图像传感器
阅读：1052发布：2020-08-19
专利汇可以提供图像传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种图像 传感器 ，包括：第一光电 二极管 ；第一 电路 ，所述第一电路包括连接到所述第一 光电二极管 的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的 开关 元件以及设置在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器，其中所述电容器是物理电容器；第二光电二极管；以及第二电路，所述第二电路包括连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到所述第一电路的输出的复位晶体管以及连接到所述第二转移晶体管和所述第一电路的输出的驱动晶体管。，下面是图像传感器专利的具体信息内容。
1.一种图像传感器，包括：
第一光电二极管；
第一电路，所述第一电路包括：连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及设置在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器，其中所述电容器是物理电容器；
第二光电二极管；以及
第二电路，所述第二电路包括连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到所述第一电路的输出的复位晶体管以及连接到所述第二转移晶体管和所述第一电路的输出的驱动晶体管。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述电容器是金属-绝缘体-金属电容器，即MIM电容器。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述电容器的端子连接到像素电压。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述溢出晶体管的端子连接到像素电压。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一转移晶体管的沟道、所述开关元件的沟道或所述第二转移晶体管的沟道包括铟镓锌氧化物。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述第二转移晶体管与所述驱动晶体管之间设置有浮置扩散节点。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，当所述驱动晶体管关断时，所述第二光电二极管在第一时间段被第一次感测，并且当所述驱动晶体管关断时，所述第二光电二极管在第二时间段被第二次感测，其中所述第一时间段长于所述第二时间段。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第一时间段与感测和读取所述第一光电二极管的时间段交叠，并且所述第二时间段不与感测和读取所述第一光电二极管的所述时间段交叠。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，当所述驱动晶体管接通时，所述第二光电二极管在第一时间段被第一次感测，并且当所述驱动晶体管关断时，所述第二光电二极管在第二时间段被第二次感测，其中，所述第一时间段长于所述第二时间段。
10.一种图像传感器，包括：
第一光电二极管；
第一电路，所述第一电路包括：连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及设置在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器；
第二光电二极管；以及
第二电路，所述第二电路包括连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到所述第一电路的输出的复位晶体管、以及连接到所述第一电路的输出和浮置扩散节点的驱动晶体管，其中，当所述驱动晶体管接通和关断时，转换增益是不同的。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，当所述驱动晶体管接通时，所述转换增益高，而当所述驱动晶体管关断时，所述转换增益低。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述第二转移晶体管连接到所述浮置扩散节点。
13.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述电容器、所述溢出晶体管和所述复位晶体管连接到像素电压。
14.一种图像传感器，包括：
包括有多个像素的像素阵列，第一像素包括：第一光电二极管、第一像素电路、第二光电二极管和第二像素电路，
其中，所述第一像素电路包括：连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及连接在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器，
其中，所述第二像素电路包括：连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到浮置扩散节点的驱动晶体管以及连接到像素电压的复位晶体管，
其中，所述图像传感器还包括控制器，所述控制器被配置为接通和关断所述驱动晶体管，以多次感测所述第二光电二极管。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述电容器是金属-绝缘体-金属电容器，即MIM电容器。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述电容器是物理电容器。
17.根据权利要求14所述的图像传感器，其中所述第二光电二极管的第一感测时间比所述第二光电二极管的第二感测时间长，其中所述第二感测时间发生在所述第一感测时间之后。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述驱动晶体管在所述第一感测时间期间接通，而在所述第二感测时间期间关断。
19.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述驱动晶体管在所述第一感测时间期间关断，并且在所述第二感测时间期间关断。
20.根据权利要求14所述的图像传感器，其中所述电容器、所述溢出晶体管和所述复位晶体管被提供相同的电压。
21.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一电路的输出被提供给所述复位晶体管与所述驱动晶体管之间的节点。
22.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一光电二极管小于所述第二光电二极管。
23.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述驱动晶体管连接到所述第一电路的输出节点，当所述第二光电二极管曝光时，所述输出节点用作浮置扩散区区域。
24.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第二光电二极管在第一时间被第一次感测，而所述第二光电二极管在多个第二时间被第二次感测，其中，所述多个第二时间中的每个都比所述第一时间短。
图像传感器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2018年1月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0008297、于2018年5月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-
0060446以及于2018年9月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-
0110823的优先权，通过引用将其全文并入本文。
0060446以及于2018年9月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-
0110823的优先权，通过引用将其全文并入本文。
技术领域
[0003] 本发明构思涉及图像传感器。
背景技术
[0004] 图像传感器是基于半导体的用于接收光以产生电信号的传感器。例如，图像传感器将光转换成电信号，该电信号传送用于形成图像的信息。图像传感器可以包括具有多个像素的像素阵列、用于驱动像素阵列并生成图像的电路等。多个像素可以包括用于响应外部光产生电荷的光电二极管，以及用于将光电二极管产生的电荷转换成电信号的像素电路。图像传感器在传统上用在相机中用于捕获静态图像和视频图像，但现在广泛应用于智能手机、平板电脑(PC)、笔记本电脑、电视和汽车等。近年来，已经进行了研究来增加图像传感器的动态范围，并且精确地检测来自其中发生闪烁现象的光源的光。
发明内容
[0005] 根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一光电二极管；第一电路，所述第一电路包括连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及设置在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器，其中所述电容器是物理电容器；第二光电二极管；以及第二电路，所述第二电路包括连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到所述第一电路的输出的复位晶体管以及连接到所述第二转移晶体管和所述第一电路的输出的驱动晶体管。
[0006] 根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一光电二极管；第一电路，所述第一电路包括：连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及设置在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器；第二光电二极管；以及第二电路，所述第二电路包括连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到所述第一电路的输出的复位晶体管以及连接到所述第二转移晶体管和所述第一电路的输出的驱动晶体管。
