CN116389929A - 图像传感器及图像处理系统 - Google Patents

图像传感器及图像处理系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116389929A
CN116389929A CN202211197501.4A CN202211197501A CN116389929A CN 116389929 A CN116389929 A CN 116389929A CN 202211197501 A CN202211197501 A CN 202211197501A CN 116389929 A CN116389929 A CN 116389929A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel group
color
pixels
center
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211197501.4A
Other languages
English (en)
Inventor
李承龙
罗钟铉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Hynix Inc
Original Assignee
SK Hynix Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SK Hynix Inc filed Critical SK Hynix Inc
Publication of CN116389929A publication Critical patent/CN116389929A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/51—Control of the gain
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Image Communication Systems (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

公开了一种图像传感器和图像处理系统。图像传感器包括:中心像素组，其包括具有不同的颜色的处于6x6单位像素组的中心区中的2x2像素；以及第一颜色像素组至第四颜色像素组，具有与中心像素组的一个像素相同的颜色，被设置为2x4像素或4x2像素的单元以具有围绕中心像素组的形状并且具有不同的颜色。

Description

图像传感器及图像处理系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年12月31日提交的韩国专利申请第10-2021-0194335号的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本公开的多种实施例涉及一种数据半导体电路，更具体地，涉及一种图像传感器及图像处理系统。
背景技术
计算机环境范式已经转移至可以随时随地使用计算机系统的普适计算系统。因此，诸如移动电话、数字相机和笔记本计算机的便携式电子装置的使用一直在快速增长。
在这些电子装置中广泛使用的图像感测器件可以使用半导体的对光反应的性质来捕获图像。图像感测器件可以大致分为电荷耦合器件(CCD)图像感测器件和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器件。近来，因为CMOS图像感测器件可以允许直接在单个集成电路(IC)上实现模拟控制电路和数字控制电路两者，所以CMOS图像感测器件被广泛使用。
发明内容
本公开的多种实施例针对可以包括在6x6单位像素的中心区中的具有不同的颜色的2x2像素的图像传感器及图像处理系统，由此在使用现有的2x2驱动模式同时实现在四象限图案中4总和模式或8总和模式操作以提高图像传感器的输出读出速度。
根据本公开的一个实施例，一种图像传感器可以包括：中心像素组，其包括具有至少两种不同的颜色以及被设置在6x6单位像素组的中心区中的2x2像素；以及第一颜色像素组至第四颜色像素组，每个颜色像素组对应于相应的颜色，第一颜色像素组至第四颜色像素组被设置为2x4像素或4x2像素的单元以围绕中心像素组。
根据本公开的一个实施例，一种图像传感器可以包括：第一子颜色像素组，包括多个第一光电二极管和共享多个第一光电二极管的第一浮动扩散节点；第二子颜色像素组，包括多个第二光电二极管和共享多个第二光电二极管的第二浮动扩散节点；以及双增益转换晶体管，适于选择性地将第一浮动扩散节点耦接至第二浮动扩散节点，其中，第一子颜色像素组和第二子颜色像素组具有相同颜色的像素。
根据本公开的一个实施例，一种图像处理系统可以包括：第一子颜色像素组，包括多个第一光电二极管和共享多个第一光电二极管的第一浮动扩散节点；第二子颜色像素组，包括多个第二光电二极管和共享多个第二光电二极管的第二浮动扩散节点；以及双增益转换晶体管，适于选择性地将第一浮动扩散节点耦接至第二浮动扩散节点，其中，第一子颜色像素组和第二子颜色像素组具有相同颜色的像素。
