CN115988346A - 图像传感器 - Google Patents

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金石山
徐珉雄
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Abstract

一种图像传感器，包括：像素阵列，多个像素被布置在像素阵列中。多个像素中的每一个包括灵敏度基于外部电压来调整的有机光电二极管、硅光电二极管、第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点、转换增益晶体管和驱动晶体管。由硅光电二极管生成的电荷在第一浮动扩散节点中累积。由有机光电二极管生成的电荷在第二浮动扩散节点中累积。转换增益晶体管的一端连接到第一浮动扩散节点，并且另一端连接到第二浮动扩散节点。驱动晶体管被配置为生成与第一浮动扩散节点的电压对应的像素信号。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求获得于2021年10月15日提交到韩国知识产权局的第10-2021-0137636号韩国专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明构思的示例实施例涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种配置为通过使用有机光电二极管来生成图像数据的图像传感器。
背景技术
图像传感器是用于捕捉对象的二维或三维图像的设备。图像传感器通过使用光电转换元件来生成对象的图像，光电转换元件根据从对象反射的光的强度来响应。最近，随着互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的发展，使用CMOS的CMOS图像传感器得到广泛使用。
发明内容
本发明构思的示例实施例提供一种图像传感器，其能够通过使用有机光电二极管和硅光电二极管来有效调整其中的光电二极管的灵敏度，并且包括实现宽动态范围的像素。
根据本发明构思的示例实施例，提供了一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括多个像素，其中，多个像素中的每一个包括：有机光电二极管，其灵敏度基于外部电压来调整；硅光电二极管；第一浮动扩散节点，由硅光电二极管生成的电荷在第一浮动扩散节点中累积；第二浮动扩散节点，由有机光电二极管生成的电荷在第二浮动扩散节点中累积；转换增益晶体管，其一端连接到第一浮动扩散节点，并且另一端连接到第二浮动扩散节点；和驱动晶体管，其被配置为生成与第一浮动扩散节点的电压对应的像素信号。
根据本发明构思的示例实施例，提供了一种图像传感器，包括：像素阵列，多个像素被布置在像素阵列中，其中，多个像素中的每一个包括：有机光电二极管，其灵敏度基于外部电压来调整；硅光电二极管；第一浮动扩散节点，由硅光电二极管生成的电荷在第一浮动扩散节点中累积；第二浮动扩散节点，由有机光电二极管生成的电荷在第二浮动扩散节点中累积；有机复位(reset)晶体管，其被配置为基于从像素的外部施加的复位电压来复位第二浮动扩散节点；硅传输晶体管，其被配置为将由硅光电二极管生成的电荷传输到第一浮动扩散节点；有机传输晶体管，其被配置为将由有机光电二极管生成的电荷传输到第二浮动扩散节点；和驱动晶体管，其被配置为生成与第一浮动扩散节点的电压对应的像素信号。
根据本发明构思的示例实施例，提供了一种图像传感器，包括：像素阵列，多个像素被布置在像素阵列中，其中，多个像素中的每一个包括：有机光电二极管，其灵敏度基于外部电压来调整；硅光电二极管；第一浮动扩散节点，由硅光电二极管生成的电荷在第一浮动扩散节点中累积；第二浮动扩散节点，由有机光电二极管生成的电荷在第二浮动扩散节点中累积；有机复位晶体管，其被配置为基于从像素的外部施加的复位电压来复位第二浮动扩散节点；硅传输晶体管，其被配置为将由硅光电二极管生成的电荷传输到第一浮动扩散节点；硅复位晶体管，其被配置为基于复位电压来复位第一浮动扩散节点；和驱动晶体管，其被配置为生成与第一浮动扩散节点的电压对应的像素信号。
附图说明
通过参考附图详细描述其实施例，本发明构思的上述和其他特征将变得更加明显，其中：
图1A和1B是示出根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的框图；
图2是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的部分的图；
图3是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的操作的时序图；
图4是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的操作的时序图；
图5是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的部分的电路图；
图6是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的操作的时序图；
图7A和7B是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的分割光电二极管(splitphotodiode)结构的图；
图8A和8B是示出根据本发明构思的示例实施例的包括滤色器的像素的图；
图9是示出根据本发明构思的示例实施例的电子设备的框图；
图10是示出根据本发明构思的示例实施例的电子设备的部分的框图；和
图11是示出根据本发明构思的示例实施例的相机模块的具体配置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来更充分地描述本发明构思的示例实施例。在所有附图中，相似的附图标记可以指相似的元素。
可以理解，术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中用来区分一个元素和另一元素，并且这些元素不受这些术语的限制。因此，一个示例实施例中的“第一”元素可以被描述为另一示例实施例中的“第二”元素。
应当理解，每个示例实施例中的特征或方面的描述通常应被视为可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面，除非上下文另有明确指示。
如本文使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
可以理解，当组件(诸如膜、区域、层或元素)称为“位于”、“连接到”、“耦合到”或“邻近于”另一组件时，组件可以直接位于、连接到、耦合到或邻近于另一组件，或者可以存在中间组件。还可以理解，当组件称为在两个组件“之间”时，组件可以是两个组件之间的唯一组件，或者也可以存在一个或多个中间组件。还可以理解，当组件称为“覆盖”另一组件时，该组件可以是覆盖另一组件的唯一组件，或者一个或多个中间组件也可以覆盖另一组件。用于描述组件之间关系的其他词语应以相似方式进行解释。
在本文中，当一个值被描述为大约等于另一值或与另一值基本上相同或相等时，应当理解为这些值是相同的，这些值在测量误差范围内彼此相等，或者即使测量为不相等，在数值上也足够接近，以使在功能上彼此相等，这将被本领域普通技能的人理解。例如，本文使用的术语“大约”包括所述的值，并且意味着在考虑到有关的测量和与特定数量的测量关联的误差(即，测量***的限制)的情况下，落入本领域普通技术人员所确定的特定值的可接受偏差范围内。例如，“大约”可以指本领域普通技术人员所理解的一个或多个标准偏差之内。此外，应当理解，虽然参数在本文中可以描述为“大约”为特定数值，但是根据示例实施例，如在本领域普通技术人员所理解的，参数可以准确地达到测量误差范围内的特定值，或大约达到特定值。
图1A和1B是示出根据本发明构思的示例实施例的图像传感器10的框图。
图像传感器10可以被安装在具有图像或光感应功能的电子设备中。例如，图像传感器10可以被安装在诸如相机、智能手机、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、平板个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、导航设备等的电子设备中。此外，图像传感器10可以被安装在提供作为例如车辆、家具、制造装备、门、各种测量设备等中的组件的电子设备中。
参考图1A，图像传感器10可以包括像素阵列100、行驱动器210、读出电路510、斜坡信号生成器300、定时控制器400和信号处理器700。读出电路510可以包括模数转换器(ADC)120和数据总线512。
像素阵列100可以包括多个行线RL、多个列线CL和多个像素PX′。像素PX′连接到多个行线RL和多个列线CL，并且被布置成矩阵。每个像素PX′可以通过使用光电转换元件来感应光，并且可以根据感应到的光来输出作为电信号的像素信号。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应元件，诸如无机光电二极管、有机光电二极管、过氧化物光电二极管、光电晶体管、光电门或针扎光电二极管。
