CN113382187A - 图像传感器及包括其的拍摄设备 - Google Patents

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Abstract

图像传感器及包括其的拍摄设备。一种拍摄设备可以包括：图像传感器，其包括像素，每个像素被构造为以操作模式进行操作，操作模式是像素根据全局快门方法操作的第一模式和像素根据双转换方法操作的第二模式中的一种；以及图像信号处理器，其联接以与图像传感器通信并且被构造为确定第一模式和第二模式中的哪一个用于操作图像传感器，并生成表示第一模式和第二模式当中的确定的模式的模式选择信号。

Description

图像传感器及包括其的拍摄设备
技术领域
本专利文档中所公开的技术和实现总体上涉及包括附加储存元件以及光电转换元件的图像传感器以及包括该图像传感器的拍摄设备。
背景技术
图像传感器是用于利用半导体对入射在其上的光起反应以产生图像的性质来捕获图像的装置。近年来，随着计算机工业和通信工业的发展，在诸如智能电话、数码相机、视频游戏装备、与IOT(物联网)一起使用的装置、机器人、安全相机和医疗微型相机之类的各种电子装置中，对高级图像传感器的需求不断增长。
图像传感器可以大致分为CCD(电荷耦合器件)图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。CCD图像传感器比CMOS图像传感器生成的噪声少并且图像质量更好。然而，CMOS图像传感器具有更简单且更方便的驱动方案，因此在一些应用中可以是优选的。CMOS图像传感器可以在单个芯片中集成信号处理电路，易于将传感器小型化以在产品中实现，并具有消耗更低功耗的额外益处。能够使用CMOS制造技术来制造CMOS图像传感器，这导致低制造成本。CMOS图像感测装置由于其适于在移动装置中实现而被广泛使用。
发明内容
所公开的技术的各种实施方式涉及一种能够针对每个操作模式不同地使用附加储存元件的图像传感器及包括该图像传感器的拍摄设备。
在实施方式中，一种图像传感器可以包括：像素阵列，其包括多个像素，每个像素被构造为响应于入射光而生成光电荷并且包括浮置扩散区，浮置扩散区被构造为累积要被转换为输出电压的光电荷；以及控制器，其联接以与像素阵列通信并且被构造为向像素阵列提供控制信号，以在操作像素阵列以响应入射光的不同时间以不同的第一操作模式和第二操作模式操作像素阵列。每个像素包括储存元件，其可操作以基于控制信号在第一操作模式或第二操作模式下存储由每个像素生成的光电荷。在第一操作模式下，储存元件在光电荷被传输给浮置扩散区之前存储光电荷，并且在第二操作模式下，储存元件在向浮置扩散区提供附加储存容量的同时存储光电荷。
在实施方式中，一种拍摄设备可以包括：图像传感器，其包括像素，每个像素被构造为以操作模式进行操作，操作模式是像素根据全局快门方法操作的第一模式和像素根据双转换方法操作的第二模式中的一种；以及图像信号处理器，其联接以与图像传感器通信并且被构造为确定第一模式和第二模式中的哪一个用于操作图像传感器，并生成表示第一模式和第二模式当中的确定的模式的模式选择信号。
根据各种实施方式，图像传感器和拍摄设备能够仅使用像素内的一个附加储存元件来实现全局快门功能和双转换增益功能。
附图说明
图1是例示根据实施方式的拍摄设备的图。
图2A和图2B是用于例示图1的图像传感器的滚动快门配置和全局快门配置的图。
图3例示了用于说明高转换增益和低转换增益的曲线图。
图4是例示图1所示的像素阵列中所包括的像素的等效电路的示例的图。
图5是例示用于以第一模式和第二模式操作图4中示出的像素的控制方法的定时图。
图6是例示在第一模式的各区段中图4所示的像素的电位分布的图。
图7是例示在第二模式的各区段中图4中示出的像素的电位分布的图。
图8是例示图1所例示的像素阵列中包括的像素的等效电路的另一示例的图。
图9是例示用于以第一模式和第二模式操作图8所示的像素的控制方法的定时图。
具体实施方式
此后，将参照附图描述各种实施方式。然而，应当理解，所公开的技术不限于特定实施方式，并且能够进行实施方式的各种修改、等同和/或替换。
图1是例示根据实施方式的拍摄设备的图。图2A、图2B和图3是用于描述图1的图像传感器的操作模式的图。
参照图1，拍摄设备10可以指示诸如用于捕获静止图像的数字静态相机或用于捕获运动图像的数字视频相机的设备。例如，拍摄设备10可以被实现为DLSR(数字单反)相机、无反相机或移动电话(具体地，智能电话)，但是不限于此。拍摄设备10可以包括包含镜头和图像拾取元件的设备，并且因此可以通过拍摄对象来生成图像。
拍摄设备10可以包括图像传感器100和图像信号处理器200。
图像传感器100可以是将光信号转换成电信号的CIS(互补金属氧化物半导体图像传感器)。图像传感器100可以向图像信号处理器200提供通过将光信号转换为电信号而获得的图像数据，并且可以由图像信号处理器200控制图像传感器100的开/关、操作模式和灵敏度。
图像传感器100可以包括像素阵列110、行解码器120、CDS(相关双采样器)130、ADC(模数转换器)140、输出缓冲器150、列解码器160和定时控制器170。
像素阵列110可以包括以二维矩阵布置的多个单位像素，其包括多个行和多个列。多个单位像素可以将光信号转换成电信号。从光信号到电信号的转换可以在每个单位像素中或在包括共享一个或更多个元件的两个或更多个单位像素的共享像素结构中执行。每个单位像素或共享像素结构可以对应于3T像素、4T像素或5T像素，但是本实施方式不限于此。像素阵列110可以从行解码器120接收包括行选择信号、像素复位信号和传输信号的驱动信号。像素阵列110可以基于驱动信号进行操作。
行解码器120可以响应于来自定时控制器170的信号来驱动像素阵列110。例如，行解码器120可以选择像素阵列110的一行或更多行。行解码器120可以生成行选择信号以选择多个行当中的一行或更多行。行解码器120可以顺序地使能用于与所选择的一个或多个行相对应的像素的像素复位信号和传输信号。因此，作为从所选择的一行或更多行的像素所生成的模拟信号的图像信号和参考信号可以顺序地传输给CDS130。参考信号和图像信号可以统称为像素信号。
CMOS图像传感器可以使用相关双采样(CDS)，以通过对像素信号采样两次来去除这两个采样之间的差异，从而去除像素的不期望的偏移值。在一个示例中，相关双采样(CDS)可以通过比较光信号入射到像素上之前和之后所获得的像素输出电压来去除像素的不期望的偏移值，使得可以测量仅基于入射光的像素输出电压。在所公开的技术的一些实施方式中，CDS 130可以顺序地采样并保持分别通过多条列线从像素阵列110提供的参考信号和图像信号。也就是说，CDS 130可以采样并保持与像素阵列110的各个列相对应的参考信号和图像信号的电平。
