包括自动聚焦（AF）像素的图像传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年7月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2022-0086053号的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开的实施例涉及图像传感器，并且更具体地，涉及包括自动聚焦(AF)像素的图像传感器。

背景技术

互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是使用CMOS工艺制造的图像捕获设备。电荷耦合器件(CCD)图像传感器是基于MOS技术的图像捕获设备。CMOS图像传感器比包括高压模拟电路的CCD图像传感器具有更低的制造成本和更小的像素尺寸。因此，CMOS图像传感器比CCD图像传感器具有更低的功耗。此外，随着CMOS图像传感器性能改进，CMOS图像传感器在诸如智能电话、平板个人计算机(PC)和数码相机的移动电子设备中看到增多的使用。

诸如相机的数字图像捕获设备提供自动聚焦(AF)功能。为了实现AF功能，需要拍摄镜头的焦点调整状态的检测。当用于焦点检测的设备与图像传感器一起被包括在数字图像捕获设备中时，数字图像捕获设备的成本和尺寸可能会增加。因此，正在研究能够执行图像捕获功能和AF功能两者的AF图像传感器。

发明内容

本公开的实施例提供一种用于提供准确的自动聚焦(AF)功能的图像传感器。

本公开的实施例提供一种图像传感器，包括：像素阵列，包括AF像素和AF邻近像素，AF邻近像素与AF像素邻近并且被配置为与AF像素共享浮动扩散区；以及行驱动器，被配置为控制像素阵列，其中，包括在AF像素中的光电二极管的第一端连接到第一传输晶体管，并且包括在AF像素中的光电二极管的第二端通过第一信号线连接到地，以及其中，包括在AF邻近像素中的光电二极管的第一端连接到第二传输晶体管，并且包括在AF邻近像素中的光电二极管的第二端通过第二信号线连接到行驱动器。

本公开的实施例提供一种图像传感器，包括：像素阵列和行驱动器，被配置为控制像素阵列，其中，像素阵列包括：第一光电二极管；第一传输晶体管，具有连接到第一光电二极管的第一端和连接到浮动扩散区的第二端；第二光电二极管；第二传输晶体管，具有连接到第二光电二极管的第一端和连接到浮动扩散区的第二端；连接到浮动扩散区的双转换增益晶体管；以及动态范围电容器，具有通过双转换增益晶体管连接到浮动扩散区的第一端，以及其中，第一光电二极管的第一端通过第一信号线连接到地，并且第二光电二极管的第二端通过第二信号线连接到行驱动器。

本公开的实施例提供一种像素阵列，包括：像素组，被配置为生成图像信号；以及AF像素组，被配置为生成相位信号，其中，AF像素组包括：第一光电二极管；连接到第一光电二极管的第一传输晶体管；第二光电二极管；连接到第二光电二极管的第二传输晶体管；以及浮动扩散区，通过第一传输晶体管和第二传输晶体管连接到第一光电二极管和第二光电二极管，以及其中，地电平电压或高电平电压被选择性地提供给第一光电二极管的第一端，并且地电平电压被提供给第二光电二极管的第一端。

附图说明

通过参考附图详细描述本公开的实施例，本公开的上述和其他特征将变得清晰。

图1是示出根据本公开的实施例的图像传感器的视图。

图2是示出图1的自动聚焦(AF)像素组的示例的电路图。

图3A和图3B是用于描述取决于操作模式激活(activation)或停用(deactivation)与AF像素邻近的像素的光电二极管的视图。

图4是示出根据本公开的实施例的像素阵列和行驱动器之间的连接关系的示例的视图。

图5是示出图4的像素阵列的第一AF像素组与行驱动器之间的连接关系的详细视图。

图6是示出图5的第一AF像素组的示例的电路图。

图7是用于描述图5和图6的第一AF像素组在第一模式下的操作的定时图。

图8是用于描述图5和图6的第一AF像素组在第二模式下的操作的定时图。

图9是示出根据本公开的另一实施例的像素阵列和行驱动器之间的连接关系的示例的视图。

图10是示出根据本公开的实施例的像素阵列和行驱动器之间的连接关系的示例的视图。

图11是示出图10的第一AF像素组的示例的电路图。

图12是示出根据本公开的实施例的像素阵列和行驱动器之间的连接关系的示例的视图。

图13是示出根据本公开的实施例的像素阵列和行驱动器之间的连接关系的示例的视图。

图14是示出根据本公开的实施例的像素阵列和行驱动器之间的连接关系的示例的视图。

图15是示出其中图14的像素阵列在全像素AF模式下操作的情况的示例的定时图。

图16是示出其中图14的像素阵列在稀疏AF模式下操作的情况的示例的定时图。

图17和图18是用于描述当使用包括动态范围电容器的一般像素组执行AF功能时的问题的视图。

图19是示出根据本公开的实施例的支持宽动态范围的像素阵列与行驱动器之间的连接关系的示例的视图。

图20是示出图19的像素阵列的第一AF像素组和行驱动器之间的连接关系的详细视图。

图21是示出图20的第一AF像素组的示例的电路图。

图22是用于描述图19至图21的第一AF像素组的操作的定时图。

图23是示出当发生溢出时第一AF像素组的操作的视图。

图24是示出根据本公开的实施例的AF像素组的垂直结构的示例的截面视图。

具体实施方式

在下文中，将清楚且详细地描述本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实施本公开。

自动聚焦像素在下文中被称为AF像素并且与AF像素邻近的像素在下文中被称为AF邻近像素。

[用于选择性地停用AF邻近像素的光电二极管的图像传感器]

图1是示出根据本公开的实施例的图像传感器100的视图。

图像传感器100包括至少一个AF像素PX_AF以提供AF功能。具体地，为了提供准确的AF功能，图像传感器100选择性地向与AF像素PX_AF邻近的AF邻近像素PX_AFX的光电二极管提供地电平电压或高电平电压。因此，可以防止从AF邻近像素PX_AFX产生的电荷与从AF像素PX_AF产生的电荷混合。

参考图1，图像传感器100包括像素阵列110、行驱动器120、模数转换器(ADC)130、输出缓冲器140和定时控制器150。

像素阵列110包括至少一个像素组112和至少一个AF像素组114。像素阵列110可以从行驱动器120接收像素驱动信号，诸如复位信号RS、传输信号TS和选择信号SEL。像素阵列110可以根据接收到的像素驱动信号的控制进行操作，并且像素组112和AF像素组114中的每一个可以将光信号转换成图像信号或相位信号。由像素组112和AF像素组114生成的图像信号和相位信号通过多条列线CLm提供给模数转换器130。

每个像素组112包括多个像素PX。例如，一个像素组112中包括的多个像素PX可以是其中多个光电二极管PD共享同一浮动扩散区FD的共享像素。然而，这是示例，并且多个像素PX可以包括不同的浮动扩散区FD。包括在像素组112中的每个像素PX生成用于生成图像数据的图像信号。

每个AF像素组114包括至少一个AF像素PX_AF和至少一个AF邻近像素PX_AFX。这里，AF邻近像素PX_AFX可以指与AF像素PX_AF共享相同浮动扩散区FD的像素。AF像素PX_AF生成用于计算AF功能(换句话说，自动聚焦功能)的相位差的相位信号。AF邻近像素PX_AFX可以被停用，使得它不生成取决于操作模式的信号。替选地，AF邻近像素PX_AFX可以生成用于生成图像数据的图像信号，或者可以生成用于计算相位差的相位信号，这取决于操作模式。