在示例实施例中，多个像素PX′中的每一个可以包括光电检测电路110。光电检测电路110可以包括多个光电转换元件。光电检测电路110可以通过使用光电转换元件来检测光，并且可以根据感应到的光来输出作为电信号的像素信号PS。在示例实施例中，多个像素PX′中的每一个可以包括多个光电转换元件。
包括在光电检测电路110中的多个光电转换元件可以被实现为不同类型的光电转换元件。在示例实施例中，多个光电转换元件之一可以是有机光电二极管，并且多个光电转换元件中的另一个可以是硅光电二极管。
光电检测电路110可以通过使用光电转换元件来检测光信号，并且将光信号转换为作为电信号的像素信号PS。用于光收集的微透镜可以被设置在多个像素PX′中的每一个的上部上，或在包括相邻像素PX′的每个像素组的上部。多个像素PX′中的每一个可以从通过微透镜接收的光中感应特定光谱区域的光。例如，多个像素PX′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和将蓝色光谱区域的光转换为电信号的蓝色像素。用于发射特定光谱区域的光的滤色器可以被设置在多个像素PX′中的每一个的上部。然而，本发明构思的示例实施例不限于此。例如，根据示例实施例，像素阵列100可以包括将红色、绿色、蓝色之外的光谱区域的光转换成电信号的像素。
用于发射特定光谱区域的光的滤色器阵列可以被设置在多个像素PX′中的每一个的上部，并且对应像素可检测的颜色可以根据设置在多个像素PX′中的每一个的上部的滤色器来确定。然而，本发明构思的实施例不限于此。例如，根据示例实施例，特定光电转换元件也可以根据施加到光电转换元件的电信号的电平，将特定波长带的光转换成电信号。
在一些示例实施例中，光电检测电路110可以包括配置为暴露于光源的至少两个或更多个光电二极管。例如，像素PX′可以包括灵敏度基于外部电压来调整的有机光电二极管(图2和5中的OPD)和灵敏度高于有机光电二极管的灵敏度的硅光电二极管(图2和5中的SPD)。如此，具有不同灵敏度的有机光电二极管OPD和硅光电二极管SPD被包括在一个像素PX′中的结构可以称为分割光电二极管结构。然而，本发明构思的实施例不限于此。将参考图2来详细描述根据示例实施例的光电检测电路110的详细配置。
硅光电二极管SPD的灵敏度可以高于有机光电二极管OPD的灵敏度。由于这种特性，硅光电二极管SPD可以生成与低照度对应的像素信号PS，并且有机光电二极管OPD可以生成与高照度对应的像素信号PS。在下文中，为了描述方便，可以假设像素PX′包括硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD。然而，本发明构思的示例实施例不限于此。例如，根据示例实施例，像素PX′可以包括具有相同或不同的受光区域的多个光电二极管。
在光电检测电路110中，由光电二极管生成的电荷可以在浮动扩散节点中累积，并且累积在浮动扩散节点中的电荷可以转换为电压。在这方面上，累积在浮动扩散节点中的电荷转换为电压的速率可以称为转换增益。
在一些示例实施例中，多个像素PX′中的每一个可以以双转换增益操作。双转换增益包括低转换增益(LCG)和高转换增益(HCG)。因为HCG的电荷转换为电压的速率较高，所以HCG可以被应用于生成与比LCG的照度更低的照度对应的像素信号PS的操作。在下文中，为了描述方便，像素信号PS通过使用HCG来生成的操作模式称为HCG模式，并且像素信号PS通过使用LCG来生成的操作模式称为LCG模式。
在一些示例实施例中，硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD中的每一个可以在双转换增益模式下生成像素信号PS。例如，硅光电二极管SPD可以在HCG模式下操作，以在第一照度范围中生成第一像素信号。然而，本发明构思的实施例不限于此。例如，根据示例实施例，硅光电二极管SPD可以在LCG模式下操作。此外，有机光电二极管OPD可以在LCG模式下操作，以在至少部分等于或大于第一照度范围的第二照度范围中生成第二像素信号。此外，第一像素信号和第二像素信号可以在像素阵列100被扫描的一个帧周期内生成。
通过硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD生成的第一像素信号和第二像素信号可以合成为一个图像，并且合成的图像可以具有高动态范围。
在一些示例实施例中，多个像素PX′中的每一个可以用执行一次曝光操作的单次曝光法来操作，或用执行多次曝光操作的多次曝光法来操作。例如，像素PX′可以用单次曝光法来操作，其中，在执行一次曝光操作后通过硅光电二极管SPD和/或有机光电二极管OPD生成像素信号PS。作为另一示例，像素PX′可以用多次曝光法来操作，其中，响应于第一曝光操作来通过硅光电二极管SPD和/或有机光电二极管OPD生成像素信号PS，然后，响应于第二曝光操作来通过硅光电二极管SPD和/或有机光电二极管OPD额外生成像素信号PS。
行驱动器210可以以行为单位驱动像素阵列100。行驱动器210可以解码从定时控制器400接收的行控制信号(例如，地址信号)，并且响应于解码的行控制信号，从包括在像素阵列100中的行线当中选择至少任何一个行线。例如，行驱动器210可以生成选择多个行之一的选择信号。此外，像素阵列100可以从由行驱动器210提供的选择信号选择的行输出像素信号。
行驱动器210可以将用于输出像素信号PS的控制信号传输到像素阵列100，并且像素PX′可以响应于控制信号来操作，从而输出像素信号PS。
定时控制器400可以控制图像传感器10的整体操作。例如，行驱动器210和斜坡(ramp)信号生成器300可以基于定时控制器400提供的定时信号，生成选择信号和斜坡信号RAMP。
斜坡信号生成器300可以生成斜坡信号RAMP，并且将斜坡信号RAMP输出到读出电路510。斜坡信号RAMP可以被提供给读出电路510的ADC120，并且可以用作要与像素信号PS比较的参考信号。在示例实施例中，斜坡信号RAMP可以是不断减少或增加的信号(例如，具有单个倾斜度的增加/减少信号)。
读出电路510可以从多个像素PX′当中的由行驱动器210选择的行中的像素PX′读出像素信号PS。在这种情况下，像素信号PS可以包括复位信号或图像信号(或感应信号)。读出电路510可以基于从斜坡信号生成器300接收的斜坡信号RAMP，将通过多个列线CL从像素阵列100接收的复位信号和图像信号转换为数字数据，从而生成并输出与以行为单位的多个像素PX′对应的像素值。
读出电路510可以包括与多个列线CL对应的多个ADC 120。多个ADC中的每一个可以将通过对应的列线CL接收的复位信号和图像信号中的每一个与斜坡信号RAMP进行比较，并且基于比较结果，生成像素值。例如，ADC120可以从图像信号中去除复位信号，并且生成表示由像素PX′感应的光量的像素值。
读出电路510可以包括多个相关双采样(CDS)电路和多个计数器电路。读出电路510可以将从像素阵列100输入的像素信号PS转换为作为数字信号的像素值。通过多个列线CL中的每一个接收的每个像素信号PS可以由CDS电路和计数器电路转换为作为数字信号的像素值。
CDS电路可以将通过列线CL接收的像素信号PS与斜坡信号RAMP进行比较，并且输出比较结果。当斜坡信号RAMP的电平和像素信号的电平相同时，CDS电路可以输出从逻辑高电平转变到逻辑低电平的比较信号。比较信号的电平转变的定时可以根据像素信号PS的电平来确定。
CDS电路可以根据CDS方法来对从像素PX′提供的像素信号PS进行采样和保持，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，并且基于与双采样之间的差对应的电平，生成比较信号。
在一些示例实施例中，CDS电路可包括一个或多个比较器。比较器可以被实现为，例如，运算跨导放大器(OTA)(或差分放大器)。
由ADC 120生成的多个像素值可以通过数据总线512输出为图像数据IDT。例如，图像数据IDT可以被提供给图像传感器10的内部或外部的图像信号处理器700。
数据总线512可以暂时存储从ADC 120输出的像素值，然后输出像素值。数据总线512可以包括多个列存储器和列解码器。存储在多个列存储器中的多个像素值可以在列解码器的控制下输出为图像数据IDT。
信号处理器700可以对图像数据IDT执行例如降噪处理、增益调整、波形整形处理、插值处理、白平衡处理、伽马处理、边缘增强处理、分箱(binning)等。在一些示例实施例中，由于像素阵列100在一个帧周期内在硅光电二极管SPD的HCG模式和有机光电二极管OPD的LCG模式下操作，因此信号处理器700可以从数据总线132接收与上述模式对应的像素信号PS，并且合并所接收的像素信号PS，以生成具有高动态范围的图像。在示例实施例中，信号处理器700可以被提供在图像传感器10的外部处理器中。
参考图1B，图像传感器10可以包括像素阵列100、像素驱动器200、斜坡信号生成器300、定时控制器400、数字信号处理单元500和接口电路600。像素阵列100可以包括多个像素PX。多个像素PX中的每一个可以被配置为感应来自图像传感器10的外部的光信号，并且输出与感应的光信号对应的数字输出信号DOUT。为了方便解释，图1A的像素PX′和图1B的像素PX之间的冗余描述将被省略，并且图1A和图1B之间的冗余描述将被省略。
