CN112911173A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器包含像素阵列，该像素阵列包含沿着多个行和多个列排列的多个单元像素。多个单元像素中的每个包含：光电转换元件，该光电转换元件生成并且积累光电荷；电荷检测节点，该电荷检测节点接收在光电转换元件中积累的光电荷；读出电路，该读出电路将积累的并且从电荷检测节点输出的光电荷转换为电像素信号，该读出电路输出该电像素信号；电容元件；以及开关元件，该开关元件控制电荷检测节点与电容元件之间的连接。所述像素阵列中的所述行中的每个包含连接到第一转换增益控制线的第一像素和连接到第二转换增益控制线的第二像素。

Description

图像传感器
本申请是申请日为2017年12月21日、申请号为201711390355.6、发明名称为“图像传感器”的发明专利申请的分案申请。
有关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2016年12月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0183465的优先权，该专利申请的公开内容通过本说明书之引用整体并入本说明书中。
技术领域
示例性实施例涉及一种图像传感器，并且更具体地，涉及一种具有宽动态范围(WDR，wide dynamic range)的图像传感器。
背景技术
图像传感器将光学图像转换为电信号。随着计算机和通信技术的发展，在诸如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(PCS，personal communication system)、游戏机、监控摄像机、以及医用微型摄像机的各种领域中对高性能图像传感器的需要越来越多。
图像传感器可以划分为电荷耦合器件(CCD，charge coupled device)图像传感器或者互补金属氧化物半导体(CMOS，complementary metal-oxide-semiconductor)图像传感器。CMOS图像传感器可以简单地被驱动。此外，CMOS图像传感器的信号处理电路和图像感测部件可以集成于单个芯片上。因此，可以减小CMOS图像传感器的尺寸。此外，CMOS图像传感器可以具有非常低的功耗，以便容易应用于具有有限电池容量的产品。另外，借助于CMOS技术，CMOS图像传感器可以具有高分辨率。因此，CMOS图像传感器广泛用于各种领域。
发明内容
示例性实施例可以提供一种具有改善的光学特性的图像传感器。
根据示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包含像素阵列，该像素阵列包含沿着多个行和多个列排列的多个单元像素。多个单元像素中的每个包含：光电转换元件，该光电转换元件被配置成生成并且积累光电荷；电荷检测节点，该电荷检测节点被配置成接收在光电转换元件中积累的光电荷；读出电路，该读出电路被配置成将电荷检测节点接收到的光电荷转换为电信号，并且输出该电信号；电容元件；以及开关元件，该开关元件被配置成控制电荷检测节点与电容元件之间的连接。像素阵列的多个行中的每个包含多个单元像素中的第一像素和多个单元像素中的第二像素。第一像素连接到第一转换增益控制线，而第二像素连接到第二转换增益控制线。
根据另一示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包含像素阵列，该像素阵列包含沿着多个行和多个列排列的多个单元像素。多个单元像素中的每个包含：光电转换元件，该光电转换元件被配置成生成并且积累光电荷；电荷检测节点，该电荷检测节点被配置成接收在光电转换元件中积累的光电荷；读出电路，该读出电路被配置成将电荷检测节点接收到的光电荷转换为电信号，并且输出该电信号；电容元件；以及开关元件，该开关元件被配置成控制电荷检测节点与电容元件之间的连接。像素阵列的多个行中的每个包含多个单元像素中的第一像素和多个单元像素中的第二像素。第一像素具有第一转换增益，而第二像素具有第二转换增益。
根据另一示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包含像素阵列，该像素阵列包含以矩阵的多个行和多个列排列的第一像素和第二像素。每个第一像素和每个第二像素被配置成将入射于其上的光转换为电信号。多个行中的每个包含第一像素中的至少一个和第二像素中的至少一个。第一像素具有根据入射于第一像素上的光的第一量变化的第一转换增益，而第二像素具有根据入射于第二像素上的光的第二量变化的第二转换增益。
根据另一示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：像素阵列，所述像素阵列包括包含第一像素组至第四像素组的第一8×2个光电转换元件；并且其中，第二像素组共享第一滤色器，并且被配置为共享第一转换增益晶体管、第一复位晶体管、第一驱动晶体管、第一浮置扩散区和第一选择晶体管，其中，第三像素组共享红色滤色器，并且被配置为共享第二转换增益晶体管、第二复位晶体管、第二驱动晶体管、第二浮置扩散区和第二选择晶体管，其中，所述第一转换增益晶体管和第二转换增益晶体管被配置为响应于转换增益控制信号而导通，并且其中，所述第一像素组至第四像素组在第一方向上顺序排列，其中，所述第一像素组至第四像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
根据另一示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：第一像素组，被配置为共享第一转换增益晶体管、第一浮置扩散区和第一选择晶体管；第二像素组，在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，所述第二像素组被配置为共享第二转换增益晶体管、第二浮置扩散区和第二选择晶体管；第三像素组，在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述第一像素组直接相邻布置，所述第三像素组被配置为共享第三转换增益晶体管、第三浮置扩散区和第三选择晶体管；以及第四像素组，在所述第一方向上与所述第三像素组直接相邻布置，所述第四像素组被配置为共享第四转换增益晶体管、第四浮置扩散区、第四选择晶体管，其中，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第二像素组共享不同于所述第一滤色器的第二滤色器，所述第三像素组共享第三滤色器，并且所述第四像素组共享不同于所述第三滤色器的第四滤色器，并且其中，所述第一选择晶体管和第三选择晶体管连接到第一输出线，并且所述第二选择晶体管和第四选择晶体管连接到不同于所述第一输出线的第二输出线，并且其中，所述第一像素组至第四像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
根据另一示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：第一像素组，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第一像素组被配置为共享第一转换增益晶体管、第一复位晶体管、第一浮置扩散区、第一驱动晶体管和第一选择晶体管；和第二像素组，所述第二像素组共享第二滤色器，所述第二像素组在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，并且被配置为共享第二转换增益晶体管、第二复位晶体管、第二浮置扩散区、第二驱动晶体管和第二选择晶体管，其中，所述第一转换增益晶体管连接到所述第一浮置扩散区并且串联连接到所述第一复位晶体管，其中，所述第二转换增益晶体管连接到所述第二浮置扩散区并且串联连接到所述第二复位晶体管，并且其中，所述第一像素组和第二像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
根据另一示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：第一像素组，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第一像素组连接到第一晶体管、第一复位晶体管、第一浮置扩散区、第一驱动晶体管和第一选择晶体管；和第二像素组，所述第二像素组共享第二滤色器，所述第二像素组在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，并且连接到第二晶体管、第二复位晶体管、第二浮置扩散区、第二驱动晶体管和第二选择晶体管，其中，所述第一晶体管和所述第一复位晶体管连接到所述第一浮置扩散区和像素电源电压节点，其中，所述第二晶体管和所述第二复位晶体管连接到所述第二浮置扩散区和所述像素电源电压节点，其中，所述第一滤色器不同于所述第二滤色器，并且其中，所述第一像素组和第二像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
根据另一示例性实施例的方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：第一像素组，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第一像素组连接到第一晶体管、第一复位晶体管、第一浮置扩散区、第一驱动晶体管和第一选择晶体管；和第二像素组，所述第二像素组共享第二滤色器，所述第二像素组在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，并且连接到第二晶体管、第二复位晶体管、第二浮置扩散区、第二驱动晶体管和第二选择晶体管，其中，所述第一晶体管和所述第一复位晶体管连接到所述第一浮置扩散区和像素电源电压节点，其中，所述第二晶体管和所述第二复位晶体管连接到所述第二浮置扩散区和所述像素电源电压节点，其中，所述第一滤色器不同于所述第二滤色器，其中，所述第一像素组和第二像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件，并且其中，所述第一像素组和第二像素组连接到在所述第一方向上延伸的第一输出线。
附图说明
根据下面结合附图对示例性实施例所做的描述，以上和/或者其他方面将变得显而易见并且更容易理解，其中：
图1是示出根据示例性实施例的图像处理设备的示意框图；
图2是示出根据示例性实施例的图像传感器的示意框图；
图3是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图；
图4A、图4B、图4C和图4D是示出根据示例性实施例的像素阵列的单元像素的电路图；
图5是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的电路图；
图6A、图7A、图8A和图9A是示出根据图5所示示例性实施例的像素阵列的操作的时序图；
图6B、图7B、图8B和图9B分别是示出根据图6A、图7A、图8A和图9A的时序图的、像素阵列的特性变化的视图；
图10A和图10B是示出根据示例性实施例在图像传感器的操作中的单元像素的电位电平的图；
图11A和图12A是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图。
图11B和图12B分别是示出在图11A和12A所示图像传感器的操作中的单元像素的特性变化的示图；
图13A是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图；
图13B是示出在图13A所示图像传感器的操作中的像素阵列的特性变化的视图；
图14A是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图；
图14B是示出在图14A所示图像传感器的操作中的像素阵列的特性变化的视图；
图15是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图；以及
图16是示出图15所示图像传感器的操作的时序图。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述根据示例性实施例的图像传感器。
图1是示出根据示例性实施例的图像处理设备的示意框图。
参考图1，图像处理设备100可以包含：图像传感器110、图像信号处理器120、显示器130、以及储存器140。
图像处理设备100可以是捕获外部图像的电子设备，诸如智能电话或者数码相机。
图像传感器110可以将外部物体的图像转换为电信号或者数据信号。图像传感器110可以包含多个像素。多个像素中的每个可以接收从外部物体反射的光，并且可以将接收到的光转换为电图像信号或者光信号。
图像信号处理器120可以处理从图像传感器110接收到的帧数据FR(即，图像数据或者光数据)，并且可以输出校正的图像数据IMG。例如，图像信号处理器120可以对接收到的帧数据FR执行一个或者多个信号处理操作(例如，色插值、色校正、伽马校正、色空间转换和/或者边缘校正)，以生成图像数据IMG。
显示器130可以显示从图像信号处理器120接收到的图像数据IMG，使得用户可以看到图像数据IMG。例如，显示器130可以包含各种显示板中的任何一个，诸如液晶显示板、发光二极管(LED，light emitting diode)显示板、有机发光二极管(OLED，organic lightemitting diode)显示板、电泳显示板、以及电润湿显示板。显示器130可以通过显示板显示图像数据IMG。
储存器140可以存储从图像信号处理器120接收到的图像数据IMG。储存器140可以包含易失性存储设备(例如，静态随机存取存储器(SRAM，static random access memory)器件、动态RAM(DRAM，dynamic RAM)设备、和/或者同步DRAM(SDRAM，synchronous DRAM)设备)和/或非易失性存储设备(例如，只读存储器(ROM，read only memory)设备、可编程ROM(PROM，programmable ROM)设备、电可编程ROM(EPROM，electrically programmable ROM)设备、电可擦可编程ROM(EEPROM，electrically erasable and programmable ROM)设备、闪速存储设备、相变RAM(PRAM，phase-change RAM)设备、磁性RAM(MRAM，magnetic RAM)设备、电阻性RAM(RRAM，resistive RAM)设备、和/或铁电RAM(FRAM，ferroelectric RAM))。
图2是示出根据示例性实施例的图像传感器110的示意框图；
参考图2，图像传感器110可以包含：像素阵列10、行解码器20、行驱动器30、列解码器40、定时发生器50、相关双抽样器(CDS，correlated double sampler)60、模数转换器(ADC，analog-to-digital converter)70、以及输入/输出(I/O，input/output)缓冲器80。
像素阵列10可以包含以行和列的矩阵排列的多个单元像素，并且可以将入射于单元像素上的光转换为电信号。像素阵列10可以由行解码器20提供的多个驱动信号(例如，选择信号、复位信号、和/或电荷转移信号)驱动。
行解码器20可以以行为单位向单元像素提供驱动信号。可以响应于驱动信号将像素阵列10中转换的电信号提供给相关双抽样器60。
行驱动器30可以响应于行解码器20中的解码结果将用于驱动单元像素的驱动信号提供给像素阵列10。如果单元像素以矩阵的形式排列，则可以以行为单位提供驱动信号。
定时发生器50可以供给控制信号(例如，时钟信号和定时控制信号)以控制行解码器20和列解码器40、相关双抽样器60、模数转换器70、以及I/O缓冲器80的操作。定时发生器50可以包含：逻辑控制电路、锁相环(PLL，phase lock loop)电路、定时控制电路、和/或通信接口电路。
相关双抽样器60可以接收像素阵列10生成的电信号，并且可以保持并且抽样接收到的电信号。相关双抽样器60可以双抽样电信号的特定噪声电平和信号电平，并且可以输出对应于噪声电平与信号电平之差的电平差。
模数转换器70可以将对应于从相关双抽样器60输出的电平差的模拟信号转换为数字信号并且输出该数字信号。
I/O缓冲器80可以闩锁从模数转换器70输出的数字信号并且可以响应于列解码器40中的解码结果将所闩锁的数字信号顺序地输出到图像信号处理器(例如，图1的图像信号处理器120)。
图3是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列10的示意图。
参考图3，像素阵列10可以包含：沿着多个行Row1、Row2、Row3、和Row4以及多个列排列的多个单元像素R、B、Gb、和Gr，多个驱动信号线RG(i)至RG(i+3)、TG(i)至TG(i+3)、SG(i)至SG(i+3)、CG1(i)至CG1(i+3)、和CG2(i)至CG2(i+3)、以及输出线VOUT。例如，图3示出4×4像素阵列10。例如，4×4像素阵列10可以沿着行方向和列方向重复。
在单元像素R、B、Gb、和Gr的每个中，入射光可以产生电信号，并且单元像素R、B、Gb、和Gr可以由通过电荷转移线TG(i)至TG(i+3)、复位线RG(i)至RG(i+3)、以及选择线SG(i)至SG(i+3)发送的驱动信号驱动。
驱动信号线RG(i)至RG(i+3)、TG(i至TG(i+3)、SG(i)至SG(i+3)、CG1(i)至CG1(i+3)、以及CG2(i)至CG2(i+3)可以在行方向(例如，水平方向)上延伸，以同时驱动包含于同一行中的单元像素R、B、Gb、和Gr。在某些示例性实施例中，驱动信号线可以包含电荷转移线TG(i)至TG(i+3)、复位线RG(i)至RG(i+3)、选择线SG(i)至SG(i+3)、第一变换增益控制线CG1(i)至CG1(i+3)、以及第二变换增益控制线CG2(i)至CG2(i+3)。电荷转移线TG(i)至TG(i+3)、复位线RG(i)至RG(i+3)、以及选择线SG(i)至SG(i+3)可以共同连接到同一行的单元像素R、B、Gb、和Gr。输出线VOUT可以在列方向(例如，垂直方向)上延伸，并且每个输出线VOUT可以共同连接到排列于同一列中的单元像素R、B、Gb、和Gr。
单元像素R、B、Gb、和Gr中的每个可以包含构成读出电路的光电转换元件和三个、4个、5个或者6个MOS晶体管。在某些示例性实施例中，单元像素R、B、Gb、和Gr可以具有相同的电路元件，并且稍后将参考图4A至图4D描述该电路元件。
单元像素R、B、Gb、和Gr的光电转换元件可以与入射光的量成正比地生成并且积累光电荷。单元像素R、B、Gb、和Gr的光电转换元件可以具有基本上相同的满阱容量(fullwell capacity)，而光电转换元件中产生并且积累的光电荷的数量可因为拍摄图像的环境(低照度和高照度)而互相不同。例如，光电转换元件可以包含：光电二极管、光电晶体管、光闸(photo gate)、掩埋型光电二极管(pinned photodiode)(PPD)、或者它们的任意组合。
由于当拍摄或者获取图像时，低照度和高照度的光可以同时入射在像素阵列10上，所以光电转换元件生成并且积累的光电荷的量可以根据入射在单元像素R、B、Gb、和Gr上的光的量而不同。换句话说，低照度光入射在上面的单元像素R、B、Gb、和Gr可以生成少量的光电荷，因此要求改善对其提供低照度光的单元像素R、B、Gb、和Gr的灵敏度。相反，高照度光入射在上面的单元像素R、B、Gb、和Gr可以生成大量光电荷，因此要求降低对其提供高照度光的单元像素R、B、Gb、和Gr的噪声。然而，根据某些示例性实施例，可以分别控制或者调节单元像素R、B、Gb、和Gr的增益，以放大或者增加图像传感器的动态范围。因此，可以同时清楚地实现图像的亮区(或者高照度区)和暗区(或者低照度区)。
更详细地，在像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个中，单元像素R、B、Gb、和Gr中的每个可以连接到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)中的一个或者第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)中的一个，并且单元像素R、B、Gb、和Gr的转换增益可根据通过第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)提供的第一转换增益控制信号和通过第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)提供的第二转换增益控制信号而变化。第一转换增益控制信号和第二转换增益控制信号可以根据入射在像素阵列10上的光的照度量变化。
更详细地，像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个可以包含连接到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)中的一个的第一像素以及连接到第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)中的一个的第二像素。利用通过第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)提供的第一转换增益控制信号和通过第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)提供的第二转换增益控制信号中的每个，第一像素和第二像素中的每个可以具有第一转换增益或第二转换增益。
在某些示例性实施例中，可以以棋盘马赛克图案的形式排列第一像素和第二像素。因此，可以在对角线方向上以阶梯图案排列第一像素，并且可以在对角线方向上以阶梯图案排列第二像素。更详细地，在行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个中，第一像素的数量(即，第一数量)可以与第二像素的数量(即，第二数量)不同。此外，布置于奇数行Row1和Row3中的第一像素的数量(即，第一数量)可以与布置于偶数行Row2和Row4中的第一像素的数量(即，第二数量)不同。同样，在每列中，第一像素的数量(即，第一数量)可以与第二像素的数量(即，第二数量)不同。此外，布置于奇数列中的第一像素的数量(即，第一数量)可以与布置于偶数列中的第一像素的数量(即，第二数量)不同。
例如，在4×4像素阵列10中，一个第一像素和三个第二像素可以布置于奇数行Row1和Row3的每个中，并且三个第一像素和一个第二像素可以布置于偶数行Row2和Row4的每个中。三个第一像素和一个第二像素可以布置于每个奇数列中，并且一个第一像素和三个第二像素可以布置于每个偶数列中。换句话说，在奇数行Row1和Row3的每个中，第一转换增益控制线CG1(i)和CG1(i+2)中的一个可以连接到单元像素R、B、Gb、和Gr中的一个，并且第二转换增益控制线CG2(i)和CG2(i+2)中的一个可以连接到单元像素R、B、Gb、和Gr中的剩余三个。在偶数行Row2和Row4的每个中，第一转换增益控制线CG1(i+1)和CG1(i+3)中的一个可以连接到单元像素R、B、Gb、和Gr中的三个，并且第二转换增益控制线CG2(i+1)和CG2(i+3)中的一个可以连接到单元像素R、B、Gb、和Gr中的剩余一个。
此外，单元像素R、B、Gb、和Gr中的每个可以包含具有3色或者4色的滤色器。换句话说，根据某些示例性实施例的第一和第二像素中的每个可以包含蓝色滤色器(B)、红色滤色器(R)或者绿色滤色器(Gb或者Gr)。然而，实施例并不局限于此。在某些示例性实施例中，像素阵列10的单元像素R、B、Gb、和Gr可以包含透射品红色(Mg)光、黄色(Y)光、青色(Cy)光、和/或者白色(W)光的滤色器。单元像素R、B、Gb、和Gr中的一个或者一些可以包含透射红外光的红外滤色器(Z)。
详细地，在行Row1、Row2、Row3、和Row4的每个中可以交替地排列第一滤色器(红色滤色器(R)或者蓝色滤色器(B))和第二滤色器(绿色滤色器(Gb和Gr))。每个滤色器可以接收具有相应颜色的光。例如，蓝色滤色器(B)和绿色滤色器(Gb)可以交替地排列于奇数行Row1和Row3的每个中，并且红色滤色器(R)和绿色滤色器(Gr)可以交替地排列于偶数行Row2和Row4的每个中。在此，蓝色滤色器(B)和红色滤色器(B)可以排列于对角线方向上。换句话说，与亮度信号有关的绿色滤色器(Gb或者Gr)可以被布置于全部行Row1、Row2、Row3、和Row4中，而蓝色滤色器(B)可以被布置于奇数行Row1和Row3中，而红色滤色器(R)可以被布置于偶数行Row2和Row4中。因此，可以改善图像传感器的分辨率。
图4A、图4B、图4C和图4D是示出根据示例性实施例的像素阵列的单元像素的电路图。
参考图4A、图4B、图4C和图4D，单元像素可以包含：光电转换元件PD、转移晶体管TX、读出电路、和转换增益可变电路。在此，读出电路可以包含：复位晶体管RX、选择晶体管SX、和驱动晶体管DX。转换增益可变电路可以包含转换增益晶体管CGX和电容器CAP。
更详细地，光电转换元件PD可以生成并且积累对应于入射光的光电荷。例如，光电转换元件PD可以包含：光电二极管、光电晶体管、光闸、掩埋型光电二极管(PPD)、或者它们的任意组合。
转移晶体管TX可以将光电转换元件PD中积累的光电荷转移到电荷检测节点FD(即，浮置扩散区)。电荷转移线TG可以被连接到转移晶体管TX的转移栅电极，并且转移晶体管TX可以由电荷转移线TG向转移栅电极提供的电荷转移信号来控制。
电荷检测节点FD可以接收在光电转换元件PD中生成的光电荷，并且可以累积地存储接收到的光电荷。可以根据电荷检测节点FD中积累的光电荷的量来控制驱动晶体管DX。
复位晶体管RX可以周期性地复位电荷检测节点FD中积累的光电荷。详细地，复位晶体管RX的漏极端可以连接到电荷检测节点FD，而复位晶体管RX的源极端可以连接到像素电源电压VPIX。当复位晶体管RX导通时，连接到复位晶体管RX的源极端的像素电源电压VPIX可以被传送到电荷检测节点FD。因此，当复位晶体管RX导通时，可以释放电荷检测节点FD中积累的光电荷，以复位电荷检测节点FD。
驱动晶体管DX的栅电极可以连接到电荷检测节点FD。驱动晶体管DX可以是源极跟随缓冲放大器(source follower buffer amplifier)，该源极跟随缓冲放大器与电荷检测节点FD的光电荷的量成正比地生成源极－漏极电流。驱动晶体管DX可以放大电荷检测节点FD的电位的变化，并且可以通过选择晶体管SX将放大信号输出到输出线VOUT。驱动晶体管DX的源极端可以连接到像素电源电压VPIX，并且驱动晶体管DX的漏极端可以连接到选择晶体管SX的源极端。
可以通过驱动晶体管DX将存储于电荷检测节点FD中的光电荷转换为电信号，该电信号由下面的等式1表示。
V＝q/CFD…[等式1]
在等式1中，“V”是输出电压，“q”是光生成的光电荷的量，而“CFD”是电荷检测节点FD的电容。
换句话说，与在电荷检测节点FD中检测到的光电荷的量成正比地输出电信号的驱动晶体管DX的转换增益可以根据电荷检测节点FD的电容变化。
选择晶体管SX可以选择将以行为单位感测的单元像素。选择线SG可以连接到选择晶体管SX的选择栅电极。当选择线SG提供的选择信号使选择晶体管SX导通时，从驱动晶体DX的漏极端输出的电信号可以输出到输出线VOUT。
转换增益可变电路可以改变电荷检测节点FD的电容，以改变单元像素的转换增益。在某些示例性实施例中，单元像素可以具有第一转换增益或者第二转换增益。
转换增益晶体管CGX可以串联于电荷检测节点FD与电容器CAP的第一端之间。转换增益晶体管CGX的栅电极可以连接到第一转换增益控制线CG1或者第二转换增益控制线CG2，并且转换增益晶体管CGX可以通过第一转换增益控制线CG1提供的第一转换增益控制信号或者第二转换增益控制线CG2提供的第二转换增益控制信号来将电容器CAP连接到电荷检测节点FD。
根据图4A所示的示例性实施例，电容器CAP的第一端可以连接到转换增益晶体管CGX，而电容器CAP的第二端可以连接到地。当转换增益晶体管CGX导通时，电容器CAP可以连接到电荷检测节点FD，因此，可以增加电荷检测节点FD的电容。换句话说，由于驱动晶体管DX的输入阻抗升高，所以单元像素可以具有低转换增益。相反，当转换增益晶体管CGX断开时，电容器CAP可以与电荷检测节点FD电隔离。在这种情况下，单元像素可以具有高转换增益。
根据图4B所示的示例性实施例，电容器CAP可以连接于转换增益晶体管CGX与像素电源电压VPIX之间。
根据图4C所示的示例性实施例，单元像素可以包含：第一光电转换元件PD1、第二光电转换元件PD2、第一转移晶体管TX1、和第二转移晶体管TX2。第一转移晶体管TX1和第二转移晶体管TX2可以共享电荷检测节点FD(即，浮置扩散区)。
第一转移晶体管TX1的转移栅电极可以连接到第一电荷转移线TG1，并且利用第一电荷转移线TG1提供的第一电荷转移信号，第一转移晶体管TX1可以将第一光电转换元件PD1中积累的光电荷转移到电荷检测节点FD(即，浮置扩散区)。
第二转移晶体管TX2的转移栅电极可以连接到第二电荷转移线TG2，并且利用第二电荷转移线TG2提供的第二电荷转移信号，第二转移晶体管TX2可以将第二光电转换元件PD2中积累的光电荷转移到电荷检测节点FD(即，浮置扩散区)。
根据图4D所示的示例性实施例，单元像素可以包含：第一光电转换元件PD1、第二光电转换元件PD2、第三光电转换元件PD3、第四光电转换元件PD4、第一转移晶体管TX1、第二转移晶体管TX2、第三转移晶体管TX3、和第四转移晶体管TX4。第一转移晶体管TX1、第二转移晶体管TX2、第三转移晶体管TX3、和第四转移晶体管TX4可以共享电荷检测节点FD。第一转移晶体管TX1、第二转移晶体管TX2、第三转移晶体管TX3、和第四转移晶体管TX4可以分别连接到第一电荷转移线TG1、第二电荷转移线TG2、第三电荷转移线TG3、和第四电荷转移线TG4。
第一转移晶体管TX1的转移栅电极可以连接到第一电荷转移线TG1，并且利用第一电荷转移线TG1提供的第一电荷转移信号，第一转移晶体管TX1可以将第一光电转换元件PD1中积累的光电荷转移到电荷检测节点FD(即，浮置扩散区)。
第二转移晶体管TX2的转移栅电极可以连接到第二电荷转移线TG2，并且利用第二电荷转移线TG2提供的第二电荷转移信号，第二转移晶体管TX2可以将第二光电转换元件PD2中积累的光电荷转移到电荷检测节点FD。
第三转移晶体管TX3的转移栅电极可以连接到第三电荷转移线TG3，并且利用第三电荷转移线TG3提供的第三电荷转移信号，第三转移晶体管TX3可以将第三光电转换元件PD3中积累的光电荷转移到电荷检测节点FD。
第四转移晶体管TX4的转移栅电极可以连接到第四电荷转移线TG4，并且利用第四电荷转移线TG4提供的第四电荷转移信号，第四转移晶体管TX4可以将第四光电转换元件PD4中积累的光电荷转移到电荷检测节点FD。
因此，如图4C和图4D所示，单元像素可以包含多个光电转换元件和多个转移晶体管。
图5是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的电路图。
参考图5，单元像素R、B、Gb、和Gr可以沿着行Row1、Row2、Row3、和Row4以及列排列，并且行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个既可以包含第一像素又可以包含第二像素。在某些示例性实施例中，第一像素和第二像素中的每个可以包含参考图4A所描述的：光电转换元件PD、转移晶体管TX、复位晶体管RX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX、转换增益晶体管CGX、以及电容器CAP。作为一种选择，第一像素和第二像素中的每个可以包含图4B、图4C、或者图4D的元件。
在图5中作为示例示出4×4像素阵列10。例如，如参考图3所述，奇数行Row1和Row3中的每个可以包含一个第一像素和三个第二像素，并且偶数行Row2和Row4中的每个可以包含三个第一像素和一个第二像素。
在行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个中，第一像素的转换增益晶体管CGX可以连接到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)中的一个，并且第二像素的转换增益晶体管CGX可以连接到第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)中的一个。
在某些示例性实施例中，基于入射于第一像素上的光的第一照度量，可以将第一转换增益控制信号从图2的行驱动器30提供到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)，并且基于入射于第二像素上的光的第二照度量，可以将第二转换增益控制信号从图2的行驱动器30提供到第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)。第一像素和第二像素的转换增益可以根据第一转换增益控制信号和第二转换增益控制信号变化。将参考图6A至图9B更详细地描述这些。
图6A、图7A、图8A和图9A是示出根据图5所示示例性实施例的像素阵列的操作的时序图。图6B、图7B、图8B和图9B分别是示出根据图6A、图7A、图8A和图9A的时序图的像素阵列的特性变化的视图。作为示例，图6B、图7B、图8B和图9B示出8×8像素阵列10。此外，图6B、图7B、图8B和图9B示出具有第一转换增益的高照度像素LCG和具有第二转换增益的低照度像素HCG的排列。此外，参考符号R、Gr、B和Gb表示滤色器在图6B、图7B、图8B和图9B中的排列。
参考图5、图6A和图6B，单位像素的操作可以包含：复位模式，该复位模式用于复位光电转换元件PD和电荷检测节点FD；光积分模式EIT，该光积分模式EIT用于对光电转换元件PD中的光电荷进行积分或者累加；以及读出模式，该读出模式用于输出对应于所累积的光电荷的电信号。在此，光积分模式EIT可以指光的有效积分时间。
在复位模式中，可以激活复位信号RG和电荷转移信号TG，以导通复位晶体管RX和转移晶体管TX。因此，可以将像素电源电压VPIX提供到电荷检测节点FD。因此，可以释放光电转换元件PD和电荷检测节点FD中的光电荷，以使光电转换元件PD和电荷检测节点FD复位。
复位了光电转换元件PD和电荷检测节点FD后，可以执行光积分模式EIT。在完成复位模式后，光电转换元件PD中可以产生并且积累光电荷，直到断开转移晶体管TX后再次导通接通转移晶体管TX(即，光电转换时间)。在某些示例性实施例中，可以使像素阵列10的全部单元像素暴露于光下相同时间。换句话说，所有单元像素可以在相同的光电转换时间内积分光电荷。此时，由于光从既具有低照度区又具有高照度区的物体反射，并且然后入射于像素阵列10上，所以一个或者多个单元像素中生成的光电荷量可与一个或者多个其它单元像素中生成的光电荷量不同。因此，可以控制第一转换增益控制信号和第二转换增益控制信号，以改变单元像素的转换增益。
例如，在开始积分光电荷之后而在重新激活电荷转移信号TG之前，可以激活第一转换增益控制信号，并且可以去激活第二转换增益控制信号CG2。因此，在选择信号SG选择的行中，可以导通第一像素的转换增益晶体管CGX，以升高第一像素的电荷检测节点FD的电容，并且可以断开第二像素的转换增益晶体管CGX，以保持第二像素的电荷检测节点的电容。换句话说，第二像素的电荷检测节点FD的电容可以不发生变化。因此，第一像素可以具有第一转换增益(例如，低转换增益)，并且第二像素可以具有比第一转换增益高的第二转换增益(例如，高转换增益)。换句话说，第一像素可以是高照度像素LCG，该高照度像素LCG具有低转换增益并且将从物体的亮部(即，高照度区)获得的光学信号转换为电信号。作为第一像素信号，高照度像素LCG可以输出转换的电信号。作为第一像素信号，高照度像素LCG可以输出转换的电信号。第二像素可以是低照度像素HCG，该低照度像素HCG具有高转换增益，并且将从物体的暗部(即，低照度区)获得的光学信号转换为电信号。作为第二像素信号，低照度像素HCG可以输出转换的电信号。因此，可以从第一像素获得高照度图像，并且可以从第二像素获得低照度图像。
对第一像素和第二像素的转换增益进行了控制后，可以去激活复位信号RG。此时，可以检测第一像素和第二像素的电荷检测节点FD的复位电位，以输出基准信号。
输出了基准信号后，可以激活电荷转移信号TG，以使光电转换元件PD中积分的或者积累的光电荷转移到电荷检测节点PD中。可以在去激活电荷转移信号TG后，检测电荷检测节点FD的电位，因此可以从第一像素和第二像素分别输出第一像素信号和第二像素信号。换句话说，可以同时输出每行中的高照度像素信号和低照度像素信号。因此，可以实时地放大或者增加低照度区和高照度区互相混合的图像的动态范围。
根据图7A和图7B所示的示例性实施例，第一转换增益控制信号CG1和第二转换增益控制信号CG2可以输入到每行中与图6A所示示例性实施例中的第一像素相反的第一像素。在这种情况下，第一像素可以具有第二转换增益(例如，高转换增益)，而第二像素可以具有第一转换增益(例如，低转换增益)。
因此，如图7B所示，可以与图6B的排列相反地排列高照度像素LCG和低照度像素HCG，并且可以与图6B的示例性实施例相反地输出第一像素信号和第二像素信号。因此，可以从第一像素获得低照度图像，并且可以从第二像素获得高照度图像。
根据图8A和图8B所示的示例性实施例，第一转换增益控制信号CG1和第二转换增益控制信号CG2均可以被激活，以输入到像素阵列10。在这种情况下，由于第一像素和第二像素的电荷检测节点FD的电容升高，所以第一像素和第二像素可以具有第一转换增益(例如，低转换增益)。因此，如图8B所示，第一像素和第二像素均是能够获得被降噪的高照度图像的高照度像素LCG。
根据图9A和图9B所示的示例性实施例，第一转换增益控制信号CG1和第二转换增益控制信号CG2均可以被去激活，以输入到像素阵列10。在这种情况下，由于第一像素和第二像素的电荷检测节点FD的电容不发生变化，所以第一像素和第二像素可以具有第二转换增益(例如，高转换增益)。因此，如图9B所示，第一像素和第二像素均可以是能够以改善的灵敏度获得低照度图像的低照度像素HCG。
图10A和图10B是示出在图5所示像素阵列的操作中的单元像素的电位电平的示意图。图10A示出低照度像素HCG的电位电平，而图10B示出高照度像素LCG的电位电平。
参考图5和图10A，由于少量的光入射于低照度像素的光电转换元件PD上，所以少量光电荷可以填充低照度像素的光电转换元件PD。
在低照度像素中，电荷检测节点FD可以具有低电容，因为转换增益晶体管CGX断开。当转移晶体管TX导通时，光电转换元件PD中积累的光电荷可以转移到在低照度像素中具有低电容的电荷检测节点FD。
参考图5和图10B，入射于光电转换元件PD上的强光可以使高照度像素的光电转换元件PD完全填充光电荷。在高照度像素中，可以导通转换增益晶体管CGX，以使电容器CAP连接到电荷检测节点FD，因此，可以升高电荷检测节点FD的电容。此时，电荷检测节点FD的电容可以大于光电转换元件PD的满阱容量。因此，当转移晶体管TX导通时，光电转换元件PD中积累的光电荷可以转移到具有升高的电容的电荷检测节点FD。
图11A和图12A是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图。图11B和图12B是分别示出在图11A和12A所示图像传感器的操作中的单元像素的特性变化的图。下文将利用相同的参考编号或者相同的参考符号指示如在上面的示例性实施例中描述的相同元件，并且出于容易解释和便于解释的目的，将省略或者简要提及对其所做的描述。
参考图11A，像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个既可以包含第一像素又可以包含第二像素，并且第一像素和第二像素可以在行方向上和列方向上交替地排列。换句话说，可以在行方向上以之字形式排列两个相邻行中的第一像素，并且还可以在行方向上以之字形式排列两个相邻行中的第二像素。同样，可以在列方向上以之字形式排列两个相邻列中的第一像素，并且还可以在列方向上以之字形式排列两个相邻列中的第二像素。第一像素和第二像素中的每个可以具有图4A、图4B、图4C或者图4D的电路元件。
如上所述，在行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个中，第一像素可以连接到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、或者CG1(i+3)，并且第二像素可以连接到第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、或者CG2(i+3)。第一像素和第二像素可以基于图像环境分别由第一转换增益控制信号和第二转换增益控制信号控制。
在图11A所示的示例性实施例中，当第一转换增益控制信号被激活而第二转换增益控制信号被去激活时，第一像素可以是具有低转换增益的高照度像素LCG，而第二像素可以是具有高转换增益的低照度像素HCG，如图11B所示。在图11A所示的示例性实施例中，当不同地控制第一转换增益控制信号和第二转换增益控制信号时，低照度像素HCG和高照度像素LCG可以与图11B所示的排列相反地排列，也可以全部单元像素是高照度像素LCG或者是低照度像素HCG。
参考图12A，像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个既可以包含第一像素又可以包含第二像素，并且在行方向上，可以交替地排列第一像素和第二像素。此外，每列中的所有单元像素可以是第一像素或者第二像素。
在图12A所示的示例性实施例中，当第一转换增益控制信号被激活而第二转换增益控制信号被去激活时，可以交替地排列高照度像素LCG和低照度像素HCG，如图12B所示。作为一种选择，当不同地控制第一转换增益控制信号和第二转换增益控制信号时，低照度像素HCG和高照度像素LCG可以与图12B所示的排列相反地排列，也可以全部单元像素是高照度像素LCG或者是低照度像素HCG。
图13A是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图。图13B是示出在图13A所示图像传感器的操作中的像素阵列的特性变化的图。下面将利用相同的参考编号或者相同的参考符号指示如在上面的示例性实施例中描述的相同元件，并且出于容易解释和便于解释的目的，将省略或者简要提及对其所做的描述。
参考图13A和13B，单元像素B、R和G中的每个可以包含2×2子像素sP，并且可以具有一个滤色器。换句话说，单元像素B、R和G中的每个的子像素sP可以共享一色的滤色器。例如，单元像素B、R和G中的每个可以包含四个光电转换元件PD和共享一个电荷检测节点FD的四个转移晶体管，如图4D所示。单元像素B、R和G中的每个包含图13A和13B所示的四个子像素sP。然而，示例性实施例并不局限于此。在其他示例性实施例中，单元像素B、R和G中的每个可以包含两个子像素sP。
在某些示例性实施例中，像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个可以包含连接到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)的第一像素和连接到第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)的第二像素。第一像素和第二像素的转换增益可以分别根据第一转换增益控制信号和第二转换增益控制信号改变。在第一像素中的每个中，子像素sP可以是低照度像素HCG或者高照度像素LCG。同样，在第二像素中的每个中，子像素sP可以是低照度像素HCG或者高照度像素LCG。
图14A是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图。图14B是示出在图14A所示图像传感器的操作中的像素阵列的特性变化的示图。下文将利用相同的参考编号或者相同的参考符号指示如在上面的示例性实施例中描述的相同元件，并且出于容易解释和便于解释的目的，将省略或者简要提及对其所做的描述。
作为示例，图14A和14B示出4×4像素阵列10。此外，图14A和14B示出具有第一转换增益的高照度像素LCG和具有第二转换增益的低照度像素HCG的排列以及滤色器R、G和B的排列。
在某些示例性实施例中，像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个可以包含连接到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)的第一像素和连接到第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)的第二像素。
参考图14A和14B，第一像素和第二像素中的每个可以包含共享具有相同颜色的滤色器的四个子像素sP。可以在对角线方向上以阶梯形状排列第一像素，并且可以在对角线方向上以阶梯形状排列第二像素。更详细地，如参考图3所述，在行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个中，第一像素的数量可以与第二像素的数量不同。此外，布置于奇数行Row1和Row3中的第一像素的数量可以与布置于偶数行Row2和Row4中的第一像素的数量不同。同样，在每个列中，第一像素的数量可以与第二像素的数量不同。此外，布置于奇数列中的第一像素的数量可以与布置于偶数列中的第一像素的数量不同。
图15是示出根据示例性实施例的图像传感器的像素阵列的示意图。图16是示出图15所示图像传感器的操作的时序图。下面将利用相同的参考编号或者相同的参考符号指示如在上面的示例性实施例中描述的相同元件，并且出于容易解释和便于解释的目的，将省略或者简要提及对其所做的描述。
参考图15，单元像素R、B、Gb和Gr中的每个可以连接到像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个中的第一或者第二转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、CG1(i+3)、CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、或者CG2(i+3)。此外，根据该示例性实施例，单元像素R、B、Gb和Gr中的每个可以连接到像素阵列10的行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个中的第一或者第二电荷转移线TG1(i)、TG1(i+i)、TG1(i+2)、TG1(i+3)、TG2(i)、TG2(i+i)、TG2(i+2)或者TG2(i+3)。
单元像素R、B、Gb和Gr中的每个可以包含：至少一个光电转换元件PD、读出电路、以及转换增益可变电路。例如，单元像素R、B、Gb和Gr中的每个可以具有如上所述图4A、图4B、图4C或者图4D的电路元件。
根据该示例性实施例，单元像素R、B、Gb和Gr中的每个的转换增益可以由第一或者第二转换增益控制信号改变，并且单元像素R、B、Gb和Gr中的每个的光积分时间(即，曝光时间)可以由第一或者第二电荷转移信号改变。例如，可以独立于第二像素的转换增益和光积分时间(即，第二曝光时间)控制第一像素的转换增益和光积分时间(即，第一曝光时间)。
在某些示例性实施例中，行Row1、Row2、Row3、和Row4中的每个可以包含连接到第一转换增益控制线CG1(i)、CG1(i+1)、CG1(i+2)、和CG1(i+3)的第一像素和连接到第二转换增益控制线CG2(i)、CG2(i+1)、CG2(i+2)、和CG2(i+3)的第二像素。此外，第一像素可以连接到第一电荷转移线TG1(i)至TG1(i+3)，并且第二像素可以连接到第二电荷转移线TG2(i)至TG2(i+3)。
在某些示例性实施例中，可以控制第一像素，以具有第一转换增益和第一光积分时间，并且可以控制第二像素，以具有第二转换增益和第二光积分时间。
例如，如图16所示，可以将第一电荷转移信号TG1提供给第一像素。在光电转换元件PD被复位后，在长时间LIT后，可以再次接通第一电荷转移信号。此外，由于去激活的第一转换增益控制信号CG1被施加到第一像素，所以可以断开第一像素的转换增益晶体管CGX。因此，第一像素可以具有高转换增益，以以改善灵敏度输出像素信号。
当高照度光入射于第二像素上时，可以将第二电荷转移信号TG2提供给第二像素。在光电转换元件PD被复位后，在短时间SIT后，可以再次接通第二电荷转移信号TG2。此外，由于被激活的第二转换增益控制信号施加到第二像素，所以可以接通第二像素的转换增益晶体管CGX。因此，第二像素可以具有低转换增益，以降低从第二像素输出的像素信号的噪声。
换句话说，当低照度光入射于第一像素上时，第一像素可以具有高转换增益，并且可以曝光长时间。此外，当高照度光入射于第二像素上时，第二像素可以具有低转换增益并且可以曝光短时间。
根据该示例性实施例，第一像素和第二像素可以具有互相不同的转换增益和互相不同的曝光时间，因此，可以放大或者增加图像传感器的动态范围。
根据某些示例性实施例，第一像素和第二像素可以布置于像素阵列的每行中，并且第一像素的转换增益可以与第二像素的转换增益不同。因此，图像传感器可以同时检测低照度图像和高照度图像。在转换由高照度区提供的光的像素中可以降低转换增益，从而降低信噪比。此外，在转换由低照度区提供的光的像素中可以升高转换增益，从而改善灵敏度。换句话说，在低照度区和高照度区互相混合的图像中可以放大或者增加动态范围。因此，可以实现清晰图像。
尽管已经描述了示例性实施例，但是本技术领域内的技术人员明白可以进行各种变更和修改，而不脱离本发明构思的精神和范围。因此，应当明白，上述示例性实施例不是限制性的，而是说明性的。因此，本发明构思的范围将由对下面的权利要求允许的最宽泛解释及其等同确定，并且不局限于或者束缚于前面的描述。

Claims (34)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列，所述像素阵列包括包含第一像素组至第四像素组的第一8×2个光电转换元件；并且
其中，第二像素组共享第一滤色器，并且被配置为共享第一转换增益晶体管、第一复位晶体管、第一驱动晶体管、第一浮置扩散区和第一选择晶体管，
其中，第三像素组共享红色滤色器，并且被配置为共享第二转换增益晶体管、第二复位晶体管、第二驱动晶体管、第二浮置扩散区和第二选择晶体管，
其中，所述第一转换增益晶体管和第二转换增益晶体管被配置为响应于转换增益控制信号而导通，并且
其中，所述第一像素组至第四像素组在第一方向上顺序排列，
其中，所述第一像素组至第四像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器不同于所述红色滤色器。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一8×2个光电转换元件连接到第一复位线和第一选择线。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，当第一增益转换晶体管截止时，所述第一浮置扩散区具有第一满阱容量，并且当第一增益转换晶体管导通时，所述第一浮置扩散区具有大于所述第一满阱容量的第二满阱容量。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，还包括在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述第一8×2个光电转换元件直接相邻布置的第二8×2个光电转换元件，
其中，所述第二8×2个光电转换元件包含第五像素组至第八像素组，
其中，所述第五像素组至第八像素组在所述第一方向上顺序排列，
其中，第六像素组共享蓝色滤色器，并且第七像素组共享第二滤色器，
其中，所述第五像素组至第八像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述第二滤色器不同于所述蓝色滤色器。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器与所述第二滤色器相同。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第六像素组被配置为共享第三转换增益晶体管、第三复位晶体管、第三驱动晶体管、第三浮置扩散区和第三选择晶体管。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第二像素组和所述第六像素组连接到第一输出线。
10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述第三像素组和所述第七像素组连接到第二输出线。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器是绿色滤色器。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，当转换增益信号从逻辑低状态改变为逻辑高状态时，第一增益转换晶体管和第二增益转换晶体管导通。
13.一种图像传感器，包括：
第一像素组，被配置为共享第一转换增益晶体管、第一浮置扩散区和第一选择晶体管；
第二像素组，在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，所述第二像素组被配置为共享第二转换增益晶体管、第二浮置扩散区和第二选择晶体管；
第三像素组，在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述第一像素组直接相邻布置，所述第三像素组被配置为共享第三转换增益晶体管、第三浮置扩散区和第三选择晶体管；以及
第四像素组，在所述第一方向上与所述第三像素组直接相邻布置，所述第四像素组被配置为共享第四转换增益晶体管、第四浮置扩散区、第四选择晶体管，
其中，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第二像素组共享不同于所述第一滤色器的第二滤色器，所述第三像素组共享第三滤色器，并且所述第四像素组共享不同于所述第三滤色器的第四滤色器，并且
其中，所述第一选择晶体管和第三选择晶体管连接到第一输出线，并且所述第二选择晶体管和第四选择晶体管连接到不同于所述第一输出线的第二输出线，并且
其中，所述第一像素组至第四像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述第二滤色器是红色滤色器，并且所述第三滤色器是蓝色滤色器。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器与所述第四滤色器相同。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器是绿色滤色器。
17.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一转换增益晶体管和第二转换增益晶体管连接到转换增益控制线。
18.根据权利要求15所述的图像传感器，进一步地其中，所述第三转换增益晶体管连接到第一转换增益控制线，并且所述第四转换增益晶体管连接到不同于所述第一转换增益控制线的第二转换增益控制线。
19.一种图像传感器，包括：
第一像素组，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第一像素组被配置为共享第一转换增益晶体管、第一复位晶体管、第一浮置扩散区、第一驱动晶体管和第一选择晶体管；和
第二像素组，所述第二像素组共享第二滤色器，所述第二像素组在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，并且被配置为共享第二转换增益晶体管、第二复位晶体管、第二浮置扩散区、第二驱动晶体管和第二选择晶体管，
其中，所述第一转换增益晶体管连接到所述第一浮置扩散区并且串联连接到所述第一复位晶体管，
其中，所述第二转换增益晶体管连接到所述第二浮置扩散区并且串联连接到所述第二复位晶体管，并且
其中，所述第一像素组和第二像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器是绿色滤色器，并且所述第二滤色器是红色滤色器。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，还包括：
第三像素组，所述第三像素组共享第三滤色器，所述第三像素组在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述第一像素组直接相邻布置；以及
第四像素组，所述第四像素组共享第四滤色器，所述第四像素组在所述第一方向上与所述第三像素组直接相邻布置，
其中，所述第一像素组和第三像素组连接到第一输出线，
其中，所述第二像素组和第四像素组连接到不同于所述第一输出线的第二输出线，
其中，所述第三像素组和第四像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件，并且
其中，所述第一输出线和第二输出线在所述第二方向上延伸。
22.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器是蓝色滤色器，并且所述第二滤色器是绿色滤色器。
23.根据权利要求22所述的图像传感器，其中，所述第一转换增益晶体管和第二转换增益晶体管连接到转换增益控制线。
24.根据权利要求23所述的图像传感器，其中，当第一增益转换晶体管截止时，所述第一浮置扩散区具有第一满阱容量，并且当第一增益转换晶体管响应于经由所述转换增益控制线接收的转换增益控制信号而导通时，所述第一浮置扩散区具有大于所述第一满阱容量的第二满阱容量。
25.一种图像传感器，包括：
第一像素组，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第一像素组连接到第一晶体管、第一复位晶体管、第一浮置扩散区、第一驱动晶体管和第一选择晶体管；和
第二像素组，所述第二像素组共享第二滤色器，所述第二像素组在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，并且连接到第二晶体管、第二复位晶体管、第二浮置扩散区、第二驱动晶体管和第二选择晶体管，
其中，所述第一晶体管和所述第一复位晶体管连接到所述第一浮置扩散区和像素电源电压节点，
其中，所述第二晶体管和所述第二复位晶体管连接到所述第二浮置扩散区和所述像素电源电压节点，
其中，所述第一滤色器不同于所述第二滤色器，并且
其中，所述第一像素组和第二像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
26.根据权利要求25所述的图像传感器，还包括：
第三像素组，所述第三像素组共享第三滤色器，所述第三像素组在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述第一像素组直接相邻布置；和
第四像素组，所述第四像素组共享第四滤色器，所述第四像素组在所述第二方向上与所述第二像素组直接相邻布置，
其中，所述第一像素组和第三像素组连接到第一输出线，并且
其中，所述第二像素组和第四像素组连接到第二输出线，并且
其中，所述第三像素组和第四像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
27.根据权利要求26所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器是红色滤色器，并且所述第二滤色器是绿色滤色器。
28.根据权利要求27所述的图像传感器，其中，所述第三滤色器是绿色滤色器，并且所述第四滤色器是蓝色滤色器。
29.根据权利要求28所述的图像传感器，还包括：
连接到所述第三像素组的第三浮置扩散区；和
连接到所述第四像素组的第四浮置扩散区。
30.一种图像传感器，包括：
第一像素组，所述第一像素组共享第一滤色器，所述第一像素组连接到第一晶体管、第一复位晶体管、第一浮置扩散区、第一驱动晶体管和第一选择晶体管；和
第二像素组，所述第二像素组共享第二滤色器，所述第二像素组在第一方向上与所述第一像素组直接相邻布置，并且连接到第二晶体管、第二复位晶体管、第二浮置扩散区、第二驱动晶体管和第二选择晶体管，
其中，所述第一晶体管和所述第一复位晶体管连接到所述第一浮置扩散区和像素电源电压节点，
其中，所述第二晶体管和所述第二复位晶体管连接到所述第二浮置扩散区和所述像素电源电压节点，
其中，所述第一滤色器不同于所述第二滤色器，
其中，所述第一像素组和第二像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件，并且
其中，所述第一像素组和第二像素组连接到在所述第一方向上延伸的第一输出线。
31.根据权利要求30所述的图像传感器，其中，所述第一滤色器是红色滤色器，并且所述第二滤色器是绿色滤色器。
32.根据权利要求30所述的图像传感器，还包括：
第三像素组，所述第三像素组共享第三滤色器，所述第三像素组在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述第一像素组直接相邻布置；和
第四像素组，所述第四像素组共享第四滤色器，所述第四像素组在所述第一方向上与所述第二像素组直接相邻布置，
其中，所述第三像素组和第四像素组连接到第二输出线，并且
其中，所述第三像素组和第四像素组中的每一个包括2×2个光电转换元件。
33.根据权利要求32所述的图像传感器，其中，所述第三滤色器是绿色滤色器，并且所述第四滤色器是蓝色滤色器。
34.根据权利要求33所述的图像传感器，还包括：
连接到所述第三像素组的第三浮置扩散区；和
连接到所述第四像素组的第四浮置扩散区。
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