图像传感器、具有该图像传感器的成像装置及其操作方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2019年11月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2019-0154073的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

本公开涉及图像传感器、具有该图像传感器的成像装置、及其操作方法。

背景技术：

通常，图像传感器可以将光学图像转换为电信号。近来，随着计算和通信产业的发展，在各个领域中对于改进的图像传感器的需求正在增加。图像传感器可以包括电荷耦合器件(ccd)和互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。cmos图像传感器可以容易地被驱动，并且可以将信号处理电路集成在单个芯片上，从而使产品小型化。cmos图像传感器还具有非常低的功耗，使得其可以容易地应用于具有有限电池容量的产品。而且，cmos图像传感器可以与cmos工艺技术互换使用，从而降低制造成本。因此，由于随着技术发展实现了高分辨率，cmos图像传感器的使用正在迅速增加。

技术实现要素：

提供了一种具有宽动态范围的图像传感器、具有该图像传感器的成像装置、及其操作方法。

根据实施例，一种图像传感器包括：第一采样电容器，其对应于第一照度并连接到电源端子；第二采样电容器，其对应于第二照度并连接到所述电源端子；第三采样电容器，其连接在第一采样节点与第二采样节点之间；第一晶体管，其连接在光电二极管和浮动扩散节点之间，并被配置为由传输栅极信号控制；第二晶体管，其连接在所述电源端子和扩展节点之间，并被配置为由复位栅极信号控制；第三晶体管，其连接在所述扩展节点和所述浮动扩散节点之间，并被配置为由转换增益栅极信号控制；第四晶体管，其具有连接到所述电源端子的漏极、连接到采样节点的源极和连接到所述浮动扩散节点的栅极；第五晶体管，其连接在所述采样节点和接地端子之间，并被配置为由通过信号控制；第六晶体管，其连接在所述采样节点和所述第一采样节点之间，并被配置为由采样信号控制；第七晶体管，其连接在所述第一采样电容器和所述第一采样节点之间，并被配置为由第一开关信号控制；第八晶体管，其连接在所述第二采样电容器和所述第一采样节点之间，并被配置为由第二开关信号控制；第九晶体管，其连接在所述电源端子和所述第二采样节点之间，并被配置为由操作信号控制；第十晶体管，其具有连接到所述电源端子的漏极和连接到所述第二采样节点的栅极；以及第十一晶体管，其连接在所述第十晶体管的源极和相应的列线之间，并被配置为由选择信号控制。

根据实施例，一种成像装置包括：至少一个像素阵列，其具有连接在多条行线和多条列线之间的多个像素；行驱动器，其被配置为从所述多条行线中选择行线；读出电路，其被配置为从所述多条列线中的与所述多个像素中的连接到所选择的行线的像素相对应的列线接收模拟像素信号，并且将接收到的模拟像素信号转换为数字信号；列驱动器，其被配置为基于所述数字信号输出与所述列线相对应的图像数据；时序控制器，其被配置为控制所述至少一个像素阵列、所述行驱动器、所述读出电路和所述列驱动器的操作时序；以及图像信号处理器，其被配置为处理从所述列驱动器输出的所述图像数据，其中，所述多个像素中的每一个被配置为执行与第一照度相对应的第一采样操作和与低于所述第一照度的第二照度相对应的第二采样操作。

根据实施例，一种图像传感器的操作方法包括：在至少一个像素中执行对应于第一照度的第一采样操作；在所述至少一个像素中执行对应于第二照度的第二采样操作；以及在所述至少一个像素中，输出对应于所述第一采样操作的第一像素电压，或者输出对应于所述第二采样操作的第二像素电压。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本公开的上述和其他方面、特征和其他优点，在附图中：

图1是示意性地示出根据示例实施例的成像装置10的示图；

图2是示意性地示出根据示例实施例的图像传感器100的示图；

图3是示意性地示出根据示例实施例的像素px的示图；

图4是示意性地示出根据示例实施例的图3所示的像素px的操作的时序图；

图5a、图5b和图5c是概念性地示出根据示例实施例的高照度下的像素px的采样操作的示图；

图6a、图6b和图6c是概念性地示出根据示例实施例的低照度下的像素px的采样操作的示图；

图7是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxa的示图；

图8是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxb的示图；

图9是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxc的示图；

图10是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxd的示图；

图11是示意性地示出根据示例实施例的2-pd结构的像素的示图；

图12是示意性地示出根据另一示例实施例的图像传感器300的示图；以及

图13是示意性地示出根据示例实施例的像素的操作的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图清楚地和详细地描述实施例。下面描述的实施例都是示例性的，因此，本发明构思不限于下面公开的这些实施例，并且可以以各种其它形式实现。

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可被配置为检测对象。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可以包括沿着多条行线和多条列线以阵列形式设置的多个像素。多个像素中的每一个可以包括颜色过滤器以使特定波长的光通过。例如，颜色过滤器可以使波长的可见区域中的特定颜色区域的波长通过。例如，颜色过滤器可以是使红色区域的波长通过的红色过滤器、使绿色区域的波长通过的绿色过滤器和使蓝色区域的波长通过的蓝色过滤器中的至少一种。此外，颜色过滤器可以是青色过滤器、黄色过滤器和品红色过滤器中的至少一种。

在示例实施例中，多个像素中的每一个可以包括光电转换元件。例如，多个像素px中的每一个可以包括：响应于外部入射光信号而产生电荷的光电二极管，和生成与从光电二极管产生的电荷相对应的电信号的像素电路。这里，光电二极管可以是具有在pn结之间插入本征半导体层的结构的pin光电二极管。此外，光电二极管也可以是在pn结之间具有雪崩层的雪崩光电二极管(apd)。

在示例实施例中，多个像素中的每一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二极管，以生成与各种颜色的光相对应的像素信号或提供自动聚焦功能。

此外，每个像素可以包括用于根据由光电二极管产生的电荷生成像素信号的像素电路。这里，像素电路可以包括传输晶体管、驱动晶体管(例如，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像素中的每一个的复位电压和像素电压并计算其差来获得像素信号。像素电压可以是与多个像素中的每个像素中包括的光电二极管中产生的电荷相对应的电压。

此外，像素电路可以被配置为改变转换增益。在示例实施例中，可以通过导通或关断至少一个晶体管来执行转换增益的可变性。例如，像素电路可以根据转换增益晶体管是导通还是关断来执行双转换增益。

此外，像素电路可以被配置为根据各种照度执行采样操作。在示例实施例中，像素电路可以使用采样电容器执行双采样操作。例如，像素电路可以执行对应于高照度的第一采样操作和对应于低照度的第二采样操作。

在示例实施例中，彼此相邻的至少两个像素可以构成一个像素组。这里，像素组中包括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一些。

行驱动器120可以被配置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可以被配置为将从像素阵列110生成的模拟像素信号转换为数字信号,并输出该数字信号。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，多个采样器中的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由行驱动器120选择的行线中包括的像素，并且可以检测来自于相应像素的复位电压和像素电压。采样器可以将复位电压和像素电压中的每一个与斜坡电压进行比较，并输出其结果。adc可将由采样器输出的比较结果转换为数字信号并输出该数字信号。adc可以将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，并将转换后的数字信号传送到列驱动器140。

列驱动器140可以包括锁存器或缓冲器电路以及用于临时存储数字信号的放大电路。列驱动器140可以处理从读出电路130接收的数字信号。例如，列驱动器140可以将数字信号中的与从多条列线中选择的列线相对应的图像数据输出到图像信号处理器200。

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。具体地，时序控制器150可以调整像素操作时序以改变转换增益。此外，时序控制器150可以调整像素操作时序以根据照度执行多采样操作。

图像信号处理器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200可以处理图像数据以生成结果图像，并且将结果图像传输到显示器或将结果图像存储在存储器中。例如，图像信号处理器200可以执行诸如颜色插值、颜色校正、伽马校正、颜色空间转换、边缘校正等的信号处理操作，以生成图像数据。

根据示例实施例的成像装置10可包括图像传感器100，图像传感器100具有可改变转换增益并根据照度执行多采样的像素，从而确保高动态范围(hdr)。

图2是示意性地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可包括设置在多条行线rl与多条列线cl的交叉点处的多个像素px11至pxmn。

行驱动器120可通过多条行线rl输入控制多个像素px11至pxmn所需的信号。例如，行驱动器120可通过多条行线rl将可为复位栅极信号rg的复位控制信号、可为传输栅极信号tg的传输控制信号或可为选择信号sl的选择控制信号提供到多个像素px11至pxmn。行驱动器120可以顺序地选择多条行线rl中的每一条。行驱动器120可以在预定水平周期期间选择多条行线rl中的一条。

读出电路130可以包括斜坡电压发生器131、采样电路132和adc133。从adc133输出的数据可以输入到例如图1的列驱动器140。

斜坡电压发生器131可被配置为响应于斜坡激活信号而生成斜坡信号rmp。斜坡信号可以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可以包括相关双采样器。采样器sa中的每一个可以通过第一输入端子接收斜坡电压发生器131的斜坡信号rmp，并且通过第二输入端子接收来自于多个像素px11至pxmn的复位电压/像素电压。

adc133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。

在实施例中，可以以两堆叠结构来实施图像传感器100。例如，像素阵列和诸如行解码器、cds和adc的外围电路可以设置在第一层上，并且逻辑电路(例如，电源电路、i/o接口、isp等)可以被配置在第二层上。在另一示例中，可以仅像素阵列设置在第一层上，并且外围电路和逻辑电路可以设置在第二层上。

在实施例中，可以以双转换增益和双采样电容器结构来实施根据示例实施例的像素px。

图3是示意性地示出根据示例实施例的像素px的示图。参照图3，像素px可以包括光电二极管pd以及第一晶体管t1至第十一晶体管t11。

光电二极管pd可以连接到接地端子gnd。

第一晶体管t1可连接在光电二极管pd与浮动扩散节点fd之间，并且可由传输栅极信号tg控制。在实施例中，浮动扩散节点fd可包括对应于浮动扩散区的浮动扩散电容器cfd。

第二晶体管t2可连接在提供像素驱动电压的电源端子vpix和扩展节点ext之间，并且可由复位栅极信号rg控制。在示例实施例中，扩展电容器cext可连接在电源端子vpix和扩展节点ext之间。在另一示例实施例中，扩展电容器cext可连接在接地端子gnd和扩展节点ext之间。

第三晶体管t3可连接在扩展节点ext与浮动扩散节点fd之间，并且可由转换增益栅极信号dcg控制。

第四晶体管t4可包括连接到电源端子vpix的漏极、连接到采样节点sn的源极、以及连接到浮动扩散节点fd的栅极。

第五晶体管t5可连接到采样节点sn和接地端子gnd，并且可由通过信号pc控制。

第六晶体管t6可连接在采样节点sn和第一采样节点x之间，并且可由采样信号samp控制。

第七晶体管t7可连接在用于第一照度的第一采样电容器c1l与第一采样节点x之间，并且可由第一开关信号swl控制。这里，用于第一照度的第一采样电容器c1l可连接在电源端子vpix和第七晶体管t7的漏极之间。这里，第一照度可以是高照度。

第八晶体管t8可连接在用于第二照度的第二采样电容器c1h与第一采样节点x之间，并且可由第二开关信号swh控制。这里，用于第二照度的第二采样电容器c1h可连接在电源端子vpix和第八晶体管t8的漏极之间。这里，第二照度可以是低照度。

第九晶体管t9可连接在电源端子vpix和第二采样节点y之间，并且可由操作信号cal控制。这里，第三采样电容器c2可连接在第一采样节点x和第二采样节点y之间。

第十晶体管t10可包括连接到电源端子vpix的漏极和连接到第二采样节点y的栅极。

第十一晶体管t11可以连接在第十晶体管t10的源极和相应的列线cl之间，并且可由选择信号sl控制。

根据示例实施例的像素px可执行双转换增益，并且可根据第一照度和第二照度执行双采样操作。

图4是示意性地示出图3所示的像素px的操作的时序图。参照图3和图4，像素px可以如下操作。

首先，像素px可执行将溢出的电荷通过浮动扩散节点fd存储到采样电容器c1l、c1h和c2的操作。当复位栅极信号rg处于高电平状态时，传输栅极信号tg可以处于高电平状态。在这种情况下，因为转换增益栅极信号dcg处于高电平状态，所以光电二极管pd的电荷可以被传输到由浮动扩散节点fd和扩展电容器cext形成的区域。此外，采样信号samp、通过信号pc、第一开关信号swl和第二开关信号swh处于高电平，存储在浮动扩散节点fd和扩展电容器cext中的电荷可被传输到用于第一照度的第一采样电容器c1l、用于第二照度的第二采样电容器c1h、以及第三采样电容器c2。因此，从光电二极管pd溢出的电荷可以存储在采样电容器c1l、c1h和c2中。

在实施例中，在将溢出的电荷存储在采样电容器c1l、c1h和c2中之后，可以执行低照度采样操作。在传输栅极信号tg维持在高电平状态之后，采样信号samp和通过信号pc可以维持在高电平达预定时间。在这种情况下，因为第一开关信号swl处于低电平状态且第二开关信号swh处于高电平状态，所以用于第二照度的第二采样电容器c1h可存储浮动扩散节点fd的电荷。这里，第二照度可以是具有高转换增益(hcg)的低照度。此后，通过将通过信号pc和选择信号sl改变为高电平状态，可读取用于第二照度的第二采样电容器c1h的信号电压。此后，在采样信号samp处于高电平状态的同时，操作信号cal可以维持在高电平状态达预定时间。结果，用于复位状态c1hrst的电荷可存储在用于第二照度的第二采样电容器c1h中。此后，可通过用于第二照度的第二采样电容器c1h的复位电压来在预定时间内读取处于低电平状态的采样信号samp。通过上述过程，可执行低照度采样操作。

在实施例中，在执行低照度采样操作之后，可以执行高照度采样操作。因为第一开关信号处于高电平状态并且第二开关信号swh处于低电平状态，所以当选择信号sl处于低电平状态时，用于第一照度的第一采样电容器c1l可以存储浮动扩散节点fd的电荷。这里，第一照度可以是具有低转换增益(lcg)的高照度。此后，通过将选择信号sl改变为高电平状态，可以读取用于第一照度的第一采样电容器c1l的信号电压。此后，在采样信号samp处于高电平状态的同时，操作信号cal可以维持在高电平状态达预定时间。因此，可以将用于复位状态c1lrst的电荷存储在用于第一照度的第一采样电容器c1l中。此后，可通过用于第一照度的第一采样电容器c1l的复位电压来在预定时间内读取处于低电平状态的采样信号samp。通过上述过程，可执行高照度采样操作。

图5a、图5b、和图5c是概念性地示出根据实施例的高照度下的像素px的采样操作的示图。

在高照度下可产生溢出的电荷。参照图5a，像素px可以响应于处于导通状态的转换增益栅极信号dcg而将来自于光电二极管pd的溢出的电荷存储在由浮动扩散节点fd和扩展电容器cext形成的区域中。当采样信号samp和第一开关信号swl处于高电平状态时，用于第一照度的第一采样电容器c1l可存储与溢出的电荷相对应的电荷。

在如图5a所示将溢出的电荷存储在用于第一照度的第一采样电容器c1l中之后，在转换增益栅极信号dcg处于关断状态的同时，传输栅极信号tg可处于导通状态，如图5b所示。在图5b中，光电二极管pd的电荷可被传输到浮动扩散节点fd。结果，浮动扩散节点fd可以存储从光电二极管pd溢出的电荷和从光电二极管pd传输的电荷。

在如图5b所示将光电二极管pd的电荷存储在浮动扩散节点fd中之后，可关断传输栅极信号tg，如图5b所示。当采样信号samp和第二开关信号swh处于高电平状态时，用于第二照度的第二采样电容器c1h可以存储与存储在光电二极管pd中的电荷相对应的电荷。

如上所述，可通过图5a、图5b和图5c所示的过程完成高照度的情况下的像素px的采样操作。

图6a、图6b和图6c是概念性地示出根据实施例的低照度下的像素px的采样操作的示图。

在低照度下，如图5a所示的溢出的电荷可能不会发生。参照图6a，像素px可以响应于处于导通状态的转换增益栅极信号dcg而将来自于光电二极管pd的电荷存储在由浮动扩散节点fd和扩展电容器cext形成的区域中。因为没有电荷从光电二极管pd溢出，所以用于第一照度的第一采样电容器的电荷量将不改变。