多个像素PX中的每一个可以包括光电检测电路110、ADC 120和存储器130。在图1A中，ADC 120可以被包括在像素PX的外面，而图1B的像素PX可以包括ADC 120作为数字像素。光电检测电路110可以包括光电转换元件，并且可以将从图像传感器10的外部感应到的光信号转换为电信号(即，作为模拟信号的像素信号PS)。像素信号PS可以包括根据像素PX的复位操作的复位信号，并且可以包括根据像素PX的光感应操作的图像信号。
ADC 120可以将从光电检测电路110输出的像素信号PS转换为作为数字信号的像素值PV，并且存储器130可以存储转换后的像素值PV。存储器130可以在像素驱动器200的控制下输出数字输出信号DOUT。ADC 120可以将像素信号PS与斜坡信号RAMP进行比较，从而将像素信号PS转换为数字信号。ADC 120可以将从光电检测电路110接收的复位信号和图像信号中的每一个与斜坡信号RAMP进行比较，并且基于比较结果，生成作为数字信号的像素值PV。
像素驱动器200可以输出用于控制包括在像素阵列100中的多个像素PX的控制信号CTRL。响应于从像素驱动器200生成的控制信号CTRL，多个像素PX中的每一个可以生成像素信号PS，通过使用斜坡信号RAMP来将像素信号PS转换为作为数字信号的像素值PV，存储像素值PV，并且将所存储的像素值PV输出为数字输出信号DOUT。此外，多个像素PX中的每一个的操作模式可以响应于从像素驱动器200生成的控制信号CTRL来改变。
斜坡信号生成器300可以生成斜坡信号RAMP，并且将斜坡信号RAMP输出到像素阵列100。斜坡信号RAMP可以被提供给像素PX的ADC 120，并且可以用作要与像素信号PS进行比较的参考信号。
定时控制器400可以控制图像传感器10的整体操作。像素驱动器200和斜坡信号生成器300可以基于定时控制器400提供的定时信号，生成控制信号CTRL和斜坡信号RAMP。
数字信号处理单元500可以对从像素阵列100接收的数字输出信号DOUT执行数字信号处理，以将图像数据IDT提供给外部设备。数字输出信号DOUT可以包括根据像素PX的复位操作的复位值，并且可以包括根据像素PX的光感应操作的图像信号值。数字信号处理单元500可以对复位值和图像信号值执行操作，从而确定与由一个像素PX感应到的光信号对应的最终数字值。图像数据IDT可以通过结合从多个像素PX中的每一个确定的最终数字值来生成。也就是说，CDS操作可以通过由包括在像素PX中的ADC120的操作和数字信号处理单元500的数字信号处理操作生成的数字输出信号DOUT实现。
接口电路600可以被配置为从外部设备接收控制信息或输出图像数据IDT。在示例实施例中，接口电路600可以基于预先确定的协议，与外部设备交换上述信息。
信号处理器(例如，图1A的信号处理器700)可以被包括在图像传感器10中，或者可以被包括在图像传感器10的外部处理器中。
图2是示出根据本发明构思的示例实施例的像素PX的部分的图。
参考图1B和图2，像素PX可以包括光电检测电路110和ADC 120。图2示出ADC 120被包括在像素PX中。然而，本发明构思的实施例不限于此。例如，根据示例实施例，ADC 120可以被包括在如图1A所示的像素PX的外部。光电检测电路110可以被包括在图1A和1B的像素PX中。因此，对图2的像素PX的光电检测电路110的描述也可以适用于图1A的像素PX′的光电检测电路111。
光电检测电路110可以包括多个光电二极管，例如，有机光电二极管OPD和硅光电二极管SPD。光电检测电路110可以包括多个晶体管，例如，有机传输晶体管OTG、硅传输晶体管STG、有机复位晶体管ORG、驱动晶体管DX、选择晶体管SX和转换增益晶体管DCG。控制信号ROS、OTS、CGS、STS和SEL可以被应用于像素PX。控制信号ROS、OTS、CGS、STS和SEL中的至少一些可以由像素驱动器200生成。
硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD可以生成根据光强度来变化的光电荷。例如，硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD可以生成与入射光量成比例的电荷(例如，作为负电荷的电子和作为正电荷的空穴)。由硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD生成的光电荷可以被传输到浮动扩散节点FD1和FD2中的至少一个，并且在其中累积。寄生电容器可以形成在浮动扩散节点FD1和FD2中的每一个中，或者实际的电容器元件可以连接到浮动扩散节点FD1和FD2中的每一个。
有机光电二极管OPD可以包括第一电极E1和第二电极E2。有机光电二极管OPD可以包括有机光电导膜(OPF)。外部电压ITO可以被施加到有机光电二极管OPD的第一电极E1，并且第二电极E2可以连接到有机传输晶体管OTG。外部电压ITO可以被等同地施加到像素阵列100的多个像素PX。有机光电二极管OPD的灵敏度可以基于外部电压ITO来调整。例如，随着施加到有机光电二极管OPD的外部电压ITO减少，有机光电二极管OPD的灵敏度可能减少。
硅光电二极管SPD的灵敏度可以被设置为高于有机光电二极管OPD的灵敏度。硅光电二极管SPD的受光面积可以大于或约等于有机光电二极管OPD的受光面积，并且硅光电二极管SPD的灵敏度可以高于有机光电二极管OPD的灵敏度。
光电检测电路110可以包括硅传输晶体管STG。硅传输晶体管STG可以连接在硅光电二极管SPD和第一浮动扩散节点FD1之间。硅传输晶体管STG的第一端可以连接到硅光电二极管SPD的输出端，并且硅传输晶体管STG的第二端可以连接到第一浮动扩散节点FD1。硅传输晶体管STG可以响应于从像素驱动器200接收的硅传输控制信号STS来导通或截止，并且将由硅光电二极管SPD生成的光电荷传输到第一浮动扩散节点FD1。
光电检测电路110可以包括转换增益晶体管DCG。转换增益晶体管DCG的第一端可以连接到第一浮动扩散节点FD1，并且转换增益晶体管DCG的第二端可以连接到第二浮动扩散节点FD2。转换增益晶体管DCG可以响应于从像素驱动器200接收的增益控制信号CGS来导通或截止，并且浮动扩散节点FD1和FD2可以彼此连接。
当转换增益晶体管DCG导通时，第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2可以彼此连接，使得转换增益可以减少。当转换增益晶体管DCG截止时，转换增益晶体管DCG可以在HCG模式下操作。
光电检测电路110可以包括有机传输晶体管OTG。有机传输晶体管OTG可以连接在有机光电二极管OPD和第二浮动扩散节点FD2之间。有机传输晶体管OTG的第一端可以连接到有机光电二极管OPD的第二电极E2，并且有机传输晶体管OTG的第二端可以连接到第二浮动扩散节点FD2。有机传输晶体管OTG可以响应于从像素驱动器200接收的有机传输控制信号OTS来导通或截止，并且将由有机光电二极管OPD生成的光电荷传输到第二浮动扩散节点FD2。
光电检测电路110可以包括有机复位晶体管ORG。有机复位晶体管ORG可以复位累积在浮动扩散节点FD1和FD2中的至少一个中的电荷。复位电压(例如，像素电压VDD)可以被施加到有机复位晶体管ORG的第一端，并且有机复位晶体管ORG的第二端可以连接到第二浮动扩散节点FD2。本发明构思的实施例不限于此，并且像素电压VDD之外的电压可以被施加到第一端。有机复位晶体管ORG可以响应于从像素驱动器200接收的有机复位控制信号ROS来导通或截止，并且累积在第二浮动扩散节点FD2中的电荷可以被释放，使得第二浮动扩散节点FD2可以复位。
光电检测电路110可以包括驱动晶体管DX。驱动晶体管DX的第一端可以连接到选择晶体管SX，并且驱动电压(例如，像素电压VDD)可以被施加到驱动晶体管DX的第二端。驱动晶体管DX可以作为源极跟随器操作，并且可以生成与浮动扩散节点FD1和FD2中的至少一个的电压对应的像素信号。例如，驱动晶体管DX可以生成与第一浮动扩散节点FD1的电压对应的像素信号。
光电检测电路110可以包括选择晶体管SX。选择晶体管SX的第一端可以连接到驱动晶体管DX，并且选择晶体管SX的第二端可以连接到ADC 120。选择晶体管SX可以响应于从像素驱动器200接收的选择信号SEL来导通或截止。当选择晶体管SX在读出操作中导通时，包括与复位操作对应的复位信号或与电荷累积操作对应的图像信号的像素信号PS可以输出到ADC 120。
根据本发明构思的示例实施例，硅光电二极管SPD可以通过转换增益晶体管DCG生成与双转换增益对应的像素信号PS。例如，转换增益晶体管DCG可以根据增益控制信号CGS转变到与特定转换增益模式对应的有效电平或无效电平来导通或截止，使得硅光电二极管SPD可以生成与双转换增益对应的像素信号PS。
例如，当硅光电二极管SPD在读出周期内在LCG模式下操作时，增益控制信号CGS可以具有有效电平。因此，转换增益晶体管DCG可以导通，并且第二浮动扩散节点FD2可以连接到第一浮动扩散节点FD1。