CDS 130可以在定时控制器170的控制下向ADC 140传输每列的参考信号和图像信号作为CDS信号。
ADC 140可以将从CDS 130输出的每列的CDS信号转换成数字信号并输出数字信号。ADC 140可以基于每列的CDS信号和从定时控制器170提供的斜坡信号来执行计数操作和计算操作，并且因此生成已经从其中去除了与每个列相对应的噪声(例如，每个像素的独有复位噪声)的数字图像数据。
ADC 140可以包括与像素阵列110的各个列相对应的多个列计数器，并且通过使用列计数器将与各个列相对应的CDS信号转换为数字信号来生成图像数据。根据另一实施方式，ADC 140可以包括一个全局计数器，并且使用从全局计数器提供的全局码将与各个列相对应的CDS信号转换为数字信号。
输出缓冲器150可以捕获从ADC 140提供的基于列的图像数据，并且输出所捕获的图像数据。输出缓冲器150可以在定时控制器170的控制下临时存储从ADC 140输出的图像数据。输出缓冲器150可以作为补偿与联接至图像传感器100的另一装置的传输或处理速度的差异的接口而操作。
列解码器160可以在定时控制器170的控制下选择输出缓冲器150的列，并且顺序输出临时存储在输出缓冲器150的所选择的列中的图像数据。例如，列解码器160可以从定时控制器170接收地址信号，基于地址信号生成列选择信号，并选择输出缓冲器150的列，使得输出缓冲器150的所选择的列中存储的图像数据作为输出信号SO输出。
定时控制器170可以控制行解码器120、ADC 140、输出缓冲器150和列解码器160。
定时控制器170可以向行解码器120、列解码器160和输出缓冲器150提供图像传感器100的各个组件的操作所需的时钟信号、用于定时控制的控制信号、以及用于选择行或列的地址信号。根据实施方式，定时控制器170可以包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)电路、定时控制电路、通信接口电路或其它组件。
图像传感器100可以在包括第一模式(例如，全局快门(GS)模式)和第二模式(例如，双转换增益(DCG)模式)的两个操作模式中的任何一个模式下操作。图像传感器100的定时控制器170可以从图像信号处理器200接收模式选择信号MSS，并且生成用于以与模式选择信号MSS相对应的操作模式进行操作的控制信号。行解码器120可以向像素阵列110施加控制信号。由于定时控制器170提供生成控制信号所需的信息，因此定时控制器170可以根据每个操作模式来控制像素阵列110。
图2A和图2B例示了图像传感器的两个操作模式。图2A例示了滚动快门方法。
在基于滚动快门方法的操作期间，每个像素可以按照光电电荷累积区段INT、传输区段TF和读取区段RD的顺序进行操作。光电电荷累积区段INT对应于用于生成和累积与入射光线的强度相对应的光电电荷的时段，传输区段TF对应于用于向浮置扩散区传输所累积的光电电荷的时段，并且读取区段RD对应于用于生成与传输到浮置扩散区的光电电荷相对应的电信号的时段。在一些实现中，可以进一步添加用于去除留在像素中的光电电荷的复位区段。然而，为了简洁的描述，本文将省略其描述。
如上所述，像素阵列110可以包括第一行ROW1至第n行ROWn，其中n是等于或大于2的整数。在第一行ROW1中，光电电荷累积区段INT、传输区段TF和读取区段RD可以顺序地执行。在第二行ROW2中，可以在从第一行ROW1的光电电荷累积区段INT的起点开始经过预定时间之后开始光电电荷累积区段INT。可以考虑读取区段RD的长度来决定预定时间。例如，预定时间可以等于或大于读取区段RD。第k行(k是2至n中的一个)的预定时间可以是指第一行ROW1的光电电荷累积区段INT的起点与第k行的光电电荷累积区段INT的起点之间的时间。随着行号从2增加到n，预定时间可以逐渐增加。增加预定时间是为了防止两行或更多行在相同时间段中输出像素信号，因为第一行ROW1至第n行ROWn共享输出像素信号的列线和信号处理电路(CDS、ADC等)。因此，执行操作以使得在第一行ROW1的读取区段RD结束之后，可以开始第二行ROW2的读取区段RD。因此，在相邻的两行中，下一行的读取区段RD在前一行的读取区段RD结束之后开始。在每行中，可以以相同方式顺序地执行光电电荷累积区段INT、传输区段TF和读取区段RD。
根据滚动快门方法，第一行ROW1至第n行ROWn在不同的定时(或不同的时间段)捕获光电电荷。因此，当捕获动态图像时，由于残像可能生成噪声。
图2B例示了全局快门方法。在全局快门方法中，每个像素可以按以下顺序操作：光电电荷累积区段INT，该光电电荷累积区段INT用于生成和累积与入射光线的强度相对应的光电电荷；第一传输区段TF1，该第一传输区段TF1用于向能够在其中存储光电电荷的储存二极管传输所累积的光电电荷；储存区段SV，该储存区段SV用于在储存二极管中存储光电电荷；第二传输区段TF2，该第二传输区段TF2用于将所存储的光电电荷传输给浮置扩散区；以及读取区段RD，该读取区段RD用于生成与传输给浮置扩散区的光电电荷相对应的电信号，以便生成对象的图像数据。在一些实现中，可以进一步添加用于去除留在像素中的光电电荷的复位区段。然而，为了简洁的描述，本文将省略其描述。
在第一行ROW1中，可以顺序地执行光电电荷累积区段INT、第一传输区段TF1、储存区段SV、第二传输区段TF2和读取区段RD。与滚动快门方法不同，根据全局快门方法，第二行ROW2的光电电荷累积区段INT和第一传输区段TF1可以与第一行ROW1的光电电荷积累段INT和第一传输区段TF1同时执行。以这种方式，在行ROW1至ROWn中，同时执行光电电荷累积区段INT和第一传输区段TF1中的每个。在全局快门方法中，是储存区段SV在各行ROW1至ROWn中变化。例如，第二行ROW2的储存区段SV可以比第一行ROW1的储存区段SV长预定时间。可以考虑第二传输区段TF2和读取区段RD的长度来决定该预定时间。例如，预定时间可以等于或大于第二传输区段TF2和读取区段RD之和。预定时间可以随着行号从1到n增加而逐渐增加。增加预定时间是为了防止两行或更多行在相同时间段中输出像素信号，这是因为第一行ROW1至第n行ROWn共享输出像素信号的列线和信号处理电路(CDS、ADC等)。因此，在第一行ROW1的读取区段RD结束之后，第二行ROW2的第二传输区段TF2可以开始。因此，在相邻的两行中，下一行的第二传输区段TF2在前一行的读取区段RD结束之后开始。在每行中，可以以相同方式顺序地执行第二传输区段TF2和读取区段RD。
