图像传感器的制作方法

图像传感器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年9月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2020-0113790的优先权，该申请的公开内容以引用方式全部并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及一种图像传感器。


背景技术：

4.图像传感器为响应于外部光而生成电信号的基于半导体的传感器，并且可以包括具有多个像素的像素阵列和用于驱动像素阵列和生成图像的逻辑电路。逻辑电路可以包括用于接收电信号并且将电信号转换为数字信号的多个比较器。然而，可能存在可能由于集成了图像传感器的半导体芯片的处理结果值和温度的分布而无法充分地使用包括在图像传感器中的比较器的问题。因此，可能有必要改善比较器的输入范围。


技术实现要素：

5.提供了一种通过将使用复制电路获取的信息转移至斜坡电压生成器而具有改善的输入范围的比较器的图像传感器。
6.根据示例实施例，一种图像传感器包括：像素阵列，其包括连接到在第一方向上延伸的行线和在与第一方向相交的第二方向上延伸的列线的多个像素；斜坡电压生成器，其被配置为输出斜坡电压；多个比较器，多个比较器中的每一个包括向其输入斜坡电压的第一输入端子和连接到列线之一的第二输入端子；以及复制电路，其具有与比较器的一部分的结构相同的结构。比较器中的每一个包括：多个晶体管；第一自动调零晶体管，其连接到第一输入端子；第二自动调零晶体管，其连接到第二输入端子；以及布线，其连接到多个晶体管、第一自动调零晶体管和第二自动调零晶体管。第一自动调零晶体管的栅极端子连接到布线之中的第一布线。第二自动调零晶体管的栅极端子连接到布线之中与第一布线不同的第二布线。
7.根据示例实施例，一种图像传感器包括：像素阵列，其包括多个像素；多个比较器，多个比较器中的每一个包括第一输入端子、第二输入端子、连接到第一输入端子的第一自动调零开关和连接到第二输入端子的第二自动调零开关；复制电路，其包括与包括在多个比较器中的每一个中的一部分器件相同的器件，并且被配置为输出与多个比较器中的每一个的自动调零电压和公共节点电压对应的感测信号；以及斜坡电压生成器，其被配置为基于所输出的感测信号补偿斜坡电压，并且将经补偿的斜坡电压输出到多个比较器中的每一个的第一输入端子。感测信号对应于连接到多个比较器中的每一个的第一输入端子的输入晶体管的阈值电压。多个比较器中的每一个被配置为通过将从像素阵列输出的像素电压和重置电压与所输出的斜坡电压进行比较来生成输出信号。
8.根据示例实施例，一种图像传感器包括：像素阵列，其包括多个像素；斜坡电压生
成器，其被配置为输出斜坡电压；多个比较器，其被配置为通过对由像素阵列输出的重置电压和像素电压与所输出的斜坡电压进行比较来生成输出信号；以及感测电路，其被配置为感测包括在多个比较器中的输入晶体管的阈值电压，并且将用于补偿斜坡电压的控制信号输出到斜坡电压生成器。基于所输出的控制信号补偿斜坡电压。
附图说明
9.通过结合附图的以下详细描述，本公开的实施例的以上和其它方面、特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：
10.图1是示出根据示例实施例的图像传感器的框图；
11.图2是示出根据示例实施例的图像传感器中的像素阵列和读出电路的框图；
12.图3和图4是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的像素阵列中的像素的电路图；
13.图5是示出根据示例实施例的图像传感器的相关双采样操作的图；
14.图6是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的比较器的电路图；
15.图7和图8是示出根据示例实施例的图像传感器的操作的图；
16.图9是示出根据示例实施例的图像传感器的框图；
17.图10a和图10b是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的复制电路和数字转换器的电路图；
18.图11是示出根据示例实施例的由包括在图像传感器中的斜坡电压生成器执行的生成斜坡电压的操作的图；
19.图12a、图12b、图12c、图12d和图12e是示出根据示例实施例的图像传感器中的补偿操作的图；
20.图13是示出根据示例实施例的图像传感器的框图；
21.图14是示出根据示例实施例的其中测试电路被包括在图像传感器中的示例的eds测试处理的框图；
22.图15a和图15b是示出根据示例实施例的图像传感器的图；以及
23.图16和图17是示出根据示例实施例的包括图像传感器的电子装置的图。
具体实施方式
24.在下文中，将参照附图如下描述本公开的实施例。
25.图1是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
26.参照图1，根据示例实施例的图像传感器1可以包括像素阵列10和控制器20，控制器20可以包括行驱动器21、读出电路22、列驱动器23和控制逻辑24。
27.图像传感器1可以通过将从外部接收的光转换为电信号来生成图像数据。包括在图像传感器1中的像素阵列10可以包括多个连接的像素px，其连接到在第一方向上延伸的多条行线和在与第一方向相交的第二方向上延伸的多条列线。多个像素px可以包括响应于从外部入射的光学信号生成电荷的光电转换元件(诸如光电二极管pd)。
28.多个像素px中的每一个可以包括像素电路，其用于从由光电二极管生成的电荷生成像素信号。例如，像素电路可以包括转移晶体管、驱动晶体管、选择晶体管、重置晶体管和
浮置扩散部。
29.像素电路可以输出重置电压和像素电压。像素电压可以对应于由包括在多个像素px中的每一个中的光电二极管生成并且存储在浮置扩散部中的电荷。在示例实施例中，彼此相邻的两个或更多个像素px可以形成单个像素组，包括在像素组中的两个或更多个像素px可以共享转移晶体管、驱动晶体管、选择晶体管和重置晶体管的至少一部分。
30.行驱动器21可以通过将驱动信号输入到多条行线来驱动像素阵列10。例如，驱动信号可以包括用于控制像素电路的转移晶体管的传输控制信号、用于控制重置晶体管的重置控制信号、用于控制选择晶体管的选择控制信号。
31.读出电路22可以包括多个比较器和将比较器中的每一个的输出转换为数字信号的计数器电路。读出电路22可以包括斜坡电压生成器，其用于生成要与从像素阵列10输入的重置电压和像素电压进行比较的斜坡电压。
32.列驱动器23可以包括临时存储数字信号的锁存器和放大器电路，并且可以处理从读出电路22接收的数字信号。行驱动器21、读出电路22和列驱动器23可以由控制逻辑24控制。
33.控制逻辑24可以包括用于控制行驱动器21、读出电路22和列驱动器23的操作时序的时序控制器以及用于处理图像数据的图像信号处理器。在示例实施例中，图像信号处理器可以包括在连接成能够与图像传感器1通信的外部处理器中。
34.图2是示出根据示例实施例的图像传感器中的像素阵列和读出电路的框图。
35.参照图2，根据示例实施例的图像传感器100可以包括像素阵列110和用于驱动像素阵列110的控制器。控制器可以包括行驱动器120和读出电路130。读出电路130可以包括多个比较器131、斜坡电压生成器132和数据总线(dbs)电路133。然而，其示例实施例不限于此，读出电路130还可以根据需要包括其它元件。
36.根据示例实施例的图像传感器的像素阵列110可以包括布置在多条行线row和多条列线col彼此相交的点处的多个像素px
11
至px
mn
。行驱动器120可以通过多条行线row输入信号以控制多个像素px
11
至px
mn
。在示例实施例中，图像传感器可以通过使连接到行线的像素px
11
至px
mn
顺序地暴露于光的卷帘快门方法或者用于使像素px
11
至px
mn
同时暴露于光的全局快门方法来操作。
37.行驱动器120可以在预定水平周期期间选择多条行线row之一。例如，驱动多条行线之中的选择驱动线以及从连接到选择驱动线的像素px
11
至px
mn
读取重置电压和像素电压的时间可以被定义为一个水平周期。
38.图像传感器的帧周期可以被定义为从包括在像素阵列110中的所有像素px
11
至px
mn
读取重置电压和像素电压的时间。例如，帧周期可以等于或大于多条行线的数量和水平周期的乘积。随着图像传感器的帧周期变短，图像传感器可以在相同的时间段期间生成更多数量的图像帧。
39.包括在根据示例实施例的图像传感器100中的多个比较器131可以各自包括放大器。包括在多个比较器131中的每一个中的放大器可以为运算跨导放大器(ota)。