此外，当硅光电二极管SPD在读出周期内在HCG模式下操作时，增益控制信号CGS可以具有无效电平。因此，在示例实施例中，转换增益晶体管DCG可以截止，并且第二浮动扩散节点FD2不连接到第一浮动扩散节点FD1。
像素PX可以包括ADC 120。ADC 120可以将像素信号PS与斜坡信号RAMP进行比较，从而将像素信号PS转换为作为数字信号的像素值PV。例如，ADC 120可以基于将具有下降斜度的斜坡信号RAMP与像素信号PS进行比较的比较结果，生成像素值PV。
图3是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的操作的时序图。例如，图3是示出根据本发明构思的示例实施例的图2的像素PX的操作的时序图。
参考图3，像素PX可以在曝光周期EXPOSURE内复位硅光电二极管SPD、有机光电二极管OPD、以及浮动扩散节点FD1和FD2，并且在作为硅光电二极管SPD的读出周期的第一读出周期SPD READOUT内读出与硅光电二极管SPD对应的第一像素信号。像素PX可以在作为有机光电二极管OPD的读出周期的第二读出周期OPD READOUT内读出与有机光电二极管OPD对应的第二像素信号。在下文中，将描述在曝光周期EXPOSURE、第一读出周期SPD READOUT和第二读出周期OPD READOUT中执行的操作。
首先，在曝光周期EXPOSURE中，选择信号SEL可以保持逻辑低电平，并且有机复位控制信号ROS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平。因此，有机复位晶体管ORG可以导通，并且第二浮动扩散节点FD2可以复位。增益控制信号CGS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平，并且转换增益晶体管DCG可以导通。第二浮动扩散节点FD2可以连接到第一浮动扩散节点FD1，并且第一浮动扩散节点FD1可以复位。
在有机复位控制信号ROS和增益控制信号CGS从逻辑低电平转变到逻辑高电平后，硅传输控制信号STS和有机传输控制信号OTS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。因此，硅传输晶体管STG和有机传输晶体管OTG可以导通，并且硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD可以复位。
在硅传输控制信号STS和有机传输控制信号OTS从逻辑高电平转变到逻辑低电平后，有机光电二极管OPD和硅光电二极管SPD可以接收光信号，以根据光信号来生成和累积光电荷。此后，有机复位控制信号ROS和增益控制信号CGS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平。
读出周期可以在开始时间T0开始。在第一读出周期SPD READOUT中，选择信号SEL可以从开始时间T0起从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以在剩余的读出周期内保持逻辑高电平。选择晶体管SX可以在读出周期内导通。增益控制信号CGS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平。因此，转换增益晶体管DCG可以导通，并且第一浮动扩散节点FD1可以连接到第二浮动扩散节点FD2。此外，有机复位控制信号ROS可以在开始时间T0时从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平。因此，有机复位晶体管ORG可以导通，并且第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2可以复位(复位操作)。例如，第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2可以基于像素电压VDD来复位。
增益控制信号CGS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平，并且有机复位控制信号ROS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平。也就是说，转换增益晶体管DCG可以截止，并且有机复位晶体管ORG可以截止。与复位的浮动扩散节点FD1和FD2的电压对应的第一复位信号SPD RST可以输出为像素信号。也就是说，参考图3，在第一时间T1时输出的像素信号可以是硅光电二极管SPD的第一复位信号SPD RST。
在第一时间T1后，增益控制信号CGS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平。像素PX可以在HCG模式下操作。硅传输控制信号STS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。因此，硅传输晶体管STG可以导通，并且从硅光电二极管SPD生成的电荷可以移动到第一浮动扩散节点FD1，并且在其中累积(累积操作)。硅传输控制信号STS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平，并且硅传输晶体管STG可以截止。与累积在第一浮动扩散节点FD1中的电荷量对应的第一图像信号SPD SIG可以输出为像素信号。也就是说，参考图3，在第二时间T2时输出的像素信号可以是硅光电二极管SPD的第一图像信号SPD SIG。
在第二时间T2后，在第二读出周期OPD READOUT中，有机复位控制信号ROS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。此外，增益控制信号CGS也可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平，并且保持逻辑高电平。因此，有机复位晶体管ORG和转换增益晶体管DCG可以导通，并且第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2可以复位。例如，参考图3，在第三时间T3时输出硅光电二极管SPD的像素信号后剩余的电荷可以被移除。
在第三时间T3后，有机复位控制信号ROS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平。有机复位晶体管ORG可以截止。与复位的第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2的电压对应的第二复位信号OPD RST可以输出为像素信号。也就是说，参考图3，在第四时间T4时输出的像素信号可以是有机光电二极管OPD的第二复位信号OPD RST。
在第四时间T4后，有机传输控制信号OTS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。因此，有机传输晶体管OTG可以导通，并且在有机光电二极管OPD中生成的电荷可以移动到第二浮动扩散节点FD2和第一浮动扩散节点FD1，并且在其中累积(累积操作)。有机传输控制信号OTS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平，并且有机传输晶体管OTG可以截止。与累积在第二浮动扩散节点FD2和第一浮动扩散节点FD1中的电荷量对应的第二图像信号OPD SIG可以输出为像素信号。也就是说，参考图3，在第五时间T5时输出的像素信号可以是有机光电二极管OPD的第二图像信号OPD SIG。
图4是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的操作的时序图。例如，图4是示出图3的修改实施例的时序图。
与图3的实施例相比，在图4的实施例中，硅光电二极管SPD可以包括LCG模式操作。在曝光周期EXPOSURE中，有机复位控制信号ROS和增益控制信号CGS可以在比图3的实施例中保持逻辑高电平更短的时间内，保持逻辑高电平。在图4的实施例中，当硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD的像素信号分别输出时的控制信号可以与上面图3描述的控制信号基本上相同，因此，为了方便解释，其冗余描述被省略。
在第一读出周期SPD READOUT中，增益控制信号CGS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平。因此，转换增益晶体管DCG可以导通，并且第一浮动扩散节点FD1可以连接到第二浮动扩散节点FD2。此外，有机复位控制信号ROS可以在开始时间T0时从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平。
增益控制信号CGS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平，并且有机复位控制信号ROS可以保持在逻辑高电平。像素PX可以在LCG模式下操作。第一复位信号SPD RST可以在第一时间T1时输出，并且第一图像信号SPD SIG可以在第二时间T2时输出。
