[发明专利]图像传感器、像素和操作像素的方法

说明书

一种图像传感器包括其中布置有多个像素的像素阵列和用于控制多个像素的行驱动器。多个像素中的每一个包括第一光电二极管、具有比第一光电二极管大的光接收面积的第二光电二极管、其中存储由第一光电二极管生成的电荷的第一浮动扩散节点、连接到第一浮动扩散节点的第一电容器和一端与第一电容器串联的电容器控制晶体管。对于多个像素中的每一个，在第一光电二极管的读出周期期间，针对多个预设操作模式的每一个，行驱动器通过使用电容器控制晶体管来调整第一浮动扩散节点的电容。

相关申请的交叉引用

本申请基于2021年1月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0000444号要求其优先权，通过引用将其公开内容整体并入本文。

背景技术

本公开涉及图像传感器、像素和操作像素的方法，更具体地，涉及通过使用分离光电二极管(split PD)像素中的电容器和电容器控制晶体管来确保动态范围的图像传感器、图像传感器中的像素以及操作像素的方法。

图像传感器是捕获物体的二维或三维图像的器件。图像传感器通过使用根据从物体反射的光的强度做出反应的光电转换元件来生成物体的图像。随着互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的最新发展，使用CMOS的CMOS图像传感器被广泛使用。近来，为了增加图像传感器的动态范围，已经开发了向像素添加电容器的技术。

发明内容

本公开提供了一种图像传感器，其中，通过控制连接到小光电二极管的电容器来提高信噪比(SNR)以增加分离光电二极管结构中的动态范围；图像传感器中的像素；以及操作像素的方法。

根据本公开的一方面，一种图像传感器包括：像素阵列，多个像素布置在像素阵列中；和行驱动器，用于控制多个像素，其中，多个像素中的每一个包括：第一光电二极管；具有比第一光电二极管的光接收面积大的光接收面积的第二光电二极管；第一浮动扩散节点，第一光电二极管生成的电荷存储在该第一浮动扩散节点中；连接到第一浮动扩散节点的第一电容器；和包括串联到第一电容器的一端的电容器控制晶体管，其中，对于多个像素中的每一个，行驱动器通过使用电容器控制晶体管来调整第一浮动扩散节点的电容，并且其中，行驱动器在第一光电二极管的第一读出周期期间针对多个预设操作模式中的每一个调整电容。

根据本公开的一方面，一种具有分离光电二极管结构的像素包括：第一光电二极管；具有比第一光电二极管的光接收面积大的光接收面积的第二光电二极管；第一浮动扩散节点，第一光电二极管生成的电荷存储在该第一浮动扩散节点中；第一光电二极管转移晶体管，包括连接到第一光电二极管的一端和连接到第一浮动扩散节点的另一端；第二浮动扩散节点，第二光电二极管生成的电荷存储在该第二浮动扩散节点中；第二光电二极管转移晶体管，包括连接到第二光电二极管的一端和连接到第二浮动扩散节点的另一端；第一电容器，连接到第一浮动扩散节点；电容器控制晶体管，包括连接到第一电容器的一端和连接到第一电容器电源单元的另一端，电容器控制晶体管调整第一浮动扩散节点的电容；和在第一光电二极管的读出操作期间导通的开关晶体管。

根据本公开的一方面，一种操作像素的方法包括：在第一光电二极管的第一读出周期期间，在第一时段中截止电容器控制晶体管，电容器控制晶体管串联到连接到第一浮动扩散节点的第一电容器；当电容器控制晶体管截止时，在高转换增益(HCG)模式下操作像素，在该高转换增益模式下，第一浮动扩散节点的转换增益相对高；在第一读出周期的第二时段中导通电容器控制晶体管；和当电容器控制晶体管导通时，在低转换增益(LCG)模式下操作像素，在该低转换增益模式下，第一浮动扩散节点的转换增益相对低，其中，在第一时段期间，与第一光电二极管对应的像素信号的照度小于预设照度，并且其中，在第二时段期间，与第一光电二极管对应的像素信号的照度大于或等于预设照度。