3.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一联接电路包括具有MOS结构的栅极电容器。
4.根据权利要求1所述的图像感测装置，
其中，所述第一单位像素电路包括共享所述第一浮置扩散节点的多个第一光电二极管，并且
其中，所述第二单位像素电路包括共享所述第二浮置扩散节点的多个第二光电二极管。
5.根据权利要求1所述的图像感测装置，该图像感测装置进一步包括：
设置在第三行的第三单位像素电路，该第三单位像素电路包括第三浮置扩散节点，并且通过所述列线输出第三像素信号；以及
第二联接电路，该第二联接电路基于第二模式控制信号选择性地将所述第二浮置扩散节点联接到所述第三浮置扩散节点。
6.根据权利要求5所述的图像感测装置，
其中，所述第一联接电路在低转换增益时段期间将所述第一浮置扩散节点电联接到所述第二浮置扩散节点，并且在高转换增益时段期间将所述第一浮置扩散节点与所述第二浮置扩散节点电隔离，并且
其中，所述第二联接电路在所述低转换增益时段期间将所述第二浮置扩散节点电联接到所述第三浮置扩散节点，并且在所述高转换增益时段期间将所述第二浮置扩散节点与所述第三浮置扩散节点电隔离。
7.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，所述第一联接电路和所述第二联接电路中的每一个包括具有MOS结构的栅极电容器。
8.根据权利要求5所述的图像感测装置，
其中，所述第一单位像素电路包括共享所述第一浮置扩散节点的多个第一光电二极管，
其中，所述第二单位像素电路包括共享所述第二浮置扩散节点的多个第二光电二极管，并且
其中，所述第三单位像素电路包括共享所述第三浮置扩散节点的多个第三光电二极管。
9.一种图像感测装置的操作方法，该操作方法包括以下步骤：
在第一帧时间期间，将分别包括在多个单位像素电路中并且设置在一列中的多个浮置扩散节点电联接；以及
在所述第一帧时间期间，由所述多个单位像素电路中的任一个根据低转换增益模式生成图像数据。
10.根据权利要求9所述的操作方法，该操作方法进一步包括以下步骤：
在第二帧时间期间，将所述多个浮置扩散节点电隔离；以及
由所述多个单位像素电路中的任一个根据高转换增益模式生成图像数据。
11.一种图像感测装置的操作方法，该操作方法包括以下步骤：
在第一帧时间期间，在低转换增益模式和高转换增益模式下交替地操作多个单位像素电路中的每一个；以及
在所述第一帧时间期间，由所述多个单位像素电路中的每一个交替地根据所述低转换增益模式生成图像数据以及根据所述高转换增益模式生成图像数据。
12.根据权利要求11所述的操作方法，其中，交替地操作的步骤包括以下步骤：在所述低转换增益模式下，将分别包括在所述多个单位像素电路中并且设置在一列中的多个浮置扩散节点电联接。
13.根据权利要求12所述的操作方法，其中，交替地操作的步骤还包括以下步骤：在所述高转换增益模式下，将所述多个浮置扩散节点电隔离。
14.根据权利要求11所述的操作方法，
其中，交替地操作的步骤包括：在所述高转换增益模式下操作，然后在所述低转换增益模式下操作，并且
其中，交替地生成的步骤包括：根据所述高转换增益模式生成图像数据，然后根据所述低转换增益模式生成图像数据。
15.根据权利要求11所述的操作方法，
其中，交替地操作的步骤包括：在所述高转换增益模式下操作，在所述低转换增益模式下操作，然后在所述高转换增益模式下操作，并且
其中，交替地生成的步骤包括：根据所述高转换增益模式生成第一图像数据，根据所述低转换增益模式生成第二图像数据，然后根据所述高转换增益模式生成第三图像数据。
16.根据权利要求15所述的操作方法，
其中，基于由所述多个单位像素电路中的每一个中所包括的多个光电二极管中的两个或更多个光电二极管生成的一些电荷来生成第一图像数据，
其中，基于由所述两个或更多个光电二极管生成的其余电荷来生成所述第二图像数据，并且
其中，基于由所述多个光电二极管中的其余光电二极管中的一个光电二极管生成的电荷来生成所述第三图像数据。
17.根据权利要求11所述的操作方法，
其中，交替地操作的步骤包括：在所述低转换增益模式下操作，然后在所述高转换增益模式下操作，并且
其中，交替地生成的步骤包括：根据所述低转换增益模式生成第一图像数据，然后根据所述高转换增益模式生成第二图像数据。
18.根据权利要求17所述的操作方法，
其中，基于由所述多个单位像素电路中的每一个中的多个光电二极管中的任一个光电二极管生成的电荷来生成所述第一图像数据，并且
其中，基于由其它光电二极管生成的电荷来生成所述第二图像数据。
19.根据权利要求17所述的操作方法，
其中，基于由所述多个单位像素电路中的每一个中所包括的多个光电二极管中的两个或更多个光电二极管生成的电荷来生成所述第一图像数据，并且
其中，基于由其它光电二极管中的每一个生成的电荷来生成所述第二图像数据。
20.根据权利要求11所述的操作方法，
其中，交替地操作的步骤包括：在所述低转换增益模式下操作，然后在所述高转换增益模式下操作，
其中，交替地生成的步骤包括：根据所述低转换增益模式生成第一图像数据，然后根据所述高转换增益模式生成第二图像数据，并且
其中，交替地操作的步骤进一步包括：由所述多个单位像素电路中的每一个基于相应的传输控制信号将在相应的曝光时间期间由多个光电二极管生成的一些电荷传输到相应的浮置扩散节点。
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