CN112866592A - 图像传感器和操作成像装置的方法 - Google Patents

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金焕雄
沈殷燮
李景镐
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Abstract

提供了图像传感器和操作成像装置的方法。所述图像传感器包括第一像素、第二像素、第三像素和第四像素，第一像素包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，第二像素包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，第三像素包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，第四像素包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，其中，第一像素的第二浮置扩散区和第二像素的第二浮置扩散区通过第一金属线连接，其中，第二像素的第三浮置扩散区和第三像素的第三浮置扩散区通过第二金属线连接。

Description

图像传感器和操作成像装置的方法
本申请要求于2019年11月12日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0144199号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部公开通过引用包含于此。
技术领域
本公开的示例实施例涉及图像传感器、包括该图像传感器的成像装置及其操作方法。
背景技术
通常，图像传感器将光学图像转换成电信号。近来，随着计算机工业和通信工业的发展，在各个领域中对改善的图像传感器的需求正在增加。图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。这些之中，CMOS图像传感器可以容易地驱动，并且信号处理电路可以集成在单个芯片上，从而使产品小型化。CMOS图像传感器还具有非常低的功耗，因此可以用于具有有限电池容量的产品中。另外，CMOS图像传感器可以与CMOS工艺技术互换使用，降低制造成本。因此，随着技术发展实现高分辨率，CMOS图像传感器的使用正在迅速增加。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了根据操作模式来控制转换增益的图像传感器、包括该图像传感器的成像装置及其操作方法。
根据示例实施例的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括第一像素、第二像素、第三像素和第四像素，第一像素包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，第二像素包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，第三像素包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，第四像素包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，其中，第一像素的第二浮置扩散区和第二像素的第二浮置扩散区通过第一金属线连接，其中，第二像素的第三浮置扩散区和第三像素的第三浮置扩散区通过第二金属线连接。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括第一像素、第二像素、第三像素和第四像素，其中，第一像素至第四像素中的每个包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，第一晶体管被配置为基于传输栅极信号将至少一个光电二极管与第一浮置扩散节点连接，第二晶体管被配置为基于第一转换增益信号将第一浮置扩散节点与第二浮置扩散节点连接，第三晶体管包括连接到第二浮置扩散节点的漏极，第四晶体管包括源极和栅极，源极连接到被配置为提供像素驱动电压的电源端子，栅极连接到第一浮置扩散节点，第五晶体管包括连接到第四晶体管的漏极的源极、连接到列线的漏极和被配置为接收选择信号的栅极，其中，第一像素的第二浮置扩散节点和第二像素的第二浮置扩散节点通过金属线连接，其中，第三像素的第二浮置扩散节点和第四像素的第二浮置扩散节点通过金属线连接，其中，第二像素的第三浮置扩散节点和第三像素的第三浮置扩散节点通过金属线连接。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种操作成像装置的方法，所述方法包括：从图像传感器接收操作模式；以及根据接收的操作模式来控制像素组的浮置扩散区的大小，其中，操作模式包括至少三个操作模式。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，示例实施例的以上和/或其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是示出根据示例实施例的成像装置10的图；
图2是示出根据示例实施例的图像传感器100的示图；
图3是示出根据示例实施例的像素组PXG的示图；
图4是示出用于图3中示出的像素组PXG的电路的示图；
图5A和图5B是示出根据另一示例实施例的像素组PXGa的示例图；
图6是示出根据另一示例实施例的像素组PXGb的示图；
图7是示出根据另一示例实施例的像素组PXGc的示图；
图8A是示出由2×2拜耳(bayer)图案组成的像素的图，图8B是示出由4×4四图案组成的像素的图，图8C是示出由8×8Q单元图案组成的像素的图，图8D是示出具有红外光(IR)子像素的像素的图；
图9A示出了具有与每个颜色子像素对应的透镜的四像素，图9B示出了具有与四个相同颜色子像素对应的透镜的四像素，图9C示出了具有与1×1子像素对应的透镜的4×4滤色器像素，图9D示出了与2×2子像素对应的4×4滤色器像素，图9E示出了与4×4子像素对应的4×4滤色器像素；
图10A和图10B是示出2-PD结构的像素的图；
图11A是根据第一操作模式的像素的操作时序图，图11B是根据第二操作模式的像素的操作时序图，图11C是根据第三操作模式的像素的操作时序图；
图12是示出根据示例实施例的根据像素组的像素PX1至PX4的浮置扩散节点FD1、FD2和FD3的连接的电容的变化的示图；
图13A是示出根据第一操作模式的与像素对应的浮置扩散区的大小FD1的示图，图13B是示出根据第二操作模式的与像素对应的浮置扩散区的大小(FD1+2FD2)的图，图13C是示出根据第三操作模式的与像素对应的浮置扩散区的大小(FD1+4FD+2FD3)的图；
图14A是示出按照时间顺序在图像捕获模式下以单元像素生成图像信号的处理的示图，并且图14B是按照时间顺序在图像识别模式下以单元像素生成图像信号的处理的示图；
图15A、图15B和图15C是示出根据另一示例实施例的像素PXGd、PXGe和PXGf的图；
图16是示出根据示例实施例的像素组的布局布置的示例实施例的示图；
图17是示出根据另一示例实施例的图像传感器300的示图；
图18是根据示例实施例的电子装置1000的框图；
图19A和图19B是示意性地示出根据示例实施例的移动装置2000的示图；以及
图20是示出根据示例实施例的操作成像装置10的方法的示图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述示例实施例。
图1是示出根据示例实施例的成像装置10的图。参照图1，成像装置10可以包括图像传感器100和图像信号处理器(ISP)200。
图像传感器100可以被实现为检测对象。图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120、读出电路130、列驱动器140和时序控制器150。
像素阵列110可以包括以多条行线和多条列线的阵列形式设置的多个像素。所述多个像素中的每个可以包括滤色器以使特定波长的光通过。例如，滤色器可以是红色滤光器、绿色滤光器和蓝色滤光器中的至少一个，红色滤光器使可见区域中的多种波长的光之中的红色区域中的波长的光通过，绿色滤光器使可见区域中的多种波长的光之中的绿色区域中的波长的光通过，蓝色滤光器使可见区域中的多种波长的光之中的蓝色区域中的波长的光通过。然而，实施例不限于此。例如，滤色器可以是青色滤光器、黄色滤光器和品红色滤光器中的至少一个。
在一个示例实施例中，多个像素中的每个可以包括光电转换元件。例如，多个像素PX中的每个可以包括光电二极管和像素电路，光电二极管响应于从外部入射的光信号而产生电荷，像素电路生成与由光电二极管产生的电荷对应的电信号。在这种情况下，光电二极管可以是具有其中本征半导体层插入PN结之间的结构的PIN光电二极管。光电二极管也可以是其中雪崩层存在于PN结之间的APD光电二极管。
在一个示例实施例中，多个像素中的每个可以包括至少两个光电二极管。例如，每个像素可以包括至少两个光电二极管，以生成与各种颜色的光对应的像素信号或提供自动聚焦功能。
另外，多个像素中的每个可以包括从由光电二极管产生的电荷生成像素信号的像素电路。在这种情况下，该像素电路可以包括传输晶体管、驱动(源极跟随器)晶体管、选择晶体管、复位晶体管和至少一个转换增益晶体管。像素电路可以通过检测来自多个相应像素的复位电压和像素电压并计算它们的差来获得像素信号。像素电压可以是与在包括在多个像素中的每个中的光电二极管中产生的电荷对应的电压。
在一个示例实施例中，彼此相邻的至少两个像素可以构成单个像素组。包括在像素组中的两个或更多个像素可以共享传输晶体管、驱动晶体管、选择晶体管、复位晶体管和转换增益晶体管中的至少部分。
行驱动器120可以被实现为以行为单位驱动像素阵列110。例如，行驱动器120可以生成控制像素电路的传输晶体管的传输控制信号、控制复位晶体管的复位控制信号或控制选择晶体管的选择控制信号。
读出电路130可以被实现为将由像素阵列110生成的模拟像素信号转换成数字信号并且输出转换后的信号。读出电路130可以包括采样电路和模数转换器(ADC)。采样电路可以包括多个采样器。例如，采样器可以是相关双采样器(CDS)。采样器可以通过列线连接到包括在由行驱动器120选择的行线中的像素，并且可以检测来自对应的像素的复位电压和像素电压。采样器可以分别将复位电压和像素电压与斜坡电压进行比较，并且可以输出比较结果。模数转换器可以将由采样器输出的比较结果转换成数字信号并且可以输出数字信号。模数转换器可以将由相关双采样器检测到的复位电压和像素电压转换成数字信号，并且可以将转换后的数字信号发送到列驱动器140。
列驱动器140可以包括放大器电路和临时存储数字信号的锁存器电路或缓冲器电路。列驱动器140可以处理从读出电路130接收的数字信号。
时序控制器150可以被配置为控制行驱动器120、读出电路130或列驱动器140的操作时序。详细地，时序控制器150可以控制操作时序以根据三个或更多个操作模式来改变像素的转换增益。在一个示例实施例中，时序控制器150可以根据操作模式使用像素周围的结电容或金属电容来调节电容比，从而控制像素的转换增益。时序控制器150可以通过根据操作模式导通/截止像素中的至少一个晶体管来改变与转换增益对应的浮置扩散区或电荷存储区的大小。
图像信号处理器(ISP)200可以被配置为处理从读出电路130输出的图像数据。例如，图像信号处理器(ISP)200可以处理图像数据，以生成结果图像，并且可以将结果图像发送到显示器或者可以将结果图像存储在存储器中。例如，图像信号处理器(ISP)200可以对接收的帧数据执行信号处理操作(诸如，颜色插值、颜色校正、伽马校正、颜色空间转换、边缘校正等)，从而生成图像数据。
根据示例实施例的成像装置10包括图像传感器100，图像传感器100具有根据至少三个操作模式来控制转换增益的像素，从而获得在针对每个图像捕获模式的信噪比和动态范围方面的优化。
图2是示出根据示例实施例的图像传感器100的示图。参照图2，图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120和读出电路130。
像素阵列110可以包括设置在多条行线ROW和多条列线CL的交叉处的多个像素PX11至PXMN。
行驱动器120可以通过多条行线ROW输入控制多个像素PX11至PXMN所需的信号。例如，行驱动器120可以通过多条行线ROW向多个像素PX11至PXMN提供复位控制信号(又称为复位栅极信号)RG、传输控制信号(又称为传输栅极信号)TG或选择控制信号(又称为选择信号)SEL。行驱动器120可以顺序地选择多条相应的行线ROW。行驱动器120可以在预定的水平时段期间选择多条行线ROW中的一条。
读出电路130可以包括斜坡电压生成器131、采样电路132和模数转换器(ADC)133。从模数转换器133输出的数据可以被输入到图1中示出的列驱动器140。
斜坡电压生成器131可以被配置为响应于斜坡激活信号而生成斜坡信号RMP。斜坡信号RMP是电压与时间成比例地增大或减小的信号。
采样电路132可以从多个像素PX11至PXMN之中的连接到由行驱动器120扫描的行线的一些像素获得复位电压和像素电压。采样电路132可以包括多个采样器SA，并且多个采样器SA可以是相关双采样器。采样器SA中的每个可以通过第一输入端子接收斜坡电压生成器131的斜坡信号RMP，并且可以通过第二输入端子从多个像素PX11至PXMN接收复位电压/像素电压。
模数转换器133可以通过将采样电路132的模拟信号转换为数字信号来输出像素数据DATA。
图像传感器100可以具有两层结构。例如，第一层可以包括像素阵列和外围电路(诸如，行解码器、CDS、ADC)，并且第二层可以包括逻辑电路(诸如，电源电路、I/O接口、ISP等)。然而，实施例不限于此。例如，第一层可以仅包括像素阵列，并且第二层可以包括外围电路和逻辑电路。
图3是示出根据示例实施例的像素组PXG的示图。参照图3，像素组PXG可以包括四个像素PX1、PX2、PX3和PX4。如图3中所示，像素组PXG可以包括第一类型的像素PX1和PX4以及第二类型的像素PX2和PX3。
第一类型的像素PX1和PX4中的每个可以包括光电二极管PD、响应于传输栅极信号TG而导通的传输晶体管、响应于复位栅极信号RG而导通的复位晶体管以及响应于第一转换增益信号CGS1而导通的第一转换增益晶体管。在这种情况下，复位晶体管的漏极可以连接到像素驱动电压VPIX。在一个示例实施例中，与第一浮置扩散节点FD1对应的第一浮置扩散区111-1或114-1可以设置在传输晶体管与第一转换增益晶体管之间。在一个示例实施例中，与第二浮置扩散节点FD2对应的第二浮置扩散区111-2或114-2可以设置在第一转换增益晶体管与复位晶体管之间。第一类型的像素PX1和PX4中的每个可以分别包括两个浮置扩散区111-1和111-2以及114-1和114-2。
第一转换增益晶体管响应于第一转换增益信号CGS1而使第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2电连接，从而控制对应的像素的整个浮置扩散区的电容。
在一个示例实施例中，第一像素PX1的第二浮置扩散节点FD2(111-2)可以通过金属线101-1(第一金属线)连接到第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2(112-2)。在一个示例实施例中，第三像素PX3的第二浮置扩散节点FD2(113-2)通过金属线101-2连接到第四像素PX4的第二浮置扩散节点FD2(114-2)。
第二类型的像素PX2和PX3中的每个可以包括光电二极管PD、响应于传输栅极信号TG而导通的传输晶体管、响应于第一转换增益信号CGS1而导通的第一转换增益晶体管以及响应于第二转换增益信号CGS2而导通的第二转换增益晶体管。在一个示例实施例中，与第一浮置扩散节点FD1对应的第一浮置扩散区112-1或113-1可以设置在传输晶体管与第一转换增益晶体管之间。在一个示例实施例中，与第二浮置扩散节点FD2对应的第二浮置扩散区112-2或113-2可以设置在第一转换增益晶体管与第二转换增益晶体管之间。在一个示例实施例中，与第三浮置扩散节点FD3对应的第三浮置扩散区112-3或113-3可以设置在第二转换增益晶体管的漏极处。第二类型的像素PX2和PX3中的每个可以分别包括三个浮置扩散区112-1、112-2、112-3以及113-1、113-2和113-3。
在一个示例实施例中，第二像素PX2的第三浮置扩散节点FD3(112-3)通过金属线102(第二金属线)连接到第三像素PX3的第三浮置扩散节点FD3(113-3)。
图3中示出的像素组PXG可以包括对称地实现的相邻像素对PX1-PX2、PX2-PX3和PX3-PX4，但是实施例不限于此。
在一个示例实施例中，第一金属线101-1(或101-2)和第二金属线102可以存在于同一层中。这里，所述同一层可以是第一金属层(例如，M1)或第二金属层(例如，M2)。
在另一示例实施例中，第一金属线101-1(或101-2)和第二金属线102可以存在于不同层中。这里，所述不同层可以包括具有第一金属线101-1(或101-2)的第一金属层和具有第二金属线102的第二金属层。
作为示例，图3中示出的像素组PXG由四个像素PX1至PX4组成，然而，实施例不限于此。根据示例实施例的像素组PXG可以具有其中设置了与具有至少一个转换增益晶体管的像素相邻的像素的任何结构，并且与转换增益晶体管对应的浮置扩散节点FD2或FD3通过金属线在与该像素相邻的像素中连接。
图4是示出用于图3中示出的像素组PXG的电路的示图。参照图4，像素组PXG可以包括连接到一条列线CL的四个像素PX1至PX4。
第一像素PX1可以包括一个光电二极管PD、第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13、第四晶体管T14和第五晶体管T15。第一晶体管T11可以连接在第一像素PX1的光电二极管PD与第一浮置扩散节点FD1之间，并且可以包括被配置为接收传输栅极信号TG的栅极。第二晶体管T12连接在第一像素PX1的第一浮置扩散节点FD1与第一像素PX1的第二浮置扩散节点FD2之间，并且可以包括接收第一转换增益信号CGS1的栅极。第三晶体管T13可以连接在像素驱动电压VPIX与第一像素PX1的第二浮置扩散节点FD2之间，并且可以包括被配置为接收复位栅极信号RG的栅极。第四晶体管T14可以包括连接到像素驱动电压VPIX的漏极和连接到第一像素PX1的第一浮置扩散节点FD1的栅极。第五晶体管T15可以包括连接到第四晶体管T14的源极的漏极、连接到列线CL的源极和连接到选择信号SEL的栅极。
第二像素PX2可以包括一个光电二极管PD、第一晶体管T21、第二晶体管T22、第三晶体管T23、第四晶体管T24和第五晶体管T25。第一晶体管T21可以连接在第二像素PX2的光电二极管PD和第一浮置扩散节点FD1之间，并且可以包括被配置为接收传输栅极信号TG的栅极。第二晶体管T22连接在第二像素PX2的第一浮置扩散节点FD1与第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2之间，并且可以包括被配置为接收第一转换增益信号CGS1的栅极。在这种情况下，第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2可以通过金属线101-1连接到第一像素PX1的第二浮置扩散节点FD2。第三晶体管T23连接在第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2与第二像素PX2的第三浮置扩散节点FD3之间，并且可以包括被配置为接收第二转换增益信号CGS2的栅极。第四晶体管T24可以包括连接到像素驱动电压VPIX的漏极和连接到第二像素PX2的第一浮置扩散节点FD1的栅极。第五晶体管T25可以包括连接到第四晶体管T24的源极的漏极、连接到列线CL的源极和连接到选择信号SEL的栅极。
第三像素PX3可以包括一个光电二极管PD、第一晶体管T31、第二晶体管T32、第三晶体管T33、第四晶体管T34和第五晶体管T35。第一晶体管T31可以连接在第三像素PX3的光电二极管PD和第一浮置扩散节点FD1之间，并且可以包括被配置为接收传输栅极信号TG的栅极。第二晶体管T32连接在第三像素PX3的第一浮置扩散节点FD1与第三像素PX3的第二浮置扩散节点FD2之间，并且可以包括被配置为接收第一转换增益信号CGS1的栅极。第三晶体管T33连接在第三像素PX3的第二浮置扩散节点FD2与第三像素PX3的第三浮置扩散节点FD3之间，并且可以包括被配置为接收第二转换增益信号CGS2的栅极。第三像素PX3的第三浮置扩散节点FD3可以通过金属线102连接到第二像素PX2的第三浮置扩散节点FD3。第四晶体管T34可以包括连接到像素驱动电压VPIX的漏极和连接到第三像素PX3的第一浮置扩散节点FD1的栅极。第五晶体管T35可以包括连接到第四晶体管T34的源极的漏极、连接到列线CL的源极和连接到选择信号SEL的栅极。
第四像素PX4可以包括一个光电二极管PD、第一晶体管T41、第二晶体管T42、第三晶体管T43、第四晶体管T44和第五晶体管T45。第一晶体管T41可以连接在第四像素PX4的光电二极管PD和第一浮置扩散节点FD1之间，并且可以包括被配置为接收传输栅极信号TG的栅极。第二晶体管T42可以连接在第四像素PX4的第一浮置扩散节点FD1与第四像素PX4的第二浮置扩散节点FD2之间，并且可以包括被配置为接收第一转换增益信号CGS1的栅极。第三晶体管T43可以连接在像素驱动电压VPIX与第四像素PX4的第二浮置扩散节点FD2之间，并且可以包括被配置为接收复位栅极信号RG的栅极。在这种情况下，第四像素PX4的第二浮置扩散节点FD2可以通过金属线101-2连接到第三像素PX3的第二浮置扩散节点FD2。第四晶体管T44可以包括连接到像素驱动电压VPIX的漏极和连接到第四像素PX4的第一浮置扩散节点FD1的栅极。第五晶体管T45可以包括连接到第四晶体管T44的源极的漏极、连接到列线CL的源极和连接到选择信号SEL的栅极。
图4中示出的像素PX1至PX4中的每个包括五个晶体管，但是构成根据实施例的像素的晶体管的数量不限于此。
图4中示出的像素PX1至PX4中的每个连接到一个光电二极管，但是实施例不限于此。另外，在图4中，光电二极管PD中的每个的阳极连接到地电压GND。
图5A和图5B示出根据示例实施例的像素组PXGa和PXGa'。参照图5A，与图4中示出的像素组PXG相比，像素组PXGa包括连接到第一浮置扩散节点FD1的多个光电二极管。图5A中示出的像素组PXGa的像素是光电二极管非共享结构的像素，图5B中示出的像素组PXGa'的像素是共享一个光电二极管的共享结构的像素。
如图5A和图5B中所示，响应于第一传输栅极信号TG1至第k(k是大于或等于2的整数)传输栅极信号TGk的对应的光电二极管可以连接到对应的浮置扩散节点。
在图4、图5A和图5B中分别示出的像素组PXG、PXGa和PXGa'中的每个的情况下，多个像素连接到一条列线CL，但是实施例不限于此。在根据示例实施例的像素组中，每个像素还可以连接到每条列线。
图6是示出根据另一示例实施例的像素组PXGb的示图。参照图6，与图4中示出的像素组PXG相比，像素组PXGb可以包括分别连接到列线CL1至CL4的对应的像素的选择晶体管的输出端子。例如，像素组PXGb的像素可以分别连接到对应的列线。
图3至图6中示出的像素组PXG、PXGa、PXGa'和PXGb中的每个包括以对称结构实现的像素和相邻像素，但是实施例不限于此。例如，像素组也可以被实现为具有相同结构的像素。
图7是示出根据另一示例实施例的像素组PXGc的示图。参照图7，像素组PXGc可以包括分别具有相同结构的四个像素PX1a、PX2a、PX3a和PX4a。
图3至图7中示出的像素组PXG、PXGa、PXGa'、PXGb和PXGc中的每个包括四个像素，但是包括在根据实施例的像素组中的像素的数量不限于此。
根据示例实施例的像素组可以利用各种颜色图案来实现。
图8A是示出由2×2拜耳图案组成的像素的图，图8B是示出由4×4四图案组成的像素的图，图8C是示出由8×8Q单元图案组成的像素的图，并且图8D是示出具有红外光(IR)子像素的像素的图。
图8A、图8B、图8C和图8D中示出的拜耳图案包括红色子像素R、蓝色子像素B和绿色子像素G，但是实施例不限于此。根据示例实施例的拜耳图案可以通过适当地设置红色子像素R、蓝色子像素B、绿色子像素G或白色子像素W来不同地配置。
根据示例实施例的像素组可以包括各种大小的透镜。
图9A示出了具有与每个颜色子像素对应的透镜的四像素，图9B示出了具有与四个相同颜色子像素对应的透镜的四像素，图9C示出了具有与1×1子像素对应的透镜的4×4滤色器像素，图9D示出了与2×2子像素对应的4×4滤色器像素，并且图9E示出了与4×4子像素对应的4×4滤色器像素。
图9A、图9B、图9C、图9D和图9E中示出的像素和与其对应的透镜的大小仅被提供为示例。
根据示例实施例的像素可以以共享一个浮置扩散区的2-PD结构来实现。
图10A和图10B是示出2-PD结构的像素的图。参照图10A，2-PD像素通过像素内深沟槽隔离(DTI)将左PD与右PD分开。参照图10B，2-PD像素通过PN结将左PD与右PD分开。
浮置扩散区FD可以连接到设置在像素中的一对左PD和一对右PD。例如，第一浮置扩散区FD1可以共同连接到四个光电转换元件。浮置扩散区FD可以包括例如N型杂质。设置在第一像素PX1的基底上的第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2以及设置在第二像素PX2的基底上的第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2可以共享浮置扩散区FD。
根据示例实施例的图像传感器可以根据操作模式不同地控制转换增益信号CGS1和CGS2。
图11A是基于第一操作模式的像素的操作时序图，图11B是基于第二操作模式的像素的操作时序图，图11C是基于第三操作模式的像素的操作时序图。
在复位模式下，通过激活复位栅极信号RG、电荷传输栅极信号TG以及第一转换增益信号CGS1和第二转换增益信号CGS2，图4中示出的复位晶体管T13或图4中示出的传输晶体管T11可以被导通。因此，像素驱动电压VPIX被提供给第一浮置扩散节点FD1，并且光电二极管PD和浮置扩散节点FD的电荷可以被初始化。此后，在光学积分模式EIT下，光电荷在光电二极管PD中产生并累积，直到传输晶体管T11截止，然后例如在光电转换时间期间再次导通。
在一个示例实施例中，可以通过根据如图1中所示的成像装置10的操作模式控制第一转换增益信号CGS1和第二转换增益信号CGS2来针对每个单元像素改变控制增益。例如，图11A是根据第一操作模式的具有与第一浮置扩散节点FD1对应的转换增益的时序图，图11B是根据第二操作模式的具有与第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2对应的转换增益的时序图。图11C是根据第三操作模式的具有与第一浮置扩散节点FD1、第二浮置扩散节点FD2和第三浮置扩散节点FD3对应的转换增益的时序图。
根据示例实施例，根据第一转换增益信号CGS1和第二转换增益信号CGS2的控制，可以确定与操作像素对应的浮置扩散区的大小。
如上所述，在控制第一像素和第二像素的转换增益之后，复位栅极信号RG被去激活，并且此时，可以通过检测第一浮置扩散节点FD1的复位电势来输出参考信号。此后，在输出参考信号之后，电荷传输栅极信号TG可以被激活。因此，集积在光电二极管PD中的光电荷可以被传输到第一浮置扩散节点FD1。在传输栅极信号TG被去激活之后，可以通过检测第一浮置扩散节点FD1的电势来输出像素信号。
图12是示出根据示例实施例的根据像素组的像素PX1、PX2、PX3和PX4的浮置扩散节点FD1、FD2和FD3的连接的电容的变化的示图。图12示出了这样的情况：第一像素PX1的第二浮置扩散节点FD2和第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2通过金属线连接，第三像素PX3的第二浮置扩散节点FD2和第四像素PX4的第二浮置扩散节点FD2通过金属线连接，并且第二像素PX2的第三浮置扩散节点FD3和第三像素PX3的第三浮置扩散节点FD3通过金属线连接。根据实施例的使用至少一条金属线的浮置扩散节点之间的连接不限于此。
当第一像素PX1的第一转换增益晶体管CGT11在第一操作模式下截止时，与第一像素PX1的第一浮置扩散节点FD1对应的第一电容C1可以形成。
根据第二操作模式，第一像素PX1的第一转换增益晶体管CGT11导通，并且第二像素PX2的第二转换增益晶体管CGT22截止，与第一像素PX1的第一浮置扩散节点FD1、第一像素PX1的第二浮置扩散节点FD2和第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2对应的第二电容C2可以形成。在这种情况下，第一像素PX1的第二浮置扩散节点FD2和第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2可以通过金属线连接。
根据第三操作模式，第一像素PX1的第一转换增益晶体管CGT11导通，第二像素PX2的第二转换增益晶体管CGT22导通，并且第三像素PX3的第二转换增益晶体管CGT32导通，与第一像素PX1的第一浮置扩散节点FD1和第二浮置扩散节点FD2、第二像素PX2的第二浮置扩散节点FD2和第三浮置扩散节点FD3、第三像素PX3的第二浮置扩散节点FD2和第三浮置扩散节点FD3以及第四像素PX4的第二浮置扩散节点FD2对应的第三电容C3可以形成。
图11A、图11B和图11C是示例，并且实施例不限于此。例如，复位栅极信号RG和选择信号SEL可以以各种开/关时间改变。
如图12中所示，可以根据连接各个像素的浮置扩散节点的转换增益晶体管的导通/截止操作来形成用于像素操作的各种电容。
图13A是示出根据第一操作模式的与像素对应的浮置扩散区的大小FD1的示图，图13B是示出根据第二操作模式的与像素对应的浮置扩散区的大小(FD1+2FD2)的图，图13C是示出根据第三操作模式的与像素对应的浮置扩散区的大小(FD1+4FD+2FD3)的图。如图13A、图13B和图13C中所示，浮置扩散区的大小可以根据操作模式而变化。浮置扩散区的大小的改变可以改变根据从光电二极管FD传输的相同量的电荷而转换的电压的电平，电压的电平表示转换增益的调整。
根据示例实施例的图像传感器100可以通过根据三个或更多个操作模式改变浮置扩散区的大小而具有最佳转换增益。
图14A是示出按照时间顺序在图像捕获模式下以单元像素生成图像信号的处理的示图，图14B是按照时间顺序在图像识别模式下以单元像素生成图像信号的处理的示图。
如图14A中所示，像素电路可以在图像捕获模式下通过曝光、复位和传输的处理来生成图像信号。首先，在复位晶体管RX和传输晶体管TX导通之后，复位晶体管RX和传输晶体管TX可以截止并暴露于光。此时，选择晶体管SX导通以读取复位电压电平。此后，传输晶体管TX可以导通，以在预定时间内将光电二极管PD中产生的光电荷传输到FD节点，从而读取信号电压电平。在这种情况下，为了将光电二极管PD的所有电荷传输到FD节点，需要将FD节点复位到相对高的电源电压。在这种情况下，当使用高的电源电压时，功耗会增大。读取信号电压电平与复位电压电平之间的差可以是与预定时间内输入的光对应的像素的电路的图像信号。
如图14B中所示，在图像识别模式下，像素电路可以通过复位、曝光和读出的处理来生成图像信号。如图14B中所示，在图像识别模式下，传输晶体管TX可以始终导通。因此，光电二极管PD和FD节点可以导通。在图像识别模式下，可以使用读取累积在光电二极管PD和FD节点中的电子的电压的方法，而不使用作为图像捕获模式下的像素电路的操作方法的电子传输方法。在下文中，将描述在图像识别模式下读取累积在像素电路中的光电二极管PD和FD节点中的电子的电压的方法。
参照图14B，因为直流(DC)电压被施加到传输晶体管TX并且传输晶体管TX始终导通，所以光电二极管PD和FD节点的电子电势相同。此时，即使当DC电压被施加到传输晶体管TX时，因为没有电流流过传输晶体管TX的栅极，所以传输晶体管TX的栅极处的功耗也可以为零。
首先，复位晶体管RX可以使用低的电源电压将与光电二极管PD导通的FD节点设置为复位电压电平。然后可以将像素电路暴露于光一段时间。选择晶体管可以导通以获得被入射光改变的FD节点的信号电压电平。如此，读取信号电压电平与复位电压电平之间的差可以是与预时序间内输入的光对应的像素的电路的图像信号。与图像捕获模式下的电子传输方法不同，在图像识别模式下不需要确保用于电荷传输的高的复位电压，因此，可以执行通过相对低的电压的复位，并且类似地，即使当电荷逐步减少时，也可以降低源极跟随器的电压并且可以读取图像信号。
在参照图3至图14B描述的像素组中，任何像素和相邻像素具有不同的结构，但是实施例不限于此。根据示例实施例的像素组可以利用具有相同配置的像素来实现。
图15A、图15B和图15C是示出根据另一示例实施例的像素PXGd、PXGe和PXGf的图。
参照图15A，像素PXGd可以包括传输晶体管TX、源极跟随器晶体管SFX、选择晶体管SX、复位晶体管RX以及转换增益晶体管CGT1和CGT2。传输晶体管TX可以响应于传输栅极信号TG而将光电二极管PD与第一浮置扩散节点FD1连接。源极跟随器晶体管SFX可以响应于第一浮置扩散节点FD1的电压将像素驱动电压VPIX提供给选择晶体管SX的漏极。选择晶体管SX可以响应于选择信号SEL而将源极跟随器晶体管SFX的漏极与输出端子OUT连接。复位晶体管RX可以响应于复位栅极信号RG而将提供像素驱动电压VPIX的电源端子与第三浮置扩散节点FD3连接。第一转换增益晶体管CGT1可以响应于第一转换增益信号CGS1而将第一浮置扩散节点FD1与第二浮置扩散节点FD2连接。第二转换增益晶体管CGT2可以响应于第二转换增益信号CGS2而将第二浮置扩散节点FD2与第三浮置扩散节点FD3连接。
根据示例实施例的像素PXGd可以根据操作模式控制转换增益信号CGS1和CGS2，通过改变浮置扩散区的大小来获得适当的转换增益。
参照图15B，两个光电二极管可以连接到像素PXGe的第一浮置扩散节点FD1。两个光电二极管可以分别通过响应于对应的传输栅极信号TG1或TG2而导通的传输晶体管TX1和TX2连接到第一浮置扩散节点FD1。
参照图15C，一个光电二极管可以连接到像素PXGf的第一浮置扩散节点FD1。一个光电二极管可以通过响应于传输栅极信号TG1或TG2而导通的传输晶体管TX1或TX2连接到第一浮置扩散节点FD1。
图16是示出根据示例实施例的像素组的布局布置的示图。参照图16，在各个像素中，传输晶体管的接收传输栅极信号TG的栅极设置在右下侧，第一转换增益晶体管的接收第一转换增益信号CGS1的栅极设置在左下侧，并且在左上侧上，可以设置复位晶体管的接收复位栅极信号RG的栅极或者可以设置第二转换增益晶体管的接收第二转换增益信号CGS2的栅极。
在一个示例实施例中，第一浮置扩散节点FD1可以设置在传输晶体管的栅极附近，第二浮置扩散节点FD2可以设置在第一转换增益晶体管的栅极附近，第三浮置扩散节点FD3可以设置在第二转换增益晶体管的栅极附近，并且接收像素驱动电压VPIX的电力端子可以设置在复位晶体管的栅极附近。
图16中示出的晶体管的栅极/电力端子/浮置扩散节点的布置仅仅是示例。
根据示例实施例的图像传感器可以包括多个像素阵列。
图17是示出根据另一示例实施例的图像传感器300的示图。参照图17，图像传感器300包括像素阵列310、控制单元325、行解码器333、行驱动器335、列解码器353、列驱动器355和ADC 370。
像素阵列310可以检测从对象反射的光以生成对象的对象信息OBI1和/或图像信息IMI。像素阵列310可以包括以二维矩阵的形式布置的多个像素。像素阵列310可以包括多个像素层311、313和315。在一个示例实施例中，第一像素层311可以是彩色像素阵列(CPA)。例如，彩色像素阵列可以具有拜耳图案的像素。在一个示例实施例中，第二像素层313可以是深度像素阵列(DPA)。例如，深度像素阵列可以包括多个2-PD像素或金属屏蔽像素。在一个示例实施例中，第二像素层313可以包括至少一个温度传感器以根据温度执行深度校正。在一个示例实施例中，第三像素层315可以是热像素阵列(TPA)。例如，热像素阵列可以包括多个温度像素。
根据实施例的像素阵列的数量不限于此。根据示例实施例的像素阵列可以包括至少两个像素层以执行不同功能。
控制单元325可以生成一个或多个控制信号以控制行解码器333、行驱动器335、列解码器353、列驱动器355以及多个ADC 371、373和375的相应操作。例如，控制单元325可以生成多个行控制信号，以从包括在多个堆叠的像素层311、313和315中的每个中的多条行线之中选择特定行线。在一个示例实施例中，控制单元325可以设置在与像素阵列310的层不同的层上。
行解码器333可以对多个行控制信号(例如，从控制单元325输出的行地址信号)进行解码，并且可以根据解码结果输出多个行选择信号。行驱动器335可以响应于从行解码器333输出的多个相应的行选择信号，驱动包括在多个行之中的至少一行中的像素，所述多个行包括在多个相应的像素层311、313和315中。
列解码器353可以对多个列控制信号(例如，从控制单元325输出的列地址信号)进行解码，并且可以根据解码结果输出多个列选择信号。列驱动器355可以响应于从列解码器353输出的多个相应的列选择信号，驱动包括在多个相应的像素层311、313和315中的多条相应的列线。
图17中示出的图像传感器300包括一个行驱动器335和一个列驱动器355，然而实施例不限于此。根据示例实施例，图像传感器300可以包括多个行驱动器或多个列驱动器，以驱动多个相应像素层311、313和315的行线或列线。图像传感器300可以包括多个行解码器或多个列解码器。
多个ADC 371、373和375中的每个对从多个相应像素层311、313和315输出的信号进行模数转换，并且可以将模数转换后的信号作为图像数据输出到图像信号处理器(ISP)200。例如，图像数据可以包括对象信息或图像信息。
根据示例实施例，多个ADC 371、373和375中的每个还可以包括对从多个相应像素层311、313和315输出的信号执行相关双采样的相关双采样(CDS)电路。在这种情况下，多个ADC 371、373和375中的每个可以对相关双采样信号和斜坡信号进行比较，并且可以输出比较结果作为图像数据。
图像信号处理器(ISP)200可以处理图像数据，使得图像数据可以被显示。另外，图像信号处理器(ISP)200可以控制控制单元325，使得图像传感器300具有根据如上参照图1至图17所述的操作模式的最佳转换增益。
图18是示出根据示例实施例的电子装置1000的框图。在网络环境中，电子装置1000可以通过第一网络(例如，短距离无线通信)与其他电子装置进行通信，或者通过第二网络(例如，长距离无线通信)与另一电子装置或服务器进行通信。
参照图18，电子装置1000可以包括处理器1200、存储器1300、输入装置1500、声音输出装置1550、显示装置1600、音频装置1700、传感器装置1760、接口1770、触觉装置1790、相机装置1800、电源管理装置1880、电池1890、通信接口1900、用户识别装置1960和天线装置1970。根据示例实施例，组件中的至少一个可以被省略或者另一组件可以被添加到电子装置1000。例如，显示装置1600可以通过集成一些组件来实现，诸如在嵌入式传感器装置1760的情况下集成指纹传感器、虹膜传感器或照度传感器。
处理器1200对软件(例如，程序1400)进行驱动，以控制连接到处理器1200的电子装置1000的至少一个其他组件(例如，硬件组件或软件组件)，并且可以执行各种数据处理和操作。
处理器1200将从另一组件(例如，传感器装置1760和通信接口1900)接收的命令或数据加载到易失性存储器1320中并进行处理，并且可以将结果数据存储在非易失性存储器1340中。
在一个示例实施例中，处理器1200可以独立于主处理器1210(例如，中央处理器或应用处理器)操作，并且附加地/可选地，可以包括使用比主处理器1210少的电力或专用于指定功能的协处理器1230(例如，图形处理处理器、图像信号控制器、传感器集线器处理器、通信处理器、人工智能处理器)。
协处理器1230可以与主处理器1210分开操作或者通过嵌入来操作。协处理器1230可以在主处理器1210处于非活动或睡眠状态时替换主处理器1210，或者可以在主处理器1210处于活动状态或应用执行状态时与主处理器1210一起操作，以控制与电子装置1000的组件中的至少一个(例如，显示装置1600、传感器装置1760或通信接口1900)相关联的功能或状态的至少一部分。在一个示例实施例中，协处理器1230可以被实现为功能相关的其他组件(例如，相机装置1800或通信接口1900)的一部分。
存储器1300可以存储由电子装置1000的至少一个组件(例如，处理器1200或传感器装置1760)使用的各种数据(例如，软件以及用于与其相关的指令的输入数据或输出数据)。存储器1300可以包括易失性存储器1320或非易失性存储器1340。
程序1400是存储在存储器1300中的软件，并且可以包括操作系统1420、中间件1440或应用1460。
输入装置1500是用于从电子装置1000的外部用户接收将用于电子装置1000的组件(处理器1200)的命令或数据的装置，例如，输入装置1500可以包括麦克风、鼠标或键盘。
声音输出装置1550是用于将音频信号输出到电子装置1000的外部的装置。例如，声音输出装置1550可以包括用于一般用途(诸如，多媒体回放或记录回放)的扬声器以及仅用于接收呼叫的接收器。在一个示例实施例中，接收器可以与扬声器一体地或分开地形成。
显示装置1600可以被实现为向电子装置1000的用户视觉地提供信息。例如，显示装置1600可以包括例如显示器、全息装置、投影仪和控制装置的控制电路。在一个示例实施例中，显示装置1600可以包括触摸电路或可以对触摸的压力的强度进行测量的压力传感器。
音频装置1700可以双向地转换声音和电信号。在一个示例实施例中，音频装置1700通过输入装置1500获取声音，或者可以通过声音输出装置1550或以有线方式或无线方式连接到电子装置1000的外部电子装置(例如，扬声器或耳机)输出声音。
传感器装置1760可以生成与内部操作状态(诸如，电子装置1000的电力状态或温度)或外部环境状态对应的电信号或数据值。例如，传感器装置1760可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁传感器、加速度传感器、抓握传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物信息传感器、温度传感器、湿度传感器或照度传感器。
接口1770可以支持可以通过有线或无线连接到外部电子装置的指定协议。在一个示例实施例中，接口1770可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口或音频接口。
连接端子1780可以包括连接器(例如，HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器或诸如耳机连接器的音频连接器)，以将电子装置1000和外部电子装置物理地连接。
触觉装置1790可以将电信号转换成可以由用户通过触摸或移动的感测感知的电刺激或机械刺激(诸如，振动或移动)。触觉装置1790可以包括例如马达、压电元件或电刺激装置。
相机装置1800可以被配置为捕获静止图像和视频。在一个示例实施例中，相机装置1800可以包括一个或多个镜头、图像传感器、图像信号控制器或闪光灯。相机装置1800可以根据如图1至图17中所述的三个或更多个操作模式来控制最佳地选择转换增益的像素。
电源管理装置1880是用于管理供应给电子装置1000的电源的装置，并且可以被配置为例如电源管理集成电路(PMIC)的至少一部分。电池1890是向电子装置1000的至少一个组件供应电力的装置，并且可以包括例如不可再充电的一次电池、可再充电的二次电池或燃料电池。
通信接口1900可以支持电子装置1000与外部电子装置之间的有线通信通道或无线通信通道的建立，并且通过所建立的通信通道进行通信。通信接口1900可以包括支持有线通信或无线通信的一个或多个通信处理器，一个或更多个通信处理器独立于可以是应用处理器的处理器1200而操作。
根据示例实施例，通信接口1900可以包括无线通信模块1920(例如，蜂窝通信接口、短距离无线通信接口或全球导航卫星系统(GNSS)通信接口)或有线通信模块1940(例如，局域网(LAN)通信接口或电力线通信接口)。通信接口1900可以使用对应的有线/无线通信接口，通过第一网络(例如，诸如蓝牙、Wi-Fi直连或红外数据协会(IrDA)的短距离通信网络)或第二网络(例如，诸如蜂窝网络、因特网或计算机网络(LAN或WAN)的远程通信网络)与外部电子装置进行通信。在一个示例实施例中，通信接口1900可以以一个芯片或以单独的芯片实现。
在一个示例实施例中，无线通信模块1920可以使用存储在用户识别装置1960中的用户信息来区分和认证通信网络中的电子装置1000。
天线装置1970可以包括用于向外部发送信号或电力或从外部接收信号或电力的一个或多个天线。在一个示例实施例中，通信接口1900可以通过适合于通信方法的天线向外部电子装置发送信号或从外部电子装置接收信号。
组件中的一些经由外围装置(例如，总线、通用输入/输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)或移动工业处理器接口(MIPI))之间的通信方法彼此连接，以彼此交换信号(例如，命令或数据)。
在一个示例实施例中，可以通过连接到第二网络的服务器在电子装置1000与外部电子装置之间发送或接收命令或数据。电子装置可以分别是与电子装置1000相同或不同类型的装置。根据示例实施例，在电子装置1000中执行的操作的全部或部分可以在另一外部电子装置或多个外部电子装置中执行。根据示例实施例，当电子装置1000自动地或通过请求去执行功能或服务时，代替由自身执行功能或服务，或者除了由自身执行功能或服务之外，电子装置1000可以请求外部电子装置执行至少一些相关功能。在接收到请求时，外部电子装置可以执行所请求的功能或附加功能，并且可以将结果发送到电子装置1000。电子装置1000可以通过原样或附加地处理接收的结果来提供所请求的功能或服务。为此，例如，可以使用云计算、分布式计算或客户机-服务器计算技术。
电子装置1000可以是各种类型的装置。例如，电子装置1000可以包括便携式通信装置(例如，智能电话)、计算机装置、便携式多媒体装置、便携式医疗装置、相机、可穿戴装置或家用电器中的至少一个。
如在这里所使用的，术语装置可以包括由硬件、软件或固件组成的单元，并且可以与诸如逻辑、逻辑块、组件或电路的术语互换使用。装置可以包括可以以软件(例如，程序1400)实现的整体构造的组件的文档中的各种实施例，程序1400包括存储在机器(例如，诸如内部存储器1360或外部存储器1380的计算机可读存储介质)中的指令。装置可以是能够从存储介质调用存储的命令并根据调用的命令进行操作的装置，并且可以包括电子装置(例如，根据示例实施例的电子装置1000)。当指令由处理器(例如，处理器1200)执行时，处理器可以直接由处理器执行与指令对应的功能，也可以在处理器的控制下通过使用其他组件来执行与指令对应的功能。指令可以包括由编译器或解释器生成或执行的代码。机器可读存储介质可以以非暂时性存储介质的形式提供。在这种情况下，“非暂时性”表示存储介质不包括信号并且是有形的，但是不区分数据是半永久地还是临时地存储在存储介质上。
图19A和图19B是示意性地示出根据示例实施例的移动装置2000的示图。参照图19A和图19B，移动装置2000可以包括壳体2200、显示器2500、相机2600、2700和2800等。根据示例实施例，显示器2500可以基本上覆盖壳体2200的整个前表面，并且根据移动装置2000的操作模式或正被执行的应用，显示器2500可以包括第一区域2300、第二区域2400等以进行操作。
参照图19A，前置相机2600和2700可以包括具有不同特性的第一前置相机2600和第二前置相机2700。例如，第一前置相机2600和第二前置相机2700可以具有不同的孔径值、焦距、视角等。在这种情况下，第一前置相机2600可以是一般相机，并且第二前置相机2700可以是飞行时间(ToF)相机。当第二前置相机2700是ToF相机时，第二前置相机2700可以与单独的光源组合以提供诸如距离测量、深度图生成和面部识别的功能。
参照示出移动装置2000的后表面的图19B，移动装置2000可以包括后置相机2800和发光单元2900。类似于前置相机2600和2700，后置相机2800可以包括其中图像传感器的孔径值、视角和像素数中的至少一者彼此不同的多个后置相机2800A至2800C。发光单元2900可以采用发光二极管(LED)等作为光源，并且可以在使用后置相机2800的应用中作为闪光灯操作。
多个相机2600、2700和2800中的每个可以包括镜头、图像传感器、马达和引擎。在这种情况下，图像传感器可以通过如参照图1至图17所述的根据操作模式改变转换增益的像素来实现。
图像传感器可以基于时钟信号提供RGB数据。例如，图像传感器可以通过移动工业处理器接口(MIPI)或相机串行接口(CSI)与引擎接口连接。马达可以响应于从引擎接收的控制信号来调节镜头的焦点或执行快门。引擎可以控制图像传感器和马达。引擎还可以基于从图像传感器接收的RGB数据来生成包括亮度分量、亮度分量与蓝色分量之间的差以及亮度分量与红色分量之间的差的YUV数据，或者可以生成压缩数据(例如，联合图像专家组(JPEG)数据)。引擎可以连接到主机/应用，并且引擎可以基于主时钟向主机/应用提供YUV数据或JPEG数据。此外，引擎可以通过串行外围接口(SPI)或内部集成电路(I2C)与主机/应用程序接口连接。
图20是示出根据示例实施例的操作成像装置10的方法的示图。参照图1至图20，下面将描述操作成像装置10的方法。成像装置10可以接收操作模式(S110)。可以根据用户的选择或内部策略来确定操作模式。成像装置10的图像传感器可以根据此后选择的操作模式来控制至少一个晶体管导通/截止，以改变像素的浮置扩散区的大小(S120)。在这种情况下，可以通过使用像素周围的结电容或金属电容来调整浮置扩散区的大小。因此，可以确定与根据操作模式适当选择的浮置扩散区的大小对应的转换增益。
根据示例实施例的像素可以实现三个或更多个转换增益(CG)。在一个示例实施例中，像素可以被实现为非共享像素结构或共享像素结构。在一个示例实施例中，可以使用周围像素的电容来改变像素的转换增益。在一个示例实施例中，可以使用在行方向和列方向上的像素的电容来改变像素的转换增益。在一个示例实施例中，像素的转换增益可以通过CG比率从单元像素到多开关(多晶体管)变化。
根据示例实施例的图像传感器可以应用于动态视觉传感器(DVS)。
如上所述，在根据示例实施例的图像传感器、包括图像传感器的成像装置和操作图像传感器的方法中，可以通过根据三个或更多个操作模式调整像素的浮置扩散区的大小来控制转换增益。
尽管以上已经示出并描述了示例实施例，但是本领域技术人员将清楚的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明构思的范围的情况下，可以做出修改和变型。

Claims (20)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一像素，包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区；
第二像素，包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区；
第三像素，包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区；以及
第四像素，包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，
其中，所述第一像素的第二浮置扩散区和所述第二像素的第二浮置扩散区通过第一金属线连接，并且
其中，所述第二像素的第三浮置扩散区和所述第三像素的第三浮置扩散区通过第二金属线连接。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素中的每个还包括至少一个光电二极管。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素中的每个包括：
传输晶体管，被配置为：基于传输栅极信号将所述至少一个光电二极管与第一浮置扩散节点连接，所述第一浮置扩散节点与所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素中的每个的第一浮置扩散区对应；以及
第一转换增益晶体管，被配置为：基于第一转换增益信号将所述第一浮置扩散节点与第二浮置扩散节点连接，所述第二浮置扩散节点与所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素中的每个的第二浮置扩散区对应。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第一像素和所述第四像素中的每个包括复位晶体管，所述复位晶体管被配置为：基于复位栅极信号向所述第一像素和所述第四像素中的每个的第二浮置扩散节点提供像素驱动电压。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第二像素和所述第三像素中的每个包括第二转换增益晶体管，所述第二转换增益晶体管被配置为：基于第二转换增益信号将所述第二像素和所述第三像素中的每个的第二浮置扩散节点与对应于所述第二像素和所述第三像素中的每个的第三浮置扩散区的第三浮置扩散节点连接。
6.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的图像传感器，其中，所述第三像素的第二浮置扩散区和所述第四像素的第二浮置扩散区通过金属线连接。
7.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的图像传感器，其中，所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素中的每个包括：
源极跟随器晶体管，包括栅极和漏极，所述栅极连接到与所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素中的每个的第一浮置扩散区对应的第一浮置扩散节点，所述漏极接收像素驱动电压；以及
选择晶体管，包括接收选择信号的栅极、连接到所述源极跟随器晶体管的源极的漏极和连接到输出线的源极。
8.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的图像传感器，其中，所述第一像素和所述第二像素彼此对称，
其中，所述第二像素和所述第三像素彼此对称，并且
其中，所述第三像素和所述第四像素彼此对称。
9.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一像素；
第二像素；
第三像素；以及
第四像素，
其中，所述第一像素至所述第四像素中的每个包括：
第一晶体管，被配置为基于传输栅极信号将至少一个光电二极管与第一浮置扩散节点连接；
第二晶体管，被配置为基于第一转换增益信号将所述第一浮置扩散节点与第二浮置扩散节点连接；
第三晶体管，包括连接到所述第二浮置扩散节点的源极；
第四晶体管，包括漏极和栅极，所述漏极连接到被配置为提供像素驱动电压的电源端子，所述栅极连接到所述第一浮置扩散节点；以及
第五晶体管，包括连接到所述第四晶体管的源极的漏极、连接到列线的源极和被配置为接收选择信号的栅极，
其中，所述第一像素的第二浮置扩散节点和所述第二像素的第二浮置扩散节点通过金属线连接，
其中，所述第三像素的第二浮置扩散节点和所述第四像素的第二浮置扩散节点通过金属线连接，并且
其中，所述第二像素的第三浮置扩散节点和所述第三像素的第三浮置扩散节点通过金属线连接。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素连接到一条列线。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一像素、所述第二像素、所述第三像素和所述第四像素中的每个连接到对应的列线。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述至少一个光电二极管以由深沟槽隔离分开的双光电二极管结构实现。
13.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述至少一个光电二极管以由PN结分开的双光电二极管结构实现。
14.根据权利要求9至权利要求13中任意一项所述的图像传感器，其中，所述第一像素和所述第四像素中的每个的第三晶体管基于复位栅极信号将所述电源端子与所述第二浮置扩散节点连接。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第二像素和所述第三像素中的每个的第三晶体管基于第二转换增益信号将所述第二浮置扩散节点与所述第三浮置扩散节点连接。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，图像传感器还包括：时序控制器，被配置为控制所述第一转换增益信号和所述第二转换增益信号，以基于操作模式来改变像素的浮置扩散区的大小。
17.一种操作成像装置的方法，所述方法包括：
从图像传感器接收操作模式；以及
根据接收的所述操作模式来控制像素组的浮置扩散区的大小，
其中，所述操作模式包括至少三个操作模式。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述像素组包括：
第一像素，包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区；
第二像素，包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区；
第三像素，包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区；以及
第四像素，包括第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，
其中，所述第一像素的第二浮置扩散区和所述第二像素的第二浮置扩散区通过第一金属线连接，并且
其中，所述第二像素的第三浮置扩散区和所述第三像素的第三浮置扩散区通过第二金属线连接。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述像素组包括多个像素，所述多个像素包括第一浮置扩散区、第二浮置扩散区和第三浮置扩散区，
其中，所述多个像素中的每个包括：
第一转换增益晶体管，被配置为：基于第一转换增益信号将所述多个像素中的每个的第一浮置扩散区与所述多个像素中的每个的第二浮置扩散区连接；以及
第二转换增益晶体管，被配置为：基于第二转换增益信号将所述多个像素中的每个的第二浮置扩散区与所述多个像素中的每个的第三浮置扩散区连接。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，控制所述浮置扩散区的大小的步骤包括：基于所述操作模式来控制提供所述第一转换增益信号和所述第二转换增益信号的时序，以改变所述浮置扩散区的大小。
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