根据一个实施例，一种图像传感器可以包括：中心像素组，其具有各自对应于不同的颜色的至少两个子像素组；以及多个边界像素组，每个边界像素组对应于相应的颜色，以及多个边界像素组被设置为围绕所述中心像素组。
附图说明
图1是示出所提出的一种被设置为具有四个九单元的6x6单位像素组的类型的像素阵列的图。
图2是示出根据本公开的一个实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器的图。
图3是示出根据本公开的一个实施例的图2所示的像素阵列的详细电路的图。
图4是示出根据本公开的一个实施例的图3所示的图像传感器的4总和模式输出时序的图。
图5是示出根据本公开的一个实施例的被设置为6x6单位像素组的像素阵列的详细电路的图。
图6是示出根据本公开的一个实施例的图5所示的图像传感器的8总和模式输出时序的图。
图7是示出根据本公开的一个实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器的图。
图8是示出根据本公开的一个实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器的图。
图9是示出根据本公开的一个实施例的包括像素阵列的图像处理系统的示意性配置的图。
图10是示出根据本公开的一个实施例的图9所示的图像传感器的详细配置的图。
具体实施方式
为了详细描述本公开以使本公开所属领域的普通技术人员可以容易地实现本公开的技术精神，在下面参考附图描述本公开的多种实施例。
在全部公开内容中，相似的附图标记指本公开多个附图和实施例中的相似的部件。
在下文中，将参考图1描述包括6x6单位像素组的像素阵列。图1是示出所提出的一种被设置为具有四个九单元的6x6单位像素组的类型的像素阵列的图。
图1所示的6x6像素组10包括第一九单元、第二九单元、第三九单元和第四九单元。
第一九单元布置有其每个均具有B颜色的3x3像素，第二九单元布置有其每个均具有Gb颜色的3x3像素，第三九单元布置有其每个均具有Gr颜色的3x3像素，以及第四九单元布置有其每个均具有R颜色的3x3像素。
当第一九单元至第四九单元中的每一个包括的九个(3x3)像素同时被驱动时，可以读出9总和数据。然而，因为第一九单元至第四九单元中的每一个包括的九个像素不是偶数个像素，所以不可能通过设置在第一九单元至第四九单元中的微透镜提取所有像素的相位差。这是因为当设置在微透镜(在垂直方向上的)下方的滤色器具有不同的颜色时，难以确定读出值的差是由于颜色引起的差还是由于微透镜的聚焦引起的相位差。
在下文中，参考图2至图4描述根据实施例的图像传感器100。图2是示出根据本公开的实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器100的图，图3是示出根据本公开的实施例的图2所示的像素阵列的详细电路的图，以及图4是示出根据本公开的实施例的图2所示的图像传感器100的输出时序的图。
根据实施例的图像传感器100包括6x6单位像素组中的中心像素组110、颜色像素组120和微透镜。
中心像素组110被设置为6x6单位像素组的中心区中的2x2像素并且具有不同的颜色。中心像素组110可以包括：均具有Gb颜色的1x2像素的第一中心像素组Gb17及Gb18，以及均具有Gr颜色的1x2像素的第二中心像素组Gr19及Gr20。
中心像素组110的第一中心像素组Gb17及Gb18可以具有与颜色像素组120中的第二颜色像素组124相同颜色的像素，以及第二中心像素组Gr19及Gr20可以具有与颜色像素组120中的第三颜色像素组126相同颜色的像素。第一中心像素组Gb17及Gb18和第二中心像素组Gr19及Gr20的位置可以交换。
参考图3，通过开关四个传输晶体管Tx17、Tx18、Tx19和Tx20，由中心像素组110的第一中心像素组Gb17及Gb18和第二中心像素组Gr19及Gr20中包括的四个光电二极管PD17、PD18、PD19和PD20感测的电荷可以被传输至浮动扩散节点FD9并且在其中累积。即，在中心像素组110中，四个光电二极管PD17、PD18、PD19和PD20以及四个传输晶体管Tx17、Tx18、Tx19和Tx20可以共享一个浮动扩散节点FD9。
颜色像素组120包括各自具有不同的颜色的第一颜色像素组122、第二颜色像素组124、第三颜色像素组126和第四颜色像素组128。
第一颜色像素组至第四颜色像素组(即，边界像素组)122、124、126和128可以被设置为2x4像素或4x2像素的单元以围绕中心像素组110。
即，其每个均具有B颜色的2x4像素(B1、B2、B3、B4、B13、B14、B15及B16)的第一颜色像素组122可以被设置在左上，其每个均具有Gb颜色的4x2像素(Gb25、Gb26、Gb27、Gb28、Gb29、Gb30、Gb31和Gb32)的第二颜色像素组124可以被设置在右上，其每个均具有Gr颜色的4x2像素(Gr5、Gr6、Gr7、Gr8、Gr9、Gr10、Gr11和Gr12)的第三颜色像素组126可以被设置在左下，以及其每个均具有R颜色的2x4像素(R21、R22、R23、R24、R33、R34、R35和R36)的第四颜色像素组128可以被设置在右下。