根据全局快门方法，第一行ROW1至第n行ROWn在相同的定时(或时间段)捕获光电电荷。因此，即使当捕获动态图像时，也不会生成残像。此外，在全局快门方法中，光电电荷累积区段INT可以设置得尽可能短，使得能够可靠地捕获动态场景。然而，由于需要在每个像素中附加地包括用于临时存储光电电荷的元件(例如，储存二极管)，因此元件的面积会增加。
图3例示了用于说明高转换增益和低转换增益的曲线图。转换增益可以指示与光电电荷转换为电信号(例如，电压Vout)的比率相对应的光电转换效率。在图3中，X轴可以指示通过入射光线生成并累积在对应像素中的光电电荷的量，并且Y轴可以指示像素的输出电压。
具有高转换增益的像素具有输出电压与光电电荷的相对高的比率(例如，斜率)。具有低转换增益的像素具有输出电压与光电电荷的相对低的比率(例如，斜率)。因此，对于相同的光电电荷，高转换增益下的输出电压可以比低转换增益下的输出电压更高。对于具有相对高亮度的对象，可以有利地使用低转换增益。对于具有相对低亮度的对象，可以有利地使用高转换增益。
DCG(双转换增益)方法是指可以使用高转换增益和低转换增益两者来获取HDR(高动态范围)图像的方法。当在一个场景中一起存在高亮度对象和低亮度对象时，可以在仅使用高转换增益获取的图像中正常拍摄低亮度对象，但是对于高亮度对象可能会出现模糊。此外，可以在通过仅使用低转换增益而获得的图像中正常拍摄高亮度对象，但是低亮度对象可能看起来很暗。然而，当使用DCG方法时，高亮度对象和低亮度对象二者在可以清晰地出现在通过合成通过高转换增益获取的图像和通过低转换增益获取的图像而获得的HDR图像中。
SCG(单转换增益)方法是指仅使用一种转换增益(例如，高转换增益)来获取图像的方法。SCG方法的缺点在于，在一个场景中包括具有大的亮度差的对象，或者在特定的亮度环境(例如，高亮度或低亮度环境)下无法正常地获取图像。
在DCG方法中，即使具有高对比度的图像也可以正常获取。然而，由于需要在每个像素中附加地包括用于实现低转换增益的元件(例如，储存元件)，因此增加了元件的面积。此外，由于DCG方法需要使用高转换增益和低转换增益的两次拍摄操作，因此DCG方法可能更适合于静态场景。
如上所描述的，当图像传感器用于根据全局快门方法进行操作(例如，捕捉动态场景)时，光电电荷累积区段(或曝光时间)可以设置得尽可能短。在这种情况下，例如，当将光电电荷累积区段被设置得尽可能短时，在场景中将存在高亮度对象的可能性很小。因此，当图像传感器用于根据全局快门方法操作时，图像传感器很少使用DCG方法。
当图像传感器用于根据DCG方法进行操作(例如，捕获具有高对比度的场景)时，由于DCG方法的需要两次拍摄操作的特点，因此捕获静态场景是有利的。因此，当图像传感器用于根据DCG方法进行操作时，图像传感器很少使用全局快门方法。
因此，需要通过全局快门方法执行拍摄的情形和需要通过DCG方法执行拍摄的情形基本上不会同时发生。相反，这两种情形发生在不同的环境中。
认识到上述情况，所公开的技术提供了一种在像素中包括一个储存元件的图像传感器100，该储存元件能够用于全局快门方法和DCG方法二者。全局快门方法和DCG方法二者都需要像素内的附加储存元件。通过提供一个储存元件来代替用于根据全局快门方法和DCG方法的各个操作的两个单独的元件，可以使用于像素阵列的面积最小化并简化制造工艺。在根据本实施方式的图像传感器100中，可以向像素添加一个储存元件，并且一个储存元件可用于全局快门方法或DCG方法的两种情况。因此，依据情形，添加到像素的储存元件用于根据全局快门方法操作的像素或用于根据DCG方法操作的像素。
在储存元件用于全局快门方法的第一模式(或GS模式)中，每个像素可以根据全局快门方法和SCG(或高转换增益)方法操作。另一方面，在储存元件用于DCG(或低转换增益)方法的第二模式(或DCG模式)中，每个像素可以根据滚动快门方法和DCG(低转换增益)方法操作。下面将参照图4以及以下详细描述像素在第一模式和第二模式下的操作。
返回参照图1，图像信号处理器200可以处理从图像传感器100输入的图像数据，并且根据处理结果或外部输入信号来控制图像传感器100。图像信号处理器200可以执行诸如伽马校正、滤色器阵列插值、颜色矩阵、颜色校正或颜色增强之类的图像信号处理，以减少图像数据的噪声并增强图像质量。此外，图像信号处理器200可以通过对通过执行用于图像质量增强的图像信号处理而生成的图像数据进行压缩来生成图像文件，或者可以从图像文件中恢复图像数据。图像可以以可逆压缩格式或不可逆压缩格式来压缩。作为压缩格式的示例，JPEG(联合图像专家组)或JPEG 2000可以用于静止图像。在运动图像的情况下，可以通过根据MPEG(运动图像专家组)标准压缩多个帧来生成运动图像文件。可以根据例如Exif(可交换图像文件格式)标准来生成图像文件。
从图像信号处理器200输出的图像数据可以存储在拍摄设备10的内部存储器中或外部存储器中，或者可以通过显示器显示。图像数据的储存或显示可以在有或没有用户请求的情况下执行。
图像信号处理器200可以对捕获的图像执行包括不清晰度处理、模糊处理、边缘增强处理、图像分析处理、图像识别处理、图像效果处理或其它中的至少一种的一个或更多个图像处理操作。
图像信号处理器200可以执行与显示所捕获的图像有关的一些图像信号处理操作。例如，图像信号处理器200可以执行亮度水平调整、颜色校正、对比度调整、轮廓增强调整、画面分割、字符图像生成、图像合成或其它中的至少一项。
图像信号处理器200可以包括模式选择块300。模式选择块300可以决定图像传感器100的操作模式，生成与所决定的操作模式相对应的模式选择信号MSS，并且向图像传感器100传输模式选择信号MSS。图像传感器100可以在包括例如全局快门(GS)模式和双转换增益(DCG)模式的各个操作模式下进行操作。在实现中，模式选择信号可以是1位数字信号。对应于0的模式选择信号可以指示第一模式(例如，GS模式)，并且对应于1的模式选择信号可以指示第二模式(例如，DCG模式)。
根据实施方式，模式选择块300可以基于用户的请求或指令来决定图像传感器100的操作模式。例如，在用于拍摄的应用上，用户可以选择用于捕获动态场景的高速拍摄模式或用于捕获HDR图像的HDR模式。基于来自用户的输入，模式选择块300可以将图像传感器100的操作模式应用为第一模式或第二模式。
根据另一实施方式，模式选择块300可以基于由图像信号处理器200生成的图像数据来决定图像传感器100的操作模式，而不依赖于特定的用户输入或指令。
例如，模式选择块300可以基于先前帧的运动矢量的幅度来决定操作模式。运动矢量可以是指示包括于特定帧中的特定对象在后续帧内的移动距离和方向的值。模式选择块300可以将先前帧的运动矢量的幅度与阈值幅度进行比较，并且当先前帧中的运动矢量的幅度大于阈值幅度时，可以决定操作模式为第一模式，并且当先前帧中的运动矢量的幅度等于或小于阈值幅度时，可以决定操作模式为第二模式。阈值幅度可以根据是否需要通过全局快门方法执行拍摄来实验地决定。此外，先前帧的运动矢量的幅度可以指示多个先前帧的运动矢量的幅度的平均值。
在另一示例中，模式选择块300可以基于先前帧的对比度值来决定操作模式。对比度值可以指示在特定帧中具有最高亮度的第一对象与具有最低亮度的第二对象之间的亮度差。第一对象或第二对象可以指示特定对象或特定区域(例如，10像素×10像素)。模式选择块300可以将先前帧的对比度值与阈值差值进行比较，并且当先前帧的对比度值大于阈值差值时决定操作模式为第二模式，并且当先前帧的对比度值等于或小于阈值差值时决定操作模式为第一模式。可以根据是否需要通过DCG方法执行拍摄来实验地决定对比度值。此外，先前帧的对比度值可以指示多个先前帧的对比度值的平均值。
在另一示例中，模式选择块300可以基于先前帧的平均亮度来决定操作模式。平均亮度可以指示针对特定帧中所包括的像素计算的平均亮度。模式选择块300可以将先前帧的平均亮度与阈值亮度值进行比较，并且当先前帧的平均亮度大于阈值亮度值时决定操作模式为第二模式，并且当先前帧的平均亮度等于或小于阈值亮度值时决定操作模式为第一模式。可以根据是否需要通过低转换增益执行拍摄来实验地决定平均亮度。先前帧的平均亮度可以指示多个先前帧的亮度水平的平均值。
在另一示例中，模式选择块300可以基于先前帧的运动矢量的幅度和先前帧的对比度值(或平均亮度)来决定操作模式。也就是说，模式选择块300可以将先前帧的运动矢量的幅度与阈值幅度进行比较，并且将先前帧的对比度值与阈值差值进行比较。当先前帧的运动矢量的幅度变得大于阈值幅度(第一事件)时，模式选择块300可以决定操作模式为第一模式，而当先前帧的对比度值变得大于或等于阈值差值(第二事件)时，可以决定操作模式为第二模式。在这种情况下，模式选择块300可以即使先前帧的运动矢量的幅度减小到阈值幅度或更小也不将操作模式决定为第二模式，并且即使先前帧的对比度值减小到阈值差值或更小也不将操作模式决定为第一模式。也就是说，只要不发生第一事件或第二事件，模式选择块300可以保持当前操作模式。
在另一实施方式中，模式选择块300可以基于传感器单元(未示出)的感测数据来决定图像传感器100的操作模式。传感器单元可以包括亮度传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器中的一个或更多个。模式选择块300可以基于由加速度传感器和陀螺仪传感器计算出的运动数据或亮度传感器的亮度数据，来决定图像传感器100的操作模式。基于运动数据或亮度数据来决定操作模式的方法对应于以上所描述的用于基于先前帧的运动矢量的幅度或先前帧的对比度值来决定操作模式的方法。因此，本文将省略其详细描述。
如图1所示，图像信号处理器200可以包括模式选择块300。根据另一实施方式，模式选择块300可以实现为与图像信号处理器200分离的装置。
图4是例示图1所示的像素阵列中包括的像素的等效电路的示例的图。
参照图4，像素PX-1可以对应于像素阵列110中所包括的随机单位像素。像素PX-1可以是包括光电二极管PD、第一传输晶体管TX1、储存二极管SD、第二传输晶体管TX2、浮置扩散区FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。
光电二极管PD是光电转换元件的示例，并且可以根据光电效应生成与入射光线IR相对应的电子-空穴对，并且生成和累积与入射光线IR的强度相对应的光电电荷。根据另一实施方式，可以用光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管或其组合来代替光电二极管PD。
第一传输晶体管TX1可以联接在光电二极管PD和储存二极管SD之间，并且通过其栅极接收第一传输信号TG1。第一传输晶体管TX可以根据对应于逻辑高的第一传输信号TG1而导通，或者根据对应于逻辑低的第一传输信号TG1而截止。当第一传输晶体管TX1导通时，第一传输晶体管TX1可以将累积在光电二极管PD中的光电电荷向储存二极管SD传输。
储存二极管SD可以存储从第一传输晶体管TX1传输的光电电荷，或者向浮置扩散区FD提供附加的储存容量。储存二极管SD可以实现为与光电二极管PD相对应的结构，并因此像光电二极管PD一样累积光电电荷。在本实施方式中，储存二极管SD是能够存储光电电荷的储存元件的示例，并且可以用另一类型的储存元件(例如，钉扎光电二极管或电容器)代替。储存二极管SD可以形成为不接收任何入射光线IR，使得防止储存二极管SD响应于入射光线IR独立地生成任何光电电荷。在一些实现中，储存二极管SD形成有遮挡膜，使得入射光线IR不会到达储存二极管SD。
第二传输晶体管TX2可以联接在储存二极管SD和浮置扩散区FD之间，并通过其栅极接收第二传输信号TG2。第二传输晶体管TX2可以根据对应于逻辑高的第二传输信号TG2而导通，并且可以根据对应于逻辑低的第二传输信号TG2而截止。当第二传输晶体管TX2导通时，第二传输晶体管TX2可以向浮置扩散区FD传输储存二极管SD中所存储的光电电荷，或者可以将储存二极管SD联接到浮置扩散区FD，以为浮置扩散区FD提供储存二极管SD的储存容量。
浮置扩散区FD是用于将光电电荷转换成电压的区域，并且可以使用结电容器Cfd来累积地存储光电电荷。浮置扩散区FD可以是在半导体基板内掺杂有第一导电类型(例如，n型)杂质的区域，并且浮置扩散区FD和半导体基板内的第二导电类型(例如，p型)的杂质可以建模为结电容器Cfd。浮置扩散区FD可以具有由结电容器Cfd的储存容量决定的储存容量。然而，当通过第二传输晶体管TX2的操作将浮置扩散区FD联接到储存二极管SD时，浮置扩散区FD的储存容量可以由结电容器Cfd的储存容量和储存二极管SD的储存容量决定。
光电二极管PD、储存二极管SD和结电容器Cfd中的每个可以具有联接到接地电压端子的一侧。
复位晶体管RX可以联接在电源电压Vdd和浮置扩散区FD之间，并通过其栅极接收复位信号RG。复位晶体管RX可以根据对应于逻辑高的复位信号RG而导通，或者根据对应于逻辑低的复位信号RG而截止。当复位晶体管RX导通时，复位晶体管RX可以将浮置扩散区FD的电压电平复位为电源电压Vdd。
驱动晶体管DX可以联接在电源电压Vdd和选择晶体管SX之间，并且具有联接到浮置扩散区FD的栅极。因此，驱动晶体管DX可以放大在浮置扩散区FD中累积的光电电荷的电位的变化，并且向选择晶体管SX传输经放大的信号。
浮置扩散区FD可以根据第二传输晶体管TX2的操作而具有两种储存容量。也就是说，当第二传输晶体管TX2截止时，浮置扩散区FD可以具有与结电容器Cfd相对应的储存容量，并且转换成输出电压Vout的光电电荷与所累积的光电电荷的比率可以相对高(高转换增益)。另一方面，当第二传输晶体管TX2导通时，浮置扩散区FD可以具有与结电容器Cfd和储存二极管SD的储存容量之和相对应的储存容量，并且转换成输出电压Vout的电荷与所累积的光电电荷的比率可以相对低(低转换增益)。
选择晶体管SX可以联接在驱动晶体管DX和信号输出线之间，并且通过其栅极接收选择信号SEL。选择晶体管SX可以起到以行为基础来选择要读取的像素的作用。选择晶体管SX可以根据对应于逻辑高的选择信号SEL而导通，或者根据对应于逻辑低的选择信号SEL而截止。当选择晶体管SX导通时，选择晶体管SX可以通过信号输出线输出与浮置扩散区FD的电位的变化相对应的信号来作为输出电压Vout。
图5是例示用于以第一模式和第二模式操作图4中所例示出的像素的控制方法的定时图。图6是例示在第一模式的各区段中图4所示的像素的电位分布的图。图7是例示在第二模式的各区段中图4所示的像素的电位分布的图。
图5例示了用于控制图4所示的像素PX-1的控制信号MSS、TG1、TG2、RG和SEL。控制信号MSS、TG1、TG2、RG和SEL中的每个可以具有两种逻辑电平，即，逻辑高电平和逻辑低电平，并且晶体管TX1、TX2、RX和SX中的每个可以在逻辑高信号施加到其栅极时导通，而在逻辑低信号施加至其栅极时截止。
模式选择信号MSS是用于决定图像传感器100的操作模式的信号，并且定时控制器170可以根据逻辑低的模式选择信号MSS在图5的左侧生成与第一模式相对应的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。此外，定时控制器170可以根据逻辑高的模式选择信号MSS在图5的右侧生成与第二模式相对应的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。
在图5的左侧，例示出了用于根据逻辑低的模式选择信号MSS以第一模式操作像素PX-1的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。第一模式的操作区段可以包括复位区段RS1、光电电荷累积区段INT、第一传输区段TF1、储存区段SV、第二传输区段TF2、读取区段RD和复位区段RS2。图6例示了第一模式的每个操作区段中的电位分布。此后，将参照图5和图6描述像素PX-1在第一模式下的操作。
在复位区段RS1中，第一传输信号TG1、第二传输信号TG2和复位信号RG可以对应于逻辑高，并且选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和复位晶体管RX可以导通，并且选择晶体管SX可以截止。留在光电二极管PD、第一传输晶体管TX1、储存二极管SD、第二传输晶体管TX2和浮置扩散区FD中的光电电荷可以被复位至电源电压Vdd。在假设光电二极管PD、储存二极管SD和浮置扩散区FD的电位彼此相等的假设下描述本实施方式。然而，光电二极管PD、储存二极管SD和浮置扩散区FD的电位可以具有以下关系：(光电二极管PD的电位>储存二极管SD的电位>浮置扩散区FD的电位)，使得光电电荷通过恒定的电位斜率平稳传输。
在光电电荷累积区段INT中，第一传输信号TG1、第二传输信号TG2、复位信号RG和选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、复位晶体管RX和选择晶体管SX可以截止。光电二极管PD可以生成并累积与入射光线的强度相对应的光电电荷。
在第一传输区段TF1中，第一传输信号TG1可以对应于逻辑高，并且第二传输信号TG2、复位信号RG和选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1可以导通，第二传输晶体管TX2、复位晶体管RX和选择晶体管SX可以截止。随着第一传输晶体管TX1导通，积累在光电二极管PD中的光电电荷可以向储存二极管SD传输。
在储存区段SV中，第一传输信号TG1、第二传输信号TG2、复位信号RG和选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、复位晶体管RX和选择晶体管SX可以截止。储存二极管SD可以存储通过第一传输晶体管TX传输的光电电荷。
在第二传输区段TF2中，第二传输信号TG2可以对应于逻辑高，并且第一传输信号TG1、复位信号RG和选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第二传输晶体管TX2可以导通，并且第一传输晶体管TX1、复位晶体管RX和选择晶体管SX可以截止。随着第二传输晶体管TX2导通，存储在储存二极管SD中的光电电荷可以向浮置扩散区FD传输。
在读取区段RD中，选择信号SEL可以对应于逻辑高，并且第一传输信号TG1、第二传输信号TG2和复位信号RG可以对应于逻辑低。因此，选择晶体管SX可以导通，并且第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和复位晶体管RX可以截止。随着选择晶体管SX导通，可以通过信号输出线输出与存储在具有对应于结电容器Cfd的储存容量的浮置扩散区FD中的光电电荷相对应的输出电压Vout。在这种情况下，累积在具有相对小的储存容量的浮置扩散区FD中的光电电荷可以被转换为输出电压Vout。因此，光电电荷被转换成输出电压Vout的比率可以相对高(高转换增益)。
在复位区段RS2中，第一传输信号TG1、第二传输信号TG2和复位信号RG可以对应于逻辑高，并且选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和复位晶体管RX可以导通，并且选择晶体管SX可以截止。留在光电二极管PD、第一传输晶体管TX1、储存二极管SD、第二传输晶体管TX2和浮置扩散区FD中的光电电荷可以被复位至电源电压Vdd。
如上所述，第一模式指示其中每个像素根据全局快门方法和SCG方法进行操作的操作模式。也就是说，像素阵列110的全部像素可以通过具有相同起点和相同终点的光电电荷累积区段INT和第一传输区段TF1同时生成并存储针对同一场景的光电电荷。像素PX-1可以在与像素PX-1的顺序相对应的时间点向浮置扩散区FD传输所存储的光电电荷并且生成输出电压Vout。由于浮置扩散区FD具有与结电容器Cfd相对应的储存容量，因此像素PX-1的输出电压Vout具有高转换增益。
也就是说，像素阵列110的像素可以同时捕获场景，临时存储所生成的光电电荷，根据高转换增益将光电电荷顺序地转换为输出电压，并输出该输出电压。
在图5的右侧，例示了用于根据逻辑高的模式选择信号MSS以第二模式操作像素PX-1的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。第二模式的操作区段可以包括复位区段RS1、光电电荷累积区段INT、传输区段TF、读取区段RD和复位区段RS2。图7例示了第二模式的每个操作区段中的电位分布。此后，将参照图5和图7描述像素PX-1在第二模式下的操作。
在复位区段RS1中，第一传输信号TG1、第二传输信号TG2和复位信号RG可以对应于逻辑高，并且选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和复位晶体管RX可以导通，并且选择晶体管SX可以截止。留在光电二极管PD、第一传输晶体管TX1、储存二极管SD、第二传输晶体管TX2和浮置扩散区FD中的光电电荷可以被复位至电源电压Vdd。模式选择信号MSS可以在复位区段RS1中从逻辑低转变为逻辑高。因此，图像传感器100的操作模式可以从第一模式改变为第二模式。模式选择信号MSS在复位区段RS1中转变的原因是为了通过在光电电荷开始累积之前改变操作模式来防止当前帧中的像素PX-1发生故障，这与其它操作模式不同。
在光电电荷累积区段INT中，第二传输信号TG2可以对应于逻辑高，并且第一传输信号TG1、复位信号RG和选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第二传输晶体管TX2可以导通，第一传输晶体管TX1、复位晶体管RX和选择晶体管SX可以截止。光电二极管PD可以生成并累积与入射光线的强度相对应的光电电荷。
在传输区段TF中，第一传输信号TG1和第二传输信号TG2可以对应于逻辑高，并且复位信号RG和选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1和第二传输晶体管TX2可以导通，并且复位晶体管RX和选择晶体管SX可以截止。随着第一传输晶体管TX1和第二传输晶体管TX2导通，可以向浮置扩散区FD传输光电二极管PD中所累积的光电电荷。
在读取区段RD中，第二传输信号TG2和选择信号SEL可以对应于逻辑高，并且第一传输信号TG1和复位信号RG可以对应于逻辑低。因此，第二传输晶体管TX2和选择晶体管SX可以导通，并且第一传输晶体管TX1和复位晶体管RX可以截止。随着第二传输晶体管TX2和选择晶体管SX导通，可以通过信号输出线输出与具有对应于储存二极管SD和结电容器Cfd的储存容量的浮置扩散区FD中所累积的光电电荷相对应的输出电压Vout。由于累积在具有相对大储存容量的浮置扩散区FD中的光电电荷被转换为输出电压Vout，因此被转换为输出电压Vout的光电电荷的比率可以相对低(低转换增益)。
在复位区段RS2中，第一传输信号TG1、第二传输信号TG2和复位信号RG可以对应于逻辑高，并且选择信号SEL可以对应于逻辑低。因此，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和复位晶体管RX可以导通，并且选择晶体管SX可以截止。留在光电二极管PD、第一传输晶体管TX1、储存二极管SD、第二传输晶体管TX2和浮置扩散区FD中的光电电荷可以被复位至电源电压Vdd。
如上所述，第二模式指示其中每个像素根据滚动快门方法和DCG(或低转换增益)方法进行操作的操作模式。也就是说，像素阵列110的全部像素可以通过具有不同的起点和不同的终点的光电电荷累积区段INT顺序地生成并存储针对同一场景的光电电荷。像素PX-1可以在与像素PX-1的顺序相对应的时间点向浮置扩散区FD传输所累积的光电电荷并且生成输出电压Vout。由于浮置扩散区FD具有与结电容器Cfd和储存二极管SD相对应的储存容量，因此像素PX-1的输出电压Vout具有低转换增益。
也就是说，像素阵列110的像素可以顺序地捕获场景，根据低转换增益将光电电荷顺序地转换为输出电压，并且输出该输出电压。
为了生成HDR图像，像素阵列110的像素可以顺序地捕获场景，根据高转换增益将光电电荷转换成输出电压，并且输出该输出电压。图5和图7未例示与像素PX-1在第二模式下根据高转换增益的操作有关的定时图和电位分布。然而，除了第二传输信号TG2之外，与像素PX-1根据高转换增益的操作有关的定时图可以以与图5的右侧所示的定时图相同的方式配置。也就是说，在图5的右侧所例示的与像素PX-1在第二模式下根据低转换增益的操作有关的定时图中，第二传输信号TG2可以在全部区段中对应于逻辑高。然而，在与像素PX-1根据高转换增益的操作有关的定时图中，第二传输信号TG2可以具有与第一传输信号TG1相同的波形。因此，第一传输晶体管TX1和第二传输晶体管TX2以相同的方式操作，并且第二传输晶体管TX2在读取区段中截止，使得浮置扩散区FD具有与结电容器Cfd相对应的储存容量。因此，像素PX-1的输出电压Vout具有高转换增益。
图8是例示图1所示的像素阵列中包括的像素的等效电路的另一示例的图。
参照图8，像素PX-2可以对应于包括在像素阵列110中的随机单位像素。像素PX-2可以是包括光电二极管PD、第一传输晶体管TX1、储存二极管SD、第二传输晶体管TX2、传输控制晶体管CX、浮置扩散区FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX的6-TR像素。
与图4的像素PX-1相比，像素PX-2还包括传输控制晶体管CX，并且其它组件以与图4的像素PX-1基本相同的方式配置和操作。因此，本文将省略重复的描述。
传输控制晶体管CX可以联接在电源电压Vdd和第二传输晶体管TX2之间，并且通过其栅极接收模式选择信号MSS。传输控制晶体管CX可以根据对应于逻辑高的模式选择信号MSS而导通，或者根据对应于逻辑低的模式选择信号MSS而截止。也就是说，定时控制器170可以通过旁通模式选择信号MSS而向像素PX-2提供所接收的模式选择信号MSS。
也就是说，当模式选择信号MSS为逻辑低(第一模式)时，传输控制晶体管CX可以截止。由于传输控制晶体管CX截止，第二传输信号TG2可以被输入到第二传输晶体管TX2的栅极。因此，第二传输晶体管TX2的栅极电压V_TX2可以具有与第二传输信号TG2相同的波形。
当模式选择信号MSS为逻辑高(第二模式)时，传输控制晶体管CX可以导通。由于传输控制晶体管CX导通，电源电压Vdd可以被强制输入到第二传输晶体管TX2的栅极，因此第二传输晶体管TX2的栅极电压V_TX2可以等于电源电压Vdd。电源电压Vdd可以对应于可以导通第二传输晶体管TX2的逻辑高电平。因此，当模式选择信号MSS为逻辑高时，第二传输晶体管TX2可以导通。
图9是例示用于在第一模式和第二模式下操作图8所示的像素的控制方法的定时图。
图9例示了用于控制图8所示的像素PX-2的控制信号MSS、TG1、TG2、RG和SEL，以及第二传输晶体管TX2的栅极电压V_TX2。控制信号MSS、TG1、TG2、RG和SEL以及栅极电压V_TX2中的每个可以具有两种逻辑电平，即：逻辑高电平和逻辑低电平，并且晶体管TX1、TX2、RX和SX中的每个可以在逻辑高信号被施加到其栅极时导通，而在逻辑低信号被施加至其栅极时截止。
无论模式选择信号MSS如何，定时控制器170可以生成与在图5的左侧的对应于第一模式的控制信号TG1、TG2、RG和SEL相同的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。
在图9的左侧，例示了用于根据逻辑低的模式选择信号MSS在第一模式下操作像素PX-2的控制信号TG1、TG2、RG和SEL以及第二传输晶体管TX2的栅极电压V_TX2。如上所述，在第一模式下接收逻辑低的模式选择信号MSS的传输控制晶体管CX可以截止，因此第二传输晶体管TX2的栅极电压V_TX2可以等于第二传输信号TG2。也就是说，在图9的第一模式下，输入到各个晶体管TX1、TX2、RX和SX的控制信号可以等于图5的第一模式下的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。因此，像素PX-2可以根据参照图6描述的第一模式的电位分布和操作区段以与像素PX-1相同的方式操作。
在图9的右侧，例示了用于根据逻辑高的模式选择信号MSS在第二模式下操作像素PX-2的控制信号TG1、TG2、RG和SEL以及第二传输晶体管TX2的栅极电压V_TX2。如上所述，在第二模式下接收逻辑高的模式选择信号MSS的传输控制晶体管CX可以导通，因此第二传输晶体管TX2的栅极电压V_TX2可以是与逻辑高相对应的电源电压Vdd。也就是说，在图9的第二模式下输入到各个晶体管TX1、TX2、RX和SX的控制信号可以基本上等于图5的第二模式下的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。在图5的第二模式下，第一传输信号TG1为逻辑高的状态可以在传输区段TF期间持续。然而，在图9的第二模式下，第一传输信号TG1为逻辑高的状态可以仅保留在传输区段TF的一部分中。这是因为定时控制器170针对第一模式和第二模式没有生成单独的控制信号TG1、TG2、RG和SEL，而是使用模式选择信号MSS和像素PX-2内的传输控制晶体管CX来实现第一模式和第二模式的操作。像素PX-2可以根据参照图7描述的第二模式的电位分布和操作区段以与像素PX-1基本相同的方式操作。
通过使用模式选择信号MSS和像素PX-2内的传输控制晶体管CX来实现第一模式和第二模式的操作，定时控制器170不需要根据模式选择信号MSS独立地生成第一模式的控制信号和第二模式的控制信号。因此，定时控制器170可以不包括用于这种操作的附加电路。
在图9中，在第一模式和第二模式下使用相同的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。因此，在第一模式下的复位区段RS1和RS2之间的时间间隔(在RS1结束之后直到RS2开始的时间间隔)可以等于在第二模式下的复位区段RS1和RS2之间的时间间隔。在图5中，然而，可以在第一模式和第二模式下生成不同的控制信号TG1、TG2、RG和SEL。因此，在第一模式下复位区段RS1和RS2之间的时间间隔可以不同于在第二模式下复位区段RS1和RS2之间的时间间隔。也就是说，在第一模式下光电电荷累积区段INT所需的时间可以设定为比第二模式下的时间更短的时间，或者在第二模式下传输区段TF所需的时间可以设定为比第二模式的整个传输时间TF1+SV+TF2更短的时间。
在传统技术中，为了使像素具有全局快门功能和DCG功能二者，像素需要两个或更多个储存元件。像素中的此类附加元件使制造工艺更加复杂，并增加了对基板的更多损坏。因此，噪声也会增加。此外，由于元件添加到具有有限面积的像素中，用于其它元件的可用面积可以减小。可用面积的这种减少可以充当劣化像素性能的直接因素。此外，由于各个元件的面积减小，元件特性可以由于短沟道效应对晶体管的影响而劣化，并且相邻元件之间的绝缘特性也会劣化。
所公开的技术提供了各种实现以提供能够仅使用像素中的一个附加储存元件来实现全局快门功能和DCG功能二者的图像传感器。为此，在第一模式下，附加储存元件(例如，储存二极管)在向浮置扩散区传输光电荷之前临时存储光电荷，而在第二操作模式下，附加储存元件在向浮置扩散区提供附加储存容量的同时存储光电荷。
因此，虽然像素具有全局快门功能和DCG功能二者，但是能够使像素的尺寸最小化，并且仍然能够确保用于其它元件(例如，晶体管DX、RX和其它)的面积的裕度，这使得可以提高像素中的各种元件的性能。
虽然上面已经描述了各种实施方式，但是本领域技术人员将理解，所描述的实施方式仅是示例，并且能够基于本专利文档中公开和例示的内容来对所公开的实施方式和其它实施方式进行变型。
相关申请的交叉引用
本专利文档要求于2020年3月10日提交的韩国专利申请No.10-2020-0029825的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

Claims (20)

1.一种图像传感器，该图像传感器包括：
像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，每个像素被构造为响应于入射光而生成光电荷并且包括浮置扩散区，所述浮置扩散区被构造为累积要被转换为输出电压的所述光电荷；以及
控制器，所述控制器联接以与所述像素阵列通信并且被构造为向所述像素阵列提供控制信号，以在操作所述像素阵列以响应入射光的不同时间以不同的第一操作模式和第二操作模式操作所述像素阵列，
其中，每个像素包括储存元件，所述储存元件能操作以基于所述控制信号在所述第一操作模式或所述第二操作模式下存储由每个像素生成的所述光电荷，并且
其中，在所述第一操作模式下，所述储存元件在向所述浮置扩散区传输所述光电荷之前存储所述光电荷，并且在第二操作模式下，所述储存元件在向所述浮置扩散区提供附加储存容量的同时存储所述光电荷。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一操作模式和所述第二操作模式具有关于光转换成光电荷的不同增益。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每一个包括：
光电转换元件，所述光电转换元件被构造为生成与所述入射光的强度相对应的所述光电荷；
浮置扩散区，所述浮置扩散区被构造为累积要被转换成输出电压的所述光电荷；
第一传输晶体管，所述第一传输晶体管联接在所述光电转换元件和所述储存元件之间，并被构造为响应于第一传输信号而导通；以及
第二传输晶体管，所述第二传输晶体管联接在所述储存元件和所述浮置扩散区之间，并且被构造为响应于第二传输信号而导通。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每一个被构造为在所述第一操作模式期间操作以下操作时段：
光电电荷累积时段，在所述光电电荷累积时段中所述光电转换元件生成并累积所述光电荷；
第一传输时段，在所述第一传输时段中所述第一传输晶体管向所述储存元件传输所述光电荷；
储存时段，所述储存时段用于将所述光电荷存储在所述储存元件中；以及
第二传输时段，在所述第二传输时段中所述第二传输晶体管向所述浮置扩散区传输所述光电荷。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述多个像素布置成多行并且被构造为同时进行所述光电电荷累积时段和所述第一传输时段中的每一个。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述操作时段还包括读取时段，所述读取时段输出与所述浮置扩散区中累积的所述光电荷相对应的输出电压，并且
其中，所述浮置扩散区具有与联接至所述浮置扩散区的结电容器的储存容量相对应的储存容量。
7.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每一个被构造为在所述第二操作模式期间操作以下操作时段：
光电电荷累积时段，在所述光电电荷累积时段中所述光电转换元件生成并累积所述光电荷；以及
第一传输时段，在所述第一传输时段中所述第一传输晶体管向所述浮置扩散区传输所述光电荷。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述多个像素布置成多行并且被构造为使得布置在第n行上的像素的光电电荷累积时段从布置在第(n-1)行上的像素的光电电荷累积时段的开始经过预定时间之后开始，其中n是大于1的整数。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述操作时段还包括读取时段，所述读取时段输出与所述浮置扩散区中累积的所述光电荷相对应的输出电压，并且
其中，所述浮置扩散区具有与联接至所述浮置扩散区的结电容器的储存容量以及所述储存元件的储存电量之和相对应的储存容量。
10.根据权利要求3所述的图像传感器，该图像传感器还包括：传输控制晶体管，所述传输控制晶体管联接在电源电压节点和所述第二传输晶体管的栅极之间，并且被构造为响应于在所述第一操作模式和所述第二操作模式之间选择操作模式的模式选择信号而导通。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，选择所述第一操作模式的所述模式选择信号对应于逻辑低，并且所述传输控制晶体管被构造为截止以将所述第二传输信号输入到所述第二传输晶体管的栅极。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，选择所述第二操作模式的所述模式选择信号对应于逻辑高，并且所述传输控制晶体管导通以将所述电源电压输入到所述第二传输晶体管的栅极。
13.一种拍摄设备，该拍摄设备包括：
图像传感器，所述图像传感器包括多个像素，每个像素被构造为以操作模式进行操作，所述操作模式是所述像素根据全局快门方法操作的第一模式和所述像素根据双转换方法操作的第二模式中的一种；以及
图像信号处理器，所述图像信号处理器联接以与所述图像传感器通信并且被构造为确定所述第一模式和所述第二模式中的哪一个用于操作所述图像传感器，并生成表示所述第一模式和所述第二模式当中的确定的模式的模式选择信号。
14.根据权利要求13所述的拍摄设备，其中，所述图像信号处理器被构造为基于来自用户的请求而确定所述操作模式。
15.根据权利要求13所述的拍摄设备，其中，所述图像信号处理器被构造为从包括亮度传感器、加速度传感器或陀螺仪传感器中的至少一个的感测单元接收数据，并基于所接收的数据来确定所述操作模式。
16.根据权利要求13所述的拍摄设备，其中，所述图像信号处理器被构造为生成图像数据并基于所述图像数据来确定所述操作模式。
17.根据权利要求13所述的拍摄设备，其中，所述多个像素中的每一个被构造为响应于入射光而生成光电荷，并且包括在所述第一模式和所述第二模式二者期间能操作以存储所述光电荷的储存元件。
18.根据权利要求13所述的拍摄设备，其中，所述图像传感器包括控制器，所述控制器联接至所述图像信号处理器以接收所述模式选择信号，并且联接至所述图像传感器以控制所述图像传感器以基于所接收的模式选择信号所确定的模式进行操作。
19.根据权利要求17所述的拍摄设备，其中，每个像素被构造为包括浮置扩散区，所述浮置扩散区存储所述光电荷并且具有与联接至所述浮置扩散区的结电容器的储存容量和所述储存元件的储存容量之和相对应的储存容量。
20.根据权利要求17所述的拍摄设备，其中，每个像素被构造为包括浮置扩散区，所述浮置扩散区存储所述光电荷并且具有与联接至所述浮置扩散区的结电容器的储存容量相对应的储存容量。
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