图5是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的部分的电路图。图5的有机光电二极管OPD、硅光电二极管SPD、转换增益晶体管DCG、驱动晶体管DX和选择晶体管SX可以分别对应于图2的有机光电二极管OPD、硅光电二极管SPD、转换增益晶体管DCG、驱动晶体管DX和选择晶体管SX，因此，为了方便解释，其冗余描述被省略。
参考图1B和图5，像素PX可以包括光电检测电路110和ADC 120。光电检测电路110可以包括多个光电二极管，例如，有机光电二极管OPD和硅光电二极管SPD。光电检测电路110可以包括多个晶体管，例如，硅传输晶体管STG、有机复位晶体管ORG、驱动晶体管DX、选择晶体管SX和转换增益晶体管DCG。控制信号ROS、CGS、STS、RSS和SEL可以被应用于像素PX，并且控制信号ROS、CGS、STS、RSS和SEL中的至少一些可以由像素驱动器200生成。
外部电压ITO可以被施加到有机光电二极管OPD的第一电极E1，并且第二电极E2可以连接到第二浮动扩散节点FD2。也就是说，有机光电二极管OPD的第二电极E2可以连接到转换增益晶体管DCG的第二端和有机复位晶体管ORG的第二端。由有机光电二极管OPD生成的光电荷可以在第二浮动扩散节点FD2中累积。
光电检测电路110可以包括硅复位晶体管SRG。硅复位晶体管SRG可以复位累积在第一浮动扩散节点FD1中的电荷。复位电压(例如，像素电压VDD)可以被施加到硅复位晶体管SRG的第一端，并且硅复位晶体管SRG的第二端可以连接到第一浮动扩散节点FD1。本发明构思的实施例不限于此，除了像素电压VDD之外的电压可以被施加到第一端。硅复位晶体管SRG可以响应于从像素驱动器200接收的硅复位控制信号RSS来导通或截止，并且累积在第一浮动扩散节点FD1中的电荷可以被释放，使得第一浮动扩散节点FD1可以复位。
像素PX可以包括ADC 120。ADC 120可以将像素信号PS与斜坡信号RAMP进行比较，从而将像素信号PS转换为作为数字信号的像素值PV。例如，ADC 120可以基于将具有上升斜度的斜坡信号RAMP和像素信号PS进行比较的比较结果，生成像素值PV。
图6是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的操作的时序图。例如，图6是示出根据本发明构思的示例实施例的图5的像素PX的操作的时序图。
参考图6，像素PX可以在曝光周期EXPOSURE内复位硅光电二极管SPD、有机光电二极管OPD、以及浮动扩散节点FD1和FD2，并且在作为硅光电二极管SPD的读出周期的第一读出周期SPD READOUT内读出与硅光电二极管SPD对应的第一像素信号。像素PX可以在作为有机光电二极管OPD的读出周期的第二读出周期OPD READOUT内读出与有机光电二极管OPD对应的第二像素信号。在下文中，将描述在第一读出周期SPD READOUT和第二读出周期OPDREADOUT中执行的操作。
首先，在曝光周期EXPOSURE中，选择信号SEL可以保持逻辑低电平，并且硅复位控制信号RSS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平。因此，硅复位晶体管SRG可以导通，并且第一浮动扩散节点FD1可以复位。在曝光周期EXPOSURE内，增益控制信号CGS可以保持逻辑低电平。
在硅复位控制信号RSS从逻辑低电平转变到逻辑高电平后，有机复位控制信号ROS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。因此，有机复位晶体管ORG可以导通，并且第二浮动扩散节点FD2和有机光电二极管OPD可以复位。
在硅复位控制信号RSS从逻辑低电平转变到逻辑高电平后，硅传输控制信号STS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。因此，硅传输晶体管STG可以导通，并且硅光电二极管SPD可以复位。
在硅传输控制信号STS和有机复位控制信号ROS从逻辑高电平转变到逻辑低电平后，有机光电二极管OPD和硅光电二极管SPD接收光信号，以根据光信号来生成并累积光电荷。此后，硅复位控制信号RSS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平。
在开始时间T0时，读出周期可以开始。在第一读出周期SPD READOUT中，选择信号SEL可从开始时间T0起从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以在剩余的读出周期内保持逻辑高电平。选择晶体管SX可以在读出周期内导通。增益控制信号CGS可以在第一读出周期SPDREADOUT内保持逻辑低电平。有机复位控制信号ROS可以在第一读出周期SPD READOUT内保持逻辑低电平。因此，在示例实施例中，转换增益晶体管DCG和有机复位晶体管ORG可以截止，并且第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2不连接。
硅复位控制信号RSS可以在开始时间T0时从逻辑低电平转变到逻辑高电平，以保持逻辑高电平。因此，硅复位晶体管SRG可以导通，并且第一浮动扩散节点FD1可以复位(复位操作)。例如，第一浮动扩散节点FD1可以基于像素电压VDD来复位。
当复位操作完成后，硅复位控制信号RSS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平，并且硅复位晶体管SRG可以截止。与复位的第一浮动扩散节点FD1的电压对应的第一复位信号SPD RST可以输出为像素信号。也就是说，参考图6，在第一时间T1时输出的像素信号可以是硅光电二极管SPD的第一复位信号SPD RST。
在第一时间T1后，硅传输控制信号STS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。因此，硅传输晶体管STG可以导通，并且从硅光电二极管SPD生成的电荷可以移动到第一浮动扩散节点FD1，并且在其中累积(累积操作)。硅传输控制信号STS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平，并且硅传输晶体管STG可以截止。与累积在第一浮动扩散节点FD1中的电荷量对应的第一图像信号SPD SIG可以输出为像素信号。也就是说，参考图6，在第二时间T2时输出的像素信号可以是硅光电二极管SPD的第一图像信号SPD SIG。
在第二时间T2后，在第二读出周期OPD READOUT中，硅复位控制信号RSS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。硅复位晶体管SRG可以导通。第一浮动扩散节点FD1可以复位。例如，参考图6，在第三时间T3，在硅光电二极管SPD的像素信号输出后，第一浮动扩散节点FD1中剩余的电荷可以被移除。
在第三时间周期T3后，硅复位控制信号RSS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平。硅复位晶体管SRG可以截止。增益控制信号CGS可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平，并且转换增益晶体管DCG可以导通。第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2可以彼此连接，并且从有机光电二极管OPD生成的电荷可以移动到第二浮动扩散节点FD2和第一浮动扩散节点FD1，并且在其中累积(累积操作)。与累积在第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2中的电荷量对应的第二图像信号OPD SIG可以输出为像素信号。也就是说，参考图6，在第四时间T4时输出的像素信号可以是有机光电二极管OPD的第二图像信号OPD SIG。
在第四时间T4后，有机复位控制信号ROG可以从逻辑低电平转变到逻辑高电平。因此，有机复位晶体管ORG可以导通，并且第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2可以复位。例如，参考图6，在第五时间T5，在有机光电二极管OPD的像素信号输出后，第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2中剩余的电荷可以被移除。
在第五时间T5后，有机复位控制信号ROS可以从逻辑高电平转变到逻辑低电平。有机复位晶体管ORG可以截止。与复位的第一浮动扩散节点FD1的电压对应的第二复位信号OPD RST可以输出为像素信号。也就是说，参考图6，在第六时间T6时输出的像素信号可以是有机光电二极管OPD的第二复位信号OPD RST。
图7A和7B是示出根据本发明构思的示例实施例的像素的分割光电二极管结构的图。例如，图7A是像素的平面图，并且图7B是图7A的像素在方向a上切割的截面图。图7A和7B的像素可以适用于根据图2和5的像素。
参考图7A和7B，像素阵列(例如，图1A和1B的像素阵列100)可以包括在平面上布置成矩阵的多个像素PX1至PX4。图7A示出四个像素，但是像素的数量不限于此。