参考图3，第一颜色像素组至第四颜色像素组122、124、126和128中的每一个可以包括第一子颜色像素组和第二子颜色像素组。
更具体地，通过开关四个传输晶体管Tx1、Tx2、Tx3和Tx4，在第一颜色像素组122的第一子颜色像素组B1、B2、B3及B4中，由四个第一光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4感测的电荷可以被传输至第一浮动扩散节点FD1并且在其中累积。即，在第一颜色像素组122的第一子颜色像素组B1、B2、B3及B4中，四个第一光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4以及四个传输晶体管Tx1、Tx2、Tx3和Tx4可以共享一个第一浮动扩散节点FD1。
因为复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx的配置和操作是本领域技术人员周知的，所以省略了其描述。
通过开关四个传输晶体管Tx13、Tx14、Tx15和Tx16，在第一颜色像素组122的第二子颜色像素组B13、B14、B15及B16中，由四个第二光电二极管PD13、PD14、PD15和PD16感测的电荷可以被传输至第二浮动扩散节点FD2并且在其中累积。即，在第一颜色像素组122的第二子颜色像素组B13、B14、B15及B16中，四个第二光电二极管PD13、PD14、PD15和PD16以及四个传输晶体管Tx13、Tx14、Tx15和Tx16可以共享一个第二浮动扩散节点FD2。
通过开关四个传输晶体管Tx25、Tx26、Tx27和Tx28，在第二颜色像素组124的第一子颜色像素组Gb25、Gb26、Gb27及Gb28中，由四个第一光电二极管PD25、PD26、PD27和PD28感测的电荷可以被传输至第一浮动扩散节点FD3并且在其中累积。
通过开关四个传输晶体管Tx29、Tx30、Tx31和Tx32，在第二颜色像素组124的第二子颜色像素组Gb29、Gb30、Gb31及Gb32中，由四个第二光电二极管PD29、PD30、PD31和PD32感测的电荷可以被传输至第二浮动扩散节点FD4并且在其中累积。
通过开关四个传输晶体管Tx5、Tx6 Tx7和Tx8，在第三颜色像素组126的第一子颜色像素组Gr5、Gr6、Gr7及Gr8中，由四个第一光电二极管PD5、PD6、PD7和PD8感测的电荷可以被传输至第一浮动扩散节点FD5并且在其中累积。
通过开关四个传输晶体管Tx9、Tx10、Tx11和Tx12，在第三颜色像素组126的第二子颜色像素组Gr9、Gr10、Gr11及Gr12中，由四个第二光电二极管PD9、PD10、PD11和PD12感测的电荷可以被传输至第二浮动扩散节点FD6并且在其中累积。
通过开关四个传输晶体管Tx21、Tx22 Tx23和Tx24，在第四颜色像素组128的第一子颜色像素组R21、R22、R23及R24中，由四个第一光电二极管PD21、PD22、PD23和PD24感测的电荷可以被传输至第一浮动扩散节点FD7并且在其中累积。
通过开关四个传输晶体管Tx33、Tx34、Tx35和Tx36，在第四颜色像素组128的第二子颜色像素组R33、R34、R35及R36中，由四个第二光电二极管PD33、PD34、PD35和PD36感测的电荷可以被传输至第二浮动扩散节点FD8并且在其中累积。
在第一颜色像素组至第四颜色像素组122、124、126和128以及中心像素组110的第一中心像素组Gb17及Gb18和第二中心像素组Gr19及Gr20中的每一个的顶部处，微透镜可以被左右对称地设置为1x2像素的单元以检测其间的相位差。
即，对于6x6单位像素组中的每个1x2像素，微透镜可以在水平方向上对称地设置。
如图2和图3所示，中心像素组110以及第一颜色像素组至第四颜色像素组122、124、126和128中的每一个可以以偶数阵列来形成，因此可以使用现有的2x2像素驱动方法，并且在四象限图案中执行4总和模式操作。
参考图4，在4总和模式中，包括6x6单位像素组的图像传感器100的模数转换器(ADC)可以仅在第三时序处执行读出操作。
即，在对复位晶体管施加具有高电平(H)的复位信号(Rx)之后的第一时序处，对第一颜色像素组122的第一子颜色像素组B1、B2、B3及B4中包括的传输晶体管TX1至TX4、第一颜色像素组122的第二子颜色像素组B13、B14、B15及B16中包括的传输晶体管TX13至TX16以及第二颜色像素组124的第一子颜色像素组Gb25、Gb26、Gb27及Gb28中包括的传输晶体管TX25至TX28执行读出操作。接着，在第二时序处，对第三颜色像素组126的第一子颜色像素组Gr5、Gr6、Gr7及Gr8中包括的传输晶体管TX5至TX8、中心像素组110中包括的传输晶体管TX17至TX20以及第二颜色像素组124的第二子颜色像素组Gb29、Gb30、Gb31及Gb32中包括的传输晶体管TX29至TX32执行读出操作。
在第三时序处，对第三颜色像素组126的第二子颜色像素组Gr9、Gr10、Gr11及Gr12中包括的传输晶体管TX9至TX12、第四颜色像素组128的第一子颜色像素组R21、R22、R23及R24中包括的传输晶体管TX21至TX24以及第四颜色像素组128的第二子颜色像素组R33、R34、R35及R36中包括的传输晶体管TX33至TX36执行读出操作。
在下文中，参考图5和图6描述根据本公开的另一实施例的图像传感器。图5是示出根据本公开的实施例的被设置为6x6单位像素组的像素阵列的详细电路的图，以及图6是示出根据本公开的实施例的图5所示的图像传感器的8总和模式输出时序的图。
因为除了双增益转换晶体管之外，图5所示的被设置为6x6单位像素组的像素阵列与图3所示的被设置为6x6单位像素组的像素阵列相同，所以省略对除了双增益转换晶体管DCG1、DCG2、DCG3和DCG4之外的其他组件的描述。
双增益转换晶体管DCG1、DCG2、DCG3和DCG4可以选择性地耦接对应于相同颜色的两个浮动扩散节点。
即，第一双增益转换晶体管DCG1可以将第一颜色像素组122包括的第一浮动扩散节点FD1选择性地耦接至第一颜色像素组122中包括的第二浮动扩散节点FD2，而第二双增益转换晶体管DCG2可以将第二颜色像素组124中包括的第三浮动扩散节点FD3选择性地耦接至第二颜色像素组124中包括的第四浮动扩散节点FD4。
第三双增益转换晶体管DCG3可以将第三颜色像素组126中包括的第五浮动扩散节点FD5选择性地耦接至第三颜色像素组126中包括的第六浮动扩散节点FD6，而第四双增益转换晶体管DCG4可以将第四颜色像素组128中包括的第七浮动扩散节点FD7选择性地耦接至第四颜色像素组128中包括的第八浮动扩散节点FD8。
参考图6，在8总和模式中，包括6x6单位像素组的图像传感器的模数转换器(ADC)可以仅在第二时序处执行读出操作。
即，当对第一双增益转换晶体管至第四双增益转换晶体管DCG1、DCG2、DCG3和DCG4中的每一个施加具有高电平(H)的电压时，第一颜色像素组122中包括的第一浮动扩散节点FD1和第二浮动扩散节点FD2彼此耦接，第二颜色像素组124中包括的第三浮动扩散节点FD3和第四浮动扩散节点FD4彼此耦接，第三颜色像素组126中包括的第五浮动扩散节点FD5和第六浮动扩散节点FD6彼此耦接，以及第四颜色像素组128中包括的第七浮动扩散节点FD7和第八浮动扩散节点FD8彼此耦接。
即，第一颜色像素组122中包括的像素B1至像素B4和像素B13至像素B16、第二颜色像素组124中包括的像素Gb25至像素Gb32、第三颜色像素组126中包括的像素Gr5至像素Gr12以及第四颜色像素组128中包括的像素R21至像素R24和像素R33至像素R36每个均可以在8总和模式中操作。
因此，在对复位晶体管施加具有高电平的复位信号(Rx)之后的第一时序处，第一颜色像素组122中包括的传输晶体管TX1至传输晶体管TX4和传输晶体管Tx13至传输晶体管TX16以及第二颜色像素组124中包括的传输晶体管TX25至传输晶体管TX28和传输晶体管TX29至传输晶体管TX32被导通。
接着，在第二时序处，第三颜色像素组126中包括的传输晶体管TX5至传输晶体管TX12以及第四颜色像素组128中包括的传输晶体管TX21至传输晶体管TX24和传输晶体管TX33至传输晶体管TX36被导通。
因此，该图像传感器的模数转换器(ADC)的读出速度可以提高150％。
在下文中，参考图7描述根据本公开的又一实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器200。图7是示出根据本公开的实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器200的图。
如图7所示，根据实施例的图像传感器200包括6x6单位像素组中的中心像素组210、颜色像素组220和微透镜。
中心像素组210被设置为6x6单位像素组的中心区中的2x2像素并且具有不同的颜色。中心像素组210可以包括：其每个均具有Gb颜色的2x1像素的第一中心像素组Gb18及Gb20以及其每个均具有Gr颜色的2x1像素的第二中心像素组Gr17及Gr19。
中心像素组210的第一中心像素组Gb18及Gb20可以具有与颜色像素组220的第二颜色像素组224相同颜色的像素，以及中心像素组210的第二中心像素组Gr17及Gr19可以具有与颜色像素组220的第三颜色像素组226相同颜色的像素。
因为图7所示的颜色像素组220具有与图2所示的颜色像素组120相同的配置，所以省略了其描述。
在第一颜色像素组至第四颜色像素组222、224、226和228以及中心像素组210的第一中心像素组Gb18及Gb20和第二中心像素组Gr17及Gr19中的每一个的顶部处，微透镜可以被上下对称地设置为2x1像素的单元以检测其间的相位差。
即，对于6x6单位像素组中的每个2x1像素，微透镜可以在垂直方向上对称地设置。
在下文中，参考图8描述根据本公开的再一实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器300。图8是示出根据本公开的实施例的包括被设置为6x6单位像素组的像素阵列的图像传感器300的图。
如图8所示，根据实施例的图像传感器300包括6x6单位像素组中的中心像素组310、颜色像素组320和微透镜。
中心像素组310被设置为6x6单位像素组的中心区中的2x2像素并且具有不同的颜色。中心像素组310可以包括具有B颜色的第一1x1像素B17、具有Gb颜色的第二1x1像素Gb18、具有Gr颜色的第三1x1像素Gr19和具有R颜色的第四1x1像素R20。
中心像素组310的第一1x1像素B17可以具有与颜色像素组320中的第一颜色像素组322相同的颜色，中心像素组310的第二1x1像素Gb18可以具有与颜色像素组320中的第二颜色像素组324相同的颜色，中心像素组310的第三1x1像素Gr19可以具有与颜色像素组320中的第三颜色像素组326相同的颜色，以及中心像素组310的第四1x1像素R20可以具有与颜色像素组320中的第四颜色像素组328相同的颜色。
因为图8所示的颜色像素组320具有与图2所示的颜色像素组120相同的配置，所以省略了其描述。
微透镜可以包括第一微透镜和第二微透镜。
在第一颜色像素组至第四颜色像素组322、324、326和328中的每一个的顶部处，第一微透镜可以被上下且左右对称地设置为2x2像素的单元。
在第一1x1像素至第四1x1像素B17、Gb18、Gr19和R20中的每一个的顶部处，第二微透镜可以被设置为1x1像素的单元，以分别覆盖第一1x1像素至第四1x1像素B17、Gb18、Gr19和R20。
图9是示出根据本公开的实施例的包括像素阵列1110的图像处理系统1000的示意框图。
如图9所示，图像处理系统1000可以包括图像传感器1100、数字信号处理器(DSP)1200、显示单元1300和透镜模块1500。
图像传感器1100可以包括像素阵列1110、行驱动器1120、相关双采样(CDS)块1130、模数转换器(ADC)块1140、斜坡信号发生器1160、时序发生器1170、控制寄存器块1180和缓冲器1190。
图像传感器1100可以在DSP 1200的控制下，检测通过透镜模块1500捕获的对象1400的光学图像。DSP 1200可以向显示单元1300输出通过图像传感器1100检测和输出的图像。显示单元1300是可以显示从DSP 1200输出的图像的装置。例如，显示单元1300可以是计算机、移动通信装置和其他图像输出装置的终端。
DSP 1200可以包括相机控制器1201、图像信号处理器(ISP)1203和接口(I/F)1205。
相机控制器1201可以对控制寄存器块1180的操作进行控制。相机控制器1201可以通过使用I2C(集成电路总线)来控制图像传感器1100的操作，即控制寄存器块1180的操作，但是本公开的技术精神不限于此。
ISP 1203可以接收图像(或图像数据)，可以处理接收的图像以进行人体识别，以及通过I/F 1205向显示单元1300输出处理的图像。虽然图7示出ISP 1203位于DSP 1200中，但是在不同实施例中，ISP 1203可以位于图像传感器1100中。此外，图像传感器1100和ISP1203可以在单个封装(例如多芯片封装(MCP))中实现。
像素阵列1110可以包括根据上述实施例的像素阵列。具体地，像素阵列1110可以包括：中心像素组，其包括被设置在6x6单位像素组的中心区中的2x2像素以具有至少两种不同的颜色；以及第一颜色像素组至第四颜色像素组，其具有与中心像素组的一个像素相同的颜色，被设置为2x4像素的单元以围绕中心像素组并且分别具有不同的颜色。
图10是示出根据本公开的实施例的图9所示的图像传感器1100的具体框图。
参考图9和图10，时序发生器1170可以生成用于控制行驱动器1120、CDS块1130、ADC块1140和斜坡信号发生器1160的操作的至少一个控制信号。控制寄存器块1180可以生成用于控制斜坡信号发生器1160、时序发生器1170和缓冲器1190的操作的至少一个控制信号。控制寄存器块1180可以在相机控制器1201的控制下操作。
行驱动器1120可以以行为单位来驱动像素阵列1110。例如，行驱动器1120可以生成用于选择多行中的一行的选择信号。多行中的每一行包括多个像素。为了便于描述，示意性地示出图8所示的多个像素的布置，并且该多个像素可以包括根据上述实施例的像素阵列。
多个像素中的每一个可以感测入射光，以及向CDS块1130输出图像复位信号和图像信号。具体地，像素阵列1110可以包括：中心像素组，包括6x6单位像素组中的中心区中的2x2像素以具有不同的颜色；以及被设置为2x4像素的单元以围绕中心像素组并且分别具有不同的颜色的第一颜色像素组至第四颜色像素组，其具有与中心像素组的一个像素相同的颜色。
CDS块1130可以对接收的图像复位信号和图像信号中的每一个执行相关双采样操作。ADC块1140可以将从斜坡信号发生器1160输出的斜坡信号Ramp与从CDS块1130输出的相关双采样信号进行比较，输出比较信号，根据时钟信号CNT_CLK对比较信号的电平转变时间进行计数，以及向缓冲器1190输出计数值。
ADC块1140可以包括比较块1145和计数器块1150。比较块1145可以包括多个比较器。多个比较器中的每一个被耦接至CDS块1130和斜坡信号发生器1160。从CDS块1130输出的多个输出信号中的每一个被输入至每个比较器的第一输入端子，例如(-)输入端子，并且从斜坡信号发生器1160输出的斜坡信号Ramp被输入至每个比较器的第二输入端子，例如(+)输入端子。
该多个比较器可以接收从CDS块1130输出的相应的输出信号以及从斜坡信号发生器1160输出的斜坡信号Ramp，将相应的输出信号与斜坡信号Ramp进行比较，以及输出比较信号。例如，从用于将从多个像素中的每个像素输出的信号与斜坡信号Ramp进行比较的第一比较器1147输出的比较信号可以对应于根据从外部入射的光的照度而变化的图像信号与图像复位信号之差。
斜坡信号发生器1160可以在时序发生器1170的控制下操作。
计数器块1150可以包括多个计数器1151。多个计数器1151分别被耦接至比较器的输出端子。计数器块1150可以根据从时序发生器1170输出的时钟信号CNT_CLK对比较信号的电平转变时间进行计数，以及输出数字信号，即计数值。计数器块1150可以输出多个数字图像信号。多个计数器1151中的每一个可以实现为可逆计数器或逐位反转计数器。
缓冲器1190可以存储从ADC块1140输出的多个数字图像信号中的每一个，感测和放大存储的数字图像信号中的每一个，以及输出放大的数字图像信号。缓冲器1190可以包括存储块1191和感测放大器1192。存储块1191可以包括均用于存储从多个计数器1151中的每一个输出的计数值的多个存储器1193。例如，计数值可以指与从多个像素输出的信号相关联的计数值。
感测放大器1192可以感测和放大从存储块1191输出的每一个计数值。图像传感器1100可以向DSP 1200输出图像数据。
根据本公开的实施例，图像传感器和图像处理系统可以在使用现有的2x2驱动模式的同时在四象限图案(quad pattern)中实现4总和模式或8总和模式操作，从而提高图像传感器的输出读出速度。
此外，因为微透镜被左右或上下对称地设置在6x6单位像素中的中心组和滤色器中的每一个的顶部，所以可以检测相位差。
本公开的这些效果和优点不限于上述实施例，并且本公开所属领域的技术人员基于以上详细描述将清楚本文未描述的其他效果和优点。
虽然已经针对特定实施例示出和描述了本公开，但是提供所公开的实施例是为了描述，而不是旨在进行限制。此外，要注意，本领域技术人员根据本公开将认识到，本公开可以在落在随附权利要求的范围之内的各种实施例中实现。此外，所述实施例可以被组合以形成附加实施例。

Claims (22)

1.一种图像传感器，包括:
中心像素组，其包括具有至少两种不同的颜色以及被设置在6x6单位像素组的中心区中的2x2像素；以及
第一颜色像素组至第四颜色像素组，每个颜色像素组对应于相应的颜色，所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组被设置为2x4像素或4x2像素的单元以围绕所述中心像素组。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组中的每一个均包括:
第一子颜色像素组，其包括多个第一光电二极管和共享所述多个第一光电二极管的第一浮动扩散节点；以及
第二子颜色像素组，其包括多个第二光电二极管和共享所述多个第二光电二极管的第二浮动扩散节点，
其中，所述第一子颜色像素组和所述第二子颜色像素组包括相同颜色的像素。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组中的每一个还包括双增益转换晶体管，所述双增益转换晶体管适于选择性地将所述第一浮动扩散节点耦接至所述第二浮动扩散节点。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：微透镜，其被设置为覆盖所述中心像素组和所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组，以及其适于共享所述中心像素组和所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组中的每一个包括的并且具有相同颜色的像素。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组中的每一个包括的并且具有相同颜色的被共享的像素包括2x1像素、1x2像素或2x2像素。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述中心像素组包括的并且具有相同颜色的被共享的像素包括2x1像素或1x2像素。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，当所述中心像素组的中心像素包括四个不同的1x1颜色像素时，所述图像传感器还包括:
第一微透镜，其被设置为覆盖所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组的2x2像素中的每一个，以及其适于共享所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组中的每一个中包括的并且具有相同颜色的所述2x2像素；以及
第二微透镜，其被设置为覆盖所述中心像素中的每一个。
8.一种图像传感器，包括:
第一子颜色像素组，包括多个第一光电二极管和共享所述多个第一光电二极管的第一浮动扩散节点；
第二子颜色像素组，包括多个第二光电二极管和共享所述多个第二光电二极管的第二浮动扩散节点；以及
双增益转换晶体管，适于选择性地将所述第一浮动扩散节点耦接至所述第二浮动扩散节点，
其中，所述第一子颜色像素组和所述第二子颜色像素组具有相同颜色的像素。
9.一种图像处理系统，包括:
图像传感器，其适于检测对象的光学图像以及输出图像数据；
数字信号处理器，其适于接收所述图像数据、处理接收的图像以及提供输出图像；以及
显示装置，其适于显示所述输出图像，
其中，所述图像传感器包括:
中心像素组，其包括具有至少两种不同的颜色并且被设置在6x6单位像素组的中心区中的2x2像素；以及
第一颜色像素组至第四颜色像素组，每个颜色像素组对应于相应的颜色，所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组被设置为2x4像素或4x2像素的单元以围绕所述中心像素组。
10.根据权利要求9所述的图像处理系统，其中，所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组中的每一个均包括:
第一子颜色像素组，其包括多个第一光电二极管和共享所述多个第一光电二极管的第一浮动扩散节点；
第二子颜色像素组，其包括多个第二光电二极管和共享所述多个第二光电二极管的第二浮动扩散节点，其中，所述第一子颜色像素组和所述第二子颜色像素组包括相同颜色的像素；以及
双增益转换晶体管，其适于选择性地将所述第一浮动扩散节点耦接至所述第二浮动扩散节点。
11.根据权利要求9所述的图像处理系统，其中，所述中心像素组的第一1x2像素具有与所述第一颜色像素组相同的颜色，以及所述中心像素组的第二1x2像素具有与所述第二颜色像素组相同的颜色。
12.根据权利要求11所述的图像处理系统，还包括：微透镜，其被左右对称地设置为1x2像素的单元，以覆盖所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组以及所述中心像素组的所述第一1x2像素和所述第二1x2像素。
13.根据权利要求9所述的图像处理系统，其中，所述中心像素组的第一2x1像素具有与所述第一颜色像素组相同的颜色，以及所述中心像素组的第二2x1像素具有与所述第二颜色像素组相同的颜色。
14.根据权利要求13所述的图像处理系统，还包括：微透镜，其被上下对称地设置为2x1像素的单元，以覆盖所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组以及所述中心像素组的所述第一2x1像素和所述第二2x1像素。
15.根据权利要求13所述的图像处理系统，其中，所述中心像素组的第一1x1像素具有与所述第一颜色像素组相同的颜色，所述中心像素组的第二1x1像素具有与所述第二颜色像素组相同的颜色，所述中心像素组的第三1x1像素具有与所述第三颜色像素组相同的颜色，并且所述中心像素组的第四1x1像素具有与所述第四颜色像素组相同的颜色。
16.根据权利要求15所述的图像处理系统，还包括:
第一微透镜，其被上下且左右对称地设置为2x2像素的单元，以覆盖所述第一颜色像素组至所述第四颜色像素组中的每一个；以及
第二微透镜，其被设置为覆盖所述中心像素组的所述第一1x1像素至所述第四1x1像素中的每一个。
17.一种图像传感器，包括:
中心像素组，其具有各自对应于不同的颜色的至少两个子像素组；以及
多个边界像素组，每个边界像素组对应于相应的颜色，以及所述多个边界像素组被设置为围绕所述中心像素组。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述中心像素组和所述边界像素组：形成具有顶行和与所述顶行相对的底行的6x6单位像素组，以及
其中，所述中心像素组具有2x2像素，以及所述边界像素组中的每一个具有2x4像素或4x2像素。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述边界像素组包括:
2x4 B像素的第一颜色像素组，其被设置在所述6x6单位像素组的顶侧的左上部；
4x2 Gb像素的第二颜色像素组，其被设置在所述6x6单位像素组的顶侧的右上部；
4x2 Gr像素的第三颜色像素组，其被设置在所述6x6单位像素组的底侧的左下部；以及
2x4 R像素的第四颜色像素组，其被设置在所述6x6单位像素组的底侧的右下部。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述中心像素组包括:
具有1x2 Gb像素的第一中心像素组；以及
具有1x2 Gr像素的第二中心像素组。
21.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述中心像素组包括:
具有2x1 Gr像素的第一中心像素组；以及
具有2x1 Gb像素的第二中心像素组。
22.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述中心像素组包括:
1x1 B像素，其被设置在所述中心像素组的相对于所述6x6单位像素组的所述顶侧的左上部；
1x1 GB像素，其被设置在所述中心像素组的相对于所述6x6单位像素组的所述顶侧的右上部；
1x1 Gr像素，其被设置在所述中心像素组的相对于所述6x6单位像素组的所述底侧的左下部；以及
1x1 R像素，其被设置在所述中心像素组的相对于所述6x6单位像素组的所述底侧的右下部。
CN202211197501.4A 2021-12-31 2022-09-29 图像传感器及图像处理系统 Pending CN116389929A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210194335A KR20230103437A (ko) 2021-12-31 2021-12-31 이미지 센서 및 이미지 처리 시스템
KR10-2021-0194335 2021-12-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116389929A true CN116389929A (zh) 2023-07-04

Family

ID=86962037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211197501.4A Pending CN116389929A (zh) 2021-12-31 2022-09-29 图像传感器及图像处理系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230217119A1 (zh)
KR (1) KR20230103437A (zh)
CN (1) CN116389929A (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230103437A (ko) 2023-07-07
US20230217119A1 (en) 2023-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11483509B2 (en) Imaging element, imaging method and electronic apparatus
US10051212B2 (en) Solid state imaging apparatus, signal reading method, and electronic apparatus
CN105789232B (zh) 半导体集成电路和电子设备
TWI446789B (zh) 固態影像感測器件、固態影像感測器件之類比至數位轉換方法、及電子裝置
JP5959829B2 (ja) 固体撮像装置
CN112786632B (zh) 包括彼此镜像对称的像素的图像传感器
JP2014049727A (ja) 固体撮像装置
CN111556259B (zh) 包括数字像素的图像传感器
JP2012019516A (ja) イメージセンサのカラム回路およびピクセルビニング回路
KR20110029217A (ko) 내부 변환을 통하여 ｒｇｂ베이어 신호를 출력하는 이미지 센서와 이를 포함하는 이미지 처리 장치
KR20200118723A (ko) 픽셀 그룹들을 포함하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
JP7314061B2 (ja) 撮像装置及び電子機器
JP2020162111A (ja) イメージ処理システム、イメージセンサ、イメージセンサの駆動方法
CN106169492A (zh) 摄像装置和电子设备
CN110035242B (zh) 包括在图像传感器中的像素阵列和图像传感器
CN101282484A (zh) 图像感测设备和图像捕获系统
KR102709670B1 (ko) 이미지 센서
CN116389929A (zh) 图像传感器及图像处理系统
CN103782585A (zh) 具有可编程集群的像素矩阵
EP2838255A1 (en) Solid-state image pickup device
EP4184934B1 (en) Image sensor
KR102712158B1 (ko) 광 센싱 회로 및 이를 포함하는 이미지 센서
TW202428042A (zh) 影像感測器、包含該影像感測器的影像處理系統及其操作方法
US20240304647A1 (en) Image Sensor Signal Path Routing
CN118786685A (zh) 固体拍摄元件，以及具备固体拍摄元件的拍摄装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination