CN219124301U - 像素结构、图像传感器、电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种像素结构、图像传感器、电子设备，像素结构包括阵列排布的多个像素单元，像素单元包括：第一光电转换部；第一电荷传输部，耦接至第一光电转换部与第一浮动扩散区之间；第二光电转换部，灵敏度大于第一光电转换部的灵敏度；第二电荷传输部，耦接至第二光电转换部与第二浮动扩散区之间；增益调制部，耦接至第一浮动扩散区，配置为调节第一浮动扩散区的电容，以基于不同电容在不同操作中获取第一光电转换部对应的信号；信号输出电路，耦接至第二浮动扩散区和第一浮动扩散区，以输出对应的转换信号。本实用新型可实现动态范围的提高，可兼容识别高亮信息和弱光信息，并可通过布局设计及时序控制改善信噪比，提高图像质量。

Description

像素结构、图像传感器、电子设备

技术领域

本实用新型属于成像领域，特别是涉及一种像素结构、图像传感器、电子设备。

背景技术

图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(电荷耦合元件)和CMOS(金属氧化物半导体元件)两大类。随着CMOS集成电路制造工艺特别是CMOS图像传感器设计及制造工艺的不断发展，CMOS图像传感器已经逐渐取代CCD图像传感器成为主流。CMOS图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。

现有图像传感器具有大致60dB至70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度的动态范围要大得多。自然景象通常跨越90dB及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用了高动态范围(HDR)技术来增大所捕获的动态范围。增大动态范围的最常见技术为将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个高动态图像，所述单个高动态范围图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。

然而，现有HDR实现方式存在如拖影等诸多问题。另外，难以在兼顾图像传感器性能的同时使得动态范围得以有效提升。此外，有时需要拍摄具有闪烁的环境，如汽车上配备了多种车载装置，其中包括用于识别交通标志的图像传感器，交通标志中包括闪烁频率极高的LED灯构成的信号灯。传统的车载用图像传感器通过采用单一像素进行识别，在面对弱光信息和高亮信息时无法兼容识别，造成对交通标志的误判，进而可能造成重大的交通事故。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种像素结构、图像传感器、电子设备，用于解决现有技术中图像传感器动态范围难以有效提高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种像素结构，包括呈阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：

第一光电转换部；

第一电荷传输部，耦接至所述第一光电转换部与第一浮动扩散区之间，配置为将所述第一光电转换部累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；

第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度大于所述第一光电转换部的灵敏度；

第二电荷传输部，耦接至所述第二光电转换部与第二浮动扩散区之间，配置为将所述第二光电转换部累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；

增益调制部，耦接至所述第一浮动扩散区，配置为调节所述第一浮动扩散区的电容，以基于不同的电容在不同的操作中获取所述第一光电转换部对应的信号；

信号输出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以输出对应的转换信号。

可选地，所述增益调制部包括第一增益控制晶体管及第一电荷存储部，其中，所述第一增益控制晶体管耦接在所述第一浮动扩散区与增益调节节点之间，所述第一电荷存储部耦接在所述增益调节节点与存储控制电压之间。

可选地，所述第一电荷存储部设置于器件互连结构及沟槽隔离结构中的至少一者中。

可选地，所述第一电荷存储部包括MIM电容、MOM电容、MOSCAP电容中至少一种。

可选地，所述第一电荷存储部的容量大于20fF。

可选地，所述第一电荷存储部耦接的所述存储控制电压为可变电压。

可选地，所述像素单元还包括：第一复位部，耦接至所述第一浮动扩散区与第一电压端之间；第二复位部，耦接至所述第二浮动扩散区与第二电压端之间；所述信号输出电路包括：第一信号输出部，耦接至所述第一浮动扩散区，并输出对应信号至第一信号输出线；第二信号输出部，耦接至所述第二浮动扩散区，并输出对应信号至第二信号输出线。

可选地，所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端作耦接至增益调节节点，所述第一复位部耦接至所述增益调节节点与所述第一电压端之间，其中，所述增益调制部的电容并联至所述第一浮动扩散区以调节所述第一浮动扩散区的电容，且第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压。

可选地，所述第一电压端和第二电压端为同一电压输入端或为不同的电压输入端。

可选地，所述第一信号输出线和第二信号输出线采用同一输出线或采用不同的输出线，以分别实现信号的串行或并行输出。

可选地，所述第一复位部包括第一复位晶体管，所述第一复位晶体管的源极端耦接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至所述第一电压端；所述第一信号输出部包括第一源跟随晶体管，所述第一源跟随晶体管的栅极端连接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至第三电压端，源极端耦接至所述第一信号输出线；所述第二复位部包括第二复位晶体管，所述第二复位晶体管的源极端耦接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至所述第二电压端；所述第二信号输出部包括第二源跟随晶体管，所述第二源跟随晶体管的栅极端连接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至第四电压端，源极端耦接至所述第二信号输出线。

所述信号输出电路还包括：

第一像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第一源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第一信号输出线；以及第二像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第二源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第二信号输出线。

可选地，所述像素单元还包括：共享复位部，所述共享复位部的第一端耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，第二端耦接至第一共用电压端；

所述信号输出电路包括：共享信号输出电路，所述共享信号输出电路耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，并输出对应信号至共用信号输出线。

可选地，所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端耦接至增益调节节点，共享复位部耦接至增益调节节点与第一共用电压端之间，增益调制部的电容并联至第一浮动扩散区且依次经由所述增益调节节点和所述第二浮动扩散区耦接至所述共享信号输出电路，且所述增益调制部的电容的第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压。

可选地，所述像素单元还包括开关控制部，耦接至增益调制部与所述增益调节节点之间。

可选地，所述共享复位部包括复位晶体管，所述复位晶体管的源极端分别耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，所述复位晶体管的漏极端耦接至所述第一共用电压端，且所述增益调制部耦接至所述第一浮动扩散区与所述复位晶体管的源极端之间；所述共享信号输出电路包括源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极端分别耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，所述源跟随晶体管的漏极端耦接至第二共用电压端，所述源跟随晶体管的源极端耦接至所述共用信号输出线；所述信号输出电路还包括：像素选择晶体管，漏极端耦接至所述源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述共用信号输出线。

可选地，所述像素单元还包括第二增益控制晶体管及第二电荷存储部，第二增益控制晶体管的第一端耦接至所述第二浮动扩散区，第二端耦接至对应的复位部，第二电荷存储部的第一端耦接至所述第二增益晶体管的第二端，所述第二电荷存储部的第二端耦接至参考电压。

本申请还提供一种像素结构，所述像素结构包括呈阵列排布的多个像素单元，其中：

所述像素单元包括：

第一光电转换部及第二光电转换部；

第一电荷传输部，耦接至所述第一光电转换部与第一浮动扩散区之间，配置为将所述第一光电转换部累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；

第二电荷传输部，耦接至所述第二光电转换部与第二浮动扩散区之间，配置为将所述第二光电转换部累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；

信号输出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以输出对应的转换信号；

多个呈阵列排布的所述像素单元构成像素阵列，且每一所述像素单元包括至少一个与所述第一光电转换部对应的第一像素和至少一个与所述第二光电转换部对应的第二像素，多个所述第一像素呈阵列排布并构成若干个第一像素行，多个所述第二像素呈阵列排布并构成若干个第二像素行，且所述第一像素行与所述第二像素行交替排布，以构成所述像素阵列。

可选地，所述第二光电转换部的灵敏度大于所述第一光电转换部的灵敏度；且所述像素结构还包括：增益调制部，耦接至所述第一浮动扩散区，配置为调节所述第一浮动扩散区的电容，以基于不同电容在不同操作中获取所述第一光电转换部对应的信号。

可选地，所述第一像素包括沿第一方向排布的第一子像素部和第二子像素部，所述第二像素包括沿第一方向排布的第三子像素部和第四子像素部，所述第一子像素部包括第一光电转换部及第一电荷传输部，所述第二子像素部包括与第一光电转换部和第一电荷传输部对应的第一像素晶体管，所述第三子像素部包括第二光电转换部及第二电荷传输部，所述第四子像素部包括与所述第二光电转换部和所述第二电荷传输部对应的第二像素晶体管。

可选地，沿第二方向上，第一像素晶体管排布于相邻两个第二光电转换部之间，第二像素晶体管排布于相邻两个第一光电转换部之间，第二方向与第一方向之间具有夹角。

可选地，每一所述第一光电转换部设置于四个阵列排布的所述第二光电转换部的中心位置，且每一所述第二光电转换部设置于四个阵列排布的所述第一光电转换部的中心位置。

可选地，沿第一方向上，同一像素单元中的第一光电转换部与第二光电转换部之间的第一间距等于相邻像素单元中的所述第一光电转换部与所述第二光电转换部之间的第二间距。

可选地，沿第二方向上，同一像素单元中的第一光电转换部与第二光电转换部之间的第三间距大于相述像素单元中的第一光电转换部与所述第二光电转换部之间的第四间距。

可选地，所述第一子像素部与所述第四子像素部中心沿第二方向排列且沿第一方向尺寸一致，所述第二子像素部与所述第三子像素部中心沿第二方向排列且沿第一方向尺寸一致。

可选地，所述第二子像素部包括第一浮动扩散区、第一复位晶体管、第一源跟随晶体管、第一像素选择晶体管及所述增益调制部的第一增益控制晶体管；第四子像素部包括第二浮动扩散区、第二复位晶体管、第二源跟随晶体管、第二像素选择晶体管及第二增益控制晶体管。

可选地，所述第一增益控制晶体管与所述第一复位晶体管沿行方向排布形成第一晶体管行，所述第一源跟随晶体管和所述第一像素选择晶体管沿行方向排布形成第二晶体管行，且所述第一晶体管行与所述第二晶体管行沿列方向排布。

可选地，所述第二增益控制晶体管与所述第二复位晶体管沿列方向排布形成第一晶体管列，所述第二源跟随晶体管和所述第二像素选择晶体管沿列方向排布形成第二晶体管列，所述第一晶体管列与所述第二晶体管列沿行方向排布，且所述第一晶体管列相对于所述第二晶体管列靠近对应所述像素单元的所述第二光电转换部排列。

可选地，相邻所述第一像素和所述第二像素中，选择所述第一源跟随晶体管和所述第一像素选择晶体管靠近侧的所述第二像素与对应的所述第一像素构成一个所述像素单元，且同一所述像素单元中，所述第一像素的所述第一源跟随晶体管和所述第一像素选择晶体管与所述第二像素的所述第二光电转换部临近。

可选地，相邻所述第一像素和所述第二像素中，选择在第一方向上的投影距离最短的所述第一像素选择晶体管和所述第二像素选择晶体管所对应的所述第一像素和所述第二像素构成一个所述像素单元，且同一所述像素单元中，所述第二像素的第二源跟随晶体管与所述第一像素之间的间距小于所述第二像素的第二像素选择晶体管与所述第一像素之间的间距。