此后，参照图6b，可以在转换增益栅极信号dcg被关断的同时导通传输栅极信号tg。如图6b所示，光电二极管pd的电荷可以被传输到浮动扩散节点fd。结果，浮动扩散节点fd可以存储从光电二极管pd传输的电荷。

在如图6b所示将光电二极管pd的电荷存储在浮动扩散节点fd中之后，参照图6c，可关断传输栅极信号tg。当采样信号samp和第二开关信号swh处于高电平状态时，用于第二照度的第二采样电容器c1h可存储与存储在光电二极管pd中的电荷相对应的电荷。

如上所述，可通过图6a、图6b和图6c所示的过程完成低照度的情况下的像素px的采样操作。

在实施例中，像素可以添加小尺寸光电二极管用于发光二极管(led)闪烁减轻。

图7是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxa的示图。参照图7，像素pxa与图3所示的像素px的不同之处在于，像素pxa添加了连接在扩展节点ext与接地端子gnd之间的次级光电二极管(spd)，并且扩展电容器cext连接到接地端子gnd，而不是连接到电源端子vpix。

根据示例实施例的像素pxa可通过仅针对长曝光(＞10ms)使用小尺寸pd来对应于led闪烁减轻。

此外，根据示例实施例的像素pxa可通过添加c1h和c1l而以最小时间间隔存储像素内hcc/lcg信号数据。结果，可以最小化高动态范围(hdr)和运动伪影。

在实施例中，图3至图7中所示的像素px和pxa是具有晶体管t3以实施双转换增益的像素。然而，像素可不使用晶体管来实施双转换增益。例如，像素可通过使用传输晶体管的电荷传输的时间差来实施双转换增益。例如，传输晶体管可在高照度下在短于参考值的时间将电荷传输到浮动扩散节点fd，并且可在低照度下在长于所述参考值的时间将电荷传输到浮动扩散节点fd。

图8是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxb的示图。参照图8，像素pxb与图3所示的像素px的不同之处在于省略了第三晶体管t3。

在实施例中，图3至图8中所示的像素px、pxa和pxb包括具有伽马(γ)结构的采样电容器c1l、c1h和c2。然而，采样电容器的类型不必限于伽马类型。例如，可以以pi(π)型结构实施采样电容器。

图9是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxc的示图。参照图9，像素pxc与图3所示的像素px的不同之处在于采样电容器c1l、c1h和c2之间的连接关系。

如图9所示，采样电容器c1l、c1h和c2可以以pi(π)结构连接。第一开关swl和第二开关swh可以连接到第一采样节点。用于第一照度的第一采样电容器c1l可连接到第一开关swl和接地端子gnd，用于第二照度的第二采样电容器c1h可连接在第二开关swh和接地端子gnd之间。第九晶体管t9可响应于操作信号cal而连接第一采样节点x和第二采样节点y。第三采样电容器c2可连接在第二采样节点y和接地端子gnd之间。

在实施例中，根据示例实施例的像素可共享多个光电二极管。

图10是示意性地示出根据另一示例实施例的像素pxd的示图。参照图10，像素pxd与图3所示的像素px的不同之处在于，像素pxd包括多个光电二极管pd1、...、pdk以及多个传输晶体管t1_1、...、t1_k。所述多个传输晶体管t1_1、...、t1_k中的每一个可将由对应的传输栅极信号tgs1、...tgsk控制的光电二极管pd1、...、pdk的电荷传输到浮动扩散区，该浮动扩散区可对应于浮动扩散节点fd。

在实施例中，根据示例实施例的像素可以以共享一个浮动扩散区的2-pd结构来实施。

此外，在图7至图10中，基于节点sn的包括pd的左部可以位于传感器的顶板上。另外，可以在传感器的下板上以堆叠形状实施包括晶体管t5的右部。

在实施例中，全局快门可以包括颜色过滤器以处理rgb数据。此外，全局快门可以通过具有没有颜色过滤器的透明层并吸收红外线，而被驱动为ir全局快门。

图11是示意性地示出2-pd结构的像素的示图。例如，图11可示出两个像素：g像素px1和r像素px2，这两个像素中的每一个可为具有左pd和右pd的2-pd像素。参照图11，2-pd像素可以通过像素内深沟槽隔离(dti)将左pd和右pd分离。浮动扩散区可共同连接到设置在像素中的一对左pd和右pd。也就是说，浮动扩散区可以共同连接到四个光电转换元件。例如，浮动扩散区可以包括n型杂质。设置在第一像素px1的衬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的衬底上的第一传输栅极tg1和第二传输栅极tg2可共享浮动扩散区。

在实施例中，px1和px2之间的dti的长度可以比像素内dti的长度长。在实施例中，衬底的第一表面和第二表面可通过前部深沟槽隔离fdti连接。在实施例中，像素内dti可以通过在具有微透镜的部分中延伸来形成，如图11所示。在其他实施例中，像素内dti可以通过在fd附近延伸来形成。在实施例中，像素内dti可以不连接到衬底。

在实施例中，根据示例实施例的图像传感器可以设置有多个像素阵列。

图12是示意性地示出根据另一示例实施例的图像传感器300的示图。参照图12，图像传感器300可包括像素阵列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adc370。

像素阵列310可以检测从对象反射的光以生成对象信息和/或对象的图像信息。像素阵列310可以包括以二维矩阵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，彩色像素阵列可具有拜耳图案的像素。在示例实施例中，第二像素层313可以是深度像素阵列(dpa)。例如，深度像素阵列可包括多个2-pd像素或金属屏蔽像素。在示例实施例中，第二像素层313可以包括用于根据温度执行深度校正的至少一个温度传感器。在实施例中，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。

在实施例中，多个像素层311、313和315中的每一个可以具有执行双转换增益或双采样的至少一个像素，如图1至图11所示。

在实施例中，应当理解，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执行不同功能的至少两个像素层。

控制单元325可生成用于控制行解码器333、行驱动器335、列解码器353、列驱动器355以及多个adc371、373和375中的每一个的操作的控制信号。例如，控制单元325可以生成多个行控制信号，用于在多个堆叠的像素层311、313和315中的每一个中包括的多条行线中选择特定的行线。在示例实施例中，控制单元325可以设置在与像素阵列310不同的层上。

行解码器333可以对从控制单元325输出的多个行控制信号(例如，行地址信号)进行解码，并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输出的多个行选择信号中的每一个，来驱动多个像素层311、313和315中的每一个中包括的多个行中的至少一行中包括的像素。

列解码器353可以对从控制单元325输出的多个列控制信号(例如，列地址信号)进行解码，并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输出的多个列选择信号中的每一个，来驱动多个像素层311、313和315中的每一个中包括的多条列线中的每一条。

在实施例中，尽管图12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，但是本发明构思不必限于此。根据示例实施例，图像传感器300可以包括用于驱动多个像素层311、313和315中的每一个的行线或列线的多个行驱动器或多个列驱动器。在实施例中，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adc371、373和375中的每一个可以对从多个像素层311、313和315中的每一个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isp200。例如，图像数据可以包括目标信息或图像信息。

根据示例实施例，多个adc371、373和375中的每一个还可以包括cds电路，用于对从多个像素层311、313和315中的每一个输出的信号执行相关双采样。在这种情况下，多个adc371、373和375中的每一个可以将相关双采样信号与斜坡信号进行比较，并输出比较结果作为图像数据。

图像信号处理器(isp)200可处理以显示图像数据。

在实施例中，根据示例实施例的成像装置10可应用于电子装置。

图13是示意性地示出根据示例实施例的像素的操作的流程图。参照图13，像素的操作可以如下进行。

在操作s110处，可对像素px执行对应于第一照度的第一采样操作。对应于第一采样操作的电荷可存储在用于第一照度的电容器c1l中。在操作s120处，可对像素px执行对应于第二照度的第二采样操作。对应于第二采样操作的电荷可存储在用于第二照度的电容器c1h中。在操作s130处，可输出对应于第一采样操作的第一像素电压，或者可输出对应于第二采样操作的第二像素电压。

如上所述，根据示例实施例，图像传感器、具有该图像传感器的成像装置及其操作方法可通过包括执行双转换增益和双采样的像素来实施宽动态范围。

本发明构思的各种有利优点和效果不限于上述描述。尽管上面已经示出和描述了示例实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离由所附权利要求所限定的本公开的范围的情况下进行修改和变化。