像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法与流程

1.本发明属于图像传感领域，特别是涉及一种像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法。


背景技术：

2.图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为ccd(电荷耦合元件)和cmos(金属氧化物半导体元件)两大类。随着cmos集成电路制造工艺特别是cmos图像传感器设计及制造工艺的不断发展，cmos图像传感器已经逐渐取代ccd图像传感器成为主流。cmos图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。
3.现有标准图像传感器具有大致60db至70db的有限动态范围。然而，现实世界的亮度的动态范围要大得多。自然景象通常跨越90db及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用了高动态范围(hdr)技术来增大所捕获的动态范围。增大动态范围的最常见技术为将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个线性高动态图像，所述单个线性高动态范围图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。然而，现有技术难以在兼顾图像传感器性能的同时使得动态范围得以有效提升。另外，有时需要拍摄具有闪烁的环境，如汽车上配备了多种车载装置，其中包括用于识别交通标志的图像传感器，其中，交通标志中包括闪烁频率极高的led灯构成的信号灯。传统的车载用图像传感器通过采用单一像素进行识别，在面对弱光信息和高亮信息时无法兼容识别，造成对交通标志的误判，进而可能造成重大的交通事故。
4.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法，用于解决现有技术中传统图像传感器动态范围难以对弱光信息和高亮信息兼容识别的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种像素结构，所述像素结构包括阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：第一光电转换元件；第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；第二光电转换元件，所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度；第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；读出电路，耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，用于对所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区的电压信号进行读出。
7.本发明还提供一种图像传感器，所述图形传感器包括如上任一项方案所述的像素结构。
8.本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。
9.本发明还提供一种图像传感器的控制方法，适用于如上任意一项方案所述的图像传感器，所述控制方法包括：
10.读出第一像素的信息，所述第一像素包括所述第一光电转换元件及所述第一传输晶体管，读出所述第一像素的信息具体包括：复位第一像素中的存储区域，并量化得到第一复位信号；传输第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第一图像采样信号；
11.读出第二像素的信息，所述第二像素包括所述第二光电转换元件及所述第二传输晶体管，读出所述第二像素的信息具体包括：传输第二光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号；其中，基于所述第一复位信号及所述第一图像采样信号得到所述第一像素的第一实际图像信号，基于所述第二图像采样信号得到所述第二像素的第二实际图像信号。
12.如上所述，本发明的像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法，具有以下有益效果：
13.本发明采用具有不同灵敏度的第一光电转换元件和第二光电转换元件，第一光电转换元件的灵敏度高(如大面积)，其主要用于获取弱光信息，第二光电转换元件的灵敏度低(如小面积)，其主要用于获取高亮信息，从而实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围。
14.本发明通过对像素结构的布局设计，可以有效减少信号噪声，提高读出精度，同时，可以减少大面积的第一光电转换元件的电子向小面积的第二光电转换元件的泄漏，整体提高图像传感器的性能。
附图说明
15.所包括的附图用来提供对本技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本技术的实施方式，并与文字描述一起来阐释本技术的原理。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。
16.图1显示为本发明实施例1的像素结构的电路原理示意图。
17.图2及图3显示为本发明实施例1的像素结构的布局结构示意图。
18.图4显示为实施例1中读出第二像素以及低增益模式下读出第一像素的时序图。
19.图5显示为实施例1中读出第二像素以及高增益模式下读出第一像素的时序图。
20.图6显示为实施例1中均在低增益和高增益模式下读出第一像素以及读出第二像素时先读出图像信号后读出复位信号的时序图。
21.图7显示为实施例1中均在低增益和高增益模式下读出第一像素以及读出第二像素时先读出复位信号后读出图像信号的时序图。
22.图8显示为本发明实施例2的像素结构的电路原理示意图。
23.图9及图10显示为本发明实施例2的像素结构的布局结构示意图。
24.图11显示为实施例2中均在低增益和高增益模式下读出第一像素以及读出第二像素时先读出图像信号后读出复位信号且设置开关晶体管的时序图。
25.图12显示为实施例2中均在低增益和高增益模式下读出第一像素以及读出第二像素时先读出复位信号后读出图像信号且设置及不设置开关晶体管的时序图。
26.元件标号说明
27.100、400第一像素
28.200、500第二像素
29.300、600第三像素
30.pd1、pd3第一光电转换元件
31.tx1、tx3第一传输晶体管
32.pd2、pd4第二光电转换元件
33.tx2、tx4第二传输晶体管
34.rst1第一复位晶体管
35.sf1第一源跟随晶体管
36.sel1第一行选择晶体管
37.rst2第二复位晶体管
38.sf2第二源跟随晶体管
39.sel2第二行选择晶体管
40.dcg1、dcg2增益控制晶体管
41.c1、c2电容
42.sub衬底接触
43.sw开关晶体管
44.rst3复位晶体管
45.sf3源跟随晶体管
46.sel3行选晶体管
具体实施方式
47.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
48.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
49.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
50.如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
51.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
52.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
53.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
54.传统的车载用图像传感器通过采用单一像素进行识别，在面对弱光信息和高亮信息时无法兼容识别，造成对交通标志的误判，进而可能造成重大的交通事故。本发明的目的在于提供一种像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法，用于解决现有技术中传统图像传感器动态范围难以对弱光信息和高亮信息兼容识别的问题。基于以上问题，本发明提供一种像素结构，所述像素结构包括阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：第一光电转换元件；第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；第二光电转换元件，所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度；第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；读出电路，耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，用于对所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区的电压信号进行读出。所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度，例如可以将所述第二光电转换元件的感光面积设置为小于所述第一光电转换元件的感光面积，以使得所述第一光电转换元件可主要用于获取弱光信息，第二光电转换元件可主要用于获取高亮信息，从而实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围。当然，在其他的实施例中，也可以通过其他方式，如通过在第二光电转换元件上设置减透层等，使得所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度，并不限于此处所列举的示例。
55.实施例1
56.如图1～图3所示，本实施例提供一种像素结构，所述像素结构包括阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：第一光电转换元件pd1、第一传输晶体管tx1、第二光电转换元件pd2、第二传输晶体管tx2以及读出电路。
57.所述第一光电转换元件pd1用于将光信号转换为电信号，可以用于曝光并捕捉弱光信息，当然，也可以依据实际捕获需求场景信息；所述第一光电转换元件pd1包括但不限于光电二极管，如可以是pin型光电二极管。
58.所述第一传输晶体管tx1耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件pd1累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；所述第一浮动扩散区可以是一个共享的电荷收集区域，也可以是由若干个浮动扩散点构成，各个浮动扩散点收集的电荷即为第一浮动扩散区收集的电荷。所述第一光电转换元件pd1、所述第一传输晶体管tx1及所述第一浮动扩散区可以采用现有的结构。
59.所述第二光电转换元件pd2，其灵敏度小于所述第一光电转换元件pd1的灵敏度；所述第二光电转换元件pd2用于将光信号转换为电信号，可以用于曝光并捕捉高亮光信息。所述第二光电转换元件pd2包括但不限于光电二极管，如可以是pin型光电二极管。
60.所述第二传输晶体管tx2耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件pd2累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；所述第二浮动扩散区可以是一个共享的电荷收集区域，也可以是由若干个浮动扩散点构成，各个浮动扩散点收集的电荷即为第一浮动扩散区收集的电荷。所述第二光电转换元件pd2、所述第二传输晶体管tx2及所述第二浮动扩散区可以采用现有的结构。
61.如图1所示，所述读出电路包括：第一复位晶体管rst1、第一源跟随晶体管sf1、第二复位晶体管rst2和第二源跟随晶体管sf2。上述各晶体管均可以采用nmos管。
62.所述第一复位晶体管rst1的源极端耦接至所述第一浮动扩散区，所述第一复位晶体管rst1的漏极端耦接至第一电压端，用于重置所述第一浮动扩散区；所述第一复位晶体管rst1的栅极连接至第一复位信号端，以在第一复位信号控制下重置所述第一浮动扩散区。
63.所述第一源跟随晶体管sf1的栅极端连接至所述第一浮动扩散区，所述第一源跟随晶体管sf1的漏极端耦接至第二电压端，所述第一源跟随晶体管sf1的源极端耦接至第一输出列线。
64.所述第二复位晶体管rst2的源极端耦接至所述第二浮动扩散区，所述第二复位晶体管rst2的漏极端耦接至第三电压端，用于重置所述第二浮动扩散区；所述第二复位晶体管rst2的栅极连接至第二复位信号端，以在第二复位信号控制下重置所述第二浮动扩散区。
65.所述第二源跟随晶体管sf2的栅极端连接至所述第二浮动扩散区，所述第二源跟随晶体管sf2的漏极端耦接至第四电压端，所述第二源跟随晶体管sf2的源极端耦接至第二输出列线。
66.所述第二输出列线和所述第一输出列线可以是不同的两根输出列线，也可以是共用的一根输出列线。从而基于不同的输出列线的设置实现型号的串行及并行输出。在本实施例中，所述第二输出列线和所述第一输出列线为共用的一根输出列线bit。
67.在一个实施例中，所述第一电压端、所述第二电压端、所述第三电压端及所述第四电压端为同一电压端vdd，以简化电路设计及布线，节省电路的制造成本，提高信号获取准确度。
68.在一个实施例中，所述读出电路还包括增益控制晶体管dcg1，所述增益控制晶体管dcg1耦接于所述第一浮动扩散区与所述第一复位晶体管rst1之间，从而提高像素结构的动态范围。所述增益控制晶体管dcg1可以采用nmos管。进一步示例中，还可以在复位晶体管rst1和增益控制晶体管dcg1之间设置电容，电容可以是寄生电容，也可以是器件电容；通过增益控制晶体管dcg1的打开和关断实现低转换增益和高转换增益模式的切换。
69.在一个实施例中，所述读出电路还包括：第一行选择晶体管sel1，所述第一行选择晶体管sel1的漏极端耦接至所述第一源跟随晶体管sf1的源极端，所述第一行选择晶体管sel1的源极端耦接至所述第一输出列线。所述第一行选择晶体管sel1可以采用nmos管。
70.在一个实施例中，所述读出电路还包括：第二行选择晶体管sel2，所述第二行选择晶体管sel2的漏极端耦接至所述第二源跟随晶体管sf2的源极端，所述第二行选择晶体管sel2的源极端耦接至所述第二输出列线。所述第二行选择晶体管sel2可以采用nmos管。
71.另外，需要说明的是，第一像素与第二像素的数量比例，可以理解为第一光电转换
元件pd1与第二光电转换元件pd2的数量比例可以依据实际需求设计，例如设置为1:1、2:1及4:1等，本实施例中设置为1:1，参见图2和图3所示。
72.如图2及图3所示，在一个实施例中，所述第一光电转换元件pd1、所述第一传输晶体管tx1、所述第一浮动扩散区、所述第一复位晶体管rst1、所述第一源跟随晶体管sf1及所述第一行选择晶体管sel1组成沿第一方向排布的第一像素100；所述第二光电转换元件pd2、所述第二传输晶体管tx2、所述第二浮动扩散区、所述第二复位晶体管rst2、所述第二源跟随晶体管sf2及所述第二行选择晶体管sel2组成沿所述第一方向排布的第二像素200；多个所述第一像素100呈阵列排布，多个所述第二像素200呈阵列排布。
73.在一种实施方式中，对于第一像素而言，沿第一方向排成行，沿第二方向排成列，可选地，第一方向与第二方向垂直，同时，对于第二像素而言，沿第一方向排成行，沿第二方向排成列；进一步示例中，第一像素中的第一光电转换元件与第二像素中的第二光电转换元件在第一方向上的投影交替间隔排布，在第二方向上的投影交替间隔排布。
74.在一种实施方式中，相邻的所述第一像素100和所述第二像素200中，选择在所述第一方向上的投影距离最短的所述第一行选择晶体管sel1和第二行选择晶体管sel2所对应的第一像素100和第二像素200组成所述像素单元。如图2所示，本实施例选择在所述第一方向上的投影距离最短的所述第一行选择晶体管sel1和第二行选择晶体管sel2所对应的第一像素100和第二像素200组成所述像素单元，所述投影距离最短如图3中d1所示。基于以上条件的设置，在与所述第二像素200相邻的两个像素(第一像素100和第三像素300，此处为了便于描述，将图中与第二像素200相邻的另外一个第一像素用第三像素300描述)均可组成所述像素单元，基于上述设置，有利于像素单元中的布线以及图像信号获取传输。
75.进一步示例中，使第一行选择晶体管sel1和第二行选择晶体管sel2共享同一输出列线bit，较近的第一行选择晶体管sel1和第二行选择晶体管sel2可以有利于进行一个像素单元中输出列线bit的布线，对应的输出列线bit可以有利于减少信号噪声，提高读出精度。
76.同时，在一个实施例中，同一所述像素单元中，所述第一像素100的所述第一源跟随晶体管sf1与所述第二像素200的间距d2小于所述第一像素100的所述第一行选择晶体管sel1与所述第二像素200的间距d3，该设置可以使所述第一像素100的所述第一源跟随晶体管sf1与所述第一浮动扩散区临近设置，以利于所述第一浮动扩散区的输出，提高信号转换增益，有利于降低噪声，如图3所示。
77.基于以上条件的设置，在与所述第二像素200相邻的两个像素(第一像素100和第三像素300)中，虽然所述第一像素100和第三像素300的行选择晶体管与第二像素200的行选择晶体管的投影距离均为最短(d1)，然而，所述第一像素100的第一源跟随晶体管sf1与第二像素200的距离更短，因此本实施例定义所述第二像素200和所述第一像素100组成所述像素单元，以获得更优的布局设计，从而整体提升图像传感器的性能。
78.参见图2所示，在一个实施例中，每一所述第二光电转换元件pd2设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件pd1的中心位置，所述第二传输晶体管tx2、所述第二复位晶体管rst2、所述第二源跟随晶体管sf2和所述第二行选择晶体管sel2沿所述第一方向依次排布于相邻两所述第二光电转换元件pd2之间；进一步可选示例中，所述第一复位晶体管rst1、所述第一源跟随晶体管sf1、所述第一行选择晶体管sel1排布于沿第二方向上相邻的
两所述第二光电转换元件pd2之间，第一方向与第二方向垂直。进一步地，每一第一光电转换元件pd1的四个角区域也对应排布有四个所述第二光电转换元件pd2；每一第二光电转换元件pd2的四个角区域也对应排布有四个所述第一光电转换元件pd1。
79.在一个实施例中，当所述像素单元还包括所述增益控制晶体管dcg1时，所述增益控制晶体管dcg1与所述第一复位晶体管rst1沿所述第二方向共列排布，所述第一源跟随晶体管sf1与所述第一行选择晶体管sel1沿第二方向共列排布，且所述增益控制晶体管dcg1及所述第一复位晶体管rst1靠近同一所述第一像素中的所述第一光电转换元件pd1设置。
80.在一个实施例中，所述像素单元还包括衬底接触sub，所述衬底接触sub沿所述第二方向设置所述第一源跟随晶体管sf1远离所述第一行选择晶体管sel1的一侧。在一定的电势下，所述衬底接触sub可以形成电子流动的势垒，该势垒可以有效阻挡所述第一像素100中的电子向周围的第二像素200泄漏，实现第一像素100与第二像素200的隔离。
81.在一个实施例中，在所述第二方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换元件pd1与所述第二光电转换元件pd2的间距l1大于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换元件pd1与所述第二光电转换元件pd2的间距l2。本实施例的同一像素单元中的第一光电转换元件pd1离第二光电转换元件pd2相对较远，当第一光电转换元件pd1有电子泄漏时，由于距离较远，电子泄漏的路径变长，使得泄漏的电子更容易被同一第一像素的电压端vdd抽走，也即，相对距离第一光电转换元件pd1本身对应的电压端vdd较近，从而有效减少从第一光电转换元件pd1泄漏至第二光电转换元件pd2的电子，提高图像精度。
82.在一个实施例中，在所述第一方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换元件pd1与所述第二光电转换元件pd2的间距m1等于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换元件pd1与所述第二光电转换元件pd2的间距m2。
83.在一个实施例中，所述第一光电转换元件pd1的面积大于所述第二光电转换元件pd2的面积，以使得第二光电转换元件pd2的灵敏度小于所述第一光电转换元件pd1的灵敏度。
84.在另一实施例中，所述像素结构也可以设置减透层，所述减透层至少设置在所述第二光电转换元件pd2与入射光之间，以使得第二光电转换元件pd2的灵敏度小于所述第一光电转换元件pd1的灵敏度。其中，所述减透层可以采用现有的减透结构的设计，例如，在光电转换元件与入射光之间配置减透材料层、金属栅等。所述减透层可以正对第二光电转换元件pd2的受光面设置，在其他示例中，还可以进一步向周围延伸至第一光电转换元件pd1上。
85.在一个实施例中，同一所述像素单元中，所述第一像素100和所述第二像素200上设有相同颜色的滤色器。在一示例中，阵列排布的第一像素100可以形成拜耳阵列排布；阵列排布的第二像素200可以形成拜耳阵列排布；当然，也可以依据实际需求进行其他颜色滤色器的配置。该实施例中，上述定义的同一像素单元的所述第一像素100和所述第二像素200上设有相同颜色的滤色器，即，同一像素单元中第一光电转换元件pd1和第二光电转换元件pd2上配置同样颜色的滤色器。
86.在一个实施例中，同一所述像素单元中，所述第一像素100对应第一透镜，所述第二像素200对应第二透镜。该实施例中，若干个第一像素100与若干个第一透镜一一对应，若干个第二像素200与若干个第二透镜一一对应；其中，第一透镜和第二透镜可以设置为不同
的，如二者的高度不同，可以依据实际需求进行设计。
87.在一个实施例中，参见图1所示，所述像素单元还包括电荷存储器件，所述电荷存储器件的一端耦接至所述第二浮动扩散区，所述电荷存储器件的另一端接地或接可变电压。
88.作为实施例，所述电荷存储器件可以为电容c1，其中，电荷存储元件可以用于存储由第二传输晶体管tx2产生的电荷，从而有利于提高第二像素200的满阱容量，在降低光电转换元件灵敏度的同时提高满阱。可选地，电容c1可为单独的器件电容或者为寄生电容。
89.本实施例还提供一种图像传感器，所述图形传感器包括如上实施例所述的像素结构。本实施例中的图像传感器可以是cmos图像传感器，也可以是其他可以使用前述实施例中所描述的像素结构的任意图像传感器。
90.本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。所述电子设备，如可以是一种车载装置，该车载装置包括图像传感器，该图像传感器的具体结构参照上述实施例，由于本车载装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。当然，本实施例中的电子设备还可以是监控设备、机器视觉、无人机、手机以及摄像机等。
91.如图4-7所示，本实施例还提供一种图像传感器的控制方法，适用于如上任意一项方案所述的图像传感器，所述控制方法包括：
92.读出第一像素100的信息，所述第一像素100包括所述第一光电转换元件pd1及所述第一传输晶体管tx1，读出所述第一像素100的信息具体包括：
93.1)复位第一像素100中的存储区域，并量化得到第一复位信号vrst1；
94.2)传输第一光电转换元件pd1对应的图像信息，并量化得到第一图像采样信号vsig1；
95.读出第二像素200的信息，所述第二像素200包括所述第二光电转换元件pd2及所述第二传输晶体管tx2，读出所述第二像素200的信息具体包括：
96.3)传输第二光电转换元件pd2对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号vsig2；
97.其中，基于所述第一复位信号及所述第一图像采样信号得到所述第一像素100的第一实际图像信号，基于所述第二图像采样信号得到所述第二像素200的第二实际图像信号。需要说明的是，上述步骤1)-步骤3)的顺序并不严格代表本发明所保护的图像传感器控制方法的各步骤的顺序，本领域技术人员可以在包含上述步骤的基础上依据实际需求进行变换。基于上述第一像素的读取方式，可以实现相关双采样cds。
98.在一个实施例中，读出所述第二像素200的信息的过程还包括：
99.复位第二像素200中的存储区域，并量化得到第二图像复位信号vrst2，基于所述第二图像复位信号及所述第二图像采样信号得到所述第二实际图像信号。
100.其中，该示例中的复位信号量化可以发生在步骤3)之后，如图4-6所示；也可以发生在步骤2)和步骤3)之间，如图7所示。另外，还需要说明的是，图中3.0μm像素代表第一像素的一种示例，1.0μm像素代表第二像素的一种示例，以此为例进行示意性的说明。
101.在一个实施例中，所述第一像素100的读出方式包括低转换增益模式及高转换增益模式下读出中的至少一种，所述第一像素的读出方式可以是在低转换增益模式下读出
(参见图4所示)，可以是在高转换增益模式下读出(参见图5所示)，当然，也可以是均在低转换增益模式和高转换增益模式下读出(参见图6和7所示)，从而实现高动态范围。其中，高转换增益模式与低转换增益模式的实现方式可以是：在第一像素的第一复位晶体管rst1和第一浮动扩散区之间制备转换增益晶体管dcg1，进一步还可以在第一复位晶体管ret1和转换增益晶体管dcg1之间制备电容，通过转换增益晶体管dcg1的打开和关断实现低转换增益和高转换增益的模式，当然，还可以采用本领域熟知的其他方式。
102.参见图6和图7所示，当对所述第一像素100均采用低转换增益模式读出及高转换增益模式读出时，所述第一像素100的读出方法包括步骤：
103.1)在低转换增益lcg模式下复位第一像素中的存储区域，并量化得到低转换增益模式下的第一复位信号lcgrst1；
104.2)在高转换增益hcg模式下复位第一像素中的存储区域，并量化得到高转换增益模式下的第一复位信号hcgrst1；
105.3)在高转换增益hcg模式下传输第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到在高转换增益模式下的第一图像采样信号hcgsig1；
106.4)在低转换增益lcg模式下重新分配第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到在低转换增益模式下的第一图像采样信号lcgsig1；
107.其中，基于低转换增益模式下的第一复位信号lcgrst1和第一图像采样信号lcgsig1，以及高转换增益模式下的第一复位信号hcgrst1和第一图像采样信号hcgsig1，得到所述第一像素的所述第一实际图像信号。
108.另外，继续参见图6和图7所示，对于第二像素200的读出，可以是先传输第二光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号sig2，再复位第二像素中的存储区域，并量化得到第二复位信号rst2，该方式参见图6所示；第二像素200的读出还可以是，先复位第二像素中的存储区域，并量化得到第二复位信号rst2，再传输第二光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号sig2，实现相关双采样cds，该方式参见图7所示。当然，第二像素的读出也可以采用其他的时序进行。
109.实施例2
110.如图8～图10所示，本实施例提供一种像素结构，所述像素结构包括阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：第一光电转换元件pd3、第一传输晶体管tx3、第二光电转换元件pd4、第二传输晶体管tx4以及读出电路。
111.所述第一光电转换元件pd3用于将光信号转换为电信号，可以用于曝光并捕捉弱光信息；所述第一光电转换元件pd3包括但不限于光电二极管，如可以是pin型光电二极管。
112.所述第一传输晶体管tx3耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件pd3累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；所述第一浮动扩散区可以是一个共享的电荷收集区域，也可以是由若干个浮动扩散点构成，各个浮动扩散点收集的电荷即为第一浮动扩散区收集的电荷。所述第一光电转换元件pd3、所述第一传输晶体管tx3及所述第一浮动扩散区可以采用现有的结构。
113.所述第二光电转换元件pd4，其灵敏度小于所述第一光电转换元件pd3的灵敏度；所述第二光电转换元件pd4用于将光信号转换为电信号，可以用于曝光并捕捉高亮光信息。所述第二光电转换元件pd4包括但不限于光电二极管，如可以是pin型光电二极管。
114.所述第二传输晶体管tx4耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件pd4累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；所述第二浮动扩散区可以是一个共享的电荷收集区域，也可以是由若干个浮动扩散点构成，各个浮动扩散点收集的电荷即为第二浮动扩散区收集的电荷。所述第二光电转换元件pd4、所述第二传输晶体管tx4及所述第二浮动扩散区可以采用现有的结构。
115.如图4所示，所述读出电路包括：复位晶体管rst3，所述复位晶体管rst3的源极端分别耦接至所述第一浮动扩散区及所述第二浮动扩散区，所述复位晶体管rst3的漏极端耦接至第一共用电压端，用于重置第一浮动扩散区及所述第二浮动扩散区；源跟随晶体管sf3，所述源跟随晶体管sf3的栅极端分别耦接至所述第一浮动扩散区及所述第二浮动扩散区，所述源跟随晶体管sf3的漏极端耦接至第二共用电压端，所述源跟随晶体管sf3的源极端耦接至共列输出线。上述各晶体管均可以采用nmos管。
116.在一个实施例中，所述读出电路还包括：行选择晶体管sel3，所述行选择晶体管sel3的漏极端耦接至所述源跟随晶体管sf3的源极端，所述行选择晶体管sel3的源极端耦接至所述共列输出线。所述行选择晶体管sel3可以采用nmos管。
117.在一个实施例中，所述读出电路还包括：开关晶体管sw，所述复位晶体管rst3的源极端通过所述开关晶体管sw耦接至所述第二浮动扩散区，所述源跟随晶体管sf3的栅极端通过所述开关晶体管sw耦接至所述第二浮动扩散区。通过所述开关晶体管sw的关断和导通，可以实现所述第二浮动扩散区的输出和关断，从而实现所述第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的独立读出。本实施例可有效节省读出电路的晶体管，在仅增加一个开关晶体管sw后，两个像素可以共用一个复位晶体管rst3、一个源跟随晶体管sf3和一个行选择晶体管sel3，可以有效节约像素结构的面积，并有效降低图像传感器的制造成本。
118.在一个实施例中，所述读出电路还包括增益控制晶体管dcg2，所述增益控制晶体管dcg2耦接于所述第一浮动扩散区与所述复位晶体管rst3之间，从而提高像素结构的动态范围。所述增益控制晶体管dcg2可以采用nmos管。进一步示例中，还可以在复位晶体管rst3和增益控制晶体管dcg2之间设置电容，电容可以是寄生电容，也可以是器件电容；通过增益控制晶体管dcg2的打开和关断实现低转换增益和高转换增益模式的切换。
119.另外，需要说明的是，第一像素与第二像素的数量比例，可以理解为第一光电转换元件pd1与第二光电转换元件pd2的数量比例可以依据实际需求设计，例如设置为1:1、2:1及4:1等，本实施例中设置为1:1，参见图9和图10所示。
120.如图9及图10所示，在一个实施例中，所述第一光电转换元件pd3、所述第一传输晶体管tx3、所述第一浮动扩散区组成沿第一方向排布的第一像素400；所述第二光电转换元件pd4、所述第二传输晶体管tx4、所述第二浮动扩散区组成沿所述第一方向排布的第二像素500；多个所述第一像素400呈阵列排布，多个所述第二像素500呈阵列排布。
121.在一种实施方式中，对于第一像素而言，沿第一方向排成行，沿第二方向排成列，可选地，第一方向与第二方向垂直，同时，对于第二像素而言，沿第一方向排成行，沿第二方向排成列；进一步示例中，第一像素中的第一光电转换元件与第二像素中的第二光电转换元件在第一方向上的投影交替间隔排布，在第二方向上的投影交替间隔排布。
122.在一种实施方式中，相邻的所述第一像素400和第二像素500中，选择在所述第一方向上的投影避开所述第一传输晶体管tx3的所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区
对应的第一像素和第二像素组成所述像素单元。参见图9所示，该示例中，第二像素500可以与周围相邻的两个第一像素(第一像素400和第四像素700，此处为了便于描述，将图中与第二像素500相邻的另外一个第一像素用第四像素700描述)组成所述像素单元，即，第二像素500可以与相邻的实线框中的第一像素构成所述像素单元，而并非是第二像素500与相邻的虚线框中的第一像素构成所述像素单元，有利于缓解布线对信号传输的影响。
123.同时，如图9所示，当存在所述开关晶体管sw时，所述开关晶体管sw沿所述第一方向设置在所述第一传输晶体管tx3远离所述第一光电转换元件pd3的一侧，其中，相邻的所述第一像素400和第二像素500中，选择在所述第一方向上的投影距离最远的所述第一浮动扩散区与所述开关晶体管sw所对应的第一像素400和第二像素500组成所述像素单元，从而基于距离较远的开关晶体管sw与第一浮动扩散区，有利于避开第一传输晶体管tx3的同时实现所述第二像素500连接至第一像素400共享一个读出电路。
124.如图6所示，基于以上条件的设置，在与所述第二像素500相邻的两个像素(第一像素400和第三像素600，此处为了便于描述，将图中与第二像素500相邻的另外一个第一像素用第三像素600描述)中，所述开关晶体管sw选择与复位晶体管rst3连接时，若选择如d5所示的连线时，其在所述第一方向上的投影与第三像素600的第一浮动扩散区距离较短，当需要对开关晶体管sw进行操作时，会对所述第一浮动扩散区造成较大的影响，因此，本实施例的第二像素500选择与第一像素400组成所述像素单元，使得所述开关晶体管sw在所述第一方向上的投影距离与所述第一浮动扩散区的距离d4较远，从而大大降低所述开关晶体管sw对所述第一浮动扩散区的影响；另外，当通过布线将开关晶体管sw连接至复位晶体管rst3时，布线不会经过第一像素的第一传输晶体管，利于减少信号的影响。
125.在一个实施例中，同一所述像素单元中，所述第一像素400的所述第一源跟随晶体管sf3与所述第二像素500的间距小于所述第一像素400的所述第一行选择晶体管sel3与所述第二像素500的间距。参见图10所示，基于上述设置，第一像素400和第二像素500组成所述像素单元。以获得更优的布局设计，从而整体提升图像传感器的性能。
126.参见图9所示，在一个实施例中，每一所述第二光电转换元件pd4设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件pd3的中心位置，所述第二传输晶体管tx4和所述开关晶体管sw沿所述第一方向依次排布于相邻两所述第二光电转换元件pd4之间，所述第一复位晶体管rst3、所述第一源跟随晶体管sf3、所述第一行选择晶体管sel3排布于第二方向上相邻两所述第二光电转换元件pd4之间，第一方向与第二方向垂直。进一步地，每一第一光电转换元件pd3的四个角区域也对应排布有四个所述第二光电转换元件pd4；每一第二光电转换元件pd4的四个角区域也对应排布有四个所述第一光电转换元件pd3。
127.在一个实施例中，当所述像素单元还包括所述增益控制晶体管dcg2时，所述增益控制晶体管dcg2与所述第一复位晶体管rst3沿第二方向共列排布，所述第一源跟随晶体管sf3与所述第一行选择晶体管sel3沿第二方向共列排布，且所述增益控制晶体管dcg2及所述第一复位晶体管rst3靠近同一所述第一像素中的所述第一光电转换元件pd3。
128.在一个实施例中，所述像素单元还包括衬底接触sub，所述衬底接触sub沿所述第一方向设置在所述第二光电转换元件pd4远离所述第二传输晶体管tx4的一侧，即所述衬底接触sub设置于同一像素单元中的第一光电转换元件pd3与第二光电转换元件pd4之间的区域，使得在一定的电势下，所述衬底接触sub可以形成电子流动的势垒，该势垒可以有效阻
挡所述第一像素400中的电子向周围的第二像素500泄漏，实现第一像素400与第二像素500的隔离。
129.在一个实施例中，在所述第二方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换元件pd3与所述第二光电转换元件pd4的间距p1大于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换元件pd3与所述第二光电转换元件pd4的间距p2。本实施例的同一像素单元中的第一光电转换元件pd3离第二光电转换元件pd4相对较远，当第一光电转换元件pd3有电子泄漏时，由于距离较远，电子泄漏的路径变长，使得泄漏的电子更容易被同一第一像素的电压端vdd抽走，也即，相对距离第一光电转换元件pd3本身对应的电压端vdd较近，从而有效减少从第一光电转换元件pd3泄漏至第二光电转换元件pd4的电子，提高图像精度。
130.在一个实施例中，在所述第一方向上，同一所述像素单元中的所述第二光电转换元件pd4与所述第一光电转换元件pd3的间距n1等于相邻两像素单元中的所述第二光电转换元件pd4与所述第一光电转换元件pd3的间距n2。
131.在一个实施例中，所述第一光电转换元件pd3的面积大于所述第二光电转换元件pd4的面积，以使得第二光电转换元件pd4的灵敏度小于所述第一光电转换元件pd3的灵敏度。
132.在另一实施例中，所述像素结构也可以设置减透层，所述减透层至少设置在所述第二光电转换元件pd4与入射光之间，以使得第二光电转换元件pd4的灵敏度小于所述第一光电转换元件pd3的灵敏度。其中，所述减透层可以采用现有的减透结构的设计，例如，在光电转换元件与入射光之间配置减透材料层、金属栅等。所述减透层可以正对第二光电转换元件pd4的受光面设置，在其他示例中，还可以进一步向周围延伸至第一光电转换元件pd3上。
133.在一个实施例中，同一所述像素单元中，所述第一像素400和所述第二像素500上设有相同颜色的滤色器。在一示例中，阵列排布的第一像素400可以形成拜耳阵列排布；阵列排布的第二像素500可以形成拜耳阵列排布；当然，也可以依据实际需求进行其他颜色滤色器的配置。该实施例中，上述定义的同一像素单元的所述第一像素400和所述第二像素500上设有相同颜色的滤色器，即，同一像素单元中第一光电转换元件pd3和第二光电转换元件pd4上配置同样颜色的滤色器。
134.在一个实施例中，同一所述像素单元中，所述第一像素400对应第一透镜，所述第二像素500对应第二透镜。该实施例中，若干个第一像素400与若干个第一透镜一一对应，若干个第二像素500与若干个第二透镜一一对应；其中，第一透镜和第二透镜可以设置为不同的，如二者的高度不同，可以依据实际需求进行设计。
135.在一个实施例中，参见图8所示，所述像素单元还包括电荷存储器件，所述电荷存储器件的一端耦接至所述第二浮动扩散区，所述电荷存储器件的另一端接地或接可变电压。
136.作为实施例，所述电荷存储器件可以为电容c2，其中，电荷存储元件可以用于存储由第二传输晶体管tx4产生的电荷，从而有利于提高第二像素500的满阱容量，在降低光电转换元件灵敏度的同时提高满阱。可选地，电容c2可为单独的器件电容或者为寄生电容。
137.本实施例还提供一种图像传感器，所述图形传感器包括如上实施例所述的像素结构。本实施例中的图像传感器可以是cmos图像传感器，也可以是其他可以使用前述实施例
中所描述的像素结构的任意图像传感器。
138.本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。所述电子设备，如可以是一种车载装置，该车载装置包括图像传感器，该图像传感器的具体结构参照上述实施例，由于本车载装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。当然，本实施例中的电子设备还可以是监控设备、机器视觉、无人机、手机以及摄像机等。
139.如图11-12所示，并参加图4-7，本实施例还提供一种图像传感器的控制方法，适用于如上任意一项方案所述的图像传感器，所述控制方法包括：
140.读出第一像素400的信息，所述第一像素400包括所述第一光电转换元件pd3及所述第一传输晶体管tx3，读出所述第一像素400的信息具体包括：
141.1)复位第一像素400中的存储区域，并量化得到第一复位信号vrst1；
142.2)传输第一光电转换元件pd3对应的图像信息，并量化得到第一图像采样信号vsig1；
143.读出第二像素500的信息，所述第二像素500包括所述第二光电转换元件pd4及所述第二传输晶体管tx4，读出所述第二像素500的信息具体包括：
144.3)传输第二光电转换元件pd4对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号vsig2；
145.其中，基于所述第一复位信号及所述第一图像采样信号得到所述第一像素400的第一实际图像信号，基于所述第二图像采样信号得到所述第二像素500的第二实际图像信号。需要说明的是，上述步骤1)-步骤3)的顺序并不严格代表本发明所保护的图像传感器控制方法的各步骤的顺序，本领域技术人员可以在包含上述步骤的基础上依据实际需求进行变换。基于上述第一像素的读取方式，可以实现相关双采样cds。
146.在一个实施例中，读出所述第二像素500的信息的过程还包括：
147.复位第二像素500中的存储区域，并量化得到第二图像复位信号vrst2，基于所述第二图像复位信号及所述第二图像采样信号得到所述第二实际图像信号。
148.其中，该示例中的复位信号量化可以发生在步骤3)之后，如图11所示；也可以发生在步骤2)和步骤3)之间，如图12所示。另外，还需要说明的是，图中3.0μm像素代表第一像素的一种示例，1.0μm像素代表第二像素的一种示例，以此为例进行示意性的说明。
149.在一个实施例中，所述第一像素400的读出方式包括低转换增益模式及高转换增益模式下读出中的至少一种，所述第一像素的读出方式可以是在低转换增益模式下读出(参见图4所示)，可以是在高转换增益模式下读出(参见图5所示)，当然，也可以是均在低转换增益模式和高转换增益模式下读出(如图11和12所示)，从而实现高动态范围。其中，高转换增益模式与低转换增益模式的实现方式可以是：在复位晶体管rst3和第一浮动扩散区之间制备转换增益晶体管dcg2，进一步还可以在复位晶体管ret3和转换增益晶体管dcg2之间制备电容，通过转换增益晶体管dcg2的打开和关断实现低转换增益和高转换增益的模式，当然，还可以采用本领域熟知的其他方式。
150.参加图11和图12所示，当对所述第一像素400均采用低转换增益模式读出及高转换增益模式读出时，所述第一像素400的读出方法包括步骤：
151.1)在低转换增益lcg模式下复位第一像素中的存储区域，并量化得到低转换增益
模式下的第一复位信号lcgrst1；
152.2)在高转换增益hcg模式下复位第一像素中的存储区域，并量化得到高转换增益模式下的第一复位信号hcgrst1；
153.3)在高转换增益hcg模式下传输第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到在高转换增益模式下的第一图像采样信号hcgsig1；
154.4)在低转换增益lcg模式下重新分配第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到在低转换增益模式下的第一图像采样信号lcgsig1；
155.其中，基于低转换增益模式下的第一复位信号lcgrst1和第一图像采样信号lcgsig1，以及高转换增益模式下的第一复位信号hcgrst1和第一图像采样信号hcgsig1，得到所述第一像素的所述第一实际图像信号。需要说明的，该实施例中，第一像素在单一增益模式(低增益模式或高增益模式)下的读出时序可以参见实施例1中的图4和图5进行设计。
156.另外，继续参见图11和图12所示，对于第二像素500的读出，可以是先传输第二光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号sig2，再复位第二像素中的存储区域，并量化得到第二复位信号rst2，该方式参见图11所示，其中，图11中示出了具有开关晶体管sw的信号传输时序；第二像素200的读出还可以是，先复位第二像素中的存储区域，并量化得到第二复位信号rst2，再传输第二光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号sig2，实现相关双采样cds，该方式参见图12所示，其中，图12中示出了不设置开关晶体管sw的信号传输时序，以及存在开关晶体管sw的信号传输时序(参见图中sw对应的虚线所示)。当然，第二像素的读出也可以采用其他的时序进行。
157.如上所述，本发明的像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法，具有以下有益效果：
158.本发明采用具有不同灵敏度的第一光电转换元件和第二光电转换元件，第一光电转换元件的灵敏度高(如大面积)，其主要用于获取弱光信息，第二光电转换元件的灵敏度低(如小面积)，其主要用于获取高亮信息，从而实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围。
159.本发明通过对像素结构的布局设计，可以有效减少信号噪声，提高读出精度，同时，可以减少大面积的第一光电转换元件的电子向小面积的第二光电转换元件的泄漏，整体提高图像传感器的性能。
160.所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
161.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包括阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：第一光电转换元件；第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将所述第一光电转换元件累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；第二光电转换元件，所述第二光电转换元件的灵敏度小于所述第一光电转换元件的灵敏度；第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将所述第二光电转换元件累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；读出电路，耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，用于对所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区的电压信号进行读出。2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述读出电路包括：第一复位晶体管，所述第一复位晶体管的源极端耦接至所述第一浮动扩散区，所述第一复位晶体管的漏极端耦接至第一电压端，用于重置所述第一浮动扩散区；第一源跟随晶体管，所述第一源跟随晶体管的栅极端连接至所述第一浮动扩散区，所述第一源跟随晶体管的漏极端耦接至第二电压端，所述第一源跟随晶体管的源极端耦接至第一输出列线；第二复位晶体管，所述第二复位晶体管的源极端耦接至所述第二浮动扩散区，所述第二复位晶体管的漏极端耦接至第三电压端，用于重置所述第二浮动扩散区；第二源跟随晶体管，所述第二源跟随晶体管的栅极端连接至所述第二浮动扩散区，所述第二源跟随晶体管的漏极端耦接至第四电压端，所述第二源跟随晶体管的源极端耦接至第二输出列线。3.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于：所述读出电路还包括增益控制晶体管，所述增益控制晶体管耦接于所述第一浮动扩散区与所述第一复位晶体管之间。4.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于：所述第一电压端、所述第二电压端、所述第三电压端及所述第四电压端为同一电压端；和/或，所述第一输出列线和所述第二输出列线为同一输出列线。5.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于：所述读出电路还包括：第一行选择晶体管，所述第一行选择晶体管的漏极端耦接至所述第一源跟随晶体管的源极端，所述第一行选择晶体管的源极端耦接至所述第一输出列线；第二行选择晶体管，所述第二行选择晶体管的漏极端耦接至所述第二源跟随晶体管的源极端，所述第二行选择晶体管的源极端耦接至所述第二输出列线。6.根据权利要求5所述的像素结构，其特征在于：所述第一光电转换元件、所述第一传输晶体管、所述第一浮动扩散区、所述第一复位晶体管、所述第一源跟随晶体管及所述第一行选择晶体管组成沿第一方向排布的第一像素，所述第二光电转换元件、所述第二传输晶体管、所述第二浮动扩散区、所述第二复位晶体管、所述第二源跟随晶体管及所述第二行选择晶体管组成沿所述第一方向排布的第二像素，多个所述第一像素呈阵列排布，多个所述第二像素呈阵列排布，其中，相邻的所述第一像素和所述第二像素中，选择在所述第一方向上的投影距离最短的所述第一行选择晶体管和第二行选择晶体管所对应的第一像素和第
二像素组成所述像素单元。7.根据权利要求6所述的像素结构，其特征在于：同一所述像素单元中，所述第一像素的所述第一源跟随晶体管与所述第二像素的间距小于所述第一像素的所述第一行选择晶体管与所述第二像素的间距。8.根据权利要求6所述的像素结构，其特征在于：每一所述第二光电转换元件设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件的中心位置，所述第二传输晶体管、所述第二复位晶体管、所述第二源跟随晶体管和所述第二行选择晶体管沿所述第一方向依次排布于相邻两所述第二光电转换元件之间，所述第一复位晶体管、所述第一源跟随晶体管、所述第一行选择晶体管排布于沿垂直于所述第一方向的第二方向上相邻两所述第二光电转换元件之间。9.根据权利要求8所述的像素结构，其特征在于：当所述像素单元还包括所述增益控制晶体管时，所述增益控制晶体管与所述第一复位晶体管沿所述第二方向共列排布，所述第一源跟随晶体管与所述第一行选择晶体管沿第二方向共列排布，且所述增益控制晶体管及所述第一复位晶体管靠近同一所述第一像素中的所述第一光电转换元件设置。10.根据权利要求9所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括衬底接触，所述衬底接触沿所述第二方向设置所述第一源跟随晶体管远离所述第一行选择晶体管的一侧。11.根据权利要求6所述的像素结构，其特征在于：在所述第二方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距大于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距；和/或，在所述第一方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距等于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距。12.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述读出电路包括：复位晶体管，所述复位晶体管的源极端分别耦接至所述第一浮动扩散区及所述第二浮动扩散区，所述复位晶体管的漏极端耦接至第一共用电压端，用于重置第一浮动扩散区及所述第二浮动扩散区；源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极端分别耦接至所述第一浮动扩散区及所述第二浮动扩散区，所述源跟随晶体管的漏极端耦接至第二共用电压端，所述源跟随晶体管的源极端耦接至共列输出线。13.根据权利要求12所述的像素结构，其特征在于：所述读出电路还包括：开关晶体管，所述复位晶体管的源极端通过所述开关晶体管耦接至所述第二浮动扩散区，所述源跟随晶体管的栅极端通过所述开关晶体管耦接至所述第二浮动扩散区。14.根据权利要求12所述的像素结构，其特征在于：所述读出电路还包括增益控制晶体管，所述增益控制晶体管耦接于所述第一浮动扩散区与所述复位晶体管之间。15.根据权利要求12所述的像素结构，其特征在于：所述读出电路还包括：行选择晶体管，所述行选择晶体管的漏极端耦接至所述源跟随晶体管的源极端，所述行选择晶体管的源极端耦接至所述共列输出线。16.根据权利要求15所述的像素结构，其特征在于：所述第一光电转换元件、所述第一传输晶体管、所述第一浮动扩散区组成沿第一方向排布的第一像素，所述第二光电转换元件、所述第二传输晶体管、所述第二浮动扩散区、所述第二复位晶体管、所述第二源跟随晶体管及所述第二行选择晶体管组成沿所述第一方向排布的第二像素，多个所述第一像素呈
阵列排布，多个所述第二像素呈阵列排布，其中，相邻的所述第一像素和第二像素中，选择在所述第一方向上的投影避开所述第一传输晶体管的所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区对应的第一像素和第二像素组成所述像素单元。17.根据权利要求16所述的像素结构，其特征在于：当存在所述开关晶体管时，所述开关晶体管沿所述第一方向设置在所述第一传输晶体管远离所述第一光电转换元件的一侧，其中，相邻的所述第一像素和第二像素中，选择在所述第一方向上的投影距离最远的所述第一浮动扩散区与所述开关晶体管所对应的第一像素和第二像素组成所述像素单元。18.根据权利要求16所述的像素结构，其特征在于：同一所述像素单元中，所述第一像素的所述第一源跟随晶体管与所述第二像素的间距小于所述第一像素的所述第一行选择晶体管与所述第二像素的间距。19.根据权利要求16所述的像素结构，其特征在于：每一所述第二光电转换元件设置于四个阵列排布的所述第一光电转换元件的中心位置，所述第二传输晶体管和所述开关晶体管沿所述第一方向依次排布于相邻两所述第二光电转换元件之间，所述第一复位晶体管、所述第一源跟随晶体管、所述第一行选择晶体管排布于沿垂直于所述第一方向的第二方向上相邻的两所述第二光电转换元件之间。20.根据权利要求19所述的像素结构，其特征在于：当所述像素单元还包括所述增益控制晶体管时，所述增益控制晶体管与所述第一复位晶体管沿第二方向共列排布，所述第一源跟随晶体管与所述第一行选择晶体管沿第二方向共列排布，且所述增益控制晶体管及所述第一复位晶体管靠近同一所述第一像素中的所述第一光电转换元件。21.根据权利要求20所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括衬底接触，所述衬底接触沿所述第一方向设置在所述第二光电转换元件远离所述第二传输晶体管的一侧。22.根据权利要求19所述的像素结构，其特征在于：在所述第二方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距大于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距；和/或，在所述第一方向上，同一所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距等于相邻所述像素单元中的所述第一光电转换元件与所述第二光电转换元件的间距。23.根据权利要求1-22中任意一项所述的像素结构，其特征在于：所述像素结构还包括减透层，所述减透层至少设置在所述第二光电转换元件与入射光之间；和/或，所述第一光电转换元件的面积大于所述第二光电转换元件的面积。24.根据权利要求1-22中任意一项所述的像素结构，其特征在于：同一所述像素单元中，所述第一像素和所述第二像素上设有相同颜色的滤色器；和\或，同一所述像素单元中，所述第一像素对应第一透镜，所述第二像素对应第二透镜。25.根据权利要求1-22中任意一项所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括电荷存储器件，所述电荷存储器件的一端耦接至所述第二浮动扩散区，所述电荷存储器件的另一端接地或接可变电压。26.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1-25中任一项所述的像素结构。27.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求26所述的图像传感器。28.一种图像传感器的控制方法，适用于如权利要求26所述的图像传感器，其特征在
于，所述控制方法包括：读出第一像素的信息，所述第一像素包括所述第一光电转换元件及所述第一传输晶体管，读出所述第一像素的信息具体包括：复位第一像素中的存储区域，并量化得到第一复位信号；传输第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第一图像采样信号；读出第二像素的信息，所述第二像素包括所述第二光电转换元件及所述第二传输晶体管，读出所述第二像素的信息具体包括：传输第二光电转换元件对应的图像信息，并量化得到第二图像采样信号；其中，基于所述第一复位信号及所述第一图像采样信号得到所述第一像素的第一实际图像信号，基于所述第二图像采样信号得到所述第二像素的第二实际图像信号。29.根据权利要求28所述的图像传感器的控制方法，其特征在于，读出所述第二像素的信息的过程还包括：复位第二像素中的存储区域，并量化得到第二图像复位信号，基于所述第二图像复位信号及所述第二图像采样信号得到所述第二实际图像信号。30.根据权利要求28或29所述的图像传感器的控制方法，其特征在于，所述第一像素的读出方式包括低转换增益模式及高转换增益模式下读出中的至少一种，当对所述第一像素均采用低转换增益模式读出及高转换增益模式读出时，所述第一像素的读出方法包括步骤：在低转换增益模式下复位第一像素中的存储区域，并量化得到低转换增益模式下的第一复位信号；在高转换增益模式下复位第一像素中的存储区域，并量化得到高转换增益模式下的第一复位信号；在高转换增益模式下传输第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到在高转换增益模式下的第一图像采样信号；在低转换增益模式下重新分配第一光电转换元件对应的图像信息，并量化得到在低转换增益模式下的第一图像采样信号；其中，基于低转换增益模式下的第一复位信号和第一图像采样信号，以及高转换增益模式下的第一复位信号和第一图像采样信号，得到所述第一像素的所述第一实际图像信号。

技术总结
本发明提供一种像素结构、图像传感器、电子设备及控制方法，像素结构包括阵列排布的多个像素单元，像素单元包括：第一光电转换元件；第一传输晶体管，耦接至第一浮动扩散区，用于将第一光电转换元件累积的电荷转移至第一浮动扩散区；第二光电转换元件，第二光电转换元件的灵敏度小于第一光电转换元件的灵敏度；第二传输晶体管，耦接至第二浮动扩散区，用于将第二光电转换元件累积的电荷转移至第二浮动扩散区；读出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，用于对第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的电压信号进行读出。本发明可实现图像传感器兼容识别高亮信息和弱光信息的目的，提高动态范围，并通过布局设计整体提高图像传感器的性能。感器的性能。感器的性能。


技术研发人员：张盛鑫 徐辰
受保护的技术使用者：思特威（上海）电子科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2023/9/23