可选地，第一电荷传输部设置于对应的第一光电转换部的角部并与第一方向呈第一角度设置，第二电荷传输部设置于对应的第二光电转换部的角部并与第一方向呈第二角度设置。

可选地，所述第一电荷传输部相对于对应的所述第一光电转换部的布置位置与所述第二电荷传输部相对于对应的所述第二光电转换部的布置位置一致。

可选地，所述第一角度与所述第二角度相同；

可选地，所述第一光电转换部的形状包括六边形，第二光电转换部的形状包括四边形。

可选地，所述像素单元还包括衬底接触，所述衬底接触设置在所述第一光电转换部远离所述第二子像素部的一侧。

可选地，所述像素结构还包括至少设置在所述第一光电转换部与入射光之间的减透层。

可选地，所述第二光电转换部的面积大于所述第一光电转换部的面积。

可选地，同一像素单元中，第一光电转换部和第二光电转换部上设有相同颜色的滤色器。

可选地，同一像素单元，第一光电转换部对应第一透镜，第二光电转换部对应第二透镜。

可选地，所述信号输出电路配置为第一增益模式下依次读出第一光电转换部对应的第一复位信号及第一图像信号，所述第一增益模式基于所述增益调制部获取；和/或，第二增益模式下依次读出所述第一光电转换部对应的第二图像信号及第二复位信号，所述第二增益模式基于所述增益调制部获取。

可选地，所述信号输出电路还配置为分别读出所述第二光电转换部对应的图像信号和复位信号，以基于所述第一光电转换部对应的信号和所述第二光电转换部对应的信号获取同一所述像素单元对应的实际像素数据信号。

本实用新型还提供一种图像传感器，包括如上述方案中任一项所述的像素结构，所述图像传感器还包括***电路，至少用于接收信号输出电路输出的信号并对其进行处理。

可选地，所述***电路配置为执行：

基于第一增益模式下所述第一光电转换部对应的第一复位信号和第一图像信号获取第一像素差值信号、基于第二增益模式下所述第一光电转换部对应的第二复位信号和第二图像信号获取第二像素差值信号、基于第三增益模式下所述第二光电转换部对应的第三复位信号和第三图像信号获取第三像素差值信号以及基于第四增益模式下所述第二光电转换部对应的第四复位信号和第四图像信号获取第四像素差值信号中的至少一种。

可选地，还配置为基于信号处理部执行：根据设定阈值与所述第一像素差值信号和/或所述第二像素差值信号的比较结果生成第一实际像素数据信号，以基于所述第一实际像素数据信号生成所述像素单元对应的实际像素数据信号，其中，所述第一实际像素数据差异信号包括所述第一像素差值信号和所述第二像素差值信号中的一者；和/或，基于所述第三像素差值信号生成第二实际像素数据信号，以基于所述第二实际像素数据信号生成所述像素单元对应的所述实际像素数据信号；和/或，基于所述第四像素差值信号生成第三实际像素数据信号，以基于所述第三实际像素数据信号生成所述像素单元对应的所述实际像素数据信号。

可选地，包括堆叠的第一芯片和第二芯片，第一芯片包括第一光电转换部和第二光电转换部，第二芯片包括第一光电转换部和第二光电转换部对应的***电路和/或信号处理部。

本实用新型还提供一种电子设备，包括如上述方案中任一项所述的图像传感器。

本实用新型还提供一种如上述方案中任一项所述的图像传感器的控制方法，包括：

读出第一像素的信息，所述第一像素包括所述第一光电转换部及所述第一电荷传输部，读出所述第一像素的信息具体包括：复位所述第一像素对应的存储区域，并量化得到第一复位采样信号；传输所述第一光电转换部对应的电荷，并量化得到第一图像采样信号；

读出第二像素的信息，所述第二像素包括所述第二光电转换部及所述第二电荷传输部，读出所述第二像素的信息具体包括：复位所述第二像素对应的存储区域，并量化得到第二复位采样信号；传输所述第二光电转换部对应的电荷，并量化得到第二图像采样信号；

其中，基于所述第一复位采样信号、所述第一图像采样信号、所述第二复位采样信号以及所述第二图像采样信号得到所述像素单元对应的实际像素数据信号。

可选地，第一像素的读出方式包括第一增益模式下读出及第二增益模式下读出中的至少一种，当均采用第一增益模式及第二增益模式进行读出时，第一像素读出方法包括：

在第一增益模式下复位第一像素的存储区域，并量化得到第一复位信号；

在第一增益模式下传输第一光电转换部对应的电荷，并量化得到第一图像信号；

在第二增益模式下传输第一光电转换部对应的电荷，并量化得到第二图像信号；

在第二增益模式下复位第一像素的存储区域，并量化得到第二复位信号；

其中，基于第一增益模式下的第一复位信号和第一图像信号以及第二增益模式下的第二复位信号和第二图像信号，得到所述第一像素对应的实际像素数据信号。

可选地，所述第一增益模式下第一像素的信号先于所述第二增益模式下第一像素的信号的获取，第一增益大于第二增益。

可选地，获取所述第一像素的第二复位信号的过程中，复位晶体管开启后关闭像素选择晶体管且复位晶体管关闭后开启像素选择晶体管。

可选地，所述第一像素曝光过程中，通过控制所述增益调制部的第一增益控制晶体管的开启状态调节所述第一光电转换部的电荷溢流；和/或，所述第一像素曝光过程中，通过控制所述第一电荷传输部的开启状态调节所述第一光电转换部的电荷溢流。

可选地，所述第二像素的读出方式包括第三增益模式下读出及第四增益模式下读出中的至少一种，当均采用第三增益模式及第四增益模式进行读出时，第二像素的读出方法包括：

在第三增益模式下复位第二像素的存储区域，并量化得到第三复位信号；

在第四增益模式下复位第二像素的存储区域，并量化得到第四复位信号；

在第四增益模式下传输第二光电转换部对应的电荷，并量化得到第四图像信号；

在第三增益模式下传输第二光电转换部对应的电荷，并量化得到第三图像信号；

其中，基于第三增益模式下的第三复位信号和第三图像信号以及第四增益模式下的第四复位信号和第四图像信号，得到所述第二像素对应的实际像素数据信号。

如上所述，本实用新型的像素结构、图像传感器、电子设备，具有以下有益效果：本实用新型采用具有不同灵敏度的第一光电转换部和第二光电转换部，第一光电转换部的灵敏度低(如小面积)，主要用于获取高亮信息，第二光电转换部的灵敏度高(如大面积)，主要用于获取弱光信息，实现图像传感器兼容高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围。本实用新型对对应第一光电转换部的第一像素引入增益调制部，可以对电荷存储区域的电容进行调制，可以基于不同的电容在不同的操作中获取第一光电转换部对应的信号，可以进一步提高动态范围，基于本实用新型的设计与控制，可以对第一光电转换部进行相关双采样的读取控制，从而可以提高图像实际像素数据的信噪比，扩大执行相关双采样的照度区间，提高图像质量。本实用新型通过对像素结构的布局及设计，可以有效减少信号噪声，提高读出精度，可以减少大面积的第二光电转换部的电子向相邻的像素单元中的小面积的第一光电转换部的泄漏，可以兼容实现两种光电转换部的不同增益下采样及相关双采样，整体提高图像传感器的性能。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1显示为本实用新型实施例提供的图像传感器的架构示意图。

图2显示为本实用新型实施例一提供的像素结构的电路原理示意图。

图3显示为本实用新型实施例一提供的像素结构的另外一种电路原理示意图。

图4显示为本实用新型实施例一提供的像素结构的布局设计示意图。

图5显示为本实用新型实施例二提供的像素结构的电路原理示意图。

图6显示为本实用新型实施例一提供的控制方法一示例中图像传感器控制流程图。

图7显示为本实用新型实施例一提供的控制方法一示例中第一像素对应的时序图。

图8显示为本实用新型实施例一提供的控制方法一示例中第一像素对应的时序图。

图9显示为本实用新型实施例一中一种场景下第一像素工作在不同阶段的电势变化图。

图10显示为本实用新型实施例一中另外一种场景下第一像素工作在不同阶段的电势变化图。

图11显示为本实用新型实施例一提供的一种堆叠式图像传感器设计示意图。

图12显示为本实用新型实施例一提供的图像传感器的一种应用***示意图。

元件标号说明

100 像素阵列

101 第一像素行

102 第二像素行

201 第一像素

2011 第一子像素部

2012 第二子像素部

202 第二像素

2021 第三子像素部

2022 第四子像素部

PD1、PD3 第一光电转换部

TX1、TX3 第一电荷传输部

PD2、PD4 第二光电转换部

TX2、TX4 第二电荷传输部

RST1 第一复位晶体管

SF1 第一源跟随晶体管

SEL1 第一像素选择晶体管

RST2 第二复位晶体管

SF2 第二源跟随晶体管

SEL2 第二像素选择晶体管

DCG1 第一增益控制晶体管

DCG2 第二增益控制晶体管

RST3 复位晶体管

SF3 源跟随晶体管

SEL3 像素选择晶体管

SW 开关控制晶体管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。另外，当一个元件被称为是“耦接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图1显示为一图像传感器***基本结构框图。图像传感器包括连接到像素阵列的读出电路和控制电路，功能逻辑单元连接到读出电路，读出电路和控制电路连接到寄存器，实现对像素阵列的读取控制。像素阵列包括按行(R1，R2，R3…Ry)和列(C1，C2，C3…Cx)排布的多个像素(P1、P2、P3)，像素阵列输出的像素信号经列线输出至读出电路。在一种实施方式中，每一像素获取图像数据后，图像数据采用状态寄存器指定的读出模式读出，然后传输到功能逻辑单元。在具体应用中，读出电路可包括模数转换(ADC)电路及其他。

在某些应用中，状态寄存器可包含有程序化选择***，用以确定***是通过滚动曝光模式(rolling shutter)或是全局曝光模式(global shutter)读出。功能逻辑单元可仅存储图像数据或通过图像效果应用或处理图像数据。在具体应用中，读出电路可沿读出列线一次读出一行图像数据，或者可采用各种其他方式读出图像数据。控制电路的操作可通过状态寄存器的设置确定，例如，控制电路产生一快门信号用于控制图像获取，在某些应用中，此快门信号可以是一全局曝光信号，使得像素阵列的所有像素通过单一获取窗口同时获取其图像数据，在其他一些应用中，此快门信号也可以是一滚动曝光信号，使得像素阵列的每一像素行的像素通过获取窗口连续实现图像数据的获取操作。

