KR100205227B1 - 정상상 및 거울상 출력겸용 고체촬상소자 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

정상상 및 거울상 출력시 모두에서 동일한 OBP 신호를 얻을 수 있도록 한 고체촬상소자 및 그 구동방법이 개시된다. 이를 위하여 본 발명에서는 반도체 기판 상에 일방향으로 길게 배치된 다수의 수직 전송단들과, 상기 수직 전송단들의 일단과 연결되도록 타방향으로 길게 배치되며, 정상상 출력부로 이용되는 제1수평 전송단과, 상기 수직 전송단들의 타단과 연결되도록 타방향으로 길게 배치되며, 거울상 출력부로 이용되는 제2수평 전송단과, 상기 제1수평 전송단의 일단에 연결되며, 정상상 출력부로 이용되는 제1출력부 및, 상기 제1출력부와 같은 방향에 배치되도록 상기 제2수평 전송단의 일단에 연결되며, 거울상 출력부로 이용되는 제2출력부를 포함하는 고체촬상소자가 제공된다.

Description

정상상 및 거울상 출력 겸용 고체촬상소자 및 그 구동방법

본 발명은 반도체 소자 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 정상상 및 거울상 출력이 동시에 가능한 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 것이다.

전하결합형(CCD) 고체촬상소자는 빛을 받아 전기적 신호인 전하를 생성하는 광다이오드(Photodiode)와 광다이오드로부터 전하를 넘겨받은 후 이를 수직으로 전송하는 수직전송단, 수직전송단으로부터 전송되어온 전하를 수평으로 전송하는 수평전송단 및 수평전송단에서 전송되어온 전하를 전압으로 변환시켜 화상정보를 출력하는 출력단으로 구성된다. 이는 전자총을 이용하는 촬상관에 비하여 소형, 경량, 저소비전력 등의 우수한 특성으로 인하여 가정용과 방송용의 비디오 카메라와 감시용 카메라 시스템에서 폭 넓게 사용되고 있다.

거울상은 실제보이는 상의 좌우를 뒤집어서 표시장치에 나타낸 화면을 뜻하며 자동차의 후방 감시용 카메라 등의 용도로 쓰인다. 거울상을 얻기 위한 방법으로는 크게 세가지가 있을 수 있는데, 첫째는 표시장치의 수평주사를 반대로 하는 것이고, 둘째는 하나의 수평선 신호를 저장하였다가 뒤집어서 출력하는 회로를 추가하는 것이고, 셋째는 촬영소자의 수평주사를 반대로함이 그것이다. 이 중, 세 번째 방법은 기존의 촬영소자에서 약간의 부가적인 기능을 추가하는 것만으로 가능하므로 많이 채택되는 방법이다.

거울상 또는 정상상 출력만이 가능한 촬영소자를 사용할 경우, 각 기능에 맞는 소자를 따로 구입해야 하므로 가격면에서 불리하다. 따라서, 근래에는 정상상 출력과 거울상 출력이 동시에 가능한 촬영소자가 많이 연구되고 있다,

도 1은 종래 일 예에 의한 정상상/거울상 출력 겸용의 고체상소자를 도시한 개략도로서, 미국특허 제5,060,072호에 기재된 발명(명칭; CCD Image Sensor with Positive and Mirror Image Output)을 참조하였다.

다수의 수직 CCD들이 일방향으로 길게 배치되어 있고, 각 수직 CCD에는 전송할 신호 전하를 생산하는 화소(AP, OBP)들이 배치되어 있다. 수직 CCD들의 일단에는 이와 연결되도록 수평 CCD가 배치되어 있고, 이 수평 CCD양단에 각각 제1출력부( 10) 및 제2출력부(20)가 배치되어 있다.

빛을 흡수한 화소(AP)는 그 빛의 세기에 비례하여 광전변환된 신호 전하를 발생시키고, 이 신호 전하는 수직 CCD로 전달된 후, 수직 CCD에 입력되는 전기적 신호(φV 1, φV2, φV3, φV4)에 의하여 수평 CCD로 전달된다. 이어서, 수평 CCD로 전달된 신호 전하는 수평 CCD의 게이트에 입력되는 전기적 신호(φH 1A, φH 1B, φH2A, φH2B)에 의하여 제1또는 제2출력부( 10 또는 20)로 전송된다. 이 후, 제1또는 제2출력부( 10 또는 20)로 전송된 신호 전하는 소정의 전기적 신호로 전환된 후 출력된다.

정상상 출력시에는 각 화소(AP)에서 발생한 신호 전하는 수직 CCD를 따라 전송된 후, 수평 CCD의 게이트에 인가되는 전기적 신호(φH 1A, φH 1B)에 의해 수평 CCD의 왼쪽 방향(굵은 화살표로 표시(A))으로 전송된 후, 제1출력부( 10)로 출력되고, 거울상 출력시에는 각 화소(AP)에서 발생한 신호 전하는 수직 CCD를 따라 전송된 후, 수평 CCD의 게이트에 인가되는 전기적 신호(φH2A, φH2B)에 의해 수평 CCD의 오른 방향(얇은 화살표로 표시(B))으로 전송된 후, 제2출력부(20)로 출력된다.

