CN115580785A - 像素和包括该像素的图像传感器 - Google Patents

像素和包括该像素的图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN115580785A
CN115580785A CN202210704665.5A CN202210704665A CN115580785A CN 115580785 A CN115580785 A CN 115580785A CN 202210704665 A CN202210704665 A CN 202210704665A CN 115580785 A CN115580785 A CN 115580785A
Authority
CN
China
Prior art keywords
floating diffusion
node
voltage
photodiode
voltage node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210704665.5A
Other languages
English (en)
Inventor
朴奭容
金敬珉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN115580785A publication Critical patent/CN115580785A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
    • H04N25/585—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with pixels having different sensitivities within the sensor, e.g. fast or slow pixels or pixels having different sizes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
    • H04N25/671—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/709—Circuitry for control of the power supply
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/766—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/79—Arrangements of circuitry being divided between different or multiple substrates, chips or circuit boards, e.g. stacked image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

一种单位像素电路，包括：第一光电二极管；不同于第一光电二极管的第二光电二极管；第一浮置扩散节点，其中累积在第一光电二极管中生成的电荷；第二浮置扩散节点，其中累积在第二光电二极管中生成的电荷；电容器，连接到第一浮置扩散节点和第一电压节点，并且累积第一光电二极管的溢出电荷；第一开关晶体管，将第一浮置扩散节点连接到第三浮置扩散节点；复位晶体管，将第三浮置扩散节点连接到第二电压节点；增益控制晶体管，将第二浮置扩散节点连接到第三浮置扩散节点；以及第二开关晶体管，连接到第一电压节点和第二电压节点。

Description

像素和包括该像素的图像传感器
技术领域
本申请基于2021年06月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0080392号并且要求其优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入于此。
本发明构思涉及像素，并且更具体地，涉及提供改进的复位(reset)时间的像素以及包括该像素的图像传感器。
背景技术
图像传感器是捕获物体的二维(2D)或三维(3D)图像的设备。图像传感器通过使用光电转换元件生成物体的图像，该光电转换元件根据从物体反射的光的强度作出反应。随着互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的进步，使用CMOS的CMOS图像传感器已经广泛地使用。近年，已经开发了向浮置扩散节点添加电容器的技术，以增加动态范围并且减轻图像传感器的发光二极管(LED)闪烁(flicker)。
发明内容
本发明构思提供了一种通过电连接电压节点来减少时间常数和复位时间的像素，以及包括该像素的图像传感器。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种单位像素电路可以包括：第一光电二极管；不同于第一光电二极管的第二光电二极管；第一浮置扩散节点，被配置为累积在第一光电二极管中生成的电荷；第二浮置扩散节点，被配置为累积在第二光电二极管中生成的电荷；电容器，连接到第一浮置扩散节点和第一电压节点，并且被配置为累积第一光电二极管的溢出电荷；第一开关晶体管，将第一浮置扩散节点连接到第三浮置扩散节点；复位晶体管，将第三浮置扩散节点连接到第二电压节点；增益控制晶体管，将第二浮置扩散节点连接到第三浮置扩散节点；以及第二开关晶体管，连接到第一电压节点和第二电压节点两者。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种图像传感器可以包括：像素阵列，其中布置在第一芯片中实现的多个像素；以及逻辑电路，在与第一芯片形成堆叠结构的第二芯片中实现，其中，多个像素中的每个包括：第一光电二极管；不同于第一光电二极管的第二光电二极管；第一浮置扩散节点，被配置为累积在第一光电二极管中生成的电荷；第二浮置扩散节点，被配置为累积在第二光电二极管中生成的电荷；电容器，连接到第一浮置扩散节点和第一电压节点，并且被配置为累积第一光电二极管的溢出电荷；第一开关晶体管，将第一浮置扩散节点连接到第三浮置扩散节点；复位晶体管，将第三浮置扩散节点连接到第二电压节点；增益控制晶体管，将第二浮置扩散节点连接到第三浮置扩散节点；第二开关晶体管，连接到第一电压节点和第二电压节点；以及驱动器晶体管，被配置为将在第一浮置扩散节点和第二浮置扩散节点中累积的电荷转换为像素信号。逻辑电路可以被配置为生成分别地控制第一开关晶体管、复位晶体管、增益控制晶体管、第二开关晶体管和驱动器晶体管中的每个的控制信号，以及逻辑电路还可以包括被配置为将控制信号发送到第一芯片的像素阵列的行驱动器。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种单位像素电路可以包括：光电二极管；第一浮置扩散节点，被配置为累积在光电二极管中生成的电荷；电容器，连接到第一浮置扩散节点和第一电压节点，并且被配置为累积光电二极管的溢出电荷；开关晶体管，将第一浮置扩散节点连接到第二浮置扩散节点；复位晶体管，将第二浮置扩散节点连接到第二电压节点；以及第二开关晶体管，连接到第一电压节点和第二电压节点。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种单位像素电路可以包括：光电二极管；第一浮置扩散节点，被配置为累积在光电二极管中生成的电荷；增益控制晶体管，将第一浮置扩散节点连接到第二浮置扩散节点；电容器，连接第二浮置扩散节点和第一电压节点，并且被配置为基于增益控制晶体管的导通提供低转换增益模式和基于增益控制晶体管的关断提供高转换增益模式；复位晶体管，将第二浮置扩散节点连接到第二电压节点；以及开关晶体管，连接到第一电压节点和第二电压节点。
根据本发明构思的一些示例实施例，一种图像传感器可以包括：像素阵列，包括彼此并联连接的多个单位像素；和逻辑电路，包括用于向像素阵列发送控制信号的行驱动器。多个单位像素中的每个可以包括：光电二极管；第一浮置扩散节点，被配置为累积在光电二极管中生成的电荷；电容器，连接到第一浮置扩散节点和第一电压节点，该电容器被配置为累积光电二极管的溢出电荷；开关晶体管，将第一浮置扩散节点连接到第二浮置扩散节点；复位晶体管，将第二浮置扩散节点连接到第二电压节点；以及第二开关晶体管，连接到第一电压节点和第二电压节点。像素阵列还可以包括：第一开关，将多个单位像素当中的最邻近行驱动器的第一单位像素的第一电压节点连接到第一单位像素的第二电压节点；以及第二开关，将多个单位像素当中的最远离行驱动器的第N单位像素的第一电压节点连接到第N单位像素的第二电压节点。
附图说明
根据以下结合附图进行的详细描述，将更加清楚地理解本发明构思的示例实施例，其中:
图1是根据一些示例实施例的图像传感器的框图；
图2是示出根据一些示例实施例的像素行和行驱动器的电压信号的图；
图3是示出根据一些示例实施例的单位像素的实施方式示例的电路图；
图4是示出根据一些示例实施例的单位像素的操作的定时图；
图5A是示出根据比较示例的单位像素的实施方式示例的电路图；
图5B是示出根据比较示例的单位像素的另一实施方式示例的电路图；
图6A是示出根据一些示例实施例的单位像素的实施方式示例的电路图；
图6B是示出根据一些示例实施例的单位像素的实施方式示例的电路图；
图7A是示出根据比较示例的浮置扩散节点的电压电平改变的曲线图；
图7B是示出根据一些示例实施例的基于连接开关的激活的浮置扩散节点的电压电平改变的曲线图；
图8是示出根据一些示例实施例的像素阵列的另一示例的图；
图9是根据一些示例实施例的电子设备的框图；
图10A是图像传感器的分解透视图；
图10B是图像传感器的平面图；
图10C是根据一些示例实施例的图像传感器的分解透视图；
图11是根据一些示例实施例的包括多相机模块的电子设备的框图；以及
图12是根据一些示例实施例的图11的相机模块的详细框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本发明构思的示例实施例。
将理解的是，当诸如层、膜、区域或衬底的元件被称为“在另一元件上”时，其可以直接地在另一元件上，或者也可以存在居于中间的元件。相反，当元件被称为“直接地在另一元件上”时，不存在居于中间的元件。将进一步的理解的是，当元件被称为“在另一元件上“时，其可以在另一元件的上方或下方或与之相邻(例如，水平地相邻)。