多个像素PX1至PX4中的每一个可以包括微透镜、滤色器和光电转换元件。在一些示例实施例中，多个像素PX1至PX4中的每一个还可以包括保护层和绝缘结构。微透镜可以被设置在光电转换元件上，并且可以被配置为收集从图像传感器10的外部入射的要入射到光电转换元件上的光。
多个像素PX1至PX4中的每一个可以包括硅光电二极管SPD和有机光电二极管OPD。在示例实施例中，硅光电二极管SPD的受光面积可以大于或大约等于有机光电二极管OPD的受光面积。例如，如图7A所示，每个像素PX的硅光电二极管SPD可以具有大的受光面积，并且有机光电二极管OPD可以具有窄的受光面积。有机光电二极管OPD的灵敏度可以基于外部电压来调整。例如，有机光电二极管OPD的受光面积窄于硅光电二极管SPD的受光区域，并且当低外部电压被施加到有机光电二极管OPD时，有机光电二极管OPD的灵敏度可能降低。
因为硅光电二极管SPD具有大的受光面积，所以硅光电二极管SPD可以比有机光电二极管OPD更快地饱和。因此，硅光电二极管SPD可以用于低照度区域，并且有机光电二极管OPD可以用于高照度区域。
像素阵列可以包括在多个像素PX1至PX4中的每一个的硅光电二极管SPD之间形成的深沟槽隔离(DTI)。硅光电二极管SPD可以通过DTI来电分离。例如，第一像素PX1的硅光电二极管SPD和第二像素PX2的硅光电二极管SPD可以通过DTI来电分离。
在示例实施例中，有机光电二极管OPD可以被定位在DTI相交的点上。在示例实施例中，有机光电二极管OPD不是堆叠在硅光电二极管SPD上，而是被定位在DTI上。然而，本发明构思的示例实施例不限于此。例如，根据示例实施例，有机光电二极管OPD可以堆叠在硅光电二极管SPD的部分和DTI的部分上。有机光电二极管OPD可以堆叠在DTI上，使得有机光电二极管OPD可以最小限度地与硅光电二极管SPD重叠，并且可以防止或减少硅光电二极管SPD的透射率降低。
硅光电二极管SPD可以感应可见光区域的光。有机光电二极管SPD可以感应可见光区域的光和具有比可见光区域的光的波长更长的波长的区域的光中的至少一个。根据示例实施例，硅光电二极管SPD可以感应可见光区域的光，并且有机光电二极管OPD可以感应红外区域的光。例如，硅光电二极管SPD可以感应波长为大约500nm的光，并且有机光电二极管OPD可以感应波长为大约800nm的光。然而，本发明构思的示例实施例不限于此。有机光电二极管OPD和硅光电二极管SPD可以被实现为感应不同波长的光，因此，可以感应具有宽范围波长的光。
滤色器可以选择性地传输特定波长带的光信号，并且可以被设置在微透镜LN和有机光电二极管OPD之间。如图7A所示，第一像素PX1至第四像素PX4中的每一个可以包括绿色滤色器GF、红色滤色器RF和蓝色滤色器BF之一。例如，第一像素PX1可以包括红色滤色器RF，第二像素PX2和第三像素PX3可以包括绿色滤色器GF，并且第四像素PX4可以包括蓝色滤色器BF。然而，本发明构思的示例实施例不限于此。例如，根据示例实施例，第一像素PX1至第四像素PX4中的每一个可以包括白色滤色器、黄色滤色器、青色滤色器和品红色滤色器中的至少一个。
图8A和8B是示出根据本发明构思的示例实施例的包括滤色器的像素的图。
参考图8A，第一像素PX1至第四像素PX4中的每一个可以包括红色滤色器RF和青色滤色器CF之一。例如，第一像素PX1可以包括红色滤色器RF，并且第二像素PX2、第三像素PX3和第四像素PX4中的每一个可以包括青色滤色器CF。
参考图8B，第一像素PX1至第四像素PX4中的每一个可以包括红色滤色器RF、蓝色滤色器BF和青色滤色器CF之一。例如，第一像素PX1可以包括红色滤色器RF，第二像素PX2和第三像素PX3可以包括青色滤色器CF，并且第四像素PX4可以包括蓝色滤色器BF。
图9是示出根据本发明构思的示例实施例的电子设备1000的框图。
参考图9，电子设备1000可以包括图像传感器1100、应用处理器1200、显示器1300、存储器1400、存储装置1500、用户接口1600和无线收发器1700。图9的图像传感器1100可以对应于图1A和1B的图像传感器10。为了方便解释，图1A至8B和图9之间的冗余描述被省略。
应用处理器1200可以控制电子设备1000的整体操作，并且可以被提供作为驱动应用程序、操作***等的片上***(SoC)。应用处理器1200可以从图像传感器1100接收图像数据，并且可以对所接收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1200可以将所接收的图像数据和/或所处理的图像数据存储在存储器1400或存储装置1500中。
存储器1400可以存储由应用处理器1200处理或执行的程序和/或数据。存储装置1500可以被实现为非易失性存储器设备，诸如例如NAND闪存或电阻式存储器。例如，存储装置1500可以被提供作为存储卡(例如，MMC、eMMC、SD和micro SD)等。存储装置1500可以存储关于控制应用处理器1200的图像处理操作的执行算法的数据和/或程序，并且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1400中。
用户接口1600可以被实现为能够接收用户输入的各种设备，诸如例如键盘、窗帘键板(curtain key panel)、触摸板、指纹传感器、麦克风等。用户接口1600可以接收用户输入，并且将与所接收的用户输入对应的信号提供给应用处理器1200。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10是示出根据本发明构思的示例实施例的电子设备2000的部分的框图。图11是示出根据本发明构思的示例实施例的相机模块2100b的具体配置的框图。例如，图10是示出作为图9的电子设备1000的一部分的电子设备2000的图，并且图11是示出图10的相机模块2100b的具体配置的图。
参考图10，电子设备2000可以包括多相机模块2100、应用处理器2200和存储器2300。存储器2300可以执行与图9所示的存储器1400相同的功能，因此，为了方便解释，其冗余描述被省略。
电子设备2000可以使用CMOS图像传感器捕捉和/或存储对象的图像，并且可以被实现为例如移动电话、平板计算机或便携式电子设备。便携式电子设备可以包括，例如，膝上型计算机、移动电话、智能手机、平板PC、可穿戴设备等。
多相机模块2100可以包括第一相机模块2100a、第二相机模块2100b和第三相机模块2100c。多相机模块2100可以包括图1A或1B的图像传感器10。尽管在图10中，多相机模块2100被示为包括三个相机模块1100a至1100c，但是本发明构思的示例实施例不限于此，并且各种数量的相机模块可以被包括在多相机模块2100中。
在下文中，参考图11，将更详细描述相机模块2100b的详细配置，并且以下描述可以等同地适用于根据示例实施例的其他相机模块2100a和2100c。
参考图11，第二相机模块2100b可以包括棱镜2105、光路折叠元件(OPFE)2110、执行器(actuator)2130、图像感应设备2140和存储装置2150。
棱镜2105可以包括光反射材料的反射面2107，以修改从图像传感器10的外部入射的光L的路径。
根据示例实施例，棱镜2105可以将在第一方向X上入射的光L的路径改变为与第一方向X垂直的第二方向Y。此外，棱镜2105可以将光反射材料的反射面2107相对于中心轴线2106在A方向上旋转，或将反射面2107在B方向上旋转，以将在第一方向X上入射的光L的路径改变为与第一方向X垂直的第二方向Y。此时，OPFE 2110也可以在与第一方向X和第二方向Y垂直的第三方向Z上移动。
在示例实施例中，如图所示，棱镜2105在A方向上的最大旋转角度可以在正(+)A方向上等于或小于大约15度，并且在负(-)A方向上大于大约15度，但是示例实施例不限于此。
在示例实施例中，棱镜2105可以在正(+)或负(-)B方向上移动大约20度，或移动大约10度至大约20度，或移动大约15度至大约20度。在这方面上，在正(+)或负(-)B方向上的移动角度可以是相同的，或者可以在大约1度的范围内几乎类似。
在示例实施例中，棱镜2105可以在与中心轴线2106的延伸方向平行的第三方向(例如，Z方向)上移动光反射材料的反射面2107。
OPFE 2110可以包括，例如，包括m(m是自然数)组的光学透镜。m个透镜可以在第二方向Y上移动，以改变相机模块2100b的光学变焦率。例如，在相机模块2100b的基本光学变焦倍率为Z的情况下，当包括在OPFE 2110中的m个光学透镜被移动时，相机模块2100b的光学变焦倍率可以被改变为3Z或5Z或大于5Z的光学变焦倍率。
执行器2130可以将OPFE 2110或光学透镜移动到特定定位。例如，执行器2130可以调整光学透镜的定位，使得图像传感器2142可以位于光学透镜的焦距处，以便准确感应。
图像感应设备2140可以包括图像传感器2142、控制逻辑2144、编码器2145和存储器2146。图像传感器2142可以通过使用经由光学透镜提供的光L来感应感应目标的图像。图11的图像传感器2142可以在功能上类似于图1A和1B的图像传感器10，因此，为了方便解释，其冗余描述被省略。控制逻辑2144可以控制第二相机模块2100b的整体操作。例如，控制逻辑2144可以根据通过控制信号线CSLb提供的控制信号，控制第二相机模块2100b的操作。
