CN111741242A - 图像传感器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开公开了图像传感器及其操作方法，其中，所述图像传感器包括像素阵列，其中所述像素阵列包括第一单位像素以及相同滤色器，其中第一单位像素包括沿列方向相邻的第一感测像素和沿列方向相邻的第二感测像素，第一感测像素和第二感测像素沿行方向相邻，其中所述相同滤色器与第一感测像素和第二感测像素重叠。第一感测像素共享第一浮置扩散节点。第二感测像素共享第二浮置扩散节点。

Description

图像传感器及其操作方法
相关申请的交叉引用
在2019年3月25日在韩国知识产权局提交的题为“图像传感器及其操作方法”的韩国专利申请第10-2019-0033727号通过引用整体并入本文。
技术领域
实施例涉及图像传感器，并且更具体地，涉及包括共享浮置扩散节点的感测像素和共享微透镜的相位检测像素的图像传感器。
背景技术
图像传感器捕获对象的二维图像或三维图像。图像传感器通过使用响应于从对象反射的光的强度的光电转换设备来生成对象的图像。随着互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)技术的发展，使用CMOS的CMOS图像传感器得到了广泛使用。
发明内容
根据一个或多个实施例，图像传感器包括像素阵列，其中所述像素阵列包括第一单位像素以及相同滤色器(same color filter)，其中第一单位像素包括沿列方向相邻的第一感测像素和沿列方向相邻的第二感测像素，第一感测像素和第二感测像素沿行方向相邻，并且所述相同滤色器与第一感测像素和第二感测像素重叠。第一感测像素共享第一浮置扩散节点。第二感测像素共享第二浮置扩散节点。
根据一个或多个实施例，图像传感器包括：输出像素信号的像素阵列，所述像素阵列包括多个感测像素和多个相位检测像素；被配置为基于指示一般拍摄模式或高动态范围(high dynamic range，HDR)拍摄模式的操作模式信息输出控制信号的定时控制器；以及被配置为基于控制信号和像素信号输出像素数据的读取电路，其中多个感测像素中的一些可以共享一个浮置扩散节点，并且通过一个列线输出像素信号。
根据一个或多个实施例，图像传感器的操作方法包括：由多个感测像素通过共享的浮置扩散节点顺序输出像素信号；接收指示一般拍摄模式或高动态范围(HDR)拍摄模式的操作模式信息；当操作模式信息指示一般拍摄模式时，对像素信号执行模拟合并(binning)操作；以及当操作模式信息指示HDR拍摄模式时，对像素信号执行重构操作和动态范围压缩(dynamic range compression，DRC)操作中的至少一个。
附图说明
通过参考附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得清楚，其中：
图1示出了根据实施例的图像拍摄装置；
图2示出了根据实施例的图像传感器；
图3示出了根据实施例的像素阵列；
图4示出了根据实施例的单位像素组；
图5A至5D示出了根据实施例的单位像素组，所述单位像素组包括在高动态范围(HDR)拍摄模式下具有各种曝光时间段的多个感测像素；
图6A示出了根据实施例的包括多个感测像素的感测像素组的电路图；
图6B是施加到图6A所示的感测像素组的信号的波形图；
图7示出了根据实施例的图像传感器的操作方法的流程图；
图8示出了根据实施例的一般拍摄模式下的图像处理操作；
图9示出了根据实施例的一般拍摄模式下的图像处理操作；
图10示出了根据实施例的高动态范围(HDR)拍摄模式下的图像处理操作；
图11示出了根据实施例的在HDR拍摄模式下的图像处理操作；
图12示出了根据实施例的相位检测像素组的结构的截面图；
图13A至图13D示出了根据实施例的相位检测像素组和微透镜的示图，其中在所述相位检测像素组中包括多个相位检测像素；并且
图14示出了根据实施例的图像处理系统。
具体实施方式
图1示出了根据实施例的图像拍摄装置1000。参考图1，图像拍摄装置1000可以包括拍摄单元1100、图像传感器100和处理器1200。图像拍摄装置1000可以通过拍摄对象S来获取图像数据，并且可以执行自动聚焦功能。
图像拍摄装置1000的所有操作可以由处理器1200控制。处理器1200可以向透镜驱动器1120、定时控制器120等提供用于每个组件的操作的控制信号和/或信息。例如，处理器1200可以向定时控制器120提供指示一般拍摄模式或高动态范围(HDR)拍摄模式的操作模式信息INFO_MD。
拍摄单元1100可以包括透镜1110和透镜驱动器1120。透镜1110可以包括至少一个透镜。此外，拍摄单元1100可以进一步包括光圈(aperture)和光圈驱动单元。
透镜驱动器1120可以与处理器1200交换关于聚焦检测的信息，并且可以响应于由处理器1200提供的控制信号来调整透镜1110的位置。透镜驱动器1120可以在对象S和透镜1110之间的距离增大或减小的方向上驱动透镜1110，以调整透镜1110和对象S之间的距离。根据透镜1110的位置，对象S可以是聚焦的或离焦(out of focus)的。
图像拍摄装置1000可以执行相位检测自动聚焦(phase detection autofocusing，PDAF)。例如，当透镜1110和对象S之间的距离相对较短时，透镜1110可能在对象S的聚焦位置(in-focus position)之外，并且由图像传感器100捕获的图像之间可能出现相位差。响应于从处理器1200提供的控制信号，透镜驱动器1120可以在对象S和透镜1110之间的距离增加的方向上移动透镜1110。
可替换地，当透镜1110和对象S之间的距离相对较长时，透镜1110可能离焦，并且由图像传感器100捕获的图像之间可能出现相位差。响应于从处理器1200提供的控制信号，透镜驱动器1120可以在对象S和透镜1110之间的距离减小的方向上移动透镜1110。
图像传感器100可以将入射到图像传感器100上的光转换成图像数据。图像传感器100可以包括像素阵列110、定时控制器120和图像信号处理器130。通过透镜1110传输的光信号可以到达像素阵列110的光接收表面，并确定对象S的图像。
像素阵列110可以是将光信号转换成电信号的互补金属氧化物半导体图像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor，CIS)。像素阵列110的曝光时间段和灵敏度可以由定时控制器120来调整。像素阵列110可以包括多个感测像素和多个相位检测像素。感测像素可以操作来输出对象S的图像数据，并且相位检测像素中的每一个可以检测对象S的图像数据之间的相位差，并操作来移动透镜1110。稍后将描述关于感测像素和相位检测像素的具体实施例。
处理器1200可以从图像信号处理器130接收图像数据，对所述图像数据执行各种图像后处理(image after-processing)操作，并执行相位差计算。
例如，处理器1200可以执行图像后处理操作，以针对从感测像素接收的图像数据调整一个或多个图像参数，例如明度(brightness)、光影(light and shadow)、伽马、亮度(luminance)等。图像后处理操作可以包括用于提高图像质量的各种操作，例如降噪、伽马校正、滤色器阵列插值、颜色矩阵、颜色校正、颜色增强等。接下来，处理器1200可以执行图像压缩操作以生成图像文件，并且还可以通过使用所述图像文件来恢复图像数据。
作为另一示例，处理器1200可以对从相位检测像素接收的图像数据执行相位差计算。处理器1200可以根据相位差计算的结果来获得聚焦的位置、聚焦的方向、对象S和图像传感器100之间的距离等。处理器1200可以基于相位差计算的结果，向透镜驱动器1120输出控制信号，以便移动透镜1110的位置。
根据实施例，图像拍摄装置1000可以被包括在各种电子设备中。例如，图像拍摄装置1000可以被安装在诸如相机、智能电话、可穿戴设备、物联网(Internet of Things，IoT)设备、平板个人计算机(personal computer，PC)、笔记本PC、个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)、便携式多媒体播放器(portable multimedia player，PMP)、导航设备和显示设备的电子设备中。此外，图像拍摄装置1000可以被安装在作为车辆、家具、制造设备、门、各种测量设备等中的组件而被提供的电子设备中。
图2示出了根据实施例的图像传感器100。根据图2，图像传感器100可以包括像素阵列110、定时控制器120、图像信号处理器130、行驱动器140和读取电路150。
像素阵列110可以包括布置在矩阵中的多个子像素，并且所述多个子像素可以包括多个感测像素SPX和多个相位检测像素PPX。例如，子像素可以是感测像素SPX，并且作为另一示例，子像素可以是相位检测像素PPX。所述多个子像素每个可以包括光感测器件，例如光电二极管。光感测器件可以根据从外部入射的光生成光电荷。所述多个像素可以将光电荷转换成电压或电流信号，以通过多条列线CL1至CLn将所述电压或电流信号作为像素信号SIG_PX输出。
像素信号SIG_PX可以包括从感测像素SPX输出的图像信号和从相位检测像素PPX输出的相位信号。例如，所述多个感测像素SPX可以输出与图1的对象S相对应的图像信号作为像素信号SIG_PX，并且作为另一示例，所述多个相位检测像素PPX可以生成用于计算通过拍摄对象S而生成的图像之间的相位差的相位信号。
根据实施例，像素阵列110可以包括多个感测像素组SPXG。所述多个感测像素组SPXG可以被布置成在行方向上彼此相邻。被包括在感测像素组SPXG中的多个感测像素(例如，SPX1至SPX3)可以共享一个浮置扩散节点(例如，图6A所示的浮置扩散节点FD)。所述多个感测像素可以通过扩展的列线输出像素信号SIG_PX。在这种情况下，被包括在感测像素组SPXG中的多个感测像素SPX可以包括具有相同颜色的滤色器。被包括在相同列中的感测像素SPX可以以行为单位输出像素信号SIG_PX。例如，在被包括在感测像素组SPXG中的所述多个感测像素SPX当中，布置在第一行中的第一感测像素SPX1、布置在第二行中的第二感测像素SPX2和布置在第三行中的第三感测像素SPX3可以分别顺序输出像素信号SIG_PX。通过使用从所述多个感测像素SPX输出的像素信号SIG_PX，可以在低照明(illumination)水平下获得高质量图像。
根据实施例，被包括在相位检测像素组PPXG中的多个相位检测像素(例如，PPX1和PPX2)可以包括一个相同的微透镜(例如，图12的微透镜ML)。相位检测像素PPX可以通过共享微透镜来针对像素阵列110的每个单位面积增加像素的数量。在这种情况下，被包括在相位检测像素组PPXG中的所述多个相位检测像素PPX可以包括具有相同颜色的滤色器，因为相同波长带中的光被用于相位差计算。
定时控制器120可以通过向行驱动器140提供定时控制信号TC来控制行驱动器140，以使像素阵列110通过吸收光来累积电荷，临时存储累积的电荷，并且根据存储的电荷向像素阵列110的外部区域输出电信号。
根据实施例，定时控制器120可以参考操作模式信息INFO_MD来控制感测像素SPX或相位检测像素PPX的曝光时间段。例如，操作模式信息INFO_MD可以指示一般拍摄模式或HDR拍摄模式。
例如，定时控制器120可以基于指示一般拍摄模式的操作模式信息INFO_MD，来向行驱动器140传输定时控制信号TC，使得第一行中的第一感测像素SPX1、第二行中的第二感测像素SPX2和第三行中的第三感测像素SPX3具有相同的曝光时间段。作为另一示例，定时控制器120可以基于指示HDR拍摄模式的操作模式信息INFO_MD，来向行驱动器140传输定时控制信号TC，使得第一行中的感测像素SPX1、第二行中的感测像素SPX2和第三行中的感测像素SPX3具有不同的曝光时间段。
根据实施例，定时控制器120可以参考操作模式信息INFO_MD来控制图像信号处理器130和读取电路150中的至少一个。
例如，定时控制器120可以基于指示一般拍摄模式的操作模式信息INFO_MD，来控制读取电路150和图像信号处理器130执行模拟合并和数字合并。模拟合并可以指合并从共享浮置扩散节点FD的感测像素(例如，第一感测像素SPX1、第二感测像素SPX2和第三感测像素SPX3)输出的像素信号SIG_PX的操作。数字合并可以指合并被模拟合并的像素数据PDTA的操作。将参考图7至图9详细描述模拟合并和数字合并。
作为另一示例，定时控制器120可以基于指示HDR拍摄模式的操作模式信息INFO_MD，来控制图像信号处理器130执行重构操作和动态范围压缩(DRC)操作。将参考图7和图10至图11详细描述图像信号处理器130的控制。
行驱动器140可以生成信号(例如，复位控制信号RS、传输控制信号TX、选择信号SEL等)来控制像素阵列110，并将所述信号提供给像素阵列110中的所述多个子像素。行驱动器140可以为所述多个感测像素SPX和所述多个相位检测像素PPX确定复位控制信号RS、传输控制信号TX和选择信号SELS的激活(activation)定时和停用(deactivation)定时。
读取电路150可以执行模拟合并操作和相关双采样操作。读取电路150可以将作为相关双采样操作的结果的像素数据PDTA输出到图像信号处理器130或处理器1200。将参考图8详细描述读取电路150的输出。
图像信号处理器130可以对像素数据PDTA执行各种信号处理操作。图像信号处理器130可以执行数字合并操作、降噪处理、增益调整、波形标准化处理、插值处理、白平衡处理、伽马处理、边缘强调处理等。此外，图像信号处理器130在执行PDAF时，可以通过向处理器1200输出相位检测像素的相位信息来使处理器1200执行相位差计算。在实施例中，图像信号处理器130可以设置在位于图像传感器100外部的通用图像处理器(例如，处理器1200(见图1))中。
图3是根据实施例的像素阵列110的示图。图4是根据实施例的单位像素组UPX的示图。图4是图3所示的单位像素组UPXG的放大图。
参考图3，像素阵列110可以包括多个单位像素组UPXG，并且单位像素组UPXG可以包括多个单位像素UPX。参考图4，单位像素UPX可以包括多个子像素，所述多个子像素包括彼此相同的滤色器。例如，子像素可以是感测像素SPX或相位感测像素PPX。
根据实施例，单位像素组UPXG可以包括一起形成拜耳(Bayer)图案的红色单位像素、蓝色单位像素和绿色单位像素。换句话说，单位像素组UPXG可以被形成为RGBG拜耳图案(也称为RGB拜耳图案)。在实施方式中，单位像素组UPXG可以包括各种图案，例如，红色、绿色、蓝色、白色(red，green，blue，white，RGBW)图案，青色、黄色、绿色、品红色(cyan，yellow，green，magenta，CYGM)图案，红色、绿色、蓝色、翠绿(red，green，blue，emerald，RGBE)图案，青色、品红色、黄色、白色(cyan，magenta，yellow，white，CMYW)图案等。
参考图3和图4，感测像素组SPXG可以包括布置在矩阵(例如，M*N矩阵(N和M分别是自然数))中的多个感测像素SPX。在列方向上彼此相邻的所述多个感测像素SPX可以共享浮置扩散节点FD。例如，一个单位像素UPX可以包括共享N个浮置扩散节点FD的M行和N列的感测像素SPX。例如，布置在相同列中的感测像素SPX可以共享相同的浮置扩散节点FD。为了方便起见，在图4中，仅绿色感测像素被示为共享浮置扩散节点FD，但是可以同样应用于红色感测像素和蓝色感测像素。
图5A至图5D是根据实施例的单位像素组的示图，所述单位像素组包括在HDR拍摄模式下具有各种曝光时间段的多个感测像素。
参考图5A至图5D，单位像素UPX可以包括多个感测像素L、M和S。例如，单位像素UPX可以包括布置在M*N矩阵(例如3*3矩阵)中的多个感测像素SPX。
根据实施例，在HDR拍摄模式中，被包括在所述多个感测像素SPX中的光感测器件可以具有不同的曝光时间段。例如，第一感测像素L可以包括曝光达第一时间段的光感测器件，第二感测像素M可以包括曝光达第二时间段的光感测器件，第三感测像素S可以包括曝光达第三时间段的光感测器件。这里，第一时间段可以比第二时间段更长，并且第二时间段可以比第三时间段更长，例如长、中、短时间段。
参考图5A，单位像素组UPXG可以包括具有相同曝光时间段的第一单位像素UPX1、第二单位像素UPX2、第三单位像素UPX3和第四单位像素UPX4。对于第一单位像素UPX1中的每一列，第一单位像素UPX1可以包括第一感测像素组SPXG1、第二感测像素组SPXG2和第三感测像素组SPXG3。每个感测像素组SPXG可以在一列中包括多个感测像素SPX，并且彼此相邻的感测像素可以具有不同的曝光时间段。
第一感测像素组SPXG1可以包括以第二感测像素M、第三感测像素S和第一感测像素L的次序在列方向上顺序布置的感测像素L、S、M。对于每一列，感测像素组SPXG2可以顺序包括第一感测像素L、第二感测像素M和第三感测像素S。第三感测像素组SPXG3可以顺序包括第三感测像素S、第一感测像素L和第二感测像素M。
参考图5B，第一单位像素UPX1至第四单位像素UPX4中的一些可以具有不同的曝光时间段图案。例如，位于相同列的单位像素UPX可以具有相同的曝光时间段图案，位于相同行的单位像素UPX可以具有不同的曝光时间段图案。例如，第一单位像素UPX1和第三单位像素UPX3可以具有相同的曝光时间段图案，第一单位像素UPX1和第二单位像素UPX2可以具有不同的曝光时间段图案，并且第二单位像素UPX2和第四单位像素UPX4可以具有相同的曝光时间段图案。
对于第四单位像素UPX4中的每一列，第四单位像素UPX4可以包括第四感测像素组SPXG4、第五感测像素组SPXG5和第六感测像素组SPXG6。第四感测像素组SPXG4可以包括以第三感测像素S、第一感测像素L和第二感测像素M的次序在列方向上顺序布置的感测像素L、S和M。对于每一列，感测像素组SPXG5可以顺序包括第一感测像素L、第二感测像素M和第三感测像素S。第六感测像素组SPXG6可以顺序包括第二感测像素M、第三感测像素S和第一感测像素L。
参考图5C，第一单位像素UPX1至第四单位像素UPX4中的一些可以具有不同的曝光时间段图案。例如，在对角线方向上彼此相邻的单位像素可以具有相同的曝光时间段图案。第一单位像素UPX1和第四单位像素UPX4可以具有相同的曝光时间段图案，第二单位像素UPX2和第三单位像素UPX3可以具有相同的曝光时间段图案。
参考图5A至图5C，每个单位像素UPX可以包括多个感测像素SPX，并且被包括在一个单位像素UPX中的每个感测像素可以包括不同于相邻感测像素的曝光时间段的曝光时间段。例如，对于第一单位像素UPX1，与位于中心的第二感测像素M相邻的像素是第一感测像素L或第三感测像素S。
参考图5D，单位像素组UPXG可以包括具有不同曝光时间段图案的第一单位像素UPX1至第四单位像素UPX4。第一单位像素UPX1至第四单位像素UPX4中的每一个可以包括：包括第一感测像素L的第一感测像素组SPXG1、包括第二感测像素M的第二感测像素组SPXG2和包括第三感测像素S的第三感测像素组SPXG3。此外，第一单位像素UPX1至第四单位像素UPX4可以在每列中包括多个感测像素SPX，其中所述感测像素SPX可以具有相同的曝光时间段。
图6A是根据实施例的其中包括多个感测像素的感测像素组的电路图。图6B是施加到图6A所示的感测像素组的信号的波形图形式。
参考图6A，感测像素组SPXG可以包括沿着列方向相邻的多个感测像素SPX1至SPX3。感测像素SPX可以包括光感测器件PD，并且行驱动器140可以在定时控制器120的控制下控制传输晶体管TX的操作。传输晶体管TX可以被导通以输出由光感测器件PD累积的光电荷。
例如，第一感测像素SPX1可以包括第一光感测器件PD11。第一感测像素SPX1还可以包括控制由第一光感测器件PD11累积的光电荷的输出的第一传输晶体管TX1。行驱动器140可以基于从定时控制器120传输的定时控制信号TC将第一传输信号TG1施加到第一传输晶体管TX1。例如，定时控制器120可以施加指示传输晶体管TX1导通的第一传输信号TG1。因此，第一光感测器件PD11可以向浮置扩散节点FD输出光电荷。同样，定时控制器120可以控制行驱动器140来控制第二传输晶体管TX2和第三传输晶体管TX3，以向相同的浮置扩散节点FD分别输出由第二光感测器件PD12和第三光感测器件PD13充电的光电荷。
定时控制器120可以导通选择晶体管SX，以将在浮置扩散节点FD中充电的光电荷作为像素信号SIG_PX输出到读取电路150。例如，定时控制器120可以向行驱动器140传输定时控制信号TC，以传输指示导通的选择信号SEL。因此，连接到列线COL的选择晶体管SX可以导通。在浮置扩散节点FD中累积的光电荷可以通过被施加到驱动晶体管DX的驱动电压VDD而放大，并且可以被转换成像素信号SIG_PX。也就是说，在浮置扩散节点FD中累积的光电荷可以被转换成像素信号SIG_PX，并且可以经由选择晶体管SX输出到读取电路150。
参考图6B，基于在第一曝光时间段T1、第二曝光时间段T2和第三曝光时间段T3中的每一个期间获得的光电荷，第一感测像素SPX1至第三感测像素SPX3可以在不同的时间点T4至T6输出像素信号SIG_PX。
在时间点Ta处，定时控制器120可以向复位晶体管RX传输逻辑高复位信号RS，以复位浮置扩散节点FD。在这种情况下，复位晶体管RX导通，并且具有与驱动电压VDD的电平相同的电平的电压可以被施加到浮置扩散节点FD。
在时间点Tb处，定时控制器120可以将逻辑高第一传输信号TG1复位到第一传输晶体管TX1的栅电极。因此，第一光感测器件PD11可以将由第一光感测器件PD11充电的光电荷完全放电到浮置扩散节点FD，并且第一光感测器件PD11可以处于复位状态。
在时间段T1中，第一光感测器件PD11可以获得光电荷。也就是说，第一感测像素SPX1可以具有与时间段T1一样长的曝光时间段。同样，第二感测像素SPX2可以具有与时间段T2一样长的曝光时间段，并且第三感测像素SPX3可以具有与时间段T3一样长的曝光时间段。
根据实施例，从第一光感测器件PD11、第二光感测器件PD12和第三光感测器件PD13输出的光电荷可以分别在不同的时间点(例如，时间点T4、时间点T5和时间点T6)处被传输到浮置扩散节点FD。接下来，第一感测像素SPX1至第三感测像素SPX3可以根据浮置扩散节点FD接收光电荷的次序来顺序输出像素信号SIG_PX。顺序输出的像素信号SIG_PX可以用于下面将要描述的模拟合并操作。
在时间段T4中，定时控制器120可以将第一传输信号TG1和选择信号SEL分别作为逻辑高信号输出，并且可以将复位信号作为逻辑低信号输出。响应于此，由被包括在第一感测像素SPX1中的第一光感测器件PD11在时间段T1充电的光电荷可以被传送到浮置扩散节点FD，被转换成像素信号SIG_PX，并且可以被输出。类似地，第二感测像素SPX2可以在时间段T2充电光电荷，并且在时间段T5内，第二感测像素SPX2可以将光电荷传送到浮置扩散节点FD，将光电荷转换成像素信号SIG_PX，并且输出像素信号SIG_PX。第三感测像素SPX3可以在时间段T3充电光电荷。在时间段T6中，第三感测像素SPX3可以将光电荷传送到浮置扩散节点FD，将光电荷转换成像素信号SIG_PX，并输出像素信号SIG_PX。
参考图6B，定时控制器120可以接收指示一般拍摄模式的操作模式信息INFO_MD，并且可以控制第一感测像素SPX1、第二感测像素SPX2和第三感测像素SPX3具有相同的曝光时间段。换句话说，定时控制器120可以控制行驱动器，使得在时间段T1、时间段T2和时间段T3中输出的传输信号TG基本上彼此相同。
参考图6B，定时控制器120可以接收指示HDR拍摄模式的操作模式信息INFO_MD，并且可以控制第一感测像素SPX1、第二感测像素SPX2和第三感测像素SPX3具有不同的曝光时间段。换句话说，定时控制器120可以控制行驱动器，使得在时间段T1、时间段T2和时间段T3中输出的传输信号TG彼此不同。
将参考图5A、图6A和图6B描述HDR拍摄模式下感测像素的操作。第二感测像素组SPXG2可以包括具有与第一时间段一样长的曝光时间段的第一感测像素L、具有与第二时间段一样长的曝光时间段的第二感测像素M、以及具有与第三时间段一样长的曝光时间段的第三感测像素S。第一时间段可以比第二时间段更长，并且第二时间段可以比第三时间段更长。在这种情况下，图5A所示的第一感测像素L、第二感测像素M和第三感测像素S可以分别与图6A所示的第一感测像素SPX1、第二感测像素SPX2和第三感测像素SPX3相对应。也就是说，具有最长曝光时间段的第一感测像素L可以获得针对时间段T1的光电荷，并且具有最短曝光时间段的第三感测像素S可以获得针对时间段T3的光电荷。
参考图6B，第一感测像素SPX1、第二感测像素SPX2和第三感测像素SPX3可以在不同的时间点处输出分别在光感测器件PD中获得的光电荷。例如，在时间段T4中，第一感测像素SPX1可以将光电荷从第一光感测器件PD11传输到浮置扩散节点FD，将光电荷转换成像素信号SIG_PX，并且通过列线COL输出像素信号SIG_PX。同样，第二感测像素SPX2可以在时间段T5中输出像素信号SIG_PX，并且第三感测像素SPX3可以在时间段T6中输出像素信号SIG_PX。
图7是根据实施例的图像传感器100的操作方法的流程图。
在步骤S310，可以从像素阵列110接收像素信号SIG_PX(S310)。例如，像素阵列110可以包括多个感测像素SPX，并且感测像素SPX中的至少一些可以共享浮置扩散节点FD。
在步骤S320，可以根据像素信号SIG_PX的拍摄模式来执行各种图像处理。定时控制器120可以基于指示一般拍摄模式或HDR拍摄模式的操作模式信息INFO_MD来控制图像传感器100。例如，在一般拍摄模式中，图像传感器100可以基于像素信号SIG_PX执行包括模拟合并操作和数字合并操作中的至少一个的合并操作。作为另一示例，在HDR拍摄模式中，图像传感器100可以基于像素信号SIG_PX执行重构操作和DRC操作中的至少一个。换句话说，从共享的浮置扩散节点顺序输出的像素信号可以被单独使用(一般拍摄模式)或被合成(HDR拍摄模式)。
在步骤S330，当图像传感器100处于一般拍摄模式时，图像传感器100可以确定是否执行合并操作。例如，定时控制器120可以向读取电路150传输包括关于是否执行合并操作的信息的控制信号RC。
在步骤S340，图像传感器100可以执行合并操作。例如，图像传感器100可以执行模拟合并操作。图像传感器100可以合并从共享相同的浮置扩散节点FD的感测像素SPX顺序输出的像素信号SIG_PX。在这种情况下，由于从感测像素SPX输出的电信号可以被加在一起，所以可以在低光线水平下获取明亮的图像。作为另一示例，图像传感器100可以执行数字合并操作。在这种情况下，图像传感器100可以基于被模拟合并的数据来执行数字合并操作。
在步骤S350，图像传感器100可以执行像素重排(remosaic)操作。例如，像素重排操作可以是相对于通过读取电路150量化的像素数据PDTA重新布置从每个感测像素SPX获得的数据的次序的操作。通过这样做，可以获得具有与感测像素SPX的数量相对应的分辨率的图像。
在步骤S360和S370，在HDR拍摄模式中，图像传感器100可以执行重构操作，并且对被执行了重构操作的数据执行DRC操作。
图8示出了根据实施例的一般拍摄模式下的图像处理操作。读取电路150可以包括合并确定器151、相关双采样器(correlated double sampler，CDS)152、模数转换器(analog-digital converter，ADC)153和缓冲器154。
合并确定器151可以接收从像素阵列110输出的像素信号SIG_PX，并且可以接收例如从所述多个感测像素SPX输出的像素信号SIG_PX。根据实施例，在一般拍摄模式下，定时控制器120可以控制合并确定器151执行模拟合并操作。
图9示出了根据实施例的一般拍摄模式下的图像处理操作。参考图9，合并确定器151可以对像素信号执行模拟合并操作21，以输出被模拟合并的数据22。合并确定器151可以合并从被包括在单位像素UPX中的多个感测像素SPX获取的像素信号SIG_PX。例如，合并确定器151可以对从共享浮置扩散节点FD的所述多个感测像素SPX获得的像素信号SIG_PX执行模拟合并操作。换句话说，可以对从布置在被包括在单位像素UPX中的相同列的感测像素SPX获得的像素信号SIG_PX执行合并。作为另一示例，合并确定器151可以对从共享浮置扩散节点FD并且布置在像素阵列110的相同列的第一感测像素SPX1(参见图6A)、第二感测像素SPX2(参见图6A)和第三感测像素SPX3(参见图6A)顺序输出的像素信号SIG_PX执行合并。
参考回图8，相关双采样器152可以采样并保存合并的数据。相关双采样器152可以对某噪声电平和根据生成的输出电压的电平执行双采样，并且可以输出与它们之间的间隙相对应的电平。此外，相关双采样器152可以接收由灯信号生成器生成的灯信号，比较所述灯信号，并输出比较的结果。模数转换器153可以将与从相关双采样器152接收的输出的电平相对应的模拟信号转换成数字信号。缓冲器154可以锁存所述数字信号，并且锁存的信号可以被顺序输出到图像信号处理器130或者图像传感器100的外部(例如，处理器1200)。
图像信号处理器130可以接收像素数据PDTA并执行数字合并操作。参考图8和图9，图像信号处理器130可以接收被执行了模拟合并的像素数据PDTA 22，并输出被数字合并的数据23。例如，图像信号处理器130可以将被包括在单位像素UPX中的每一个中的多条数据合并到一条数据中。作为另一示例，图像信号处理器130可以接收在行方向上被模拟合并的数据，并且可以在列方向上执行数字合并。在这种情况下，图像信号处理器130可以输出数据23，所述数据23具有从根据布置在像素阵列110中的像素的数量的分辨率被划分以匹配包括在单位像素UPX中的感测像素的数量的分辨率。
参考图8和图9，图像信号处理器130可以执行像素重排操作。图像信号处理器130可以重新排列从感测像素SPX获取的多条像素数据PDTA，以匹配拜耳图案。在这种情况下，定时控制器120可以控制合并确定器151不执行模拟合并操作。图像信号处理器130可以对来自读取电路150的像素数据PDTA执行像素重排操作，以输出具有与根据布置在像素阵列110中的像素的数量的分辨率相同的分辨率的数据24。也就是说，当执行像素重排操作时，图像传感器100可以输出高分辨率图像。
图10是根据实施例的HDR拍摄模式下的图像处理操作的流程图。参考图10，定时控制器120可以控制读取电路150基于像素信号SIG_PX输出像素数据PDTA。例如，在HDR拍摄模式中，定时控制器120可以控制合并确定器151不执行模拟合并操作。也就是说，合并确定器151可以将从像素阵列110接收的像素信号SIG_PX输出到相关双采样器152。上面参考图8和图9描述了读取电路150的后续操作，因此将不重复描述。
定时控制器120可以控制图像信号处理器130执行重构操作和动态范围压缩(DRC)操作。重构器131可以接收像素数据PDTA，重构从感测像素SPX获取的多条数据，以及合成所述多条数据。换句话说，重构器131可以接收具有不同曝光时间段的多条数据，并输出其中动态范围增加的图像数据。DRC单元132可以对从重构器131接收的图像数据执行压缩操作，而不损失动态范围。通过使用由DRC单元132执行的压缩功能，通用处理器(例如，处理器1200)可以用于图像后处理操作。
图11示出了根据实施例的在HDR拍摄模式下的图像处理操作。参考图11，图像信号处理器130可以通过对从读取电路150输出的像素数据25执行重构操作和DRC操作来获取图像数据26，而不损失分辨率和动态范围。图像信号处理器130可以通过重构具有各种曝光时间段的像素数据25来获取具有改善的动态范围的图像数据26。另外，通过执行DRC操作，图像数据26的动态范围损失和图像数据26可以被输出到图像传感器的外部区域(例如，处理器1200)。
根据实施例，可以基于在不同曝光时间段的基础上收集的多条像素数据25来获取图像数据26。例如，参考多条像素数据25，所述多条像素数据25可以包括设置为具有长曝光时间段L、中曝光时间段M和短曝光时间段S的多条像素数据。
根据实施例，图像数据26的分辨率可以低于像素数据25的分辨率。例如，图像信号处理器130可以执行重构操作，以将多条像素数据25当中的九个相同着色的像素重构为单个图像像素。
同时，由图像信号处理器130执行并参考图7至图10描述的操作也可以由处理器1200执行。例如，数字合并操作、像素重排操作、重构操作和DRC操作可以被替代地在通用图像处理器(例如，处理器1200)中执行，或者可以由通用图像处理器一起执行。
图12是根据实施例的相位检测像素组PPXG的结构的截面图。参考图12，相位检测像素组PPXG可以包括多个相位检测像素PPX。在图12中，为了便于解释，相位检测像素组PPXG包括两个相位检测像素PPX1和PPX2。如稍后将参考图13A至图13D描述的，相位检测像素组PPXG可以包括各种数量的相位检测像素PPX。
参考图12，相位检测像素PPX中的每一个可以包括光感测器件PD。此外，当光从微透镜ML入射到相位检测像素PPX上时，某波长带中的光可以通过滤色器CF入射到光感测器件PD上。光感测器件PD可以根据入射光输出电信号。例如，光感测器件PD可以向传输晶体管(例如，图6A所示的传输晶体管TX1)输出电信号。
根据示例实施例，所述多个相位检测像素PPX可以共享一个微透镜ML。例如，被包括在第一相位检测像素PPX1中的第一光感测器件PD1和被包括在第二相位检测像素PPX2中的第二光感测器件PD2可以从微透镜ML接收光。换句话说，第一相位检测像素PPX1和第二相位检测像素PPX2可以彼此相邻，并且微透镜ML可以覆盖第一相位检测像素PPX1和第二相位检测像素PPX2。
根据示例实施例，共享微透镜ML的相位检测像素PPX可以分别包括具有相同颜色的滤色器CF。例如，滤色器CF可以具有红色、蓝色、绿色或任何合适的波长。衬底SB可以被包括在光感测器件PD的外围区域中。
根据示例实施例，共享微透镜ML的相位检测像素PPX可以具有相同的曝光时间段。在执行PDAF操作时，除相位差之外的其他参数彼此相似或基本相同。
图13A至图13D是根据实施例的相位检测像素组和微透镜的示图，其中在所述相位检测像素组中包括多个相位检测像素。参考图13A至图13D，像素阵列110可以包括多个单位像素组UPXG，并且单位像素组UPXG可以包括多个单位像素UPX。例如，单位像素UPX可以包括感测像素SPX和相位检测像素PPX中的至少一个。作为另一示例，单位像素组UPXG可以被形成为使得所述多个单位像素UPX形成拜耳图案。
此外，微透镜ML覆盖单位像素组UPXG的至少一部分，并且包括微透镜ML的多个单位像素UPX可以彼此相邻。例如，包括微透镜ML的第一单位像素UPXa和第二单位像素UPXb可以彼此相邻布置。由于分别具有不同滤色器的第一单位像素UPXa和第二单位像素UPXb包括相位检测像素PPX，所以可以减少某颜色的像素信号SIG_PX的损失。
被包括在单位像素组UPXG中的感测像素SPX可以具有如上参考图5A至图5D等所述的各种曝光时间段。被包括在相位检测像素组PPXG中的多个相位检测像素PPX可以具有相同的曝光时间段。
参考图13A，微透镜ML覆盖包括第一相位检测像素PPX1和第二相位检测像素PPX2的相位检测像素组PPXG。第一相位检测像素PPX1和第二相位检测像素PPX2可以分别被包括在第一单位像素UPXa和第二单位像素UPXb中。
换句话说，第一单位像素UPXa和第二单位像素UPXb可以分别包括被包括在相位检测像素组PPXG中的第一相位检测像素PPX1和第二相位检测像素PPX2，并且微透镜ML可以覆盖第一相位检测像素PPX1和第二相位检测像素PPX2。
根据示例实施例，被包括在相位检测像素组PPXG中的相位检测像素PPX可以包括具有相同颜色的滤色器。虽然图13A将用于相位检测像素PPX的滤色器示为绿色，但是可以使用任何其他合适的滤色器。
根据示例实施例，被包括在相位检测像素组PPXG中的相位检测像素PPX可以具有相同的曝光时间段。例如，曝光时间段可以包括上面参考图5A描述的第一时间段，并且可以通过在长时间段内曝光来获取精确的相位数据。在实施方式中，相位检测像素可以具有各种曝光时间段(例如，上面参考图5A描述的第二时间段或第三时间段)。
根据示例实施例，一个单位像素(例如UPXa)的至少一部分和另一单位像素(例如UPXb)的至少一部分可以包括单个微透镜ML。
参考图13B，微透镜ML覆盖包括四个相位检测像素PPX1、PPX2、PPX3和PPX4的相位检测像素组PPXG。换句话说，微透镜ML可以覆盖第一相位检测像素PPX1至第四相位检测像素PPX4。相位检测像素PPX可以分别被包括在第一单位像素UPXa和第二单位像素UPXb中。在这种情况下，被包括在像素检测像素组PPXG中的相位检测像素PPX可以具有相同滤色器和相同曝光时间段。
参考图13C，微透镜ML可以被形成为覆盖包括六个相位检测像素PPX1、PPX2、PPX3、PPX4、PPX5和PPX6的相位检测像素组PPXG。也就是说，微透镜ML可以覆盖第一相位检测像素PPX1至第六相位检测像素PPX6。相位检测像素PPX可以分别被包括在第一单位像素UPXa和第二单位像素UPXb中。滤色器和曝光时间段的描述与上述相同。
参考图13A至图13C，相位检测像素组PPXG可以被包括在一些单位像素(例如，第一单位像素UPXa和第二单位像素UPXb)中，但是参考图13D，相位检测像素组PPXG可以被包括在所有单位像素(例如，UPXa至UPXd)中。
参考图13D，微透镜ML覆盖包括四个相位检测像素PPX5、PPX6、PPX7和PPX8的相位检测像素组PPXG。也就是说，微透镜ML可以覆盖第五相位检测像素PPX5至第八相位检测像素PPX8。在这种情况下，相位检测像素组PPXG可以占据单位像素UPXa至UPXd中的每一个的一部分。
图14示出了根据实施例的图像处理系统2000。图14所示的图像处理系统2000可以包括需要图像数据的计算机系统、相机系统、扫描仪、车辆导航系统、视频电话、安全系统、运动检测系统。参考图14，图像处理系统2000可以包括中央处理单元(central processingunit，CPU)或处理器2010、非易失性存储器2020、包括图像传感器的成像设备2030、输入/输出(I/O)设备2040和随机存取存储器(random access memory，RAM)2050。CPU 2010可以经由总线2060与非易失性存储器2020、成像设备2030、输入/输出(I/O)设备2040和RAM 2050通信。
被包括在图14的图像处理系统2000中的成像设备2030可以包括根据实施例的上述图像传感器。从成像设备2030输出的图像数据可以经由总线2060传送到CPU 2010、非易失性存储器2020、输入/输出(I/O)设备2040和RAM 2050。例如，被包括在成像设备2030中的图像传感器可以包括共享浮置扩散节点的感测像素，并且还可以包括共享微透镜的相位检测像素。可以通过使用感测像素来获取图像，或者可以通过使用相位检测像素来执行自动聚焦功能。
实施例提供了一种轻型图像传感器，所述图像传感器用于通过对多条像素数据进行求和来改善低照明特性，通过使用在每个像素中接收的光的信息来获得高分辨率图像，并且执行高动态范围(HDR)操作和相位检测自动聚焦(PDAF)操作。
在根据示例实施例的图像传感器中，可以通过对多个感测像素的信息求和来改善低亮度特性。此外，可以通过像素重排操作来获取高分辨率图像。此外，在具有多个感测像素的单位像素中，可以通过改变多个感测像素的曝光时间段来执行HDR操作。此外，通过合适地采用微透镜的形状，相位检测像素可以被包括在单位像素中，并且PDAF操作可以被执行。
本文已经公开了示例实施例，并且尽管采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性的意义上被使用和解释，而不是为了限制的目的。在一些实例中，对于在提交本申请时的本领域普通技术人员来说清楚的是，除非另外明确指示，结合具体实施例描述的特征、特性和/或元素可以单独使用，或者与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元素结合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (20)

1.一种包括像素阵列的图像传感器，其中所述像素阵列包括：
第一单位像素，具有沿着列方向相邻的第一感测像素和沿着列方向相邻的第二感测像素，第一感测像素和第二感测像素沿着行方向相邻；以及
相同滤色器，与第一感测像素和第二感测像素重叠，其中
第一感测像素共享第一浮置扩散节点，并且
第二感测像素共享第二浮置扩散节点。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中：
第一感测像素和第二感测像素中的每一个包括第一光感测器件、第二光感测器件和第三光感测器件，并且
从第一光感测器件、第二光感测器件和第三光感测器件输出的光电荷在不同时间处被传送到第一浮置扩散节点或第二浮置扩散节点。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，第一光感测器件、第二光感测器件和第三光感测器件具有不同的曝光时间段。
4.如权利要求3所述的图像传感器，还包括定时控制器，其中
在第一时间点处，所述定时控制器传输用于导通连接到第一光感测器件的第一传输晶体管的信号，
在第一时间点之后的第二时间点处，所述定时控制器传输用于导通连接到第二光感测器件的第二传输晶体管的信号，以及
在第二时间点之后的第三时间点处，所述定时控制器传输用于导通连接到第三光感测器件的第三传输晶体管的信号。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一感测像素和第二感测像素分别包括光感测器件，所述光感测器件向第一浮置扩散节点和第二浮置扩散节点顺序输出光电荷，并且根据所述光电荷被第一浮置扩散节点和第二浮置扩散节点接收的次序来顺序输出像素信号。
6.如权利要求5所述的图像传感器，还包括用于对被顺序输出的像素信号执行模拟合并操作的读取电路。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述像素阵列还包括多个相位检测像素，每个相位检测像素具有拥有相同颜色的滤色器，以及
用于所述多个相位检测像素的单个微透镜。
8.如权利要求7所述的图像传感器，还包括第二单位像素，第二单位像素包括第三感测像素，第三感测像素具有不同于第一感测像素的滤色器的滤色器，第二单位像素包括所述多个相位检测像素中的一些，并且
第一单位像素还包括所述多个相位检测像素的其余部分。
9.如权利要求8所述的图像传感器，其中：
第一单位像素包括第一相位检测像素，
第二单位像素包括与第一相位检测像素相邻的第二相位检测像素，并且
所述单个微透镜覆盖第一相位检测像素和第二相位检测像素。
10.如权利要求7所述的图像传感器，其中：
第一感测像素分别具有不同的曝光时间段，
第二感测像素分别具有不同的曝光时间段，并且
所述多个相位检测像素具有相同的曝光时间段。
11.一种图像传感器，包括：
输出像素信号的像素阵列，所述像素阵列包括多个感测像素和多个相位检测像素；
定时控制器，被配置为基于指示一般拍摄模式或高动态范围HDR拍摄模式的操作模式信息输出控制信号；以及
读取电路，被配置为基于所述控制信号和所述像素信号输出像素数据，
其中所述多个感测像素中的一些感测像素共享一个浮置扩散节点，并且通过一个列线输出所述像素信号。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，当在一般拍摄模式下操作时，所述定时控制器控制所述读取电路以对从所述多个感测像素中的一些感测像素接收的像素信号执行模拟合并操作。
13.如权利要求12所述的图像传感器，其中：
所述多个感测像素中的一些感测像素包括布置在所述像素阵列的相同列的第一感测像素、第二感测像素和第三感测像素，并且
所述读取电路对从第一感测像素、第二感测像素和第三感测像素中的每一个顺序输出的像素信号执行合并。
14.如权利要求12所述的图像传感器，还包括图像信号处理器，其中所述定时控制器控制所述图像信号处理器以对具有相同颜色并且被执行了所述模拟合并操作的像素信号执行数字合并操作。
15.如权利要求12所述的图像传感器，还包括图像信号处理器，其中：
所述定时控制器控制所述图像信号处理器以使用从所述多个感测像素输出的像素信号来执行像素重排操作，以输出具有与所述图像传感器中的像素的数量相同数量的像素的图像数据，并且
所述像素重排操作重新排列分别从所述多个感测像素输出的像素信号。
16.如权利要求11所述的图像传感器，其中，当在HDR拍摄模式下操作时，所述定时控制器控制所述多个感测像素中的一些感测像素以使其具有不同的曝光时间段。
17.如权利要求16所述的图像传感器，还包括图像信号处理器，其中所述定时控制器控制所述图像信号处理器基于所述多个感测像素中的具有不同曝光时间段的一些感测像素来重构所述像素数据，压缩被重构的像素数据，以及输出被重构且被压缩的像素数据。
18.如权利要求11所述的图像传感器，其中：
所述像素阵列包括具有单个微透镜的相位检测像素组，
所述相位检测像素组包括所述多个相位检测像素中的至少一些相位检测像素，并且
当在HDR拍摄模式下操作时，所述定时控制器控制被包括在所述相位检测像素组中的所述多个相位检测像素中的一些相位检测像素以使其全部具有相同的曝光时间段。
19.一种图像传感器的操作方法，所述操作方法包括：
由多个感测像素通过共享的浮置扩散节点顺序输出像素信号；
接收指示一般拍摄模式或高动态范围HDR拍摄模式的操作模式信息；
当在一般拍摄模式下操作时，对所述像素信号执行模拟合并操作；以及
当在HDR拍摄模式下操作时，对所述像素信号执行重构操作和动态范围压缩DRC操作中的至少一个。
20.如权利要求19所述的操作方法，其中：
所述多个感测像素包括光感测器件，
被执行了所述模拟合并操作的像素信号从具有相同曝光时间段的光感测器件输出，并且
被执行了所述重构操作和所述DRC操作中的至少一个的像素信号从具有不同曝光时间段的光感测器件输出。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114449189A (zh) * 2020-11-04 2022-05-06 爱思开海力士有限公司 图像感测装置
CN114666469A (zh) * 2020-12-24 2022-06-24 富泰华工业（深圳）有限公司 图像处理装置、方法及具有该图像处理装置的镜头模组

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11233957B2 (en) 2017-04-25 2022-01-25 Sony Corporation Solid state image sensor and electronic equipment
US10996426B2 (en) * 2019-08-21 2021-05-04 Omnivision Technologies, Inc. 3D imaging using phase detection autofocus (PDAF) image sensor
KR20220132069A (ko) * 2021-03-22 2022-09-30 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220140925A (ko) * 2021-04-09 2022-10-19 삼성전자주식회사 이미지 센서
US11742365B2 (en) * 2021-07-12 2023-08-29 Omnivision Technologies, Inc. High dynamic range image sensor having reduced crosstalk and jaggy
US20230403477A1 (en) * 2022-06-09 2023-12-14 Proprio, Inc. Light field capture, compression, transmission and reconstruction
US20240121516A1 (en) * 2022-10-10 2024-04-11 Qualcomm Incorporated Separate exposure control for pixel sensors of an image sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160286108A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems having image sensor pixel arrays with phase detection capabilities
US20170339353A1 (en) * 2016-05-20 2017-11-23 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
CN108933907A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 三星电子株式会社 像素电路和包括该像素电路的图像传感器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4691930B2 (ja) 2004-09-10 2011-06-01 ソニー株式会社 物理情報取得方法および物理情報取得装置、並びに物理量分布検知の半導体装置、プログラム、および撮像モジュール
US7745779B2 (en) 2008-02-08 2010-06-29 Aptina Imaging Corporation Color pixel arrays having common color filters for multiple adjacent pixels for use in CMOS imagers
JP4661912B2 (ja) 2008-07-18 2011-03-30 ソニー株式会社 固体撮像素子およびカメラシステム
JP5664141B2 (ja) 2010-11-08 2015-02-04 ソニー株式会社 固体撮像素子およびカメラシステム
JP5967950B2 (ja) 2011-04-20 2016-08-10 キヤノン株式会社 撮像素子及び撮像装置
JP2013066140A (ja) 2011-08-31 2013-04-11 Sony Corp 撮像装置、および信号処理方法、並びにプログラム
JP6120508B2 (ja) 2011-10-03 2017-04-26 キヤノン株式会社 撮像素子および撮像装置
JP5448207B2 (ja) 2011-12-13 2014-03-19 国立大学法人東北大学 固体撮像装置
JP6039926B2 (ja) * 2012-06-12 2016-12-07 キヤノン株式会社 放射線撮影装置、放射線撮影装置の制御方法、およびプログラム
KR102356706B1 (ko) * 2015-07-07 2022-01-27 삼성전자주식회사 넓은 다이나믹 레인지를 갖는 이미지 센서, 이미지 센서의 픽셀 회로 및 이미지 센서의 동작방법
JP2018138139A (ja) 2017-02-24 2018-09-06 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 医療用撮像装置、及び医療用観察システム
KR102398667B1 (ko) * 2017-06-05 2022-05-16 삼성전자주식회사 위상 검출 픽셀을 포함하는 이미지 센서
US20190394379A1 (en) * 2018-06-21 2019-12-26 Qualcomm Incorporated Auto exposure control predictive convergence

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160286108A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems having image sensor pixel arrays with phase detection capabilities
US20170339353A1 (en) * 2016-05-20 2017-11-23 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
CN108933907A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 三星电子株式会社 像素电路和包括该像素电路的图像传感器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114449189A (zh) * 2020-11-04 2022-05-06 爱思开海力士有限公司 图像感测装置
CN114666469A (zh) * 2020-12-24 2022-06-24 富泰华工业（深圳）有限公司 图像处理装置、方法及具有该图像处理装置的镜头模组
CN114666469B (zh) * 2020-12-24 2023-11-14 富泰华工业（深圳）有限公司 图像处理装置、方法及具有该图像处理装置的镜头模组

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