将理解的是，相对于其他元件和/或其属性(例如，结构、表面、方向等)可以被称为“垂直”、“平行”、“共面”等的元件和/或其属性(例如，结构、表面、方向等)可以相对于其他元件和/或其属性为“垂直”、“平行”、“共面”等，或者可以分别地为“基本上垂直”、“基本上平行”、“基本上共面”。
相对于其他元件和/或其属性“基本上垂直”的元件和/或其属性(例如，结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内相对于其他元件和/或其属性为“垂直”，和/或相对于其他元件和/或其属性为“垂直”具有在幅度和/或角度上的偏差等，该偏差等于或小于10％(例如，公差为±10％)。
相对于其他元件和/或其属性“基本上平行”的元件和/或其属性(例如，结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内相对于其他元件和/或其属性为“平行”，和/或与相对于其他元件和/或其属性为“平行”具有在幅度和/或角度上的偏差等，该偏差等于或小于10％(例如，公差为±10％)。
相对于其他元件和/或其属性“基本上共面”的元件和/或其属性(例如，结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内相对于其他元件和/或其属性为“共面”，和/或与相对于其他元件和/或其属性为“共面”具有在幅度和/或角度上的偏差等，该偏差等于或小于10％(例如，公差为±10％)。
将理解的是，元件和/或其属性在本文中可以陈述为与其他元件“相同”或“相等”，并且将进一步理解的是，在本文中陈述为与其他元件“一致”、“相同”或“相等”的元件和/或其属性可以是与其他元件和/或其属性“一致”、“相同”或“相等”，或者“基本上一致”、“基本上相同”或“基本上相等”。与其他元件和/或其属性“基本上一致”、“基本上相同”或“基本上相等”的元件和/或其属性将被理解为包括在制造公差和/或材料公差内与其他元件和/或其属性一致、相同或相等的元件和/或其属性。与其他元件和/或其属性一致或基本上一致和/或相同或基本上相同的元件和/或其属性可以在结构上相同或基本上相同、功能上相同或基本上相同、和/或组成上相同或基本上相同。
将理解的是，在本文中描述为“基本上”相同和/或一致的元件和/或其属性包含具有等于或小于10％的幅度上的相对差异的元件和/或其属性。此外，无论元件和/或其属性是否被修饰为“基本上”，将理解的是，这些元件和/或其属性应当被解释为包括所阐述的元件和/或其属性周围的制造或操作公差(例如，±10％)。
当术语“大约”或“基本上”在本说明书中与数值结合使用时，其意图是相关联的数值包括所阐述的数值周围±10％的公差。当指定范围时，该范围包括其间的所有值，诸如0.1％的增量。
图1是根据一些示例实施例的图像传感器的框图。
图像传感器100可以装备在具有图像或光学感测功能的电子设备中。例如，图像传感器100可以提供在电子设备中，诸如相机、智能电话、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、家用电器、平板式个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、导航设备、无人机、高级驾驶员辅助***(ADAS)等。图像传感器100也可以作为车辆、家具、制造设备、门、各种测量设备等中的组件来提供。
参考图1，图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120、读出电路130、斜坡信号发生器140、定时控制器150和信号处理器190，并且读出电路130可以包括模数转换电路131(在下文中称为“ADC电路”)和数据总线132。
像素阵列110可以包括多个行线RL、多个列线CL以及连接到多个行线RL和多个列线CL并且以行和列布置的多个像素PX。多个像素PX可以是有源像素传感器(APS)。
多个像素PX中的每个可以包括至少一个光电转换元件，以及像素PX可以通过使用光电转换元件来感测光并且根据感测到的光输出图像信号，该图像信号是电信号。例如，光电转换元件可以是包括有机材料或无机材料的光感测元件，诸如无机光电二极管、有机光电二极管、钙钛矿光电二极管、光电晶体管、光电门、钳位(pinned)光电二极管等。在一些示例实施例中，多个像素PX中的每个可以包括多个光电转换元件。
另外，用于聚集光的微透镜可以布置在多个像素PX的每个的顶部，或者布置在由相邻像素PX组成的像素组的每个的顶部。多个像素PX中的每个可以从通过微透镜接收的光中感测特定光谱带的光。例如，像素阵列110可以包括将红色光谱区域的光转换为电信号的红色像素、将绿色光谱区域的光转换为电信号的绿色像素、以及将蓝色光谱区域的光转换为电信号的蓝色像素。用于透射特定光谱区域的光的滤色器阵列可以被布置在多个像素PX的顶部，并且由像素感测的颜色可以根据布置在多个像素的每个的顶部处的滤色器来确定。然而，本发明构思不限于此。在一些示例实施例中，特定光电转换元件可以根据施加到特定光电转换元件的电信号的电平将特定波长带的光转换为电信号。
在一些示例实施例中，多个像素PX可以具有多层结构。具有多层结构的像素PX可以包括多个堆叠的光电转换元件，其将不同光谱区域的光转换为电信号，以及可以从多个光电转换元件生成分别地对应于不同颜色的电信号。换言之，与多个颜色相对应的电信号可以从一个像素PX输出。
行驱动器120可以以行为单位驱动像素阵列110。行驱动器120可以解码从定时控制器150接收的行控制信号(例如，地址信号)，以及响应于解码的行控制信号选择构成像素阵列110的行线中的至少一个。例如，行驱动器120可以生成用于选择多个行中的一个的选择信号。然后，像素阵列110可以输出来自根据从行驱动器120提供的选择信号所选择的行的像素信号。
行驱动器120可以将用于输出像素信号的控制信号发送到像素阵列110，以及像素PX可以通过响应于控制信号进行操作来输出像素信号。例如，行驱动器120可以生成控制信号，该控制信号控制大光电二极管LPD和小光电二极管SPD在读出部分(section)中以高转换增益(HCG)模式或低转换增益(LCG)模式操作；并且将生成的控制信号提供给像素阵列110。下面参考图2给出对其的详细描述。
斜坡信号发生器140可以生成以某一梯度增加或减少的斜坡信号RAMP，并且将斜坡信号RAMP提供给读出电路130的ADC电路131。
读出电路130可以在多个像素PX当中、从由行驱动器120选择的行的像素PX读取像素信号。此时，像素信号可以包括复位信号或图像信号(或感测信号)。读出电路130可以基于来自斜坡信号发生器140的斜坡信号RAMP，将通过多个列线CL从像素阵列110接收的复位信号和图像信号转换为数字信号，从而以行为单位生成和输出与多个像素PX相对应的像素值。
ADC电路131可以包括与多个列线CL分别地相对应的多个ADC，以及多个ADC中的每个可以分别地将通过相对应的列线CL接收的复位信号与斜坡信号RAMP进行比较，并且基于比较结果生成像素值。例如，ADC可以从图像信号中移除复位信号，并且生成表示由像素PX感测的光的量的像素值。
由ADC电路131生成的多个像素值可以通过数据总线132作为图像数据IDT而输出。例如，图像数据IDT可以被提供给图像传感器100的内部或外部图像信号处理器。
数据总线132可以临时地存储和输出从ADC电路131输出的像素值。数据总线132可以包括多个列存储器和列解码器。在列解码器的控制下，在多个列存储器中所存储的多个像素值可以作为图像数据IDT输出。
ADC电路131可以包括多个相关双采样(CDS)电路(未示出)和多个计数器电路(未示出)。ADC电路131可以将从像素阵列110输入的像素信号转换为像素值，该像素值是数字信号。通过多个列线CL中的每个接收的每个像素信号可以由CDS电路和计数器电路转换为像素值，该像素值是数字信号。
CDS电路可以将通过列线CL接收的像素信号与斜坡信号RAMP进行比较，并且输出比较结果。当斜坡信号RAMP的电平与像素信号的电平时，CDS电路可以输出从第一电平(例如，逻辑高)转变到第二电平(例如，逻辑低)的比较信号。可以根据像素信号的电平来确定比较信号的电平转变的时间点。
CDS电路可以根据CDS方法采样和保持从像素PX提供的像素信号，以及通过对特定噪声(例如，复位信号)的电平和根据图像信号的电平进行双采样，基于与差异相对应的电平来生成比较信号。在一些示例实施例中，CDS电路可以包括一个或多个比较器。比较器可以实现为例如运算跨导放大器(OTA)(或差分放大器)。
ADC电路131可以包括多个增量复位采样(delta reset sampling，DRS)电路(未示出)。DRS电路可以通过首先根据DRS方法读出图像信号然后读出复位信号来采样所提供的像素信号。
在一些示例实施例中，当像素PX的操作模式在读出部分中改变时(例如，从LCG模式改变到HCG模式或者从HCG模式改变到LCG模式)，图像传感器100可以进一步包括用于增加或减少偏置电流的偏置电流控制器(未示出)，以及多个偏置电流控制器可以连接到多个列线CL中的每个。例如，当像素PX在HCG模式中操作时的偏置电流的量可以小于当像素PX在LCG模式中操作时的偏置电流的量。
信号处理器190可以对图像数据执行噪声降低、增益调整、波形整形、插值、白平衡、伽马处理、边缘增强、合并(binning)等。在一些示例实施例中，在一个帧部分中，当像素阵列110在大光电二极管LPD的HCG模式、大光电二极管LPD的LCG模式、小光电二极管SPD的HCG模式和小光电二极管SPD的LCG模式中操作时，信号处理器190可以从数据总线132接收与所述模式相对应的像素信号，并且通过合并接收的像素信号来生成具有高动态范围的图像。在一些示例实施例中，信号处理器190可以提供在图像传感器100的外部处理器中。
图2是示出根据一些示例实施例的像素行和行驱动器的电压信号的图。
参考图2，单位像素PX可以对应于分离的光电二极管结构。例如，单位像素PX可以包括大光电二极管LPD和小光电二极管SPD。单位像素PX可以包括具有相对地宽的光接收区域的大光电二极管LPD和具有相对地窄的光接收区域的小光电二极管SPD。
由于大光电二极管LPD的光接收区域宽，在相同的光接收条件下，与小光电二极管SPD相比，可以从其生成更多的电荷。即，大光电二极管LPD可以具有比小光电二极管SPD更高的灵敏度，并且生成与低光水平相对应的像素信号。小光电二极管SPD可以生成与高光水平相对应的像素信号。在下文中，为了便于解释，像素PX被描述为包括大光电二极管LPD和小光电二极管SPD。然而，本发明构思不限于此，并且像素PX可以包括具有相同的或不同的光接收区域的多个光电二极管。