更详细地，AF邻近像素PX_AFX从行驱动器120接收地控制信号GS。地控制信号GS可以被提供到AF邻近像素PX_AFX中的光电二极管的一端，并且行驱动器120可以控制地控制信号GS的电压电平，使得地控制信号GS取决于操作模式具有地电平或高电平。

例如，当地控制信号GS具有高电平时，从AF邻近像素PX_AFX的光电二极管产生的电荷朝向行驱动器120被排出(drained)。因此，即使此后传输门接通，从AF邻近像素PX_AFX的光电二极管产生的电荷也不转移到浮动扩散区FD。换言之，AF邻近像素PX_AFX被停用。由于从AF邻近像素PX_AFX的光电二极管产生的电荷不转移到浮动扩散区FD，因此可以防止从AF邻近像素PX_AFX产生的电荷与从AF像素PX_AF产生的电荷混合。

在另一示例中，当地控制信号GS具有高电平时，AF邻近像素PX_AFX的光电二极管产生并累积电荷。当此后传输门接通时，AF邻近像素PX_AFX的光电二极管中累积的电荷被转移到浮动扩散区FD。转移到浮动扩散区FD的电荷可用于生成图像信号或相位信号。

行驱动器120可以在定时控制器150的控制下选择像素阵列110的任意一行。行驱动器120可以生成选择信号SEL以选择多行之一。行驱动器120可以针对对应于选择的行的像素以预定序列激活复位信号RS和传输信号TS。此外，行驱动器120可以为与选择的行对应的AF邻近像素PX_AFX提供具有地电平或高电平的地控制信号GS。在一个示例中，行驱动器120可以向一个选择的行的AF邻近像素PX_AFX提供具有地电平的地控制信号GS，同时向另一选择的行的AF邻近像素PX_AFX提供具有高电平的地控制信号GS。

模数转换器130可以接收复位电平信号和从选择的行中的每个像素产生的感测信号。这里，复位电平信号可以是与浮动扩散区FD的参考电压对应的信号，并且感测信号可以是与浮动扩散区FD的信号电压对应的信号。模数转换器130可以将复位电平信号和感测信号转换成数字信号，并且可以输出数字信号。例如，模数转换器130可以通过相关双采样方法对复位电平信号和感测信号进行采样，然后可以将复位电平信号和感测信号转换为数字信号。为完成这一点，可以在模数转换器130的前端额外设置相关双采样器(CDS)。

输出缓冲器140可以锁存并输出由模数转换器130以列为单位提供的图像数据。输出缓冲器140可以在定时控制器150的控制下暂时存储从模数转换器130输出的图像数据，并且此后可以输出由列译码器顺序锁存的图像数据。

定时控制器150可以控制像素阵列110、行驱动器120、模数转换器(ADC)130、输出缓冲器140等。定时控制器150可以针对像素阵列110、行驱动器120、模数转换器(ADC)130、输出缓冲器140等的操作提供控制信号，诸如时钟信号、定时控制信号等。定时控制器150可以包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)电路、定时控制电路和通信接口电路。

以上简要描述了根据本公开的实施例的图像传感器100的配置。根据本实施例，AF邻近像素PX_AFX的光电二极管的一端连接到行驱动器120，并且取决于操作模式，行驱动器120将具有地电平或高电平的地控制信号GS提供至AF邻近像素PX_AFX的光电二极管的一端。因此，可以防止从AF邻近像素PX_AFX的光电二极管产生的电荷与从AF像素PX_AF产生的电荷混合，从而可以提供准确的AF功能。

图2是示出图1的AF像素组的示例的电路图。图3A和图3B是用于描述取决于操作模式激活或停用AF邻近像素PX_AFX的光电二极管的视图。为了描述方便，假设在图2中AF像素组114包括一个AF邻近像素PX_AFX和一个AF像素PX_AF。

参考图2，AF像素组114包括共享浮动扩散区FD的AF邻近像素PX_AFX和AF像素PX_AF。AF邻近像素PX_AFX包括第一光电二极管PD1和第一传输晶体管TX1，并与AF像素PX_AF共享浮动扩散区FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。AF像素PX_AF包括第二光电二极管PD2和第二传输晶体管TX2，并与AF邻近像素PX_AFX共享浮动扩散区FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。

第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2是取决于入射光的量或其强度产生和积累电荷的光感测设备。第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的至少一个可以用光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管(PPD)、有机光电二极管(OPD)、量子点(QD)等实现。

AF邻近像素PX_AFX的第一光电二极管PDl的一端(例如，第一端)通过地控制线GCL连接到行驱动器120(参考图1)。行驱动器120可以取决于操作模式选择性地向第一光电二极管PD1提供具有地电平的地控制信号GS或具有高电平的地控制信号GS。

例如，AF邻近像素PX_AFX和AF像素AF_PX可以顺序地生成不同的模拟信号。例如，AF邻近像素PX_AFX可以生成图像信号，并且AF像素PX_AF可以顺序地生成相位信号。在这种情况下，可以将具有地电平的地控制信号GS提供给AF邻近像素PX_AFX的第一光电二极管PD1，并且可以激活第一光电二极管PD1。

具体地，当具有地电平的地控制信号GS被提供给AF邻近像素PX_AFX的第一光电二极管PD1时，第一光电二极管PD1可以具有能够容纳如图3A所示的电荷的电势电平。因此，由第一光电二极管PD1生成的电荷可以累积在第一光电二极管PD1中。当第一传输晶体管TX1接通时，累积在第一光电二极管PD1中的电荷移动到浮动扩散区FD。此后，可以通过对浮动扩散区FD进行采样来生成图像信号。之后，浮动扩散区FD可以被复位，并且相位信号可以由AF像素PX_AF以类似的方式生成。

在另一示例中，当AF像素PX_AF生成相位信号时，电荷可能不会累积在AF邻近像素PX_AFX的第一光电二极管PD1中。在这种情况下，具有高电平的地控制信号GS可以被提供给AF邻近像素PX_AFX的第一光电二极管PD1，同时AF像素PX_AF生成相位信号。因此，第一光电二极管PD1可以被停用。

具体地，当具有高电平的地控制信号GS被施加时，如图3B所示，从AF邻近像素PX_AFX的第一光电二极管PD1生成的电荷通过地控制线GCL朝向行驱动器120被排出。因此，电荷没有累积在第一光电二极管PD1中。因此，即使之后第一传输晶体管TX1接通，电荷也不会从第一光电二极管PD1移动到浮动扩散区FD。因此，仅从AF像素PX_AF产生的电荷可用于生成相位信号，使得可生成准确的相位信号。

可以不同地设置地控制信号GS的电压电平。例如，可以将具有低电平或负电平的电压而不是地电平设置为地控制信号GS。此外，可以适当地设置地控制信号GS的高电平，使得不发生从浮动扩散区FD的回流现象。

仍然参考图2，第一传输晶体管TX1和第二传输晶体管TX2响应于从行驱动器120提供的第一传输信号TS1和第二传输信号TS2而接通或关断。第一传输晶体管TX1和第二传输晶体管TX2可以将累积在第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的电荷传输到浮动扩散区FD。

浮动扩散区FD的一端(例如，第一端)可以连接到第一传输晶体管TXl和第二传输晶体管TX2的漏极，以及浮动扩散区FD的相对端(例如，第二端)可以连接到作为源极跟随器放大器被驱动的驱动晶体管DX的栅极。浮动扩散区FD可以作为浮动扩散区晶体管Cfd操作，并且可以在浮动扩散区晶体管Cfd中存储从第一光电二极管PD1或第二光电二极管PD2产生的电荷。

复位晶体管RX可以响应于复位信号RS复位浮动扩散区FD。例如，复位晶体管RX的源极可以连接到浮动扩散区FD。当复位信号RS被激活时，复位晶体管RX接通，并且电源电压Vpix被传送到浮动扩散区FD。在这种情况下，浮动扩散区晶体管Cfd中累积的电荷可以被排出到电源电压(Vpix)端子，并且浮动扩散区FD的电压电平可以被复位为电源电压Vpix。

驱动晶体管DX的栅极可以连接到浮动扩散区FD，并且可以用作源极跟随器放大器。例如，驱动晶体管DX可以放大浮动扩散区FD的电势变化，并且可以经由选择晶体管SX将放大的电势变化传送到列线CLi。

选择晶体管SX用于以行为单位选择要读取的像素或像素组。选择晶体管SX可以由以行为单位提供的选择信号SEL驱动。当选择晶体管SX接通时，浮动扩散区FD的电势可以放大，并通过驱动晶体管DX转移到选择晶体管SX的漏极。

如上所述，根据本公开的实施例的AF像素组114包括共享浮动扩散区FD的至少一个AF像素PX_AF和至少一个AF邻近像素PX_AFX。此外，具有地电平或高电平的地控制信号GS可以取决于操作模式选择性地提供给AF邻近像素PX_AFX的光电二极管。因此，从AF邻近像素PX_AFX产生的电荷和从AF像素PX_AF产生的电荷可以分离而不彼此混合，因此可以提供准确的AF功能。

为了描述方便，在图2和图3中已描述AF像素组114包括一个AF邻近像素PX_AFX和一个AF像素PX_AF。然而，这是示例，并且本公开不限于此。例如，AF像素组114可以实现为包括两个或更多个AF邻近像素PX_AFX或两个或更多个AF像素PX_AF。此外，像素阵列110中包括的像素组112和AF像素组114的比率和布置以及行驱动器120和像素阵列110的连接关系和操作模式可以被不同地修改和应用。在下文中，将更详细地描述本公开的各种修改和应用。

[包括稀疏AF像素阵列的图像传感器]

图4是示出根据本公开的实施例的像素阵列110A和行驱动器120之间的连接关系的视图。图5是示出图4的像素阵列110A的第一AF像素组PG_AF1与行驱动器120之间的连接关系的详细视图。

为了描述方便，在图4和图5中示出每个像素组包括四个像素。此外，通过第一连接CNT1显示传输栅极线TGL11、TGR11、TGL12、TGR12、TGL21、TGR21、TGL22和TGR22中的每一条与像素阵列110A之间的连接关系，以及通过第二连接CNT2显示地控制线GCL与光电二极管之间的连接关系。

参考图4，像素阵列110A包括多个像素组PG1、PG2、PG3、PG4、PG5及PG6以及多个AF像素组PG_AF1和PG_AF2。多个像素组PG1至PG6中的每一个包括在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上设置的四个像素PX，并且四个像素PX共享一个微透镜ML。类似地，多个AF像素组PG_AF1和PG_AF2中的每一个包括在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上设置的四个AF像素PX_AF，并且四个AF像素PX_AF共享一个微透镜ML。

多个像素组PG1至PG6以及多个AF像素组PG_AF1和PG_AF2可以设置在像素阵列110A中以对应于拜耳模式。例如，第一像素组PG1和第三像素组PG3可以包括红色(R)滤色器(color filter)，第二、第四和第五像素组PX2、PX4和PX5以及第一AF像素组PG_AF1可以包括绿色(G))滤色器，并且第六像素组PG6和第二AF像素组PG_AF2可以包括蓝色(B)滤色器。然而，这是示例，并且像素阵列110A可以包括各种类型的滤色器。例如，滤色器可以包括用于感测黄色、青色和品红色的滤色器。替选地，滤色器可以包括用于感测白色的滤波器。

包括在多个像素组PG1至PG6中的像素连接到传输栅极线TGL11、TGR11、TGL12、TGR12、TGL21、TGR21、TGL22和TGR22当中的对应线。例如，包括在第一至第四像素组PG1至PG4中的第一像素PX1可以连接到第一传输栅极线TGL11，包括在第一至第四像素组PG1至PG4中的第二像素PX2可以连接到第二传输栅极线TGR11，包括在第一至第四像素组PG1至PG4中的第三像素PX3可以连接到第三传输栅极线TGL12，并且包括在第一至第四像素组PG1至PG4中的第四像素PX4可以连接到第四传输栅极线TGR12。类似地，包括在第五像素组PG5和第六像素组PG6中的第一、第二、第三和第四像素PX1、PX2、PX3和PX4可以连接到第五、第六、第七和第八传输栅极线TGL21、TGR21、TGL22和TGR22。

包括在多个AF像素组PG_AF1和PG_AF2中的AF像素和AF邻近像素连接到传输栅极线TGL11、TGR11、TGL12、TGR12、TGL21、TGR21、TGL22和TGR22当中的对应线。此外，包括在多个AF像素组PG_AF1和PG_AF2中的AF邻近像素连接到地控制线GCL。

更详细地，参考图5，第一AF像素组PG_AF1包括第一、第二和第三AF邻近像素PX_AFX1、PX_AFX2和PX_AFX3以及第一AF像素PX_AF1。第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3的传输栅极TX1、TX2和TX3可以连接至第五至第七传输栅极线TGL21、TGR21和TGL22。第一AF像素PX_AF1的传输栅极TX4可以连接到第八传输栅极线TGR22。

此外，包括在第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3中的光电二极管PD1、PD2和PD3的端部共同连接地控制线GCL。可以通过连接到包括在第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3中的光电二极管PD1至PD3的地控制线GCL选择性地提供地电平电压或高电平电压。

图6是示出图5的第一AF像素组PG_AF1的示例的电路图。图6的第一AF像素组PG_AF1类似于图2的AF像素组114。因此，为了简洁起见，下文将省略重复的描述。

参考图6，第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3和第一AF像素PX_AF1共享一个浮动扩散区FD。第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3中包括的光电二极管PD1至PD3的端部共同连接至地控制线GCL。行驱动器120(参考图1)通过地控制线GCL向光电二极管PD1至PD3的端部提供具有地电平或高电平的地控制信号GS。包括在第一AF像素PX_AF1中的光电二极管PD4的一端连接到地GND。

图7是用于描述图5和图6的第一AF像素组在全模式下的操作的定时图。

在全模式下，第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3和第一AF像素PX_AF1可以顺序地生成图像信号和/或相位信号。例如，第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3可生成图像信号，并且第一AF像素PX_AF1可生成相位信号。

首先，当在全模式下执行操作时，通过地控制线GCL提供具有地电平GND或低电平LOW的地控制信号GS。因此，可以激活第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3的光电二极管PD1至PD3，并且产生的电荷可以累积在光电二极管PD1至PD3中。

在时间Tl，复位晶体管RX接通，并且浮动扩散区FD被复位。复位浮动扩散区FD的电压电平被采样并用作第一AF邻近像素PX_AFX1的参考电压。

在时间T2，通过第五传输栅极线TGL21提供具有高电平的第一传输信号TS1。因此，第一AF邻近像素PX_AFX1的传输晶体管TX1接通，并且光电二极管PD1中累积的电荷移动到浮动扩散区FD。移动到浮动扩散区FD的电荷存储在浮动扩散区晶体管Cfd中。

在时间T3，传输晶体管TXl关断，并且在时间T4，浮动扩散区FD的电压电平被采样。浮动扩散区FD的采样的电压电平用作第一AF邻近像素PX_AFX1的信号电压。通过将在时间T4采样的信号电压与在时间T1采样的参考电压进行比较，可以输出对应于图像信号的数字代码。

此后，在时间T5至T12，可以以类似于第一AF邻近像素PX_AFX1的图像信号生成操作的方式顺序地执行由第二AF邻近像素PX_AFX2和第三AF邻近像素PX_AFX3生成图像信号的操作。例如，在时间T6，通过第六传输栅极线TGR21提供具有高电平的第二传输信号TS2。因此，第二AF邻近像素PX_AFX22的传输晶体管TX2接通，并且累积在光电二极管PD2中的电荷移动到浮动扩散区FD。此后，在时间T13至T16，可以以类似的方式执行由第一AF像素PX_AF1生成相位信号的操作。

如上所述，在全模式下，第一AF邻近像素PX_AFX1至第三AF邻近像素PX_AFX3以及第一AF像素PX_AF1可以顺序地生成图像信号和相位信号。因此，可以获得高质量图像，并且可以提供准确的AF功能。

图8是用于描述图5和图6的第一AF像素组PG_AF1在合并(binning)模式下的操作的定时图。

在合并模式下，属于每个像素组的四个像素可以仅生成一个信号。例如，图4的像素阵列110A的AF像素组PG_AF1和PG_AF2中的每一个可以仅生成一个相位信号，并且像素组PG1至PG6中的每一个可以仅生成一个图像信号。具体地，即使在合并模式下，根据本公开的实施例的第一AF像素组PG_AF1也可以将从AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3的光电二极管产生的电荷与从第一AF像素PX_AF1的光电二极管产生的电荷分开。

首先，在时间Tl，浮动扩散区FD的电压电平被复位。浮动扩散区FD的复位电压电平用作第一AF像素PX_AF1的参考电压。

在时间T2，具有高电平的地控制信号GS通过地控制线GCL被提供给第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3的光电二极管PD1至PD3。因此，如上文参考图3B所述，从光电二极管PD1到PD3产生的电荷被排出到行驱动器120(参考图1)，并且电荷没有累积在光电二极管PD1到PD3中。换言之，光电二极管PD1至PD3被停用。

在时间T3，提供具有高电平的第一、第二、第三和第四传输信号TS1、TS2、TS3和TS4，并且第一至第三AF邻近像素PX_AFX1至PX_AFX3的传输晶体管TX1、TX2和TX3和第一AF像素PX_AF1的传输晶体管TX4全部接通。此时，只有从第一AF像素PX_AF1的光电二极管PD4产生的电荷移动到浮动扩散区FD，因为电荷没有累积在光电二极管PD1至PD3中。

此后，在时间T4，所有传输晶体管TX1至TX4关断，并且在时间T5，浮动扩散区FD的电压电平被采样。浮动扩散区FD的采样的电压电平用作第一AF邻近像素PX_AFX1的信号电压。通过将在时间T4采样的信号电压与在时间T1采样的参考电压进行比较，可以输出对应于相位信号的数字代码。

如上所述，在合并模式下，根据本公开的实施例的AF像素组可以通过停用AF邻近像素的光电二极管来生成准确的相位信号。

图9是示出根据本公开的另一实施例的像素阵列和行驱动器之间的连接关系的示例的视图。为了描述方便，假设与图14中类似，像素阵列包括第一至第六像素组PG1至PG6以及第一AF像素组PG_AF1和第二AF像素组PG_AF2，并且每个像素组包括四个像素。

为了防止从AF邻近像素的光电二极管产生的电荷与从AF像素产生的电荷混合，图9的像素阵列还包括用于分开控制AF邻近像素的传输栅极的线。例如，为了分开控制第一AF像素组PG_AF1的第一至第三AF邻近像素的传输栅极，图9的像素阵列还包括三个传输栅极模式控制线TGE1、TGE2和TGE3。

此外，在图9的像素阵列的情况下，随着AF像素组的数量的增加，额外需要更大数量的线。例如，当第三像素组PG3为AF像素组时，需要额外提供三条传输栅极模式控制线。因此，在图9的像素阵列的情况下、线的布置是复杂的，并且线之间的间隔缩小。因此，产生了耦合噪声。

相比之下，根据本公开的实施例的像素阵列额外需要仅一条地控制线GCL，以防止从AF邻近像素的光电二极管产生的电荷与从AF像素产生的电荷混合。例如，图4的第一AF像素组PG_AF1和第二AF像素组PG_AF2可以通过一条地控制线GCL向AF邻近像素的光电二极管提供高电平电压，并且可以相应地停用AF邻近像素的光电二极管。因此，根据本公开的实施例的像素阵列可以提供准确的AF功能，同时最小化附加线的布置。

在图4至图8中已描述第一AF像素PX_AF1和第二AF像素PX_AF2设置在第一方向(X方向)上并且图像传感器计算第一方向上的相位差。然而，这是示例。第一AF像素PX_AF1和第二AF像素PX_AF2可以设置在第二方向(Y方向)上，并且可以计算第二方向上的相位差。

此外，在图4至图8中已描述像素阵列110A的每个像素组包括四个像素。然而，这是示例，并且可以不同地修改像素阵列的结构和布置。在下文中，将更详细地描述根据本公开的其他实施例的像素阵列。

图10是示出根据本公开的实施例的像素阵列110B和行驱动器120之间的连接关系的视图，并且图11是示出图10的第一AF像素组PG_AF1的示例的电路图。图10的像素阵列110B和图11的第一AF像素组PG_AF1与图4的像素阵列110A和图6的第一AF像素组PG_AF1相似。相应地，相同或相似的组件将被分配相同或相似的附图标记，并且在下文中将省略重复的描述。

图4的像素阵列110A的像素组和AF像素组各自包括在第一和第二方向上设置的四个像素，而图10的像素阵列110B的像素组和AF像素组各自包括在第一方向上设置的两个像素。因此，如图10所示，两条栅极传输线(例如TGL1和TGR1)对应于多个像素组PG1至PG6中的每一个，并且两条栅极传输线(例如TGL2和TGR2)和一条地控制线GCL对应于多个AF像素组PG_AF1和PG_AF2中的每一个。

更详细地，参考图11，第一AF像素组PG_AF1包括共享浮动扩散区FD的AF邻近像素PX_AFX和第一AF像素PX_AF1。包括在AF邻近像素PX_AFX中的光电二极管PD1的一端(例如，第一端)可以连接到地控制线GCL，并且行驱动器120可以通过地控制线GCL向光电二极管PD1提供具有地电平或高电平的地控制信号GS。因此，从AF邻近像素PX_AFX产生的电荷和从第一AF像素PX_AF1产生的电荷可以分离而不彼此混合，因此可以提供准确的AF功能。

图12是示出根据本公开的实施例的像素阵列110C和行驱动器120之间的连接关系的视图，并且图13是示出根据本公开的实施例的像素阵列110D和行驱动器120之间的连接关系的视图。图12和图13的像素阵列110C和110D类似于图4和图10的像素阵列110A和110B。相应地，相同或相似的组件将被分配相同或相似的附图标记，并且在下文中将省略重复的描述。

参考图12，像素阵列110C可以包括多个像素组PG1至PG3和AF像素组PG_AF，并且多个像素组PG1至PG3和AF像素组PG_AF每个可以包括八个像素。当在平面上观看时，每个像素组的左四个像素可以共享一个微透镜ML，并且像素组的右四个像素可以共享另一个微透镜ML。然而，这是示例，并且八个像素可以共享一个微透镜ML。

AF像素组PG_AF可以包括共享浮动扩散区的一个AF像素和七个AF邻近像素。包括在七个AF邻近像素中的光电二极管PD1、PD2、PD3、PD4、PD5、PD6和PD7的端部可以连接到地控制线GCL，并且行驱动器120可以通过地控制线GCL选择性地提供具有地电平或高电平的地控制信号GS。

参考图13，像素阵列110D可以包括像素组PG和AF像素组PG_AF，并且像素组PG和AF像素组PG_AF每个可以包括十六个像素。当在平面上观看时，每个像素组的四个像素可以共享一个微透镜ML。然而，这是示例，并且十六个像素可以共享一个微透镜ML。

AF像素组PG_AF可以包括共享浮动扩散区的一个AF像素和十五个AF邻近像素。十五个AF邻近像素中包括的光电二极管PD1、PD2、PD3、PD4、PD5、PD6、PD7、PD8、PD9、PD10、PD11、PD12、PD13、PD14和PD15的端部可以连接到地控制线GCL，并且行驱动器120可以通过地控制线GCL选择性地提供具有地电平或高电平的地控制信号GS。

如上所述，可以不同地实现根据本公开的实施例的AF像素组中包括的AF像素和AF邻近像素的数量。通过经由地控制线GCL选择性地向包括在AF邻近像素中的光电二极管的端部提供地电平电压或高电平电压，根据本公开的实施例的像素阵列可以将从AF邻近像素产生的电荷与从AF像素产生的电荷分离。

[支持从全像素AF模式向稀疏AF模式转变的图像传感器]

图14是示出根据本公开的实施例的像素阵列110E和行驱动器120之间的连接关系的视图。为了描述方便，假设在图14中每个AF像素组包括两个AF像素。

参考图14，像素阵列110E包括多个AF像素组PG_AF1、PG_AF2、PG_AF3、PG_AF4、PG_AF5、PG_AF6、PG_AF7和PG_AF8。换言之，与参考其中AF像素部分地设置在正常像素之间的图4至图13描述的像素阵列110A至110D相比，图14的像素阵列110E仅包括多个AF像素。由于设置在像素阵列110E中的所有像素都是AF像素，因此图14的像素阵列可以称为全像素AF阵列。例如，图像传感器100(参考图1)的像素阵列110(参考图1)的部分区域可以用诸如图14所示的全像素AF阵列来实现。

在本公开的实施例中，图像传感器100可以取决于操作模式从全像素AF模式切换到稀疏AF模式。这里，全像素AF模式是指其中像素阵列110E中包括的每个AF像素生成相位信号的模式。当需要准确的AF功能时，例如当在暗处拍摄图像时，可以执行全像素AF模式。稀疏AF模式是指其中从包括在像素阵列110E中的AF像素中选择的仅一些AF像素生成相位信号的模式。当需要快速AF功能时，例如当拍摄运动图像时，可以执行稀疏AF模式。

地控制线GCL连接到与在稀疏AF模式下操作的AF像素邻近的像素。例如，假设，如图14所示，当像素阵列110E从全像素AF模式切换到稀疏AF模式时，选择第五AF像素组PG_AF5和第七AF像素组PG_AF7。在这种情况下，当执行稀疏AF模式时，可以选择第五AF像素组PG_AF5的第一AF像素PX_AF1来生成第一相位信号，并且可以选择第七AF像素组PG_AF7的第二AF像素PX_AF2来生成第二相位信号。地控制线GCL可以连接到第一AF邻近像素PX_AFX1的光电二极管PD1的一端和第二AF邻近像素PX_AFX2的光电二极管PD2的一端。当在稀疏AF模式下执行操作时，可以通过地控制线GCL向第一AF邻近像素PX_AFX1的光电二极管PD1的该端和第二AF邻近像素PX_AFX2的光电二极管PD2的该端提供具有高电平的地控制信号GS。

图15是示出其中图14的像素阵列110E在全像素AF模式下操作的情况的示例的定时图。

首先，当在全像素AF模式下执行操作时，通过地控制线GCL提供具有地电平GND或低电平LOW的地控制信号GS。因此，第一AF邻近像素PX_AFX1和第二AF邻近像素PX_AFX2的光电二极管PD1和PD2可以被激活，并且电荷可以累积在光电二极管PD1和PD2中。

在时间T1，包括在各个AF像素组PG_AF1至PG_AF8中的左AF像素的浮动扩散区FD被复位。复位浮动扩散区FD的电压电平被采样并用作第一参考电压。

在时间T2，通过第一传输栅极线TGL1提供具有高电平的第一传输信号TS1，并且通过第三传输栅极线TGL2提供具有高电平的第三传输信号TS3。因此，包括在各个AF像素组中的左AF像素的传输晶体管接通，并且累积在光电二极管PD中的电荷移动到对应的浮动扩散区FD。

在时间T3，左AF像素的传输晶体管关断，并且在时间T4，浮动扩散区FD的电压电平被采样。浮动扩散区FD的采样的电压电平用作第一信号电压。通过将第一信号电压与在时间T1采样的对应的第一参考电压进行比较，可以生成用于左AF像素的相位信号。

此后，在时间T5，包括在各个AF像素组PG_AF1至PG_AF8中的右AF像素的浮动扩散区FD被复位。复位浮动扩散区FD的电压电平被采样并用作第二参考电压。

在时间T6，通过第二传输栅极线TGR1提供具有高电平的第二传输信号TS2，并且通过第四传输栅极线TGR2提供具有高电平的第四传输信号TS4。因此，包括在各个AF像素组中的右AF像素的传输晶体管接通，并且在光电二极管PD中累积的电荷移动到对应的浮动扩散区FD。

在时间T7，右AF像素的传输晶体管关断，并且在时间T8，浮动扩散区FD的电压电平被采样。浮动扩散区FD的采样的电压电平用作第二信号电压。通过将第二信号电压与在时间T5采样的对应的第二参考电压进行比较，可以生成用于右AF像素的相位信号。

如上所述，根据本公开的实施例的图像传感器可以支持全像素AF模式，从而提供准确的AF功能。

图16是示出其中图14的像素阵列110E切换到稀疏AF模式的情况的示例的定时图。为了描述方便，假设在稀疏AF模式下，选择包括在第五AF像素组PG_AF5中的第一AF像素PX_AF1以生成第一相位信号，并且选择包括在第七AF像素组PG_AF7中的第二AF像素PX_AF2以生成第二相位信号。

在时间Tl，第一AF像素PX_AF1和第二AF像素PX_AF2的浮动扩散区FD被复位。第一AF像素PX_AF1的复位浮动扩散区FD的电压电平被采样并用作第一参考电压，并且第二AF像素PX_AF2的复位浮动扩散区FD的电压电平被采样并用作第二参考电压。

在时间T2，可以通过地控制线GCL向第一AF邻近像素PX_AFX1的光电二极管PD1和第二AF邻近像素PX_AFX2的光电二极管PD2提供具有高电平的地控制信号GS。因此，第一AF邻近像素PX_AFX1和第二AF邻近像素PX_AFX2的光电二极管PD1和PD2被停用，并且从光电二极管PD1和PD2产生的电荷朝向行驱动器120(参考图1)被排出。

在时间T3，通过第三传输栅极线TGL2提供具有高电平的第三传输信号TS3，并且通过第四传输栅极线TGR2提供具有高电平的第四传输信号TS4。因此，连接到第三传输栅极线TGL2的第一AF邻近像素PX_AFX1的传输晶体管TXL1和第二AF像素PX_AF2的传输晶体管TXL2接通，并且连接到第四传输栅极线TGR2的第一AF像素PX_AF1的传输晶体管TXR1和第二AF邻近像素PX_AFx2的传输晶体管TXR2接通。

在这种情况下，由于电荷没有累积在第一AF邻近像素PX_AFX1的第一光电二极管PDl中，所以即使传输晶体管TXL1通过第三传输信号TS3接通，电荷也不会从第一AF邻近像素PX_AFX1的第一光电二极管PDl移动到浮动扩散区FD。因此，在传输晶体管TXR1通过第四传输信号TS4接通时，仅从第一AF像素PX_AF1的光电二极管产生的电荷移动到浮动扩散区FD。

同样地，由于电荷没有累积在第二AF邻近像素PX_AFX2的第二光电二极管PD2中，所以即使传输晶体管TXR2通过第四传输信号TS4接通，电荷也不会从第二AF邻近像素PX_AFX2的第二光电二极管PD2移动到浮动扩散区FD。因此，在传输晶体管TXL2通过第三传输信号TS3接通时，仅从第二AF像素PX_AF2的光电二极管产生的电荷移动到浮动扩散区FD。

此后，在时间T5，提供具有地电平的第三传输信号TS3和第四传输信号TS4。因此，传输晶体管TXL1、TXR1、TXL2和TXR2关断，并且在时间T6，选择的第一AF像素PX_AF1的浮动扩散区FD和选择的第二AF像素PX_AF2的浮动扩散区FD被采样。第一AF像素PX_AF1的采样的浮动扩散区FD的电压电平用作第一信号电压，并且第二AF像素PX_AF2的采样的浮动扩散区FD的电压电平用作第二信号电压。之后，通过比较第一信号电压与第一参考电压来生成第一相位信号，并且通过比较第二信号电压与第二参考电压来生成第二相位信号。因此，可以计算第一方向(X方向)上的相位差。

如上所述，根据本公开的实施例的图像传感器可以从全像素AF模式切换到稀疏AF模式。具体地，通过支持稀疏AF模式，根据本公开的实施例的图像传感器可以快速计算相位差。

为了便于描述，假设在图14至图16中，每个AF像素组包括两个AF像素。然而，这是示例，并且将理解每个AF像素组可以包括四个、八个或十六个AF像素。

[用于支持双转换增益模式的AF像素组]

图17和图18是用于描述当使用包括动态范围电容器的一般像素组执行AF功能时的问题的视图。为了便于描述，假设像素组PG包括共享一个浮动扩散区FD的四个像素。

参考图17，像素组PG包括第一至第四像素PX1至PX4。假设当在平面上观看时设置在像素组PG右侧的像素PX2和PX4构成第一子像素组SPG1，并且设置在像素组PG左侧的像素PX1和PX3构成第二子像素组SPG2。

参考图18，像素组PG包括动态范围电容器Cdr。可以提供动态范围电容器Cdr以容纳在高照度模式下从光电二极管PD1至PD4溢出的大量电荷。

更详细地，在高照度模式下可能产生超过光电二极管PD1至PD4中的每一个的容量的大量电荷。在这种情况下，在其中传输晶体管TX1至TX4关断的状态下光电二极管PD1至PD4的电荷被转移到浮动扩散区FD的溢出现象可能发生。双转换增益晶体管DCGX可以被接通以累积溢出的电荷，而不丢弃溢出的电荷。因此，溢出的电荷可以存储在动态范围电容器Cdr中。

在这种情况下，从属于第一子像素组SPGl的像素PX2和PX4溢出的电荷与从属于第二子像素组SPG2的像素PXl和PX3溢出的电荷相互混合并存储在动态范围电容Cdr中。换言之，在第一方向(X方向)上设置在右侧的像素PX2和PX4产生的电荷与设置在左侧的像素PX1和PX3产生的电荷混合而没有彼此分离。因此，当包括动态范围电容器的一般像素组用于生成相位信号时，可能没有提供准确的AF功能。

图19是示出根据本公开的实施例的支持宽动态范围的像素阵列110F与行驱动器120之间的连接关系的视图。图20是示出图19的像素阵列110F的第一AF像素组PG_AF1和行驱动器120之间的连接关系的详细视图。

图19的像素阵列110F和行驱动器120之间的连接关系与图4的像素阵列110A和行驱动器120之间的连接关系相似。因此，在下文中将省略重复的描述。此外，为了便于描述，下面将描述其中每个像素组包括四个像素并且以AF子像素为单位生成相位信号的示例。

参考图19，像素阵列110F包括第一至第六像素组PG1至PG6以及第一AF像素组PG_AF1和第二AF像素组PG_AF2。第一至第六像素组PG1至PG6中的每一个包括设置在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上的四个像素PX，并且四个像素PX共享一个微透镜ML。第一至第六像素组PG1至PG6中包括的像素连接至传输栅极线TGL11、TGR11、TGL12、TGR12、TGL21、TGR21、TGL22和TGR22当中的对应线。

类似地，第一AF像素组PG_AF1和第二AF像素组PG_AF2中的每一个包括设置在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上的四个像素，并且四个像素共享一个微透镜ML。第一AF像素组PG_AF1和第二AF像素组PG_AF2中包括的像素连接到传输栅极线TGL11、TGR11、TGL12、TGR12、TGL21、TGR21、TGL22和TGR22当中的对应线。

第一AF像素组PG_AF1和第二AF像素组PG_AF2中的每一个包括AF子像素组SPG_AF和AF子邻近像素组SPG_AFX。包括在AF子邻近像素组SPG_AFX中的像素连接到地控制线GCL。

更详细地，参考图20，第一AF像素组PG_AF1包括第一AF子像素组SPG_AF1和第一AF子邻近像素组SPG_AFX1。第一AF子像素组SPG_AF1包括在平面上观看时位于右侧的像素PX2和PX4，并且用于生成第一相位信号。第一AF子邻近像素组SPG_AFX1包括当在平面上观看时位于左侧的像素PX1和PX3。第一AF子邻近像素组SPG_AFX1中包括的光电二极管PD1和PD3的端部可以连接到地控制线GCL，并且可以通过地控制线GCL选择性地提供地电平电压或高电平电压。换句话说，包括在第一AF子邻近像素组SPG_AFX1中的光电二极管PD1和PD3的端部可以彼此连接。

图21是示出图20的第一AF像素组PG_AF1的示例的电路图。图21的第一AF像素组PG_AF1的电路图类似于图6的第一AF像素组的电路图。因此，为了简洁起见，下文将省略重复的描述。

参考图21，第一像素PX1至第四像素PX4共享一个浮动扩散区FD。第二像素PX2至第四像素PX4构成第一AF子像素组SPG_AF1，并且包括在第二像素PX2和第四像素PX4中的光电二极管PD2和PD4的端部连接到地GND。第一像素PX1和第三像素PX3构成第一AF子邻近像素组SPG_AFX1，并且包括在第一像素PX1和第三像素PX3中的光电二极管PD1和PD3的端部连接到地控制线GCL。行驱动器120可以通过地控制线GCL向第一AF子邻近像素组SPG_AFX1提供具有地电平或高电平的地控制信号GS。

为了在执行AF功能时提供更宽的动态范围，与图6的第一AF像素组相比，图21的第一AF像素组PG_AF1还包括动态范围电容器Cdr和双转换增益晶体管DCGX。

动态范围电容器Cdr的一端(例如，第一端)连接在复位晶体管RX和双转换增益晶体管DCGX之间。例如，动态范围电容器Cdr的一端连接到复位晶体管RX的源极或双转换增益晶体管DCGX的漏极，并且动态范围电容器Cdr的相对端(例如，第二端)连接到电源电压(Vpix)端子。

动态范围电容器Cdr可以被形成为类似于动态随机存取存储器(DRAM)的存储器电容器的圆柱形，以容纳在高照度模式下从光电二极管溢出的大量电荷。

在高照度模式下，复位晶体管RX关断，并且双转换增益晶体管DCGX接通。因此，动态范围电容器Cdr连接到浮动扩散区FD，并且能够容纳电荷的总容量增加到浮动扩散区电容器Cfd和动态范围电容器Cdr的容量之和。因此，在高照度模式下从光电二极管溢出到浮动扩散区FD的电荷可以由动态范围电容器Cdr共享。换言之，在高照度模式下，从光电二极管溢出的大量电荷可以通过动态范围电容器Cdr累积而不被丢弃。

此外，在高照度模式下，行驱动器120可以将具有高电平的地控制信号GS提供到包括在第一AF子邻近像素SPG_AFX1中的光电二极管PD1和PD3的端部。在这种情况下，从包括在第一AF子邻近像素SPG_AFX1中的光电二极管PD1和PD3产生的电荷朝向行驱动器120被排出。换言之，由于包括在第一AF子邻近像素SPG_AFX1中的光电二极管PD1和PD3产生的电荷朝向行驱动器120被排出，因此在第一AF子邻近像素SPG_AFX1中不会出现溢出现象。

因此，在高照度模式下溢出的所有电荷都是从包括在第一AF子像素组SPG_AF1中的光电二极管PD2和PD4产生的电荷。结果，可以克服参考图17和图18描述的问题，其中从左光电二极管溢出的电荷和从右光电二极管溢出的电荷在动态范围电容器Cdr中相互混合。根据本公开的实施例的AF像素组PG_AF1可以通过使用在高照度模式下溢出的电荷而不丢弃溢出的电荷来提供低转换增益(LCG)的AF功能。

在低照度模式下，双转换增益晶体管DCGX响应于双转换增益信号DCGS而关断。然后，动态范围电容器Cdr与浮动扩散区FD电断开。因此，在低照度模式下从光电二极管产生的电荷仅存储在浮动扩散区FD中。由于电荷存储在由浮动扩散区FD提供的电容中，因此可以提供高转换增益(HCG)和低噪声特性。

图22是用于描述图19至图21的第一AF像素组PG_AF1的操作的定时图，并且图23是示出当发生溢出时第一AF像素组PG_AF1的操作的视图。

在时间Tl，双转换增益晶体管DCGX和复位晶体管RX处于接通状态。因此，存储在浮动扩散区晶体管Cfd和动态范围电容器Cdr中的电荷被排出到电源电压(Vpix)端子，并且浮动扩散区电容器Cfd和动态范围电容器Cdr被复位。此外，在通过地控制线GCL提供具有高电平的地控制信号GS的状态下，第一至第四传输晶体管TX1至TX4也接通。因此，第一至第四光电二极管PD1至PD4也被复位。

在时间T2，第一至第四传输晶体管TX1至TX4关断。因此，第一至第四光电二极管PD1至PD4开始产生并累积电荷。

在时间T3，复位晶体管RX关断。此时，由于双转换增益晶体管DCGX处于接通状态，所以浮动扩散区FD能够容纳的总容量等于浮动扩散区电容器Cfd和动态范围电容器Cdr的容量之和。

在时间T4，提供具有高电平的地控制信号GS。因此，包括在第一AF子邻近像素组SPG_AFX1中的第一光电二极管PD1和第三光电二极管PD3被停用，并且在第一光电二极管PD1和第三光电二极管PD3中累积的电荷朝向行驱动器120排出。

例如，在时间T5，可能发生高照度模式下的溢出。在这种情况下，如图23所示，由于包括在第一AF子邻近像素组SPG_AFX1中的第一光电二极管PD1和第三光电二极管PD3处于停用状态，所以仅在第二光电二极管PD2和第四光电二极管PD4中发生溢出。在这种情况下，由于双转换增益晶体管DCGX处于接通状态，所以溢出的电荷可以存储在动态范围电容器Cdr中。

在时间T6，双转换增益电容器DCGX关断，并且动态范围电容器Cdr与浮动扩散区FD电断开。双转换增益电容器DCGX可以被具有低电平的双转换增益信号DCGS关断。因此，浮动扩散区FD能够容纳的总容量等于浮动扩散区电容器Cfd的容量。

在时间T7，对浮动扩散区FD的电压电平执行采样操作。这用作高转换增益(HCG)模式中的参考电压。

在时间T8，传输晶体管TX1至TX4接通。此时，因为第一光电二极管PD1和第三光电二极管PD3处于停用状态，所以只有第一AF子像素组SPG_AF1中包括的第二光电二极管PD2和第四光电二极管PD4产生的电荷移动到浮动扩散区FD。

在时间T9，传输晶体管TX1至TX4关断，并且在时间T10，对浮动扩散区FD的电压电平执行采样操作。这用作高转换增益(HCG)模式下的信号电压。因此，可以通过使用在时间T7采样的参考电压和在时间T9采样的信号电压来生成高转换增益(HCG)模式下的相位信号。

在时间T11，双转换增益晶体管DCGX接通。因此，动态范围电容器Cdr电连接到浮动扩散区FD。

在时间T12，对浮动扩散区FD执行采样操作。这用作低转换增益(LCG)模式下的信号电压。

在时间T13，复位晶体管RX接通。例如，具有高电平的复位信号RS被施加到复位晶体管RX的栅极。因此，动态范围电容器Cdr和浮动扩散区电容器Cfd被复位。

在时间T14，复位晶体管RX关断，并且在时间T15，对浮动扩散区FD执行采样操作。由于浮动扩散区FD的总容量通过动态范围电容器Cdr和浮动扩散区电容器Cfd增加，所以浮动扩散区FD的采样电压电平被用作低转换增益(LCG)模式下的参考电压。此后，可以通过使用时间T12的信号电压和时间T15的参考电压来生成低转换增益(LCG)模式下的相位信号。

如上所述，即使在执行AF功能时，根据本公开的实施例的图像传感器也可以提供低转换增益模式和高转换增益模式的双转换增益功能。因此，根据本公开的实施例的图像传感器可以提供更准确的AF功能。

图24是示出根据本公开的实施例的AF像素组的垂直结构的示例的截面视图。例如，图5的第一AF像素组PG_AF1的第一AF像素PX_AF1和第三AF邻近像素PX_AFX3的垂直结构在图24中被示出。

参考图24，AF像素组PG_AF可以包括基板1101、光电二极管PD3和PD4、地区域GR3和GR4、浮动扩散区FD、深设备隔离器1110、传输门TG3和TG4、接触部C1、C2和C3、信号线L1、L2和L3、栅极绝缘层1132、第一、第二、第三和第四层间绝缘层1131、1133、1135和1137、滤色器1121、透光层1123和微透镜ML。

基板1101包括彼此背对的第一表面1101a和第二表面1101b。传输门TG3和TG4以及信号线L1至L3设置在第一表面1101a上。滤色器1121、透光层1123和微透镜ML设置在第二表面1101b上，并且光通过第二表面1101b入射。例如，第一表面1101a可以是前表面，第二表面1101b可以是后表面，并且包括AF像素组PG_AF的图像传感器可以是响应于通过基板1101的后表面入射的入射光而操作的背面照明图像传感器(BIS)。

光电二极管PD3和PD4可以被设置为邻近基板1101的第一表面1101a和第二表面1101b两者，并且可以通过基于入射光执行光电转换来产生电荷。

传输门TG3和TG4可以设置在基板1101的第一表面1101a上，其中栅极绝缘层1132设置在其间，并且可以将从光电二极管PD3和PD4产生的电荷转移到浮动扩散区FD。

浮动扩散区FD被设置为邻近基板1101的第一表面1101a。浮动扩散区FD可以由光电二极管PD3和PD4共享，并且例如可以设置在第三光电二极管PD3和第四光电二极管PD4之间。浮动扩散区FD可以累积从光电二极管PD3和PD4中的至少一个接收的电荷，并且可以基于转移到浮动扩散区FD的电荷量生成相位信号。

深设备隔离器1101设置在基板1101内。深设备隔离器1101从基板1101的第二表面1101b垂直地延伸以穿透基板1101并将光电二极管PD3和PD4彼此分开。深设备隔离器1101可以不与基板1101的第一表面1101a直接接触。深设备隔离器110可以具有形成为相对较深的深沟槽隔离(DTI)结构，并且当在平面上看时可以具有网状结构。

多个地区域GR3和GR4设置在基板1101内以与基板1101的第一表面1101a邻近。第三地区域GR3对应于例如图5的第三AF邻近像素PX_AFX3，并且设置为与第三光电二极管PD3邻近。可以将具有地电平或高电平的地控制信号GS施加到第三地区域GR3。第四地区域GR4对应于例如图5的AF像素PX_AF，并且设置为与第四光电二极管PD4邻近。地电压被施加到第四地区域GR4。

基板1101的第一表面1101a可以被第一层间绝缘层1131覆盖。第一层间绝缘层1131可以被第一接触部C1穿透。第一接触部C1可以与浮动扩散区FD接触。与第一接触部C1接触的第一信号线L1可以设置在第一层间绝缘层123上。

第一层间绝缘层1131和第一信号线L1可以被第二层间绝缘层1133覆盖。第一层间绝缘层1131和第二层间绝缘层1133可以被第二接触部C2穿透。第二接触部C2可以与第四地区域GR4接触。与第二接触部C2接触的第二信号线L2可以设置在第二层间绝缘层1133上。因此，地电压可以通过第二信号线L2和第二接触部C2提供给第四地区域GR4。

第二层间绝缘层1133和第二信号线L2可以被第三层间绝缘层1135覆盖。第一至第三层间绝缘层1131、1133和1135可以被第三接触部C3穿透。第三接触部C3可以与第三地区域GR3接触。与第三接触部C3接触的第三信号线L3可以设置在第三层间绝缘层1135上。第三信号线L3可以对应于例如图5的地控制线GCL。因此，可以通过第三信号线L3和第三接触部C3将具有地电平或高电平的地控制信号GS提供给第三地区域GR3。第四层间绝缘层1137和第三信号线L3可以被钝化层1139覆盖。

在实施例中，当在平面上看时，第二信号线L2可以形成为网状结构。在另一个实施例中，第二信号线L2可以连接到形成为网状结构的地线。因此，地电压可以通过第二信号线L2稳定地提供给地区域GR4。

在实施例中，第三信号线L3可以形成在与第二信号线L2不同的层上。第三信号线L3可以在一个方向上延伸并且可以连接到行驱动器120(参考图1)。因此，行驱动器120可以取决于操作模式选择性地向AF邻近像素提供地电平电压或高电平电压。

仍然参考图24，滤色器1121可以设置在基板1101的第二表面1101b上。例如，滤色器1121可以是红色滤波器、绿色滤波器和蓝色滤波器中的一种。然而，这是示例，并且支持自动聚焦功能的AF像素PX_AF可以不包括滤色器。

透光层1123可以设置在滤色器1121上，并且微透镜ML可以设置在透光层1123上。微透镜ML可以调整入射光的路径，使得入射在微透镜ML上的入射光聚焦在光电二极管PD3和PD4上。

可以在基板1101的第二表面1101b上另外设置光阻挡图案。例如，光阻挡图案可以仅设置在对应于AF邻近像素的位置，并且可以进行调整使得入射在AF邻近像素上的光量小于入射在AF像素上的光量。

另外，还可以包括动态范围电容器Cdr。例如，动态范围电容器Cdr可以设置在钝化层1139上，并且可以以DRAM的存储器电容器的形式形成。换句话说，动态范围电容器Cdr可以由至少一个圆柱形电容器形成。因此，可以增加电容器的有效表面积，因此动态范围电容器Cdr可以具有大容量。

在图24中已经描述了第二信号线L2与第三信号线L3被形成在不同层上。然而，这是示例，并且在一些实施例中，第二信号线L2和第三信号线L3可以被形成在同一层上。

根据本公开的图像传感器可以防止从AF邻近像素产生的电荷与从AF像素产生的电荷混合，从而提供准确的AF功能。

虽然已经参考本公开的实施例描述了本公开，但是对于本领域的普通技术人员来说将清晰的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。