存储器2146可以存储用于第二相机模块2100b的操作的信息，诸如校准数据2147。校准数据2147可以包括用于使第二相机模块2100b通过使用从图像传感器10的外部提供的光L来生成图像数据的信息。校准数据2147可以包括，例如，关于上述旋转度的信息、关于焦距的信息、关于光轴线的信息等。当第二相机模块2100b以焦距根据光学透镜的定位来改变的多状态相机的形式实现时，校准数据2147可以包括与每个定位(或每个状态)的光学透镜的焦距值和自动对焦相关的信息。
存储装置2150可以存储由图像传感器2142感应的图像数据。存储装置2150可以被布置在图像感应设备2140的外部，并且可以以与包括在图像感应设备1140中的传感器芯片堆叠的形式实现。在示例实施例中，存储装置2150可以被实施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10和11，在示例实施例中，多个相机模块2100a、2100b和2100c当中的一个相机模块(例如，第一相机模块2100a)可以包括在一个滤色器中共享相同颜色信息的四个相邻像素(例如，TETRA单元)，并且另一相机模块(例如，第二相机模块2100b)可以包括在一个滤色器中共享相同颜色信息的九个相邻像素(例如，NONA单元)，但是示例实施例不限于此。
在示例实施例中，多个相机模块2100a、2100b和2100c中的每一个可以包括执行器2130。因此，多个相机模块2100a、2100b和2100c中的每一个可以根据包括在其中的执行器2130的操作来包括相同或不同的校准数据2147。
在示例实施例中，多个相机模块2100a、2100b和2100c当中的一个相机模块(例如，第二相机模块2100b)可以是包括上述棱镜2105和OPFE 2110的折叠透镜型相机模块，并且剩余的相机模块(例如，2100a和2100b)可以是不包括棱镜2105和OPFE 2110的垂直型相机模块，但是示例实施例不限于此。
在示例实施例中，多个相机模块2100a、2100b和2100c当中的一个相机模块(例如，第三相机模块2100c)可以是垂直型深度相机，其例如通过使用红外射线(IR)来提取深度信息。在这种情况下，应用处理器2200可以将从这种深度相机提供的图像数据与从其他相机模块(例如，第一相机模块2100a或第二相机模块2100b)提供的图像数据合并，以生成3D深度图像。
在示例实施例中，多个相机模块2100a、2100b和2100c当中的至少两个相机模块(例如，第一相机模块2100a或第二相机模块2100b)可以具有不同的视场(FOV)。在这种情况下，例如，多个相机模块2100a、2100b和2100c当中的至少两个相机模块(例如，第一相机模块2100a或第二相机模块2100b)的光学透镜可以彼此不同，但是本发明构思的示例实施例不限于此。例如，多个相机模块2100a、2100b和2100c当中的第一相机模块2100a的FOV可以小于第二相机模块2100b和第三相机模块2100c的FOV。然而，本发明构思的示例实施例不限于此，并且多相机模块2100还可以包括具有比本来使用的相机模块2100a、2100b和2100c的FOV更大的FOV的相机模块。
此外，在一些示例实施例中，多个相机模块2100a、2100b和2100c中的每一个的FOV可能不同。在这种情况下，包括在多个相机模块2100a、2100b和2100c中的光学透镜也可以彼此不同，但是本发明构思的示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，多个相机模块2100a、2100b和2100c可以在物理上彼此分离。也就是说，多个相机模块2100a、2100b和2100c不分割和使用一个图像传感器2142的感应区域，相反地，独立的图像传感器2142被设置在多个相机模块2100a、2100b和2100c中的每一个中。
应用处理器2200可以包括多个子处理器2210a、2210b和2210c、相机模块控制器2230、存储器控制器2240和内部存储器2250。应用处理器2200可以与多个相机模块2100a、2100b和2100c分开实现。例如，应用处理器2200和多个相机模块2100a、2100b和2100c可以通过彼此分离来实现为分离的半导体芯片。
从相机模块2100a、2100b和2100c中的每一个生成的图像数据或压缩数据可以通过彼此分离的图像信号线ISLa、ISLb和ISLc提供给对应的子处理器2210a、2210b和2210c。例如，从第一相机模块2100a生成的图像数据或压缩数据可以通过第一图像信号线ISLa提供给第一子处理器2210a，从第二相机模块2100b生成的图像数据或压缩数据可以通过第二图像信号线ISLb提供给第二子处理器2210b，并且从第三相机模块2100c生成的图像数据或压缩数据可以通过第三图像信号线ISLc提供给第三子处理器2210c。这种图像数据传输可以使用例如基于移动工业处理器接口(MIPI)的相机串行接口(CSI)来执行，但是示例实施例不限于此。
在示例实施例中，一个子处理器可以被布置为对应于多个相机模块。例如，第一子处理器2210a和第三子处理器2210c不是被实现为如图所示彼此分离，而是可以集成到一个子处理器中，并且从相机模块2100a和相机模块2100c提供的图像数据或压缩数据可以在通过选择元件(例如，复用器)选择后提供给集成的子处理器。
相机模块控制器2230可以将控制信号提供给相机模块2100a、2100b和2100c中的每一个。从相机模块控制器2230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分别提供给对应的相机模块2100a、2100b和2100c。
按照本发明构思的领域的传统，示例实施例是按功能框、单元和/或模块来描述，并且在附图中示出。本领域技术人员将明白，这些框、单元和/或模块由可使用基于半导体的制造技术或其他制造技术来形成的电子(或光学)电路(诸如逻辑电路、分立组件、微处理器、硬接线电路、存储器元件、布线连接等)物理地实现。在框、单元和/或模块由微处理器等实现的情况下，它们可以使用软件(例如，微代码)来编程，以执行本文讨论的各种功能，并且可以可选地由固件和/或软件驱动。此外，每个框、单元和/或模块可以由专用硬件实现，或被实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和关联电路)的组合。
虽然已经参考本发明构思的示例实施例来具体展示和描述本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解，在不偏离如所附的权利要求所定义的本发明构思的精神和范围的情况下，可以对示例实施例进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：像素阵列，多个像素被布置在像素阵列中，
其中，多个像素中的每一个包括：
有机光电二极管，其灵敏度基于外部电压来调整；
硅光电二极管；
第一浮动扩散节点，由硅光电二极管生成的电荷在第一浮动扩散节点中累积；
第二浮动扩散节点，由有机光电二极管生成的电荷在第二浮动扩散节点中累积；
转换增益晶体管，其一端连接到第一浮动扩散节点，并且另一端连接到第二浮动扩散节点；和
驱动晶体管，其被配置为生成与第一浮动扩散节点的电压对应的像素信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，多个像素中的每一个还包括：
有机复位晶体管，其一端连接到第二浮动扩散节点，并且另一端施加有复位电压；
硅传输晶体管，其一端连接到硅光电二极管，并且另一端连接到第一浮动扩散节点；和
有机传输晶体管，其一端连接到有机光电二极管，并且另一端连接到第二浮动扩散节点。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，图像传感器被配置为：
在硅光电二极管的读出周期中，导通有机复位晶体管和转换增益晶体管，以复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点后，有机复位晶体管和转换增益晶体管截止，并且生成和输出与复位的第一浮动扩散节点的电压对应的第一复位信号作为像素信号；以及
在输出第一复位信号后，导通硅传输晶体管，以生成与由硅光电二极管生成并在第一浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，图像传感器还被配置为：
在有机光电二极管的读出周期中，导通有机复位晶体管和转换增益晶体管，以复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点后，有机复位晶体管截止，并且生成和输出与复位的第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点的电压对应的第二复位信号作为像素信号；以及
在输出第二复位信号后，导通有机传输晶体管，以生成与由有机光电二极管生成并在第二浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，多个像素中的每一个还包括：
有机复位晶体管，其一端连接到第二浮动扩散节点，并且另一端施加有复位电压；
硅传输晶体管，其一端连接到硅光电二极管，并且另一端连接到第一浮动扩散节点；和
硅复位晶体管，其一端连接到第一浮动扩散节点，并且另一端施加有复位电压。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，图像传感器还被配置为：
在硅光电二极管的读出周期中，导通硅复位晶体管，以复位第一浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点后，硅复位晶体管截止，并且生成和输出与复位的第一浮动扩散节点的电压对应的第一复位信号作为像素信号；以及
在输出第一复位信号后，导通硅传输晶体管，以生成与由硅光电二极管生成并在第一浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，图像传感器还被配置为：
在有机光电二极管的读出周期中，导通硅复位晶体管，以复位第一浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点后，硅复位晶体管截止，并且导通转换增益晶体管，以生成并输出与由有机光电二极管生成并在第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号；
在输出图像信号后，导通有机复位晶体管，以复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点；以及
在复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点后，有机复位晶体管截止，并且生成与复位的第一浮动扩散节点的电压对应的第二复位信号作为像素信号。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，像素信号包括：
第一像素信号和第二像素信号，第一像素信号对应于由硅光电二极管生成的电荷量，第二像素信号对应于由有机光电二极管生成的电荷量，
第一像素信号在第一照度范围内生成，以及
第二像素信号在至少部分等于或大于第一照度范围的第二照度范围内生成。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，多个像素中的每一个还包括：
模数转换器(ADC)，其被配置为将像素信号转换为像素值，像素值是数字信号。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，硅光电二极管的受光面积大于或大约等于有机光电二极管的受光面积。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，像素阵列包括：
深沟槽隔离(DTI)，其形成在包括在多个像素中的硅光电二极管之间，其中，有机光电二极管位于DTI相交的点。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，硅光电二极管被配置为感应可见光区域中的光，以及
有机光电二极管被配置为感应可见光区域中的光和具有比可见光区域中的光的波长更长的波长的区域中的光中的至少一个。
13.一种图像传感器，包括：像素阵列，多个像素被布置在像素阵列中，
其中，多个像素中的每一个包括：
有机光电二极管，其灵敏度基于外部电压来调整；
硅光电二极管；
第一浮动扩散节点，由硅光电二极管生成的电荷在第一浮动扩散节点中累积；
第二浮动扩散节点，由有机光电二极管生成的电荷在第二浮动扩散节点中累积；
有机复位晶体管，其被配置为基于从像素的外部施加的复位电压来复位第二浮动扩散节点；
硅传输晶体管，其被配置为将由硅光电二极管生成的电荷传输到第一浮动扩散节点；
有机传输晶体管，其被配置为将由有机光电二极管生成的电荷传输到第二浮动扩散节点；和
驱动晶体管，其被配置为生成与第一浮动扩散节点的电压对应的像素信号。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括：
转换增益晶体管，其被配置为控制第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点的连接，
其中，图像传感器被配置为：在硅光电二极管的读出周期中，导通有机复位晶体管和转换增益晶体管，以复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点后，有机复位晶体管和转换增益晶体管截止，并且生成和输出与复位的第一浮动扩散节点的电压对应的第一复位信号作为像素信号；以及
在输出第一复位信号后，导通硅传输晶体管，以生成与由硅光电二极管生成并在第一浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括：
转换增益晶体管，其被配置为控制第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点的连接，
其中，图像传感器被配置为：在有机光电二极管的读出周期中，导通有机复位晶体管和转换增益晶体管，以复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点后，有机复位晶体管截止，并且生成和输出与复位的第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点的电压对应的第二复位信号作为像素信号；以及
在输出第二复位信号后，导通有机传输晶体管，以生成与由有机光电二极管生成并在第二浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，多个像素中的每一个还包括：
模数转换器(ADC)，其被配置为将像素信号转换为像素值，像素值是数字信号，
其中，ADC还被配置为基于具有下降斜度的斜坡信号与像素信号的比较结果，生成像素值。
17.一种图像传感器，包括：像素阵列，多个像素被布置在像素阵列中，
其中，多个像素中的每一个包括：
有机光电二极管，其灵敏度基于外部电压来调整；
硅光电二极管；
第一浮动扩散节点，由硅光电二极管生成的电荷在第一浮动扩散节点中累积；
第二浮动扩散节点，由有机光电二极管生成的电荷在第二浮动扩散节点中累积；
有机复位晶体管，其被配置为基于从像素的外部施加的复位电压来复位第二浮动扩散节点；
硅传输晶体管，其被配置为将由硅光电二极管生成的电荷传输到第一浮动扩散节点；
硅复位晶体管，其被配置为基于复位电压来复位第一浮动扩散节点；和
驱动晶体管，其被配置为生成与第一浮动扩散节点的电压对应的像素信号。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括：
转换增益晶体管，其被配置为控制第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点的连接，
其中，图像传感器被配置为：在硅光电二极管的读出周期中，导通硅复位晶体管，以复位第一浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点后，硅复位晶体管截止，并且生成和输出与复位的第一浮动扩散节点的电压对应的第一复位信号作为像素信号；
在输出第一复位信号后，导通硅传输晶体管，以生成与由硅光电二极管生成并在第一浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号。
19.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括：
转换增益晶体管，其被配置为控制第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点的连接，
其中，图像传感器被配置为：在有机光电二极管的读出周期中，导通硅复位晶体管，以复位第一浮动扩散节点；
在复位第一浮动扩散节点后，硅复位晶体管截止，并且导通转换增益晶体管，以生成和输出与由有机光电二极管生成并在第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点中累积的电荷量对应的图像信号作为像素信号；
在输出图像信号后，导通有机复位晶体管，以复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点；以及
在复位第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点后，有机复位晶体管截止，并且生成与复位的第一浮动扩散节点的电压对应的第二复位信号作为像素信号。
20.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，多个像素中的每一个还包括：
模数转换器(ADC)，其被配置为将像素信号转换为像素值，像素值是数字信号，
其中，ADC还被配置为基于具有上升斜度的斜坡信号与像素信号的比较结果，生成像素值。
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