[0007] 根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一光电二极管；第一电路，所述第一电路包括：连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及设置在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器；第二光电二极管；以及第二电路，所述第二电路包括连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到所述第一电路的输出的复位晶体管、以及连接到所述第一电路的输出和浮置扩散节点的驱动晶体管，其中，当所述驱动晶体管接通和关断时，转换增益是不同的。
[0008] 根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：包括有多个像素的像素阵列，第一像素包括：第一光电二极管、第一像素电路、第二光电二极管和第二像素电路，其中，所述第一像素电路包括：连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及连接在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器，其中，所述第二像素电路包括：连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到浮置扩散节点的驱动晶体管以及连接到像素电压的复位晶体管，其中，所述图像传感器还包括控制器，所述控制器被配置为接通和关断所述驱动晶体管，以多次感测所述第二光电二极管。
[0009] 根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括：第一光电二极管；第二光电二极管；第一电路和第二电路，所述第一电路包括连接到所述第一光电二极管的溢出晶体管和第一转移晶体管、连接到所述第一转移晶体管的开关元件以及设置在所述第一转移晶体管与所述开关元件之间的电容器，所述第二电路包括连接到所述第二光电二极管的第二转移晶体管、连接到所述第一电路的输出的复位晶体管以及连接到所述第二转移晶体管的驱动晶体管；所述方法包括：当所述驱动晶体管关断时，在第一时间段感测所述第二光电二极管；以及当所述驱动晶体管关断时，在第二时间段感测所述第二光电二极管，其中所述第一时间段长于所述第二时间段，其中所述第一时间段与感测和读取所述第一光电二极管的时间段交叠，并且所述第二时间段不与感测和读取所述第一光电二极管的所述时间段交叠。附图说明
[0010] 通过结合附图详细描述本发明构思的示例性实施例，将更清楚地理解本发明构思的上述和其他特征，其中：
[0011] 图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图；
[0012] 图2和图3是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的图像处理设备的视图；
[0013] 图4和图5是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素阵列的俯视图；
[0014] 图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素电路的电路图；
[0015] 图7是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图；
[0016] 图8和图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图；
[0017] 图10、图11和图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图；
[0018] 图13是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素电路的电路图；
[0019] 图14、图15、图16和图17是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图；
[0020] 图18是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素电路的电路图；
[0021] 图19、图20A和图20B是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图；
[0022] 图21、图22、图23、图24、图25、图26和图27是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图；以及
[0023] 图28是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的电子设备的框图。
具体实施方式
[0024] 在下文中，将参考附图描述本发明构思的示例性实施例。在附图中，相同的附图标记可以表示相同的元件。
[0025] 图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的图像处理设备的框图。
[0027] 图像传感器10可以根据从图像处理器20接收的控制命令操作，并且可以将从对象30传输的光转换成电信号，以及将该电信号输出到图像处理器20。图像传感器10中包括的像素阵列11可以包括多个像素PX。多个像素PX可以包括用于接收光以产生电荷的光电二极管。在本发明构思的示例性实施例中，多个像素PX中的每个像素可以包括两个或更多个光电二极管。
[0028] 多个像素PX中的每个像素可以包括用于从光电二极管产生的电荷产生电信号的像素电路。在本发明构思的示例性实施例中，像素电路可以包括转移晶体管、驱动晶体管、选择晶体管以及复位晶体管等。当一个像素PX具有两个或更多光电二极管时，每个像素PX可以包括用于处理在两个或更多光电二极管中的每个光电二极管中产生的电荷的像素电路。例如，当一个像素PX具有两个或更多个光电二极管时，像素电路可以包括两组或更多组半导体元件，每组半导体元件至少包括转移晶体管、驱动晶体管、选择晶体管和复位晶体管。
[0029] 在本发明构思的示例性实施例中，一个像素PX可以包括第一光电二极管和第二光电二极管。此外，在本发明构思的示例性实施例中，一个像素PX可以包括用于处理在第一光电二极管中产生的电荷的第一像素电路，以及用于处理在第二光电二极管中产生的电荷的第二像素电路。第一像素电路和第二像素电路可以分别包括多个半导体元件。第一像素电路可以从第一光电二极管中产生的电荷产生第一像素信号，并将第一像素信号输出到第一列线。第二像素电路可以从第二光电二极管中产生的电荷产生第二像素信号，并将第二像素信号输出到第二列线。第一像素信号和第二像素信号均可以包括复位电压和像素电压。
[0030] 行驱动器12可以按行来驱动像素阵列11。例如，行驱动器12可以生成用于控制每个像素PX的转移晶体管的转移控制信号、用于控制每个像素PX的复位晶体管的复位控制信号、用于控制每个像素PX的选择晶体管的选择控制信号等。
[0031] 列驱动器13可以包括相关双采样器(CDS)、模数转换器(ADC)等。相关双采样器可以通过经由与由行驱动器12提供的行选择信号选择的行中所包括的像素PX连接的列线接收像素信号，来执行相关双采样。模数转换器可以将相关双采样器的输出转换成数字信号，并将该数字信号传送给读出电路14。
[0032] 读出电路14可以包括用于临时存储数字信号的锁存器或缓冲电路，以及放大电路等。读出电路14可以处理从列驱动器13接收的数字信号以生成图像数据。行驱动器12、列驱动器13和读出电路14的操作时序可以由时序控制器15确定。时序控制器15可以基于来自图像处理器20的控制命令来控制行驱动器12、列驱动器13和读出电路14。图像处理器20可以处理从读出电路14输出的图像数据，并将处理后的图像数据输出到显示设备等，或者将处理后的图像数据存储在诸如存储器的存储设备中。或者，当图像处理设备1安装在自动驾驶车辆上时，图像处理器20可以处理图像数据，并且可以将处理后的图像数据传送到用于控制自动驾驶车辆的主控制器。
[0033] 图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的图像处理设备的视图。
[0034] 参考图2，图像处理设备2可以包括像素阵列区域40、像素阵列区域40下方的逻辑电路区域50、和逻辑电路区域50下方的存储区域60等。像素阵列区域40、逻辑电路区域50和存储区域60可以彼此堆叠。在本发明构思的示例性实施例中，像素阵列区域40可以以晶片级堆叠在逻辑电路区域50上，并且存储区域60可以以芯片级附着到逻辑电路区域50的下部。
[0035] 像素阵列区域40可以包括感测区域SA和第一焊盘区域PA1，在感测区域SA中设置有多个像素PX，第一焊盘区域PA1设置在感测区域SA周围。第一焊盘区域PA1可以包括多个上焊盘PAD。多个上焊盘PAD可以通过通路连接到逻辑电路区域50的第二焊盘区域PA2，并且连接到逻辑电路LC。
[0036] 多个像素PX中的每个像素可以包括用于接收光以产生电荷的光电二极管、和用于将光电二极管产生的电荷转换成电信号的像素电路等。光电二极管可以包括有机光电二极管或半导体光电二极管。在本发明构思的示例性实施例中，多个半导体光电二极管可以被包括在多个像素PX的每个像素中。像素电路可以包括多个晶体管，该多个晶体管用于将光电二极管产生的电荷转换成电信号。
[0037] 逻辑电路区域50可以包括形成在逻辑电路LC中的多个电路元件。逻辑电路LC中包括的多个电路元件可以是用于驱动设置在像素阵列区域40中的像素电路的电路元件，例如行驱动器、列驱动器和时序控制器。逻辑电路LC中包括的多个电路元件可以通过第一焊盘区域PA1和第二焊盘区域PA2连接到像素电路。
[0038] 设置在逻辑电路区域50的下部的存储区域60可以包括存储芯片MC、虚设芯片DC和用于密封存储器芯片MC和虚设芯片DC的保护层EN。存储器芯片MC可以是动态随机存取存储器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM)。虚设芯片DC可以实际上不存储数据。存储器芯片MC可以通过凸块电连接到逻辑电路区域50中包括的电路元件中的至少一部分电路元件。在本发明构思的示例性实施例中，凸块可以是微凸块。
[0039] 接下来，参考图3，根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器3可以包括第一层70和第二层80。第一层70包括其中提供了多个像素PX的感测区域SA、其中提供了用于驱动多个像素PX的元件的控制逻辑区域LC、以及围绕控制逻辑区域LC提供的第一焊盘区域PA1。第一焊盘区域PA1包括多个上焊盘PAD，设置在第二层80中的存储器芯片MC可以通过通路连接到这些上焊盘PAD。第二层80可以包括存储器芯片MC、虚设芯片DC、以及密封存储器芯片MC和虚设芯片DC的保护层EN。
[0040] 图4和图5是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素阵列的俯视图。
[0041] 参考图4，像素阵列100可以包括多个像素110。多个像素110可以沿着X-Y平面上的多个行和列以矩阵形式排列。可以在多个像素110之间形成隔离区域120以防止串扰。隔离区域120可以包括绝缘材料，例如氧化物，并且可以通过深沟槽隔离(DTI)工艺形成。邻近多个像素110的隔离区域120的侧壁可以由具有高反射率的材料形成。
[0042] 多个像素110中的每个像素可以包括用于接收光以产生电荷的光电二极管，以及将光电二极管产生的电荷转换成电信号的多个半导体元件。例如，多个像素110中的每个像素可以包括第一光电二极管111和第二光电二极管112。第一光电二极管111和第二光电二极管112可以在X-Y平面上彼此相邻地布置。例如，第一光电二极管111和第二光电二极管112可以在沿着Z轴的方向上设置在相同的层面。
[0043] 在本发明构思的示例性实施例中，第一光电二极管111的光接收面积可以小于第二光电二极管112的光接收面积。因此，第二光电二极管112可以比第一光电二极管111更容易饱和。在本发明构思的示例性实施例中，第一光电二极管111可用于一般图像处理，而第二光电二极管112可用于精确地检测其中发生闪烁现象的外部光源。第二光电二极管112也可用于图像处理以增加动态范围。当根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器应用于自动驾驶车辆等时，可以精确地检测信号灯、附近车辆的前照灯或尾灯等，这些灯使用其中发生闪烁现象的发光二极管(LED)。
[0044] 第二光电二极管112的光接收面积可以大于第一光电二极管111的光接收面积。这样，第二光电二极管112可以更容易饱和。在本发明构思的示例性实施例中，可以提供用于防止第二光电二极管112饱和的装置，或者用于尽管第二光电二极管112饱和但仍生成精确图像数据的装置，以防止错误感测使用LED的信号灯和/或附近车辆的光。
[0045] 第一光电二极管111和第二光电二极管112的布置不必限于图4所示的布置，并且可以进行各种修改。在根据图5所示实施例的像素阵列100A中，在彼此相邻的四个像素110A中，第一光电二极管111A可以彼此相邻设置。第二光电二极管112A的光接收面积大于第一光电二极管111A的光接收面积，并且隔离区域120A可以设置在像素110A之间以防止串扰。
[0046] 图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素电路的电路图。
[0047] 参考图6，根据本发明构思的示例性实施例的像素电路200可以包括第一像素电路210和第二像素电路220。第一像素电路210可以使用由第一光电二极管PD1产生的电荷输出电信号，并且第二像素电路220可以使用由第二光电二极管PD2产生的电荷输出电信号。第一光电二极管PD1的光接收面积小于第二光电二极管PD2的光接收面积。
[0048] 第一像素电路210可以包括第一复位晶体管RX1、第一转移晶体管TX1、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。第一光电二极管PD1可以经由第一转移晶体管TX1连接到第一浮置扩散区(floating diffusion)FD1。第一复位晶体管RX1可以连接到电源电压或像素电压VDD。
[0049] 第一转移晶体管TX1可以基于从行驱动器传送的第一转移控制信号TG1，将在第一光电二极管PD1中累积的电荷转移到第一浮置扩散区FD1。第一光电二极管PD1可以产生电子作为主载流子。驱动晶体管DX可以用作源极跟随器(或缓冲放大器)。驱动晶体管DX可以放大在第一浮置扩散区FD1中累积的电荷以产生电信号，并将该电信号传送到选择晶体管SX。
[0050] 选择晶体管SX可以由行驱动器输入的选择控制信号SEL操作，并且可以执行切换和寻址操作。当从行驱动器施加选择控制信号SEL时，与电信号相对应的电压可以被输出到连接到选择晶体管SX的列线Col。电压可以由连接到列线Col的列驱动器和读出电路来检测。列驱动器和读出电路可以检测在第一浮置扩散区FD1中没有累积电荷的状态下的复位电压，并且检测在电荷转移到第一浮置扩散区FD1的状态下的像素电压。在本发明构思的示例性实施例中，图像传感器可以通过计算复位电压与像素电压之间的差来生成图像数据。
[0051] 第二光电二极管PD2可以连接到第二像素电路220的溢出晶体管(overflow transistor)OX和第二转移晶体管TX2。第二光电二极管PD2可以以与第一光电二极管PD1类似的方式产生电子作为主载流子。当第二转移晶体管TX2接通时，由第二光电二极管PD2产生的电荷可以移动到第二浮置扩散区FD2。当第二转移晶体管TX2关断时，第二光电二极管PD2可以响应于光产生电荷。每当第二转移晶体管TX2接通时，由第二光电二极管PD2产生的电荷可以累积在第二浮置扩散区FD2中。溢出晶体管OX可以连接到电源电压或像素电压VDD。
[0052] 在本发明构思的示例性实施例中，溢出晶体管OX可用于防止第二光电二极管PD2饱和。溢出晶体管OX可以通过反复接通和关断以去除由第二光电二极管PD2产生的电荷的至少一部分，来防止第二光电二极管PD2饱和。溢出晶体管OX的接通和关断的反复切换可以在预定的时间段内发生。第二转移晶体管TX2可以被接通，而溢出晶体管OX被关断，以将由第二光电二极管PD2产生的电荷转移到第二浮置扩散区FD2。为了防止第二浮置扩散区FD2的意外复位，第二转移晶体管TX2和溢出晶体管OX不能同时接通。当第二光电二极管PD2的电荷移动到第二浮置扩散区FD2时，第二复位晶体管RX2可以被关断。这样，在第一光电二极管PD1中产生的电荷和在第二光电二极管PD2中产生的电荷不会被合并。
[0053] 在图6所示的实施例中，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以共享列线Col。因此，当使用第一光电二极管PD1的电荷产生的第一电压被输出到列线Col时，第二光电二极管PD2与列线Col断开连接。在图6所示的实施例中，当第一电压被输出到列线Col时，第二复位晶体管RX2和第二转移晶体管TX2中的至少一个可以被关断，以将第二光电二极管PD2与列线Col断开连接。第一转移晶体管TX1可以被接通以在第一浮置扩散区FD1中累积第一光电二极管PD1的电荷。这样，使用第一光电二极管PD1的电荷产生第一电压，并将其输出到列线Col。
[0054] 类似地，当对应于第二光电二极管PD2的电荷的第二电压被输出到列线Col时，第一光电二极管PD1可以与列线Col断开连接。在图6所示的实施例中，当第二电压被输出到列线Col时，第一转移晶体管TX1可以关断以将第一光电二极管PD1与列线Col断开连接。第二转移晶体管TX2和第二复位晶体管RX2可以被接通以连接第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。这样，使用第二光电二极管PD2的电荷产生第二电压，并将其输出到列线Col。第二光电二极管PD2的电荷可以累积在第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2中，并且驱动晶体管DX可以将电荷转换成电压。
[0055] 在示例性实施例中，通过驱动晶体管DX，第二光电二极管PD2可以用于感测其中发生闪烁现象的外部光源，或者用于增加图像传感器的动态范围。为了增加图像传感器的动态范围，当由第一光电二极管PD1的电荷产生的第一电压被输出多次时，由第二光电二极管PD2的电荷产生的第二电压可以被输出一次。
[0056] 第一光电二极管PD1可以具有比第二光电二极管PD2相对较小的面积。在示例性实施例中，通过驱动晶体管DX，可以使用由第二光电二极管PD2产生的电荷来产生表示发生闪烁现象的外部光源的图像。此外，由第一光电二极管PD1产生的电荷可用于一般图像处理。此外，可以通过调整第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的每个接收光的曝光时间来增加图像传感器的动态范围和图像质量等。下面将参考图7进行描述。
[0057] 图7是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图。在本发明构思的示例性实施例中，图7可以是示出图像传感器在不同操作模式下的操作的时序图。
[0058] 首先，虽然可以增加图像传感器的动态范围，但是可以通过根据图7所示的本发明构思的示例性实施例的操作来生成表示发生闪烁现象的外部光源的图像。参考图7，因为第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2被接通以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压，所以可以开始根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作。第一复位晶体管RX1可以由第一复位控制信号RG1接通，第二复位晶体管RX2可以由第二复位控制信号RG2接通。
[0059] 当第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压被复位时，第二转移晶体管TX2和溢出晶体管OX可以交替地接通和关断，并且由第二光电二极管PD2产生的电荷可以累积在第二浮置扩散区FD2中。溢出晶体管OX可以使用溢出控制信号OG接通和关断，并且第二转移晶体管TX2可以通过第二转移控制信号TG2接通和关断。第二复位晶体管RX2可以保持关断状态，使得累积在第二浮置扩散区FD2中的电荷不被移动(例如，被泄漏)到第一浮置扩散区FD1。此外，第一复位晶体管RX1可以保持接通状态，使得第一浮置扩散区FD1的电压被充分复位。
[0060] 在图7所示的本发明构思的示例性实施例中，由第二光电二极管PD2产生的电荷可以在第二浮置扩散区FD2中累积n次(其中n是自然数)。参考图7，第二光电二极管PD2可以在多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)期间曝光以产生电荷。每当经过了多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)中的一个时间段，由第二光电二极管PD2产生的电荷就可以累积在第二浮置扩散区FD2中。多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)中的每个时间段可以被设置为第二光电二极管PD2可以被暴露但不被饱和的时间量。根据本实施例，由第二光电二极管PD2产生的电荷可以立即转移到第二浮置扩散区FD2。
