图像传感器、摄像头组件和移动终端的制作方法

1.本技术涉及影像技术领域，特别是涉及一种图像传感器、摄像头组件和移动终端。


背景技术：

2.手机等终端中可以设置有摄像头以实现拍照功能。摄像头内可以设置用于接收光线的图像传感器。
3.随着对图像传感器需求的增加，正在开发用于提高图像传感器生成的图像的质量的技术。一般的图像传感器在高亮场景下和暗光场景下成像质量难以兼顾。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种图像传感器、摄像头组件和移动终端，可以适用于不同的成像场景，并在不同场景下均能够具有好的成像质量。
5.一种图像传感器，包括：
6.像素阵列，包括多个子单元，每个所述子单元包括多个彩色像素和多个全色像素，其中，所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应；其中，所述子单元包括两个像素电路，其中，一个所述像素电路包括与多个与彩色像素一一对应设置的多个第一光电转换元件，另一个所述像素电路包括与多个全色像素一一对应设置的多个第二光电转换元件，其中，所述像素电路用于将所述子单元中相同颜色像素对应的至少一个第一光电转换元件或至少一个第二光电转换元件产生的电荷转移至对应的浮动扩散区进行累积，并输出所述浮动扩散区中累积电荷对应的模拟信号；
7.多个转换电路，分别与多个所述子单元一一对应连接，其中，所述转换电路包括分别与两个像素电路一一对应连接的两个模数转换器，所述转换电路用于与两个所述像素电路中的至少一个共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述模拟信号转换后的数字信号，其中，所述全分辨输出模式用于以像素为单位的读出所述数字信号，所述合并输出模式用于以所述子单元中至少两个具有相同颜色的像素为单位读出所述数字信号。
8.一种摄像头组件，包括：
9.镜头；及
10.前述的图像传感器，所述图像传感器能够接收穿过所述镜头的光线。
11.一种移动终端，包括：
12.壳体；及
13.前述的摄像头组件，所述摄像头组件与所述壳体结合。
14.上述图像传感器、摄像头组件和移动终端，图像传感器包括像素阵列和多个转换电路。其中，像素阵列，包括多个子单元，每个所述子单元包括多个彩色像素和多个全色像素，其中，所述子单元包括两个像素电路，其中，一个所述像素电路包括与多个与彩色像素一一对应设置的多个第一光电转换元件，另一个所述像素电路包括与多个全色像素一一对应设置的多个第二光电转换元件，其中，所述像素电路用于将所述子单元中相同颜色像素
对应的至少一个第一光电转换元件或至少一个第二光电转换元件产生的电荷转移至对应的浮动扩散区进行累积，并输出所述浮动扩散区中累积电荷对应的模拟信号，每个所述转换电路包括分别与两个像素电路一一对应连接的两个模数转换器，所述转换电路用于与两个所述像素电路中的至少一个共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述模拟信号转换后的数字信号。也即本技术提供的图像传感器可以提供多种输出模式可以适用于不同的成像场景，并在不同场景下均能够具有好的成像质量。示例性的，在暗光下成像时可采用合并输出模式实现以子单元中至少两个具有相同颜色的像素为单位的合并输出，得到信噪比较高的图像，而在光线较为充足的场景下，可采用全分辨率输出模式实现以像素为单位的单独输出，从而得到清晰度和信噪比均较高的图像。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为一个实施例中图像传感器的示意图；
17.图2为一个实施例中像素阵列的排布示意图；
18.图3为一个实施例中图像传感器的立体结构示意图；
19.图4为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之一；
20.图5为一个实施例中子单元的排布示意图；
21.图6为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之二；
22.图7为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之三；
23.图8为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之四；
24.图9为一个实施例中子单元基于全分辨率输出模式的转换示意图；
25.图10为一个实施例中子单元基于第一级合并输出模式的转换示意图；
26.图11为一个实施例中子单元基于第二级合并输出模式的转换示意图；
27.图12为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之五；
28.图13为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之六；
29.图14为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之七；
30.图15为一个实施例中子单元的两个像素电路的电路示意图之八；
31.图16为一个实施例中摄像头组件的示意图；
32.图17为一个实施例中的移动终端的示意图。
具体实施方式
33.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
34.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来
说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一开关单元称为第二开关单元，且类似地，可将第二开关单元称为第一开关单元。第一开关单元和第二开关单元两者都是开关单元，但其不是同一开关单元。
35.如图1所示，本技术实施例提供一种图像传感器。图像传感器10包括像素阵列11、垂直驱动单元12、控制单元13、列处理单元14和水平驱动单元15。
36.其中，图像传感器10可以采用互补金属氧化物半导体(cmos，complementary metal oxide semiconductor)感光元件或者电荷耦合元件(ccd，charge
‑
coupled device)感光元件。