在多个像素PX的每个中，由诸如光电二极管的光电转换元件生成的电荷可以累积在浮置扩散节点中，并且累积在浮置扩散节点中的电荷可以被转换为电压。此时，累积在浮置扩散节点中的电荷的转换率可以被称为转换增益。转换增益可以根据浮置扩散节点的电容而变化。
具体地，当浮置扩散节点的电容增加时，转换增益可以减小，而当浮置扩散节点的电容减小时，转换增益可以增加。在一些示例实施例中，多个像素PX中的每个可以作为双转换增益来操作。双转换增益可以包括LCG和HCG。与LCG相比，HCG可以具有更高比率的电荷转换为电压，并且因此，可以应用于生成与较低光水平相对应的像素信号的操作。在下文中，为了便于解释，在其中通过使用HCG生成像素信号的操作模式将被称为HCG模式，而在其中通过使用LCG生成像素信号的操作模式将被称为LCG模式。
在一些示例实施例中，大光电二极管LPD和小光电二极管SPD中的每个都可以在上述双转换增益模式中生成像素信号。具体地，大光电二极管LPD可以在HCG模式中操作以生成与第一光水平部分相对应的第一像素信号，该第一光水平部分是最低的光水平部分；或者在LCG模式中操作以生成与第二光水平部分相对应的第二像素信号，该第二光水平部分是比第一光水平部分更高的光水平部分。另外，小光电二极管SPD可以在HCG模式中操作以生成与第三光水平部分相对应的第三像素信号，该第三光水平部分是比第二光水平部分更高的光水平部分；或者在LCG模式中操作以生成与第四光水平部分相对应的第四像素信号，该第四光水平部分是最高的光水平部分。此外，第一像素信号至第四像素信号可以在扫描像素阵列110的一个帧部分中生成。
参考图1和图2，单位像素PX可以包括多个光电二极管，诸如小光电二极管SPD和大光电二极管LPD。像素PX可以包括多个晶体管，诸如第一LTG、第二传输晶体管STG、复位晶体管RG、驱动器晶体管DX、选择晶体管SX、增益控制晶体管DRG(或也称为转换增益控制晶体管)、第一开关晶体管SW1和电容器SC。控制信号STS、LTS、RS、SEL、CGS和SWS1可以施加到像素PX，并且控制信号中的至少一些可以在行驱动器120中生成。
大光电二极管LPD和小光电二极管SPD可以生成根据光的量而变化的光电荷。例如，大光电二极管LPD和小光电二极管SPD可以生成与入射光的量成比例的电荷，即作为负电荷的电子和作为正电荷的正空穴。由大光电二极管LPD和小光电二极管SPD生成的光电荷可以被发送到浮置扩散节点FD1、FD2或FD3中的至少一个，并且被累积在其中。寄生电容器(未示出)可以形成在浮置扩散节点FD1、FD2和FD3中的每个中，或者浮置扩散节点FD1、FD2和FD3可以连接到实际的电容组件。
像素PX可以包括第一传输晶体管LTG。第一传输晶体管LTG可以连接在大光电二极管LPD和浮置扩散节点FD1之间。第一传输晶体管LTG的第一端子可以连接到大光电二极管LPD的输出端子，并且第一传输晶体管LTG的第二端子可以连接到浮置扩散节点FD1。第一传输晶体管LTG可以响应于从行驱动器120接收的第一传输控制信号LTS而导通或关断，并且可以将由大光电二极管LPD生成的光电荷发送到浮置扩散节点FD1。
像素PX可以包括转换增益晶体管DRG。转换增益晶体管DRG的第一端子可以连接到浮置扩散节点FD1，并且转换增益晶体管DRG的第二端子可以连接到浮置扩散节点FD2。响应于从行驱动器120接收的转换增益信号CGS，转换增益晶体管DRG可以导通或关断，并且可以将浮置扩散节点FD1和FD2彼此连接。当转换增益晶体管DRG导通时，浮置扩散节点FD1和浮置扩散节点FD2彼此连接以增加等效电容，其可能导致降低的转换增益。即，当转换增益晶体管DRG导通时，LCG模式可以被激活。与此相反，当转换增益晶体管DRG关断时，HCG模式可以被激活。
像素PX可以包括第二传输晶体管STG。第二传输晶体管STG可以连接在小光电二极管SPD和浮置扩散节点FD3之间。第二传输晶体管STG的第一端子可以连接到小光电二极管SPD的输出端子，并且第二传输晶体管STG的第二端子可以连接到浮置扩散节点FD3。第二传输晶体管STG可以响应于从行驱动器120接收的第二传输控制信号STS而导通或关断，并且可以将由小光电二极管SPD生成的光电荷发送到浮置扩散节点FD3。
像素PX可以包括第一开关晶体管SW1。第一开关晶体管SW1的第一端子可以连接到浮置扩散节点FD2，并且第一开关晶体管SW1的第二端子可以连接到浮置扩散节点FD3。第一开关晶体管SW1可以响应于从行驱动器120接收的第一开关控制信号SWS1而导通或关断，并且将浮置扩散节点FD2和FD3彼此连接。
像素PX可以包括电容器SC。电容器SC的第一端子可以连接到浮置扩散节点FD3，并且SC电压VSC可以施加到小电容器SC的第二端子。重申一下，电容器SC可以连接到浮置扩散节点FD3和电压节点(例如，端子)，在该电压节点处可以施加SC电压VSC。当第一开关晶体管SW1导通时，浮置扩散节点FD2和FD3彼此连接，并且电容器SC可以并联连接到形成在浮置扩散节点FD2中的寄生电容器。因此，浮置扩散节点FD2的电容可以增加。此外，根据一些示例实施例，电荷可能由于曝光(exposure)操作而从小光电二极管SPD溢出，并且溢出的电荷(例如，累积小光电二极管SPD的溢出电荷)可以通过浮置扩散节点FD3而累积在电容器SC中。
像素PX可以包括复位晶体管RG。复位晶体管RG可以复位累积在浮置扩散节点FD1、FD2或FD3中的至少一个中的电荷。复位电压(例如，RD电压VRD)可以施加到复位晶体管RG的第一端子，并且复位晶体管RG的第二端子可以连接到浮置扩散节点FD2。将理解的是，如图2所示，复位晶体管RG可以将浮置扩散节点FD2连接到可以施加RD电压VRD的分离的电压节点(例如，端子)。然而，本发明构思不限于此，并且像素电压VPIX可以施加到复位晶体管RG的第二端子。复位晶体管RG可以响应于从行驱动器120接收的复位控制信号RS而导通或关断，并且可以通过排放(drain)在浮置扩散节点FD2中累积的电荷来复位浮置扩散节点FD2。
像素PX可以包括驱动器晶体管DX。驱动器晶体管DX的第一端子可以连接到选择晶体管SX，并且驱动电压(例如，像素电压VPIX)可以施加到驱动器晶体管DX的第二端子。驱动器晶体管DX可以基于由连接到列线CL的电流源CS所生成的偏置电流IL作为源极跟随器(follower)操作，以及输出与在浮置扩散节点FD1、FD2或FD3中的至少一个中累积的电荷相对应的电流作为像素信号。
像素PX可以包括选择晶体管SX。选择晶体管SX的第一端子可以连接到驱动器晶体管DX，并且选择晶体管SX的第二端子可以连接到列线CL。选择晶体管SX可以响应于从行驱动器120接收的选择信号SEL而导通或关断。当选择晶体管SX在读出操作期间导通时，与复位操作相对应的复位信号或包括与电荷累积操作相对应的图像信号的像素信号可以输出到列线CL。
大光电二极管LPD可以通过增益控制晶体管DRG生成与双转换增益相对应的像素信号。例如，当在大光电二极管LPD的读出期间激活LCG模式时，增益控制晶体管DRG可以导通，并且浮置扩散节点FD2可以连接到浮置扩散节点FD1，其可以导致增加的电容。作为另一示例，当在大光电二极管LPD的读出期间激活HCG模式时，增益控制晶体管DRG可以关断，并且浮置扩散节点FD2可以不连接到浮置扩散节点FD1，从而保持浮置扩散节点FD1的现有电容(例如，寄生电容)。
小光电二极管SPD可以通过第一开关晶体管SW1生成与双转换增益相对应的像素信号。例如，当在小光电二极管SPD的读出期间激活LCG模式时，第一开关晶体管SW1可以导通，并且浮置扩散节点FD3可以连接到浮置扩散节点FD2，其可以导致增加的电容。作为另一示例，当在小光电二极管SPD的读出期间激活HCG模式时，第一开关晶体管SW1可以关断，并且浮置扩散节点FD3可以不连接到浮置扩散节点FD2，从而保持浮置扩散节点FD2的现有电容(例如，寄生电容)。
根据一些示例实施例，行驱动器120可以为读出部分和曝光积分(EIT)部分设置不同电压值的SC电压VSC和RD电压VRD。根据一些示例实施例，在读出部分中，SC电压VSC和RD电压VRD可以具有相同的电压值。例如，SC电压VSC和RD电压VRD可以对应于从行驱动器120的内部调节器提供的内部调节器电压VRG。
根据一些示例实施例，在EIT部分中，SC电压VSC和RD电压VRD可以具有不同的电压值。例如，在EIT部分中，SC电压VSC可以对应于不同于内部调节器电压VRG的第一内部电压VIN1。第一内部电压VIN1可以具有小于内部调节器电压VRG的电压值。由于第一内部电压VIN1的电压值越大，作为泄漏电流的暗电流可能变得越大，因此第一内部电压VIN1的电压值可以被设置为小于内部调节器电压VRG的值。作为另一示例，在EIT部分中，RD电压VRD可以对应于像素电压VPIX。当在EIT部分中接收到高光水平的光输入时，可以生成朝向光电二极管的反向泄漏电流，以及由于像素阵列110中整体地发生的电流水平可以相当大，为了防止由泄漏电流引起的IR下降，由外部调节器提供的像素电压VPIX可以用作RD电压VRD。
换言之，在读出部分中，RD电压VRD和SC电压VSC中的每个可以与内部调节器电压VRG相同；然而，它们用于连接的端子可以不同，并且因此，RD电压VRD和SC电压VSC可以在单位像素PX中分离。
在小光电二极管SPD的复位部分中，当复位晶体管RG导通并且排放浮置扩散节点FD2的电荷时，从行驱动器120到RD电压VRD可以观察到由金属线引起的电阻分量。电阻分量可以依赖于单位像素PX布置在行中的哪列而变化。例如，离行驱动器120最远的第N列的单位像素可观察到的电阻分量可以大于离行驱动器120最近的第一列的单位像素可观察到的电阻分量。换言之，包括单位像素的列布置得距行驱动器120越远，电阻分量可以增加得越多。
此外，由于行驱动器120和单位像素PX之间的电连接，可以生成下述部分：其中，浮置扩散节点FD3的电势根据基于由金属线引起的电阻分量和电容器SC的时间常数而降低。此时，对于距行驱动器120最远的第N列的单位像素，一行中包括的N个电容器彼此并联连接，并且可以观察到具有大容量的电容器。对于距行驱动器120最近的第N列的单位像素，可以观察到等于一个电容器SC的电容。对应于每个单位像素PX的时间常数可以根据下面的等式1来表示。
【等式1】
τ＝RMET*(CSC*N+CMET)
在上面的等式1中，RMET表示由于单位像素PX和行驱动器120之间的金属线引起的电阻分量，CSC表示电容器SC的电容值，N表示列的数量，而CMET表示RD电压VRD与SC电压VSC之间的寄生电容值。
换言之，单位像素PX布置得距行驱动器120越远，RMET和CSC*N可能变得越大，从而增加时间常数。下面参考图7A描述根据列位置的时间常数的改变。
图3是示出根据一些示例实施例的单位像素的实施方式示例的电路图。
参考图3，单位像素PX还可以包括连接开关CTG。连接开关CTG可以被实现为晶体管，并且可以被称为第二开关晶体管。连接开关CTG的第一端子可以连接到RD电压VRD端子(例如，第二电压节点)，并且连接开关CTG的第二端子可以连接到SC电压VSC端子(例如，第一电压节点)。因此，连接开关CTG可以是连接到电容器SC所连接的第一电压节点和复位晶体管RG所连接的第二电压节点两者的开关晶体管。连接开关CTG可以通过经由其栅极端子从行驱动器120接收连接控制信号CSW而导通或关断。当连接开关CTG导通时，RD电压VRD端子和SC电压VSC端子可以彼此电连接。
根据一些示例实施例，当第一开关晶体管SW1和复位晶体管RG导通时，电容器SC的两个端子可以分别地连接到SC电压VSC端子和RD电压VRD端子。因此，如在其中SC电压VSC和RD电压VRD具有相同电压值的内部调节器电压VRG的部分(例如，读出部分)中，电容器SC的两个端子之间可以不存在电压差，电容器SC可以忽略。另外，在其中SC电压VSC和RD电压VRD具有相同电压值的内部调节器电压VRG的部分中，RD电压VRD端子与行驱动器120之间的电阻分量和SC电压VSC端子与行驱动器120之间的电阻分量可以并联连接，并且因此，单位像素PX可观察到的等效电阻值可以显著地减小。即，当连接开关CTG导通时，单位像素PX的时间常数可以由下面的等式2表示。
【等式2】
τ＝RMET′*CMET
在等式2中，RMET′表示当SC电压VSC端子的电阻分量和RD电压VRD端子的电阻分量并联连接时，测量的等效电阻分量。
根据一些示例实施例，行驱动器120可以输出与预定义部分相对应的连接控制信号CSW。例如，连接控制信号CSW可以对应于小光电二极管SPD的操作部分而被发送到单位像素PX。根据一些示例实施例，行驱动器120可以在小光电二极管SPD的复位部分中激活连接控制信号CSW。通过在小光电二极管SPD的复位部分中导通连接开关CTG，可以减少浮置扩散节点FD3的电压电平达到RD电压VRD所需的时间。因此，可以减少单位像素PX的时间常数，以及可以减少单位像素PX的复位时间，从而使得单位像素PX能够具有改进的操作性能。根据一些示例实施例，行驱动器120可以在单位像素PX的读出部分中激活连接控制信号CSW。
图4是示出根据一些示例实施例的单位像素的操作的定时图。
参考图4，第一部分P1可以对应于大光电二极管LPD的复位部分。在第一部分P1期间，复位晶体管RG可以响应于复位控制信号RS的逻辑高而导通。浮置扩散节点FD1可以由复位晶体管RG复位。在第一部分P1中，可以读出对应于单位像素PX的复位电平(浮置扩散节点FD1的电压)的复位信号。在第一部分P1中，RD电压VRD可以对应于内部调节器电压VRG。在第一部分P1期间，SC电压VSC可以对应于具有低于内部调节器电压VRG的电压值的第一内部电压VIN1。第一内部电压VIN1可以被称为EIT电压VSC_EIT。第一内部电压VIN1的SC电压VSC的电平低于内部调节器电压VRG的RD电压VRD的电平，以减小基于电容性泄漏电流的暗电流。因为第一部分P1是大光电二极管LPD的复位部分，所以连接控制信号CSW可以是非活动的。
第二部分P2可以对应于EIT部分。在第二部分P2中，RD电压VRD可以从内部调节器电压VRG改变为像素电压VPIX。当在EIT部分中接收到高光水平的光输入时，由于可以在像素阵列110中整体地生成泄漏电流，RD电压VRD可以被改变为相对低电平的像素电压VPIX。第四部分P4可以对应于EIT部分，并且对第二部分P2的描述也可以适用于第四部分P4。
第三部分P3可以对应于小光电二极管SPD的复位部分。在第三部分P3中，浮置扩散节点FD3可以被复位，并且对应于单位像素PX的复位电平(浮置扩散节点FD3的电压)的复位信号可以被读出。在第三部分P3中，可以激活连接控制信号CSW。为了改进由于电容器SC电连接到浮置扩散节点FD3而延长的复位时间，可以导通连接开关CTG。即，通过接收内部调节器电压VRG，连接控制信号CSW可以转变为逻辑高。
第五部分P5可以对应于单位像素PX的读出部分。如上所述，在读出部分中，SC电压VSC和RD电压VRD可以对应于相同的电压值。例如，SC电压VSC和RD电压VRD可以对应于内部调节器电压VRG。行驱动器120可以激活连接控制信号CSW，以将SC电压VSC节点电连接到RD电压VRD节点。
对应于读出部分的第五部分P5可以被划分为用于大光电二极管LPD的第一读出部分和用于小光电二极管SPD的第二读出部分。对于第一读出部分，由于在复位控制信号RS从高电平转换到低电平之后增益控制信号CGS为逻辑低，所以在第一时间T1处输出的像素信号可以对应于大光电二极管LPD的HCG模式的复位信号。在第一时间T1之后，传输晶体管LTG可以被导通，并且在大光电二极管LPD中生成的电荷可以移动到浮置扩散节点FD1并且被累积在浮置扩散节点FD1中。
在第二时间T2处，对应于累积在浮置扩散节点FD1中的电荷的图像信号可以通过列线CL被输出。在第二时间T2处输出的像素信号可以对应于大光电二极管LPD的HCG模式的图像信号。
根据一些示例实施例，在第二次T2之后，增益控制晶体管DRG可以导通，以及浮置扩散节点FD1可以连接到浮置扩散节点FD2。即，增益控制晶体管DRG在第二时间T2与第三时间T3之间导通，从而导致到LCG模式的切换(switch)；以及传输晶体管LTG导通，允许在LCG模式中在大光电二极管LPD中生成的电荷移动到浮置扩散节点FD1并且累积在浮置扩散节点FD1中。因此，在第三时间T3处，可以输出LCG模式的图像信号。
在第四时间T4处，可以输出LCG模式的复位信号。在第三时间T3之后，复位控制信号RS可以从低电平转变到高电平。基于复位控制信号RS，浮置扩散节点FD1和FD2可以被复位到像素电压VPIX。因此，在第四时间T4处输出的像素信号可以对应于LCG模式的复位信号。
图5A是示出根据比较示例的单位像素的实施方式示例的电路图。图5B是示出根据比较示例的单位像素的另一实施方式示例的电路图。
参考图5A和图5B，单位像素PX可以不包括连接开关CTG。即，可以电集成一个或多个电压节点，而不是通过额外地包括连接开关CTG来控制电压节点之间的连接。
根据一些示例实施例，参考图5A，单位像素PX可以用像素电压VPIX节点替换RD电压VRD节点。即，施加到复位晶体管RG的漏极的电压可以对应于像素电压VPIX。
输入到复位晶体管RG的漏极的像素电压VPIX可以具有大于RD电压VRD的电压电平的电压电平。当具有低于RD电压VRD的电压电平的电压电平的像素电压VPIX在用于单位像素PX的读出部分中被施加到复位晶体管RG的漏极时，在读出期间像素信号的电源抑制比(power supply rejection ratio，PSRR)的特性可以退化。PSRR特性的退化可以引起暗阴影(dark shading)的问题，暗阴影是指暗电流的特性对于像素阵列110的所有单位像素PX不同地出现的现象。
根据一些示例实施例，参考图5B，单位像素PX可以采用SC电压VSC节点替换RD电压VRD节点。即，施加到复位晶体管RG的漏极的电压可以对应于SC电压VSC。
当SC电压VSC被施加到复位晶体管RG的漏极时，相同的SC电压VSC被施加到电容器SC的两个端子，以及在计算时间常数时已经考虑的电容器SC的电容值可以被移除。然而，当接收到高光水平的光输入时，用于电容扩展的电容器SC可以不可用。因此，可以生成朝向光电二极管PD的泄漏电流，以及可以发生IR下降。
图6A是示出根据一些示例实施例的单位像素的实施方式示例的电路图。省略了已经参考图3进行的任何描述。
参考图3和图6A，单位像素电路可以包括一个光电二极管PD。即，当传输晶体管LTG导通时，光电二极管PD中生成的光电荷可以移动到浮置扩散节点FD1。图6A的单位像素电路可以作为双转换增益来操作。即，当转换增益信号CGS为逻辑高时，增益控制晶体管DRG导通以将浮置扩散节点FD1连接到浮置扩散节点FD2，并且可以激活低转换模式。即，当转换增益信号CGS为逻辑低时，增益控制晶体管DRG关断以将浮置扩散节点FD1从浮置扩散节点FD2断开，并且可以激活高转换模式。在图6A中，包括一个光电二极管PD的单位像素电路也可以接收逻辑高的连接控制信号CSW，并且连接晶体管CTG可以导通，从而如参考图3所述地减小时间常数。
图6B是示出根据一些示例实施例的单位像素的实施方式示例的电路图。
参考图6B，单位像素电路可以包括一个光电二极管PD。即，当传输晶体管STG导通时，在光电二极管PD中生成的光电荷可以移动到浮置扩散节点FD1。此时，电荷可以通过曝光操作从光电二极管PD溢出，并且溢出的电荷可以通过浮置扩散节点FD1而累积在电容器SC中。在图6B中，包括一个光电二极管PD的单位像素电路也可以接收逻辑高的连接控制信号CSW，并且连接晶体管CTG可以导通，从而如参考图3所述地减小时间常数。
图7A是示出根据比较示例的浮置扩散节点的电压电平改变的曲线图，且图7B是示出根据一些示例实施例的基于连接开关的激活的浮置扩散节点的电压电平改变的曲线图。
图7A示出了不包括连接开关CTG的单位像素PX的浮置扩散节点FD3的电压电平的改变。
根据一些示例实施例，在特定行的单位像素当中，布置在第一列中的单位像素PX可以几乎不具有根据时间常数的浮置扩散节点FD3的降低部分(reduction section)。这是因为基于等式1，N具有为1的小值。根据从第一列到第N列的单位像素PX的扫描(sweeping)，根据时间常数的浮置扩散节点FD3的电压电平降低部分可以变得更长。即，直到第三列的单位像素PX，浮置扩散节点FD3的电压电平降低部分可能不是可见地存在，并且曲线图可以改变，使得达到饱和所需的时间增加。然而，单位像素PX的浮置扩散节点FD3的电压电平根据时间常数降低的部分可以随着接近第N列而增加。这是因为随着接近第N列，来自时间常数τ＝RC值的等效电容值C根据并联电容器SC的增加而增加；以及还因为随着从单位像素PX到行驱动器120的距离增加，金属线的电阻分量R也可以增加。
图7B示出了包括连接开关CTG的单位像素PX的浮置扩散节点FD3的电压电平的变化。如上所述，连接开关CTG可以在小光电二极管SPD的复位部分和单位像素PX的读出部分中被激活。
根据一些示例实施例，通过将SC电压VSC节点电连接到RD电压VRD节点，单位像素PX可以不考虑电容器SC。因此，来自时间常数τ＝RC的等效电容值C可以减小到仅包括金属线之间的寄生电容，以及电阻分量R也可以通过形成并联连接而减小。例如，与图7A的情况相比，第N列的单位像素PX的浮置扩散节点FD3的电压电平达到饱和所需的时间显著地减少。另外，参考图7A，根据构成行的单位像素当中的时间常数的复位时间的偏差是显著的，而根据构成行的单位像素当中的时间常数的复位时间的偏差在图7B中几乎被消除。这是因为与从每列到行驱动器120的金属线的距离改变相比，寄生电容是相对地为常数，该寄生电容是来自时间常数τ＝RC的等效电容值C。
图8是示出根据一些示例实施例的像素阵列的另一示例的图。
图8示出了根据一些示例实施例的低分辨率像素阵列。例如，低分辨率像素阵列可以包括构成行的N个单位像素。
根据一些示例实施例，低分辨率像素阵列可以包括第一开关DSW1和第二开关DSW2。第一开关DSW1和第二开关DSW2中的每个可以将SC电压VSC节点电连接到RD电压VRD节点。例如，第一开关DSW1可以将最邻近行驱动器(未示出)的第一单位像素PX的SC电压VSC节点电连接到第一单位像素PX的RD电压VRD节点。第二开关DSW2可以将最远离行驱动器(未示出)的第N单位像素PX的SC电压VSC节点电连接到第N单位像素PX的RD电压VRD节点。
当第一开关DSW1和第二开关DSW2两者导通时，SC电压VSC节点可以电连接到低分辨率像素阵列中包括的像素单元中的每个的RD电压VRD节点。重申一下，包括低分辨率像素阵列的图像传感器可以被配置为响应于第一开关DSW1和第二开关DSW2被导通，使得低分辨率像素阵列的每个单位像素的第一电压节点和第二电压节点彼此电连接。因此，如以上参考图3所述，在单位像素PX中的电容器SC已经被移除的情况下，可以基于时间常数来改进复位时间。
图9是根据一些示例实施例的电子设备的框图。
参考图9，电子设备900可以包括图像传感器910、应用处理器920、显示器930、存储器940、存储装置950、用户接口1600和无线收发器1700。图9的图像传感器910可以对应于图1的图像传感器100。图9的图像传感器910可以对应于根据示例实施例中的任何的图像传感器中的任何。省略了已经参考图1进行的任何描述。
应用处理器920可以被提供为被配置为控制电子设备900的整体操作并且驱动应用程序、操作***等的片上***(SoC)。应用处理器920可以从图像传感器910接收图像数据，并且对接收到的图像数据执行图像处理。在一些示例实施例中，应用处理器920可以将接收到的图像数据和/或处理后的图像数据存储在存储器940或存储装置950中。
存储器940可以存储由应用处理器920处理的或执行的程序和/或数据。存储装置950可以被实现为非易失性存储器设备，诸如NAND闪存、电阻性存储器等；并且例如，存储装置950可以被提供为存储器卡，诸如多媒体卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、安全数字(SD)卡、微型SD卡等。存储装置950可以存储与控制图像处理操作的执行算法相关的数据和/或程序，以及当图像处理操作被执行时，数据和/或程序可以被加载到存储器940。
用户接口1600可以被实现为可以接收用户输入的各种设备，诸如键盘、窗帘(curtain)键面板、触摸面板、指纹传感器、麦克风等。用户接口1600可以接收用户输入，并且向应用处理器920提供与接收到的用户输入相对应的信号。无线收发器1700可以包括调制解调器1710、收发器1720和天线1730。
图10A是图像传感器的分解透视图，图10B是图像传感器的平面图，以及图10C是根据一些示例实施例的图像传感器的分解透视图。
参考图10A和图10B，图像传感器100a可以具有其中堆叠有第一芯片CH1和第二芯片CH2的结构。在像素阵列(图1的110)中所包括的多个像素PX中的每个的像素核心(例如，至少一个光电转换元件PE和像素电路PXC)可以形成在第一芯片CH1中，以及逻辑电路(例如，行驱动器120、读出电路130、斜坡信号发生器140和定时控制器150)可以形成在第二芯片CH2中。
如图10B所示，第一芯片CH1和第二芯片CH2可以分别地包括布置在中心区域的有源区域AA和逻辑区域LA，以及进一步包括布置在芯片外边缘的***区域PERR和PEI。在第一芯片CH1的像素阵列中，光电转换元件PE和像素电路PXC可以以2D阵列结构布置。在第二芯片CH2的逻辑区域LA中，可以布置逻辑电路。
在第一芯片CH1和第二芯片CH2的***区域PERR和PEI中，可以布置在第三方向(Z方向)上延伸的通孔TV。第一芯片CH1和第二芯片CH2可以通过通孔TV彼此电连接。在第一芯片CH1的***区域PERR中，可以进一步形成在第一方向(X方向)或第二方向(Y方向)上延伸的布线和垂直触点。在第二芯片CH2的布线层中，可以布置在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上延伸的多个布线线路，并且这种布线线路可以连接到逻辑电路。尽管第一芯片CH1和第二芯片CH2被描述为通过通孔TV电连接，但是本发明的构思不限于此，并且第一芯片CH1和第二芯片CH2可以以各种组合结构实现，例如，铜-铜(Cu-Cu)键合、通孔和铜焊盘的组合结构、通孔和外部连接端子的组合结构、通过集成通孔的组合结构等。
参考图10C，在像素阵列110中所包括的多个单位像素PX可以嵌入在上芯片中。例如，上芯片可以对应于图10A的第一芯片CH1。行驱动器120可以嵌入在下芯片中。例如，下芯片可以对应于图10A的第二芯片CH2。根据一些示例实施例，至少一个控制信号可以通过通孔TV发送。例如，导通第一开关DSW1的控制信号可以通过通孔TV从下第二芯片CH2电发送到上第一芯片CH1。
图11是根据一些示例实施例的包括多相机模块(本文中也被可互换地称为多相机设备)的电子设备的框图。图12是根据一些示例实施例的图11的相机模块的详细框图。
在一些示例实施例中，图11的电子设备1000是图9的电子设备900，使得应用处理器1200是应用处理器920，相机模块组1100中的图像传感器1142是图像传感器910，外部存储器1400是存储器940，以及存储装置1500是存储装置950，并且其中，图11的电子设备1000可以包括图9的显示器930、用户接口1600和/或无线收发器1700。参考图11，电子设备1000可以包括相机模块组1100、应用处理器1200、PMIC 1300和外部存储器1400。
相机模块组1100可以包括多个相机模块1100a、1100b和1100c。当在本文中使用时，相机模块可以被可互换地称为“相机”、“相机设备”等。尽管包括图11所示的示例实施例的一些示例实施例包括其中布置有三个相机模块1100a、1100b和1100c的相机模块组1100，但是示例实施例不限于此。在一些示例实施例中，相机模块组1100可以被修改并且仅包括两个相机模块。另外，在一些示例实施例中，相机模块组1100可以被修改并且包括k个相机模块(k是大于或等于4的自然数。)
在下文中，参考图12进一步描述相机模块1100b的详细配置，并且根据实施例，该描述也可以应用于其他相机模块1100a和1100b。
参考图12，相机模块1100b可以包括棱镜1105、光路折叠元件(OPFE)1110、致动器1130、图像感测设备1140和存储装置1150。
棱镜1105可以包括由光反射材料制成的反射器1107，并且改变从外部入射的光L的方向。
在一些示例实施例中，棱镜1105可以将在第一方向(X方向)上入射的光L的方向改变为垂直于第一方向(X方向)的第二方向(Y方向)。此外，棱镜1105可以在A方向上围绕中心轴1106旋转由光反射材料制成的反射器1107或者在B方向上旋转中心轴1106，以将在第一方向(X方向)上入射的光L的方向改变为垂直于第一方向的第二方向(Y方向)。此时，OPFE1110也可以在垂直于第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)的第三方向(Z方向)上移动。
在一些示例实施例中，如附图所示，棱镜1105在A方向上的最大旋转角度可以在+A方向上小于或等于15度并且在-A方向上大于15度；然而，示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，棱镜1105可以在+或-B方向上在20度内、或者在10度至20度内、或者在15度至20度内移动，并且可以在+B方向和在-B方向上以相同的角度或者以相似的角度(即在1度的角度差异内)内进行移动。
在一些示例实施例中，棱镜1105可以在平行于中心轴1106的延伸方向的第三方向(例如，Z方向)上移动包括光反射材料的反射器1107。
OPFE 1110可以包括由例如m个组(m是自然数)组成的光学透镜。m个透镜可以通过在第二方向(Y方向)上移动来改变相机模块1100b的光学变焦比。例如，当相机模块1100b的初始光学变焦比是Z并且包括在OPFE 1110中的m个光学透镜被移动时，相机模块1100b的光学变焦比可以被改变为3Z、5Z或大于5Z。
致动器1130可以将OPFE 1110或光学透镜移动到特定位置。例如，致动器1130可以调节光学透镜的位置，使得图像传感器1142可以被布置在光学透镜的焦距处，用于精确感测。
图像感测设备1140可以包括图像传感器1142、控制逻辑1144和存储器1146。图像传感器1142可以是根据示例实施例的任何的图像传感器中的任何。图像传感器1142可以通过使用通过光学透镜提供的光L来感测物体的图像。图像传感器1142可以通过合并HCG图像数据和LCG图像数据来生成具有高操作范围的图像数据。
控制逻辑1144可以控制相机模块1100b的整体操作。例如，控制逻辑1144可以根据通过控制信号线CSLb提供的控制信号来控制相机模块1100b的操作。
存储器1146可以存储相机模块1100b的操作所需的数据，诸如校准数据1147。校准数据1147可以包括相机模块1100b通过使用从外部提供的光L来生成图像数据所需的信息。如上所述，校准数据1147可以包括例如关于旋转度数的信息、关于焦距的信息、关于光轴的信息等。当相机模块1100b以其中焦距根据光学透镜的位置变化的多状态相机的形式实现时，校准数据1147可以包括关于根据光学透镜的位置(或状态)的焦距和自动聚焦的信息。