도 2는 종래 다른 예에 의한 정상상/ 거울상 출력 겸용의 고체촬상소자를 도시한 개략도로서, 미국특허 제5,272,537호에 기재된 발명(명칭;Solid State Imaging Device for obtaining Normal and Mirror Image from a Single Output)을 참조하였다.

도 2의 고체촬상소자는 방향이 반대인 2개의 수평 전송단의 끝을 연결하여 정상상 출력시에는 통상의 방법으로 신호를 출력하고, 거울상 출력시에는 신호를 U턴시킨 후 출력하도록 하였다. 즉, 정상상 출력시와 거울상 출력시 동일한 출력단(30)을 사용하도록 함으로써 출력단이 2개 (제1도 참조)인 것에서 기인하는 입출력단자의 복잡성 문제를 해결하였다.

한편, 일반적인 촬영소자에서는 수평 전송단의 끝단 (출력단이 위치하는 단부와 반대되는 단부)에 광학적으로 비활성인 화소(Optical Black Pixel; OBP)를 복수개 배치하고, 이 화소들의 출력(이하, OBP 신호라 칭함)을 기준으로 신호를 취함으로써 암전류에 의한 화면의 왜곡을 방지하는 기술을 사용하고 있다. 즉, 비활성인 화소에는 빛이 입사되지 못하도록 광차폐막이 형성되어 있으므로 비활성인 화소에서 전달되는 신호에 의해 암전류 발생 여부를 알 수 있다. 정상상 출력만을 위한 촬영소자의 경우, 이 비활성인 화소들은 그 신호가 한 수평라인의 끝부분에 출력되도록 출력단의 반대쪽에 위치하는 것이 일반적이다.

그러나, 종래의 일 예 및 다른 예에서와 같이, OBP를 한쪽에만 배치한다면(제1도 및 제2도를 참조하면, OBP는 도면을 기준으로 했을 때 우측에만 배치되어 있다), 정상상과 거울상 출력시 OBP 신호가 출력되는 순서가 광학적 활성 화소(Active Pixel ; AP)의 전, 후로 바뀌게 되어 신호처리가 복잡해진다. 이를 방지하기 위하여 OBP를 양쪽에 모두 배치할 수 있으나, 이 경우 여분의 화소영역이 소요되며, 불필요한 OBP 신호를 수평 회귀 시간(Horizontal Blanking Time) 내에 배출하기 위하여 수직 전하전송을 위한 시간을 줄여야하므로 동작에 불리하게 된다.

이에 본 발명의 목적은, 정상상 및 거울상 출력시 모두에서 동일한 OBP신호를 얻을 수 있도록 한 고체촬상소자를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기한 고체촬상소자의 가장 적합한 구동방법을 제공함에 있다.

제1도는 종래 기술의 일 예로서, 정상상/거울상 출력 겸용 고체촬상소자의 구조를 도시한 개략도.

제2도는 종래 기술의 다른 예로서, 정상상/거울상 출력 겸용 고체촬상소자의 구조를 도시한 개략도.

제3도는 본 발명의 일 실시예로서, 정상상/거울상 출력 겸용 고체촬상소자의 구조를 도시한 개략도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 반도체 기판 상에 일방향으로 길게 배치된 다수의 수직 전송단들과 ; 상기 수직 전송단들의 일단과 연결되도록 타방향으로 길게 배치되며, 정상상 출력부로 이용되는 제1수평 전송단과 ; 상기 수직 전송단들의 타단과 연결되도록 타방향으로 길게 배치되며, 거울상 출력부로 이용되는 제2수평 전송단과 ; 상기 제1수평 전송단의 일단에 연결되며, 정상상 출력부로 이용되는 제1출력부 ; 및 상기 제1출력부와 같은 방향에 배치되도록 상기 제2수평 전송단의 일단에 연결되며, 거울상 출력부로 이용되는 제2출력부를 포함하는 고체촬상소자가 제공된다.

이 때, 비활성 화소들은 상기 제1및 제2수평 전송단들의 타단에 연결된 수직 전송단들에 대응하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 일방향으로 길게 배치된 다수의 수직 전송단들, 상기 수직 전송단들의 일단과 연결되고, 타방향으로 길게 배치된 제1수평 전송단, 상기 수직 전송단들의 타단과 연결되고, 타 방향으로 길게 배치된 제2수평 전송단, 상기 제1수평 전송단의 일단에 연결된 제1출력부 및 상기 제2수평 전송단의 일단에 연결되고, 상기 제1출력부와 같은 방향에 배치된 제2출력부를 갖는 소자를 사용함에 있어서, 정상상 출력시에는 상기 제1수평 전송단 및 제1출력부를 통해 신호 전하가 출력되도록 하고, 거울상 출력시에는 상기 제2수평 전송단 및 제2출력부를 통해 신호 전하가 출력되도록 한 고체촬상소자 구동방법이 제공된다.

따라서, 상기 구조를 가지도록 고체촬상소자를 제조할 경우에는 정상상 및 거울상 출력시 모두 동일한 OBP 신호를 얻을 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에서 제안된 정상상/ 거울상 출력 겸용 고체촬상소자의 구조를 도시한 개략도이다.

본 발명에 의한 정상상/ 거울상 출력 겸용 고체촬상소자는, 반도체 기판상에 일방향으로 길게 배치된 다수의 수직 전송단(수직 CCD)들, 상기 수직 전송단(수직 CCD)들의 일단과 연결되고, 타방향으로 길게 배치된 제1수평 전송단( 100), 상기 제1수평 전송단( 100)의 일단에 연결된 제1출력부(40), 상기 수직 전송단들의 타단과 연결되고, 타방향으로 길게 배치된 제2수평 전송단(420) 및 상기 제2수평 전송단(200)의 일단에 연결되고, 상기 제1출력부(40)와 같은 방향에 배치된 제2출력부(50)로 구성된다.

제1수평 전송단( 100)과 제2수평 전송단(200)이 수직 전송단(수직 CCD)을 중심으로 해서 각각 하측 및 상측 (제3도 기준)에 배치되어 있고, 각 수평 전송단마다 다른 출력부를 가진다. 즉, 제1수평 전송단( 100)은 제1출력부(40)을 가지고, 제2수평 전송단(200)은 제2출력부(50)을 가진다. 상기 두 출력부(40 및 50)는 서로 같은 방향(제3도를 기준으로 했을 때, 좌측방향)에 배치되어 있다.

본 발명에 의한 고체촬상소자의 구동방법을 살펴보며, 우선 정상상 출력을 위한 동작시에는, 각 화소(AP, OBP)에서 전달된 신호 전하들은 수직 전송단(수직 CCD)의 아랫쪽으로 전송(굵은 화살표로 표시(A))되어 상기 제1수평 저송단( 100)으로 전달된 후, 제1출력부(40)를 통해 출력되고, 거울상 출력을 위한 동작시에는, 각 화소(AP, OBP)에서 전달된 신호 전하들은 수직 전송단(수직 CCD)의 윗쪽으로 전송(얇은 화살표로 표시(B))되어 상기 제2수평 전송단(200)으로 전달된 후, 제2출력부(50)를 통해 출력된다.

즉, 정상상 출력을 행할 때에 고체쵤상소자의 위치를 180°로 회전시켜 거울상 출력을 행하면(제1수평 전송단( 100)의 위치에 제2수평 전송단(200)을 배치함) 처음 정상상 출력의 동작과는 좌우가 바뀐 동작이 된다는 것을 알 수 있다.

일반적으로 수직 전송단에는 4상 신호(φV 1, φV2, φV3, φV4)를 사용하므로 전송방향의 역전은 구동신호의 위상 변화로서 추가의 입력신호 없이 얻을 수 있다. 또한, 수평 전송단의 전송방향은 정상상 및 거울상 동작시에도 변화하지 않으므로 고정된 구동신호(φH 1, φH2)로서 충분하다.

따라서, 도 3의 고체촬상소자를 이용하여 소자를 구동시키게 되면 OBP 신호는 정상상 및 거울상 출력 동작에 관계없이 항상 각 수평라인의 끝부분에 나타나게 되고, 그 결과 정상상과 거울상 출력시 모두 동일한 OBP 신호를 얻을 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상시 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 상기 구조를 가지도록 고체촬상소자를 제조할 경우, OBP 신호는 정상상 및 거울상 출력 동작에 관계없이 항상 각 수평라인의 끝부분에 나타나므로, 정상상 및 거울상 출력시 모두 동일한 OBP 신호를 얻을 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 반도체 기판 상에 일방향으로 길게 배치된 다수의 수직 전송단들과 ; 상기 수직 전송단들의 일단과 연결되도록 타방향으로 길게 배치되며, 정상상 출력부로 이용되는 제1수평 전송단과 ; 상기 수직 전송단들의 타단과 연결되도록 타방향으로 길게 배치되며, 거울상 출력부로 이용되는 제2수평 전송단과 ; 상기 제1수평 전송단의 일단에 연결되며, 정상상 출력부로 이용되는 제1출력부 ; 및 상기 제1출력부와 같은 방향에 배치되도록 상기 제2수평 전송단의 일단에 연결되며, 거울상 출력부로 이용되는 제2출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
2. 일방향으로 길게 배치된 다수의 수직 전송단들, 상기 수직 전송단들의 일단과 연결되고, 타방향으로 길게 배치된 제1수평 전송단, 상기 수직 전송단들의 타단과 연결되고, 타방향으로 길게 배치된 제2수평 전송단, 상기 제1수평 전송단의 일단에 연결된 제1출력부 및 상기 제2수평 전송단의 일단에 연결되고, 상기 제1출력부와 같은 방향에 배치된 제2출력부를 갖는 소자를 사용함에 있어서, 정상상 출력시에는 상기 제1수평 전송단 및 제1출력부를 통해 신호전하가 출력되도록 하고, 거울상 출력시에는 상기 제2수평 전송단 및 제2출력부를 통해 신호 전하가 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자 구동방법.