CN112701131B - 用于支持多种捕获模式的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

用于支持多种捕获模式的图像传感器。图像传感器包括像素阵列，像素阵列包括中心区域和外围区域，在中心区域中多个第一像素输出第一像素信息，在外围区域中多个第二像素输出第二像素信息，外围区域围绕中心区域。多个第二像素中的第二像素的尺寸是多个第一像素中的第一像素的尺寸的4n倍，n是整数。

Description

用于支持多种捕获模式的图像传感器
技术领域
本公开涉及图像传感器，并且更具体地，涉及根据多种拍摄模式而不同地操作的图像传感器。
背景技术
由电子装置提供的各种服务和附加功能已经日益扩展。为了增加电子装置的实用性和价值并满足用户的各种需求，已经开发了可在电子装置上执行的各种应用。在这些应用当中，存在相机相关的功能。用户可以使用安装在电子装置上的相机来拍摄他自己或场景的图片。
响应于用户的各种需求，电子装置安装的相机能够产生不同类型的图像。另外，在电子装置中可以安装多个相机以按照用户的指挥产生一个或更多个图像。当相机中包括的图像传感器支持各种拍摄模式时，可以向用户提供更多类型的图像和/或减少安装于电子装置中的相机的数量。
发明内容
本公开的实施方式可以提供图像传感器和用于操作图像传感器的方法，其基于相机装置的拍摄模式使用布置在图像传感器的中心区域中的一种尺寸的像素和布置在图像传感器的外围区域中的另一种不同尺寸的像素，以改变中心区域的操作模式。
此外，本公开的实施方式可以提供一种图像传感器和用于操作该图像传感器的方法，该图像传感器包括：中心区域，其包括各自具有第一尺寸的多个像素；以及外围区域，其包括各自具有大于第一尺寸的第二尺寸的多个像素。在通过中心区域和外围区域产生图像的第一操作模式下，中心区域中的多个像素可以作为单个像素工作。也就是说，可以组合或合并从中心区域中的预定数量的像素输出的像素信息。在仅通过中心区域生成图像的第二操作模式下，设置于中心区域中的每个像素可以单独工作。
另外，本公开的实施方式可以提供图像传感器和用于操作图像传感器的方法，其能够输出与从相机输出的图像的尺寸、分辨率或颜色(单色或多色)相对应的像素信息。可以根据相机的拍摄模式而不同地或选择性地确定图像传感器的工作区域。
在实施方式中，图像传感器可以包括像素阵列，像素阵列包括：中心区域，在中心区域中多个第一像素输出第一像素信息；以及外围区域，在外围区域中多个第二像素输出第二像素信息，外围区域围绕中心区域。多个第二像素中的第二像素的尺寸是多个第一像素中的第一像素的尺寸的4n倍。n是整数。
作为示例而非限制，第一像素可以包括单个光电二极管和在单个光电二极管上方的单个透镜。第二像素可以包括多个光电二极管和在多个光电二极管上方的单个透镜。
第二像素可以包括：多个传输晶体管，每个传输晶体管被配置为将多个光电二极管中的相应一个联接到浮置扩散区域；多个复位晶体管，其被配置为复位浮置扩散区域；以及多个选择晶体管，每个选择晶体管被配置为响应于浮置扩散区域中累积的电荷量而导通。多个选择晶体管中只有一个选择晶体管可以被导通。
第一像素和第二像素可以分别包括单个光电二极管和位于单个光电二极管上方的单个透镜。
第一像素信息经由将像素阵列的第一像素联接到信号输出电路的单条列线来传输。第二像素信息经由各自将像素阵列的第二像素联接到信号输出电路的多条列线之一来传输。
在另一实施方式中，图像传感器可以包括：像素阵列，其包括其中多个第一像素各自输出第一像素信息的中心区域以及其中多个第二像素各自输出第二像素信息的外围区域，多个外围区域围绕中心区域；以及信号输出电路，其被配置为在第一操作模式下，组合从多个第一像素当中的一组相邻像素中的每个像素单独输出的第一像素信息以生成用于输出的第三像素信息。
信号输出电路可以被配置为在与第一操作模式可区分的第二操作模式下输出从中心区域的多个第一像素输出的第一像素信息，并且在第二操作模式下屏蔽从外围区域的多个第二像素输出的第二像素信息。
输出由信号输出电路组合的第一像素信息的一组相邻像素中的像素的数量是基于第一像素的平坦尺寸与第二像素的平坦尺寸之比确定的。
第一像素的平坦尺寸是第二像素的平坦尺寸的1/4n倍。n是1或更大的整数。
信号输出电路可以被配置为接收像素阵列的行地址和操作模式信号；以及基于操作模式信号和行地址，确定当列线与中心区域和外围区域交叉时，经由列线传输第一像素和第二像素中的哪一者的像素信息。
在另一实施方式中，图像传感器可以包括：像素阵列，其包括第一区域和第二区域，第一区域包括各自具有第一平面面积的多个第一像素，第二区域包括各自具有第二平面面积的多个第二像素；以及信号输出电路，其被配置为基于操作模式而输出从多个第一像素单独输出的第一像素信息和从多个第一像素获得的第三像素信息中一者。第一像素信息可以对应于第一平面面积。信号输出电路可以被配置为通过组合来自多个第一像素当中的一组第一像素的第一像素信息来生成第三像素信息。第三像素信息可以对应于第二平面面积。
信号输出电路可以被配置为在第一操作模式下输出第三像素信息。信号输出电路可以被配置为在第一操作模式下输出从第二区域中的多个第二像素获得的第二像素信息。
信号输出电路可以被配置为在第二操作模式下输出第一像素信息。信号输出电路可以被配置为在第二操作模式下屏蔽第二像素信息。
第一像素信息可以经由将像素阵列的第一像素联接到信号输出电路的单条列线来传输。第二像素信息可以经由各自将像素阵列的第二像素联接到信号输出电路的多条列线中的一条列线来传输。
像素阵列可以还包括第三区域，其包括各自具有第三平面面积的多个第三像素。信号输出电路可以被配置为基于操作模式而输出第一像素信息、第三像素信息和从多个第一像素获得的第五像素信息中的一者。信号输出电路可以被配置为通过组合第一像素信息中的一些来生成第五像素信息。第五像素信息可以对应于第三平面面积。信号输出电路可以还被配置为基于操作模式，输出从多个第二像素单独输出的第二像素信息和分别从多个第二像素获得的第四像素信息中的一者。信号输出电路可以被配置为通过组合第二像素信息中的一些来生成第四像素信息。第四像素信息可以对应于第三平面面积。
第三平面面积可以大于第二平面面积，并且第二平面面积大于第一平面面积。
信号输出电路可以被配置为在第一操作模式下输出第五像素信息和第四像素信息。信号输出电路可以被配置为在第一操作模式下输出从第三区域中的多个第三像素获得的第六像素信息。
信号输出电路可以被配置为在第二操作模式下输出第三像素信息和第二像素信息。信号输出电路可以被配置为在第二操作模式下屏蔽从第三区域中的多个第三像素获得的第六像素信息。
信号输出电路可以被配置为在第三操作模式下输出第一像素信息。信号输出电路可以被配置为在第三操作模式下进行输出以屏蔽第二像素信息和从第三区域中的多个第三像素获得的第六像素信息二者。
信号输出电路被配置为：接收像素阵列的行地址和操作模式信号；基于操作模式信号和行地址，确定当列线与第一区域至第三区域交叉时，经由列线传输第一像素至第三像素中的哪一者的像素信息；并且基于操作模式信号和行地址，确定当另一列线与第二区域和第三区域交叉时，经由另一列线传输第二像素和第三像素中的哪一者的像素信息。
在另一实施方式中，图像传感器可以包括：像素阵列，其包括设置于像素阵列的中心区域中的多个中心像素以及设置在围绕中心区域的围绕区域中的多个围绕像素，每个围绕像素具有单个中心像素的尺寸四倍大的尺寸；以及信号输出电路，其被配置为：分别根据中心模式和全模式输出第一中心像素信息和第二中心像素信息，并根据全模式输出围绕像素信息。第一中心像素信息可以来自单个中心像素。第二中心像素信息可以来自对应于单个围绕像素的4个中心像素。围绕像素信息可以来自单个围绕像素。
在另一实施方式中，图像传感器可以包括像素阵列和信号输出电路，像素阵列包括：多个中心像素，其设置在像素阵列的中心区域中；多个中间围绕像素，其设置在围绕中心区域的中间围绕区域中，多个中间围绕像素中的每个具有单个中心像素的尺寸4倍大的尺寸；以及多个全围绕像素，其设置在围绕中间围绕区域的全围绕区域中，多个全围绕像素中的每个具有单个中间围绕像素的尺寸4倍大的尺寸，信号输出电路被配置为：根据中心模式、中间模式和全模式分别输出第一中心像素信息至第三中心像素信息，以及根据中间模式和全模式分别输出第一中间围绕像素信息和第二中间围绕像素信息，以及根据全模式输出全围绕像素信息。第一中心像素信息可以来自单个中心像素。第二中心像素信息可以来自与单个中间围绕像素相对应的4个中心像素。第三中心像素信息可以来自与单个全围绕像素相对应的16个中心像素。第一中间围绕像素信息可以来自单个中间围绕像素。第二中间围绕像素信息可以来自与单个全围绕像素相对应的4个中间围绕像素。全围绕像素信息可以来自单个围绕像素。
附图说明
本文的描述参照了附图，其中在整个附图中，相似的附图标记指代相似的部分。
图1例示了根据本公开的实施方式的图像传感器。
图2示出了诸如图1所示的图像传感器之类的图像传感器的第一结构。
图3例示了布置在诸如图1所示的图像传感器之类的图像传感器的外围区域中的像素的第一示例。
图4例示了布置在诸如图1所示的图像传感器之类的图像传感器的中心区域中的像素的示例。
图5例示了布置在诸如图1所示的图像传感器之类的图像传感器的外围区域中的像素的第二示例。
图6示出了诸如图1所示的图像传感器之类的图像传感器的第二结构。
图7示出了诸如图1所示的图像传感器之类的图像传感器的第三结构。
图8例示了诸如图4所示的像素之类的像素的配置。
图9例示了诸如图5所示的像素之类的像素的配置。
图10例示了根据本公开的另一实施方式的图像传感器。
在整个说明书中，对“一实施方式”、“另一实施方式”等的引用并非必须是指相同的实施方式，并且对任何这样的短语的不同引用也并非必须是指相同实施方式。特定特征、结构或特性可以以与本公开一致的任何合适方式来组合。
具体实施方式
下面参照附图描述本公开的各种实施方式。然而，本公开的元件和特征可以不同地配置或布置以形成其它实施方式，其可以是任何公开的实施方式的变型。
在本公开中，术语“包含”、“包含于”、“包括”和“包括于”是开放式的。如在所附权利要求书中所使用的，这些术语指定了所陈述元件的存在，并且不排除存在或添加一个或更多个其它元件。权利要求中的术语不排除设备包括附加组件(例如，接口单元、电路等)。
在本公开中，各种单元、电路或其它组件可以被描述或在权利要求书中撰写为“配置为”执行一个或多个任务。在这样的上下文中，“配置为”用于通过指示单元/电路/组件包括在操作期间执行那些任务或多个任务的结构(例如，电路)来表示结构。如此，即使指定的单元/电路/组件当前未操作(例如，未通电)，也可以说该单元/电路/组件被配置为执行任务。与“配置为”语言一起使用的单元/电路/组件可以包括硬件，例如，电路，存储可执行以实现操作的程序指令的存储器等。单元/电路/组件被“配置为”执行一个或更多个任务的表述并非明确地意在针对该单元/电路/组件触发35USC§112第六章。附加地，“配置为”可以包括由软件和/或固件(例如，执行软件的FPGA或通用处理器)操纵以能够执行讨论中的任务的方式进行操作的通用结构(例如，通用电路)。“配置为”还可以包括使制造工艺(例如，半导体制造设施)适于制造适于实现或执行一个或更多个任务的装置(例如，集成电路)。
如本文中所使用的，在名词的前面作为名词的标签而使用的术语并非暗示任何类型的排序(例如，空间、时间、逻辑等)。例如，在值的上下文中所使用的术语“第一”和“第二”并非暗示第一值必须撰写或出现在第二值之前。此外，尽管可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来标识各种元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件与具有相同或相似名称的另一元件区分开。例如，第一电路可以与第二电路区分开。
此外，术语“基于”用于描述影响确定的一个或更多个因素。该术语不排除存在可以影响确定的附加因素。也就是说，确定可以仅基于所提及的因素或至少部分地基于这样的因素。考虑短语“基于B确定A”。虽然在这种情况下，B是影响A的确定的因素，但这样的短语并不排除A的确定也基于C。在其它情况下，可以仅基于B来确定A。
如本公开中所使用的，术语“电路”是指以下各项中的任何和全部：(a)纯硬件电路实现(诸如，仅以模拟和/或数字电路的实现)和(b)电路和软件(和/或固件)的组合，诸如(如果适用)：(i)处理器的组合；或(ii)共同工作以使诸如移动电话或服务器之类的设备执行各种功能的处理器/软件(包括数字信号处理器)、软件以及存储器的一部分；和(c)即使软件或固件物理上不存在但是需要软件或固件进行操作的、诸如微处理器或一部分微处理器之类的电路。“电路”的该定义适用于本申请(包括任何权利要求)中该术语的所有使用。作为另一示例，如在本申请中使用的，术语“电路”还涵盖仅处理器(或多个处理器)或一部分处理器及其(或它们)随附软件和/或固件的实现。术语“电路”还涵盖，例如，并且如果适用于特定的权利要求要素，储存装置的集成电路。
下面参照附图描述本公开的实施方式，其中，相似的附图标记指代相似的元件。
图1描述了根据本公开的实施方式的图像传感器。
参照图1，图像传感器100可以包括像素阵列。在像素阵列中，具有不同尺寸(例如，平面面积)的多个像素110、120被布置成多行和多列。这里，多个像素110、120中的每个可以包括至少一个光电二极管。像素110、120中的每个可以被视为能够输出与入射光相对应的电信息的单元或组件。
图像传感器100中的像素阵列的中心区域可以包括多个第一像素120，每个第一像素120具有小的平面面积。外围区域可以包括多个第二像素110，每个第二像素110比第一像素120具有更大的平面面积。在如图1所示的像素阵列中，四个第一像素120可以与单个第二像素110具有基本相同的平面面积。也就是说，第一像素120的平面面积可以是第二像素110的平面面积的1/4。根据另一实施方式，第一像素120的平面面积可以是第二像素110的平面面积的1/16。可以根据图像传感器100的规格来不同地设计和制造第一像素120和第二像素110各自的平面面积。通常，第一像素120的平面面积小于第二像素110的平面面积。
例如，图像传感器100可以通过多个第一像素120和多个第二像素110获得可见光谱中的彩色图像。每个像素可以包括红(R)滤色器、绿(G)滤色器或蓝(B)滤色器。红、绿和蓝是已知的光(彩色图像)的三原色。在图1中，多个第一像素120和多个第二像素110可以布置为形成拜耳图案。在拜耳图案中，包括绿(G)滤色器的像素可以占总数的50％，包括红(R)滤色器的像素和包括蓝(B)滤色器的像素分别占25％。设置在外围区域中的第二像素110可以输出与一个滤色器相对应的像素信息。另一方面，在中心区域中相邻设置的四个第一像素120可以分别输出与一个滤色器(即，同一滤色器)相对应的像素信息。
根据实施方式，设置在中心区域中的第一像素120可以以两种不同的操作模式操作。例如，在两个操作模式中的第一模式下，图像传感器100可以针对大场景收集低分辨率彩色图像。但是，在两个操作模式中的第二模式下，图像传感器100可以针对小场景收集高分辨率彩色图像。具体地，在第一模式下，可以基于从中心区域中的多个第一像素120和设置于外围区域中的多个第二像素110输出的像素信息来获得彩色图像。在第二模式下，可以仅基于从设置于中心区域中的多个第一像素120输出的像素信息来获取彩色图像。在第二模式下，设置在外围区域中的多个第二像素110可以不用于生成彩色图像。配备有图像传感器100的相机装置的用户可以在第一模式下获得场景的彩色图像，然后通过第二模式获得场景中的特定区域(或目标区域)的更清晰的图像。此外，当使用各自具有图像传感器100的多个相机装置时，每个图像传感器100可以根据在其相应的相机上设置的操作模式来输出像素信息。
图2示出了图1所示的图像传感器的第一结构。
参照图2，透镜128、118的尺寸可以分别对应于设置在图像传感器100的中心区域和外围区域中的第一像素120和第二像素110的尺寸(平面面积)。透镜128的尺寸不同于透镜118的尺寸。设置在像素上方的透镜128、118可以用于增加图像传感器100的光接收率，即，透镜128、118可以使更多入射光到达像素。透镜128、118可以改善与灵敏度和噪声有关的性能或质量。透镜128、118的尺寸可以非常小，并且每个这样的透镜通常称为微透镜。透镜128、118可以布置成与图像传感器100中沿着行和列布置的多个像素120、110相对应的阵列。此外，透镜128、118可以减小每个像素中所包括的光电二极管的光接收面积，以确保图像传感器110中其它组件的设计裕度，例如，以减少设计或布置图像传感器100中包括的晶体管或电路的难度。
可以基于第一像素120和第二像素110的尺寸来分别确定第一微透镜128的尺寸和第二微透镜118的尺寸。参照图2，设置在第一像素120上的第一微透镜128的尺寸可以小于设置在第二像素110上的第二微透镜118的尺寸。例如，当第一像素120为第二像素110的尺寸的1/4时，第一微透镜128可以比第二微透镜118小约4倍。
图3例示了布置在图1中描述的图像传感器的外围区域中的像素的第一示例。具体地，图3示出了布置在图1所示的外围区域中的第二像素110的示例。
参照图3，图像传感器中的第二像素110a具有设定的第一宽度W。形成于基板中的器件隔离结构112a可以将第二像素110a中所包括的光电二极管(PD)114a与相邻第二像素中所包括的另一光电二极管分离开。
尽管未示出，但是根据实施方式，光电二极管(PD)114a可以包括垂直交叠的多个光电转换层。例如，光电二极管114a可以包括具有N型杂质区域的第一层和具有P型杂质区域的第二层。在图3中，在光电二极管(PD)114a和器件隔离结构112a之间没有间隙。然而，根据另一实施方式，光电二极管(PD)114a和器件隔离结构112a可以间隔开设定距离。此外，虽然图3示出了光电二极管(PD)114a的顶表面是平坦的，但是在另一实施方式中，光电二极管(PD)114a可以具有突出的表面。当光电二极管(PD)114a的顶表面具有突出的表面(或凹凸表面)时，与具有平坦顶表面的PD 114a相比，可以收集更多的入射光。因此，不平坦的顶表面可以提高图像传感器的灵敏度。
器件隔离结构112a的高度高于形成于基板上的光电二极管(PD)114a的高度。在器件隔离结构112a和光电二极管(PD)114a上方形成平坦化膜108以使整个结构具有统一高度之后，可以在平坦化膜108上设置滤色器116。参照图1和图3，不同的滤色器116(R、B或G)可以设置在不同的第二像素110a上。
透镜118可以设置在滤色器116上。参照图2和图3，透镜118可以具有与第二像素110a的尺寸(平面面积)相对应的尺寸(例如，直径)。
图4例示了布置在图1中描述的图像传感器的中心区域中的像素的示例。具体地，图4示出了布置在图1所示的中心区域中的第一像素120的示例。
参照图1至图4，图像传感器中的第一像素120具有设定的第二宽度W/2。因此，当图3中描述的第二像素110a具有第一宽度W时，在如图1和图2所描述的第一像素120是第二像素的尺寸的四分之一时，第一像素120的宽度为第二像素110a的宽度的一半。每个第一像素120可以由器件隔离结构122分离开。形成于基板上或基板中的器件隔离结构122可以将第一像素120中所包括的光电二极管(PD)124与另一光电二极管(PD)分离开。
根据实施方式，光电二极管(PD)124可以包括垂直交叠的多个光电转换层。例如，光电二极管(PD)124可以包括具有N型杂质区域的第一层和具有P型杂质区域的第二层。图4示出了光电二极管(PD)124和器件隔离结构122可以彼此联接。在另一示例中，光电二极管(PD)124和器件隔离结构122可以在它们之间以设定间隙间隔开。此外，图4示出了具有平坦顶表面的光电二极管(PD)124的示例。在另一示例中，光电二极管(PD)124可以具有突出的顶表面或不平坦的顶表面。当光电二极管(PD)124的顶表面为凹凸状时，与具有平坦顶表面的PD相比，可以收集更多的入射光，从而提高了图像传感器的灵敏度。
器件隔离结构122的高度高于形成在基板上的光电二极管(PD)124的高度。在光电二极管(PD)124和器件隔离结构122上或上方，形成平坦化膜108以使光电二极管(PD)124和器件隔离结构122的高度平坦化。滤色器126可以设置在平坦化膜108上。参照图1、图2和图4，用于每两个相邻的第一像素120的滤色器126可以包括相同颜色的滤色器。
透镜128可以形成在滤色器126上。参照图2和图4，透镜128可以具有与第一像素120的尺寸(平面面积)相对应的直径。参照图3和图4，第一像素120中所包括的透镜128的尺寸可以小于第二像素110中所包括的透镜118的尺寸。
图5例示了布置在图1中描述的图像传感器的外围区域中的像素的第二示例。具体地，图5示出了布置在图1所示的外围区域中的第二像素110的另一示例。
参照图5，假设图像传感器中的第二像素110b与图3中描述的第二像素110a具有相同的宽度(即，第一宽度W)。第二像素110b可以被器件隔离结构112b分离开。但是，第二像素110b可以包括两个光电二极管(PD)114b，这与图3所示的不同。形成于基板上或基板中的器件隔离结构112b可以将光电二极管(PD)114b与第二像素110b中包括的另一光电二极管(PD)分离开。
参照图1和图2，第一像素120和第二像素110可以具有不同尺寸(例如，不同的平面面积)。根据实施方式，如图3和图4中所述，分别包括于第一像素120和第二像素110中的光电二极管可以具有不同的尺寸。当第一像素120和第二像素110被设计为在基板上形成不同尺寸的光电二极管(PD)和器件隔离结构112b时，在制造过程中可能出现困难。另一方面，参照图4和图5，分别包括于第一像素120和第二像素110b中的光电二极管(PD)124、114b和器件隔离结构122、112b可以具有基本相同的尺寸。包括于第一像素120和第二像素110b中的滤色器116、126的尺寸可以基本相同。然而，仅分别包括于第一像素120和第二像素110b中的透镜118、128的尺寸可以不同。
根据实施方式，光电二极管(PD)114b可以包括垂直交叠的多个光电转换层。光电转换层中的每一层可以包括N型杂质区域和P型杂质区域之一。光电二极管(PD)114b和器件隔离结构112b可以彼此间隔开。根据实施方式，与图3中所示的示例类似，光电二极管(PD)114b的顶表面可以是平坦的或平的。根据另一实施方式，光电二极管(PD)114b的顶表面可以具有突出的表面(例如，顶表面可以是不平坦的)。当光电二极管(PD)114b的顶表面具有突出部分或凹凸部分时，与具有平坦顶表面的光电二极管相比，能够收集更多的入射光，从而能够提高图像传感器的性能和灵敏度。
器件隔离结构112b比形成于基板上的光电二极管(PD)114b的高度更高。在光电二极管(PD)114b和器件隔离结构112b上方，可以形成平坦化膜108以使光电二极管(PD)114b和器件隔离结构112b的上部平坦化。在平坦的上部(即，平坦化膜108)上，可以设置滤色器116。参照图1和图3，每个第二像素110b的滤色器116可以包括不同颜色的滤色器。滤色器116可以是用于增加对可见光谱中诸如红(R)光带、绿(G)光带或蓝(B)光带(例如，波长)之类的特定颜色的选择性的装置。这里，选择性可以意味着关于与特定颜色有关的接收光量的程度或水平，其可以指示图像传感器可以准确地读取特定颜色的程度如何。根据实施方式，当图像传感器100被设计为输出与单色相对应的像素信息时，相同的滤色器116设置在全部像素上，或者在任何像素上方没有滤色器。例如，当图像传感器100用于获得相机装置与对象之间的距离(诸如飞行时间(TOF)感测系统)时，图像传感器100可以输出单色图像的像素信息。
根据实施方式，透镜118可以设置在滤色器116上。参照图2至图3，透镜118可以具有与第二像素110a的尺寸(例如，平面面积)相对应的尺寸(例如，直径)。透镜118可以具有半球形形状，但是根据实施方式，可以调整透镜118的高度和宽度。透镜的高度相对于透镜的宽度越高，则在透镜下方的像素中累积的入射光越多。根据实施方式，在设置于外围区域中的像素上方的透镜118的高度可以比设置于中心区域中的像素上方的透镜128的高度更高。
如上所述，当设置于中心区域中的第一像素120和设置于外围区域中的第二像素110b中所包括的元件或组件被制造为具有基本相同的尺寸时，这种构造可以提高图像传感器的制造工艺的容限，从而能够增加制造工艺的效率。
图6示出了图1所示的图像传感器的第二结构。
参照图6，图像传感器100可以包括用于传输从多个第一像素120和多个第二像素110输出的像素信息的多条列线。
在图像传感器中，像素联接至用于传输像素信息的单条列线。然而，根据本公开的实施方式，因为图像传感器中的像素尺寸不同，所以一些像素联接到多条列线。参照图6，因为图像传感器100中包括的每个第一像素120的尺寸与每个第二像素110的尺寸不同，并且每个第一像素120根据操作模式单独操作，所以多条列线可以联接到布置在像素阵列的外围区域中的像素。
设置在图像传感器110中所包括的像素阵列的中心区域中的第一像素120的尺寸可以小于设置在外围区域中的第二像素110的尺寸。至少一条列线应该联接到每个第一像素120，以用于在每个第一像素120单独操作时传输从每个第一像素120输出的像素信息。然而，由于围绕中心区域的外围区域，即使多条列线中的每条连接到每个第一像素120，多条列线可以连接到每个第二像素110。参照图6，因为第一像素120是第二像素110的尺寸的1/4，所以即使每个第一像素120联接到两条列线中的每条，一些第二像素110可以联接到两条列线。另一方面，像素阵列还可以具有联接到外围区域中的一些第二像素110而不联接到中心区域中的第一像素120的列线。在这种情况下，根据实施方式，可以形成仅与外围区域交叉而不与中心区域交叉的单条列线。然而，为了提高制造工艺中的效率，可以在像素阵列中布置多条列线，每条列线具有相同尺寸并且以规则的间隙间隔开。
参照图6，无论操作模式如何，第一列线Readout1可以用于传输从仅在外围区域而不是在中心区域中的第二像素110输出的像素信息。但是，另一列线Not_Used可以未被使用。另一方面，无论操作模式如何，可以使用联接到设置于中心区域中的第一像素120的列线。也就是说，可以使用与中心区域交叉的所有列线Readout1、Readout2。
两条列线连接到设置于外围区域中的每个第二像素110。无论操作模式如何，第二像素110可以通过两条列线之一输出像素信息。一些列线可以联接到设置于外围区域中的第二像素110和设置于中心区域中的第一像素120二者。在操作模式中，可以通过列线从与所有行地址相对应的像素输出像素信息。但是，在另一操作模式中，可以仅在与中心区域相对应的一些行地址处通过列线输出像素信息。
图7示出了图1所示的图像传感器的第三结构。
参照图7，图像传感器100中的像素阵列可以包括中心区域102和外围区域104。多个第一像素120可以设置在中心区域102中，并且多个第二像素110可以设置在外围区域中。在所示的实施方式中，每个第二像素110是每个第一像素120的尺寸的四倍。图像传感器100中的像素阵列中所包括的第一像素120和第二像素110可以通过多条列线向信号输出电路130单独输出像素信息。
依据一操作模式，信号输出电路130可以单独输出从设置于中心区域102中的多个第一像素120传输的像素信息。响应于另一操作模式，信号输出电路130可以组合或合并从布置在中心区域102中的多个第一像素120当中的一组相邻像素输出的像素信息。具体地，信号输出电路130可以接收像素阵列的行地址和操作模式信号OPMD。在第一操作模式1st_MODE下，信号输出电路130可以输出通过与设置于外围区域中的第二像素110连接的列线READOUT1传输的像素信息。但是，在第二操作模式2nd_MODE下，信号输出电路130可以不输出通过联接到外围区域中的第二像素110的列线READOUT1传输的像素信息。
另外，在第一操作模式1st_MODE下，信号输出电路130可以根据与像素信息有关的行地址来不同地处理通过联接到第一像素120和第二像素110的列线READOUT1和READOUT2传输的像素信息。当基于行地址确定从第二像素110输出像素信息时，信号输出电路130可以照原样输出像素信息。例如，在第二操作模式2nd_MODE下，信号输出电路130可以输出通过列线READOUT1、READOUT2单独传输的像素信息，而不进行合并或组合。然而，当基于行地址确定出从第一像素120输出像素信息时，信号输出电路130中的四元求和电路138可以组合或合并多个(例如，四个)相邻像素的像素信息。在第一操作模式下，四元求和电路138可以工作以生成或输出像素阵列的四元求和值。四元求和电路138可以通过组合从位于彼此相邻(在相邻行和列中)的四个第一像素120输出的像素信息来生成像素信息。然后，四元求和电路138可以通过另一列线READOUT3输出经合并或组合的像素信息。
根据操作模式从信号输出电路130输出的像素信息可以对应于拜耳图案数据。尽管未示出，但是图像传感器100还包括插值电路，该插值电路被配置为基于从信号输出电路130输出的像素信息而将周围像素的颜色值插值于像素，以确定该像素的颜色。例如，插值电路可以基于诸如像素加倍插值、最近邻像素插值或双线性插值之类的至少一种算法执行去马赛克操作，像素加倍插值将具有绿(G)滤色器的最近像素的值应用于两个目标像素，最近邻像素插值将最近像素的值复制到目标像素，双线性插值将权重乘以附近的最近像素以将相乘值分配给目标像素。
图8示出了图4中描述的像素的配置。具体地，图8描述了布置在图像传感器100中包括的像素阵列的中心区域中的第一像素120的示例。
参照图8，像素阵列中的多个第一像素120可以以行和列布置。每个第一像素120可以联接到响应于行地址而被激活的行线和向信号输出电路130传输像素信息的列线二者。
根据实施方式，第一像素120可以包括光电二极管PD、传输晶体管Tx、选择晶体管Sx、复位晶体管Rx和存取晶体管Ax。在本文中，传输晶体管Tx、选择晶体管Sx、复位晶体管Rx和存取晶体管Ax可以分别称为传输栅极、选择栅极、复位栅极和存取栅极。光电二极管PD可以包括彼此垂直交叠的多个光电转换层。光电二极管的每个光电转换层可以包括N型杂质区域或P型杂质区域。传输晶体管(Tx)的栅极可以延伸到基板中。例如，传输栅极可以具有凹入栅极、鞍鳍式栅极或掩埋栅极的形状。传输晶体管Tx的漏极可以理解为浮置扩散区域FD。浮置扩散区域FD可以是复位晶体管Rx的源极。浮置扩散区域FD可以电连接到选择晶体管Sx的栅极。选择晶体管Sx和复位晶体管Rx可以串联连接。选择晶体管Sx联接到存取晶体管(Ax)。当复位晶体管Rx、选择晶体管Sx和存取晶体管Ax可以在相邻像素之间共享时，能够提高集成度。
根据实施方式，本文描述的图像传感器可以如下操作。首先，当入射光被阻挡时，电源电压VDD施加到复位晶体管Rx的漏极和选择晶体管Sx的漏极，以使残留在浮置扩散区域FD中的电荷量排出。然后，当复位晶体管Rx截止并且来自外部的入射光输入在光电二极管PD上时，光电二极管PD可以生成电子-空穴对，电荷量响应于入射光。生成的空穴可以向P型杂质区域移动，并且生成的电子可以向N型杂质区域移动，从而可以累积所生成的电子。当传输晶体管Tx导通时，可以向浮置扩散区域FD传输诸如累积的电子和空穴之类的电荷量，从而可以累积电荷量。选择晶体管Sx的栅极偏置可以与电荷的累积量成比例地改变，使得选择晶体管Sx的源极电位改变。此时，当存取晶体管Ax导通时，可以在列线中传输(或读取)诸如基于电荷量确定的像素信息之类的信号。通过该过程，图8中描述的第一像素120可以单独操作以经由列线输出像素信息。
图9例示了图5中描述的像素的配置。具体地，图9描述了设置在图像传感器中包括的像素阵列的外围区域中的第二像素110b的示例。参照图5，与第一像素120包括单个光电二极管(PD)不同，第二像素110b可以包括多个光电二极管(PD)。
参照图9，像素阵列中的多个第二像素110b可以以行和列布置。第二像素110可以联接到响应于两个行地址而被激活的两条行线和用于向信号输出电路130传输像素信息的两条列线。参照图6和图7，可以通过两条列线之一Readout1输出像素信息，但是可以通过另一列线Not_Used不输出像素信息。例如，当选择晶体管Sx或存取晶体管Ax中的一些不工作时，另一列线Not_Used可以实质上与第二像素110断开。
参照图9，可以组合每个对应于第一像素120的四个相邻像素，以形成单个第二像素110b。四个相邻像素的每个可以具有与图8中描述的相同的结构。作为四个传输晶体管Tx的漏极的浮置扩散区域FD彼此连接，使得可以在浮置扩散区域FD中收集或采集由光电二极管PD响应于入射光而生成的电荷量。
根据实施方式，第二像素110b中的浮置扩散区域FD可以联接到四个选择晶体管Sx的选择栅极，但是四个选择晶体管Sx当中的一个可以正常工作。其余三个选择晶体管(Sx)可以不工作。通过该方案，可以通过列线之一输出与由第二像素110b中包括的多个光电二极管PD生成的电荷量之和相对应的像素信息。
尽管在图9中描述了其中多个光电二极管可以通过浮置扩散区域FD联接的实施方式，但是根据另一实施方式，可以连接选择晶体管Sx和存取晶体管Ax之间的节点。在这种情况下，四个存取晶体管Ax中仅一个可以正常操作，而其它三个存取晶体管可以不操作。
根据实施方式，第二像素110b可以包括多个光电二极管PD，但是第二像素110b可以输出经合并或组合的像素信息。当输出单个像素信号时，第二像素110b可以通过各种结构对由多个光电二极管PD生成的电荷量求和。或者，第二像素110b可以具有被配置为对与由多个光电二极管PD生成的电荷量相对应的像素信息或电压求和的电路，以输出单个像素信号作为像素信息。
图10例示了根据本公开的另一实施方式的图像传感器。
参照图10，图像传感器200中的像素阵列可以包括三个区域：中心区域202、外围区域204和边缘区域206，每个区域包括具有不同尺寸的像素。
三个区域中的每个包括多个像素。中心区域202可以包括具有第一尺寸的多个第一像素，外围区域204可以包括具有第二尺寸的多个第二像素，并且边缘区域206可以包括具有第三尺寸的多个第三像素。第一尺寸可以小于第二尺寸，并且第二尺寸可以小于第三尺寸。根据实施方式，第二像素的尺寸可以是第一像素的尺寸的大约四倍，并且第三像素的尺寸可以是第二像素的尺寸的四倍。如上所述，当中心区域202、外围区域204和边缘区域206各自填入有不同尺寸的像素时，图像传感器200可以根据相机装置的拍摄模式而生成具有与三个区域之一相对应的不同尺寸或与像素尺寸相对应的不同分辨率的单色或多色图像。可以提供由收集各种类型的像素信息的图像传感器200所输出的图像，用于相机装置的更多处理选项。
尽管未示出，但是图像传感器200可以包括诸如图7中描述的信号输出电路130之类的附加信号处理单元。响应于操作模式，针对中心区域的多个第一像素，信号处理单元可以输出与第一尺寸相对应的第一像素信息、与第二尺寸相对应的第三像素信息和与第三尺寸相对应的第五像素信息中的一个。此外，响应于操作模式，针对外围区域204中的多个第二像素，信号处理单元可以输出与第二尺寸相对应的第二像素信息和与第三尺寸相对应的第四像素信息中的一个。
例如，在操作模式当中的第一操作模式下，信号处理单元可以输出从中心区域202中的多个第一像素获得的第五像素信息、从外围区域204中的多个第二像素获得的第四像素信息、以及从边缘区域206中的多个第三像素获得的与第三尺寸相对应的第六像素信息。此外，在操作模式中的第二操作模式下，信号处理单元可以输出从中心区域202中的多个第一像素获得的第三像素信息以及从外围区域204中的多个第二像素获得的第二像素信息。在第二操作模式下，信号处理单元可以不输出从边缘区域206中包括的多个第三像素获得的像素信息。此外，在第三操作模式下，信号处理单元可以输出从中心区域202中的多个第一像素获得的第一像素信息。在第三操作模式中，信号处理单元可以不输出从外围区域204中的多个第二像素以及边缘区域206中包括的多个第三像素获得的像素信息。在本文中，第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式可以被认为是图像传感器的中心模式、中间模式和全模式。中心模式、中间模式和全模式可以基于像素阵列的区域来示出具有不同分辨率的图像的尺寸，其被采用以用于处理图像。
参照图10，外围区域204围绕中心区域202，并且边缘区域206围绕外围区域204。当相机装置的用户想要获取场景中特定区域的更清晰图像时，通常将相机镜头的中心置于相应区域中。因为设置在中心区域202中的像素比图像传感器200中包括的像素阵列的其它区域(例如，外围区域204和边缘区域206)中所包括的其它像素具有更小的尺寸，所以想要获得特定区域的更清晰图像的用户可以轻松使用包括图像传感器200的相机装置。根据实施方式，图像传感器200中具有最小尺寸的像素的区域可以设置在中心的外部。例如，依据相机设备的使用目的或设计规范，可以在角部设置具有最小尺寸的像素的区域。此外，在图像传感器中，存在各自彼此分开并且各自包括具有最小尺寸的像素的多个区域。
根据本公开的实施方式，图像传感器能够改变在像素阵列中用于采集或收集图像的区域，或在像素阵列的区域中的操作模式。根据相机的拍摄模式而不同地操作的图像传感器能够提供适合用户需求的图像数据或像素信息。图像传感器可以提供与拍摄模式相对应的图像数据或像素信息，以减轻配备有图像传感器的相机装置能够使用特定算法执行的图像处理的运算负担。此外，配备有图像传感器的相机装置可以具有以下优点：与提供期望图像相比，提供了更接近真实的图像。
另外，根据本公开的实施方式，图像传感器能够生成与相机装置的拍摄模式相对应的不同信息，从而相机装置可以具有以下优点：减少了基于从图像传感器生成的信息在多个拍摄模式下进行图像处理的时间，从而提高了用户对相机装置的满意度。
虽然已经针对特定实施方式例示并描述了本发明，但是根据本公开，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种变型和修改。本发明涵盖落入权利要求范围内的所有变型和修改。
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年10月22日提交的韩国专利申请No.10-2019-0131130的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。

Claims (18)

1.一种图像传感器，该图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括中心区域和外围区域，在所述中心区域中多个第一像素输出第一像素信息，在所述外围区域中多个第二像素输出第二像素信息，所述外围区域围绕所述中心区域，
其中，所述多个第二像素中的第二像素的尺寸是所述多个第一像素中的第一像素的尺寸的4n倍，n是整数，并且
其中，所述第一像素信息经由将所述像素阵列的所述第一像素联接到信号输出电路的单条列线来传输，并且所述第二像素信息经由各自将所述像素阵列的所述第二像素联接到所述信号输出电路的多条列线中的一条列线来传输。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一像素包括单个光电二极管和在所述单个光电二极管上方的单个透镜，并且所述第二像素包括多个光电二极管和在所述多个光电二极管上方的单个透镜。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第二像素包括：
多个传输晶体管，每个传输晶体管被配置为将所述多个光电二极管中的相应一个光电二极管联接到浮置扩散区域；
多个复位晶体管，所述多个复位晶体管被配置为复位所述浮置扩散区域；以及
多个选择晶体管，每个选择晶体管被配置为响应于所述浮置扩散区域中累积的电荷量而导通，
其中，所述多个选择晶体管中只有一个选择晶体管被导通。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一像素和所述第二像素中的每一者分别包括单个光电二极管和在所述单个光电二极管上方的单个透镜。
5.一种图像传感器，该图像传感器包括：
像素阵列，所述像素阵列包括中心区域和外围区域，在所述中心区域中多个第一像素各自输出第一像素信息，在所述外围区域中多个第二像素各自输出第二像素信息，所述外围区域围绕所述中心区域；以及
信号输出电路，所述信号输出电路被配置为在第一操作模式下组合从所述多个第一像素当中的一组相邻像素中的每个像素单独输出的第一像素信息以生成用于输出的第三像素信息，
其中，输出由所述信号输出电路组合的所述第一像素信息的所述一组相邻像素中的像素的数量是基于所述第一像素的平坦尺寸与所述第二像素的平坦尺寸之比而确定的。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，
其中，所述信号输出电路被配置为在能与所述第一操作模式区分开的第二操作模式下输出从所述中心区域的所述多个第一像素输出的所述第一像素信息，并且
其中，所述信号输出电路被配置为在所述第二操作模式下屏蔽从所述外围区域的所述多个第二像素输出的第二像素信息。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述第一像素的平坦尺寸是所述第二像素的平坦尺寸的1/4n倍，其中，n是1或更大的整数。
8.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述信号输出电路被配置为：
接收所述像素阵列的行地址和操作模式信号；以及
基于所述操作模式信号和所述行地址，确定当列线与所述中心区域和所述外围区域交叉时经由所述列线传输所述第一像素和所述第二像素中的哪一者的像素信息。
9.一种图像传感器，该图像传感器包括：
像素阵列，所述像素阵列包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括各自具有第一平面面积的多个第一像素，所述第二区域包括各自具有第二平面面积的多个第二像素；以及
信号输出电路，所述信号输出电路被配置为基于操作模式而输出从所述多个第一像素单独输出的第一像素信息和从所述多个第一像素获得的第三像素信息中的一者，
其中，所述第一像素信息对应于所述第一平面面积的尺寸，
其中，所述信号输出电路被配置为通过组合来自所述多个第一像素当中的一组第一像素的第一像素信息来生成所述第三像素信息，并且
其中，所述第三像素信息对应于所述第二平面面积的尺寸。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，
其中，所述信号输出电路被配置为在第一操作模式下输出所述第三像素信息，并且
其中，所述信号输出电路被配置为在所述第一操作模式下输出从所述第二区域中的所述多个第二像素获得的第二像素信息。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中，所述信号输出电路被配置为在第二操作模式下输出所述第一像素信息，并且
其中，所述信号输出电路被配置为在所述第二操作模式下屏蔽所述第二像素信息。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一像素信息经由将所述像素阵列的所述第一像素联接到所述信号输出电路的单条列线来传输，并且所述第二像素信息经由各自将所述像素阵列的所述第二像素联接到所述信号输出电路的多条列线中的一条列线来传输。
13.根据权利要求9所述的图像传感器，
其中，所述像素阵列还包括第三区域，所述第三区域包括各自具有第三平面面积的多个第三像素，
其中，所述信号输出电路被配置为基于所述操作模式而输出所述第一像素信息、所述第三像素信息和从所述多个第一像素获得的第五像素信息中的一者，
其中，所述信号输出电路被配置为通过组合所述第一像素信息中的一些来生成所述第五像素信息，
其中，所述第五像素信息对应于所述第三平面面积，
其中，所述信号输出电路还被配置为基于所述操作模式，输出从所述多个第二像素单独输出的第二像素信息和分别从所述多个第二像素获得的第四像素信息中的一者，
其中，所述信号输出电路被配置为通过组合所述第二像素信息中的一些来生成所述第四像素信息，并且
其中，所述第四像素信息对应于所述第三平面面积。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述第三平面面积大于所述第二平面面积，并且所述第二平面面积大于所述第一平面面积。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，
其中，所述信号输出电路被配置为在第一操作模式下输出所述第五像素信息和所述第四像素信息，并且
其中，所述信号输出电路被配置为在所述第一操作模式下输出从所述第三区域中的所述多个第三像素获得的第六像素信息。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，
其中，所述信号输出电路被配置为在第二操作模式下输出所述第三像素信息和所述第二像素信息，并且
其中，所述信号输出电路被配置为在所述第二操作模式下屏蔽从所述第三区域中的所述多个第三像素获得的第六像素信息。
17.根据权利要求13所述的图像传感器，
其中，所述信号输出电路被配置为在第三操作模式下输出所述第一像素信息，并且
其中，所述信号输出电路被配置为在所述第三操作模式下进行输出以屏蔽所述第二像素信息和从所述第三区域中的所述多个第三像素获得的第六像素信息二者。
18.根据权利要求13所述的图像传感器，
其中，所述信号输出电路被配置为：
接收所述像素阵列的行地址和操作模式信号，
基于所述操作模式信号和所述行地址，确定当列线与所述第一区域至所述第三区域交叉时经由所述列线传输所述第一像素至所述第三像素中的哪一者的像素信息，并且
基于所述操作模式信号和所述行地址，确定当另一列线与所述第二区域和所述第三区域交叉时经由所述另一列线传输所述第二像素和所述第三像素中的哪一者的像素信息。
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