存储装置1150可以存储通过图像传感器1142感测的图像数据。存储装置1150可以被布置在图像感测设备1140的外部，以及可以以其中堆叠存储装置1150和构成图像感测设备1140的传感器芯片的结构来实现。在一些示例实施例中，存储装置1150可以被实现为电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，但是示例实施例不限于此。
参考图11和图12，在一些示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个可以包括致动器1130。因此，根据在其中包括的致动器的操作，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个可以包括相同或相似的校准数据1147。
在一些示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的一个相机模块(例如，1100b)可以是包括上述棱镜1105和OPFE 1110的折叠透镜相机模块，并且剩余的相机模块(例如，1100a和1100c)可以是不包括棱镜1105和OPFE 1110的垂直相机模块。然而，示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的一个相机模块(例如，1100c)可以是例如通过使用红外线(IR)提取深度信息的垂直深度相机。在这种情况下，应用处理器1200可以通过合并从深度相机提供的图像数据和从其他相机模块(例如，1100a或1100b)提供的图像数据来生成3D深度图像。
在一些示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的至少两个相机模块(例如，1100a和1100b)可以具有不同的视野。在一些示例实施例中，例如，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的至少两个相机模块(例如，1100a和1100b)可以具有不同的光学透镜，但是本发明的构思不限于此。
此外，在一些示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个的视场可以不同。在一些示例实施例中，在多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个中所包括的光学透镜也可以不同，但是本发明的构思不限于此。
在一些示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个可以物理地分离。即，一个图像传感器1142的感测区域没有被划分为由多个相机模块1100a、1100b和1100c使用，但是独立的图像传感器1142可以被布置在多个相机模块1100a、1100b和1100c的每个中。
参考图11，应用处理器1200可以包括图像处理设备1210、存储器控制器1220和内部存储器1230。应用处理器1200可以与多个相机模块1100a、1100b和1100c分离地实现。例如，应用处理器1200和多个相机模块1100a、1100b和1100c可以在分离的半导体芯片中实现。
图像处理设备1210可以包括子图像处理器1212a、1212b和1212c，图像生成器1214和相机模块控制器1216。
图像处理设备1210可以包括分别地与多个相机模块1100a、1100b和1100c相对应的多个子图像处理器1212a、1212b和1212c。
从相机模块1100a、1100b和1100c中的每个生成的图像数据可以通过彼此分离的图像信号线ISLa、ISLb和ISLc被提供给相对应的子图像处理器1212a、1212b和1212c。例如，从相机模块1100a生成的图像数据可以通过图像信号线ISLa被提供给子图像处理器1212a，从相机模块1100b生成的图像数据可以通过图像信号线ISLb被提供给子图像处理器1212b，以及从相机模块1100c生成的图像数据可以通过图像信号线ISLc被提供给子图像处理器1212c。这种图像数据传输可以通过例如基于移动工业处理器接口(MPI)的相机串行接口(CSI)来执行，但是示例实施例不限于此。
同时，在一些示例实施例中，一个子图像处理器可以对应于多个相机模块来布置。例如，代替如图所示的子图像处理器1212a和子图像处理器1212c被分离地实现，他们可以被实现为一个集成的子图像处理器，并且从相机模块1100a和相机模块1100c提供的图像数据可以由选择元件等(例如，多路复用器)选择以提供给集成的子图像处理器。
提供给子图像处理器1212a、1212b和1212c中的每个的图像数据可以被提供给图像生成器1214。图像生成器1214可以根据图像生成信息或模式信号，通过使用从子图像处理器1212a、1212b和1212c中的每个提供的图像数据来生成输出图像。
具体地，图像生成器1214可以通过根据图像生成信息或模式信号合并从具有不同视野的相机模块1100a、1100b和1100c生成的至少一些图像数据来生成输出图像。另外，图像生成器1214可以通过根据图像生成信息或模式信号选择从具有不同视野的相机模块1100a、1100b和1100c生成的任意一个图像数据来生成输出图像。
在一些示例实施例中，图像生成信息可以包括变焦信号或变焦因子。此外，在一些示例实施例中，模式信号可以是例如基于用户选择的模式的信号。
当图像生成信息是变焦信号(或变焦因子)，并且相机模块1100a、1100b和1100c中的每个具有不同的视野时，图像生成器1214可以根据变焦信号的类型执行不同的操作。例如，当变焦信号是第一信号时，图像生成器1214可以通过合并从相机模块1100a输出的图像数据和从相机模块1100c输出的图像数据，并且然后使用合并的图像信号和从相机模块1100b输出的图像数据(该图像数据尚未被用于数据合并)，来生成输出图像。当变焦信号是不同于第一信号的第二信号时，图像生成器1214可以不执行这种图像数据合并，并且通过选择从相机模块1100a、1100b和1100c中的每个输出的任何一个图像数据来生成输出图像。然而，示例实施例不限于此，以及如果需要，可以以各种方式修改处理图像数据的方法。
在一些示例实施例中，图像生成器1214可以从多个子图像处理器1212a、1212b或1212c中的至少一个接收具有不同曝光时间的多个图像数据，并且对多个图像数据执行高动态范围(HDR)处理以生成具有增加的动态范围的合并的图像数据。
相机模块控制器1216可以向相机模块1100a、1100b和1100c中的每个提供控制信号。从相机模块控制器1216生成的控制信号可以通过彼此分离的控制信号线CSLa、CSLb和CSLc被提供给相对应的相机模块1100a、1100b和1100c。
多个相机模块1100a、1100b或1100c中的至少一个可以根据包括变焦信号的图像生成信息或模式信号被指定为主相机(例如，1100b)，并且剩余的相机模块(例如，1100a和1100c)可以被指定为从相机。这样的信息可以被包括在控制信号中，并且通过彼此分离的控制信号线CSLa、CSLb和CSLc被提供给相对应的相机模块1100a、1100b和1100c。
根据变焦因子或操作模式信号，可以改变作为主相机或从相机操作的相机模块。例如，当相机模块1100a的视野与相机模块1100b相比更宽，并且变焦因子具有低变焦比时，相机模块1100b可以作为主相机操作并且相机模块1100a可以作为从相机操作。相反，当变焦因子具有高变焦比时，相机模块1100a可以作为主相机操作并且相机模块1100b可以作为从相机操作。
在一些示例实施例中，从相机模块控制器1216提供给相机模块1100a、1100b和1100c中的每个的控制信号可以包括同步使能信号。例如，当相机模块1100b是主相机并且相机模块1100a和1100c是从相机时，相机模块控制器1216可以向相机模块1100b发送同步使能信号。被提供有这种同步使能信号的相机模块1100b可以基于所提供的同步使能信号生成同步信号，以及通过同步信号线SSL将所生成的同步信号提供给相机模块1100a和1100c。相机模块1100b以及相机模块1100a和1100c可以与同步信号同步，并且将图像数据发送到应用处理器1200。
在一些示例实施例中，从相机模块控制器1216提供给多个相机模块1100a、1100b和1100c的控制信号可以包括根据模式信号的模式信息。基于模式信息，多个相机模块1100a、1100b和1100c可以相对于感测速度以第一操作模式和第二操作模式进行操作。
多个相机模块1100a、1100b和1100c可以在第一操作模式中以第一速度生成图像信号(例如，生成第一帧率的图像信号)，以高于第一速度的第二速度编码图像信号(例如，编码高于第一帧率的第二帧率的图像信号)，并且将编码的图像信号发送到应用处理器1200。此时，第二速度可以比第一速度小30倍。
应用处理器1200可以将接收的图像信号，即编码的图像信号，存储在内部存储器1230或应用处理器1200外部的外部存储器1400中，从内部存储器1230或外部存储器1400读出编码的图像信号用于解码，以及显示基于解码的图像信号生成的图像数据。例如，图像处理设备1210的多个子图像处理器1212a、1212b和1212c中的相对应的子处理器可以执行解码，并且对解码的图像信号执行图像处理。
多个相机模块1100a、1100b和1100c可以在第二操作模式中以低于第一速度的第三速度生成图像信号(例如，生成低于第一帧率的第三帧率的图像信号)，并且将图像信号发送到应用处理器1200。提供给应用处理器1200的图像信号可以是尚未被编码的信号。应用处理器1200可以对接收的图像信号执行图像处理，或者将图像信号存储在内部存储器1230或外部存储器1400中。
PMIC 1300可以向多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个提供电力，例如电源电压。例如，PMIC 1300可以在应用处理器1200的控制下，通过电力信号线PSLa向相机模块1100a提供第一电力，通过电力信号线PSLb向相机模块1100b提供第二电力，以及通过电力信号线PSLc向相机模块1100c提供第三电力。
PMIC 1300可以响应于来自应用处理器1200的电力控制信号PCON，生成与多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个相对应的电力并且调整电力水平。电力控制信号PCON可以包括用于多个相机模块1100a、1100b和1100c的每个操作模式的电力调整信号。例如，操作模式可以包括低电力模式，并且在这种情况下，电力控制信号PCON可以包括关于在低电力模式下操作的相机模块和设定的电力水平的信息。提供给多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每个的电力水平可以一致或不同。另外，电力水平可以动态地改变。