[0061] 多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的数目和多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的相应长度可以考虑了商业LED的工作频率和占空比等来确定。例如，当LED的工作频率约为100Hz，占空比约为10％时，多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的总和可以是10毫秒或更少，并且n(例如多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的数目)可以是10或更多个。通过设置如上所述的多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)，多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)中的至少一个可以与LED的接通时间交叠。因此，第一光电二极管PD1可以响应于接通的LED的光而产生电荷，并且可以精确地检测以脉宽调制方式操作的LED的光。
[0062] 图像传感器可以在第二光电二极管PD2在最后的第n个时间段期间产生的电荷被转移到第二浮置扩散区FD2之前，关断第二复位晶体管RX2并接通选择晶体管SX以检测第一复位电压。连接到像素电路的列线Col的列驱动器和读出电路可以包括用于检测列线Col的电压的采样电路。采样电路可以在第一采样时间t1期间检测第一复位电压，并且复位电压检测信号SHR在第一采样时间t1期间具有高(HIGH)逻辑值。
[0063] 在一个示例中，采样电路在第一采样时间t1期间检测到的复位电压可以是第一浮置扩散区FD1的电压。第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以一起被复位，因为第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2在操作开始时被同时接通。因此，可以选择在第一采样时间t1期间检测到的第一浮置扩散区FD1的电压作为第一复位电压。
[0064] 当由第二光电二极管PD2产生的电荷被第n次累积在第二浮置扩散区FD2中时，图像传感器可以接通第二复位晶体管RX2，并且累积在第二浮置扩散区FD2中的电荷可以与第一浮置扩散区FD1共享。同时，图像传感器可以接通选择晶体管SX，以检测通过列线Col从第二光电二极管PD2的电荷产生的第一像素电压。采样电路可以在像素电压检测信号SHS具有高逻辑值的第二采样时间t2期间检测第一像素电压。图像传感器可以计算分别在第一采样时间t1和第二采样时间t2中检测到的第一复位电压与第一像素电压之间的差，以生成第一原始数据。当第二光电二极管PD2在多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)期间曝光时，第一原始数据可以是与由第二光电二极管PD2产生的电荷相对应的数据。
[0065] 此外，当由第二光电二极管PD2产生的电荷在第二浮置扩散区FD2中被累积多个时间段时，第一转移晶体管TX1可以顺序地接通和关断。例如，当第一转移晶体管TX1接通时，第一复位晶体管RX1可以接通以去除存在于第一光电二极管PD1中的电荷，并复位第一浮置扩散区FD1。然后，第一转移晶体管TX1可以关断，使得第一光电二极管PD1和第一浮置扩散区FD1彼此断开连接。第一转移晶体管TX1可以在第二光电二极管PD2的电荷在第二浮置扩散区FD2中被累积的多个时间段中的至少一部分时间段内关断。当第一转移晶体管TX1关断时，第一光电二极管PD1可以曝光并产生电荷。
[0066] 例如，第一光电二极管PD1可以在第一曝光时间de1期间曝光以产生电荷。第一光电二极管PD1可以具有比第二光电二极管PD2小的面积，使得第一曝光时间de1长于第二光电二极管PD2曝光的多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)中的每个时间段。例如，第一曝光时间de1可以被设置为长于多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的总和。
[0067] 在第一曝光时间de1结束之前的其中复位电压检测信号SHR具有高逻辑值的第三采样时间t3期间，图像传感器可以检测第一浮置扩散区FD1的电压作为第二复位电压。参考图7，在第三采样时间t3之前，第一复位晶体管RX1可以被接通以复位第一浮置扩散区FD1。第三采样时间t3可以是第一曝光时间de1内的时间。当第一曝光时间de1结束时，第一转移晶体管TX1可以接通，以将累积在第一光电二极管PD1中的电荷转移到第一浮置扩散区FD1。
[0068] 在第一转移晶体管TX1关断之后，图像传感器可以在第四采样时间t4期间检测与转移到第一浮置扩散区FD1的电荷相对应的第二像素电压。图像传感器可以通过计算分别在第三采样时间t3和第四采样时间t4中检测到的第二复位电压与第二像素电压之间的差来生成用于生成图像的第二原始数据。在第四采样时间t4结束后，第一转移晶体管TX1可以接通，以将存在于第一光电二极管PD1中的电荷转移到第一浮置扩散区FD1。在这种情况下，可以去除第一光电二极管PD1的电荷。此后，第一复位晶体管RX1可以被接通以复位第一浮置扩散区FD1。
[0069] 此外，在经过了第四采样时间t4之后，图像传感器可以在比第一曝光时间de1短的第二曝光时间de2期间将第一光电二极管PD1曝光，并且可以在被包括在第二曝光时间de2中的第五时间t5期间检测第一浮置扩散区FD1的电压作为第三复位电压。参考图7，在第五时间t5开始之前，第一复位晶体管RX1可以被接通以复位第一浮置扩散区FD1。例如，第二曝光时间de2可以被设置为短于多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的总和。
[0070] 当第二曝光时间de2结束时，第一转移晶体管TX1可以接通，以将第二曝光时间de2期间由第一光电二极管PD1产生的电荷施加到第一浮置扩散区FD1。在第一转移晶体管TX1关断之后，图像传感器可以在第六时间t6检测第一浮置扩散区FD1的电压作为第三像素电压。图像传感器可以计算分别在第五时间t5和第六时间t6中检测到的第三复位电压与第三像素电压之间的差，以生成用于生成图像的第三原始数据。
[0071] 在本发明构思的示例性实施例中，图像传感器可以合并在多个像素的每个像素中获得的第一原始数据至第三原始数据以获得单个图像。如上所述，第一原始数据至第三原始数据可以是通过将第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2暴露不同曝光时间而获得的数据。因此，可以合并第一原始数据至第三原始数据以获得单个图像，从而增加图像的动态范围特性。
[0072] 在参考图7解释的本发明构思的示例性实施例中，假设可以使用第二光电二极管PD2获得对应于中曝光时间的第一原始数据，并且可以使用第一光电二极管PD1获得分别对应于长曝光时间和短曝光时间的第二原始数据和第三原始数据。然而，本发明的构思不限于此。例如，在各种替代实施例中，第二光电二极管PD2可用于获得对应于长曝光时间或短曝光时间的原始数据。
[0073] 此外，第一原始数据可以用作用于在图像中准确地反映其中发生闪烁现象的诸如LED等的光源的数据。在本发明构思的示例性实施例中，可以通过使用溢出晶体管OX来防止第二光电二极管PD2饱和，使得即使当周围照度相对较低时，也可以精确地检测诸如LED的光源的光。此外，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2布置在一个像素中，以使用第一光电二极管PD1的电荷来生成一般图像，并且使用第二光电二极管PD2来检测诸如LED的光源的光。因此，不必牺牲图像的帧速率来检测诸如LED的光源的光。
[0074] 图8和图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图。
[0075] 图8是示出一般图像传感器的操作的视图。在该实施例中，LED可以以脉宽调制PWM方式工作。因此，如图8所示，LED可以根据具有接通时间Ton和关断时间Toff的周期T来操作。
[0076] 首先，参考图8的第一种情况(情况1)，根据图像传感器中包括的光电二极管的曝光时间是否与LED的接通时间Ton交叠，可以确定图像传感器是否检测到LED发出的光。例如，由于第一种情况(情况1)是图像传感器暴露于高照度环境的情况，所以第一种情况(情况1)中的光电二极管的曝光时间可以设置得较短。第一种情况(情况1)中的第一曝光时间ex1可以与LED的接通时间Ton交叠，因此，可以通过使用在第一曝光时间ex1期间光电二极管中产生的电荷来精确地检测LED的光。
[0077] 此外，在第一种情况(情况1)中，第二曝光时间ex2可以不与LED的接通时间Ton交叠。表示用于驱动LED的PWM方式中的接通时间Ton与整个周期T的比率的占空比可以不是100％。因此，在第一曝光时间ex1和第二曝光时间ex2被设置为短的第一种情况(情况1)中，光电二极管的曝光时间可能不与LED的接通时间Ton交叠，如第二曝光时间ex2所示。因此，在第二曝光时间ex2期间，LED的光可能不会被光电二极管中产生的电荷所产生的图像准确地检测到。
[0078] 接下来，图8的第二种情况(情况2)可以是图像传感器暴露于低照度环境的情况。因此，如图8所示，光电二极管的曝光时间可以被设置为较长。在第二种情况下(情况2)，由于光电二极管长时间暴露，光电二极管可能容易饱和。因此，LED的光可能无法被准确检测到。
[0079] 图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图。如上所述，根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器可以包括多个像素，并且多个像素中的每个像素可以包括第一光电二极管和第二光电二极管。与第一光电二极管相比，第二光电二极管可以具有较小的面积，并且可以用于检测诸如LED的发生闪烁现象的光源。类似于图8所示的实施例，LED可以以脉冲宽度调制方式工作，并且在一个周期T内具有接通时间Ton和关断时间Toff。
[0080] 参考图9，第二光电二极管PD2的曝光时间可以比LED的接通时间Ton短。如上参考图7所述，由于第二转移晶体管TX2和溢出晶体管OX的接通/关断切换操作，第二光电二极管PD2可以不被饱和，因此，第二光电二极管PD2可以多次曝光以产生电荷。每当曝光时间结束时，由第二光电二极管PD2产生的电荷可累积在第二浮置扩散区FD2中。因此，无论要由图像传感器捕获的外部环境的照度如何，都可以防止第二光电二极管PD2的饱和。第二光电二极管PD2可以多次以短曝光时间曝光，使得LED的接通时间Ton和第二光电二极管PD2的曝光时间不会彼此偏离。因此，可以准确地检测发生闪烁现象的LED光。
[0081] 图10至图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图。图10至图12可以为示出具有根据图6所示实施例的像素电路的图像传感器的操作的时序图。
[0082] 参考图10，根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作可以以如下方式开始：使得第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2接通，以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。当第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压被复位时，第二转移晶体管TX2和溢出晶体管OX可以交替地接通和关断，使得由第二光电二极管PD2产生的电荷可以累积在第二浮置扩散区FD2中。第二复位晶体管RX2可以保持关断状态，使得累积在第二浮置扩散区FD2中的电荷不会泄漏。此外，第一复位晶体管RX1可以保持接通状态，使得第一浮置扩散区FD1的电压可以被充分复位。
[0083] 当电荷在第二浮置扩散区FD2中累积时，第一转移晶体管TX1可以关断，并且第一光电二极管PD1可以产生电荷。第一光电二极管PD1可以在第一曝光时间de1期间产生电荷，然后，响应于第一转移晶体管TX1的接通操作，将电荷移动到第一浮置扩散区FD1。
[0084] 在图10所示的实施例中，控制器可以在第一采样时间t1期间获得使用累积在第二浮置扩散区FD2中的电荷的第一像素电压。控制器可以使用在第一采样时间t1期间获得的第一像素电压与在第二采样时间t2期间获得的复位电压之间的差来生成第一原始数据。控制器还可以使用在第二采样时间t2期间获得的复位电压与在第三采样时间t3期间获得的第二像素电压之间的差来生成第二原始数据。第一光电二极管PD1的电荷可以通过第一转移晶体管TX1转移到第一浮置扩散区FD1，第一转移晶体管TX1在第二采样时间t2与第三采样时间t3之间接通。控制器可以使用第一浮置扩散区FD1的电荷来获得第二像素电压。
[0085] 在图10所示的实施例中，可以共享用于生成第一原始数据的复位电压和用于生成第二原始数据的复位电压。控制器可以在获取第一像素电压之前不单独检测复位电压，并且可以使用在获取第一像素电压之后检测的复位电压来生成第一原始数据。
[0086] 此外，在获取第二像素电压并复位第一光电二极管PD1之后，控制器可以在第二曝光时间de2期间对第一光电二极管PD1曝光。可以在第五时间t5期间，通过第二曝光时间de2期间在第一光电二极管PD1中产生的电荷来检测第三像素电压。控制器可以使用在第五时间t5之前的第四采样时间t4期间获得的复位电压与第三像素电压之间的差来生成第三原始数据。控制器在第四采样时间t4期间获得的复位电压可以不同于控制器在第二采样时间t2期间获得的复位电压。控制器可以使用第一原始数据、第二原始数据和第三原始数据生成单个图像。
[0087] 接下来，参考图11，根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作可以以如下方式开始，使得第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2接通，以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。在图11所示的实施例中，在第二复位晶体管RX2关断之后，控制器可以在第一采样时间t1期间从第一浮置扩散区FD1获得第一复位电压。当经过了第一采样时间t1时，第二转移晶体管TX2和溢出晶体管OX可以交替地接通和关断，使得由第二光电二极管PD2产生的电荷累积到第二浮置扩散区FD2。
[0088] 例如，在图11所示的实施例中，控制器可以在第二光电二极管PD2暴光以产生电荷之前获取第一复位电压。第一复位电压可以存储在连接到图像传感器的存储器中，并且控制器可以通过计算在第二采样时间t2期间获得的第一像素电压与第一复位电压之间的差来获得第一原始数据。在一个示例中，第一复位电压可以存储在线存储器中。
[0089] 图12所示的本发明构思的示例性实施例可以利用第二光电二极管PD2来精确地检测其中发生闪烁现象的光源的光。参考图12，并且类似于参考图7解释的实施例，在复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压之后，在第二光电二极管PD2中产生的电荷可以多次被累积在第二浮置扩散区FD2中。此时，当电荷在第二浮置扩散区FD2中累积时，第二复位晶体管RX2可以被关断以将第一浮置扩散区FD1与第二浮置扩散区FD2断开连接，并且第一光电二极管PD1可以被曝光以产生电荷。例如，第一光电二极管PD1可以在预定曝光时间de期间产生电荷。
[0090] 分别在第一采样时间t1和第二采样时间t2中从第一浮置扩散区FD1检测到的复位电压和像素电压可以用于生成第一原始数据。第一原始数据可用于精确检测其中发生闪烁现象的光源的光。第二复位晶体管RX2可以在第二采样时间t2期间或在第二采样时间t2之前接通，并且由第二光电二极管PD2产生并累积在第二浮置扩散区FD2中的电荷可以与第一浮置扩散区FD1共享。
[0091] 此外，当经过了第二采样时间t2时，第一复位晶体管RX1可以被接通以复位第一浮置扩散区FD1，并且可以分别在第三采样时间t3和第四采样时间t4检测复位电压和像素电压。在第四采样时间t4检测到的像素电压可以是与曝光时间de期间在第一光电二极管PD1中累积的电荷量相对应的第一浮置扩散区FD1的电压。图像传感器可以通过计算分别在第三采样时间t3和第四采样时间t4检测到的复位电压与像素电压之间的差来生成第二原始数据。第二原始数据可用于生成一般图像。在一个示例中，当图像传感器生成一次第一原始数据时，第二原始数据可以被生成多次。因此，由于第一原始数据的产生，可以显著降低图像帧速率劣化。
[0092] 此外，图12所示的实施例可以利用第二光电二极管PD2来增加图像的动态范围。在这种情况下，第一原始数据可以是在短曝光时间期间生成的图像数据，并且第二原始数据可以是在长曝光时间期间生成的图像数据。图像传感器的控制器可以通过使用第一原始数据和第二原始数据生成单个图像来增加图像的动态范围。
[0093] 图13是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素电路的电路图。
[0094] 图13所示的根据本发明构思的示例性实施例的像素电路300可以包括第一像素电路310和第二像素电路320。第一像素电路310可以使用由第一光电二极管PD1产生的电荷输出电信号，并且第二像素电路320可以使用由第二光电二极管PD2产生的电荷输出电信号。第一像素电路310和第二像素电路320的每个中包括的晶体管的配置可以类似于图6所示的实施例。
[0095] 与图6所示的实施例不同，在图13所示的实施例中，第二复位晶体管RX2可以连接在第一浮置扩散区FD1与第二浮置扩散区FD2之间。例如，第二浮置扩散区FD2可以连接到第一复位晶体管RX1、第二复位晶体管RX2和第二转移晶体管TX2。以下，将参考图14至图17描述根据图13所示实施例的像素电路300的操作。
[0096] 图14至图17是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图。
[0097] 根据图14至图17所示的实施例，可以增加图像传感器的动态范围，并且可以生成精确表示发生闪烁现象的外部光源的图像。参考图14，根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作可以以如下方式开始，使得第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2接通，以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。第一复位晶体管RX1可以由第一复位控制信号RG1接通，第二复位晶体管RX2可以由第二复位控制信号RG2接通。
[0098] 在第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压被复位后，第二转移晶体管TX2和溢出晶体管OX可以交替地接通和关断，使得由第二光电二极管PD2产生的电荷累积在第二浮置扩散区FD2中。溢出晶体管OX可以使用溢出控制信号OG接通和关断，并且第二转移晶体管TX2可以通过第二转移控制信号TG2接通和关断。由于第二浮置扩散区FD2设置在第一复位晶体管RX1与第二复位晶体管RX2之间，所以第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2可以保持在关断状态，同时电荷累积在第二浮置扩散区FD2中。
[0099] 为了生成与由第二光电二极管PD2生成的电荷量对应的第一原始数据，图像传感器可以分别在第一采样时间t1和第二采样时间t2检测第一复位电压和第一像素电压。第一采样时间t1和第二采样时间t2可以分别出现在第二光电二极管PD2产生的电荷在第n次被累积在第二浮置扩散区FD2中之前和之后。此外，由于累积在第二浮置扩散区FD2中的电荷将通过第一浮置扩散区FD1转换成驱动晶体管DX中的电压，所以第二复位晶体管RX2可以在第二采样时间t2期间接通。
[0100] 在根据图13所示实施例的像素电路300中，第二浮置扩散区FD2可以是第一复位晶体管RX1与第二复位晶体管RX2之间的节点。因此，当由第二光电二极管PD2产生的电荷多次被累积在第二浮置扩散区FD2中时，第一复位晶体管RX1可以保持关断状态，并且第一光电二极管PD1不可以被曝光以产生电荷。在经过了第二采样时间t2之后，第一转移晶体管TX1、第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2可以一起接通，以复位第一光电二极管PD1和第一浮置扩散区FD1。
[0101] 在第一光电二极管PD1和第一浮置扩散区FD1复位后，图像传感器可以关断第一转移晶体管TX1，并且在第一曝光时间de1期间将第一光电二极管PD1曝光以产生电荷。在第一曝光时间de1结束之前，图像传感器可以关断第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2，并检测来自第一浮置扩散区FD1的第二复位电压。可以在复位电压检测信号SHR具有高逻辑值的第三采样时间t3期间检测第二复位电压。例如，第一曝光时间de1可以是长于多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的总和的时间。
[0102] 当经过了第一曝光时间de1时，图像传感器可以接通第一转移晶体管TX1，以将累积在第一光电二极管PD1中的电荷转移到第一浮置扩散区FD1。在第一转移晶体管TX1关断之后，图像传感器可以在第四采样时间t4期间检测第一浮置扩散区FD1的电压作为第二像素电压。图像传感器可以通过计算分别在第三采样时间t3和第四采样时间t4中检测到的第二复位电压与第二像素电压之间的差来生成用于生成图像的第二原始数据。
[0103] 当第四采样时间t4结束时，图像传感器可以在第二曝光时间de2期间将第一光电二极管PD1暴光，并且分别在第五采样时间t5和第六采样时间t6检测第三复位电压和第三像素电压。第二曝光时间de2可以短于多个时间段(d1、d2、...dn-1，dn)的总和。图像传感器可以通过计算分别在第五采样时间t5和第六采样时间t6检测到的第三复位电压与第三像素电压之间的差来生成生成图像所需的第三原始数据。
[0104] 在本发明构思的示例性实施例中，图像传感器可以合并在多个像素的每个像素中获得的第一原始数据至第三原始数据以获得单个图像。如上所述，第一原始数据至第三原始数据可以是通过在不同曝光时间期间将第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2暴光而获得的数据。因此，可以合并第一原始数据至第三原始数据以获得单个图像，从而增加图像的动态范围特性。
[0105] 此外，第一原始数据可以用于在图像中精确地反映诸如LED等发生闪烁现象的光源。在本发明构思的示例性实施例中，可以防止第二光电二极管PD2由于溢出晶体管OX而饱和，使得即使当周围照度相对较低时，也可以精确地检测诸如LED的光源的光。此外，在一个像素中，第二光电二极管PD2可以用于检测诸如LED的光源的光，因此，可以使用第一光电二极管PD1生成一般图像数据。因此，不必牺牲帧速率来检测图像的光。
[0106] 与图14所示的实施例不同，在图15所示的本发明构思的示例性实施例中，当第二光电二极管PD2的电荷累积在第二浮置扩散区FD2中时，可以不检测第一复位电压。在第二光电二极管PD2产生的电荷第n次被累积在第二浮置扩散区FD2中之后，控制器可以在第一采样时间t1期间获得第一像素电压。控制器可以计算在第二采样时间t2期间获得的复位电压与第一像素电压之间的差，以获得第一原始数据。
[0107] 在第三采样时间t3期间，控制器还可以通过在第一曝光时间de1期间在第一光电二极管PD1中产生的电荷来获得第二像素电压。控制器可以计算在第二采样时间t2期间获得的复位电压与第二像素电压之间的差，以获得第二原始数据。例如，在图15所示的实施例中，可以使用一个复位电压来获取第一原始数据和第二原始数据中的每个。
[0108] 在图16所示的本发明构思的示例性实施例中，与图14所示的实施例不同，在在第二光电二极管PD2的电荷被累积在第二浮置扩散区FD2中之前的第一采样时间t1期间，控制器可以获得第一复位电压。控制器可以将在第一采样时间t1期间获得的第一复位电压存储在单独的存储器中，然后，计算在第二采样时间t2期间获得的第一像素电压与第一复位电压之间的差，以生成第一原始数据。生成第二原始数据和第三原始数据的方法可以与参考图14和图15描述的方法相同。
[0109] 接下来，图17所示的本发明构思的示例性实施例可以仅使用第二光电二极管PD2来精确地检测其中发生闪烁现象的光源的光。参考图17，在第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压被复位之后，由第二光电二极管PD2产生的电荷可以多次被累积在第二浮置扩散区FD2中。当第二复位晶体管RX2接通时，累积在第二浮置扩散区FD2中的电荷可由第一浮置扩散区FD1共享。
[0110] 分别在第一采样时间t1和第二采样时间t2中从第一浮置扩散区FD1检测到的第一复位电压和第一像素电压可以用于生成第一原始数据。第一原始数据可用于精确检测其中发生闪烁现象的光源的光。
[0111] 此外，当第二采样时间t2结束时，第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2可以接通以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。在这种情况下，可以分别在第三采样时间t3和第四采样时间t4检测复位电压和像素电压。在第四采样时间t4检测到的像素电压可以是与在曝光时间de期间在第一光电二极管PD1中累积的电荷量相对应的第一浮置扩散区FD1的电压。图像传感器可以通过计算分别在第三采样时间t3和第四采样时间t4检测到的复位电压与像素电压之间的差来生成第二原始数据。第二原始数据可用于生成一般图像数据。作为示例，当图像传感器生成一次第一原始数据时，第二原始数据可以被生成多次。因此，由于第一原始数据的产生，可以显著降低图像帧速率劣化。
[0112] 图18是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器中包括的像素电路的电路图。
[0113] 参考图18，根据本发明构思的示例性实施例的像素电路400可以包括第一像素电路410和第二像素电路420。第一像素电路410可以处理在第一光电二极管PD1中产生的电荷，并且第二像素电路420可以处理在第二光电二极管PD2中产生的电荷。
[0114] 第一像素电路410可以包括第一浮置扩散区FD1、第一复位晶体管RX1、第一转移晶体管TX1、驱动晶体管DX和选择晶体管SX等。第二像素电路420可以包括第二浮置扩散区FD2、第二复位晶体管RX2、第二转移晶体管TX2、溢出晶体管OX、存储电容器SC和开关元件SW等。第一像素电路410和第二像素电路420每者中包括的有源元件的操作可以由图像传感器中包括的控制器控制。存储电容器SC可以连接到电源电压或像素电压VDD。
[0115] 在像素电路400的操作中，第一像素电路410和第二像素电路420可以共享电路元件的至少一部分。例如，第二像素电路420可以使用驱动晶体管DX和选择晶体管SX来输出与由第二光电二极管PD2产生的电荷相对应的像素电压。第一像素电路410还可以使用第二复位晶体管RX2和第二浮置扩散区FD2来控制由第一光电二极管PD1产生的电荷或像素的电容。
[0116] 在图18所示的实施例中，第二像素电路420可以包括用于存储由第二光电二极管PD2产生的电荷的存储电容器SC。存储电容器SC可以是金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或有源电容器。存储电容器SC可以响应于在第二光电二极管PD2中产生的电荷量和第二转移晶体管TX2的操作来存储电荷。开关元件SW可以连接在存储电容器SC与第二浮置扩散区FD2之间，并且根据开关元件SW的接通/关断操作，存储电容器SC的电荷可以转移到第二浮置扩散区FD2。例如，第二像素电路420的输出可以连接到驱动晶体管DX与第一复位晶体管RX1之间的节点N。例如，第一转移晶体管TX1的沟道、开关元件SW沟道或第二转移晶体管TX2的沟道包括铟镓锌氧化物(IGZO)。
[0117] 与第一光电二极管PD1相比，第二光电二极管PD2可以具有较小的光接收面积，因此可以更容易地饱和。在图18所示的实施例中，可以通过使用溢出晶体管OX来去除第二光电二极管PD2的电荷，或者可以通过将第二光电二极管PD2的电荷转移到存储电容器SC来防止第二光电二极管PD2的饱和。包括根据图18所示实施例的像素电路400的图像传感器可以使用在第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2每者中产生的电荷来增加动态范围，并且因此可以精确地捕获诸如LED的其中发生闪烁现象的光源。
[0118] 图19、图20A和图20B是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图。
[0119] 首先，图19可以是用于解释具有根据图18所示实施例的像素电路400的图像传感器的操作的时序图。参考图19，根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作可以以如下方式开始：使得第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2被接通以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。第一复位晶体管RX1可以由第一复位控制信号RG1接通，第二复位晶体管RX2可以由第二复位控制信号RG2接通。此时，可以通过接通第一转移晶体管TX1来去除第一光电二极管PD1的电荷。
[0120] 在第一转移晶体管TX1关断之后，第一光电二极管PD1可以在第一曝光时间de1期间暴光。然后，选择晶体管SX可以由选择控制信号SEL接通，以检测复位电压和像素电压。当选择晶体管SX接通时，可以在第一时间D1期间顺序检测第一复位电压和第一像素电压。在一个示例中，控制器的采样电路可以在复位电压检测信号SHR具有高逻辑值的第一采样时间t1期间检测第一复位电压。控制器还可以在像素电压检测信号SHS具有高逻辑值的第二采样时间t2期间检测第一像素电压。第一转移晶体管TX1可以在第一采样时间t1与第二采样时间t2之间被接通和关断，使得第一光电二极管PD1处的电荷可以在第一曝光时间de1后移动到第一浮置扩散区FD1。
[0121] 在图19所示的实施例中，在第一时间D1之后的第二时间D2期间，图像传感器可以再次检测第一光电二极管PD1的像素电压和复位电压。如图19所示，当第二时间D2开始时，第一复位晶体管RX1关断，第二复位晶体管RX2接通。因此，第一浮置扩散区FD1、第二浮置扩散区FD2和第二复位晶体管RX2的接通电容之和可以对应于第一光电二极管PD1的浮置扩散区。因此，在第二时间D2中，第一光电二极管PD1的电荷可以存储在面积比在第一时间D1中的浮置扩散区的面积大的浮置扩散区中。因此，在第二时间D2期间像素的转换增益可以小于在第一时间D1期间像素的转换增益。
[0122] 图像传感器的采样电路可以分别在第三采样时间t3和第四采样时间t4中检测第二像素电压和第二复位电压。例如，在第二时间D2，可以在检测复位电压之前检测像素电压。第二像素电压可以对应于在第一曝光时间de1和第二曝光时间de2期间在第一光电二极管PD1中产生的电荷。第二曝光时间de2可以比第一曝光时间de1短。
[0123] 在检测到第二像素电压后，控制器可以接通第一复位晶体管RX1以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压，然后可以在关断第一复位晶体管RX1之后检测第二复位电压。在这种情况下，为了补偿耦合效应，当第一复位晶体管RX1接通时，第二复位晶体管RX2可以关断。参考图19，在第二时间D2内，第一复位晶体管RX1的接通时间和第二复位晶体管RX2的关断时间的至少一部分可以彼此交叠。
[0124] 在图19所示的实施例中，可以使用在彼此不同的转换增益条件下检测到的复位电压和像素电压来生成图像数据。因此，可以防止第一光电二极管PD1和第一浮置扩散区FD1的饱和，并且无论图像传感器操作的环境的照度如何，都可以向用户提供优化的图像。通常，第一光电二极管PD1的电容可以根据容易使第一光电二极管PD1饱和的高照度条件来确定。在图19所示的实施例中，在在第二时间D2读取像素电压和复位电压之前，第二复位晶体管RX2可以接通以连接第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2，并且使第一浮置扩散区FD1不被第一光电二极管PD1的电荷饱和。因此，在第一光电二极管PD1中产生的电荷可以充分累积在第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2中。此外，可以通过使用比第一光电二极管PD1中更多的电荷量来生成图像，从而可以防止像素的饱和。此外，在根据图19所示实施例的操作中，可以不使用第二光电二极管PD2。
[0125] 图20A和图20B被提供来解释第一光电二极管PD1和浮置扩散区的操作。图20A和图20B分别是示出在具有高转换增益条件的第一时间D1和具有低转换增益条件的第二时间D2的第一光电二极管PD1的视图。
[0126] 首先，参考图20A，在第一时间D1中，在第一光电二极管PD1中产生的电荷可以被转移到第一浮置扩散区FD1。由于第二复位晶体管RX2在第一时间D1期间关断，所以电荷可以仅被累积在第一浮置扩散区FD1中。如图20A所示，可以考虑了高转换增益条件来确定第一光电二极管PD1的电容。因此，第一浮置扩散区FD1的电容可以类似于第一光电二极管PD1的电容。
[0127] 接下来，参考图20B，在第二时间D2，第二复位晶体管RX2可以接通，然后，复位晶体管RX2的接通电容以及第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以用作浮置扩散区。因此，超过第一光电二极管PD1的电容的电荷量可以被累积在浮置扩散区中，并通过驱动晶体管DX反映在像素电压中。例如，根据参考图19、图20A和图20B所描述的实施例，可以使用比第一光电二极管PD1的电容大的电荷量来生成图像数据。因此，可以防止像素饱和，并且可以同时提高图像数据的质量。
[0128] 图21至图27是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作的视图。图21至图27被提供来示出图像传感器的不同操作模式。图像传感器可以具有根据图18所示实施例的像素电路400。
[0129] 图21和图22是示出通过使用第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以增加图像传感器的动态范围的操作模式的视图。参考图21，在用于增加动态范围的操作模式中，第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2可以被接通以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。此外，当第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2接通时，第一转移晶体管TX1可以接通和关断以从第一光电二极管PD1去除电荷。当第一转移晶体管TX1关断时，第一曝光时间de1可以开始。
[0130] 当经过了第一曝光时间de1并且第一转移晶体管TX1接通时，在第一曝光时间de1期间在第一光电二极管PD1中产生的电荷可以转移到第一浮置扩散区FD1。控制器的采样电路可以在第一时间D1的第一采样时间t1和第二采样时间t2分别检测第一复位电压和第一像素电压。第一采样时间t1可以是第一光电二极管PD1的电荷转移到第一浮置扩散区FD1之前的时间，并且第二采样时间t2可以是第一光电二极管PD1的电荷转移到第一浮置扩散区FD1之后的时间。包括第一采样时间t1和第二采样时间t2的第一时间D1的至少一部分可以与第一曝光时间de1交叠。控制器可以使用第一复位电压与第一像素电压之间的差来生成用于生成图像数据的第一原始数据。
[0131] 控制器可以通过在第一时间D1期间关断第二复位晶体管RX2来使第一浮置扩散区FD1与第二浮置扩散区FD2断开连接。因此，第一光电二极管PD1的电荷可以仅累积在第一浮置扩散区FD1中。当经过了第一时间D1时，控制器可接通第二复位晶体管RX2以复位第一浮置扩散区FD1的电压。
[0132] 参考图21，第二曝光时间de2可以在第一曝光时间de1期间开始。第二曝光时间de2可以以如下方式开始：使得第二转移晶体管TX2和开关元件SW接通，以复位第二浮置扩散区FD2、存储电容器SC和第二光电二极管PD2，之后关断。第二曝光时间de2可以比第一曝光时间de1短。
[0133] 可以在第二时间D2中检测与第二光电二极管PD2在第二曝光时间de2期间产生的电荷相对应的第二像素电压。为了检测第二像素电压，可以关断第一复位晶体管RX1，以将第二浮置扩散区FD2与电源节点分开。此外，第二复位晶体管RX2可以被接通以连接第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。
[0134] 当经过了第二曝光时间de2时，第二转移晶体管TX2和开关元件SW可以接通，以将第二光电二极管PD2的电荷转移到第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。然后，在第二时间D2中的第三采样时间t3期间，采样电路可以检测第二像素电压。
[0135] 在检测到第二像素电压后，图像传感器的控制器可以接通第一复位晶体管RX1以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压，并且可以在第四采样时间t4期间检测第二复位电压。控制器可以计算第二像素电压与第二复位电压之间的差，以生成第二原始数据。第一复位晶体管RX1可以在第四采样时间t4期间关断以检测第二复位电压，并且可以在检测到第二复位电压之后再接通。
[0136] 在检测到第二复位电压后，控制器可以在第三曝光时间de3期间将第一光电二极管PD1暴光。第三曝光时间de3可以比第二曝光时间de2短，并且控制器可以在第三曝光时间de3开始之前接通第一复位晶体管RX1、第二复位晶体管RX2和第一转移晶体管TX1，以复位第一浮置扩散区FD1的电压。
[0137] 控制器可以在第三曝光时间de3中的第五采样时间t5期间获得第三复位电压。当第三曝光时间de3结束时，控制器可以将第一光电二极管PD1的电荷转移到第一浮置扩散区FD1，然后可以在第六采样时间t6期间获取第三像素电压。在控制器获取第三复位电压和第三像素电压的第三时间D3期间，第二复位晶体管RX2可以被关断以使第一浮置扩散区FD1与第二浮置扩散区FD2断开连接。控制器可以计算第三复位电压与第三像素电压之间的差，以获得第三原始数据。
[0138] 控制器可以使用第一原始数据、第二原始数据和第三原始数据生成图像数据。由于第二曝光时间de2比第一曝光时间de1短，但是比第三曝光时间de3长，所以第一原始数据至第三原始数据可以对应于在彼此不同的曝光时间期间产生的电荷。控制器可以合并第一原始数据至第三原始数据以生成图像数据，从而增加图像传感器的动态范围并提高图像质量。
[0139] 参考图22，部分操作可以与图21所示的实施例相同，但是溢出晶体管OX的操作可以不同。在图21所示的实施例中，溢出晶体管OX的默认状态可以是关断的。图22所示的实施例中的溢出晶体管OX的默认状态可以是接通的。在图22所示的实施例中，溢出晶体管OX可以默认保持接通状态，并且可以在对应于第二曝光时间de2的那部分时间期间关断。溢出晶体管OX可以在至少第二曝光时间de2期间关断，因为第二光电二极管PD2在第二曝光时间de2期间曝光以产生电荷。
[0140] 接下来，将参考图23至图27描述根据本发明构思的各种示例性实施例的图像传感器的操作。在图23至图27所示的实施例中，图像传感器可以增加动态范围，并且可以使用第二光电二极管PD2生成精确捕获发生闪烁现象的外部光源的图像。
[0141] 参考图23，图像传感器的控制器可以接通第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2，以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。控制器还可以通过交替地接通和关断溢出晶体管OX和第二转移晶体管TX2来控制第二光电二极管PD2以产生电荷。第二光电二极管PD2可以多次在第二曝光时间de2期间产生电荷。开关元件SW可以关断，而溢出晶体管OX和第二转移晶体管TX2交替地接通和关断。因此，第二光电二极管PD2的电荷可以不被转移到第二浮置扩散区FD2，并且可以存储在存储电容器SC中。
[0142] 当第二光电二极管PD2产生电荷时，控制器可以通过接通和关断第一转移晶体管TX1来对第一光电二极管PD1执行快门操作。由于开关元件SW被关断，第一光电二极管PD1的快门操作不会影响第二光电二极管PD2。当快门操作完成时，第一光电二极管PD1可以在第一曝光时间de1期间产生电荷。
[0143] 在图23所示的实施例中，控制器可以控制第二复位晶体管RX2以改变浮置扩散区的面积，并且可以检测对应于第一光电二极管PD1的电荷的第一子像素电压和第二子像素电压。换句话说，控制器可以在两个时间段内检测对应于第一光电二极管PD1的电荷的像素电压。因此，可以在彼此不同的转换增益条件下检测第一子像素电压和第二子像素电压。通过改变浮置扩散区的面积来检测第一子像素电压和第二子像素电压，图像的质量不会由于第一光电二极管PD1在高照度条件下的饱和而劣化。控制器可以在第一时间D1的第一子时间DS1和第二子时间DS2中分别获得第一子像素电压和第二子像素电压。
[0144] 例如，当第一子时间DS1在第一曝光时间de1期间开始时，控制器可以关断第二复位晶体管RX2以将第一浮置扩散区FD1与第二浮置扩散区FD2断开连接，并且在第一采样时间t1期间从第一浮置扩散区FD1获得第一子复位电压。当经过了第一采样时间t1时，控制器可以接通第一转移晶体管TX1，以将第一光电二极管PD1在第一曝光时间de1期间产生的电荷转移到第一浮置扩散区FD1，并且可以在第二采样时间t2期间检测第一子像素电压。
[0145] 接下来，当第二子时间DS2开始时，控制器可以关断第一复位晶体管RX1并接通第二复位晶体管RX2，以增加像素的浮置扩散区面积并降低转换增益。因此，在像素的浮置扩散区中可以存储更大量的电荷。控制器可以接通第一转移晶体管TX1以将第一光电二极管PD1的电荷存储在第一浮置扩散区FD1、第二浮置扩散区FD2和接通的第二复位晶体管RX2等中。
[0146] 控制器可以在第三采样时间t3期间检测第二子像素电压，并且在随后的第四采样时间t4期间检测第二子复位电压。第一复位晶体管RX1可以在第三采样时间t3和第四采样时间t4之间接通，使得第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压被复位。如以上参考图19所述，还可以执行暂时关断第二复位晶体管RX2的操作以抵消耦合效应。
[0147] 控制器可以使用第一子复位电压与第一子像素电压之间的差以及第二子复位电压与第二子像素电压之间的差来生成第一原始数据。第一原始数据可以是与第一光电二极管PD1在最长的第一曝光时间de1期间产生的电荷相对应的图像数据。
[0148] 在第一时间D1之后的第二时间D2，控制器可以检测对应于第二光电二极管PD2的电荷的第二像素电压。在第二时间D2，第二复位晶体管RX2可以接通，第一复位晶体管RX1可以关断，以连接第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。响应于开关元件SW的接通操作，由第二光电二极管PD2在第二曝光时间de2期间产生并存储在存储电容器SC中的电荷可以被转移到第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。由第二光电二极管PD2产生的电荷的一部分可以存储在接通的第二复位晶体管RX2中。例如，开关元件SW可以在经过了最后的第二曝光时间de2之后接通。在图23所示的实施例中，尽管开关元件SW与第二转移晶体管TX2一起接通，但是开关元件SW可以在第二转移晶体管TX2接通操作之前或之后接通。
[0149] 当开关元件SW保持在接通状态时，控制器可以关断第二转移晶体管TX2并接通溢出晶体管OX以去除第二光电二极管PD2的电荷。控制器还可以在第五采样时间t5期间检测第二像素电压，并且可以在第五采样时间t5之后的第六采样时间t6期间检测第二复位电压。在第五采样时间t5与第六采样时间t6之间，控制器可以接通第一复位晶体管RX1以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。
[0150] 控制器可以计算第二像素电压与第二复位电压之间的差，以生成第二原始数据。第二原始数据可以是与在第二曝光时间de2期间在第二光电二极管PD2中产生的电荷相对应的数据，该第二曝光时间de2比第一曝光时间de1短。换句话说，第二原始数据可以是对应于中曝光时间的数据。此外，由于通过多次设置第二曝光时间de2来控制第二光电二极管PD2产生电荷，所以可以使用第二原始数据精确地捕获诸如LED的产生闪烁现象的外部光源。第二曝光时间de2的长度和次数可以考虑了诸如LED等外部光源的工作频率和占空比来确定。
[0151] 当在第二时间D2之后进入第三时间D3时，控制器可以在第三曝光时间de3期间将第一光电二极管PD1暴光。第三曝光时间de3可以比第二曝光时间de2短。第一复位晶体管RX1可以关断，第二复位晶体管RX2可以在第三时间D3期间接通，并且控制器可以依次在第七采样时间t7期间获得第三复位电压和在第八采样时间t8期间获得第三像素电压。控制器可以使用第三复位电压与第三像素电压之间的差来获得第三原始数据。
[0152] 控制器可以使用第一原始数据、第二原始数据和第三原始数据生成图像数据。由于第一原始数据至第三原始数据可以使用第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在不同曝光时间de1至de3期间产生的电荷来获得，因此可以通过合并第一原始数据至第三原始数据来增加图像传感器的动态范围。此外，可以控制第二光电二极管PD2以多次在第二曝光时间de2中产生电荷。因此，也可以精确地捕获发生闪烁现象的外部光源。
[0153] 在图24所示的本发明构思的示例性实施例中，图像传感器可以类似于图23所示的实施例操作。在第一时间D1期间，控制器可以检测第一复位电压和第一像素电压一次，以生成对应于第一曝光时间de1的第一原始数据。因此，在图24所示的实施例中，溢出晶体管OX和第二转移晶体管TX2交替接通和关断的单位整体时间可以比图23所示的实施例中的单位整体时间短。此外，第二时间D2和第三时间D3的操作均可以类似于图23所示的实施例中的操作。
[0154] 在图25所示的实施例中，图像传感器可以类似于图24所示的实施例的操作。第一曝光时间de1可以比第二曝光时间de2更早开始。例如，在图25所示的实施例中，第一光电二极管PD1的快门操作可以在第二光电二极管PD2的快门操作之前执行。图25所示实施例中的单位整体时间可以与图24所示实施例中的相同或比其短。
[0155] 此外，在图25所示的实施例中，第三时间D3中的操作可以不同于图23和图24所示的实施例中的操作。参考图25，在第三时间D3期间，第一复位晶体管RX1可以接通，第二复位晶体管RX2可以关断。因此，由第一光电二极管PD1在第三曝光时间de3期间产生的电荷可以仅被积累在第一浮置扩散区FD1中，因此，控制器可以在相对高的转换增益条件下获取第三像素电压。
[0156] 在参考图23至图25描述的实施例中，第二光电二极管PD2可以通过多次切换溢出晶体管OX和第二转移晶体管TX2来产生电荷。溢出晶体管OX和第二转移晶体管TX2的接通时间的比和接通次数可以考虑发生闪烁现象的外部光源的工作频率和占空比来确定。此外，在本发明构思的其他示例性实施例中，第二光电二极管PD2产生电荷的第二曝光时间可以被设置得足够长，以精确捕获发生闪烁现象的外部光源。下面将参考图26和图27进行描述。
[0157] 首先参考图26，图像传感器的操作可以以如下方式开始，使得控制器接通第一复位晶体管RX1和第二复位晶体管RX2，以复位第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的电压。控制器然后可以执行快门操作，以通过接通第二转移晶体管TX2和开关元件SW来复位第二光电二极管PD2和存储电容器SC。当快门操作完成时，第二光电二极管PD2可以在第二曝光时间de2期间产生电荷。在第二曝光时间de2期间由第二光电二极管PD2产生的电荷可以通过溢出现象存储在存储电容器SC中。
[0158] 在第二曝光时间de2期间，第一光电二极管PD1也可以产生电荷。第一光电二极管PD1可以在第一曝光时间de1期间产生电荷，并且控制器可以检测用于在第一时间D1期间产生第一原始数据的电压。例如，第一时间D1可以包括第一子时间DS1和第二子时间DS2，并且控制器可以分别在第一子时间DS1的第一采样时间t1和第二采样时间t2中检测第一子复位电压和第一子像素电压。另外，控制器可以分别在第二子时间DS2的第三采样时间t3和第四采样时间t4中检测第二子像素电压和第二子复位电压。例如，图像传感器在第一时间D1的操作可以类似于图23的实施例中描述的操作。图像传感器在第三时间D3的操作可以类似于图23的实施例中描述的操作。
[0159] 第二曝光时间de2可以在第一时间D1之后的第二时间D2中结束。第二曝光时间de2可以通过接通第二转移晶体管TX2而结束。开关元件SW也可以与第二转移晶体管TX2一起接通。当开关元件SW接通时，在第二曝光时间de2期间存储在存储电容器SC中的电荷可以移动到浮置扩散区。由于第二复位晶体管RX2在第二时间D2期间接通，存储电容器SC的电荷可以移动到第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。存储电容器SC的电荷的一部分可以存储在第二复位晶体管RX2的接通电容中。
[0160] 控制器可以在第二时间D2中的第五采样时间t5期间检测第二像素电压，并且在第二时间D2中的第六采样时间t6期间检测第二复位电压。第二曝光时间de2可以考虑发生闪烁现象的光源的工作频率来确定。例如，第二曝光时间de2可以比其中发生闪烁现象的光源的工作频率的倒数(例如，工作周期)更长。因此，尽管存在闪烁现象，光源仍可被准确捕获。
[0161] 在图26所示的实施例中，控制器可以使用在第一时间D1至第三时间D3每者中获得的复位电压与像素电压之间的差来生成第一原始数据至第三原始数据。第二原始数据也可以用作检测发生闪烁现象的光源的数据。控制器可以合并在不同曝光时间de1到de3产生的第一原始数据至第三原始数据和转换增益条件，以产生图像数据。因此，可以增加图像传感器的动态范围。
[0162] 图27所示的根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的操作可以类似于图26所示的实施例。在第一时间D1，控制器可以在不改变浮置扩散区的面积的情况下，仅检测第一复位电压和第一像素电压一次。此外，在第二时间D2中，第二转移晶体管TX2可以接通和关断。因此，未因为溢出现象而转移到存储电容器SC的电荷可以转移到存储电容器SC。开关元件SW可以稍后被接通。其他操作可以与针对图27的实施例所描述的操作相同。
[0163] 图28是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的电子设备的框图。
[0164] 根据图28所示实施例的计算机设备1000可以包括显示器1010、图像传感器1020、存储器1030、处理器1040、端口1050等。此外，计算机设备1000还可以包括有线/无线通信单元、电源单元等。在图28所示的组件中，端口1050可以是计算机设备1000中的被提供用于与视频卡、声卡、存储卡、通用串行总线(USB)设备等通信的设备。计算机设备1000可以是台式计算机、膝上型计算机、智能手机、平板个人计算机(PC)、智能可穿戴设备等。
[0165] 处理器1040可以执行特定操作、命令和任务等。处理器1040可以是中央处理单元或微处理器单元，并且可以通过总线1060连接到显示器1010、图像传感器1020、存储设备1030以及连接到端口1050的其他单元。
[0166] 存储器1030可以是用于存储数据的存储介质，或者是用于操作计算机设备1000的多媒体数据。存储器1030可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器，或者可以包括非易失性存储器，例如闪存。存储器1030还可以包括固态驱动器、硬盘驱动器或作为存储单元的光驱动器。计算机设备1000可以包括提供给用户的诸如键盘、鼠标和触摸屏等的输入设备，以及诸如显示器、音频输出等的输出设备。
[0167] 图像传感器1020可以安装在封装基板上，并通过总线1060或其他通信装置连接到处理器1040。图像传感器1020可以参考图1至图27描述的各种实施例的形式用于计算机设备1000中。
[0168] 根据本发明构思的示例性实施例，由图像传感器的多个像素的每个像素中包括的第一光电二极管和第二光电二极管产生的电荷可以用于精确地检测来自具有闪烁现象的外部光源的光。此外，第一光电二极管和第二光电二极管的曝光时间可以控制在不同的时间内。因此，可以增加图像传感器的动态范围，并且可以提高由图像传感器生成的图像的质量。
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