然而，现有的图像传感器存在动态范围难以有效提高等问题。例如，现有图像传感器的高动态实现方式存在如拖影等诸多问题。另外，现有技术难以在兼顾图像传感器性能的同时使得动态范围得以有效提升。此外，有时需要拍摄具有闪烁的环境，如汽车上配备了多种车载装置，其中包括用于识别交通标志的图像传感器，交通标志中包括闪烁频率极高的LED灯构成的信号灯。传统的车载用图像传感器通过采用单一像素进行识别，在面对弱光信息和高亮信息时无法兼容识别，造成对交通标志的误判，进而可能造成重大的交通事故。本实用新型的目的在于提供一种像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法，可以解决上述问题。

以下结合本实用新型给出的各个附图对本实用新型提出的内容进行详细的说明。

请参阅图2-12所示，本实用新型提供一种像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法，其中，图2和图3显示为本实用新型提供的一种实施方式像素结构电路图，图4显示为与图2和图3对应的像素结构的版图布局设计，图5显示为本实用新型提供的另外一种实施方式中的像素结构电路图，图6显示为本实用新型提供的一种控制方法步骤图，图6中所示工艺步骤顺序并不严格代表所有本实用新型所保护的控制方法的执行顺序，不影响技术问题解决的现有其他步骤及顺序设计本领域技术人员可以依据实际设计，图6仅示出了本实用新型的一种示例，图7显示为一种对应第一光电转换部的控制时序，图8显示为一种对应第二光电转换部的控制时序。

实施例一：

请参阅图2-4所示，本实施例提供一种像素结构，包括呈阵列排布的多个像素单元，每个像素单元包括：第一光电转换部PD1、第一电荷传输部TX1、第二光电转换部PD2、第二电荷传输部TX2以及信号输出电路。

具体的，第一光电转换部PD1，其灵敏度小于第二光电转换部PD2的灵敏度；第一光电转换部PD1用于将光信号转换为电信号，可以用于曝光并捕捉高亮光信息。其中，第一光电转换部PD1包括但不限于光电二极管，如，可以是Pin型光电二极管。

第二光电转换部PD2用于将光信号转换为电信号，可以曝光并捕捉弱光信息，当然，也可以依据实际捕获需求场景信息；例如，第二光电转换部PD2用于捕获比第一光电转换部PD1更弱的光信息，第二光电转换部PD2包括但不限于光电二极管，可以是Pin型光电二极管。

第一电荷传输部TX1耦接至第一浮动扩散区，用于将第一光电转换部PD1累积的电荷转移至第一浮动扩散区。在可选示例结构中，第一浮动扩散区可以是一个共享的电荷收集区域，也可以是由若干个浮动扩散点构成，各个浮动扩散点收集的电荷即为第一浮动扩散区收集的电荷。另外，第一光电转换部PD1、第一电荷传输部TX1及第一浮动扩散区可以采用现有的结构进行布置与制备，还可以基于现有结构采用现有技术调整以实现本实用新型所能实现的效果。

第二电荷传输部TX2耦接至第二浮动扩散区，用于将第二光电转换部PD2累积的电荷转移至第二浮动扩散区。在可选示例结构中，第二浮动扩散区可以是一个共享的电荷收集区域，也可以是由若干个浮动扩散点构成，各个浮动扩散点收集的电荷即为第二浮动扩散区收集的电荷。另外，第二光电转换部PD2、第二电荷传输部TX2及第二浮动扩散区可以采用现有的结构进行布置与制备，还可以基于现有结构采用现有技术调整以实现本实用新型所能实现的效果。

具体的，信号输出电路耦接至第二浮动扩散区和第一浮动扩散区，从而可以按照需求的方式输出对应区域的转换信号，如，对应电荷存储区域的电容所转换成的电压信号，从而将该代表图像信息的信号(如电压信号)输出至后续的读出电路及信号处理电路等进行处理。

该实施例中，信号输出电路包括第一信号输出部和第二信号输出部，像素单元包括第一复位部和第二复位部，可以采用两套信号输出子电路分别输出第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2所积累的电荷，从而灵活适用于各信号的控制读出，提升图像传感器性能。

其中，第一复位部耦接至第一浮动扩散区与第一电压端之间，第一信号输出部耦接至第一浮动扩散区并输出对应信号至第一信号输出线；第二复位部耦接至第二浮动扩散区与第二电压端之间，第二信号输出部耦接至第二浮动扩散区并输出对应信号至第二信号输出线。

在一具体示例中，第一复位部选择为第一复位晶体管RST1、第一信号输出部选择为第一源跟随晶体管SF1，以构成第一套信号输出子电路；第二复位部选择为第二复位晶体管RST2，第二信号输出部选择为第二源跟随晶体管SF2，以构成第二套信号输出子电路。

进一步示例中，信号输出电路包括第一像素选择晶体管SEL1和第二像素选择晶体管SEL2，分别对应于第一套信号输出子电路和第二套信号输出子电路。

在一示例中，上述各晶体管均可以采用NMOS管，均可以基于控制电路提供控制信号。

在一具体示例中，第一复位晶体管RST1的源极端耦接至第一浮动扩散区，漏极端耦接至第一电压端，第一复位晶体管RST1的栅极连接至第一复位信号端，以在第一复位信号控制下重置第一浮动扩散区以及与第一浮动扩散区对应的电容区域。

第一源跟随晶体管SF1的栅极端连接至第一浮动扩散区，漏极端耦接至第三电压端，源极端耦接至第一信号输出线。其中，第一电压端和第三电压端可以是采用共享电压输入端的方式连接至同一电压端，还可以是单独连接至对应电压输入端，以接收不同的控制信号。

第一像素选择晶体管SEL1的漏极端耦接至第一源跟随晶体管SF1的源极端，源极端耦接至第一信号输出线，以基于第一信号输出线在对应的像素被选择时输出电压信号；

第二复位晶体管RST2的源极端耦接至第二浮动扩散区，漏极端耦接至第二电压端，第二复位晶体管RST2的栅极连接至第二复位信号端，以在第二复位信号控制下重置第二浮动扩散区以及与第二浮动扩散区所对应的电容区域。

第二源跟随晶体管SF2的栅极端连接至第二浮动扩散区，漏极端耦接至第四电压端，源极端耦接至第二信号输出线。其中，第二电压端和第四电压端可以是采用共享电压输入端的方式连接至同一电压端，还可以是单独连接至对应电压输入端，以接收不同的控制信号。

第二像素选择晶体管SEL2的漏极端耦接至第二源跟随晶体管SF2的源极端，源极端耦接至第二信号输出线，以基于第二信号输出线在对应的像素被选择时输出电压信号。

在一可选示例中，第一信号输出线和第二信号输出线可以是共用的一根输出列线，如图3中的BIT所示；在另一可选示例中，第一信号输出线和第二信号输出线可以是不同的两根输出列线，如图3中的BIT1和BIT2所示。从而基于不同输出列线的设置实现信号的串行及并行输出。在本实施例中，第一信号输出线和第二信号输出线为共用的一根输出列线BIT。

在一可选示例中，第一电压端和第二电压端可以是采用共享电压端的方式连接至同一电压输入端，还可以是单独连接至对应电压端，以接收不同的控制信号。进一步示例中，第一电压端、第二电压端、第三电压端及第四电压端均采用同一电压端，例如，基于该共用电压端提供电源信号VDD，以简化电路设计及布线，节省电路的制造成本，提高信号获取准确度。

如图2和图3中的虚线框所示，本实用新型的像素单元还包括增益调制部，耦接至第一浮动扩散区，配置为调节第一浮动扩散区的电容，以基于不同的电容在不同的操作中获取第一光电转换部对应的信号。也就是说，基于本实用新型的电路，可以实现具有低灵敏度的第一光电转换部所积累的电荷在不同的增益下进行读出，从而可以进一步提高动态范围，提升图像质量。

在一示例中，增益调制部包括第一增益控制晶体管DCG1及第一电荷存储部C1，第一增益控制晶体管DCG耦接在第一浮动扩散区与增益调节节点之间，第一电荷存储部C1耦接在增益调节节点与存储控制电压之间，其中，可基于增益调节节点实现耦接进行对应于第一浮动扩散区的电容的调节，如通过增益调节节点将第一电荷存储部C1并联至第一浮动扩散区。

在一示例中，第一增益控制晶体管DCG1可以采用NMOS管，可以基于控制电路提供控制信号。在一示例中，第一电荷存储部C1可以采用MIM电容，以实现不同电容的调节。当然，其他示例中，第一电荷存储部C1也可以采用MOM电容、MOSCAP电容等。在一示例中，第一电荷存储部C1的容量大于20fF，如，可以是30fF、60fF、80fF等，依实际设定。

在一示例中，可以基于本实用新型提供的实施例或版图布局的设计，将第一电荷存储部C1设置于器件互连结构中，或者设置于沟槽隔离结构中，当然，也可以在器件互连结构和沟槽隔离结构中均设置第一电荷存储部C1。其中，器件互连结构可以是由金属导电层和绝缘介质层构成的布线层，可以采用图像传感器中常用的互连结构设计，沟槽隔离结构可以是在衬底中形成沟槽并填充绝缘材料构成的隔离结构，如在BSI器件结构中，可以是正面的STI。

在一示例中，第一电荷存储部耦接的存储控制电压为可变电压，其中，基于可变电压的设计，可以在第一光电转换部曝光的过程中调整至第一电位，在第一光电转换部的电荷转移过程中调整至第二电位，在对第一光电转换对应部的电容进行复位的过程中调整至第三电位，在对应第一光电转换部的图像信号和复位信号的量化过程中均调整至第四电位，从而可以提高电荷转移及晶体管各不同工作阶段的综合性能。例如，可以是第二电位均大于第一电位、第三电位和第四电位，从而有利于有效的转移第一光电转换部的电荷；还可以是第三电位和第四电位相同且小于第二电位，从而有利于防止源跟随晶体管工作在线性区。

在一示例中，增益调制部的第一端(第一增益控制晶体管DCG1的源极端)耦接至第一浮动扩散区，第二端(第一增益控制晶体管DCG1的漏极端)耦接至增益调节节点，第一复位部耦接至增益调节节点与第一电压端之间，其中，增益调制部的电容(第一电荷存储部C1)并联至第一浮动扩散区以调节第一浮动扩散区的电容，增益调制部的电容的第一极板耦接至增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压，各阶段电压可以依据实际需求设置，以实现需要的效果。

在一个示例中，每一像素单元还包括第二增益控制晶体管DCG2，耦接于第二浮动扩散区与第二复位晶体管RST2之间，以提高像素结构的动态范围。进一步示例中，还可以在第二复位晶体管RST2和第二增益控制晶体管DCG2之间设置第二电荷存储部(图中未示出)，第二电荷存储部可以是电容，电容可以是寄生电容，也可以是器件电容，通过第二增益控制晶体管DCG2的打开和关断且基于第二电荷存储部实现低转换增益和高转换增益模式的切换。该示例中，第二增益控制晶体管DCG2可以为NMOS管，源极端(第一端)耦接至第二浮动扩散区，漏极端(第二端)耦接至对应的第二复位晶体管RST2的源极端，第二电荷存储部的第一端耦接至第二增益控制晶体管DCG2的漏极端，第二端耦接至参考电压。其中，第二电荷存储部的第二端的参考电压可以依据实际设定，在一示例中，选择为第二端接地。

另外，在一示例中，同一个像素单元中，包括至少一个第一像素和至少一个第二像素，即与第一光电转换部PD1对应的第一像素和与第二光电转换部PD2对应的第二像素的数量比例，也可以理解为第一光电转换部PD1与第二光电转换部PD2的数量比例，可以依据实际需求设计，例如，设置为1:1、1:2及1:4等，本实施例中选择为1:1，参见图4所示。其中，第一像素可以是第一光电转换部与对应的第一像素晶体管一一对应的设置方式，也可以是两个或两个以上的第一光电转换部共享第一像素晶体管的共享(share)结构设计；第二像素可以是第二光电转换部与对应的第二像素晶体管一一对应的设置方法，也可以是两个或两个以上的第一光电转换部共享第一像素晶体管的共享(share)结构设计。

如图4所示，显示为提供的本实用新型像素结构对应的的版图设计，其可以实现图2和图3示出的像素电路。像素结构包括呈阵列排布的多个像素单元，像素单元包括：第一光电转换部PD1及第二光电转换部PD2；第一电荷传输部TX1，耦接至第一光电转换部PD1与第一浮动扩散区之间，配置为将第一光电转换部PD1累积的电荷转移至第一浮动扩散区；第二电荷传输部TX2，耦接至第二光电转换部PD2与第二浮动扩散区之间，配置为将第二光电转换部PD2累积的电荷转移至第二浮动扩散区；及信号输出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以输出对应的转换信号；其中：多个呈阵列排布的像素单元构成像素阵列，且每一像素单元包括至少一个与第一光电转换部对应的第一像素和至少一个与第二光电转换部对应的第二像素，多个第一像素呈阵列排布并构成若干个第一像素行，多个第二像素呈阵列排布并构成若干个第二像素行，且第一像素行与所述第二像素行交替排布。第一光电转换部和第二光电转换部可以依据实际需求配置，通过上述第一像素行和第二像素行交替排布的设计方式，可以有利于进行像素晶体管版图的配置，有利于灵活布置器件，提高感度等。

在一示例中，第二光电转换部PD2的灵敏度大于第一光电转换部PD1的灵敏度，且像素结构还包括：增益调制部，耦接至所述第一浮动扩散区，配置为调节第一浮动扩散区的电容，以基于不同电容在不同操作中获取第一光电转换部PD1对应的信号。

在一示例中，每一像素单元包括至少一个与第一光电转换部PD1对应的第一像素201和至少一个与第二光电转换部PD2对应的第二像素202，图4中显示为一个像素单元包括一个第一像素和一个第二像素；多个呈阵列排布的像素单元构成像素阵列100，其中，多个第一像素呈阵列排布并构成若干个第一像素行101，多个第二像素呈阵列排布并构成若干个第二像素行102，且第一像素行与第二像素行交替排布构成像素阵列100。

其中，第一像素行与第二像素行交替排布构成像素阵列100可以是指，第一像素行与第二像素行交替间隔排布，即相邻两个第一像素行和第二像素行之间没有交叠且相邻接(如图4所示)设置或具有间距设置。其他示例中，也可以是相邻两个第一像素行和第二像素行之间具有投影交叠的区域，第一像素和第二像素可以穿插设置，第一像素行的像素中心构成的水平线与第二像素行的像素中心构成的水平线交替间隔排布，即二者中心位于不同水平行。

在一示例中，构成第一像素行101的相邻的第一像素之间相邻接设置，构成第二像素行102的相邻的第二像素之间相邻接设置，从而可以基于相邻的第一像素行和第二像素行实现良好的版图设计，得到像素阵列，进一步基于版图设计提升图像传感器的性能。在其他示例中，构成第一像素行101的相邻的第一像素之间也可以具有间距的设置，二者不邻接；构成第二像素行102的相邻的第二像素之间也可以具有间距的设置，二者不邻接。

继续参见图4所示，第一像素201包括沿第一方向排布的第一子像素部2011和第二子像素部2012，第二像素202包括沿第一方向排布的第三子像素部2021和第四子像素部2022，其中，第一子像素部2011包括第一光电转换部PD1及第一电荷传输部TX1，第二子像素部2012包括与第一光电转换部PD1和第一电荷传输部TX1对应的第一像素晶体管，第三子像素部2021包括第二光电转换部PD2及第二电荷传输部TX2，第四子像素部2022包括与第二光电转换部PD2和第二电荷传输部TX2对应的第二像素晶体管。其中，第一像素晶体管可以包括多个晶体管，与第一光电转换部PD1和第一电荷传输部TX1共同构成信号积累转移输出的像素电路；第一像素晶体管可以包括多个晶体管，与第一光电转换部PD1和第一电荷传输部TX1共同构成信号积累转移输出的像素电路。该示例中，将第一像素晶体管布置在一个区域，将第二像素晶体管布置在一个区域，有利于基于上述布置改善器件的空间占用。

继续参见图4所示，在一示例中，沿第二方向上，第一像素晶体管排布于相邻两个第二光电转换部PD2之间，第二像素晶体管排布于相邻两个第一光电转换部PD1之间；也可以理解为，沿第二方向上，第二子像素部2012排布于相邻两个第三子像素部2021之间，第四子像素部2022排布于相邻两个第一子像素部2011之间。其中，第二方向与第一方向之间具有夹角，其可以是依据实际像素排布需要的方向。本实施例中，第一方向与第二方向垂直。

进一步示例中，第一子像素部2011与第四子像素部2022中心沿第二方向排列且二者沿第一方向的尺寸(宽度)一致，第二子像素部2012与第三子像素部2021中心沿第二方向排列且二者沿第一方向的尺寸(宽度)一致。从而在整体像素阵列上一个第一像素与相邻行的两个第二像素的部分构成整齐排布的结构，一个第二像素与相邻行的两个第一像素的部分构成整齐排布的结构，可以基于本示例的版图的设计，进一步实现图像传感器整体性能的提升。

在一示例中，每一第一光电转换部PD1设置于四个阵列排布的第二光电转换部PD2的中心位置；进一步，还可以是，每一第二光电转换部PD2设置于四个阵列排布的第二光电转换部PD1的中心位置。从而可以基于对称的布置提升图像传感器的感光性能以信噪比等。

在一示例中，沿第一方向上，同一像素单元中的第一光电转换部PD1与第二光电转换部PD2之间的第一间距M1等于相邻像素单元中的第一光电转换部PD1与第二光电转换部PD2之间的第二间距M2；有利于基于光电转换的区域和对应的晶体管的排布提升图像性能。

在一示例中，沿第二方向上，同一像素单元中的第一光电转换部PD1与第二光电转换部PD2之间的第三间距L1大于相邻像素单元中的第一光电转换部PD1与第二光电转换部PD2之间的第四间距L2；同一像素单元中的第一光电转换部PD1离第二光电转换部PD2相对较远，当第二光电转换部PD1有电子泄漏时，电子泄漏的路径变长，使得泄漏的电子更容易被同一第一像素的电压端抽走，有效减少从第一光电转换部PD1泄漏至第二光电转换部PD2的电子，提高图像精度。当然，其他示例中，第三间距L1和第四间距L2也可以设置为相等。

继续参见图4所示，在一示例中，第二子像素部2012包括第一浮动扩散区、第一复位晶体管RST1、第一源跟随晶体管SF1、第一像素选择晶体管SEL1以及增益调制部的第一增益控制晶体管DCG1；第四子像素部2022包括第二浮动扩散区、第二复位晶体管RST2、第二源跟随晶体管SF2、第二像素选择晶体管SEL2以及第二增益控制晶体管DCG2。

在一示例中，第一增益控制晶体管DCG1与第一复位晶体管RST1沿行方向(第一方向)排布形成第一晶体管行，如，指第一增益控制晶体管DCG1与第一复位晶体管RST1依次远离第一光电转换部PD1排布；第一源跟随晶体管SF1和第一像素选择晶体管SEL1沿行方向(第一方向)排布形成第二晶体管行，如，指第一源跟随晶体管SF1和第一像素选择晶体管SEL1依次远离第一光电转换部PD1排布；且第一晶体管行与第二晶体管行沿列方向(第二方向)排布，例如，第一源跟随晶体管SF1对应第一增益控制晶体管DCG1设置，第一像素选择晶体管SEL1对应第一复位晶体管RST1设置，如图4所示的上下对应关系。

在一示例中，第二增益控制晶体管DCG2与第二复位晶体管RST2沿列方向(第二方向)排布形成第一晶体管列，如，指第二增益控制晶体管DCG2与第二复位晶体管RST2依次沿远离第二传输部TX2的方向排布；第二源跟随晶体管SF2和第二像素选择晶体管SEL2沿列方向(第二方向)排布形成第二晶体管列，如，指第二源跟随晶体管SF2和第二像素选择晶体管SEL2依次沿远离第二传输部TX2的方向排布；另外，第一晶体管列与第二晶体管列沿行方向(第一方向)排布，例如，第二源跟随晶体管SF2对应第二增益控制晶体管DCG2设置，第二像素选择晶体管SEL2对应第二复位晶体管RST2设置，如图4所示的左右对应关系；另外，进一步设计中，第一晶体管列相对于第二晶体管列靠近对应所属的像素单元的第二光电转换部PD2排列，有利于信号的传输处理及布线的设计，提高图像质量。

在一示例中，相邻第一像素201和第二像素202中，选择第一源跟随晶体管SF1和第一像素选择晶体管SEL1靠近侧的第二像素202与对应的该第一像素210构成一个像素单元，且同一像素单元中，第一像素201的第一源跟随晶体管SF1和第一像素选择晶体管SEL1与第二像素202的第二光电转换部PD2临近。

具体的，相邻第一像素201和第二像素202中，对于第一像素201的排布，可以将第一源跟随晶体管SF1和第一像素选择晶体管SEL1排成一个晶体管行，该晶体管行所靠近的一侧的第二像素202可以与该描述的第一像素201构成一个像素单元，以输出并形成图像信号；进一步，该侧与第一像素201相邻的两个第二像素202中，选择第一源跟随晶体管SF1和第一像素选择晶体管SEL1与第二光电转换部PD2靠近的第二像素202与该描述的第一像素201构成一个像素单元，利于像素单元内各自信号传输，提高信噪比，提升图像质量。本实用新型可以通过在同一感光区域内制作两种大小不同的像素来解决LED标志物的频闪问题。

在一示例中，相邻第一像素201和第二像素202中，选择在第一方向上的投影距离最短的第一像素选择晶体管SEL1和第二像素选择晶体管SEL2所对应的第一像素201和第二像素202构成一个像素单元。如图4所示，本示例选择在第一方向上的投影距离最短的所述第一像素选择晶体管SEL1和第二像素选择晶体管SEL2所对应的第一像素201和第二像素202组成一个像素单元，投影距离最短如图4中D1所示，可以利于像素单元中的布线以及图像信号获取传输。进一步，可以使第一像素选择晶体管SEL1和第二像素选择晶体管SEL2共享同一输出列线BIT，较近的第一像素选择晶体管SEL1和第二像素选择晶体管SEL2可以有利于进行一个像素单元中输出列线BIT的布线，可以有利于减少信号噪声，提高读出精度。

进一步可选示例中，相邻第一像素201和第二像素202中，选择在第一方向上的投影距离最短的第一像素选择晶体管SEL1和第二像素选择晶体管SEL2所对应的第一像素201和第二像素202构成一个像素单元，且同一像素单元中，第二像素202的第二源跟随晶体管SF2与第一像素201之间的间距小于第二像素202的第二像素选择晶体管SEL2与第一像素201之间的间距。其中，可以是第二源跟随晶体管SF2与第一像素201之间的沿第二方向的垂直间距小于第二像素选择晶体管SEL2与第一像素201之间的沿第二方向的垂直间距。当然，也可以以其他距离表示二者间距，如，参见图4所示，该可选示例中，以第一像素选择晶体管SEL1表示，第二像素202的第二源跟随晶体管SF1与第一像素201的间距D2小于第二像素202的第一像素选择晶体管SEL2与第一像素201的间距D3，利于像素单元各自信号传输。本实用新型可以通过在同一感光区域内制作两种大小不同的像素来解决LED标志物的频闪问题。

继续参见图4所示，在一示例中，第一电荷传输部TX1设置于对应的第一光电转换部PD1的角部并与第一方向(如行方向)呈第一角度设置，其中，第一角度可以是第一电荷传输部TX1的长轴方向与第一方向所夹的锐角；第二电荷传输部TX2设置于对应的第二光电转换部PD2的角部并与所述第一方向(如行方向)呈第二角度设置，同理，第二角度可以是第二电荷传输部TX2的长轴方向与第一方向所夹的锐角；有利于减少占用面积，提高感光性能。

在一可选示例中，第一角度与第二角度选择为相同的角度设计，例如，二者均选择为45°，并不局限于此，也可以依据实际需求选择为其他的角度，从而有利于基于其布置改善信噪比；当然，在其他的可选示例中，第一角度与第二角度也可以选择为不同的角度设计。

在一可选示例中，第一电荷传输部TX1相对于对应的第一光电转换部PD1的布置位置与第二电荷传输部TX2相对于对应的第二光电转换部PD2的布置位置一致。例如，第一电荷传输部TX1位于第一光电转换部PD1的右上角，第二电荷传输部TX2也位于第二光电转换部PD2的右上角，其中，可以分别以第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2中心为原点，该原点与第一方向和第二方向构成的坐标系布置对应的第一电荷传输部TX1和第二电荷传输部TX2，基于本示例一致性设计，可以有利于信号处理，有利于优化后续模拟数字电路设计。

在一可选示例中，第一光电转换部PD1的形状包括六边形，第二光电转换部PD2的形状包括四边形，该形状如指形成对应光电转换部的N型掺杂区的俯视图的外轮廓形状；当然，其他示例中，也可以使第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2的形状设置为其他形状。另外，还可以使第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2的外轮廓形状相同。

继续参见图4，在一示例中，每一像素单元还包括衬底接触，衬底接触设置在第一光电转换部PD2远离第二子像素部2012的一侧。如图4所示的示例中，衬底接触(图中圆形虚线框)设置在第一光电转换部PD1的左上角区域，在一示例中，基于衬底接触，连通衬底中对应的P型区域，从而可以为第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2以及对应的晶体管实现衬底加压，可以是接地电压，也可以是依据实际需求施加的其他电压。此外，基于衬底接触的布置设计，可以基于衬底接触可以形成电子流动的势垒，如该势垒可以有效阻挡第二像素中的电子向对应的第一像素200泄漏，利于实现第一像素与第二像素的有效隔离。

作为示例，本实施例中的像素结构还包括至少设置在第一光电转换部PD1与入射光之间的减透层，以减少入射光中进入到对应的第一光电转换部PD1的进光量，可以进一步使第一光电转换部PD1的灵敏度小于第二光电转换部PD2的灵敏度。其中，减透层可以采用现有减透结构的设计，例如，在光电转换部与入射光之间配置减透材料层、金属栅等。减透层可以正对第一光电转换部PD1的受光面设置，还可以延伸至周围的第二光电转换部PD2上。

作为示例，第二光电转换部PD2的面积大于第一光电转换部PD1的面积，如，形成对应光电转换部的N型掺杂区的俯视图形状的面积，以使得第二光电转换元件PD2的灵敏度大于第一光电转换元件PD1的灵敏度，如，二者面积比可以为10:1，但并不局限于此。

作为示例，同一像素单元中，第一像素201和第二像素202上设有相同颜色的滤色器，也即，对应第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2上设有相同颜色的滤色器，从而可以优化最终得到的图像的质量。具体滤色器的配置方式可以采用现有的图像传感器的设计；当然，也可以依据实际需求进行其他颜色滤色器的配置。在一示例中，阵列排布的第一像素201可以形成拜耳阵列排布，阵列排布的第二像素202可以形成拜耳阵列排布；其中，拜耳阵列可以是传统的RGGB拜耳阵列，还可以是四拜耳阵列或者十六拜耳阵列等。

作为示例，同一像素单元中，第一像素201对应第一透镜，第二像素202对应第二透镜，也即，第一光电转换部PD1对应第一透镜，第二光电转换部PD2对应第二透镜。该示例中，若干个第一像素201与若干个第一透镜一一对应，若干个第二像素202与若干个第二透镜一一对应；第一透镜和第二透镜可以设置为不同的，如二者的高度不同，可依据实际需求设计。

作为示例，对于本实用新型的像素电路配置，信号输出电路可以配置为第一增益模式下依次读出第一光电转换部PD1对应的第一复位信号及第一图像信号，第一增益模式基于增益调制部获取，例如，第一增益模式可以是高增益模式HCG，该模式下可以获取第一照度的信息；进一步，该增益模式下可以基于获取的第一复位信号和第一图像信号实现相关双采样CDS。

另外，信号输出电路还可以配置为第二增益模式下依次读出第一光电转换部PD1对应的第二图像信号及第二复位信号，第二增益模式基于增益调制部获取，例如，第二增益模式可以是低增益模式LCG，该模式下可以获取第二照度的信息，如，第二照度大于第一照度。其中，可以是第一增益模式的信号和第二增益模式的信号在一帧中同时读出，还可以是在拍摄场景的照度信息获取之后，选择在第一增益模式或第二增益模式下获取信息。

进一步示例中，信号输出电路还配置为分别读出第二光电转换部PD2对应的图像信号和复位信号，以基于第一光电转换部PD1对应的信号和第二光电转换部PD2对应的信号获取同一像素单元对应的实际像素数据信号。其中，可以基于第二光电转换部PD2对应的图像信号和复位信号实现相关双采样CDS。通过本实用新型的设计，其可以扩大能够进行相关双采样的照度范围，可以提高图像传感器的动态范围，获取信噪比良好的实际像素数据信号。本实用新型中，大小像素(第一和第二像素)均可设计成均可进行CDS读出的4T标准单元；二者均可实现双转换增益，可以加强明暗不同情况的信噪比，可以得到良好的大小像素图像合成效果，另外，上述设计可以灵活适用于各种像素尺寸，例如，对应的光电转换部的尺寸。

本实用新型还提供一种图像传感器，包括如上述方案中中任一项所述的像素结构，进一步，图像传感器还包括***电路，至少用于接收信号输出电路输出的信号并对其进行处理。例如，***电路包括模数转换电路ADC，可以对信号输出电路输出的电压信号进行模拟到数字信号的转换，可以实现相关双采样CDS，例如，可以包括比较器和计数器，可以实际需求设计。

在一示例中，***电路配置为执行如下操作中的至少一种：

基于第一增益模式HCG下第一光电转换部PD1对应的第一复位信号和第一图像信号获取第一像素差值信号SPD_HCG、基于第二增益模式下LCG第一光电转换部PD1对应的第二复位信号和第二图像信号获取第二像素差值信号SPD_LCG、基于第三增益模式下第二光电转换部PD2对应的第三复位信号和第三图像信号获取第三像素差值信号LPD_HCG以及基于第四增益模式下第二光电转换部PD2对应的第四复位信号和第四图像信号获取第四像素差值信号LPD_LCG。其中，基于本申请的配置，可以实现第一像素差值信号SPD_HCG、第三像素差值信号LPD_HCG以及第四像素差值信号LPD_LCG下的相关双采样，从而可以实现在一个较大的照度范围之内对应的像素信号进行了相关双采样，可以扩大图像传感器的动态范围，并可以提高信噪比，提升图像质量，可以实现包括闪烁频率极高的LED灯的场景的拍摄。需要说明的，第一增益是指相对于第一光电转换部的高增益，第二增益是指相对于第一光电转换部的低增益，第三增益是指相对于第二光电转换部的高增益，第四增益是指相对于第二光电转换部的低增益，并非代表具体的增益数值的大小，这是本领域技术人员可以理解的。

在一示例中，图像传感器配置为基于信号处理部执行：根据设定阈值与第一像素差值信号SPD_HCG和/或第二像素差值信号SPD_LCG的比较结果生成第一实际像素数据信号，以基于第一实际像素数据信号生成像素单元对应的实际像素数据信号，第一实际像素数据信号可以是第一像素差值信号SPD_HCG，还可以是第二像素差值信号SPD_LCG。

例如，在一可选示例中，信号处理部将设定阈值与第一像素差值信号SPD_HCG进行比较，根据比较结果，选择采用第一像素差值信号SPD_HCG或者是采用第二像素差值信号SPD_LCG作为第一光电转换部PD1所代表的图像信号，例如，当第一像素差值信号SPD_HCG小于设定阈值时，采用第一像素差值信号SPD_HCG作为第一实际像素数据信号，当第一像素差值信号SPD_HCG大于或等于设定阈值时，采用第二像素差值信号SPD_LCG作为第一实际像素数据信号。设定阈值可以考虑第一光电转换部PD1的满阱容量依据实际需求设定。当然，也可以将设定阈值与第二像素差值信号SPD_LCG进行比较，或者依据不同的比较方式，与二者均进行比较，再通过算法处理选择SPD_HCG还是SPD_LCG。

参见图9和图10所示，进一步说明本示例中图像传感器的工作原理，如图9所示，第一光电转换部PD1需要获取的环境光具有第一照度，第一光电转换部PD1的曝光过程对应位置电势图如图9中(a)所示，第一光电转换部PD1曝光完成后尚未达到满阱；另外，第一光电转换部PD1的读出过程中，不同读出阶段对应位置电势图如图9中(b)-(e)所示：

具体的，如图9(b)所示，先获取第一光电转换部PD1在第一增益模式HCG下的第一复位信号SPD_RST1，其中，进行第一浮动扩散区FD信号读出作为SPD_RST1；然后，如图9(c)所示，获取第一光电转换部PD1在第一增益模式HCG下的第一图像信号SPD_SIG1，其中，打开第一电荷传输部TX1进行电荷转移以及关闭第一电荷传输部TX1后进行第一浮动扩散区FD信号读出作为SPD_SIG1；然后，如图9(d)所示，获取第一光电转换部PD1在第二增益模式LCG下的第二图像信号SPD_SIG2，其中，打开第一电荷传输部TX1和第一增益控制晶体管DCG1进行电荷转移以及关闭第一电荷传输部TX1后进行第一浮动扩散区FD和第一电荷存储部MIM信号读出作为SPD_SIG2；最后，如图9(e)所示，获取第一光电转换部PD1在第二增益模式LCG下的第二复位信号SPD_RST2，其中，打开第一复位晶体管RST1，清空第一浮动扩散区FD和第一电荷存储部MIM中的电荷以及关闭第一复位晶体管RST1后进行第一浮动扩散区FD和第一电荷存储部MIM信号读出作为SPD_RST2。

另外，如图10所示，第一光电转换部PD1需要获取的环境光具有第二照度，第二照度大于第一照度，第一光电转换部PD1的曝光过程对应位置电势图如图10中(a)所示，第一光电转换部PD1曝光过程中达到满阱，电荷溢出至第一浮动扩散区FD和第一电荷存储部MIM；第一光电转换部PD1读出过程中，不同阶段对应位置电势如图10中(b)-(e)所示：

具体的，如图10(b)所示，先获取第一光电转换部PD1在第一增益模式HCG下的第一复位信号SPD_RST1，其中，进行第一浮动扩散区FD信号读出作为SPD_RST1；然后，如图10(c)所示，获取第一光电转换部PD1在第一增益模式HCG下的第一图像信号SPD_SIG1，其中，打开第一电荷传输部TX1进行电荷转移以及关闭第一电荷传输部TX1后进行第一浮动扩散区FD信号读出作为SPD_SIG1；然后，如图10(d)所示，获取第一光电转换部PD1在第二增益模式LCG下的第二图像信号SPD_SIG2，其中，打开第一电荷传输部TX1和第一增益控制晶体管DCG1进行电荷转移以及关闭第一电荷传输部TX1后进行第一浮动扩散区FD和第一电荷存储部MIM信号读出作为SPD_SIG2；最后，如图10(e)所示，获取第一光电转换部PD1在第二增益模式LCG下的第二复位信号SPD_RST2，其中，打开第一复位晶体管RST1，清空第一浮动扩散区FD和第一电荷存储部MIM中的电荷以及关闭第一复位晶体管RST1后进行第一浮动扩散区FD和第一电荷存储部MIM信号读出作为SPD_RST2。

本示例中，基于信号处理部进行与设定阈值的比较后，可以判断出第一光电转换部PD1是工作在图9所示的第一照度下，还是工作在图10所示的第二照度下，如果第一光电转换部PD1是工作在图9所示的第一照度下，则采用第一增益模式下获取的信号，即第一像素差值信号SPD_HCG，作为第一光电转换部PD1的第一实际像素数据信号；另外，如果第一光电转换部PD1是工作在图10所示的第二照度下，则采用第二增益模式下获取的信号，即第二像素差值信号SPD_LCG，作为第一光电转换部PD1的第一实际像素数据信号。

在一示例中，信号处理部还配置为：

基于第三像素差值信号LPD_HCG生成第二实际像素数据信号，以基于第二实际像素数据信号生成像素单元的实际像素数据信号；还可以是基于第四像素差值信号LPD_LCG生成第三实际像素数据信号，以基于第三实际像素数据信号生成像素单元的实际像素数据信号。其中，基于第二实际像素数据信号和基于第三实际像素数据信号生成像素单元的实际像素数据信号的方式可以依据实际需求设定，如可以直接作为获取像素单元信号的因子之一。

进一步，信号处理部还以基于第一实际像素数据信号、第二实际像素数据信号、第三实际像素数据信号生成像素单元的实际像素数据信号，三者生成实际像素数据信号的方式可以依据实际需求设定，例如，可以在不同的照度阶段进行择一选取，还可以是三个信号或者三个信号中的两个信号之间按照权重生成新的代表场景信息的像素数据信号。

其中，信号处理部可以是图像传感器本身的一部分，例如，制备于像素阵列***区域的电路中，其算法基于数字电路实现，当然，也可以是配置在图像传感器外的外置芯片电路中，获取的信号传输至外置的信号处理部，以进行上述信号处理。信号处理部可以包括数字信号处理器DSP，进一步，可以包括图像信号处理器ISP，当然，还可以是其他实现处理的电路。

参见图11所示，在一示例中，本示例的图像传感器300包括堆叠设置的第一芯片301和第二芯片302，第一芯片301包括第一光电转换部和第二光电转换部，第二芯片包括与第一光电转换部和第二光电转换部对应的***电路。例如，图中示出，第一芯片包括若干个呈阵列排布的像素单元301a，第二芯片包括若干个呈阵列排布的***电路部302a，例如，***电路部302a可以与每一列像素单元301a对应，以进行对应的信号处理。当然，***电路还可以包括其他必要电路，以实际需求设定。另外，第二芯片还可以包括与第一芯片的像素所对应的信号处理部，***电路与信号处理部可以同时设置于第二芯片上，当然，二者也可以分布在不同的芯片上，依实际设定；此外，第一芯片301和第二芯片302之间可以通过芯片间互连结构303实现，芯片间互连结构303的设计可以采用现有，包括但不限于TSV。

本实用新型还提供一种电子设备，包括如上述方案中任一项所述的图像传感器。对于本实用新型的电子设备，例如，可以是一种车载装置，该车载装置包括图像传感器，该图像传感器的具体结构参照上述实施例，由于本车载装置包括上述实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。当然，本实用新型所提供的电子设备还可以是监控设备、机器视觉、无人机、手机以及摄像机等。

其中，参见图12所示，显示为包含本申请图像传感器404的处理器***400，本示例的电子设备可以采用该处理器***400。其中，处理器***(如车载装置***)包括中央处理单元(如CPU)402，可以经由总线401与输入/输出装置405、图像传感器404等进行通讯，处理***400还包括存储装置406，例如，可以是随机存取存储装置(RAM)，其也可以经由总线401与中央处理单元402进行通讯，图像传感器404可与处理器(如数字信号处理器)组合，集成于单个集成电路芯片或集成于不同于处理器的芯片上，实现图像组合与处理计算。

本实用新型还提供一种如上述方案中任一项所述的图像传感器的控制方法，包括：

读出第一像素的信息，第一像素包括第一光电转换部PD1及第一电荷传输部TX1，读出第一像素的信息具体包括：

1)复位第一像素对应的存储区域，并量化得到第一复位采样信号；

2)传输第一光电转换部PD1对应的电荷，并量化得到第一图像采样信号；

读出第二像素的信息，第二像素包括第二光电转换部PD2及第二电荷传输部TX2，读出第二像素的信息具体包括：

3)复位第二像素对应的存储区域，并量化得到第二复位采样信号；

4)传输第二光电转换部PD2对应的电荷，并量化得到第二图像采样信号；

其中，基于第一光电转换部PD1的第一复位采样信号、第一图像采样信号以及第二光电转换部PD2的第二复位采样信号、第二图像采样信号得到像素单元对应的实际像素数据信号。也就是说，在本实用新型提供的图像传感器的设计下，基于第一光电转换部PD1在一个增益模式下采集复位信号和图像信号，即，第一复位采样信号、第一图像采样信号，且基于第二光电转换部PD2在一个增益模式下采集复位信号和个图像信号，即，第二复位采样信号、第二图像采样信号，从而通过上述四种信号的计算和处理得到实际像素数据信号，基于增益调制部获得的信号，可以有利于提高图像传感器的动态范围，在较大的照度范围内提高信噪比。其中，基于本申请的设计，可以使得第一像素可以执行相关双采样，从而提高信噪比，优化图像质量。另外，需要说明的，上述需要1)-4)并不代表本申请所有保护的信号获取的顺序，本领域技术人员可以依据实际对上述各信号获取的顺序进行改变，上述仅给出一种示例。

在一示例中，第一像素的读出方式包括第一增益模式HCG下读出及第二增益模式LCG下读出中的至少一种，其中，当对第一像素均采用第一增益模式HCG及第二增益模式LCG进行读出时，第一像素的读出方法包括：

1-1)在第一增益模式下复位第一像素的存储区域，并量化得到第一复位信号；

1-2)在第一增益模式下传输第一光电转换部对应的电荷，并量化得到第一图像信号；

2-2)在第二增益模式下传输第一光电转换部对应的电荷，并量化得到第二图像信号；

2-1)在第二增益模式下复位第一像素的存储区域，并量化得到第二复位信号；

其中，基于第一增益模式下的第一复位信号和第一图像信号以及第二增益模式下的第二复位信号和第二图像信号，得到第一像素对应的实际像素数据信号。该示例中，相当于第一复位采样信号包括第一复位信号和第二复位信号，即，在两种增益(第一增益模式HCG、第二增益模式LCG)下获取第一光电转换部PD1对应的复位信号；另外，相当于第一图像采样信号包括第一图像信号和第二图像信号，即，在两种增益(第一增益模式HCG、第二增益模式LCG)下获取第一光电转换部PD1对应的图像信号；从而可以生成不同增益下的差值信号。需要说明的，上述需要四个步骤并不代表本实用新型所有保护的信号获取的顺序，本领域技术人员可以依据实际对上述各信号获取的顺序进行改变，上述仅给出一种示例。

其中，可以基于高增益模式下第一复位信号和第一图像信号的差得到第一像素数据差值信号实现相关双采样CDS，即，先获取第一复位信号再获取第一图像信号；以及，基于低增益模式下的第二复位信号和第二图像信号的差得到第二像素数据差值信号，进行非真正意义的相关双采样，即，先获取第二图像信号再获取第二复位信号。

在一示例中，第一增益模式下第一像素的信号先于第二增益模式下第一像素的信号的获取，第一增益大于第二增益。也即，先获取高增益模式下的复位信号和图像信号，再获取低增益模式下的复位信号和图像信号，进一步，可以是高增益模式下先获取复位信号再获取图像信号，而低增益模式下先获取图像信号再获取复位信号。

在一示例中，获取第一像素的第二复位信号的过程中，复位晶体管开启后关闭像素选择晶体管且复位晶体管关闭后开启像素选择晶体管；其中，在像素曝光完成进行读取的过程中，会打开像素选择晶体管，例如，打开第一像素选择晶体管SEL1进行信号读取，本示例中，在第二次复位信号的读取过程中，如第二增益模式LCG下的复位信号的读取过程中，如，控制第一复位晶体管RST1开启后关闭第一像素选择晶体管SEL1且第一复位晶体管RST1关闭后开启第一像素选择晶体管SEL1再进行信号读取，可以第一像素选择晶体管SEL1上升沿带来的电压摆幅，从而可以基于上述设计改善图像光晕(shading)，可参见图7虚线处所示。

在一示例中，第一像素曝光过程中，通过控制增益调制部的第一增益控制晶体管DCG1的开启状态调节第一光电转换部PD1的电荷溢流，例如，参见图7中电压可调的箭头所示，在曝光阶段调节其栅极的控制电压；当然，其他示例中，也可以通过第一增益控制晶体管DCG1在制备中的结构调整进行第一光电转换部PD1的电荷溢流的调节。另外，在一示例中，第一像素曝光过程中，通过控制第一电荷传输部TX1的开启状态调节第一光电转换部PD1的电荷溢流；当然，其他示例中，也可以通过第一电荷传输部TX1在制备中的结构调整进行第一光电转换部PD1的电荷溢流的调节。上述均可依据器件本身特性及需求设计。

参见图7所示，提供一种针对第一像素的时序图，包括依次进行复位、曝光、HCG模式(第一增益模式)读出及LCG模式(第二增益模式)读出。其中，第一像素的第一复位晶体管、第一增益控制晶体管、第一电荷传输部、第一像素选择晶体管分别表示为SPD_RST、SPD_DCG、SPD_TX、SPD_RS，Count_en代表计数器使能对对应的信号进行量化。其中，该示例中，各个晶体管采用NMOS管，高电平代表导通信号，低电平代表关断信号。

在一示例中，第二像素的读出方式包括第三增益模式HCG下读出及第四增益模式LCG下读出中的至少一种，其中，当对第二像素均采用第三增益模式HCG及第四增益模式LCG进行读出时，第二像素的读出方法包括：

1-3)在第三增益模式下复位第二像素的存储区域，并量化得到第三复位信号；

2-3)在第四增益模式下复位第二像素的存储区域，并量化得到第四复位信号；

2-4)在第四增益模式下传输第二光电转换部对应的电荷，并量化得到第四图像信号；

1-4)在第三增益模式下传输第二光电转换部对应的电荷，并量化得到第三图像信号；

其中，基于第三增益模式下的第三复位信号和第三图像信号以及第四增益模式下的第四复位信号和第四图像信号，得到第二像素对应的实际像素数据信号。该示例中，相当于第二复位采样信号包括第三复位信号和第四复位信号，即，在两种增益(第三增益模式HCG、第四增益模式LCG)下获取第二光电转换部PD2对应的复位信号；另外，相当于第二图像采样信号包括第三图像信号和第四图像信号，即，在两种增益(第三增益模式HCG、第四增益模式LCG)下获取第二光电转换部PD2对应的图像信号；从而可以生成不同增益下的差值信号。另外，需要说明的，上述需要四个步骤并不代表本实用新型所有保护的信号获取的顺序，本领域技术人员可以依据实际对上述各信号获取的顺序进行改变，上述仅给出一种示例。

其中，可以基于高增益模式下第三复位信号和第三图像信号的差得到第三像素数据差值信号，实现相关双采样CDS，即，先获取第三复位信号再获取第三图像信号；以及，基于低增益模式下的第四复位信号和第四图像信号的差得到第四像素数据差值信号，实现相关双采样CDS，即，先获取第四复位信号再获取第四图像信号。

参见图8所示，提供一种针对第二像素的信号读出量化时序图，包括依次进行LCG读出电路复位LCG AZ、LCG模式(第四增益模式)复位信号量化LCG rst、HCG读出电路复位HCG AZ、HCG模式(第三增益模式)复位信号量化HCG rst、HCG下读出PD电子、HCG模式(第三增益模式)图像信号量化HCG sig、LCG下读出PD电子、LCG模式(第四增益模式)图像信号量化LCG sig。其中，第二像素对应的第二复位晶体管、第二增益控制晶体管、第二电荷传输部、第二像素选择晶体管分别表示为LPD_RST、LPD_DCG、LPD_TX、LPD_RS，Count_en代表计数器使能对对应的信号进行量化，RAMP代表输入量化电路的斜坡信号、CPM_AZ0和CPM_AZ1分别代表LCG读出电路和HCG读出电路的清零复位信号。其中，该示例中，各个晶体管采用NMOS管，高电平代表导通信号，低电平代表关断信号。

实施例二：

如图5所示，本实施例二提供另外一种像素结构、图像传感器、电子设备及对应的图像传感器控制方法，本实施例二与实施例一主要不同在于信号输出部的配置。下面将对本实施例二与实施例一的主要不同之处进行说明，与实施例一类似的像素电路连接、像素结构版图布置及图像传感器的控制和时序等可参见实施例一及对应的图2-4和图6-12，在此不再赘述。

在一示例中，本实施例二提供的像素单元第一光电转换部PD3、第一电荷传输部TX3、第二光电转换部PD4、第二电荷传输部TX4以及信号输出电路；

另外，像素单元还包括：共享复位部，第一端耦接至第二浮动扩散区及第一浮动扩散区，第二端耦接至第一共用电压端；信号输出电路包括：共享信号输出电路，共享信号输出电路耦接至第二浮动扩散区及第一浮动扩散区，并输出对应信号至共用信号输出线BIT。

该实施例中，像素单元包括共享复位部，信号输出电路包括共享信号输出电路，基于上述设计，可以采用一套信号输出电路实现输出第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2所积累的电荷，从而可以减少晶体管的数量，优化晶体管布局及性能，提升图像传感器性能。

在一具体示例中，共享复位部包括复位晶体管RST3，复位晶体管RST3的源极端分别耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，复位晶体管RST3的漏极端耦接至第一共用电压端，且增益调制部耦接至第一浮动扩散区与复位晶体管RST3的源极端之间；

共享信号输出电路包括源跟随晶体管SF3，源跟随晶体管SF3的栅极端分别耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，源跟随晶体管SF3的漏极端耦接至第二共用电压端，源跟随晶体管SF3的源极端耦接至共用信号输出线BIT。

进一步示例中，信号输出电路还包括：像素选择晶体管SEL3，像素选择晶体管SEL3的漏极端耦接至源跟随晶体管SF3的源极端，源极端耦接至共用信号输出线BIT。

在一示例中，增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端耦接至增益调节节点，共享复位部耦接至增益调节节点与第一共用电压端之间，其中，增益调制部的电容并联至第一浮动扩散区且依次经由增益调节节点和第二浮动扩散区耦接至共享信号输出电路，且增益调制部的电容的第一极板耦接至增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在第一光电转换部的曝光阶段及电荷转移阶段配置为不同的电压。

在一示例中，像素单元还包括开关控制部，耦接至增益调制部与增益调节节点之间。在一示例中，开关控制部为一开关晶体管SW，如，可以采用NMOS管。

在一示例中，像素单元还包括第二增益控制晶体管DCG4及第二电荷存储部(图中显示为电容C2)，其中，第二增益控制晶体管DCG4的第一端耦接至第二浮动扩散区，第二端耦接至对应的复位部(如复位晶体管RST3)，第二电荷存储部的第一端耦接至第二增益晶体管DCG4的第二端，第二电荷存储部的第二端耦接至参考电压。

需要说明的是，该实施例中的像素结构的版图布局设计中，同样可以对应参考实施例一中的设计，例如，当具有第一子像素部、第二子像素部、第三子像素部以及第四子像素部时，第一光电转换部对应的第一像素晶体管以及第二光电转换部对应的第二像素晶体管可以是二者对应共享的晶体管，例如，包括复位晶体管RST3、源跟随晶体管SF3、像素选择晶体管SEL3，还可以进一步包括开关晶体管SW，当然，还可以包括第二增益控制晶体管DCG4，对应于该实施例，上述晶体管可以依据实际需求布置在第二子像素部和第四子像素部的区域当中，具体晶体管在两个区域的分配布置均可依据实际需求设计。

如上所述，本实用新型的像素结构、图像传感器、电子设备，具有以下有益效果：本实用新型采用具有不同灵敏度的第一光电转换部和第二光电转换部，第一光电转换部的灵敏度低(如小面积)，主要用于获取高亮信息，第二光电转换部的灵敏度高(如大面积)，主要用于获取弱光信息，实现图像传感器兼容高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围。本实用新型对对应第一光电转换部的第一像素引入增益调制部，可以对电荷存储区域的电容进行调制，可以基于不同的电容在不同的操作中获取第一光电转换部对应的信号，可以进一步提高动态范围，基于本实用新型的设计与控制，可以对第一光电转换部进行相关双采样的读取控制，从而可以提高图像实际像素数据的信噪比，扩大执行相关双采样的照度区间，提高图像质量。本实用新型通过对像素结构的布局及设计，可以有效减少信号噪声，提高读出精度，可以减少大面积的第二光电转换部的电子向相邻的像素单元中的小面积的第一光电转换部的泄漏，可以兼容实现两种光电转换部的不同增益下采样及相关双采样，整体提高图像传感器的性能。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (25)

1.一种像素结构，其特征在于：包括呈阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：

第一光电转换部；

第一电荷传输部，耦接至所述第一光电转换部与第一浮动扩散区之间，配置为将所述

第一光电转换部累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；

第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度大于所述第一光电转换部的灵敏度；

第二电荷传输部，耦接至所述第二光电转换部与第二浮动扩散区之间，配置为将所述第二光电转换部累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；

增益调制部，耦接至所述第一浮动扩散区，配置为调节所述第一浮动扩散区的电容，以基于不同电容在不同操作中获取所述第一光电转换部对应的信号；

信号输出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以输出对应的转换信号。

2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述增益调制部包括第一增益控制晶体管及第一电荷存储部，其中，所述第一增益控制晶体管耦接在所述第一浮动扩散区与增益调节节点之间，所述第一电荷存储部耦接在所述增益调节节点与存储控制电压之间。

3.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于：所述第一电荷存储部设置于器件互连结构及沟槽隔离结构中的至少一者中；和/或，所述第一电荷存储部耦接的所述存储控制电压为可变电压；和/或，所述第一电荷存储部包括MIM电容、MOM电容、MOSCAP电容中的至少一种；和/或，所述第一电荷存储部的容量大于20fF。

4.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：

所述像素单元还包括：

第一复位部，耦接至所述第一浮动扩散区与第一电压端之间；

第二复位部，耦接至所述第二浮动扩散区与第二电压端之间；

所述信号输出电路包括：

第一信号输出部，耦接至所述第一浮动扩散区，并输出对应信号至第一信号输出线；

第二信号输出部，耦接至所述第二浮动扩散区，并输出对应信号至第二信号输出线。

5.根据权利要求4所述的像素结构，其特征在于：所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端作耦接至增益调节节点，所述第一复位部耦接至所述增益调节节点与所述第一电压端之间，其中，所述增益调制部的电容并联至所述第一浮动扩散区，且所述增益调制部的电容的第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压；和/或，所述第一电压端和第二电压端采用同一电压输入端或采用不同的电压输入端；和/或，所述第一信号输出线和第二信号输出线采用同一输出线或采用不同的输出线，以分别实现信号的串行或并行输出。

6.根据权利要求4所述的像素结构，其特征在于：

所述第一复位部包括第一复位晶体管，所述第一复位晶体管的源极端耦接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至所述第一电压端；

所述第一信号输出部包括第一源跟随晶体管，所述第一源跟随晶体管的栅极端连接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至第三电压端，源极端耦接至所述第一信号输出线；

所述第二复位部包括第二复位晶体管，所述第二复位晶体管的源极端耦接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至所述第二电压端；

所述第二信号输出部包括第二源跟随晶体管，所述第二源跟随晶体管的栅极端连接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至第四电压端，源极端耦接至所述第二信号输出线；

所述信号输出电路还包括：

第一像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第一源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第一信号输出线；以及，第二像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第二源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第二信号输出线。

7.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：

所述像素单元还包括：

共享复位部，所述共享复位部的第一端耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，第二端耦接至第一共用电压端；

所述信号输出电路包括：

共享信号输出电路，所述共享信号输出电路耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，并输出对应的信号至共用信号输出线。

8.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于：所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端耦接至增益调节节点，所述共享复位部耦接至所述增益调节节点与所述第一共用电压端之间，其中，所述增益调制部的电容并联至所述第一浮动扩散区且依次经由所述增益调节节点和所述第二浮动扩散区耦接至所述共享信号输出电路，且所述增益调制部的电容的第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压；和/或，所述像素单元还包括开关控制部，耦接至所述增益调制部与增益调节节点之间。

9.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于：

所述共享复位部包括复位晶体管，所述复位晶体管的源极端分别耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，所述复位晶体管的漏极端耦接至所述第一共用电压端，且所述增益调制部耦接至所述第一浮动扩散区与所述复位晶体管的源极端之间；

所述共享信号输出电路包括源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极端分别耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，所述源跟随晶体管的漏极端耦接至第二共用电压端，所述源跟随晶体管的源极端耦接至所述共用信号输出线；

所述信号输出电路还包括：

像素选择晶体管，所述像素选择晶体管的漏极端耦接至所述源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述共用信号输出线。

10.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括第二增益控制晶体管及第二电荷存储部，其中，所述第二增益控制晶体管的第一端耦接至所述第二浮动扩散区，第二端耦接至对应的复位部，所述第二电荷存储部的第一端耦接至所述第二增益晶体管的第二端，所述第二电荷存储部的第二端耦接至参考电压。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的像素结构，其特征在于：所述像素结构还包括至少设置在所述第一光电转换部与入射光之间的减透层；和/或，所述第二光电转换部的面积大于所述第一光电转换部的面积；和/或，同一所述像素单元中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部上对应设有相同颜色的滤色器；和/或，同一所述像素单元中，所述第一光电转换部对应第一透镜，所述第二光电转换部对应第二透镜。

12.一种像素结构，其特征在于：所述像素结构包括呈阵列排布的多个像素单元，其中：

所述像素单元包括：

第一光电转换部及第二光电转换部；

第一电荷传输部，耦接至所述第一光电转换部与第一浮动扩散区之间，配置为将所述

第一光电转换部累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；

第二电荷传输部，耦接至所述第二光电转换部与第二浮动扩散区之间，配置为将所述

第二光电转换部累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；

信号输出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以输出对应的转换信号；

其中，多个呈阵列排布的所述像素单元构成像素阵列，且每一所述像素单元包括至少一个与所述第一光电转换部对应的第一像素和至少一个与所述第二光电转换部对应的第二像素，多个所述第一像素呈阵列排布并构成若干个第一像素行，多个所述第二像素呈阵列排布并构成若干个第二像素行，且所述第一像素行与所述第二像素行交替排布。

13.根据权利要求12所述的像素结构，其特征在于：所述第二光电转换部的灵敏度大于所述第一光电转换部的灵敏度；且所述像素结构还包括：

增益调制部，耦接至所述第一浮动扩散区，配置为调节所述第一浮动扩散区的电容，以基于不同电容在不同操作中获取所述第一光电转换部对应的信号。

14.根据权利要求12所述的像素结构，其特征在于：所述第一像素包括沿第一方向排布的第一子像素部和第二子像素部，所述第二像素包括沿第一方向排布的第三子像素部和第四子像素部，其中，所述第一子像素部包括所述第一光电转换部及所述第一电荷传输部，所述第二子像素部包括与所述第一光电转换部和所述第一电荷传输部对应的第一像素晶体管，所述第三子像素部包括所述第二光电转换部及所述第二电荷传输部，所述第四子像素部包括与所述第二光电转换部和所述第二电荷传输部对应的第二像素晶体管。

15.根据权利要求14所述的像素结构，其特征在于：所述第一子像素部与所述第四子像素部中心沿第二方向排列且尺寸沿第一方向一致，所述第二子像素部与所述第三子像素部中心沿第二方向排列且尺寸沿第一方向一致；和/或，所述第一光电转换部设置于四个阵列排布的所述第二光电转换部的中心位置，且所述第二光电转换部设置于四个阵列排布的所述第一光电转换部的中心位置；和/或，沿第一方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换部与所述第二光电转换部之间的第一间距等于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换部与所述第二光电转换部之间的第二间距；和/或，沿第二方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换部与所述第二光电转换部之间的第三间距大于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换部与所述第二光电转换部之间的第四间距；和/或，沿第二方向上，所述第一像素晶体管排布于相邻两个所述第二光电转换部之间，所述第二像素晶体管排布于相邻两个所述第一光电转换部之间，第二方向与所述第一方向之间具有夹角。

16.根据权利要求14所述的像素结构，其特征在于：

所述第二子像素部包括第一浮动扩散区、第一复位晶体管、第一源跟随晶体管、第一像素选择晶体管以及增益调制部的第一增益控制晶体管；

所述第四子像素部包括第二浮动扩散区、第二复位晶体管、第二源跟随晶体管、第二像素选择晶体管以及第二增益控制晶体管。

17.根据权利要求16所述的像素结构，其特征在于：

所述第一增益控制晶体管与所述第一复位晶体管沿行方向排布形成第一晶体管行，所述第一源跟随晶体管和所述第一像素选择晶体管沿行方向排布形成第二晶体管行，且所述第一晶体管行与所述第二晶体管行沿列方向排布；和/或，

所述第二增益控制晶体管与所述第二复位晶体管沿列方向排布形成第一晶体管列，所述第二源跟随晶体管和所述第二像素选择晶体管沿列方向排布形成第二晶体管列，所述第一晶体管列与所述第二晶体管列沿行方向排布，且所述第一晶体管列相对于所述第二晶体管列靠近对应所述像素单元的所述第二光电转换部排列。

18.根据权利要求17所述的像素结构，其特征在于：相邻所述第一像素和所述第二像素中，选择所述第一源跟随晶体管和所述第一像素选择晶体管靠近侧的所述第二像素与对应的所述第一像素构成一个所述像素单元，且同一所述像素单元中，所述第一像素的所述第一源跟随晶体管和所述第一像素选择晶体管与所述第二像素的所述第二光电转换部临近；和/或，相邻所述第一像素和所述第二像素中，选择在第一方向上的投影距离最短的所述第一像素选择晶体管和所述第二像素选择晶体管所对应的所述第一像素和所述第二像素构成一个所述像素单元，同一所述像素单元中，所述第二像素的第二源跟随晶体管与所述第一像素之间的间距小于所述第二像素的第二像素选择晶体管与所述第一像素之间的间距。

19.根据权利要求14所述的像素结构，其特征在于：所述第一电荷传输部设置于对应的所述第一光电转换部的角部并与所述第一方向呈第一角度设置，所述第二电荷传输部设置于对应的所述第二光电转换部的角部并与所述第一方向呈第二角度设置。

20.根据权利要求19所述的像素结构，其特征在于：所述第一电荷传输部相对于对应的所述第一光电转换部的布置位置与所述第二电荷传输部相对于对应的所述第二光电转换部的布置位置一致；和/或，所述第一角度与所述第二角度的大小相同；和/或，所述第一光电转换部的形状包括六边形，所述第二光电转换部的形状包括四边形。

21.根据权利要求14所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括衬底接触，所述衬底接触设置在所述第一光电转换部远离所述第二子像素部的一侧。

22.根据权利要求12-21中任一项所述的像素结构，其特征在于：所述像素结构还包括至少设置在所述第一光电转换部与入射光之间的减透层；和/或，所述第二光电转换部的面积大于所述第一光电转换部的面积；和/或，同一所述像素单元中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部上对应设有相同颜色的滤色器；和/或，同一所述像素单元中，所述第一光电转换部对应第一透镜，所述第二光电转换部对应第二透镜。

23.一种图像传感器，其特征在于：包括如权利要求1-22中任一项所述的像素结构，所述图像传感器还包括***电路，至少用于接收信号输出电路输出的信号并对其进行处理。

24.根据权利要求23所述的图像传感器，其特征在于：所述图像传感器包括堆叠设置的第一芯片和第二芯片，所述第一芯片包括第一光电转换部和第二光电转换部，所述第二芯片包括与第一光电转换部和第二光电转换部对应的***电路和/或信号处理部。

25.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求23-24中任一项所述的图像传感器。

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