如在本文中描述地，根据任何示例实施例的任何设备、电子设备、模块、单元和/或其部分，和/或其任何部分(包括但不限于图像传感器100、行驱动器120、读出电路130、斜坡信号发生器140、定时控制器150、信号处理器190、电子设备900、图像传感器910、应用处理器920、显示器930、存储器940、存储装置950、用户接口1600、无线收发器1700，图像传感器110a、电子设备1000、应用处理器1200、图像生成器1214、子图像处理器1212a、1212b、1212c、相机模块控制器1216、存储器控制器1220、PMIC 1300、外部存储器1400、内部存储器1230、图像感测设备1140、控制逻辑1144、图像传感器1142、存储装置1150、OPFE 1110等)可以包括下述、可以被包括在下述中和/或可以由下述实现：诸如包括逻辑电路的硬件的处理电路的一个或多个实例、诸如执行软件的处理器的硬件/软件组合、或其组合。例如，更具体地，处理电路可以包括但不限于：中央处理单元(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、图形处理单元(GPU)、应用处理器(AP)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)和可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)、神经网络处理单元(NPU)、电子控制单元(ECU)、图像信号处理器(ISP)等。在一些示例实施例中，处理电路可以包括：存储指令程序的非暂时性计算机可读存储设备(例如，存储器)，例如固态驱动器(SSD)；以及处理器(例如，CPU)，被配置为执行指令程序以实现根据任何示例实施例的由任何设备、电子设备、模块、单元和/或其部分中的一些或全部所执行的功能和/或方法。
本文中描述的任何存储器，包括但不限于存储装置950、内部存储器1230、外部存储器1400、存储器1146和/或存储装置1150，可以是非暂时性计算机可读介质并且可以存储指令程序。本文中描述的任何存储器可以是非易失性存储器，诸如闪速存储器、相变随机存取存储器(PRAM)、磁阻RAM(MRAM)、电阻RAM(ReRAM)或铁电RAM(FRAM)；或者易失性存储器，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)或同步DRAM(SDRAM)。
虽然已经参考本发明构思的一些示例实施例具体地示出和描述了本发明的构思，但是将理解的是，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以进行在形式上和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种单位像素电路，包括:
第一光电二极管；
不同于所述第一光电二极管的第二光电二极管；
第一浮置扩散节点，被配置为累积在所述第一光电二极管中生成的电荷；
第二浮置扩散节点，被配置为累积在所述第二光电二极管中生成的电荷；
电容器，连接到所述第一浮置扩散节点和第一电压节点，所述电容器被配置为累积所述第一光电二极管的溢出电荷；
第一开关晶体管，将所述第一浮置扩散节点连接到第三浮置扩散节点；
复位晶体管，将所述第三浮置扩散节点连接到所述第二电压节点；
增益控制晶体管，将所述第二浮置扩散节点连接到所述第三浮置扩散节点；以及
第二开关晶体管，连接到所述第一电压节点和所述第二电压节点两者。
2.根据权利要求1所述的单位像素电路，其中，所述第二开关晶体管被配置为在用于所述第一浮置扩散节点的复位部分中被导通，并且将所述第一电压节点连接到所述第二电压节点。
3.根据权利要求1所述的单位像素电路，其中，所述第二开关晶体管被配置为在用于所述第二浮置扩散节点或所述第三浮置扩散节点中的至少一个的读出部分中被导通，并且将所述第一电压节点连接到所述第二电压节点。
4.根据权利要求3所述的单位像素电路，其中，在用于所述第二浮置扩散节点或所述第三浮置扩散节点中的至少一个的所述读出部分中，所述第一电压节点和所述第二电压节点具有相同的电压电平。
5.根据权利要求2所述的单位像素电路，其中，所述第二开关晶体管被配置为对应于用于所述第一浮置扩散节点的曝光积分时间EIT部分而被关断。
6.根据权利要求5所述的单位像素电路，其中，在所述EIT部分中，所述第一电压节点和所述第二电压节点具有不同的电压电平。
7.一种图像传感器，包括:
像素阵列，其中布置在第一芯片中实现的多个像素；以及
逻辑电路，在与所述第一芯片形成堆叠结构的第二芯片中实现，
其中，所述多个像素中的每个包括
第一光电二极管，
不同于所述第一光电二极管的第二光电二极管，
第一浮置扩散节点，被配置为累积在所述第一光电二极管中生成的电荷，
第二浮置扩散节点，被配置为累积在所述第二光电二极管中生成的电荷，
电容器，连接到所述第一浮置扩散节点和第一电压节点，所述电容器被配置为累积所述第一光电二极管的溢出电荷，
第一开关晶体管，将所述第一浮置扩散节点连接到所述第三浮置扩散节点，
复位晶体管，将所述第三浮置扩散节点连接到第二电压节点，
增益控制晶体管，将所述第二浮置扩散节点连接到所述第三浮置扩散节点，
第二开关晶体管，连接到所述第一电压节点和所述第二电压节点，以及
驱动器晶体管，被配置为将在所述第一浮置扩散节点和所述第二浮置扩散节点中累积的电荷转换为像素信号；以及
其中，所述逻辑电路被配置为生成分别地控制所述第一开关晶体管、所述复位晶体管、所述增益控制晶体管、所述第二开关晶体管和所述驱动器晶体管中的每个的控制信号，以及所述逻辑电路还包括被配置为将所述控制信号发送到所述第一芯片的所述像素阵列的行驱动器。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第二开关晶体管被配置为对应于用于所述第一浮置扩散节点的复位部分而被导通。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第二开关晶体管被配置为对应于用于所述第二浮置扩散节点或所述第三浮置扩散节点中的至少一个的读出部分而被导通。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，在所述读出部分中，所述第一电压节点和所述第二电压节点具有相同的电压电平。
11.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述第二开关晶体管被配置为对应于用于所述第一浮置扩散节点的曝光积分时间EIT部分而被关断。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，在所述EIT部分中，所述第一电压节点和所述第二电压节点具有不同的电压电平。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中
所述第二电压节点对应于从外部调节器生成的电压电平，以及
所述第一电压节点对应于从在所述行驱动器中所包括的内部调节器生成的分离的电压电平。
14.一种单位像素电路，包括:
光电二极管；
第一浮置扩散节点，被配置为累积在所述光电二极管中生成的电荷；
电容器，连接到所述第一浮置扩散节点和第一电压节点，所述电容器被配置为累积所述光电二极管的溢出电荷；
开关晶体管，将所述第一浮置扩散节点连接到第二浮置扩散节点；
复位晶体管，将所述第二浮置扩散节点连接到第二电压节点；以及
第二开关晶体管，连接到所述第一电压节点和所述第二电压节点。
15.根据权利要求14所述的单位像素电路，其中，所述开关晶体管被配置为在用于所述第一浮置扩散节点的复位部分中被导通，并且将所述第一电压节点连接到所述第二电压节点。
16.根据权利要求14所述的单位像素电路，其中，所述开关晶体管被配置为在用于所述第二浮置扩散节点的读出部分中被导通，并且将所述第一电压节点连接到所述第二电压节点。
17.一种单位像素电路，包括:
光电二极管；
第一浮置扩散节点，被配置为累积所述光电二极管中生成的电荷；
增益控制晶体管，将所述第一浮置扩散节点连接到第二浮置扩散节点；
电容器，连接所述第二浮置扩散节点和第一电压节点，所述电容器被配置为基于所述增益控制晶体管的导通提供低转换增益模式和基于所述增益控制晶体管的关断提供高转换增益模式；
复位晶体管，将所述第二浮置扩散节点连接到第二电压节点；以及
开关晶体管，连接到所述第一电压节点和所述第二电压节点。
18.根据权利要求17所述的单位像素电路，其中，所述开关晶体管被配置为在用于所述第一浮置扩散节点的复位部分或读出部分中被导通，并且将所述第一电压节点连接到所述第二电压节点。
19.一种图像传感器，包括:
像素阵列，包括彼此并联连接的多个单位像素；和
逻辑电路，包括用于向所述像素阵列传输控制信号的行驱动器，
其中，所述多个单位像素中的每个包括
光电二极管，
第一浮置扩散节点，被配置为累积所述光电二极管中生成的电荷，
电容器，连接到所述第一浮置扩散节点和第一电压节点，所述电容器被配置为累积所述光电二极管的溢出电荷，
开关晶体管，将所述第一浮置扩散节点连接到第二浮置扩散节点，
复位晶体管，将所述第二浮置扩散节点连接到第二电压节点，和
第二开关晶体管，连接到所述第一电压节点和所述第二电压节点，以及
其中，像素阵列还包括
第一开关，将所述多个单位像素当中的最邻近所述行驱动器的第一单位像素的第一电压节点连接到所述第一单位像素的第二电压节点，以及
第二开关，将所述多个单位像素当中的最远离所述行驱动器的第N单位像素的第一电压节点连接到所述第N单位像素的第二电压节点。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述图像传感器被配置为响应于所述第一开关和所述第二开关被导通，使得所述多个单位像素中的每个单位像素的第一电压节点电连接到每个单位像素的第二电压节点。
CN202210704665.5A 2021-06-21 2022-06-21 像素和包括该像素的图像传感器 Pending CN115580785A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0080392 2021-06-21
KR1020210080392A KR20220169822A (ko) 2021-06-21 2021-06-21 픽셀, 및 이를 포함하는 이미지 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115580785A true CN115580785A (zh) 2023-01-06

Family

ID=82058448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210704665.5A Pending CN115580785A (zh) 2021-06-21 2022-06-21 像素和包括该像素的图像传感器

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11743610B2 (zh)
EP (1) EP4109888B1 (zh)
KR (1) KR20220169822A (zh)
CN (1) CN115580785A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220120049A (ko) * 2021-02-22 2022-08-30 삼성전자주식회사 이미지 센서
CN116980738A (zh) * 2022-04-14 2023-10-31 思特威(上海)电子科技股份有限公司 图像传感器像素、像素电路、图像传感器及控制方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6587142B1 (en) 1998-09-09 2003-07-01 Pictos Technologies, Inc. Low-noise active-pixel sensor for imaging arrays with high speed row reset
US7075049B2 (en) 2003-06-11 2006-07-11 Micron Technology, Inc. Dual conversion gain imagers
US8913166B2 (en) 2009-01-21 2014-12-16 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging apparatus
US8896733B2 (en) 2011-01-21 2014-11-25 Aptina Imaging Corporation Imaging system with automatic conversion gain selection
TWI456990B (zh) 2011-04-08 2014-10-11 Pixart Imaging Inc 高動態範圍影像感測電路及高動態範圍影像讀取方法
US9277147B2 (en) 2013-08-23 2016-03-01 Semiconductor Components Industries, Llc Multimode pixel readout for enhanced dynamic range
JP6808623B2 (ja) 2015-07-08 2021-01-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および駆動方法、並びに電子機器
TWI717450B (zh) 2016-02-18 2021-02-01 日商新力股份有限公司 固體攝像裝置、固體攝像裝置之驅動方法、及電子機器
JP2017175345A (ja) 2016-03-23 2017-09-28 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
US10044960B2 (en) 2016-05-25 2018-08-07 Omnivision Technologies, Inc. Systems and methods for detecting light-emitting diode without flickering
JP7200103B2 (ja) * 2017-07-07 2023-01-06 ブリルニクス シンガポール プライベート リミテッド 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器
US10714517B2 (en) 2018-01-23 2020-07-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor
CN108419030B (zh) * 2018-03-01 2021-04-20 思特威(上海)电子科技股份有限公司 具有led闪烁衰减的hdr图像传感器像素结构及成像***
US11108980B2 (en) 2019-02-04 2021-08-31 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor devices with single-photon avalanche diode pixels
KR102661820B1 (ko) 2019-02-11 2024-05-02 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그것의 구동 방법
US10791292B1 (en) * 2019-04-30 2020-09-29 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors having high dynamic range imaging pixels
JP7504625B2 (ja) * 2020-02-28 2024-06-24 キヤノン株式会社 光電変換装置
US20220210353A1 (en) * 2020-12-30 2022-06-30 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range image sensors
KR20220098587A (ko) * 2021-01-04 2022-07-12 삼성전자주식회사 이미지 센서, 픽셀 및 픽셀의 동작 방법
KR20220120049A (ko) * 2021-02-22 2022-08-30 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220142737A (ko) * 2021-04-15 2022-10-24 삼성전자주식회사 Dram 커패시터를 포함하는 이미지 센서 및 이미지 센서의 동작 방법
KR20230036720A (ko) * 2021-09-08 2023-03-15 삼성전자주식회사 단위 픽셀, 이미지 센서 및 차량
KR20230041388A (ko) * 2021-09-17 2023-03-24 삼성전자주식회사 단위 픽셀, 이미지 센서 및 차량
KR20230054066A (ko) * 2021-10-15 2023-04-24 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20230065055A (ko) * 2021-11-04 2023-05-11 삼성전자주식회사 이미지 센서

Also Published As

Publication number Publication date
US20220408039A1 (en) 2022-12-22
KR20220169822A (ko) 2022-12-28
US11743610B2 (en) 2023-08-29
US20230353895A1 (en) 2023-11-02
EP4109888A1 (en) 2022-12-28
EP4109888B1 (en) 2024-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230353895A1 (en) Pixel and image sensor including the same
US11637980B2 (en) Image sensor including DRAM capacitor and operating method thereof
US20220060647A1 (en) Cds circuit, operating method thereof, and image sensor including cds circuit
US11950011B2 (en) Image sensor
US11665443B2 (en) Image sensor
US11848338B2 (en) Image sensor
US11665444B2 (en) Image sensor, pixel, and method of operating the pixel
KR20230006674A (ko) 이미지 센서, 그것을 포함하는 이미지 장치 및 그것의 동작 방법
US11457165B2 (en) Pixel array and image sensor including the same
KR20230078460A (ko) 이미지 센서 및 이미지 센서의 자동 초점 동작 방법
CN115209073A (zh) 包括蜘蛛布线的图像传感器
US20160323523A1 (en) Multiple Image Sensing Pixel Arrays with Sharing Common Control Circuits
US20240088176A1 (en) Image sensor
US20240214703A1 (en) Image sensor
US20220399384A1 (en) Pixel array and image sensor including the same
US20230171516A1 (en) Wide dynamic range image sensor and method performed by the same
TW202322619A (zh) 影像感測器及影像感測器的操作方法
CN116193252A (zh) 图像传感器
CN117594617A (zh) 图像传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination