CN111916468A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种图像传感器。一种在包括低分辨率模式和高分辨率模式的多种分辨率模式下操作的图像传感器包括：包括多个像素的像素阵列，其中，所述多个像素中的每个像素包括：具有第一光电二极管的第一子像素和具有第二光电二极管的第二子像素，并且所述第一子像素和所述第二子像素相邻地设置，并且共享浮置扩散区。所述图像传感器还包括行驱动器，向所述像素阵列提供控制信号以控制自动聚焦(AF)功能的执行，使得所述AF功能的执行包括：在所述高分辨率模式下以像素为单位执行所述AF功能，在所述低分辨率模式下以像素组为单位执行所述AF功能。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0053242和于2019年8月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0100535的权益，通过引用将上述韩国专利申请的总体保护主题并入本文。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，并且更具体地，涉及包括多个像素的图像传感器，其中每个像素包括多个具有光电二极管的子像素。
背景技术
图像传感器包括像素阵列。像素阵列中的多个像素当中的每个像素可以包括光电二极管。某些图像传感器可以执行自动聚焦(AF)功能，以提高对象的成像准确度。
发明内容
本发明构思提供一种能够在各种照明环境下准确地执行自动聚焦功能的图像传感器。
根据本发明构思的一方面，提供了一种选择性地适于在包括低分辨率模式和高分辨率模式的多种分辨率模式下使用的图像传感器。所述图像传感器包括：包括多个像素的像素阵列，其中，所述多个像素中的每个像素包括：具有第一光电二极管的第一子像素和具有第二光电二极管的第二子像素，并且所述第一子像素和所述第二子像素相邻地设置，并且共享浮置扩散区。所述图像传感器还包括行驱动器，其向所述像素阵列提供控制信号，以控制自动聚焦(AF)功能的执行，使得所述AF功能的执行包括：在所述高分辨率模式下以像素为单位执行所述AF功能，在所述低分辨率模式下以像素组为单位执行所述AF功能。与所述低分辨率模式相对应的分辨率等于或小于与所述高分辨率模式相对应的分辨率的1/4。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种选择性地适于在包括低分辨率模式、中等分辨率模式和高分辨率模式的多种分辨率模式下使用的图像传感器。所述图像传感器包括：包括沿行方向和列方向布置的多个像素的像素阵列，其中，所述多个像素中的每个像素具有共享像素结构。所述共享像素结构包括：包括第一光电转换元件的第一子像素，响应于第一传输信号经由第一传输晶体管选择性地将光电电荷传输到浮置扩散区；包括第二光电转换元件的第二子像素，响应于第二传输信号经由第二传输晶体管选择性地将光电电荷传输到所述浮置扩散区；复位晶体管，被配置为响应于复位信号选择性地使累积在所述浮置扩散区中的光电电荷复位；以及驱动晶体管和选择晶体管，响应于选择信号选择性地将所述浮置扩散区连接到像素信号输出端，所述浮置扩散区、所述复位晶体管、所述驱动晶体管和所述选择晶体管由所述第一子像素和所述第二子像素共享，并且所述第一子像素和所述第二子像素被相邻地设置。所述图像传感器还包括行驱动器，所述行驱动器被配置为提供所述第一传输信号、所述第二传输信号、所述复位信号和所述选择信号，使得自动聚焦(AF)功能的执行包括：在所述高分辨率模式下，以像素为单位执行所述AF功能；在所述中等分辨率模式下，以一个像素组中的布置在同一行的像素为单位，执行所述AF功能；在所述低分辨率模式下，以像素组为单位执行所述AF功能。
根据本发明构思的另一方面，一种选择性地适于在包括低分辨率模式、中等分辨率模式和高分辨率模式的多种分辨率模式下使用的图像传感器。所述图像传感器包括：行驱动器；控制器，被配置为控制所述行驱动器的操作；以及像素阵列，包括沿行方向和列方向布置的多个像素，并且所述多个像素被配置为响应于接收到的入射光提供像素信号，其中，所述多个像素中的每个像素包括：具有第一光电二极管的第一子像素和具有第二光电二极管的第二子像素，所述第一子像素和所述第二子像素相邻地设置并且共享浮置扩散区，其中，所述行驱动器被配置为向所述像素阵列提供控制信号以控制自动聚焦(AF)功能的执行，使得所述AF功能的执行包括：在所述高分辨率模式下，以像素为单位执行所述AF功能；在所述中等分辨率模式下，以一个像素组中的布置在同一行的像素为单位，执行所述AF功能；在所述低分辨率模式下，以像素组为单位执行所述AF功能。
附图说明
依据考虑以下结合附图的详细描述，可以更清楚地理解本发明构思的实施例，其中：
图1是示出根据本发明构思的实施例的数字成像设备的框图；
图2是进一步示出在一个实施例中的图1的图像传感器100的框图；
图3A、图3B、图4A、图4B和图4C是进一步示出图2的图像传感器100的像素阵列110的某些方面的各个示图；
图5是示出在一个实施例中的共享浮置扩散区的第一子像素和第二子像素的布置的电路图；
图6A、图6B、图6C、图6D和图6E是进一步示出图3A的第一子像素阵列中包括的子像素当中的共享浮置扩散区的多个子像素的各个示图；
图7是示出在一个实施例中的共享浮置扩散区的子像素的布置的电路图；
图8、图9、图10和图11是进一步示出在一些实施例中的在图2的图像传感器100的操作中各种控制信号之间的特定定时关系的各个定时图；以及
图12是进一步示出在又一实施例中的图2的像素阵列110的示图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明构思的实施例的数字成像设备1000的框图。
参照图1，数字成像设备1000通常包括成像单元1100、图像传感器100和处理器1200。这里，假设数字成像设备1000能够执行聚焦检测功能。
数字成像设备1000的整体操作可以由处理器1200控制。在图1所示的实施例中，假设处理器1200提供控制数字成像设备1000的各个组件的某些信号。例如，处理器1200可以提供施加到透镜驱动器1120的透镜驱动器信号、施加到光圈驱动器1140的光圈驱动器信号、以及施加到控制器120的控制器信号。
成像单元1100通常包括被配置为接收与正在由数字成像设备成像的对象2000相关联的入射光的一个或更多个元件。就此而言，对象2000可以是单个对象、对象集或对象的分布场(distributed field)。此外，就此而言，术语“入射光”应被广义地解释为表示能够由数字成像设备1000成像的电磁频谱的一个或更多个频带(例如，人眼可辨别的波长)内的任何选定范围的电磁能。
在图1所示的实施例中，成像单元1100包括透镜驱动器1120和光圈驱动器1140，以及透镜1110和光圈1130。这里，透镜1110可以包括单个布置或组合布置的一个或更多个透镜，以有效地捕获与对象2000相关联的入射光。
特别地，透镜驱动器1120用于控制透镜1110的操作以准确地捕获与对象2000相关联的入射光。因此，透镜驱动器1120对由数字成像设备1000执行的聚焦检测功能进行响应，如可以通过处理器1200发送到透镜驱动器1120。以这种方式，可以通过从处理器1200提供的一个或更多个控制信号来控制透镜1110的焦点位置。
就此而言，应注意的是，下文中使用术语“控制信号”来表示用于调节或控制数字成像设备1000内的组件的操作的一个或更多个信号(本质上是模拟的或数字的并且具有各种格式)。
因此，透镜驱动器1120可以根据对象2000相对于透镜1110的移动、取向和/或距离来调整透镜1110的焦点位置，以便校正透镜1110的给定焦点位置与对象2000之间的焦点失配(focal mismatche)。
在图1所示的实施例中，图像传感器100可以用于将经由成像单元1100接收的入射光转换成对应的图像信号。图像传感器100通常可以包括像素阵列110、控制器120和信号处理器130。这里，穿过透镜1110和光圈1130的入射光到达像素阵列110的入射光接收表面。
像素阵列110可以包括能够将入射光的能量转换成(一个或多个)对应的电信号的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。就此而言，像素阵列110的灵敏度可以由控制器120调节。所得到的对应的电信号的集合可以由信号处理器130进一步处理以提供图像信号。
在本发明构思的某些实施例中，像素阵列110可以包括能够选择性地执行自动聚焦(AF)功能或距离测量功能的多个像素。
因此，在本发明构思的某些实施例中，处理器1200可以从信号处理器130接收第一图像信号和第二图像信号，并使用第一图像信号和第二图像信号执行相位差确定。然后，处理器1200可以基于相位差确定的结果来确定适当的焦点位置、识别聚焦方向和/或计算数字成像设备与对象2000之间的距离。以这种方式，处理器1200可以用于提供施加到透镜驱动器1120的(一个或多个)信号，以便基于相位差确定操作的结果适当地调整透镜1110的焦点位置。
图2是进一步示出在一个实施例中的图1的图像传感器100的框图。在此，图像传感器100可以响应于与对象2000相关联的照明环境而选择性地适于在各种分辨率模式下使用。即，在本发明构思的某些实施例中，图1的数字成像设备可以进行关于适当的分辨率模式(例如，低或高)的确定，并相应地选择性地适配(或配置)图像传感器100。
参照图2，图像传感器100除了包括像素阵列110、控制器120和信号处理器130之外，还包括行驱动器140和信号读取单元150。这里，假设信号读取单元150包括相关双采样电路(CDS)151、模数转换器(ADC)153和缓冲器155。
像素阵列110包括多个像素。该多个像素可以包括被不同地指定用于各种操作的一个或更多个子像素阵列(或者，可以在功能上被划分为一个或更多个子像素阵列)。例如，像素阵列110可以包括第一子像素阵列110_1和第二子像素阵列110_2。在本发明构思的某些实施例中，第一子像素阵列110_1包括能够在第一方向(例如，行方向)上执行AF功能的多个水平像素PX_X，第二子像素阵列110_2包括能够在第二方向(例如，列方向)上执行AF功能的多个垂直像素PX_Y。在本发明构思的某些实施例中，每个子像素阵列还可以在功能上被划分为两(2)个或更多个像素组。
本领域技术人员将认识到术语“水平”和“垂直”、“第一方向”和“第二方向”以及“行方向”和“列方向”本质上是相对的，并且用于描述所列举的元件和组件之间的各种相对取向关系。
第一子像素阵列110_1的每个水平像素PX_X包括：在包括至少一行的矩阵布置的第一方向(或行方向)上相邻设置的至少两(2)个光电二极管。第一子像素阵列110_1的每个水平像素PX_X还包括设置在至少两(2)个光电二极管上的微透镜ML。
第二子像素阵列110_2的每个垂直像素PX_Y包括：在包括至少一列的矩阵的第二方向(或列方向)上相邻设置的至少两(2)个光电二极管。第二子像素阵列110_2的每个垂直像素PX_Y还包括设置在至少两(2)个光电二极管上的微透镜ML。
通过这种配置，第一子像素阵列110_1的每个水平像素PX_X可以执行在第一方向上的AF功能，第二子像素阵列110_2的每个垂直像素PX_Y可以执行在第二方向上的AF功能。由于每个水平像素PX_X和每个垂直像素PX_Y包括至少两个光电二极管以及微透镜，所以多个像素中的每个像素(包括水平PX_X像素和垂直PX_Y像素两者)都可以产生能够有效执行AF功能的像素信号。以这种方式，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以容易地提供增强的AF功能。
在本发明构思的某些实施例中，第一子像素阵列110_1的每个水平像素PX_X的宽度可以在大约0.5μm与大约1.8μm之间的范围内。第二子像素阵列110_2的每个垂直像素PX_Y的宽度也可以在大约0.5μm与大约1.8μm之间的范围内。或者，多个水平像素和垂直像素PX_X和PX_Y的宽度可以在大约0.64μm与大约1.4μm之间的范围内。
在本发明构思的某些实施例中，可以将第一子像素阵列110_1的水平像素PX_X分组为一个或更多个像素组，并且可以将第二子像素阵列110_2的垂直像素PX_Y分组为一个或更多个像素组。
根据多个像素和像素组的给定配置和定义，图2的图像传感器100可以选择性以像素为单位或以像素组为单位来执行AF功能。例如，如果图1的数字成像设备1000适用于高分辨率模式，则图像传感器可以以像素为单位(即，响应于由各个像素(例如，水平和/或垂直像素)提供的各种(一个或多个)像素信号)执行AF功能。或者，如果图1的数字成像设备1000适用于低分辨率模式，则图像传感器可以以像素组为单位(即，响应于由像素组提供的各种(一个或多个)像素信号)执行AF功能。
在下文中将参照图3A和图3B描述进一步示出第一子像素阵列110_1和第二子像素阵列110_2的可能配置的各个实施例。
返回图2，像素阵列110中的每个像素可以分别通过第一列输出线CLO_0至第n-1列输出线CLO_n-1之一，向CDS 151输出像素信号(例如，参见图5的VOUT信号)。从第一子像素阵列110_1的水平像素PX_X和第二子像素阵列110_2的垂直像素PX_Y输出的像素信号可以是用于计算相位差的相位信号。相位信号可以包括与由图像传感器100成像的(一个或多个)对象的定位相关联的信息。因此，可以响应于计算出的相位差来计算(图1的)透镜1110的焦点位置。例如，与相位差“0”相对应的透镜1110的焦点位置可以被认为是最佳焦点位置。在本发明构思的某些实施例中，假设在高分辨率模式下的操作，可以使用可以从像素阵列110中选择的多个像素(例如，包括水平像素PX_X和垂直像素PX_Y)来执行AF功能。实际上，在某些实施例中，当数字成像设备100在高分辨率模式下操作时，第一子像素阵列110_1中的所有水平像素和第二子像素阵列110_2中的所有垂直像素可以共同用于执行AF功能。
另外地或可选择地，第一子像素阵列110_1的水平像素PX_X和第二子像素阵列110_2的垂直像素PX_Y可以用于测量对象2000与数字成像设备1000之间的距离。为了测量数字成像设备100与对象2000之间的距离，一些额外信息可能是必需的或是方便使用的。额外信息的示例可以包括：对象2000与图像传感器100之间的相位差、透镜1110的透镜尺寸、透镜1110的当前焦点位置等。
在图2所示的实施例中，控制器120可以用于控制行驱动器140，使得像素阵列110有效地捕获入射光以有效地累积对应的光电电荷(或临时存储所累积的光电电荷)。这里，术语“光电电荷”用来表示由像素阵列中的至少一个子像素响应于入射光而产生的电荷。然后，像素阵列可以输出与所累积的光电电荷相对应的电信号(即，像素信号)。另外，控制器120可以控制信号读取单元150的操作，使得像素阵列110可以准确地测量由像素阵列110提供的像素信号的电平。
行驱动器140可以用于产生各种控制信号。这里，控制信号的示例包括：可以被不同地提供以控制像素阵列110的操作的复位控制信号RS、传输控制信号TS和选择信号SELS。本领域技术人员将认识到，各种控制信号的选择、数目和定义是设计选择的问题。
在本发明构思的某些实施例中，可以响应于诸如高/低分辨率操作模式、正在执行的AF功能的类型、距离测量功能等的各种因素，使用行驱动器140来确定分别提供给第一子像素阵列110_1的水平像素PX_X和第二子像素阵列110_2的垂直像素PX_Y的复位控制信号RS、传输控制信号TS和选择信号SELS的激活定时和/或去激活定时(在下文中，在任何形式下单独地或共同地“激活/去激活”)。
CDS 151可以采样并保持从像素阵列110提供的像素信号。CDS 151可以对特定噪声的电平和像素信号的电平进行双采样，以输出与它们之间的差相对应的电平。此外，CDS151可以接收由斜坡信号发生器157产生的斜坡信号，并且可以将斜坡信号与像素信号进行比较以输出比较结果。ADC 153可以将与从CDS 151接收到的电平相对应的模拟信号转换为数字信号。缓冲器155可以锁存数字信号，并且锁存的数字信号可以顺序地输出到信号处理器130或图像传感器100的外部。
信号处理器130可以基于从缓冲器155接收到的数字信号执行信号处理。例如，信号处理器130可以执行降噪处理、增益调整、波形标准化处理、插值处理、白平衡处理、伽玛处理、边缘强化处理等。此外，信号处理器130可以将通过在AF操作中执行的信号处理获得的信息输出到处理器1200，以允许处理器1200执行AF操作所需的相位差操作。在实施例中，信号处理器130可以包括在设置在图像传感器100外部的处理器(图1的1200)中。
图3A和图3B是进一步示出在某些实施例中的图2的像素阵列110的各个示图。图3A是进一步示出在一个实施例中的像素阵列110的第一子像素阵列110_1的示图，图3B是进一步示出在另一实施例中的像素阵列110的第二子像素阵列110_2的示图。
参照图3A，第一子像素阵列110_1包括以根据行方向(即，第一方向X)和列方向(即，第二方向Y)限定的矩阵布置的多个水平像素PX_X。第一子像素阵列110_1中的每个水平像素PX_X可以包括微透镜ML。
在图3A所示的示例中，第一子像素阵列110_1包括第一至第四像素组PG1、PG2、PG3和PG4，其中，第一像素组PG1和第二像素组PG2被设置成在第一方向X上相邻，而第三像素组PG3和第四像素组PG4被设置成在第一方向X上相邻。第一像素组PG1和第三像素组PG3被设置成在第二方向Y上相邻，而第二像素组PG2和第四像素组PG4被设置成在第二方向Y上相邻。
在图3A所示的实施例中，第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组PG1至PG4均包括四(4)个水平像素PX_X，但是本发明构思的其他实施例不限于该配置。例如，第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组PG1至PG4均可以包括布置成两(2)行四(4)列的八(8)个水平像素PX_X。
然而，此处，第一像素组PG1包括第一至第八子像素SPX11至SPX18，其中，第一子像素SPX11和第二子像素SPX12被配置在一个水平像素PX_X中，第三子像素SPX13和第四子像素SPX14被配置在另一个水平像素PX_X中，第五子像素SPX15和第六子像素SPX16被配置在另一个水平像素PX_X中，第七子像素SPX17和第八子像素SPX18被配置在另一个水平像素PX_X中。
通过类似的配置，第二像素组PG2包括第一至第八子像素SPX21至SPX28；第三像素组PG3包括第一至第八子像素SPX31至SPX38；第四像素组PG4包括第一至第八子像素SPX41至SPX48。
在此，应注意，每个水平像素PX_X包括在第一方向X上彼此相邻设置的两个(2)子像素。
第一子像素阵列110_1还可以包括一个或更多个滤色器，使得各个水平像素、水平像素的各个(一个或多个)集合和/或各个像素组可以选择性地感测各种光波长，例如，传统上与可见光谱的不同颜色相关的光波长。例如，在本发明构思的某些实施例中，与第一子像素阵列110_1相关联的各种(一个或多个)滤色器可以包括用于感测红色的红色滤色器(R)，用于感测绿色的绿色滤色器(G)和用于感测蓝色的蓝色滤色器(B)。即，可以从包括红色滤色器、蓝色滤色器、绿色滤色器、白色滤色器、黄色滤色器等的一组滤色器中分别选择各种滤色器(例如，第一滤色器、第二滤色器等)。
这里，第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组PG1至PG4均可以与一个或更多个滤色器不同地关联。
在本发明构思的与图3A所示的配置一致的一个实施例中，第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组PG1至PG4可以根据拜耳模式(Bayer pattern)设置在第一子像素阵列110_1中。即，第一像素组PG1和第四像素组PG4可以与绿色滤色器(G)相关联，第二像素组PG2可以与红色滤色器(R)相关联，第三像素组PG3可以与蓝色滤色器(B)相关联。
然而，第一子像素阵列110_1的前述实施例仅仅是滤色器与从一个或更多个像素组中选择的一个或更多个像素不同地相关联的许多不同配置的一个示例。另外地或可选择地，本发明构思的实施例可以不同地包括：白色滤色器、黄色滤色器、青色滤色器和/或品红色滤色器。
参照图3A，第一子像素阵列110_1中包括的子像素SPX11至SPX18、SPX21至SPX28、SPX31至SPX38以及SPX41至SPX48均可以包括对应的光电二极管。因此，每个水平像素PX_X将包括：在第一方向X上彼此相邻设置的至少两(2)个光电二极管。微透镜ML可以设置在至少两(2)个光电二极管上。
考虑到该示例性配置，由每个水平像素PX_X中包括的至少两(2)个光电二极管产生的光电电荷的量将随着相关联的微透镜ML的形状和/或折射率而变化。因此，在第一方向X上执行的AF功能可以基于与由至少两个(2)光电二极管产生的光电电荷的量相对应的像素信号。
例如，可以通过使用由第一像素组PG1的第一子像素SPX11输出的像素信号和由第一像素组PG1的第二子像素SPX12输出的像素信号来执行AF功能。因此，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以选择性地在第一操作(例如，高分辨率)模式下以像素为单位执行AF功能。在高分辨率模式下根据“像素单位”执行AF功能允许在AF功能的执行期间选择性地使用第一子像素阵列110_1中的一个、多于一个或所有水平像素PX_X。
相比较而言，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以选择性地在第二操作(例如，低分辨率)模式下以像素组为单位执行AF功能。在低分辨率模式下根据“像素组单位”执行AF功能允许在AF功能的执行期间选择性地使用第一子像素阵列110_1中的一个、多于一个或所有像素组(例如，PG1、PG2、PG3和PG4)。例如，可以通过对与由第一像素组PG1的第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第一像素信号以及与由第一像素组PG1的第二子像素SPX12、第四子像素SPX14、第六子像素SPX16和第八子像素SPX18中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第二像素信号进行处理，来执行AF功能。如果图像传感器100通过这种选择性的方法执行AF功能，即使在像素阵列110捕获了相对低水平的入射光的环境条件下(例如，入射光的水平在常规情况下不足以准确地执行AF功能)，根据本发明构思的实施例的图像传感器也可以如实地执行AF功能。
在这方面，本领域技术人员将认识到术语“高分辨率”和“低分辨率”是相对术语，并且可以根据设计任意地定义。然而，在本发明构思的某些实施例的上下文中，与低分辨率模式相关联的图像分辨率的第一水平可以被理解为小于或等于与高分辨率模式相关联的图像分辨率的第二水平的1/4。
考虑到前述内容，本发明构思的其他实施例可以提供能够以多于两种的分辨率模式进行操作(或，选择性地适用于多于两种的分辨率模式)的数字成像设备。例如，根据本发明构思的某些实施例的数字成像设备可以选择性地适用于如上所述的低分辨率模式和高分辨率模式，并且另外地适用于中等分辨率模式。在此，例如，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以通过选择单个像素组(例如，PG1)中包括的并且布置在同一行中的水平像素PX_X的集合(或布置在同一列中的垂直像素PX_Y的集合)，来以像素为单位执行AF功能。
扩展该示例，可以通过对与由第一像素组PG1的第一子像素SPX11和第三子像素SPX13中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第一像素信号以及与由第一像素组PG1的第二子像素SPX12和第四子像素SPX14中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第二像素信号进行处理，来执行AF功能。或者，可以通过对与由第一像素组PG1的第一子像素SPX11和第五子像素SPX15中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第一像素信号以及与由第一像素组PG1的第二子像素SPX12和第六子像素SPX16中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第二像素信号进行处理，来执行AF功能。
这里再次认识到术语“高分辨率”、“中等分辨率”和“低分辨率”是相对术语，并且可以根据设计任意地定义，在本发明构思的某些实施例的上下文中，与中等分辨率模式相关联的图像分辨率的第三水平可以被理解为大于与高分辨率模式相关联的图像分辨率的第二水平的1/4，但是小于与高分辨率模式相关联的图像分辨率的第二水平的1/2。
参照图3B，第二子像素阵列110_2包括以关于第一方向X和第二方向Y限定的矩阵布置的多个垂直像素PX_Y。在某些实施例中，每个垂直像素PX_Y可以包括单个微透镜ML。
如图3B所示，第二子像素阵列110_2包括第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组PG1Y至PG4Y。然而，本发明构思的其他实施例可以包括更少或更多的像素组。这里，第一像素组PG1Y包括第一至第八子像素SPX11Y至SPX18Y。第一子像素SPX11Y和第二子像素SPX12Y被配置为一个垂直像素PX_Y，第三子像素SPX13Y和第四子像素SPX14Y被配置为另一个垂直像素PX_Y，第五子像素SPX15Y和第六子像素SPX16Y被配置为另一个垂直像素PX_Y。第七子像素SPX17Y和第八子像素SPX18Y被配置为另一个垂直像素PX_Y。此外，例如，第二像素组PG2Y可以包括第一至第八子像素SPX21Y至SPX28Y，第三像素组PG3Y可以包括第一至第八子像素SPX31Y至SPX38Y，第四像素组PG4Y可以包括第一至第八子像素SPX41Y至SPX48Y。即，一个像素PX_Y可以包括：在第二方向Y上彼此相邻设置的两个子像素。
如上面关于图3A所描述的，第二子像素阵列110_2的各个垂直像素或第二子像素阵列110_2的各个垂直像素的各种集合可以与一个或更多个滤色器不同地相关联。
因此，第二子像素阵列110_2中包括的子像素SPX11Y至SPX18Y、SPX21Y至SPX28Y、SPX31Y至SPX38Y以及SPX41Y至SPX48Y均可以包括一个对应的光电二极管。因此，每个垂直像素PX_Y将包括：在第二方向Y上彼此相邻设置的至少两(2)个光电二极管。由垂直像素PX_Y中包括的至少两(2)个光电二极管产生的光电电荷的量可以随着相关联的微透镜ML的形状和/或折射率而变化。可以基于与由一个像素PX_Y中包括的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的像素信号来执行第二方向Y上的AF功能。例如，可以通过使用由第一像素组PG1Y的第一子像素SPX11Y输出的第一像素信号以及由第一像素组PG1Y的第二子像素SPX12Y输出的第二像素信号，来执行AF功能。因此，根据实施例的图像传感器可以在高分辨率模式下以像素为单位执行AF功能。
另一方面，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以在低分辨率模式下以像素组为单位执行AF功能。例如，可以通过对与由第一像素组PG1Y的第一子像素SPX11Y、第三子像素SPX13Y、第五子像素SPX15Y和第七子像素SPX17Y中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第一像素信号以及与由第一像素组PG1Y的第二子像素SPX12Y、第四子像素SPX14Y、第六子像素SPX16Y和第八子像素SPX18Y中的每一者的光电二极管产生的光电电荷的量相对应的第二像素信号进行处理，来执行第二方向Y上的AF功能。
与前述图3A的实施例类似，除了在高分辨率模式和低分辨率模式下操作，还可以将图3B中的实施例更改为在中等分辨率模式操作。
图4A、图4B和图4C是进一步示出在各个实施例中的图2的图像传感器100的像素阵列110的各个示图。在此，在图3A、图4A、图4B和图4C中使用相似的附图标号和标记。
参照图4A，第一子像素阵列110_1a的水平像素PX_X与不同的滤色器(例如，红色滤色器(R)、绿色滤色器(G)、蓝色滤色器(B)和白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y))不同地相关联(即，在功能上与不同的滤色器一起配置)。在此，假设第一子像素阵列110_1a包括第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组PG1a至PG4a。
在图4A中，第一像素组PG1a和第四像素组PG4a都具有与绿色滤色器(G)和白色滤色器(W)不同地相关联的水平像素PX_X。即，第一像素组PG1a的第七子像素SPX17和第八子像素SPX18与白色滤色器(W)相关联，第四像素组PG4a的第一子像素SPX41和第二子像素SPX42与白色滤色器相关联(W)。或者，第一像素组PG1a和第四像素组PG4a的水平像素PX_X可以与绿色滤色器(G)和黄色滤色器(Y)相关联。
类似地，第二像素组PG2a的水平像素PX_X与红色滤色器(R)和白色滤色器(W)不同地相关联。即，第二像素组PG2a的第五子像素SPX25和第六子像素SPX26与白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)相关联，第三像素组PG3a的水平像素PX_X与蓝色滤色器(B)和白色滤色器(W)不同地相关联。即，第三像素组PG3a的第三子像素SPX33和第四子像素SPX34与白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)相关联。
因此，如图4A所示，本发明构思的某些实施例可以将从不同像素组中选择的相邻水平像素PX_X与滤色器相关联，而来自不同像素组中的每个像素组的未选择的水平像素PX_X与不同滤色器不同地相关联。
相比之下，如图4B所示，各个像素组(例如，第一至第四像素组PG1b至PG4b)可以分别与滤色器集合中的一个滤色器相关联。例如，第一像素组PG1b与绿色滤色器(G)相关联，第二像素组PG2b与红色滤色器(R)相关联，第三像素组PG3b与蓝色滤色器(B)相关联，第四像素组PG4b与白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)相关联。
在进一步的对比中，如图4C所示，每个单独的水平像素PX_X可以分别与滤色器集合中的所选择的一个滤色器相关联，而不考虑单独的水平像素PX_X包括在特定的像素组中。因此，第一至第四像素组PG1c至PG4c均包括具有不同颜色的滤色器。
如图4C所示，第一像素组PG1c和第四像素组PG4c包括绿色滤色器(G)和白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)。第一像素组PG1c的第一子像素SPX11、第二子像素SPX12、第七子像素SPX17和第八子像素SPX18与白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)相关联，而第四像素组PG4c的第一子像素SPX41、第二子像素SPX42、第七子像素SPX47和第八子像素SPX48与白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)相关联。此外，第一像素组PG1c的第三子像素SPX13、第四子像素SPX14、第五子像素SPX15和第六子像素SPX16与绿色滤色器(G)相关联，而第四像素组PG4c的第三子像素SPX43、第四子像素SPX44、第五子像素SPX45和第六子像素SPX46与绿色滤色器(G)相关联。
第二像素组PG2c包括与红色滤色器(R)和白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)不同地相关联的水平像素PX_X。因此，第二像素组PG2c的第一子像素SPX21、第二子像素SPX22、第七子像素SPX27和第八子像素SPX28均与白色滤光片(W)或黄色滤光片(Y)相关联，而第二像素组PG2c的第三子像素SPX23、第四子像素SPX24、第五子像素SPX25和第六子像素SPX26与红色滤色器(R)相关联。
第三像素组PG3c包括与蓝色滤色器(B)和白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)不同地相关联的水平像素PX_X。因此，第三像素组PG3c的第一子像素SPX31、第二子像素SPX32、第七子像素SPX37和第八子像素SPX38与白色滤色器(W)或黄色滤色器(Y)相关联，而第三像素组PG3c的第三子像素SPX33、第四子像素SPX34、第五子像素SPX35和第六子像素SPX36均与蓝色滤色器(B)相关联。
图5是示出根据本发明构思的某些实施例的共享浮置扩散区的第一子像素和第二子像素的布置的电路图。在图5中，像素(例如，水平像素或垂直像素)的第一子像素和第二子像素被配置在共享像素结构内，以共享浮置扩散区。然而，本发明构思的其他实施例可以包括共享浮置扩散区的各种子像素的其他布置。
在图5中，第一子像素包括第一光电二极管PD11、第一传输晶体管TX11、选择晶体管SX1、驱动晶体管SF1和复位晶体管RX1。第二子像素包括第二光电二极管PD12、第二传输晶体管TX12以及选择晶体管SX1、驱动晶体管SF1和复位晶体管RX1。利用这种配置(例如，共享像素结构SHPX)，第一子像素和第二子像素可以有效地共享浮置扩散区FD1以及选择晶体管SX1、驱动晶体管SF1和复位晶体管RX1。本领域技术人员将认识到，在其他配置中可以省略选择晶体管SX1、驱动晶体管SF1和复位晶体管RX1中的一个或更多个。
这里，第一光电二极管PD11和第二光电二极管PD12均可以根据接收到的入射光来产生光电电荷。例如，第一光电二极管PD11和第二光电二极管PD12均可以是与入射光的量成比例地产生光电电荷(即，作为负光电电荷的电子和作为正光电电荷的空穴)的PN结二极管。即，第一光电二极管PD11和第二光电二极管PD12均可以包括诸如光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管(PPD)等的至少一个光电转换元件。
第一传输晶体管TX11可以用于响应于施加到第一传输晶体管TX11的第一传输控制信号TS11，将由第一光电二极管PD11产生的光电电荷传输到浮置扩散区FD1。因此，当第一传输晶体管TX11导通时，由第一光电二极管PD11产生的光电电荷被传输到浮置扩散区FD1，其中，光电电荷被累积(或存储)在浮置扩散区FD1中。同样地，当第二传输晶体管TX12响应于第二传输控制信号TS12而导通时，由第二光电二极管PD12产生的光电电荷被传输到浮置扩散区FD1并被浮置扩散区FD1累积。
就此而言，浮置扩散区FD1用作光电电荷电容器。因此，在本发明构思的某些实施例中，随着可操作地连接到浮置扩散区FD1的光电二极管的数目增加，浮置扩散区FD1的电容存储能力也必须增加。
复位晶体管RX1可以用于周期性地复位在浮置扩散区FD1中累积的光电电荷。复位晶体管RX的源电极可以连接到浮置扩散区FD1，并且其漏电极可以连接到源电压VPIX。当复位晶体管RX响应于复位控制信号RS1而导通时，连接到复位晶体管RX1的漏电极的源电压VPIX可以被施加到浮置扩散区FD1。当复位晶体管RX1导通时，可以释放累积在浮置扩散区FD1中的光电电荷，因此，可以复位浮置扩散区FD1。
可以基于累积在浮置扩散区FD1中的光电电荷的量来控制驱动晶体管SF1。驱动晶体管SF1可以是缓冲放大器，并且可以响应于由浮置扩散区FD1累积的光电电荷来缓冲信号。驱动晶体管SF1可以放大浮置扩散区FD1中变化的电势，并且将放大后的电势作为像素信号VOUT输出到列输出线(例如，图2的第一列输出线CLO_0至第n-1列输出线CLO_n-1之一)。
选择晶体管SX1的漏极端子可以连接到驱动晶体管SF1的源极端子，并且响应于选择信号SELS1，选择晶体管SX1可以通过相应的列输出线将像素信号VOUT输出到CDS(例如，图2的CDS 151)。
根据本发明构思的实施例，如图5所示的第一传输控制信号TS11、第二传输控制信号TS12、复位控制信号RS1和选择信号SELS1中的一个或更多个可以是由相对于像素阵列(例如，图2的像素阵列110)操作的行驱动器(例如，图2的行驱动器140)提供的控制信号。
图6A、图6B、图6C、图6D和图6E是分别示出共享浮置扩散区的子像素布置的各个示图。这样的子像素布置可以包括在本发明构思的实施例中所包括的像素阵列的子像素阵列中(例如，图3A的第一子像素阵列110_1、图3B的第二子像素阵列110_2和图4A至图4C的(一个或多个)子像素阵列)。
参照图6A，第一子像素阵列100_1e可以包括第一至第四像素组PG1e至PG4e，并且第一至第四像素组PG1e至PG4e均可以包括多个水平像素PX_X。每个水平像素PX_X中包括的子像素可以被配置在共享不同的浮置扩散区的共享像素结构SHPX1中。即，共享像素结构SHPX1可以是包括两个子像素的2-共享结构。因此，两个子像素将共享单个浮置扩散区。
例如，第一像素组PG1e的第一子像素SPX11和第二子像素SPX12可以被配置在共享第一浮置扩散区的共享像素结构SHPX1中，而第一像素组PG1e的第三子像素SPX13和第四子像素SPX14可以被配置在共享与第一浮置扩散区不同的浮置扩散区的共享像素结构SHPX1中。在这种情况下，第一子像素SPX11和第三子像素SPX13与不同的浮置扩散区相关联。
对第一像素组PG1e的前述描述可以应用于第二至第四像素组PG2e至PG4e。
在高分辨率模式下，第一子像素阵列100_1e可以在浮置扩散区中累积由不同子像素的至少两(2)个光电二极管产生的所有光电电荷。例如，第一子像素阵列100_1e可以输出复位电压作为像素信号(例如，图5的VOUT)，然后，可以输出基于第一子像素SPX11的像素信号VOUT，然后可以输出基于第一子像素SPX11和第二子像素SPX12的像素信号VOUT。即，一起配置在单个水平像素中的子像素(例如，第一子像素SPX11和第二子像素SPX12)可以共享浮置扩散区(例如，图5的浮置扩散区FD1)，并且因此可以基于由第一子像素SPX11的第一光电二极管(例如，图5的第一光电二极管PD11)产生的光电电荷以及由第二子像素SPX12的第二光电二极管(例如，图5的第二光电二极管PD12)产生的光电电荷，来输出像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-信号-复位-信号-信号-复位-信号-信号-复位-信号-信号(RSSRSSRSSRSS)读出方法。
然而，根据实施例的包括第一子像素阵列100_1e的图像传感器在高分辨率模式下的操作不限于此。尽管第一子像素SPX11和第二子像素SPX12共享浮置扩散区FD1，但是第一子像素阵列100_1e可以输出基于第一子像素SPX11的像素信号VOUT，随后复位浮置扩散区FD1以输出复位电压作为像素信号VOUT，并且随后输出基于第二子像素SPX12的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-复位-信号-复位-信号-复位-信号-复位-信号-复位-信号-复位-信号-复位-信号(RSRSRSRSRSRSRSRS)读出方法。
因此，在获得从共享一个浮置扩散区的一个共享像素结构SHPX1中包括的每个子像素输出的像素信号VOUT时，与本发明构思的实施例一致的图像传感器可以不同地调整浮置扩散区复位的数目。随着浮置扩散区复位数目的增加，获得从一个共享像素结构SHPX1中包括的每个子像素输出的像素信号VOUT所花费的时间也增加，但是可以形成具有相对低电容的浮置扩散区并且可以增加转换增益。另一方面，随着浮置扩散区复位数目的减少，会需要具有高电容的浮置扩散区。然而，获得从一个共享像素结构SHPX1中包括的每个子像素输出的像素信号VOUT所花费的时间可以减少。
在本发明构思的某些实施例中，第一子像素阵列100_1e的第一至第四像素组PG1e至PG4e可以分别连接到不同的列输出线(例如，第一列输出线CLO_0至第n-1列输出线CLO_n-1中的各相应的列输出线)。例如，第一像素组PG1e的多个像素PX_X可以连接到第一列输出线CLO_0，第二像素组PG2e的多个像素PX_X可以连接到第二列输出线CLO_1，第三像素组PG3e的多个像素PX_X可以连接到第三列输出线CLO_2，第四像素组PG4e的多个像素PX_X可以连接到第四列输出线CLO_3。
在这种情况下，包括第一子像素阵列100_1e的图像传感器可以在低分辨率模式下执行模拟像素分箱(binning)操作。即，在低分辨率模式下，第一子像素阵列100_1e可以通过第一列输出线CLO_0输出复位电压作为像素信号VOUT，随后通过第一列输出线CLO_0输出基于第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的像素信号VOUT，并且随后通过第一列输出线CLO_0输出基于第一至第八子像素SPX11至SPX18的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-信号(RSS)读出方法。
或者，在低分辨率模式下，第一子像素阵列100_1e可以通过第一列输出线CLO_0输出复位电压作为像素信号VOUT，随后通过第一列输出线CLO_0输出基于第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的像素信号VOUT，随后通过第一列输出线CLO_0再次输出复位电压作为像素信号VOUT，并且随后通过第一列输出线CLO_0输出基于第二子像素SPX12、第四子像素SPX14、第六子像素SPX16和第八子像素SPX18的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-复位-信号(RS-RS)读出方法。
然而，根据本发明构思的实施例的图像传感器不限于此，并且第一子像素阵列100_1e中包括的多个水平像素PX_X可以分别连接到不同的列输出线。在这种情况下，包括第一子像素阵列100_1e的图像传感器可以在低分辨率模式下执行数字像素分箱操作。例如，在低分辨率模式下，第一子像素阵列100_1e可以通过不同的列输出线输出基于第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的不同的像素信号VOUT，并且每个像素信号VOUT可以由CDS(例如，图2的151)和ADC(例如，图2的153)转换为数字信号，并且可以存储在缓冲器(例如，图2的155)中。缓冲器155可以将与从第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17中的每个子像素输出的像素信号相对应的数据作为一个信号输出到信号处理器(例如，图2的130)或图像传感器的外部。随后，缓冲器155可以将与从第二子像素SPX12、第四子像素SPX14、第六子像素SPX16和第八子像素SPX18中的每个子像素输出的像素信号相对应的数据作为一个信号输出到信号处理器130或图像传感器的外部。
根据前述内容，本领域技术人员将认识到，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以包括子像素阵列(例如，图6A的第一子像素阵列100_1e)，并且可以在高分辨率模式下以像素为单位执行AF功能，或者可以在低分辨率模式下以像素组为单位执行AF功能。
在另外能够在中等分辨率模式下操作的本发明构思的其他实施例中，包括第一子像素阵列100_1e的图像传感器可以执行模拟像素分箱操作或数字像素分箱操作。因此，包括第一子像素阵列100_1e的图像传感器可以在高分辨率模式下以像素为单位执行AF功能，在低分辨率模式下以像素组为单位执行AF功能。以这种方式，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以有效地在高分辨率模式、低分辨率模式和中等分辨率模式下操作，以适当地满足照明环境的需求。
参照图6B，第一子像素阵列100_1f包括第一至第四像素组PG1f至PG4f，其中，第一至第四像素组PG1f至PG4f均包括多个水平像素PX_X。多个水平像素PX_X当中的(在X方向上)相邻设置的水平像素PX_X可以被配置在共享像素结构SHPX2X中，以便共享单个浮置扩散区。即，图6B的共享像素结构SHPX2X可以是包括共享单个浮置扩散区的四个子像素的4-共享结构。
包括第一子像素阵列100_1f的图像传感器可以在高分辨率模式下以像素为单位执行AF功能，并且可以在低分辨率模式下结合第一至第四像素组PG1f至PG4f以像素组为单位执行AF功能。例如，在高分辨率模式下，第一子像素阵列100_1f可以根据上述RSSRSSRSSRSS读出方法输出像素信号VOUT。或者，第一子像素阵列100_1f可以根据上述RSRSRSRSRSRSRSRS读出方法输出像素信号VOUT。
或者，在高分辨率模式下，第一子像素阵列100_1f可以将由四个不同的光电二极管产生的所有光电电荷累积到一个浮置扩散区中。例如，第一子像素阵列100_1f可以输出复位电压作为像素信号VOUT，然后可以输出基于第一子像素SPX11的像素信号VOUT，输出基于第一子像素SPX11和第二子像素SPX12的像素信号VOUT，输出基于第一至第三子像素SPX11至SPX13的像素信号VOUT，并且输出基于第一至第四子像素SPX11至SPX14的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-信号-信号-信号-复位-信号-信号-信号-信号(RSSSSRSSSS)读出方法。
或者，例如，在高分辨率模式下，第一子像素阵列100_1f可以输出复位电压作为像素信号VOUT，然后，可以输出基于第一子像素SPX11的像素信号VOUT，输出基于第一子像素SPX11和第二子像素SPX12的像素信号VOUT，并且输出基于第一至第四子像素SPX11至SPX14的像素信号VOUT。即，在高分辨率模式下，第一子像素阵列100_1f可以同时将由第三子像素SPX13和第四子像素SPX14的光电二极管产生的光电电荷累积到一个浮置扩散区中。这样的读出方法可以是复位-信号-信号-信号-复位-信号-信号-信号(RSSSRSSS)读出方法。在这种情况下，第三子像素SPX13和第四子像素SPX14可以不用于AF功能，但是第一子像素阵列100_1f的总读出速度可以增加。
另一方面，包括第一子像素阵列100_1f的图像传感器可以在低分辨率模式下执行模拟像素分箱操作。例如，第一子像素阵列100_1f可以将基于第一、第三、第五和第七子像素SPX11、SPX13、SPX15和SPX17的像素信号VOUT输出到第一列输出线CLO_0，然后可以将基于第一至第八子像素SPX11至SPX18的像素信号VOUT输出到第一列输出线CLO_0。或者，例如，第一子像素阵列100_1f可以将基于第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的像素信号VOUT输出到第一列输出线CLO_0，随后再次将复位电压作为像素信号VOUT输出到第一列输出线CLO_0，随后将基于第二子像素SPX12、第四子像素SPX14、第六子像素SPX16和第八子像素SPX18的像素信号VOUT输出到第一列输出线CLO_0。
另一方面，第一子像素阵列100_1f可以在低分辨率模式下执行数字像素分箱操作。例如，第一子像素阵列100_1f可以将基于第一子像素SPX11和第三子像素SPX13的像素信号VOUT以及基于第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的像素信号VOUT输出到不同的列输出线，并且每个像素信号VOUT可以由CDS(例如，图2的151)和ADC(例如，图2的153)转换为数字信号，并且可以存储在缓冲器(例如，图2的155)中。缓冲器155可以将与从第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17中的每个子像素输出的像素信号相对应的数据作为一个信号输出到信号处理器(例如，图2的130)或图像传感器的外部。随后，缓冲器155可以将与从第二子像素SPX12、第四子像素SPX14、第六子像素SPX16和第八子像素SPX18中的每个子像素输出的像素信号相对应的数据作为一个信号输出到信号处理器130或图像传感器的外部。因此，包括第一子像素阵列100_1f的图像传感器可以在高分辨率模式下以像素为单位执行AF功能，并且可以在低分辨率模式下以像素组为单位执行AF功能。第一子像素阵列100_1g可以包括第一至第四像素组PG1g至PG4g，并且第一至第四像素组PG1g至PG4g均可以包括多个水平像素PX_X。多个水平像素PX_X当中的(在Y方向上)相邻设置的水平像素PX_X可以被配置在共享单个浮置扩散区的共享像素结构SHPX2Y中。即，共享像素结构SHPX2Y可以是包括四个子像素的4-共享结构，并且可以在共享浮置扩散区的共享像素结构SHPX2Y中每次配置四个子像素。在高分辨率模式和低分辨率模式的每一种模式下，对上述第一子像素阵列100_1f的操作的描述可以类似地应用于第一子像素阵列100_1g的操作。
参照图6C，第一子像素阵列100_1h包括第一至第四像素组PG1h至PG4h，其中，第一至第四像素组PG1h至PG4h均包括多个水平像素PX_X，其中，同一特定组中包括的水平像素PX_X被配置在共享浮置扩散区的共享像素结构SHPX3中。即，共享像素结构SHPX3可以是包括八个子像素的8-共享结构，并且每次八个子像素可以配置共享浮置扩散区的共享像素结构SHPX3。因此，不同像素组中包括的子像素可以不共享浮置扩散区。下面将参照图9至图11描述第一子像素阵列100_1h在高分辨率模式下的操作和第一子像素阵列100_1h在低分辨率模式下的操作。
参照图6D，第一子像素阵列100_1i包括第一至第四像素组PG1i至PG4i，其中，第一至第四像素组PG1i至PG4i均包括多个水平像素PX_X。(在X方向上)相邻设置的水平像素PX_X可以被配置在共享单个浮置扩散区的共享像素结构SHPX4X中。即，共享像素结构SHPX4X可以是包括十六个子像素的16-共享结构，并且每次十六个子像素可以配置共享浮置扩散区的共享像素结构SHPX4X。
例如，第一像素组PG1i的第一至第八子像素SPX11至SPX18和第二像素组PG2i的第一至第八子像素SPX21至SPX28可以配置共享浮置扩散区的一个共享像素结构SHPX4X，并且第三像素组PG3i的第一至第八子像素SPX31至SPX38和第四像素组PG4i的第一至第八子像素SPX41至SPX48可以配置共享浮置扩散区的一个共享像素结构SHPX4X。因此，包括在不同像素组中的子像素可以共享浮置扩散区。
第一子像素阵列100_1j包括第一至第四像素组PG1j至PG4j，其中，第一至第四像素组PG1j至PG4j均包括多个水平像素PX_X。(在Y方向上)相邻设置的水平像素PX_X可以被配置在共享单个浮置扩散区的共享像素结构SHPX4Y中。即，共享像素结构SHPX4Y可以是包括十六个子像素的16-共享结构，并且每次十六个子像素可以配置共享浮置扩散区的共享像素结构SHPX4Y。
例如，第一像素组PG1j的第一至第八子像素SPX11至SPX18和第三像素组PG3j的第一至第八子像素SPX31至SPX38可以配置共享浮置扩散区的一个共享像素结构SHPX4Y，第二像素组PG2j的第一至第八子像素SPX21至SPX28和第四像素组PG4j的第一至第八子像素SPX41至SPX48可以配置共享浮置扩散区的一个共享像素结构SHPX4Y。因此，不同像素组中包括的子像素可以共享浮置扩散区。
对图6C的第一子像素阵列100_1h在高分辨率模式下的描述可以类似地应用于第一子像素阵列100_1i和100_1j中的每一者在高分辨率模式下的操作，对图6C的第一子像素阵列100_1h在低分辨率模式下的描述可以类似地应用于第一子像素阵列100_1i和100_1j中的每一者在低分辨率模式下的操作。
参照图6E，第一子像素阵列100_1k包括第一至第四像素组PG1k至PG4k，其中，第一至第四像素组PG1k至PG4k均包括多个水平像素PX_X。第一至第四像素组PG1k至PG4k中包括的水平像素PX_X可以被配置在共享单个浮置扩散区的共享像素结构SHPX5中。即，共享像素结构SHPX5可以是包括32个子像素的32-共享结构，并且每次32个子像素可以配置共享浮置扩散区的共享像素结构SHPX5。对图6C的第一子像素阵列100_1h在高分辨率模式下的描述可以类似地应用于第一子像素阵列100_1k在高分辨率模式下的操作，对图6C的第一子像素阵列100_1h在低分辨率模式下的描述可以类似地应用于第一子像素阵列100_1k在低分辨率模式下的操作。
在图6A、图6B、图6C、图6D和图6E所示的实施例中，上面已经描述了分别设置在第一子像素阵列110_1e、110_1f、110_1g、110_1h、110_1i、110_1j和110_1k中的共享像素结构SHPX1、SHPX2、SHPX3、SHPX4和SHPX5的一些特定细节。然而，根据本发明构思的实施例的图像传感器不限于此，并且可以以各种方式实现各种子像素阵列的结构。
图7是进一步示出在一个实施例中的共享浮置扩散区的子像素的布置的电路图。在图7中，共享像素结构提供了双重转换增益(DCG)功能。假设图7的共享像素结构包括共享第一浮置扩散区HCG_FD_A的四个光电二极管以及共享第二浮置扩散区HCG_FD_B的四个光电二极管。
参照图7，共享像素结构SHPX'包括第一至第八光电二极管PD11至PD18、第一至第八传输晶体管TX11至TX18、第一和第二选择晶体管SX1和SX2、第一和第二驱动晶体管SF1和SF2以及第一至第四复位晶体管RX11、RX21、RX12和RX22。
第一至第四传输晶体管TX11至TX14可以分别响应于与其相对应的第一至第四传输控制信号TS11至TS14，将第一至第四光电二极管PD11至PD14连接到第一浮置扩散区HCG_FD_A。第五至第八传输晶体管TX15至TX18可以分别响应于与其相对应的第五至第八传输控制信号TS15至TS18，将第五至第八光电二极管PD15至PD18连接到第二浮置扩散区HCG_FD_B。例如，包括第一至第四光电二极管PD11至PD14的子像素可以共享第一浮置扩散区HCG_FD_A，并且包括第五至第八光电二极管PD15至PD18的子像素可以共享第二浮置扩散区HCG_FD_B。
第一复位晶体管RX11和第二复位晶体管RX21可以响应于第一复位控制信号RS11和第二复位控制信号RS21，周期性地复位累积到第一浮置扩散区HCG_FD_A中的光电电荷。第一复位晶体管RX11的源电极可以连接到第一浮置扩散区HCG_FD_A，并且其漏电极可以连接到第二复位晶体管RX21和第三浮置扩散区LCG_FD。第二复位晶体管RX21的源电极可以连接到第一复位晶体管RX11和第三浮置扩散区LCG_FD，并且其漏电极可以连接到源电压VPIX。
第三复位晶体管RX12和第四复位晶体管RX22可以响应于第三复位控制信号RS12和第四复位控制信号RS22，周期性地复位累积到第二浮置扩散区HCG_FD_B中的光电电荷。第三复位晶体管RX12的源电极可以连接到第二浮置扩散区HCG_FD_B，并且其漏电极可以连接到第四复位晶体管RX22和第三浮置扩散区LCG_FD。第四复位晶体管RX22的源电极可以连接到第三复位晶体管RX12和第三浮置扩散区LCG_FD，并且其漏电极可以连接到源电压VPIX。
当第一复位晶体管RX11导通时，第一浮置扩散区HCG_FD_A可以连接到第三浮置扩散区LCG_FD。此外，当第三复位晶体管RX12导通时，第二浮置扩散区HCG_FD_B可以连接到第三浮置扩散区LCG_FD。因此，当第一复位晶体管RX11和第三复位晶体管RX12全部导通时，第一浮置扩散区HCG_FD_A、第二浮置扩散区HCG_FD_B和第三浮置扩散区LCG_FD可以彼此连接。因此，根据实施例的图像传感器的共享像素结构可以从图6B的具有4-共享结构的共享像素结构SHPX2X和SHPX2Y变为图6C的具有8-共享结构的共享像素结构SHPX3。
第一选择晶体管SX1和第二选择晶体管SX2可以响应于第一选择信号SELS1和第二选择信号SELS2，通过列输出线将像素信号VOUT输出到CDS(例如，图2的151)。
在根据本发明构思的实施例的图像传感器中，随着浮置扩散区的电容减小/增大，转换增益将相应地增大/减小。因此，随着浮置扩散区的电容增加，相对更多的光电电荷累积在浮置扩散区中。因此，结果减少了必须执行的复位操作的次数，从而提高了整体操作速度。因此，根据情况，像素阵列可以在高转换增益(HCG)模式下以4-共享结构操作，并且可以在低转换增益(LCG)模式下以8-共享结构操作，从而支持双重转换增益(DCG)功能。
图8、图9、图10和图11是进一步示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的操作的各个定时图。在定时图中，为了便于描述，假设了参照第一子像素阵列100_1h所描述的图像传感器包括图6C所示的共享像素结构SHPX3。
在一个实施例中，参照图8和图9描述图像传感器的操作。进一步假设第一子像素阵列100_1h中包括的多个水平像素PX_X在高分辨率模式下提供用于AF功能的像素信号。在另一个实施例中，参考图10描述图像传感器的操作。这里再次假设第一子像素阵列100_1h中包括的多个水平像素PX_X在高分辨率模式下提供用于AF功能的像素信号。在又一个实施例中，下面参照图11描述的图像传感器的操作可以是在低分辨率模式下像素组输出用于AF功能的像素信号的实施例。
共同参照图5、图6C和图8，在第一子像素SPX11中，响应于由第一传输控制信号TS11控制的第一传输晶体管TX11的开关操作，由第一光电二极管PD11产生的光电电荷累积在浮置扩散区FD1中。在第二子像素SPX12中，响应于由第二传输控制信号TS12控制的第二传输晶体管TX12的开关操作，由第二光电二极管PD12产生的光电电荷累积在浮置扩散区FD1中。在第七子像素SPX17中，响应于由第七传输控制信号TS17控制的第七传输晶体管的开关操作，由第七光电二极管产生的光电电荷累积在浮置扩散区FD1中，在第八子像素SPX18中，响应于由第八传输控制信号TS18控制的第八传输晶体管的开关操作，由第八光电二极管产生的光电电荷累积在浮置扩散区FD1中。
第一像素组PG1h可以被复位，然后，第一至第八子像素SPX11至SPX18的第一至第八传输晶体管可以顺序地导通。即，可以将复位控制信号RS1从逻辑高电平转变为逻辑低电平，然后，第一至第八传输控制信号TS11至TS18可以顺序地从逻辑低电平转变为逻辑高电平。
由斜坡信号发生器(例如，图2的斜坡信号发生器157)产生的斜坡电压RMP可以在复位控制信号RS1从逻辑高电平转变为逻辑低电平然后再次转变为逻辑高电平的时间段期间包括九个脉冲。每个脉冲可以具有依次减小然后再次增大的三角波形。如图8所示，脉冲可以随着每次激活而逐渐增加摆幅，但是这种信号传递(signaling)方法仅仅是一个示例。
因此，当复位第一像素组PG1h的浮置扩散区FD1时，第一脉冲R可以是与像素电压VOUT相对应的脉冲。复位电压的变化信号电平会相对较低。
第二脉冲S1可以是与基于由第一子像素SPX11的第一光电二极管PD11产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。在像素信号VOUT中，可以将电压降添加到复位电压，因此，第二脉冲S1可以被调整为降得比第一脉冲R低并且随后被恢复。
第三脉冲S1S2可以是与基于由第一子像素SPX11的第一光电二极管PD11和第二子像素SPX12的第二光电二极管PD12产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。第四脉冲S1……S7可以是与基于由第一子像素SPX11至第七子像素SPX17的第一至第七光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲，第五脉冲S1……S8可以是与基于由第一至第八子像素SPX11至SPX18的第一至第八光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。
如上所述，可以从自第一像素组PGlh输出的像素信号VOUT导出斜坡电压RMP的波形。即，第一像素组PG1h可以首先输出复位电压作为像素信号VOUT，然后可以输出基于第一子像素SPX11的像素信号VOUT，输出基于第一子像素SPX11和第二子像素SPX12的像素信号VOUT，输出基于第一至第三子像素SPX11至SPX13的像素信号VOUT，输出基于第一至第四子像素SPX11至SPX14的像素信号VOUT，输出基于第一至第五子像素SPX11至SPX15的像素信号VOUT，输出基于第一至第六子像素SPX11至SPX16的像素信号VOUT，输出基于第一至第七子像素SPX11至SPX17的像素信号VOUT，并且输出基于第一至第八子像素SPX11至SPX18的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-信号-信号-信号-信号-信号-信号-信号(RSSSSSSSS)读出方法。
由第一像素组PGlh中包括的第一至第八子像素SPX11至SPX18产生的光电电荷可以顺序地累积在浮置扩散区FD1中，并且基于其的像素信号VOUT可以被顺序地输出。在对第一像素组PG1h执行一次复位操作之后，可以顺序地输出与由第一至第八子像素SPX11至SPX18产生的光电电荷相对应的像素信号VOUT，因此，根据本公开的图像传感器可以执行高速操作。因此，当需要诸如运动图像模式的高速操作时，可以减少复位操作的次数，并且由第一至第八子像素SPX11至SPX18产生的光电电荷可以顺序地累积在浮置扩散区FD1中。
此外，第一至第八子像素SPX11至SPX18的第一至第八传输晶体管可以顺序地导通(即，图8中所示的TS11_on至TS18_on)，并且与由第一至第八子像素SPX11至SPX18产生的光电电荷相对应的像素信号VOUT可以顺序地输出，从而提供允许以像素为单位执行AF功能的高分辨率模式。此时，第一像素组PG1h中包括的多个像素PX_X均可以输出包括AF信息的像素信号VOUT。
共同参照图5、图6C和图9，第一至第八子像素SPX11至SPX18的第一至第八传输晶体管可以顺序地导通。即，第一至第八传输控制信号TS11至TS18可以顺序地从逻辑低电平转变为逻辑高电平。
斜坡电压RMP的第一脉冲R1可以是与第一像素组PG1h的浮置扩散区FD1复位时的像素电压VOUT相对应的脉冲。第二脉冲S1可以是与基于由第一子像素SPX11的第一光电二极管PD11产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。第三脉冲S1S2可以是与基于由第一子像素SPX11的第一光电二极管PD11和第二子像素SPX12的第二光电二极管PD12产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。
第四脉冲R4可以是与第一像素组PG1h的浮置扩散区FD1被复位时的像素电压VOUT相对应的脉冲。第五脉冲S7可以是与基于由第七子像素SPX17的第七光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。第六脉冲S7S8可以是与基于由第七子像素SPX17的第七光电二极管和第八子像素SPX18的第八光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。
第一像素组PGlh可以首先输出复位电压作为像素信号VOUT，然后，可以输出基于第一子像素SPX11的像素信号VOUT，并且可以输出基于第一子像素SPX11和第二子像素SPX12的像素信号VOUT。随后，第一像素组PG1h可以首先输出复位电压作为像素信号VOUT，然后可以输出基于第三子像素SPX13的像素信号VOUT，并且可以输出基于第三子像素SPX13和第四子像素SPX14的像素信号VOUT。随后，第一像素组PG1h可以输出复位电压作为像素信号VOUT，然后，可以输出基于第五子像素SPX15的像素信号VOUT，并且可以输出基于第五子像素SPX15和第六子像素SPX16的像素信号VOUT。随后，第一像素组PG1h可以输出复位电压作为像素信号VOUT，然后，可以输出基于第七子像素SPX17的像素信号VOUT，并且可以输出基于第七子像素SPX17和第八子像素SPX18的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是上面参照图6B描述的RSSRSSRSSRSS读出方法。
由第一像素组PG1h中包括的第一至第八子像素SPX11至SPX18中的一些子像素(例如，选定子像素)产生的光电电荷累积在浮置扩散区FD1中，并且在浮置扩散区FD1被复位之后，由另一些子像素产生的光电电荷再次累积在浮置扩散区FD1中。因此，即使当浮置扩散区FD1的电容低时，根据本公开的图像传感器也可以提供AF功能。此外，第一至第八子像素SPX11至SPX18的第一至第八传输晶体管可以顺序地导通，并且与由第一至第八子像素SPX11至SPX18产生的光电电荷相对应的像素信号VOUT可以顺序地输出，从而提供允许以像素为单位执行AF功能的高分辨率模式。此时，第一像素组PG1h中包括的多个像素PX_X均可以输出包括AF信息的像素信号VOUT。
根据本发明构思的实施例的图像传感器不限于上述(一种或多种)读出方法。输出基于第一至第八子像素SPX11至SPX18中的每个子像素的像素信号VOUT的过程可以使用如下读出方法(即，RSSSSRSSSS读出方法)：在由四个子像素的光电二极管产生的光电电荷顺序地累积在浮置扩散区FD1中时输出像素信号VOUT，然后重复复位操作。或者，该过程可以使用如下读出方法(即，RSRSRSRSRSRSRSRS读出方法)：输出基于一个子像素的像素信号VOUT，然后重复复位操作。
共同参照图5、图6C和图10，第一子像素SPX11的第一传输晶体管TX11和第二子像素SPX12的第二传输晶体管TX12可以同时导通，并且第三至第八子像素SPX13至SPX18的第三至第八传输晶体管可以顺序地导通。即，第一传输控制信号TS11和第二传输控制信号TS12可以同时从逻辑低电平转变为逻辑高电平，并且第三传输控制信号TS13至第八传输控制信号TS18可以顺序地从逻辑低电平转变为逻辑高水平。
斜坡电压RMP的第一脉冲R可以是与第一像素组PG1h的浮置扩散区FD1被复位时的像素电压VOUT相对应的脉冲。第二脉冲S1S2可以是与基于由第一子像素SPX11的第一光电二极管PD11和第二子像素SPX12的第二光电二极管PD12产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。第三脉冲S1……S7可以是与基于第一至第七子像素SPX11至SPX17的第一至第七光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲，第四脉冲S1……S8可以是与基于由第一至第八子像素SPX11至SPX18的第一至第八光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。
即，第一像素组PG1h可以首先输出复位电压作为像素信号VOUT，然后可以输出基于第一子像素SPX11和第二子像素SPX12的像素信号VOUT，输出基于第一至第三子像素SPX11至SPX13的像素信号VOUT，输出基于第一至第四子像素SPX11至SPX14的像素信号VOUT，输出基于第一至第五子像素SPX11至SPX15的像素信号VOUT，输出基于第一至第六子像素SPX11至SPX16的像素信号VOUT，输出基于第一至第七子像素SPX11至SPX17的像素信号VOUT，并且输出基于第一至第八子像素SPX11至SPX18的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-信号-信号-信号-信号-信号-信号(RSSSSSSS)读出方法。
在执行AF功能时，根据本公开的图像传感器可以不使用第一像素组PGlh中包括的多个水平像素PX_X中的一些(即，未被选择的)水平像素。例如，由于第一子像素SPX11和第二子像素SPX12同时在浮置扩散区FD1中累积光电电荷，因此第一子像素SPX11和第二子像素SPX12可以不用于AF功能，而第三子像素SPX13至第八子像素SPX18可以用于AF功能。
在图10中，上面已经描述了仅第一子像素SPX11和第二子像素SPX12不用于AF功能的情况，但是本发明构思的实施例不限于此。第一子像素SPX11和第二子像素SPX12可以同时在浮置扩散区FD1中累积光电电荷，然后，第三子像素SPX13和第四子像素SPX14可以同时在浮置扩散区FD1中累积光电电荷，从而第一至第四子像素SPX11至SPX14可以不用于AF功能。这样的读出方法可以是复位-信号-信号-信号-信号-信号-信号(RSSSSSS)读出方法。此时，第四至第八子像素SPX14至SPX18可以在浮置扩散区FD1中顺序地累积光电电荷，因此可以用于AF功能。
或者，第一子像素SPX11和第二子像素SPX12可以同时在浮置扩散区FD1中累积光电电荷，随后第三子像素SPX13和第四子像素SPX14可以同时在浮置扩散区FD1中累积光电电荷，随后第五和第六子像素SPX15和SPX16可以同时在浮置扩散区FD1中累积光电电荷，从而第一至第六子像素SPX11至SPX16可以不用于AF功能。这样的读出方法可以是复位-信号-信号-信号-信号-信号(RSSSSS)读出方法。此时，第七和第八子像素SPX17和SPX18可以在浮置扩散区FD1中顺序地累积光电电荷，因此可以用于AF功能。
根据本发明构思的某些实施例的图像传感器可以操作为使得同一像素的第一至第八子像素SPX11至SPX18当中的子像素同时在浮置扩散区FD1中累积光电电荷，从而促进高速操作。然而，在其他实施例中，图像传感器可以执行如下方法：将由四(4)个子像素的光电二极管产生的光电电荷累计在浮置扩散区FD1中，并重复复位操作。例如，这种图像传感器可以执行重复两次如下方法的读取方法(例如，RSSSRSSS读取方法)：首先且同时使单个像素的两个传输晶体管导通，然后依次使其他传输晶体管导通。
根据前述内容，本领域技术人员将认识到，可以不同地实现与根据本发明构思的实施例的图像传感器一起使用的读出方法。
共同参照图5、图6C和图11，具有相同相位的子像素的传输晶体管可以同时导通。例如，第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的第一传输晶体管、第三传输晶体管、第五传输晶体管和第七传输晶体管可以同时导通，然后第二子像素SPX12、第四子像素SPX14、第六子像素SPX16和第八子像素SPX18的第二传输晶体管、第四传输晶体管、第六传输晶体管和第八传输晶体管可以同时导通。即，第一传输控制信号TS11、第三传输控制信号TS13、第五传输控制信号TS15和第七传输控制信号TS17可以同时从逻辑低电平转变为逻辑高电平，并且第二传输控制信号TS12、第四传输控制信号TS14、第六传输控制信号TS16和第八传输控制信号TS18可以同时从逻辑低电平转变为逻辑高电平。
斜坡电压RMP的第一脉冲R可以是与第一像素组PG1h的浮置扩散区FD1被复位时的像素电压VOUT相对应的脉冲。第二脉冲S1S3S5S7可以是与基于由第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的第一光电二极管、第三光电二极管、第五光电二极管和第七光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。第三脉冲S1……S8可以是与基于由第一至第八子像素SPX11至SPX18的第一至第八光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT相对应的脉冲。即，第一像素组PG1h可以首先输出复位电压作为像素信号VOUT，然后可以输出基于第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的像素信号VOUT，并且可以输出基于第一至第八子像素SPX11至SPX18的像素信号VOUT。这样的读出方法可以是复位-信号-信号(RSS)读出方法。
根据本发明构思的实施例的图像传感器可以在低分辨率模式下以像素组为单位执行AF功能。即，可以通过将基于由第一、第三、第五和第七光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT与基于由第二、第四、第六和第八光电二极管产生的光电电荷的像素信号VOUT进行比较，来执行AF功能。在低照明环境下由一个光电二极管产生的光电电荷的量会降低，因此，图像传感器可以累积由多个光电二极管产生的所有光电电荷，以便适当地执行AF功能。
然而，根据本公开的图像传感器不限于图11所示的实施例。例如，在复位-信号-复位-信号(RSRS)读出方法中，第一像素组PG1h可以输出基于第一子像素SPX11、第三子像素SPX13、第五子像素SPX15和第七子像素SPX17的像素信号VOUT，并且可以被复位，然后可以输出基于第二子像素SPX12、第四子像素SPX14、第六子像素SPX16和第八子像素SPX18的像素信号VOUT。在复位-信号-复位-信号-复位-信号-复位-信号(RSRSRSRS)读出方法中，第一像素组PG1h可以首先输出复位电压作为像素信号VOUT，然后可以输出基于第一和第五子像素SPX11和SPX5的像素信号VOUT，并且可以被复位，随后可以输出基于第二和第六子像素SPX12和SPX16的像素信号VOUT，并且可以再次被复位，随后可以输出基于第三和第七子像素SPX13和SPX17的像素信号VOUT，并且可以再次被复位，随后可以输出基于第四和第八子像素SPX14和SPX18的像素信号VOUT。在复位-信号-信号-复位-信号-信号(RSSRSS)读出方法中，第一像素组PG1h可以首先输出复位电压作为像素信号VOUT，然后可以输出基于第一和第五子像素SPX11和SPX15的像素信号VOUT，可以输出基于第一子像素SPX11、第二子像素SPX12、第五子像素SPX15和第六子像素SPX16的像素信号VOUT，并且可以被复位，可以输出基于第三和第七子像素SPX13和SPX17的像素信号VOUT，并且可以输出基于第三子像素SPX13、第四子像素SPX14、第七子像素SPX17和第八子像素SPX18的像素信号VOUT。根据本公开的图像传感器不限于基于上述操作方法(例如，复位-信号-信号-复位-信号-信号(RSSRSS)读出方法)进行操作。上述操作方法的各种组合可以应用于根据本公开的图像传感器。
图12是示出根据本发明构思的某些实施例的图像传感器的像素阵列的又一示图。
参照图3A和图12，第一子像素阵列110_1d包括沿行方向(即，第一方向X)和列方向(即，第二方向Y)布置的多个水平像素PX_X。进一步假定每个水平像素PX_X可操作地配置有微透镜ML。
在所示的实施例中，第一至第四像素组PG1d至PG4d均包括九(9)个水平像素PX_X，其中，每个水平像素PX_X包括：在第一方向X上相邻设置的两(2)个子像素。例如，第一至第四像素组PG1d至PG4d均可以包括布置成三行六列的十八个子像素。例如，第一像素组PG1d可以包括第一至第十八子像素SPX11至SPX118，第二像素组PG2d可以包括第一至第十八子像素SPX21至SPX218，第三像素组PG3d可以包括第一至第十八子像素SPX31至SPX318，第四像素组PG4d可以包括第一至第十八子像素SPX41至SPX418。
第一子像素阵列110_1d可以不同地包括如前所述的一个或更多个滤色器。这里，第一至第四像素组PG1d至PG4d中的每个像素组的各个水平像素PX_X与选定滤色器相关联。
在一个实施例中，可以根据共享像素结构来配置第一子像素阵列110_1d，在该共享像素结构中，每个水平像素PX_X的两个子像素共享浮置扩散区。因此，对于每个像素组PG1d、PG2d、PG3d和PG4d，第一子像素阵列110_1d可以包括九(9)个浮置扩散区。
在一种方法中，可以以设置在像素组的同一行中的水平像素PX_X共享一个浮置扩散区的共享像素结构来配置第一子像素阵列110_1d。或者，可以以设置在像素组的同一列中的水平像素PX_X共享一个浮置扩散区的共享像素结构来配置第一子像素阵列110_1d。以这种方式，可以在每个像素组中提供三(3)个浮置扩散区。
在另一种方法中，一个或更多个像素组中包括的水平像素PX_X可以共享浮置扩散区。例如，不同像素组中包括的水平像素PX_X可以共享不同的浮置扩散区。或者，在行方向(即，第一方向X)上彼此相邻的不同像素组中包括的水平像素PX_X可以共享不同的浮置扩散区。或者，例如，在列方向(即，第二方向Y)上彼此相邻的不同像素组中包括的水平像素PX_X可以共享不同的浮置扩散区。或者，例如，第一至第四像素组PG1d至PG4d中包括的像素PX_X可以共享不同的浮置扩散区。
在实施例中，包括第一子像素阵列110_1d的图像传感器可以在以第一模式(即，高分辨率模式)操作时以像素为单位执行AF功能，而在以第二模式(即低分辨率模式)操作时以像素组为单位执行AF功能。例如，与低分辨率模式相关联的分辨率可以小于或等于与高分辨率模式相关联的分辨率的大约1/9。
如前所述，根据本发明构思的实施例的图像传感器可以使用多种分辨率模式在各种照明环境下有效地提供准确的AF功能。上面已经描述了高分辨率模式、低分辨率模式和中等分辨率模式的特定示例，但是本发明构思的实施例可以使用任何合理数目的具有各种定义的关系的分辨率模式。例如，与中等分辨率模式相关联的分辨率的范围可以为与高分辨率模式相关联的分辨率的1/9至与高分辨率模式相关联的分辨率的1/3。
一些前述实施例已经假设使用四(4)个像素组。然而，本发明构思的实施例不限于此。例如，子像素阵列的水平像素PX_X和/或垂直像素PX_Y可以在功能上划分成2、4、8、16或32个像素组。
尽管已经参考本发明的实施例具体示出和描述了本发明构思，但是将理解，在不脱离所附权利要求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)

1.一种选择性地适于在包括低分辨率模式和高分辨率模式的多种分辨率模式下使用的图像传感器，所述图像传感器包括像素阵列和行驱动器，
所述像素阵列包括多个像素，
其中，所述多个像素中的每个像素包括具有第一光电二极管的第一子像素和具有第二光电二极管的第二子像素，
所述第一子像素和所述第二子像素相邻地设置并且共享浮置扩散区，
所述行驱动器被配置为向所述像素阵列提供控制信号，以控制自动聚焦功能的执行，所述自动聚焦功能的执行包括：在所述高分辨率模式下以像素为单位执行所述自动聚焦功能，在所述低分辨率模式下以像素组为单位执行所述自动聚焦功能，
其中，与所述低分辨率模式相对应的分辨率等于或小于与所述高分辨率模式相对应的分辨率的1/4。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素包括第一子像素阵列和第二子像素阵列，
所述第一子像素阵列包括水平像素，并且
所述第二子像素阵列包括垂直像素。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述行驱动器进一步被配置为：提供所述控制信号，使得在所述高分辨率模式下，所述第一子像素阵列中的所述水平像素中的至少一个水平像素的所述第一子像素和所述第二子像素中的至少一个子像素执行所述自动聚焦功能。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述行驱动器还被配置为提供所述控制信号，使得：
由所述至少一个水平像素的所述第一子像素产生的光电电荷累积在所述浮置扩散区中，然后
所述浮置扩散区中的光电电荷被复位，然后
由所述至少一个水平像素的所述第二子像素产生的光电电荷累积在所述浮置扩散区中。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第一子像素阵列中的所述至少一个水平像素不包括所述第一子像素阵列中的所有的所述水平像素。
6.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一子像素阵列包括相邻设置的第一水平像素和第二水平像素，
响应于从所述行驱动器提供的控制信号，所述第一水平像素的第一浮置扩散区和所述第二水平像素的第二浮置扩散区彼此电连接，从而使得所述第一水平像素和所述第二水平像素共享所述浮置扩散区。
7.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述水平像素包括共享所述浮置扩散区的第一水平像素和第二水平像素，并且
所述行驱动器还被配置为：提供所述控制信号，使得在所述低分辨率模式下，所述第一水平像素的所述第一子像素和所述第二水平像素的所述第一子像素同时将光电电荷累积在所述浮置扩散区中。
8.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一子像素阵列的所述水平像素包括第一像素组以及与所述第一像素组相邻设置的第二像素组，
所述第一像素组和所述第二像素组分别包括沿第一方向和第二方向布置的水平像素，
所述第一像素组的所有的所述水平像素与第一滤色器相关联，并且
所述第二像素组的所有的所述水平像素与不同于所述第一滤色器的第二滤色器相关联。
9.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一子像素阵列的所述水平像素包括第一像素组以及与所述第一像素组相邻设置的第二像素组，
所述第一像素组和所述第二像素组分别包括沿第一方向和第二方向设置的水平像素，
所述第一像素组的所述水平像素中的至少一个水平像素与第一滤色器相关联，并且
所述第二像素组的所述水平像素中的至少一个水平像素与不同于所述第一滤色器的第二滤色器相关联。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器和所述第二滤色器分别选自包括红色滤色器、蓝色滤色器、绿色滤色器、白色滤色器和黄色滤色器的一组滤色器。
11.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一子像素阵列的所述水平像素包括第一像素组以及与所述第一像素组相邻设置的第二像素组，
所述第一像素组和所述第二像素组分别包括沿第一方向和第二方向布置的水平像素，
所述第一像素组的所述水平像素中的至少一个水平像素与第一滤色器相关联，所述第一像素组的所述水平像素中的至少另一个水平像素与不同于所述第一滤色器的第二滤色器相关联，并且
所述第二像素组的所述水平像素中的至少一个水平像素与第三滤色器相关联，所述第二像素组的所述水平像素中的至少另一个水平像素与不同于所述第三滤色器的第四滤色器相关联。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器和所述第三滤色器是不同的滤色器。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第二滤色器和所述第四滤色器是相同的滤色器。
14.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一子像素阵列的所述水平像素包括第一像素组以及与所述第一像素组相邻设置的第二像素组，
所述第一像素组和所述第二像素组分别包括沿第一方向和第二方向布置的水平像素，
所述第一像素组的所述水平像素中的至少两个水平像素分别与第一滤色器以及不同于所述第一滤色器的第二滤色器相关联，并且
所述第二像素组的所述水平像素中的至少两个水平像素分别与第三滤色器以及不同于所述第三滤色器的第四滤色器相关联。
15.一种选择性地适于在包括低分辨率模式、中等分辨率模式和高分辨率模式的多种分辨率模式下使用的图像传感器，所述图像传感器包括像素阵列和行驱动器，
所述像素阵列包括沿行方向和列方向布置的多个像素，其中，所述多个像素中的每个像素具有共享像素结构，
其中，所述共享像素结构包括：
包括第一光电转换元件的第一子像素，响应于第一传输信号经由第一传输晶体管选择性地将光电电荷传输到浮置扩散区，
包括第二光电转换元件的第二子像素，响应于第二传输信号经由第二传输晶体管选择性地将光电电荷传输到所述浮置扩散区，
复位晶体管，被配置为响应于复位信号选择性地使累积在所述浮置扩散区中的光电电荷复位，以及
驱动晶体管和选择晶体管，响应于选择信号选择性地将所述浮置扩散区连接到像素信号输出端，
所述浮置扩散区、所述复位晶体管、所述驱动晶体管和所述选择晶体管由所述第一子像素和所述第二子像素共享，并且所述第一子像素和所述第二子像素被相邻地设置，
所述行驱动器被配置为：提供所述第一传输信号、所述第二传输信号、所述复位信号和所述选择信号，使得自动聚焦功能的执行包括：在所述高分辨率模式下，以像素为单位执行所述自动聚焦功能；在所述中等分辨率模式下，以一个像素组中的布置在同一行的像素为单位，执行所述自动聚焦功能；在所述低分辨率模式下，以像素组为单位执行所述自动聚焦功能。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，
所述多个像素组当中的同一像素组中包括的多个像素被配置为共享浮置扩散区，
所述行驱动器还被配置为：提供所述第一传输信号、所述第二传输信号、所述复位信号和所述选择信号，使得由所述同一像素组中包括的所述多个像素产生的光电电荷被累积在所述浮置扩散区中，然后被复位。
17.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，
彼此相邻设置的至少两个像素组被配置为共享浮置扩散区。
18.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述高分辨率模式具有第一分辨率，
所述中等分辨率模式具有第二分辨率，所述第二分辨率为所述第一分辨率的1/4至所述第一分辨率的1/2，并且
所述低分辨率模式具有第三分辨率，所述第三分辨率小于或等于所述第一分辨率的1/4。
19.一种选择性地适于在包括低分辨率模式、中等分辨率模式和高分辨率模式的多种分辨率模式下使用的图像传感器，所述图像传感器包括：
行驱动器；
控制器，被配置为控制所述行驱动器的操作；以及
像素阵列，包括沿行方向和列方向布置的多个像素，并且被配置为响应于接收到的入射光提供像素信号，其中，所述多个像素中的每个像素包括：具有第一光电二极管的第一子像素和具有第二光电二极管的第二子像素，所述第一子像素和所述第二子像素相邻地设置并且共享浮置扩散区，
其中，所述行驱动器被配置为：向所述像素阵列提供控制信号以控制自动聚焦功能的执行，使得所述自动聚焦功能的执行包括：在所述高分辨率模式下，以像素为单位执行所述自动聚焦功能；在所述中等分辨率模式下，以一个像素组中的布置在同一行的像素为单位，执行所述自动聚焦功能；在所述低分辨率模式下，以像素组为单位执行所述自动聚焦功能。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述高分辨率模式具有第一分辨率，
所述中等分辨率模式具有第二分辨率，所述第二分辨率为所述第一分辨率的1/4至所述第一分辨率的1/2，并且
所述低分辨率模式具有第三分辨率，所述第三分辨率小于或等于所述第一分辨率的1/4。
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