37.如图2所示，像素阵列11包括以阵列形式二维排列(即二维矩阵形式排布)的多个彩色像素(例如，a、b、c)和多个全色像素w。其中，彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应。具体的，彩色像素可包括第一颜色像素a、第二颜色像素b、第三颜色像素c中的一种。示例性的，第一颜色像素a可以为红色像素r；第二颜色像素b可以为绿色像素g；第三颜色像素c可以为蓝色像素bu。彩色像素的响应光谱例如为全色像素w响应光谱中的部分。
38.二维像素阵列11包括多个最小重复单元110。最小重复单元110在行和列上复制并排列。示例性的，像素阵列11包括但不限于，4行4列、6行6列、8行8列、10行10列个最小重复单元110。每个最小重复单元110包含多个子单元111。每个最小重复单元110包括但不限于，2行2列、3行3列、4行4列个子单元111。示例性的，每个最小重复单元110可包括四个子单元111，其中，一个子单元111包括多个第一颜色像素a和多个全色像素w，两个子单元111包括多个第二颜色像素b和多个全色像素w，剩余一个子单元111包括多个第三颜色像素c和多个全色像素w。每个子单元111包括多个彩色像素和多个全色像素w。在同一子单元111中，多个彩色像素的颜色相同，也即，多个彩色像素均为单颜色像素。
39.具体的，所述最小重复单元可以为8行8列64个所述像素，排布方式为：
[0040][0041]
其中，w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。全色像素w设置在第一对角线方向d1，彩色像素设置在第二对角线方向d2。
[0042]
具体的，子单元111包括m行m列个像素。其中，m为大于或等于2的正整数。具体的，m可以为2、3、4、5、6、8、10等。具体的，在子单元111中，全色像素w设置在第一对角线方向d1，彩色像素设置在第二对角线方向d2。同时，在最小重复单元110中，全色像素w设置在第一对角线方向d1，彩色像素设置在第二对角线方向d2。第一对角线方向d1与第二对角线方向d2不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。
[0043]
可选的，彩色像素w也可以设置在第一对角线方向d1，全色像素设置在第二对角线方向d2。
[0044]
需要说明的是，第一对角线方向d1和第二对角线方向d2并不局限于对角线，还包括平行于对角线的方向。这里的“方向”并非单一指向，可以理解为指示排布的“直线”的概念，可以有直线两端的双向指向。
[0045]
本技术实施例提供的这种对角点线设置方式，可以有助于均衡行和列方向图像的分辨率和均衡色彩表现，提高显示效果。
[0046]
请继续参考图1和图2，垂直驱动单元12包括移位寄存器和地址译码器。垂直驱动单元12包括读出扫描和复位扫描功能。读出扫描是指顺序地逐行扫描单位子单元111，从这些单位子单元111逐行地读取信号。例如，被选择并被扫描的子单元111行中的每一子单元111输出的信号被传输到列处理单元14。复位扫描用于复位电荷，光电转换元件的光电荷被丢弃，从而可以开始新的光电荷的积累。
[0047]
例如，由列处理单元14执行的信号处理是相关双采样(cds)处理。在cds处理中，取出从所选子单元111行中的每一子单元111输出的复位电平和信号电平，并且计算电平差。因而，获得了一行中的子单元111的信号。列处理单元14可以具有用于将模拟像素信号转换为数字格式的模数(a/d)转换功能，以及对模数转后的多个数字信号进行平均操作的功能。
[0048]
例如，水平驱动单元15包括移位寄存器和地址译码器。水平驱动单元15顺序逐列扫描像素阵列11。通过水平驱动单元15执行的选择扫描操作，每一子单元111列被列处理单元14顺序地处理，并且被顺序输出。
[0049]
例如，控制单元13根据操作模式配置时序信号，利用多种时序信号来控制垂直驱动单元12、列处理单元14和水平驱动单元15协同工作。同时，控制单元还可以控制图像传感器中，各个开关单元的导通或断开状态。
[0050]
如图3所示，图像传感器还包括滤光片阵列16和微透镜阵列17。滤光片阵列16包括多个滤光片161，每个滤光片161覆盖对应的一个像素。每个像素的光谱响应(即像素能够接收的光线的颜色)由对应该像素的滤光片161的颜色决定。彩色像素和全色像素通过其上覆盖的滤光片161能够通过的光线的波段来区分。微透镜阵列17包括多个透镜171，每个透镜171覆盖对应的一个子单元111，或者每个透镜171也可以覆盖对应的一个像素。
[0051]
如图4所示，每个子单元包括两个像素电路，其中，一个所述像素电路包括与多个与彩色像素一一对应设置的多个第一光电转换元件1111，另一个所述像素电路包括与多个全色像素一一对应设置的多个第二光电转换元件1111’。其中，光电转换元件可以为光电二极管(photodiode，pd)，也可以为钳位光电二极管(pinned photodiode，ppd)。光电转换元件用于根据入射在其上的光的强度将光转换为电荷。第一光电转换元件1111的数量及排布方式与彩色像素的数量、排布方式相同。第二光电转换元件1111’的数量及排布方式与全色像素的数量、排布方式相同。
[0052]
像素电路用于将接收到的光信号转换为电信号，并将生成的电信号提供给图1所示的列处理单元14。其中，所述像素电路均包括一个浮动扩散区，其中，相同颜色的各像素可共同该像素电路的浮动扩散区。也即，子单元中的所有彩色像素可共用一个浮动扩散区；子单元中的所有全色像素可共用另一个浮动扩散区。
[0053]
需要说明的是，在本技术实施例中，还可以将与全色像素对应设置的光电转换元件称之为第一光电转换元件1111，与彩色像素对应设置的光电转换元件称之为第二光电转换元件1111’。为了便于说明，在本技术实施例中，均以与全色像素对应设置的光电转换元
件称之为第二光电转换元件1111’，与彩色像素对应设置的光电转换元件称之为第一光电转换元件1111为例进行说明。
[0054]
两个像素电路可包括第一像素电路101和第二像素电路102。其中，第一像素电路101可包第一浮动扩散区fd1，同一所述子单元111中的所有所述彩色像素共用所述第一浮动扩散区fd1。具体的，第一像素电路101，用于将同一子单元111中至少一个彩色像素对应的第一光电转换元件1111产生的第一电荷转移到第一浮动扩散区fd1进行累积，并输出所述第一浮动扩散区fd1中所述第一电荷对应的第一模拟信号。第二像素电路102，包括第二浮动扩散区fd2，同一子单元111中的所有所述全色像素共用所述第二浮动扩散区fd2。也即，第二像素电路102可以将至少一个全色像素对应的第二光电转换元件1111’产生的第二电荷转移至第二浮动扩散区fd2进行累积，并输出所述第二浮动扩散区fd2中所述第二电荷对应的第二模拟信号。
[0055]
请继续参考图4，图像传感器还包括多个转换电路141。其中转换电路141可集成在列处理单元14中。具体的，多个转换电路141可分别与多个子单元111一一对应连接。具体的，转换电路141包括分别与两个像素电路一一对应连接的两个模数转换器。模数转换器可将像素电路输出的模拟信号转换为数字信号。进一步的，所述转换电路141还可与两个所述像素电路中的至少一个共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述模拟信号转换后的数字信号。
[0056]
在本技术实施例中，为了便于说明，将转换电路141中的两个模数转换器可包括第一模数转换器1411和第二模数转换器1412。其中，多个第一模数转换器1411分别与多个第一像素电路101一一对应连接，第一模数转换器1411用于将第一像素电路101输出的第一模拟信号转换为第一数字信号，第二模数转换器1412用于将第二像素电路102输出的第二模拟信号转换为第二数字信号。所述转换电路141可与所述第一像素电路101、第二像素电路102中的至少一个共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述第一模拟信号和所述第二模拟信号转换后的数字信号。
[0057]
其中，全分辨率输出模式用于以像素为单位的读出所述数字信号。合并输出模式用于以所述子单元中至少两个具有相同颜色的像素为单位读出所述数字信号。具体的，合并输出模式可以以所述子单元中至少两个具有相同颜色彩色像素为第一单位和以所述子单元中至少两个全色像素为第二单位的读出所述数字信号。在本技术实施例中，可以将合并输出模式划分为第一级合并输出模式和第二级合并输出模式，其中，第一级合并输出模式可以理解为：以所述子单元111中部分具有相同颜色的像素为单位读出所述数字信号。第二级合并输出模式可以理解为：以所述子单元111中全部具有相同颜色的像素为单位读出所述数字信号。
[0058]
本技术实施例中的图像传感器包括像素阵列和多个转换电路。其中，像素阵列，包括多个子单元，每个所述子单元包括多个彩色像素和多个全色像素，其中，所述子单元包括两个像素电路，其中，一个所述像素电路包括与多个与彩色像素一一对应设置的多个第一光电转换元件，另一个所述像素电路包括与多个全色像素一一对应设置的多个第二光电转换元件，其中，所述像素电路用于将所述子单元中相同颜色像素对应的至少一个第一光电转换元件或至少一个第二光电转换元件产生的电荷转移至对应的浮动扩散区进行累积，并输出所述浮动扩散区中累积电荷对应的模拟信号，每个所述转换电路包括分别与两个像素
电路一一对应连接的两个模数转换器，所述转换电路用于与两个所述像素电路中的至少一个共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述模拟信号转换后的数字信号。也即本技术提供的图像传感器可以提供多种输出模式，可以适用于不同的成像场景，并在不同场景下均能够具有好的成像质量。示例性的，在暗光下成像时可采用合并输出模式实现以子单元中至少两个具有相同颜色的像素为单位的合并输出，得到信噪比较高的图像，而在光线较为充足的场景下，可采用全分辨率输出模式实现以像素为单位的单独输出，从而得到清晰度和信噪比均较高的图像。
[0059]
请继续参考图4，图4中第一像素电路101和第二像素电路102可应用在图2所示的像素阵列11内的每个子单元111中。下面结合图2至图4对像素电路的工作原理进行说明。
[0060]
像素电路可将同一所述子单元111中相同颜色像素对应的至少一个第一光电转换元件1111或至少一个第二光电转换元件1111’产生的电荷转移至对应的浮动扩散区进行累积，并输出所述浮动扩散区中累积电荷对应的模拟信号。其中，每个像素电路均还可包括多个转移晶体管以及一个读出电路。也即，子单元中的所有彩色像素可共用一个浮动扩散区和一个读出电路；子单元中的所有全色像素w可共用另一个浮动扩散区和另一个读出电路。
[0061]
为了便于说明，第一像素电路101中包括的转移晶体管可称之为第一转移晶体管1112，第一像素电路101中包括的读出电路可称之为第一读出电路1113。第二像素电路102中包括的转移晶体管可称之为第二转移晶体管1112’，第二像素电路102中包括的读出电路可称之为第二读出电路1113’。
[0062]
其中，第一转移晶体管1112的数量与第一光电转换元件1111的数量相等。多个第一转移晶体管1112的第一端分别与多个第一光电转换元件1111的阴极一一对应连接，各第一光电二极管的阳极例如连接到地。各第一转移晶体管1112的第二端连接到第一浮动扩散区fd1。第一转移晶体管1112的控制端用于接收转移控制信号，用于在转移控制信号的控制下，以将对应连接的第一光电转换元件1111产生的电荷转移到第一浮动扩散区fd1。在本技术实施例中，可通过同时对多个第一转移晶体管1112的控制，可以将与其对应连接的多个第一光电转换元件1111产生的电荷同时或分时转移到第一浮动扩散区fd1。
[0063]
相应的，各第二转移晶体管1112’的第二端连接到第二浮动扩散区fd2。多个第二转移晶体管1112’可以将对应连接的多个第二光电转换元件1111’产生的电荷同时或分时转移到第二浮动扩散区fd2进行。在本技术实施例中，第二转移晶体管1112’的工作原理与第一转移晶体管1112的工作原理相同，在次，不再赘述。
[0064]
进一步的，每个像素电路还配置有一列控制线col，像素电路输出的模拟信号可经列控制线col传输至转换电路141中。读出电路1113，包括输入端和输出端，其中，所述输入端与所述浮动扩散区连接，所述输出端与所述列控制线col连接，用于将转移到所述浮动扩散区中的电荷对应的模拟信号经所述列控制线col输出至所述转换电路141。
[0065]
图5为本技术一个实施例的子单元中像素的排布示意图。其中，子单元111可以为4行4列16个像素，排布方式为：
[0066][0067]
[0068]
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；全色像素w设置在第一对角线方向d1，彩色像素设置在第二对角线方向d2。
[0069]
为了便于说明，本技术实施例中，以如图5所示的子单元，其包括四行四列16个像素为例进行说明。如图6
‑
8所示，子单元111中包括八个全色像素w和八个彩色像素a。具体的，第一像素电路101可包括八个第一光电转换元件1111、八个第一转移晶体管1112、第一浮动扩散区fd1以及第一读出电路1113。第一像素电路101还可配置有八个用于提供曝光控制信号的第一曝光控制线，每个第一曝光控制线可对应与八个第一转移晶体管的栅极(tg2、tg4、tg5、tg7、tg10、tg12、tg13、tg15)连接。当有效电平(例如，vpix电平)的脉冲通过第一曝光控制线传输到第一转移晶体管1112的栅极时，第一转移晶体管1112导通，第一转移晶体管1112将第一光电转换元件1111进行光电转换的电荷传输到对应的第一浮动扩散区fd1。第二像素电路102可包括八个第二光电转换元件1111’、八个第二转移晶体管1112’、第二浮动扩散区fd2以及第二读出电路1113’。第二像素电路102还可配置有八个用于提供曝光控制信号的第二曝光控制线，每个第二曝光控制线可对应与八个第二转移晶体管1112’的栅极(tg1、tg3、tg6、tg8、tg9、tg11、tg14、tg16)连接。当有效电平(例如，vpix电平)的脉冲通过第二曝光控制线传输到第二转移晶体管1112’的栅极时，第二转移晶体管1112’导通，第二转移晶体管1112’将第二光电转换元件1111’进行光电转换的电荷传输到对应的第二浮动扩散区fd2。
[0070]
具体的，读出电路1113包括复位晶体管11131、放大晶体管11132(也可称之为跟随晶体管)、选择晶体管11133。复位晶体管11131的第一端与对应的所述浮动扩散区连接，所述复位晶体管11131的第二端用于接收复位电压，所述复位晶体管11131的控制端用于接收复位控制信号，用于根据所述复位控制信号复位所述浮动扩散区。放大晶体管11132的控制端与所述浮动扩散区连接，所述放大晶体管11132的的第一端与所述复位晶体管11131的第二端连接，用于放大所述浮动扩散区中的电荷。选择晶体管11133的第一端与所述放大晶体管11132的第二端连接，所述选择晶体管11133的第二端与对应的列控制线col连接，所述选择晶体管11133的控制端用于接收选择控制信号，用于根据所述选择控制信号将放大后的电荷对应的模拟信号输出至所述列控制线col，以经列控制线col传输至对应的模数转换中。为了便于说明，在本技术实施例中，以像素电路中的各晶体管为mos管为例进行说明。
[0071]
复位晶体管11131的漏极连接到电源vpix。复位晶体管11131的源极连接到对应的浮动扩散区fd。在电荷被从相应的光电转换元件转移到浮动扩散区fd之前，有效复位电平的脉冲经由复位线传输到复位晶体管11131的栅极rg，复位晶体管11131导通。复位晶体管11131将浮动扩散区fd复位到子单元111电源vpix。放大晶体管11132的栅极连接到相应的浮动扩散区fd。放大晶体管11132的漏极连接到电源vpix。在浮动扩散区fd被复位晶体管11131复位之后，放大晶体管11132经由选择晶体管11133输出复位电平以及电荷对应的模拟信号。在光电二极管的电荷被转移晶体管1113转移之后，放大晶体管11132经由选择晶体管11133输出模拟信号至所述列控制线col，以经列控制线col传输至对应的模数转换中。
[0072]
为了便于说明，以如图7、8所示的图像传感器为例，对全分辨率输出模式、合并输出模式中的相加模式的工作原理进行说明。
[0073]
其中，全分辨率输出模式可以理解为，转换电路141与两个所述像素电路共同以像素为单位的读出模拟信号转换后的数字信号。
[0074]
全分辨率输出模式：在同一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg2输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素a2产生的电荷转移到第一浮动扩散区fd1，像素w1产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2。随后，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg2输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经列第一列控制线col1输入到第一模数转换器1411，经模数转换后读出像素a2产生的电荷对应的数字信号；第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经过第二列控制线col2输入到第二模数转换器1412，经模数转换后读出像素w1产生的电荷对应的数字信号。接着控制转移转移晶体管1113的栅极tg3、tg4输入高电平，与像素a2、w1的读出方式类似，可以读出像素w3、a4所产生的电荷对应的数字信号，以此类推，可以对应读出子单元111中每个像素所产生的电荷对应的数字信号。其中，采用全分辨率输出模式读出像素数据过程可如图9所示。
[0075]
相加模式可以理解为：对同一所述子单元111中的至少两个具有相同颜色的像素在对应的所述浮动扩散区累积的总电荷进行模数转换后读出。具体的，对同一所述子单元111中的至少两个所述彩色像素在对应的所述浮动扩散区累积的第一总电荷进行模数转换后读出，以及对同一所述子单元111中的至少两个所述全色像素在对应的所述浮动扩散区累积的第二总电荷进行模数转换后读出。
[0076]
在本技术实施例中，可根据在同一曝光时间内，n个相同颜色的像素在对应的所述浮动扩散区累积的总电荷将相加模式分为多个不同等级的相加模式。具体的，以n＝2，以及n＝8(也即，n＝m2/2)为例进行说明。其中，当n＜m2/2时，其对应的等级为第一级相加模式，也即第一级合并输出模式中的第一级相加模式。当n＝m2/2时，其对应的等级为第二级相加模式，也即第二级合并输出模式中的第一级相加模式。
[0077]
第一级相加模式：在同一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg6、tg2、tg5同时输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素a2、a5两个彩色像素产生的电荷同时转移到第一浮动扩散区fd1进行累积，像素w1、w6两个全色像素产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2进行累积。随后，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg6、tg2、tg5同时输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1累计的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经列第一列控制线col1输入到第一模数转换器1411，经模数转换后读出像素a2、a5累积产生的电荷对应的数字信号；第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经过第二列控制线col2输入到第二模数转换器1412，经模数转换后读出像素w1、w6累积产生的电荷对应的数字信号。以此类推，可以对应读出子单元111中两个相同颜色像素在同一曝光时间内所累计的电荷对应的数字信号。其中，采用第一级相加模式读出像素数据过程可如图10所示。
[0078]
需要说明的是，在第一级相加模式中，还可以同时控制多个不同的转移转移晶体管的栅极加载的电平信号，以使得多个相同颜色的像素的电荷转移至同一浮动扩散区。在执行第一级相加模式的过程中，针对同一子单元，其读出的像素数据在行方向和列方向的分辨率相同。
[0079]
在其中一实施例中，所述相加模式还可以为：对同一所述子单元中的相同颜色的所有像素在对应的所述浮动扩散区累积的总电荷进行模数转换后读出。该相加模式可对应与n＝m2/2时的第二级相加模式。
[0080]
第二级相加模式：在同一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg2、tg4、tg5、tg7、tg10、tg12、tg13、tg15、tg1、tg3、tg6、tg8、tg9、tg11、tg14、tg16同时输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素a2、a4、a5、a7、a10、a12、a13、a15八个彩色像素产生的电荷同时转移到第一浮动扩散区fd1进行累积，像素w1、w3、w6、w8、w9、w11、w14、w16八个全色像素产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2进行累积。随后，控制转移转移晶体管1113的栅极tg2、tg4、tg5、tg7、tg10、tg12、tg13、tg15、tg1、tg3、tg6、tg8、tg9、tg11、tg14、tg16同时输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1累计的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经列第一列控制线col1输入到第一模数转换器1411，经模数转换后读出像素a2、a4、a5、a7、a10、a12、a13、a15八累积产生的电荷对应的数字信号；第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经过第二列控制线col2输入到第二模数转换器1412，经模数转换后读出像素w1、w3、w6、w8、w9、w11、w14、w16累积产生的电荷对应的数字信号。其中，采用第二级相加模式读出像素数据过程可如图11所示。
[0081]
如图12所示，在其中一个实施例中，所述第一像素电路还包括：第一开关单元，所述第一开关单元的多个第一端分别与各第一转移晶体管1112的第二端连接，所述第一开关单元的多个第二端分别与所述第一浮动扩散区fd1、所述第二浮动扩散区fd2连接；所述第一开关单元用于选择导通任一第一转移晶体管1112的第二端分别与所述第一浮动扩散区fd1、第二浮动扩散区fd2之间的转移通路。所述第二像素电路还包括第二开关单元，所述第二开关单元的多个第一端分别与各第二转移晶体管1112’的第二端连接，所述第二开关单元的多个第二端分别与所述第一浮动扩散区fd1、所述第二浮动扩散区fd2连接。所述第二开关单元用于选择导通任一所述第二转移晶体管1112’的第二端分别与第一浮动扩散区fd1、第二浮动扩散区fd2之间的转移通路。在本技术实施例中，与所述第一光电转换元件1111连接的转移晶体管1113为第一转移晶体管1112，与所述第二光电转换元件1111’连接的转移晶体管1113为第二转移晶体管1112’。
[0082]
在其中一个实施例中，若子单元包括m行m列个像素，其第一开关单元包括m个第一开关，所述第一开关的第一端分别与各所述第一转移晶体管1112的第二端连接，所述第一开关的两个第二端分别与第一浮动扩散区fd1、第二浮动扩散区fd2连接。所述第二开关单元包括m个第二开关，所述第二开关的第一端分别与各所述第二转移晶体管1112’的第二端连接，所述第二开关的两个第二端分别与第一浮动扩散区fd1、第二浮动扩散区fd2连接。为了便于说明，以m＝4为例记性说明。其中，第一单元可包括4个第一开关，例如，可分别记为，第一开关s1、s4、s5、s8。各第一开关均为单刀双掷开关。具体的，第一开关s1、s4、s5、s8的单端子分别与第一行的各第一转移晶体管1112、第二行的各第一转移晶体管1112、第三行的各第一转移晶体管1112、第四行的各第一转移晶体管1112一一对应连接，第一开关s1、s4、s5、s8的两个选择端分别与第一浮动扩散区fd1、第二浮动扩散区fd2一一对应连接。
[0083]
第二开关单元可包括4个第二开关，例如，可分别记为，第二开关s2、s3、s6、s7。各第一开关均为单刀双掷开关。相应的，第二开关s2、s3、s6、s7的单端子分别与第一行的各第二转移晶体管1112’、第二行的各第二转移晶体管1112’、第三行的各第二转移晶体管1112’、第四行的各第二转移晶体管1112’一一对应连接，第二开关s2、s3、s6、s7的两个选择端分别与第一浮动扩散区fd1、第二浮动扩散区fd2一一对应连接。
[0084]
可选的，第一开关单元还可以为多刀多掷开关，第二开关单元也可以为多刀多掷
开关。在本技术实施例中，对第一开关单元、第二开关单元的组合形成不限于上述举例说明，还可以为其他类型开关的组合。
[0085]
在其中一个实施例中，第一像素电路和第二像素电路还配置第一转移控制线和第二转移控制线，其中，第一转移控制线的多个输入端(例如，触点2、4、6、8)分别与各第一开关、第二开关连接；第一转移控制线的输出端与第一浮动扩散区fd1连接。第二转移控制线的多个输入端(例如，触点1、3、5、7)分别与各第一开关、第二开关连接；第二转移控制线的输出端与第二浮动扩散区fd2连接。
[0086]
为了便于说明，以如图12所示的图像传感器为例，对全分辨率输出模式、合并输出模式中的相加模式的工作原理进行说明。
[0087]
全分辨率输出模式：在同一曝光时间内，控制第一开关s1连接到触点2，第二开关s2连接到触点1，第二开关s3连接到触点3，第一开关s4连接到触点4，第一开关s5连接到触点6，第二开关s6连接到触点5，第二开关s7连接到触点7，第一开关s8连接到触点8。子单元111中各个像素产生的电荷的数据读出可以参考前述实施例中的全分辨率输出模式，在此，不再赘述。
[0088]
合并输出模式中的第一相加模式：在同一曝光时间内，控制第一开关s1连接到触点2，第二开关s2连接到触点1，第二开关s3连接到触点3，第一开关s4连接到触点4，第一开关s5连接到触点6，第二开关s6连接到触点5，第二开关s7连接到触点7，第一开关s8连接到触点8。子单元111中至少两个相同颜色像素累积产生的电荷的数据读出可以参考前述实施例中的相加模式，在此，不再赘述。
[0089]
如图13所述，在其中一实施例中，所述转换电路141还包括第三开关单元1413，所述第三开关单元1413的第一端与其中一个所述模数转换器的输出端连接，所述第三开关单元1413的第二端与其中另一个所述模数转换器的输出端连接。其中，第三开关单元1413可包括开关s10，其中，开关s10的第一端用于与第一模数转换器1411的输出端连接，开关s10的第二端用于与第二模数转换器1412的输出端连接。当第三开关单元1413导通时，可以对第一模数转换器1411输出的第一数字信号和第二模式转换器输出的第二数字信号进行数字平均。
[0090]
基于如图13所述的图像传感器，转换电路141还用于与第一像素电路、第二像素电路共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述模拟信号转换后的数字信号。其中，合并输出模式除了前述实施例中的相加模式，还可包括数字平均模式和第一混合模式。
[0091]
其中，数字平均模式可以理解为：对同一所述子单元111中的至少两个具有相同颜色的像素分时产生的各电荷分别进行模数转换，并对转换后的各所述数字信号进行平均后读出。具体的，数字平均模式还可以理解为：对同一所述子单元111中的至少两个所述彩色像素分时产生的各电荷分别进行模数转换，并对转换后的各所述数字信号进行平均后读出，以及对同一所述子单元111中的至少两个所述全色像素分时产生的各电荷分别进行模数转换，并对转换后的各所述数字信号进行平均后读出。其中，数字平均模式可以作为第一级合并输出模式中的一种。
[0092]
第一混合模式可以理解为：对同一所述子单元111中第一部分像素在所述浮动扩散区累积的第一模拟信号经过模数转换后输出的第一数字信号，和对同一所述子单元111中第二部分像素在所述浮动扩散区累积的第二模拟信号经过模数转换后输出第二数字信
号进行平均后读出；其中所述第一部分像素和所述第二部分像素的颜色相同，且所有部分像素的像素总数量与所述彩色像素或所述全色像素的总数量相等。其中，第一混合模式可以作为第二级合并输出模式中的一种。
[0093]
为了便于说明，以如图13所示的图像传感器为例，对数字平均模式、第一混合模式的工作原理进行说明。
[0094]
数字平均模式：控制第一开关s1连接到触点2，第二开关s2连接到触点2，第二开关s3连接到触点3，第一开关s4连接到触点3，第一开关s5连接到触点6，第二开关s6连接到触点5，第二开关s7连接到触点7，第一开关s8连接到触点7，并控制开关s10导通。在同一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg2、tg5输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素a2产生的电荷转移到第一浮动扩散区fd1，像素a5产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2。随后，控制转移转移晶体管1113的栅极tg2、tg5输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经列第一列控制线col1输入到第一模数转换器1411，经模数转换后读出像素a2产生的电荷对应的第一数字信号；第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经过第二列控制线col2输入到第二模数转换器1412，经模数转换后读出像素a5产生的电荷对应的第二数字信号。经开关s10连通后可对应输出第一数字信号和第二数字信号的数字平均(digital average)的信号。子单元中其他彩色像素也可以采用这种数字平均模式读出其对应的数字平均信号，子单元中全色像素也可以采用这种数字平均模式读出其对应的数字平均信号，在此，不再赘述。其中，采用数字平均模式读出像素数据过程可如图10所示。
[0095]
第一混合模式：控制第一开关s1连接到触点2，第二开关s2连接到触点2，第二开关s3连接到触点4，第一开关s4连接到触点4，第一开关s5连接到触点6，第二开关s6连接到触点5，第二开关s7连接到触点7，第一开关s8连接到触点7，并控制开关s10导通。在同一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg2、tg4、tg5、tg7、tg10、tg12、tg13、tg15同时输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素a2、a4、a5、a7四个彩色像素产生的电荷同时转移到第一浮动扩散区fd1进行累积，像素a10、a12、a13、a15产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2进行累积。随后，控制转移转移晶体管1113的栅极tg2、tg4、tg5、tg7、tg10、tg12、tg13、tg15同时输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1累计的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经列第一列控制线col1输入到第一模数转换器1411，经模数转换后读出像素a2、a4、a5、a7累积产生的电荷对应的第二数字信号；第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的模拟信号经过第二列控制线col2输入到第二模数转换器1412，经模数转换后读出像素a10、a12、a13、a15累积产生的电荷对应的第二数字信号。经开关s10连通后可对应输出第一数字信号和第二数字信号的数字平均(digital average)的信号。基于前述第一混合模式，可以对应读出子单元111中八个全色颜色像素在同一曝光时间内所累计的电荷对应的数字平均信号。其中，采用第一混合模式读出像素数据过程可如图11所示。
[0096]
如图14和图15所示，在其中一实施例中，所述转换电路141还包括第四开关单元1414。其中，所述第四开关单元1414的第一端与所述第一像素电路的读出电路1113连接，所述第四开关单元1414的第二端与所述第二像素电路的读出电路1113连接。具体的，第四开关单元1414可包括开关s9。其中，开关s9的第一端与第一读出电路1113中的选择晶体管
11133的第一端连接，开关s9的第二端与第二读出电路1113’中的选择晶体管11133的第一端连接。在本技术实施例中第四开关单元1414用于选择导通或断开两个所述读出电路1113之间的平均通路。也即，当第四开关单元1414导通第一读出电路1113与第二读出电路1113’之间的平均通路时，可以对第一读出电路1113输出的第一模拟信号以及第二读出电路1113’输出的第二模拟信号进行模拟平均。
[0097]
基于如图14、15所述的图像传感器，转换电路141还可与第一像素电路101、第二像素电路102共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述模拟信号转换后的数字信号。其中，合并输出模式除了前述实施例中的相加模式，还可包括模拟平均模式和第二混合模式。
[0098]
所述模拟平均模式为：对同一所述子单元中的至少两个具有相同颜色的像素分时产生的各电荷号对应两个模拟信号进行平均，经模数转换后读出。其中，模拟平均模式可以作为第一级合并输出模式中的一种。
[0099]
所述第二混合模式为：对同一所述子单元中第一部分像素在所述浮动扩散区累积的第一模拟信号，以及同一所述子单元中第二部分像素在所述浮动扩散区累积的第二模拟信号进行平均，经模数转换后读出；其中所述第一部分像素和所述第二部分像素的颜色相同，且所有部分像素的像素总数量与所述彩色像素或所述全色像素的总数量相等。其中，第二混合模式可以作为第二级合并输出模式中的一种。
[0100]
为了便于说明，以如图14、15所示的图像传感器为例，对模拟平均模式、第二混合模式的工作原理进行说明。
[0101]
模拟平均模式：控制第一开关s1连接到触点2，第二开关s2连接到触点2，第二开关s3连接到触点3，第一开关s4连接到触点3，第一开关s5连接到触点6，第二开关s6连接到触点6，第二开关s7连接到触点7，第一开关s8连接到触点7，并控制开关s9导通。若该图像出传感器包括开关s10，则控制开关s10断开。在同一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg6输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素w1产生的电荷转移到第一浮动扩散区fd1，像素w6产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2。控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg6输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第一模拟信号，第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第二模拟信号。由于开关s9连通了第一读出电路1113和第二读出电路1113’，第一模拟信号和第二模拟信号可经过模拟平均(analog average)后经过第一模数转换器1411或第二模数转换器1412输出。子单元111中其他全色像素和彩色像素也可以采用这种模拟平均模式读出其模拟平均信号对应的数字平均信号，在此，不再赘述。其中，采用模拟平均模式读出像素数据过程可如图10所示。
[0102]
第二混合模式：控制第一开关s1连接到触点2，第二开关s2连接到触点2，第二开关s3连接到触点4，第一开关s4连接到触点4，第一开关s5连接到触点5，第二开关s6连接到触点5，第二开关s7连接到触点7，第一开关s8连接到触点7，并控制开关s9导通。若该图像出传感器包括开关s10，则控制开关s10断开。在同一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg3、tg6、tg8、tg9、tg11、tg14、tg16同时输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素w1、w3、w6、w8四个全色像素产生的电荷同时转移到第一浮动扩散区fd1进行累积，像素w9、w11、w14、w16产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2进行累积。随后，控制转移转移晶体
管1113的栅极tg1、tg3、tg6、tg8、tg9、tg11、tg14、tg16同时输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第一模拟信号，第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第二模拟信号。由于开关s9连通了第一读出电路1113和第二读出电路1113’，第一模拟信号和第二模拟信号可经过模拟平均(analog average)后经过第一模数转换器1411或第二模数转换器1412输出。子单元111中的所有彩色像素也可以采用第二混合模式读出其模拟平均信号对应的数字平均信号，在此，不再赘述。其中，采用第二混合模式读出像素数据过程可如图11所示。
[0103]
基于如图15所述的图像传感器，转换电路141还可与第一像素电路、第二像素电路共同基于全分辨率输出模式或合并输出模式读出所述模拟信号转换后的数字信号。其中，合并输出模式除了前述实施例中的相加模式、模拟平均模式、数字平均模式、第一混合模式、第二混合模式以外，还包括第三混合模式。
[0104]
所述第三混合模式为：对同一所述子单元中第一子部分像素在所述浮动扩散区累积的第一模拟信号，以及同一所述子单元中第二子部分像素在所述浮动扩散区累积的第二模拟信号进行平均，经模数转换输出第一数字信号；对同一所述子单元中第三子部分像素在所述浮动扩散区累积的第三模拟信号，以及同一所述子单元中第四子部分像素在所述浮动扩散区累积的第四模拟信号进行平均，经模数转换输出第二数字信号，并对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行平均后读出；其中所述第一子部分像素、所述第二子部分像素、所述第三子部分像素、所述第四子部分像素的颜色相同，且所有子部分像素的像素总数量与所述彩色像素或所述全色像素的总数量相等。第三混合模式可以作为第二级合并输出模式中的一种。
[0105]
为了便于说明，以如图15所示的图像传感器为例，对第三混合模式的工作原理进行说明。
[0106]
第三混合模式：控制第一开关s1连接到触点2，第二开关s2连接到触点2，第二开关s3连接到触点4，第一开关s4连接到触点4，第一开关s5连接到触点5，第二开关s6连接到触点5，第二开关s7连接到触点7，第一开关s8连接到触点7，并控制开关s9导通、开关s10导通。在第一曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg3、tg9、tg11同时输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素w1、w3两个全色像素产生的电荷同时转移到第一浮动扩散区fd1进行累积，像素w9、w11两个全色像素产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2进行累积。随后，控制转移转移晶体管1113的栅极tg1、tg3、tg9、tg11同时输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第一模拟信号，第二浮动扩散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第二模拟信号。由于开关s9连通了第一读出电路1113和第二读出电路1113’，可控制选择放大器的导通状态，以使模拟平均后的模拟信号经过第一模数转换器1411输出第一数字信号。然后，复位晶体管11131高电平复位后，清空第一浮动扩散区fd1、第二浮动扩散区fd2中的电荷。在第二曝光时间内，控制转移转移晶体管1113的栅极tg6、tg8、tg14、tg16同时输入高电平，对应转移晶体管1113导通，像素w6、w8两个全色像素产生的电荷同时转移到第一浮动扩散区fd1进行累积，像素w14、w16两个全色像素产生的电荷转移到第二浮动扩散区fd2进行累积。随后，控制转移转移晶体管1113的栅极tg6、tg8、tg14、tg16同时输入低电平，对应转移晶体管1113断开，第一浮动扩散区fd1中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第三模拟信号，第二浮动扩
散区fd2中的电荷经放大晶体管11132后，转化成的第四模拟信号。由于开关s9连通了第一读出电路1113和第二读出电路1113’，可控制选择放大器的导通状态，以使模拟平均后的模拟信号经过第二模数转换器1412输出第二数字信号。由于开关s10连通，可对应输出第一数字信号和第二数字信号的数字平均(digitalaverage)的信号。子单元中的彩色像素也可以采用这种数字平均模式读出其对应的数字平均信号。在此，不再赘述。其中，采用第三混合模式读出像素数据过程可如图11所示。
[0107]
本技术实施例中的图像传感器可以支持对全分辨率输出模式、第一级合并输出模式或第二级合并输出模式对各子单元中的各像素的电荷数据的读出，可以拓展图像传感器的输出模式的灵活性，进而可以适用于更多的使用场景。需要说明的是，在执行全分辨率输出模式、第一级合并输出模式或第二级合并输出模式对各子单元中的各像素的电荷数据的读出控制过程中，其控制逻辑不限于上述举例说明，其仅需要满足对同一子单元中的各像素基于全分辨率输出模式、第一级合并输出模式或第二级合并输出模式读出的像素数据在行方向上和列方向上的分辨率相同即可。
[0108]
示例性的，对于图片拍摄场景，当需要采集高清晰度场景(例如，纹理比较多的场景，如草地等)或者高亮场景(例如晴天室外)的图像时，可以控制图像传感器以全分辨模式读出像素阵列的数据，以进行全尺寸的图片拍摄。当需要采集低亮场景(例如，室内场景或者阴天室外)的图像时，可以控制图像传感器以中等分辨率的输出模式(例如，第一级合并输出模式)读出像素阵列的数据，以进行图片拍摄；当需要采集暗光场景(例如，夜晚)的图像时，可以控制图像传感器以具有高进光量和高信噪比的输出模式(例如，第二级合并输出模式)读出像素阵列的数据，以进行图片拍摄。
[0109]
示例性的，对于视频拍摄场景，当需要拍摄4k2k视频，则可以切换到第一级合并输出模式读出像素阵列的数据；当需要拍摄1080p视频，则可以切换到第二级合并输出模式读出像素阵列的数据。而对于一般的预览模式则可以采用第二级合并输出模式读出像素阵列的数据。
[0110]
如图16所示，本技术实施例还提供一种摄像头组件。其中，摄像头组件20包括本技术任一实施例的图像传感器10和镜头21。镜头21用于成像到图像传感器10上，例如，被摄目标的光线通过镜头21成像到图像传感器10，图像传感器10设置在镜头21的焦平面上。摄像头组件20还可包括电路部件22。电路部件22用于获取电能及与外部传输数据，例如，电路部件可与我部电源连接以获取电能，也可以和存储器、处理器连接，以传输图像数据或控制数据。
[0111]
其中，摄像头组件20可以设置在手机的背面而作为后置摄像头。可以理解地，摄像头组件20也可以设置在手机的正面作为前置摄像头。
[0112]
如图17所示，本技术实施例还提供一种移动终端。移动终端100包括本技术任一实施例的摄像头组件20和壳体80。摄像头组件20与壳体80结合。具体的，射像头组件20设置在壳体80上，壳体80包括中框和背板，摄像头组件20固定设置在中框或背板上。
[0113]
移动终端100还包括通过系统总线连接的处理器和存储器。其中，该处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个电子设备的运行。存储器可包括非易失性存储介质及内存储器。非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。内存储器为非易失性存储介质中的操作系统计算机程序提供高速缓存的运行环境。该电子设备可以是手机、平板电脑、pda
(peasonaldigital assistant，个人数字助理)、pos(point of sales，销售终端)、车载电脑、穿戴式设备等任意终端设备。
[0114]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。