图像传感器和图像传感器的操作方法与流程

发明构思涉及图像传感器和图像传感器的操作方法。

背景技术：

1、捕获图像并将捕获的图像转换为电信号的图像传感器除了用于针对普通消费者的电子装置(诸如，数码相机、移动电话的相机和便携式摄录像机)之外，还用于安装在车辆、安全装置和机器人上的相机。这样的图像传感器包括像素阵列，并且像素阵列中包括的每个像素可以包括光感测元件。光感测元件可以根据吸收的光的强度生成电信号。

2、为了提高图像传感器的分辨率，像素的尺寸不断减小，并且即使像素的尺寸减小，也需要用于保持或提高图像的图像质量的技术。动态范围可能影响图像传感器的图像质量，并且当高动态范围(hdr)被设置时，图像的亮区域和暗区域可以被详细地表示。

3、图像的动态范围(即，可以表示从暗部分到亮部分的图像亮度的范围)可以被定义为最亮像素值相对于最暗像素值的比率。通过调整指示亮度(诸如，图像的亮度)的像素值来执行控制动态范围的处理。用于通过提高图像的动态范围来增强图像质量的技术被称为hdr方法。在图像传感器中，就图像质量改善而言，需要确保hdr。

技术实现思路

1、发明构思的一些示例实施例提供了一种像素阵列的结构以及所述像素阵列的操作方法，在所述像素阵列中，包括红色、绿色、蓝色和白色(rgbw)像素的像素阵列的高动态范围可以被提高。

2、根据发明构思的一些示例实施例，提供了一种图像传感器。

3、所述图像传感器可以包括：像素阵列，包括多个白色像素、多个彩色像素和多个自动聚焦(af)像素；以及行驱动器，被配置为生成施加到像素阵列的信号，其中，像素阵列的所述多个白色像素、所述多个彩色像素和所述多个af像素中的每个包括光电二极管和与光电二极管串联连接的传输晶体管，包括所述多个白色像素和所述多个彩色像素的第一共享像素包括第一转换增益晶体管和第二转换增益晶体管，第一转换增益晶体管和第二转换增益晶体管各自被配置为控制第一共享像素的转换增益，包括所述多个白色像素和所述多个彩色像素中的一些以及所述多个af像素中的一些的第二共享像素包括第三转换增益晶体管和第四转换增益晶体管，第三转换增益晶体管和第四转换增益晶体管各自被配置为控制第二共享像素的转换增益，白色像素控制线与所述多个白色像素中的每个所包括的传输晶体管的栅极连接，彩色像素控制线与所述多个彩色像素中的每个所包括的传输晶体管的栅极连接，af像素控制线与所述多个af像素中的每个所包括的传输晶体管的栅极连接，并且第一转换增益晶体管、第二转换增益晶体管、第三转换增益晶体管和第四转换增益晶体管分别与不同的转换增益控制线连接。

4、根据发明构思的一些示例实施例，提供了一种图像传感器。

5、所述图像传感器可以包括：像素阵列，包括多个白色像素、多个彩色像素和多个af像素，其中，像素阵列包括：第一共享像素，包括所述多个白色像素中的第一两个白色像素和所述多个彩色像素中的第一两个彩色像素，第二共享像素，包括所述多个白色像素中的第二两个白色像素、第一自动聚焦x(afx)像素和第一af像素，以及第三共享像素，包括所述多个彩色像素中的第二两个彩色像素、第二afx像素和第二af像素，其中，与包括在第一共享像素和第二共享像素中的白色像素所对应的光电二极管串联连接的传输晶体管的栅极连接到白色像素控制线，与包括在第一共享像素、第二共享像素和第三共享像素中的彩色像素所对应的光电二极管串联连接的传输晶体管的栅极连接到彩色像素控制线，与包括在第一af像素和第二af像素中的子像素所对应的光电二极管串联连接的传输晶体管的栅极连接到af像素控制线，与包括在第一afx像素中的彩色像素所对应的光电二极管串联连接的传输晶体管的栅极连接到第一afx像素控制线，并且与包括在第二afx像素中的白色像素所对应的光电二极管串联连接的传输晶体管的栅极连接到第二afx像素控制线。

6、根据发明构思的一些示例实施例，提供了一种包括多个子像素的图像传感器的操作方法，其中，所述多个子像素包括多个白色像素、多个彩色像素和多个af像素，所述图像传感器还包括时序控制器，时序控制器被配置为控制施加到所述多个子像素的信号的时序，所述操作方法包括：由时序控制器确定施加到与所述多个白色像素连接的白色像素控制线的信号、施加到与所述多个彩色像素连接的彩色像素控制线的信号和施加到与所述多个af像素连接的af像素控制线的信号中的每个在快门区段的首次开启时序和在读出区段的二次开启时序；以及由时序控制器控制施加到第一高转换控制线和第一低转换控制线中的每条的用于控制不包括所述多个af像素中的一些的第一共享像素的转换增益的信号以及施加到第二高转换控制线和第二低转换控制线中的每条的用于控制包括所述多个af像素中的一些的第二共享像素的转换增益的信号从第二电平到第一电平的转变时序。

技术特征：

1.一种图像传感器，包括：

2.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：时序控制器，时序控制器被配置为控制由行驱动器生成的信号的时序，其中，时序控制器还被配置为独立于施加到白色像素控制线的信号、施加到彩色像素控制线的信号和施加到自动聚焦像素控制线的信号来控制快门区段的首次开启时序和读出区段的二次开启时序。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，第一有效积分时间eit区段的长度与第二eit区段的长度相同，第一eit区段是施加到白色像素控制线的信号的首次开启时序与二次开启时序之间的区段，第二eit区段是施加到彩色像素控制线的信号的首次开启时序与二次开启时序之间的区段。

4.如权利要求2所述的图像传感器，其中，第一有效积分时间eit区段的长度比第二eit区段的长度长，第一eit区段是施加到白色像素控制线的信号的首次开启时序与二次开启时序之间的区段，第二eit区段是施加到彩色像素控制线的信号的首次开启时序与二次开启时序之间的区段。

5.如权利要求2所述的图像传感器，其中，时序控制器还被配置为：控制由行驱动器生成的信号的时序，以对施加到自动聚焦x像素控制线的信号在快门区段执行首次开启而在读出区段不执行二次开启，自动聚焦x像素控制线与传输晶体管的栅极连接，该传输晶体管与第二共享像素的在对角线方向上面对自动聚焦像素的子像素连接。

6.如权利要求2至5中的任一项所述的图像传感器，其中，时序控制器还被配置为：在分别控制施加到白色像素控制线的信号、施加到彩色像素控制线的信号和施加到自动聚焦像素控制线的信号的首次开启时序和二次开启时序期间，控制第一转换增益晶体管、第二转换增益晶体管、第三转换增益晶体管和第四转换增益晶体管是否导通。

7.如权利要求6所述的图像传感器，其中，时序控制器还被配置为：控制第一转换增益晶体管、第二转换增益晶体管、第三转换增益晶体管和第四转换增益晶体管是否导通，使得第一共享像素和第二共享像素两者在高转换增益操作模式下操作。

8.如权利要求6所述的图像传感器，其中，

9.如权利要求6所述的图像传感器，其中，

10.一种图像传感器，包括：

11.如权利要求10所述的图像传感器，其中，第一共享像素包括各自被配置为控制第一共享像素的子像素的转换增益的第一高转换增益晶体管和第一低转换增益晶体管，并且第二共享像素包括各自被配置为控制第二共享像素的子像素的转换增益的第二高转换增益晶体管和第二低转换增益晶体管，并且第三共享像素包括各自被配置为控制第三共享像素的子像素的转换增益的第三高转换增益晶体管和第三低转换增益晶体管。

12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，第一高转换增益晶体管的栅极连接到第一高转换增益控制线，并且第一低转换增益晶体管的栅极连接到第一低转换增益控制线。

13.如权利要求12所述的图像传感器，其中，第二高转换增益晶体管的栅极和第三高转换增益晶体管的栅极连接到第二高转换增益控制线，并且第二低转换增益晶体管的栅极和第三低转换增益晶体管的栅极连接到第二低转换增益控制线。

14.如权利要求10至13中的任一项所述的图像传感器，其中，自动聚焦像素控制线包括：

15.一种图像传感器的操作方法，所述图像传感器包括多个子像素，所述多个子像素包括多个白色像素、多个彩色像素和多个自动聚焦像素，所述图像传感器还包括时序控制器，时序控制器被配置为控制施加到所述多个子像素的信号的时序，所述操作方法包括：

16.如权利要求15所述的操作方法，其中，确定在快门区段的首次开启时序和在读出区段的二次开启时序的步骤包括：

17.如权利要求16所述的操作方法，其中，第一共享像素的白色像素的首次开启与二次开启之间的时段被调整为：与第一共享像素的彩色像素的首次开启与二次开启之间的时段相同，或者比第一共享像素的彩色像素的首次开启与二次开启之间的时段长。

18.如权利要求17所述的操作方法，还包括：

19.如权利要求17所述的操作方法，还包括：

20.如权利要求15至19中的任一项所述的操作方法，还包括：

技术总结
提供了图像传感器和图像传感器的操作方法。所述图像传感器包括像素阵列，像素阵列包括多个白色像素、多个彩色像素和多个自动聚焦(AF)像素，包括所述多个白色像素和所述多个彩色像素的第一共享像素包括被配置为控制第一共享像素的转换增益的第一转换增益晶体管和第二转换增益晶体管，并且包括所述多个白色像素和所述多个彩色像素中的一些以及所述多个AF像素中的至少一个的第二共享像素包括被配置为控制第二共享像素的转换增益的第三转换增益晶体管和第四转换增益晶体管。第一转换增益晶体管、第二转换增益晶体管、第三转换增益晶体管和第四转换增益晶体管分别与不同的转换增益控制线连接。

技术研发人员：郑有胜,洪硕勇,吉俊永
受保护的技术使用者：三星电子株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12