40.比较器131可以通过列线连接到像素px
11
至px
mn
。例如，比较器131可以从多个像素px
11
至px
mn
中的连接到由行驱动器120选择的行线的选择的像素获得重置电压和像素电压。
41.在示例实施例中，比较器131可以为采样器，并且可以为相关双采样器
(correlated double sampler，cds)。比较器131中的每一个可以包括连接到列线col之一的第一输入端子和接收通过斜坡电压生成器132输出的斜坡电压的第二输入端子。由像素px
11
至px
mn
输出的重置电压和像素电压可以输入到第一输入端子。比较器131可以执行相关双采样，可以将重置电压和像素电压中的每一个与斜坡电压进行比较，并且可以输出比较结果。
42.dbs电路133可以将由比较器131输出的比较结果转换为数字数据data，并且可以输出数据。dbs电路133可以包括计数器电路。dbs电路133可以与其它部件一起实施为模数转换器。
43.斜坡电压生成器132可以包括电流单元阵列，其包括生成输入到比较器131的第二输入端子的斜坡电压的单位电流单元。斜坡电压生成器132可以通过单位电流单元的导通和关断的顺序操作来生成斜坡电压。可以基于斜坡电压生成器132中实际操作的单位电流单元的数量来确定斜坡电压的幅度。例如，可以根据数字数据data的位数来确定包括在斜坡电压生成器132中的单位电流单元的数量。作为示例，当数字数据data为10位数据时，斜坡电压生成器132可以包括1024个或更多个单位电流单元。
44.图3和图4是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的像素阵列中的像素的电路图。
45.参照图3，包括在根据示例实施例的图像传感器中的像素可以包括用于响应于光生成电荷的光电二极管pd以及用于处理由光电二极管pd生成的电荷并且输出电信号的像素电路px。例如，像素电路px可以包括浮置扩散部fd、重置晶体管rx、驱动晶体管dx、选择晶体管sx和转移晶体管tx。
46.重置晶体管rx可以连接在用于供应电源电压vdd的电源节点与浮置扩散部fd之间，并且可以通过重置控制信号rg来控制。例如，当重置晶体管rx导通时，浮置扩散部fd的电压可以重置为电源电压vdd。当浮置扩散部fd的电压被重置时，选择晶体管sx可以通过选择控制信号sel来导通，并且可以将重置电压输出到列线col。
47.在示例实施例中，光电二极管pd可以响应于光生成电子或空穴作为主电荷载流子。当重置电压被输出到列线col并且转移晶体管tx通过转移控制信号tg而导通时，由暴露于光的光电二极管pd生成的电荷可以移动到浮置扩散部fd的电容器c
fd
。驱动晶体管dx可以作为源极跟随器放大器操作，以用于放大浮置扩散部fd的电压。当选择晶体管sx通过选择控制信号sel导通时，基于由光电二极管pd生成的电荷的像素电压可以输出到列线col。
48.重置电压和像素电压中的每一个可以通过连接到列线col的读出电路来检测。读出电路可以包括具有第一输入端子和第二输入端子的多个比较器，比较器可以通过第一输入端子接收斜坡电压。比较器可以将输入到第一输入端子的斜坡电压与输入到第二输入端子的重置电压和像素电压进行比较。
49.dbs电路可以连接到比较器的输出端子，dbs电路可以输出对应于斜坡电压与重置电压的比较结果的重置数据以及对应于斜坡电压与像素电压的比较结果的像素数据。控制器可以利用对应于重置数据与像素数据之间的差的像素信号来生成图像数据。
50.可以通过由光电二极管pd生成并且转移到浮置扩散部fd的电荷的量和像素电路px的转换增益来确定像素电压的幅度。像素电路px的转换增益可以对应于由电荷导致的电压变化，并且可以与浮置扩散部fd的电容成反比。换言之，当浮置扩散部fd的电容增大时，
像素电路px的转换增益可以减小，当浮置扩散部fd的电容减小时，像素电路px的转换增益可以增大。
51.转换增益可以影响图像传感器的性能。例如，当像素电路px的转换增益被设为对应于低亮度环境时，高亮度环境中生成的图像信号可能超过图像传感器的动态范围，因此，会劣化图像的质量。当像素电路px的转换增益被设为对应于高亮度环境时，可能无法在低亮度环境下充分地驱动驱动晶体管dx，因此，会劣化图像的质量。
52.参照图4，在根据示例实施例的图像传感器中，为了解决上述问题，像素电路px还可以包括连接在重置晶体管rx与浮置扩散部fd之间的开关器件sw。可以由开关控制信号sg控制开关器件sw的导通和关断。
53.根据示例实施例的图像传感器可以使开关器件sw导通或关断，以动态地调整像素电路px的转换增益。另外，图像传感器可以考虑到光电二极管pd暴露于光以获得像素信号的曝光时间长度来确定将开关器件sw导通还是关断，并且可以利用从不同的曝光时间段获得的像素信号来生成单个结果图像。因此，可以改善图像传感器的噪声性能和动态范围。
54.作为示例，当开关器件sw关断时，可以将存储由光电二极管pd生成的电荷的浮置扩散部fd的电容确定为第一电容c
fd1
。当开关器件sw导通时，可以将浮置扩散部fd的电容确定为第一电容c
fd1
和第二电容c
fd2
之和。换言之，通过使开关器件sw关断，可以减小浮置扩散部fd的电容，并且可以增大转换增益，通过使开关器件sw导通，可以增大浮置扩散部fd的电容，并且可以减小转换增益。例如，开关器件sw可以在光的量相对小时关断，并且可以在光的量相对大时导通。
55.图5是示出根据示例实施例的图像传感器的相关双采样操作的图。
56.参照图4和图5，重置晶体管rx可以通过重置控制信号rg导通，从而可以重置浮置扩散部fd的电压。在此情况下，可以通过开关控制信号sg使开关器件sw与重置晶体管rx一起导通，从而可以重置浮置扩散部fd的电压。
57.当重置浮置扩散部fd的电压时，重置晶体管rx和开关器件sw可以关断，读出电路的比较器cds可以通过选择控制信号sel从像素读出重置电压v
rt
。当读取重置电压v
rt
时，转移晶体管tx可以通过转移控制信号tg导通，光电二极管pd的电荷可以移动到浮置扩散部fd。
58.作为示例，在读出重置电压v
rt
之后，当转移晶体管tx导通并且光电二极管pd的电荷移动到浮置扩散部fd时，开关器件sw可以保持关断状态。因此，可以将浮置扩散部fd的电容确定为第一电容c
fd1
，可以将像素的转换增益确定为与第一电容c
fd1
对应的第一值。换言之，当像素的转换增益具有第一值时，图像传感器可以将光电二极管pd的电荷移动到浮置扩散部fd，并且可以读出像素电压v
px
。
59.执行相关双采样操作的比较器cds可以在单个水平周期期间读出重置电压v
rt
和像素电压v
px
，图像传感器的控制器可以获得与重置电压v
rt
与像素电压v
px
之间的差对应的像素信号。
60.在示例实施例中，可以改变开关器件sw的导通时序。例如，在单个水平循环之后，图像传感器可以导通开关器件sw。当开关器件sw导通时，可以将浮置扩散部fd的电容确定为第一电容c
fd1
和第二电容c
fd2
之和，因此，像素的转换增益可以具有与第一电容c
fd1
和第二电容c
fd2
之和对应的第二值。第二值可以小于第一值。
61.当像素的转换增益具有第二值时，比较器cds可以通过相似的处理来获得重置电压v
rt
和像素电压v
px
。同样地，图像传感器的控制器可以在新的水平周期期间获得新的像素信号。图像传感器可以利用顺序地获取的像素信号来生成图像帧。
62.图6是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的比较器的电路图。
63.参照图6，在示例实施例中，比较器可以为相关双采样比较器(cds)，并且可以包括多个晶体管。比较器cds可以包括第一pmos晶体管pm1、第二pmos晶体管pm2、第一nmos晶体管nm1和第二nmos晶体管nm2。然而，比较器cds的构造和晶体管的数量可以在示例实施例中改变。
64.第一pmos晶体管pm1和第二pmos晶体管pm2可以连接到用于供应电源电压v
dd
的电源节点，第一nmos晶体管nm1和第二nmos晶体管nm2可以连接到用于供应偏置电流的电流源cs。
65.第一nmos晶体管nm1的栅极可以提供比较器cds的第一输入端子in1，第二nmos晶体管nm2的栅极可以提供比较器cds的第二输入端子in2。在示例实施例中，第一输入端子in1可以连接到用于生成斜坡电压的斜坡电压生成器的输出端子，第二输入端子in2可以通过列线连接到图像传感器的像素。
66.第一pmos晶体管pm1、第二pmos晶体管pm2、第一nmos晶体管nm1和第二nmos晶体管nm2可以提供放大器电路。在示例实施例中，放大器电路可以被实施为ota电路。在示例实施例中，第一pmos晶体管pm1和第二pmos晶体管pm2可以具有相同的尺寸，第一nmos晶体管nm1和第二nmos晶体管nm2可以具有相同的尺寸。第一pmos晶体管pm1和第二pmos晶体管pm2以及第一nmos晶体管nm1和第二nmos晶体管nm2可以具有相同的尺寸或不同的尺寸。
67.在根据示例实施例的图像传感器中，比较器cds可以包括连接到第一输入端子in1的第一自动调零开关az1和连接到第二输入端子in2的第二自动调零开关az2。第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2可以用来控制图像传感器的自动调零操作。第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2可以被实施为晶体管，并且可以通过相应的栅极端子接收不同的控制信号。因此，可以独立地控制第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2的导通和关断操作。
68.在根据示例实施例的图像传感器中，包括在比较器cds中的多个晶体管可以通过多条布线彼此连接。例如，第一自动调零开关az1的栅极端子可以连接到第一布线，第二自动调零开关az2的栅极端子可以连接到第二布线。第一布线和第二布线可以传输不同的信号，第一自动调零信号azs1可以通过第一布线传输，第二自动调零信号azs2可以通过第二布线传输。第一布线和第二布线可以彼此物理地分离。
69.可以通过第一自动调零信号azs1和第二自动调零信号azs2彼此不同地控制第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2在自动调零操作中的导通关断时序。例如，在根据示例实施例的图像传感器中，在包括在每个比较器cds中的第一自动调零开关az1在自动调零操作期间关断之后，第二自动调零开关az2可以关断。换言之，当第二自动调零开关az2保持导通状态时，仅第一自动调零开关az1可以关断。
70.另外，当第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2中的一个保持关断状态时，仅另一个可以选择性地导通。作为示例，第一自动调零开关az1可以在第二自动调零开关az2之前导通，或者第二自动调零开关az2可以在第一自动调零开关az1之前导通。可替换
地，在示例实施例中，第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2可以同时导通。
71.在根据示例实施例的图像传感器中，第一nmos晶体管nm1和第二nmos晶体管nm2共同连接到的节点可以定义为公共节点n2，施加到公共节点n2的电压可以被定义为公共节点电压。另外，第一pmos晶体管pm1和第二pmos晶体管pm2共同连接到的节点可以被定义为自动调零节点n1，施加到自动调零节点n1的电压可以被定义为自动调零电压。
72.在根据示例实施例的图像传感器中，第一自动调零开关az1可以连接到自动调零节点n1，第二自动调零开关az2可以连接到比较器cds的输出端子。
73.包括在根据示例实施例的图像传感器中的比较器cds的构造不限于上述示例实施例，并且还可以根据需要包括其它元件。例如，还可以包括提供输出端子的输出晶体管、供应附加偏置电流的附加电流源和用于限制输出信号的带宽的mos电容器。
74.图7和图8是示出根据示例实施例的图像传感器的操作的图。
75.图7示出了利用包括在根据示例实施例的图像传感器中的比较器中的单个自动调零信号azs控制第一自动调零开关和第二自动调零开关的示例实施例。参照图7，当利用单个自动调零信号azs来控制第一自动调零开关和第二自动调零开关时，能够输入到比较器的像素电压可以限于第一输入范围ir1。
76.根据图7中所示的示例实施例，第一自动调零开关和第二自动调零开关可以通过自动调零信号azs同时导通，并且可以使比较器初始化。当比较器被初始化时，比较器的输入节点和/或输出节点的电压电平可以等于自动调零电压v
az
。对于读出重置电压的操作，可以将第一偏移电压v
offset1
添加到斜坡电压rmp，在激活选择控制信号sel之后，斜坡电压rmp可以减小。一旦完成重置电压的读出操作，就可以再次将预定偏移电压添加到斜坡电压rmp。
77.可以将像素电压pix保持为重置电压直至激活转移控制信号tg。一旦激活转移控制信号tg并且积累在光电二极管中的电荷移动到浮置扩散部，像素电压pix就可以如图7中所示地减小。
78.对于读出图像信号的操作，斜坡电压rmp可以再次减小。在完成读出图像信号的操作之后，当激活重置控制信号rg时，像素电压pix可以回到初始电平。在参照图7描述的操作中，对应于斜坡电压rmp的最小值v
min
与像素电压pix的初始电平之差的第一输入范围ir1可以成为比较器的输入范围。
79.根据示例实施例的图像传感器的读出操作可以包括检测斜坡电压rmp大于像素电压pix的次数的计数操作。例如，计数操作可以通过dbs电路来执行，并且可以以各种方式(诸如位转换或向上计数)来实施。
80.在示例实施例中，通过经由第一自动调零信号azs1控制包括在比较器中的第一自动调零开关并且经由第二自动调零信号azs2控制第二自动调零开关，可以增大比较器的输入范围。
81.参照图6和图8，第一自动调零信号azs1可以通过第一布线输入到第一自动调零开关az1，第二自动调零信号azs2可以通过第二布线输入到第二自动调零开关az2。作为示例，第一自动调零信号azs1可以在第二自动调零信号azs2之前去激活，第一自动调零开关az1可以在第二自动调零开关az2之前关断。
82.通过不同地控制第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2的导通关断时序，
斜坡电压rmp的初始值可以大于图7中所示的斜坡电压rmp的初始值。例如，在第一自动调零信号azs1被去激活并且第二自动调零信号azs2被激活的状态中，补偿电压vc可以添加到斜坡电压rmp。因为可以通过第一自动调零开关az1和第二自动调零开关az2的导通关断状态同时在比较器的两个输入端子中施加补偿电压vc，因此与斜坡电压rmp相似，像素电压pix可以增大补偿电压vc那么多。
83.根据图8中所示的示例实施例，与图7中所示的示例实施例相似，第一偏移电压v
offset1
可以添加到斜坡电压rmp，以用于读出重置电压的操作。换言之，可以添加第二偏移电压v
offset2
(第一偏移电压v
offset1
和补偿电压vc之和)，以用于读出重置电压的操作。因此，在终止比较操作之后，像素电压pix的值可以比斜坡电压rmp的值大了补偿电压vc。
84.在参照图8描述的操作中，对应于斜坡电压rmp的最小值v
min
与像素电压pix的初始电平之差的第二输入范围ir2可以为比较器的输入范围。第二输入范围ir2可以具有比参照图7描述的第一输入范围ir1大补偿电压vc的值。
85.作为示例，参照图6，补偿电压vc可以为与比较器cds的第一nmos晶体管nm1的阈值电压对应的电压。补偿电压vc可以为50mv与700mv之间的值。然而，其示例实施例不限于此，补偿电压vc可以为700mv或更大的值。另外，补偿电压vc可以为与用于图像传感器的阈值电压和容限电压之和对应的电压。可以基于阈值电压的分布来确定容限电压。
86.例如，通过补偿电压vc，比较器cds的输入范围可以从第一输入范围ir1至第二输入范围ir2增大大约50％。换言之，第二输入范围ir2可以为第一输入范围ir1的大约1.5倍。然而，其示例实施例不限于此，第二输入范围ir2可以为第一输入范围ir1的1至1.5倍之间，或者可以大于第一输入范围ir1的1.5倍。
87.根据示例实施例的图像传感器可以通过补偿由如上所述的斜坡电压生成器生成的斜坡电压rmp来增大比较器的输入范围。然而，因为第一nmos晶体管nm1的阈值电压可以根据处理结果值的分布和温度而变化，所以补偿电压vc可以根据环境而变化。因此，可以需要感测补偿电压vc，并且以控制信号的形式将该电压输入到斜坡电压生成器。
88.在以下描述中，将参照图9至图14描述利用复制电路或测试电路将控制信号输入到斜坡电压生成器的方法以及操作斜坡电压生成器的方法。
89.图9是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
90.参照图9，根据示例实施例的图像传感器200可以包括像素阵列210和用于驱动像素阵列210的控制器。控制器可以包括行驱动器220和读出电路230。读出电路230可以包括多个比较器231、斜坡电压生成器232和dbs电路233。读出电路230可以包括感测电路235，其用于输出补偿信号并且将补偿信号输入到斜坡电压生成器232。感测电路235可以包括复制电路236和数字转换器237。
91.包括在图9中所示的图像传感器200中的像素阵列210的其它元件和控制器可以与图2中所示的图像传感器100的那些类似地操作。感测电路235可以具有与比较器231中的每一个的至少一部分的结构相同的结构。作为示例，感测电路235可以包括比较器231中的每一个中包括的元件的一部分。在根据示例实施例的图像传感器200中，感测电路235可以包括与连接到比较器231中的每一个的第一输入端子的输入晶体管对应的复制输入晶体管。
92.作为示例，包括在感测电路235中的复制电路236可以检测感测信号，以获得与输入晶体管的阈值电压对应的复制输入晶体管的复制阈值电压。感测信号可以输入到数字转
换器237，并且可以被转换为数字信号，从感测信号获得的复制阈值电压可以以用于补偿斜坡电压的控制信号的形式输入到斜坡电压生成器232。然而，将斜坡电压的控制信号输入到斜坡电压生成器232的处理不限于此，并且可以根据感测电路235的构造通过不同的程序进行操作。
93.在根据示例实施例的图像传感器200中，包括复制电路236和数字转换器237的感测电路235的操作可以执行至少一次。例如，当图像传感器200初始操作时，复制电路236可以收集感测信号，并且可以将控制信号传输到斜坡电压生成器232。然而，其示例实施例不限于此，复制电路236可以在图像传感器200的操作期间在每至少一个或多个帧中收集感测信号，并且可以将控制信号传输到斜坡电压生成器232。
94.图10a和图10b是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的复制电路和数字转换器的电路图。
95.参照图10a，包括在根据示例实施例的图像传感器中的读出电路230a可以包括复制电路236a、数字转换器237a和斜坡电压生成器232a。复制电路236a可以包括与包括在比较器中的每一个中的至少一部分元件相同的元件。
96.作为示例，返回参照图6中所示的比较器(cds)，复制电路236a可以包括分别与包括在比较器cds中的第一nmos晶体管nm1和第一pmos晶体管pm1对应的第一复制nmos晶体管nm1a和第一复制pmos晶体管pm1a。
97.第一复制nmos晶体管nm1a和第一复制pmos晶体管pm1a共同连接到的节点可以对应于自动调零节点n1，并且可以被定义为复制自动调零节点n1a。复制自动调零节点n1a的电压可以为与自动调零电压对应的复制自动调零电压。
98.同样地，连接到输出晶体管ota的节点可以对应于公共节点n2，并且可以被定义为复制公共节点n2a。复制公共节点n2a的电压可以为与公共节点电压对应的复制公共节点电压。
99.复制电路236a可以输出复制自动调零电压作为第一感测信号，并且可以输出复制公共节点电压作为第二感测信号。
100.在根据示例实施例的图像传感器中，复制电路236a还可以包括通过时序信号顺序地输出第一感测信号和第二感测信号的选择电路(mux)。例如，选择电路mux可以被实施为复用器。数字转换器237a可以包括单个模数转换器adc_d。模数转换器adc_d可以接收从复制电路236a顺序地输出的第一感测信号和第二感测信号，并且可以将这些信号转换为数字信号。
101.参照图10b，包括在根据示例实施例的图像传感器中的读出电路230b可以包括复制电路236b、数字转换器237b和斜坡电压生成器232b。复制电路236b可以包括与包括在比较器中的每一个中的至少一部分元件相同的元件。例如，读出电路230b可以具有与参照图10a描述的读出电路230a的结构相似的结构。
102.在根据示例实施例的图像传感器中，数字转换器237b可以包括两个模数转换器adc_d1和adc_d2。例如，模数转换器adc_d1和adc_d2可以从复制电路236b接收感测信号。例如，第一模数转换器adc_d1可以接收复制自动调零节点n1b的电压作为第一感测信号，第二模数转换器adc_d2可以接收复制公共节点n2b的电压作为第二感测信号。所接收的第一感测信号和第二感测信号可以被转换为数字信号。
103.在图10a和图10b中，数字转换器237a和237b还可以包括逻辑电路lc_d。逻辑电路lc_d可以利用从复制电路236a和236b接收的第一感测信号和第二感测信号来检测与第一nmos晶体管nm1的阈值电压对应的复制阈值电压。逻辑电路lc_d还可以检测用于图像传感器的操作的容限电压以及复制阈值电压。复制阈值电压和/或容限电压可以以用于补偿斜坡电压的控制信号的形式被输入到斜坡电压生成器232。
104.数字转换器237a和237b可以确定斜坡电压的补偿电平。在示例实施例中，可以根据由逻辑电路lc_d检测到的复制阈值电压来确定补偿电平。另外，可替换地，可以考虑到用于图像传感器的操作的容限电压以及复制阈值电压来确定补偿电平。作为示例，补偿电平可以对应于用于图像传感器的操作的复制阈值电压和容限电压之和。
105.在根据示例实施例的图像传感器中，数字转换器237a和237b可以输出包括关于补偿电平的信息的控制信号。输出控制信号可以被输入到斜坡电压生成器232a和232b，并且可以补偿斜坡电压。
106.在根据示例实施例的图像传感器中，斜坡电压生成器232a和232b可以包括控制器ct和数模转换器dac。控制器ct可以接收时钟信号clk，并且包括用于确定所生成的斜坡电压的幅度的电流单元阵列。数模转换器(dac)可以将从电流单元阵列获得的数字信号转换为模拟信号以将该信号输入到比较器。
107.包括在数字转换器237a和237b中的模数转换器adc_d、adc_d1和adc_d2的分辨率可以小于用于将比较器的输出信号转换为数字信号的模数转换器的分辨率。例如，在根据示例实施例的图像传感器中，用于将比较器的输出信号转换为数字信号的模数转换器可以为dbs电路。
108.作为示例，模数转换器adc_d、adc_d1和adc_d2可以具有4位或5位的分辨率，dbs电路可以具有大约10位的分辨率。换言之，模数转换器adc_d、adc_d1和adc_d2可以输出4位或5位信号，dbs电路可以输出大约10位的数字像素信号，然而，其示例实施例不受限制，并且每个装置的分辨率可以大于或小于前述示例实施例。可以通过补偿电压的幅度来确定模数转换器adc_d、adc_d1和adc_d2的分辨率，可以通过所生成的斜坡电压、重置电压和像素电压来确定dbs电路的分辨率。
109.图11是示出通过包括在根据示例实施例的图像传感器中的斜坡电压生成器执行的生成斜坡电压的操作的图。
110.参照图11，斜坡电压生成器可以包括具有多个单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]的电流单元阵列cca，并且还可以包括用于输出驱动多个单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]的信号的行选择器240和列选择器250。
[0111]
多个单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]可以设置在行和列彼此相交的点处，并且可以由行选择器240和列选择器250按次序驱动。例如，当行选择器240激活一行时，列选择器250可以通过顺序地激活或去激活各列来驱动多个单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]。在根据示例实施例的图像传感器中，斜坡电压生成器可以通过驱动多个单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]来输出斜坡电压。
[0112]
然而，其示例实施例不限于此，并且包括在斜坡电压生成器中的多个单位电流单元的布置不限于多行多列的形式，并且可以以各种方式来驱动。例如，多个单位电流单元可以被分组为单个组，并且可以以组为单位来驱动。
[0113]
在根据示例实施例的图像传感器中，包括在斜坡电压生成器中的电流单元阵列cca可以总共包括x(n
×
m＝x)个单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]。例如，电流单元阵列cca可以总共包括32个列(n＝32)和48个行(m＝48)。因此，单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]的总数量可以为1536。然而，其示例实施例不限于此，并且单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]的数量可以在示例实施例中改变。
[0114]
在根据示例实施例的图像传感器中，x个单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]可以包括第一电流单元组ccg1和第二电流单元组ccg2。例如，第一电流单元组ccg1可以包括用于生成除补偿电压以外的斜坡电压的单位电流单元cc[1,1]至cc[k,n]。第二电流单元组ccg2可以包括用于生成补偿电压的单位电流单元cc[k+1,1]至cc[m,n]。包括在第一电流单元组ccg1中的单位电流单元cc[1,1]至cc[k,n]可以为从第一列至第k列的单位电流单元cc[1,1]至cc[k,n]，包括在第二电流单元组ccg2中的单位电流单元cc[k+1,1]至cc[m,n]可以为从第k+1列至第m列的单位电流单元cc[k+1,1]至cc[m,n]。然而，其示例实施例不限于此，并且电流单元阵列cca可以包括三个或更多个电流单元组。另外，包括在每个电流单元组中的单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]可以以各种方式布置。
[0115]
可以根据由单个单位电流单元输出的输出电压和电压电平的范围来确定包括在第一电流单元组ccg1和第二电流单元组ccg2中的单位电流单元cc[1,1]至cc[m,n]的数量。由单个单位电流单元输出的电压电平可以与可以多么准确地输出要输出的电压有关。作为示例，在由100个单元输出0mv与100mv之间的任意电压的情况下，可以以1mv为单位来调整输出电压。在由1000个单元输出0mv与100mv之间的任意电压的情况下，可以以0.1mv为单位来调整输出电压，从而可以更准确地输出要输出的电压。
[0116]
为了描述图11至图12e中所示的图，可以假设由根据示例实施例的图像传感器中的单个单位电流单元输出的电压电平为大约1mv。然而，其示例实施例不限于此，单位电流单元的数量和由单个单位电流单元输出的电压的电平可以在示例实施例中改变。
[0117]
作为示例，当由第一电流单元组ccg1生成的除补偿电压以外的斜坡电压具有0mv与1000mv之间的值时，第一电流单元组ccg1可以包括1024个单位电流单元cc[1,1]至cc[32,32]。当由第二电流单元组ccg2生成的补偿电压具有0mv与500mv之间的值时，第二电流单元组ccg2可以包括512个单位电流单元cc[33,32]至cc[48,32]。然而，其示例实施例不限于此，包括在每个电流单元组中的单位电流单元的数量可以在示例实施例中改变。
[0118]
图12a、图12b、图12c、图12d和图12e是示出根据示例实施例的图像传感器中的补偿操作的图。
[0119]
参照图11和图12a，用于生成补偿电压的第二电流单元组ccg2可以包括多个阈值电压电流单元cc
th
和多个容限电压电流单元cc
sm
。在此情况下，补偿电压可以包括与包括在根据示例实施例的图像传感器中的比较器的输入晶体管的阈值电压对应的复制阈值电压以及考虑到阈值电压的分布的容限电压。
[0120]
多个阈值电压电流单元cc
th
可以被定义为用于添加与复制阈值电压对应的补偿电压的电流单元。多个容限电压电流单元cc
sm
可以被定义为用于施加与容限电压对应的补偿电压的电流单元。
[0121]
在根据示例实施例的图像传感器中，斜坡电压生成器可以激活多个阈值电压电流单元cc
th
的至少一部分以补偿斜坡电压。斜坡电压生成器可以激活多个容限电压电流单元
cc
sm
的至少一部分以及多个阈值电压电流单元cc
th
的至少一部分。
[0122]
作为示例，阈值电压电流单元cc
th
可以为16
×
32个单位电流单元，容限电压电流单元cc
sm
可以为2
×
32个单位电流单元。然而，其示例实施例不限于此，并且阈值电压电流单元cc
th
和容限电压电流单元cc
sm
的数量和形状可以根据补偿电压的幅度而改变。
[0123]
参照图12b，在示例实施例中的图像传感器中，斜坡电压可以通过输入晶体管的阈值电压来补偿而不考虑容限电压。单位电流单元可以以每个单元单位来激活。例如，单位电流单元可以包括激活的单元sc和非激活的单元usc。如由图12b中所示的电流单元所指示的，斜坡电压生成器可以利用激活的单位电流单元sc来生成大约100mv的补偿电压。
[0124]
参照图12c，在根据示例实施例的图像传感器中，斜坡电压可以通过输入晶体管的阈值电压来补偿而不考虑容限电压。单位电流单元可以以行为单位来激活。例如，单位电流单元可以包括激活的单元sc和非激活的单元usc。如由图12c中所示的电流单元所指示的，斜坡电压生成器可以利用激活的单位电流单元sc来生成大约128mv的补偿电压。
[0125]
参照图12d，在根据示例实施例的图像传感器中，斜坡电压可以通过输入晶体管的阈值电压来补偿而不考虑容限电压。例如，单位电流单元可以包括激活的单元sc和非激活的单元usc。如由图12d中所示的电流单元所指示的，当激活所有的阈值电压激活单元cc
th
时，可以生成大约512mv的补偿电压。
[0126]
参照图12e，在根据示例实施例的图像传感器中，可以通过考虑到容限电压和输入晶体管的阈值电压来补偿斜坡电压。例如，单位电流单元可以包括激活的单元sc和非激活的单元usc。激活的单位电流单元sc可以包括阈值电压电流单元cc
th
的至少一部分和容限电压电流单元cc
sm
的至少一部分。根据图12e中所示的电流单元，斜坡电压生成器可以利用激活的单位电流单元sc来生成大约170mv的补偿电压。
[0127]
然而，图12b至图12e中所示的示例实施例是示例，并且其示例实施例不限于此。补偿电压可以在示例实施例中改变。另外，激活的单元sc的布置也可以根据斜坡电压生成器的操作方法而改变。
[0128]
在根据示例实施例的图像传感器中，所生成的补偿电压可以在自动调零操作期间被添加到斜坡电压。因为补偿电压一起被反映到比较器的两个输入端子，所以像素电压可以如同斜坡电压那样增大补偿电压那么多。因此，可以通过增大的补偿电压来改善比较器中的像素电压的输入范围。
[0129]
图13是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
[0130]
参照图13，根据示例实施例的图像传感器300可以包括像素阵列310和用于驱动像素阵列310的控制器。控制器可以包括行驱动器320和读出电路330。读出电路330可以包括多个比较器331、斜坡电压生成器332和dbs电路333。读出电路330还可以包括感测电路，其用于输出控制信号，并且将控制信号输入到斜坡电压生成器332。感测电路可以被构造为测试电路338。
[0131]
包括在图13中所示的图像传感器300中的像素阵列310的其它元件和控制器可以与图2中所示的图像传感器100的那些相似地操作。测试电路338可以感测包括在比较器中的多个晶体管中的连接到第一输入端子的输入晶体管的阈值电压。
[0132]
作为示例，在根据示例实施例的图像传感器300中，测试电路338可以通过在用于制造图像传感器300的各处理中完成晶圆的阶段中执行电晶片分捡(eds)测试来检测阈值
电压。所检测的阈值电压可以以用于补偿斜坡电压的控制信号的形式被输入到斜坡电压生成器332。然而，从测试电路338输出斜坡电压的控制信号并将该信号输入到斜坡电压生成器332的处理不限于此，并且可以根据测试电路338的配置以各种方式进行操作。
[0133]
图14是示出测试电路包括在根据示例实施例的图像传感器中的示例的eds测试处理的框图。
[0134]
参照图14，当通过将半导体处理应用到晶圆w来产生多个半导体晶片时，可以产出晶圆w。包括在晶圆w中的多个半导体晶片可以包括半导体装置。半导体装置可以为根据示例实施例描述的图像传感器。
[0135]
在产出晶圆(w)之后，可以利用包括在根据示例实施例的图像传感器中的测试电路来执行eds测试501，使得可以检测包括在比较器中的输入晶体管的阈值电压数据。然而，其示例实施例不限于此，可以根据诸如温度的条件多次执行eds测试501。
[0136]
在完成eds测试501之后，可以执行熔合(fusing)502以将信息写入一次性可编程(otp)区域中。熔合502可以包括在otp区域中写入通过eds测试501确定的阈值电压。
[0137]
一旦完成熔合502，可以通过应用划线处理503从晶圆w分离出包括图像传感器的各半导体晶片，并且还可以应用封装组装处理504。当通过封装组装处理504将图像传感器生产为封装件时，可以执行封装测试505，并且可以运输产品。
[0138]
在参照图14描述的一系列处理中，可以利用otp区域来执行检测图像传感器中的阈值电压的处理。在根据示例实施例的图像传感器中，通过以上处理写入的阈值电压可以以控制信号的形式传输到斜坡电压生成器，并且可以用于补偿斜坡电压。
[0139]
图15a和图15b是示出根据示例实施例的图像传感器的图。
[0140]
参照图15a，根据示例实施例的图像传感器600a可以包括第一层610和第二层620。第一层610和第二层620可以在竖直方向上堆叠。
[0141]
第一层610可以包括像素阵列611，第二层620可以包括逻辑电路621和622。像素阵列611可以通过多条行线和多条列线连接到逻辑电路621和622。
[0142]
作为示例，像素阵列611可以包括普通像素和自动聚焦像素。普通像素的数量可以大于自动聚焦像素的数量，自动聚焦像素中的每一个可以包括多个光电二极管。另外，当d切(d-cut)透镜设置在像素阵列611的前表面上时，自动聚焦像素可以包括在其中光电二极管布置在d切透镜的边缘的方向上的第一自动聚焦像素以及在其中光电二极管布置在与d切透镜的边缘的方向不同的方向上的第二自动聚焦像素。在第一层610和第二层620堆叠的竖直方向上，第一自动聚焦像素的高度可以小于第二自动聚焦像素的高度。
[0143]
逻辑电路621和622可以包括第一逻辑电路621和第二逻辑电路622。第一逻辑电路621可以包括用于驱动像素阵列611的行驱动器、读出电路、列驱动器和控制逻辑。在根据示例实施例的图像传感器600a中，第一逻辑电路621可以包括感测电路，其用于感测与比较器的输入晶体管的阈值电压对应的复制阈值电压。第二逻辑电路622可以包括电源电路、输入/输出接口和图像信号处理器。被第一逻辑电路621和第二逻辑电路622中的每一个占据的面积及其布置形式可以改变。
[0144]
参照图15b，图像传感器600b可以包括第一层610、第二层620和设置在第一层610与第二层620之间的第三层630。第一层610和第二层620可以与参照图15a描述的示例实施例相似。第三层630可以包括存储器件阵列631，存储器件阵列631可以包括诸如金属-绝缘
体-金属(mim)电容器、电荷俘获器件、磁隧道结(mtj)器件和锗(ge)-锑(sb)-碲(te)器件(gst)的存储器件。存储器件可以连接到形成在第一层610上的像素和/或逻辑电路621和622中的任意一个或它们的任意组合。
[0145]
图像传感器600a和600b的构造不限于如图15a和图15b中所示的示例，并且可以改变。作为示例，逻辑电路621和622的一部分(例如，第一逻辑电路621的至少一部分)可以与像素阵列611一起设置在第一层610上。
[0146]
图16和图17是示出根据示例实施例的包括图像传感器的电子装置的图。
[0147]
参照图16，电子装置1000可以包括相机模块组1100、应用处理器1200、电源管理集成电路(pmic)1300和外部存储器1400。
[0148]
相机模块组1100可以包括多个相机模块1100a、1100b和1100c。该图示出了布置有三个相机模块1100a、1100b和1100c的示例实施例，其示例实施例不限于此。在示例实施例中，相机模块组1100可以被修改为仅包括两个相机模块。另外，在示例实施例中，相机模块组1100可以被修改为包括n(其中，n为等于或大于4的自然数)个相机模块。另外，在示例实施例中，包括在相机模块组1100中的多个相机模块1100a、1100b和1100c中的任意一个或任意组合可以包括参照图1至图15的示例实施例之一中描述的图像传感器。
[0149]
在以下描述中，将参照图17更详细地描述相机模块1100b的详细配置，并且以下描述还可以应用于根据示例实施例的其它相机模块1100a和1100c。
[0150]
参照图17，相机模块1100b可以包括棱镜1105、光路弯折元件(opfe)1110、致动器1130、图像感测装置1140和存储单元1150。
[0151]
棱镜1105可以包括由光反射材料形成的反射表面1107，并且可以改变从外部入射的光l的路径。
[0152]
在示例实施例中，棱镜1105可以将在第一方向x上入射的光l的路径改变为垂直于第一方向x的第二方向y。另外，棱镜1105可以围绕中心轴1106在方向a上旋转由光反射材料形成的反射表面1107，或者可以在方向b上旋转中心轴1106，使得可以将在第一方向x上入射的光l的路径改变为竖直的第二方向，在此情况下，opfe1110还可以在垂直于第一方向x和第二方向y的第三方向z上移动。
[0153]
在示例实施例中，如图中所示，棱镜1105在a方向上的最大旋转角度可以在正(+)a方向上等于或小于15度，并且可以在负(-)a方向上大于15度。然而，其示例实施例不限于此。
[0154]
在示例实施例中，棱镜1105可以在正(+)或负(-)b方向上移动大约20度、10度与20度之间的角度或者15度与20度之间的角度。棱镜1105可以在正(+)或负(-)方向上移动相同的角度，或者可以移动相差大约一度的相似的角度。
[0155]
在示例实施例中，棱镜1105可以在平行于中心轴1106的延伸方向的第三方向(例如，z方向)上移动光反射材料的反射表面1107。
[0156]
例如，opfe 1110可以包括由m个(其中，m为自然数)光学透镜组成的光学透镜组。m个透镜可以在第二方向y上移动，并且可以改变相机模块1100b的光学变焦比。例如，当相机模块1100b的基本光学变焦倍率为z时，当包括在opfe 1110中的m个光学透镜移动时，相机模块1100b的光学变焦倍率可以变为3z或5z或高于5z。
[0157]
致动器1130可以将opfe 1110或光学透镜(在下文中，被称作光学透镜)移动到一
位置。例如，致动器1130可以调整光学透镜的位置，使得图像传感器1142可以设置在光学透镜的焦距处以用于准确感测。
[0158]
图像感测装置1140可以包括图像传感器1142、控制逻辑1144和存储器1146。图像传感器1142可以利用通过光学透镜提供的光l来感测感测目标的图像。控制逻辑1144可以控制相机模块1100b的整体操作。例如，控制逻辑1144可以根据通过控制信号线cslb提供的控制信号控制相机模块1100b的操作。
[0159]
存储器1146可以存储用于操作相机模块1100b的信息(诸如校准数据1147)。校准数据1147可以包括相机模块1100b利用从外部提供的光l生成图像数据的信息。例如，校准数据1147可以包括关于上述旋转度的信息、关于焦距的信息、关于光轴的信息等。当相机模块1100b被实施为焦距根据光学透镜的位置而改变的多状态相机时，校准数据1147可以包括与光学透镜的每个位置(或每种状态)的焦距值和自动聚焦有关的信息。
[0160]
存储单元1150可以存储通过图像传感器1142感测到的图像数据。存储单元1150可以设置在图像感测装置1140外部，并且可以以与包括在图像感测装置1140中的传感器芯片堆叠的形式实施。在示例实施例中，存储单元1150可以实施为电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，但是示例实施例不限于此。
[0161]
参照图16和图17，在示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个可以包括致动器1130。因此，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个可以根据其中包括的致动器1130的操作包括相同或不同的校准数据1147。
[0162]
在示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b、1100c中的相机模块(例如，1100b)可以被配置为具有可以包括上述棱镜1105和opfe 1110的折叠的透镜形状的相机模块，其它相机模块(例如，1100a和1100c)可以被配置为不包括棱镜1105和opfe 1110的竖直型相机模块，但是其示例实施例不限于此。
[0163]
在示例实施例中，例如，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的相机模块(例如，1100c)可以被配置为利用红外线(ir)提取深度信息的具有竖直型的深度相机。在此情况下，应用处理器1200可以将从深度相机提供的图像数据与从另一相机模块(例如，1100a或1100b)提供的图像数据合并，并且可以提供3d深度图像。
[0164]
在示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的至少两个相机模块(例如，1100a和1100b)可以具有不同的视场。在此情况下，例如，多个相机模块1100a、1100b和1100c中的至少两个相机模块(例如，1100a和1100b)的光学透镜可以彼此不同，但是其示例实施例不限于此。
[0165]
此外，在示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c的视场可以不同。在此情况下，包括在多个相机模块1100a、1100b和1100c中的光学透镜也可以彼此不同，但是其示例实施例不限于此。
[0166]
在示例实施例中，多个相机模块1100a、1100b和1100c可以彼此在物理上分离。即，单个图像传感器1142的感测面积可以不被划分为用于多个相机模块1100a、1100b和1100c的若干区域，但是可以在多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个中设置所依靠的图像传感器1142。
[0167]
返回参照图16，应用处理器1200可以包括图像处理装置1210、存储器控制器1220和内部存储器1230。应用处理器1200可以与多个相机模块1100a、1100b和1100c分离。例如，
应用处理器1200以及多个相机模块1100a、1100b和1100c可以作为分离的半导体芯片彼此分离。
[0168]
图像处理装置1210可以包括多个子图像处理器1212a、1212b和1212c、图像生成器1214以及相机模块控制器1216。
[0169]
图像处理装置1210可以包括与多个相机模块1100a、1100b和1100c的数量对应的多个子图像处理器1212a、1212b和1212c。
[0170]
从相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个生成的图像数据可以通过彼此分离的图像信号线isla、islb和islc提供到对应的子图像处理器1212a、1212b和1212c。例如，由相机模块1100a生成的图像数据可以通过图像信号线isla提供到子图像处理器1212a，由相机模块1100b生成的图像数据可以通过图像信号线islb提供到子图像处理器1212b，由相机模块1100c生成的图像数据可以通过图像信号线islc提供到子图像处理器1212c。例如，可以利用基于移动工业处理器接口(mipi)的相机串行接口(csi)执行图像数据传输，但是示例实施例不限于此。
[0171]
在示例实施例中，单个子图像处理器可以被布置为对应于多个相机模块。例如，子图像处理器1212a和子图像处理器1212c可以不像图中所示地那样彼此分离，而是可以彼此集成为单个子图像处理器，从相机模块1100a和相机模块1100c提供的图像数据可以由选择元件(例如，复用器)选择，并且可以提供到集成的子图像处理器。
[0172]
提供到子图像处理器1212a、1212b和1212c中的每一个的图像数据可以提供到图像生成器1214。图像生成器1214可以根据图像生成信号或模式信号利用从子图像处理器1212a、1212b和1212c中的每一个提供的图像数据来生成输出图像。
[0173]
例如，图像生成器1214可以根据图像生成信号或模式信号合并由具有不同视场的相机模块1100a、1100b和1100c生成的图像数据的至少一部分，从而生成输出图像。另外，图像生成器1214可以选择由具有不同视场的相机模块1100a、1100b和1100c生成的图像数据之一，并且可以生成输出图像。
[0174]
在示例实施例中，图像生成信号可以包括变焦信号或变焦因子。此外，在示例实施例中，例如，模式信号可以为基于由用户所选择的模式的信号。
[0175]
当图像生成信号为变焦信号(变焦因子)并且相机模块1100a、1100b、1100c具有不同的观看视场时，图像生成器1214可以根据变焦信号的类型执行不同的操作。例如，当变焦信号为第一信号时，在由相机模块1100a输出的图像数据与由相机模块1100c输出的图像数据合并之后，可以利用合并的图像信号和由合并中未使用的相机模块1100b输出的图像数据来生成输出图像。在变焦信号为与第一信号不同的第二信号的情况下，图像生成器1214不执行图像数据合并，并且可以生成选择由相机模块1100a、1100b、1100c输出的图像数据之一的输出图像。然而，其示例实施例不限于此，并且可以根据需要改变处理图像数据的方法。
[0176]
在示例实施例中，图像生成器1214可以从多个子图像处理器1212a、1212b和1212c中的任意一个或者它们的任意组合接收具有不同曝光时间的多个图像数据，并且可以对多个图像数据执行高动态范围(hdr)处理，从而生成具有增大的动态范围的合并的图像数据。
[0177]
相机模块控制器1216可以将控制信号提供到相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个。由相机模块控制器1216生成的控制信号可以通过彼此分离的控制信号线csla、
cslb和cslc提供到对应的相机模块1100a、1100b和1100c。
[0178]
可以根据包括变焦信号或模式信号的图像生成信号将多个相机模块1100a、1100b和1100c之一(例如，1100b)指定为主相机，可以将其它相机模块(例如，1100a和1100c)指定为从相机。这样的信息可以包括在控制信号中，并且可以通过彼此分离的控制信号线csla、cslb和cslc提供到对应的相机模块1100a、1100b和1100c。
[0179]
作为主相机和从相机操作的相机模块可以根据变焦因子或操作模式信号而改变。例如，当相机模块1100a的视场宽于相机模块1100b的视场并且变焦因子具有低变焦倍率时，相机模块1100b可以作为主相机操作，相机模块1100a可以作为从相机操作。当变焦因子具有高变焦倍率时，相机模块1100a可以作为主相机操作，相机模块1100b可以作为从相机操作。
[0180]
在示例实施例中，从相机模块控制器1216提供到相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个的控制信号可以包括同步使能信号。例如，当相机模块1100b为主相机并且相机模块1100a和1100c为从相机时，相机模块控制器1216可以将同步使能信号发送到相机模块1100b。接收这样的同步使能信号的相机模块1100b可以基于所提供的同步使能信号生成同步信号，并且可以通过同步信号线ssl将所生成的同步信号提供到相机模块1100a和1100c。相机模块1100b以及相机模块1100a和1100c可以与同步信号同步，并且可以将图像数据发送到应用处理器1200。
[0181]
在示例实施例中，由相机模块控制器1216提供到多个相机模块1100a、1100b和1100c的控制信号可以包括根据模式信号的模式信息。多个相机模块1100a、1100b和1100c可以基于模式信息关于感测速度在第一操作模式和第二操作模式下操作。
[0182]
多个相机模块1100a、1100b和1100c可以在第一操作模式中以第一速率生成图像信号(例如，生成第一帧率的图像信号)，可以以第二速率对图像信号编码(例如，编码高于第一帧率的第二帧率的图像信号)，并且可以将经编码的图像信号发送到应用处理器1200。在此情况下，第二速率可以为第一速率的30倍或更小。
[0183]
应用处理器1200可以将所接收的图像信号、经编码的图像信号存储在设置在其中的内部存储器1230或应用处理器1200外部的外部存储器1400中，之后，应用处理器1200可以从内部存储器1230或外部存储器1400读出经编码的图像信号，并且可以显示基于经解码的图像信号生成的图像数据。例如，图像处理装置1210的多个子图像处理器1212a、1212b和1212c中的对应的子处理器可以执行解码，并且可以对经解码的图像信号执行图像处理。
[0184]
多个相机模块1100a、1100b和1100c可以在第二操作模式中以低于第一速率的第三速率生成图像信号(例如，生成低于第一帧率的第三帧率的图像信号)，并且可以将图像信号发送到应用处理器1200。提供到应用处理器1200的图像信号可以尚未被编码。应用处理器1200可以对所接收的图像信号执行图像处理，或者可以将图像信号存储在内部存储器1230或外部存储器1400中。
[0185]
pmic 1300可以将电源(诸如电源电压)供应到多个相机模块1100a、1100b和1100c中的每一个。例如，pmic 1300可以在应用处理器1200的控制下通过电源信号线psla将第一电源供应到相机模块1100a，可以通过电源信号线pslb将第二电源供应到相机模块1100b，并且可以通过电源信号线pslc将第三电源供应到相机模块1100c。
[0186]
pmic 1300可以响应于来自应用处理器1200的电源控制信号pcon生成与多个相机
模块1100a、1100b、1100c中的每一个对应的电源，并且还可以调整电源的电平。电源控制信号pcon可以包括用于多个相机模块1100a、1100b和1100c的每种操作模式的电源调整信号。例如，操作模式可以包括低电源模式，并且在此情况下，电源控制信号pcon可以包括关于在低电源模式下操作的相机模块和确定的电源电平的信息。提供到多个相机模块1100a、1100b和1100c的电源的电平可以彼此相同或不同。另外，可以动态地改变电源的电平。
[0187]
根据前述示例实施例，图像传感器可以利用复制电路获得与包括在比较器中的输入晶体管的阈值电压对应的信息，并且可以将该信息发送到斜坡电压生成器，从而补偿输入到比较器的斜坡电压。因此，无论集成了图像传感器的半导体芯片的处理结果值的分布和温度如何，都可以使用比较器的输入范围。另外，通过降低用于图像传感器的操作的电源电压，可以减少功耗。
[0188]
尽管上面已经示出并描述了示例实施例，但是本领域技术人员将清楚，在不脱离如所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以做出修改和变化。

技术特征：
1.一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括连接到在第一方向上延伸的行线和在与所述第一方向相交的第二方向上延伸的列线的多个像素；斜坡电压生成器，其被配置为输出斜坡电压；多个比较器，所述多个比较器中的每一个包括：第一输入端子，所述斜坡电压输入到所述第一输入端子；以及第二输入端子，其连接到所述列线之一；以及复制电路，其包括与所述多个比较器的一部分的结构相同的结构，其中，所述多个比较器中的每一个包括：多个晶体管；第一自动调零晶体管，其连接到所述第一输入端子；第二自动调零晶体管，其连接到所述第二输入端子；以及布线，其连接到所述多个晶体管、所述第一自动调零晶体管和所述第二自动调零晶体管，其中，所述第一自动调零晶体管的栅极端子连接到所述布线之中的第一布线，并且其中，所述第二自动调零晶体管的栅极端子连接到所述布线之中的与所述第一布线不同的第二布线。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在自动调零操作中，所述第一自动调零晶体管在所述第二自动调零晶体管关断之前关断。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述复制电路被配置为感测与所述多个晶体管之中的连接到所述第一输入端子的输入晶体管的阈值电压对应的复制阈值电压。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，利用感测到的复制阈值电压而补偿的所述斜坡电压被输入到所述比较器的第一输入端子。5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述复制阈值电压在50mv与700mv之间。6.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，在自动调零操作之后，所述斜坡电压的初始值为自动调零电压和感测到的复制阈值电压之和。7.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，在自动调零操作之后，所述斜坡电压的初始值为自动调零电压、感测到的复制阈值电压和基于所述输入晶体管的阈值电压的分布确定的容限电压之和。8.一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括多个像素；多个比较器，所述多个比较器中的每一个包括第一输入端子、第二输入端子、连接到所述第一输入端子的第一自动调零开关和连接到所述第二输入端子的第二自动调零开关；复制电路，其包括与包括在所述多个比较器中的每一个中的至少一部分器件相同的器件，并且被配置为输出与所述多个比较器中的每一个的自动调零电压和公共节点电压对应的感测信号；以及斜坡电压生成器，其被配置为基于所输出的感测信号补偿斜坡电压，并且将经补偿的斜坡电压输出到所述多个比较器中的每一个的第一输入端子，其中，所述感测信号对应于连接到所述多个比较器中的每一个的第一输入端子的输入
晶体管的阈值电压，并且其中，所述多个比较器中的每一个被配置为通过将从所述像素阵列的输出的像素电压和重置电压与所输出的斜坡电压进行比较来生成输出信号。9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述复制电路还包括选择电路，所述选择电路被配置为顺序地输出与所述自动调零电压对应的第一感测信号和与所述公共节点电压对应的第二感测信号。10.根据权利要求8所述的图像传感器，还包括数字转换器，所述数字转换器被配置为利用所输出的感测信号生成补偿所述斜坡电压的控制信号，并且将所生成的控制信号发送至所述斜坡电压生成器。11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述数字转换器包括单个模数转换器，所述模数转换器被配置为通过时序信号从所述复制电路顺序地接收与所述自动调零电压对应的第一感测信号和与所述公共节点电压对应的第二感测信号。12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述数字转换器包括两个模数转换器，所述两个模数转换器被配置为分别从所述复制电路接收与所述自动调零电压对应的第一感测信号和与所述公共节点电压对应的第二感测信号。13.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述数字转换器包括其分辨率小于用于将所述比较器的输出信号转换为数字信号的模数转换器的分辨率的至少一个模数转换器。14.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述数字转换器包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置为基于所述阈值电压和用于所述图像传感器的操作的容限电压确定所述斜坡电压的补偿电平。15.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述复制电路还被配置为基于所述图像传感器初始地操作，收集所述感测信号，并且通过所述数字转换器将所生成的控制信号发送至所述斜坡电压生成器。16.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述复制电路还被配置为在所述图像传感器操作的同时在每一帧或每多帧中收集所述感测信号，并且通过所述数字转换器将所生成的控制信号发送至所述斜坡电压生成器。17.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述多个比较器中的每一个还被配置为执行相关双采样以生成所述输出信号。18.一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括多个像素；斜坡电压生成器，其被配置为输出斜坡电压；多个比较器，其被配置为通过对由所述像素阵列输出的重置电压和像素电压与所输出的斜坡电压进行比较来生成输出信号；以及感测电路，其被配置为感测包括在所述多个比较器中的输入晶体管的阈值电压，并且将用于补偿所述斜坡电压的控制信号输出到所述斜坡电压生成器，其中，基于所输出的控制信号补偿所述斜坡电压。19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述感测电路包括复制电路，所述复制电路包括与包括在所述多个比较器中的输入晶体管对应的复制输入晶体管，并且其中，所述感测电路还被配置为通过感测所述复制输入晶体管的复制阈值电压来感测
所述阈值电压。20.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述感测电路包括被配置为感测所述阈值电压的测试电路，并且其中，利用感测到的阈值电压补偿所述斜坡电压。

技术总结
一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括连接到在第一方向上延伸的行线和在与第一方向相交的第二方向上延伸的列线的多个像素；斜坡电压生成器，其被配置为输出斜坡电压；多个比较器，多个比较器中的每一个包括第一输入端子和第二输入端子，斜坡电压输入到第一输入端子，第二输入端子连接到列线之一；以及复制电路，其具有与比较器的一部分的结构相同的结构。比较器中的每一个包括：多个晶体管；第一自动调零晶体管，其连接到第一输入端子；第二自动调零晶体管，其连接到第二输入端子；以及布线，其连接到多个晶体管、第一自动调零晶体管和第二自动调零晶体管。和第二自动调零晶体管。和第二自动调零晶体管。


技术研发人员：姜旋律 郑演焕 洪硕勇
受保护的技术使用者：三星电子株式会社
技术研发日：2021.09.07
技术公布日：2022/3/8