KR19980047694A - 고체 촬상 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 캠코더 등의 영상 기록/재생 매체에서 리버스 영상(Reverse Image)을 구현하는 것이 가능하도록 한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 매트릭스 형태로 배열되어 빛에 관한 영상 신호를 받아 그 영상에 해당하는 전하를 생성하는 복수개의 포토 다이오드 영역과, 상기의 포토 다이오드 영역에서 생성되어진 영상 전하를 포텐셜 웰의 변화에 의해 이동시키는 복수개의 VCCD와, 상기 VCCD상측에 서로 절연 구성되어 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호 또는 그와 반대의 위상을 갖는 리버스 V1, V2, V3, V

Description

고체 촬상 소자
본 발명은 고체 촬상 소자에 관한 것으로, 특히 캠코더 등의 영상 기록/재생 매체에서 리버스 영상(Reverse Image)을 구현하는 것이 가능하도록 한 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
리버스 영상은 촬상 대상이되는 사람이 그 시점에서의 촬상 화면을 직접 보기 위하여 캠코더에 부착된 뷰파인더용 LCD의 각도를 조장하여 만들어낸 좌우의 방향이 바뀐 영상을 말한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 고체 촬상 소자에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 레이 아웃도이고, 도 2a 내지 도 2c는 종래 고체 촬상 소자의 단위셀 구성도 및 포텐셜 프로파일이다.
종래 기술에 따른 고체 촬상 소자의 구성은 다음과 같다.
이미지 센싱 영역(Image Sensing Area)에 매트릭스 형태에 복수개 형성된 포토 다이오드 영역(1)과, 상기 포토 다이오드 영역(1)의 일측에 수직 방향으로 형성되어 상기의 포토 다이오드 영역(1)에서 생성되어진 전하를 일방향으로 전송하는 복수개의 VCCD(2)와, 상기의 이미지 센싱 영역의 주위에 형성되는 옵티컬 블랙 영역(Optical Black Area)(3)과, 상기 VCCD(2)의 일측에 형성되어 VCCD(2)를 통하여 전송된 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 HCCD(4)와, 상기 HCCD(4)의 일측에 구성되어 전송되어진 전하를 센싱하여 외부로 출력하는 센싱 앰프(5)로 크게 구성된다.
상기와 같이 구성된 고체 촬상 소자의 단위셀(도 1에서의 ⓐ부분)의 구성은 다음과 같다.
도 2a는 단위셀의 평면 구성을 나타낸 것이고, 도 2b는 단위셀의 수직 구조를 나타낸 것이다.
그리고 도 2c는 단위셀의 포텐셜 프로파일을 나타낸 것이다.
단위셀의 구조는 먼저, n형 반도체 기판(6)내에 형성된 제 1p형 웰(7)과, 상기 제 1p형 웰(7) 영역내에 PD-N, PD-P층으로 이루어져 형성되는 포토 다이오드 영역(8)과, 상기 포토 다이오드 영역(8)의 일측(신호 전하가 트랜스퍼되는 부분)을 제외한 둘레에 형성되어 채널 스톱층으로 사용되는 고농도 p형 불순물 확산 영역(11)과, 상기 포토 다이오드 영역(8) 및 고농도 p형 불순물 확산 영역(11)이 형성되지 않은 제 1p형 웰(7)내에 형성되는 제 2p형 웰(9)과, 상기 제 2p형 웰(9)내에 형성되어 VCCD영역으로 사용되는 n형 불순물 확산 영역(10)과, 전면에 형성되는 제 1절연층(13)(제 1절연층은 제 1폴리 게이트 전극이 형성되기 전에 전면에 형성되는 게이트 절연막과, 제 1폴리 게이트 전극상에 형성되는 절연막과, 제 2폴리 게이트 전극상에 형성되는 절연막으로 이루어진다.)에 의해 절연되어 n형 불순물 확산 영역(10)상측에 형성되는 제 1, 2 폴리 게이트 전극(제 1 폴리 게이트 전극은 도 2b에 도시되지 않음)(12)과, 상기 포토 다이오드 영역(8)을 제외한 부분에 형성되는 차광 금속층(14)과, 전면에 형성되는 제 2절연층(15)과, 상기 포토 다이오드 영역(8)상의 제 2절연층(15)상에 형성되어 특정 파장의 빛만을 투과하는 칼라 필터층(16)과, 상기 칼라 필터층(16)을 포함하는 전면에 형성되는 제 3절연층(17)과, 상기 칼라 필터층(16)상측의 제 3절연층(17)상에 형성되어 빛을 집속하는 마이크로 렌즈(18)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 고체 촬상 소자의 포토 다이오드 영역(8)의 포텐셜 프로파일은 도 2c에서와 같다.
포토 다이오드 영역(8) 및 그 하측이 PD-P, PD-N, 제 1p형 웰, n형 반도체 기판으로 구성되어 있다.
상기의 PD-N 영역은 PD-P와 제 1p형 웰에 의해 완전히 공핍화(Depleted)된 상태가 되며 이때, PD-N 영역의 가장 높은 전위를 포토 다이오드 핀치오프 전압(Pinchoff Voltage)이라 한다.
도 2c에서 Vsdl은 제 1p형 웰의 가장 낮은 전위를 나타내는 것이고, Vsht는 수직 방향의 전위 프로파일이고, Vofd는 n형 반도체 기판에 인가되는 직류 전압을 나타낸 것이다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 종래 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일이다.
도 3은 VCCD 영역의 단면은 나타낸 것으로, 그 VCCD 영역의 상측에는 제 1, 2 폴리 게이트 전극이 반복적으로 형성되어 있다.
t=1인 시점에서 V1, V2의 클럭이 인가되는 제 1, 2 폴리 게이트 전극 하측의 VCCD영역에 있던 신호 전하는 VCCD에 인가되는 클럭 신호에 의해 t=9시점에서는 그 다음의 V1, V2의 클럭이 인가되는 제 1, 2 폴리 게이트 전극 하측까지 이동되어지게 된다.
VCCD영역에 인가되는 클럭은 RT(Rising Time)는 빨라도 되지만 FT(Falling Time)이 너무 빠르면 신호 전하가 진행해야 할 방향으로 이동되지 않고 잔류되거나 반대 방향으로 이동되어 전하 전송 효율이 저하된다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 고체 촬상 소자를 사용하는 캠코더 등의 영상 기록/재생 매체에서는 특수한 서비스를 사용자에게 제공하기 위하여 소자의 다양한 기능을 요구하고 있다.
특히, 캠코더 등에서는 촬상되는 피사체의 방향에서도(피사체가 사람일 경우)현재의 촬상 화면을 볼 수 있는 리버스 영상의 제공을 원하고 있다.
그러나 종래 기술의 고체 촬상 소자는 신호 전하의 전송이 한 방향으로만 이루어지므로 리버스 이미지를 제공할 때 영상이 역으로 디스플레이된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 캠코더 등의 영상 기록/재생 매체에서 리버스 영상을 구현하는 것이 가능하도록 한 고체 촬상 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술의 고체 촬상 소자의 레이 아웃도
도 2a 내지 도 2c는 종래 고체 촬상 소자의 단위셀 구성도 및 포텐셜 프로파일
도 3은 종래 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일
도 4는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 레이 아웃도
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
40 : 포토 다이오드 영역41 : VCCD
42 : 옵티컬 블랙 영역43 : 제 1HCCD
44 : 제 2HCCD45, 46 : 센싱 앰프
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 촬상 소자는 매트릭스 형태로 배열되어 빛에 관한 영상 신호를 받아 그 영상에 해당하는 전하를 생성하는 복수개의 포토 다이오드 영역과, 상기의 포토 다이오드 영역에서 생성되어진 영상 전하를 포텐셜 웰의 변화에 의해 이동시키는 복수개의 VCCD와, 상기 VCCD상측에 서로 절연 구성되어 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호 또는 그와 반대의 위상을 갖는 리버스 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호에 의해 VCCD의 전하 전송 방향이 서로 반대가 되도록 하는 복수개의 제 1, 2폴리 게이트 전극들과, 상기 VCCD의 일측과 타측에 구성되어 VCCD를 통해 전송되어진 영상 전하를 서로 다른 반대의 방향으로 전송하는 제 1HCCD와 제 2HCCD와, 상기 제 1HCCD의 일측에 구성되어 전송되어진 영상 전하를 센싱하여 외부로 출력하는 제 1센싱 앰프와, 상기 제 2HCCD의 일측에 구성되어 전송되어진 영상 전하를 센싱하여 외부로 출력하는 제 2센싱 앰프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 고체 촬상 소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 레이 아웃도이고, 도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작을 나타낸 포텐셜 프로파일이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는 이미지 센싱 영역(Image Sensing Area)에 매트릭스 형태로 복수개 형성된 포토 다이오드 영역(40)과, 상기 포토 다이오드 영역(40)의 일측에 수직 방향으로 형성되어 상기의 포토 다이오드 영역(40)에서 생성되어진 전하를 양방향으로 전송하는 복수개의 VCCD(41)와, 상기의 이미지 센싱 영역의 주위에 형성되는 옵티컬 블랙 영역(Optical Black Area)(42)과, 상기 VCCD(41)의 일측에 형성되어 VCCD(41)를 통하여 전송된 신호 전하를 수평 방향으로 전송하는 제 1HCCD(43)와, 상기 VCCD(41)의 타측에 형성되어 VCCD(41)를 통하여 전송된 신호 전하를 제 1HCCD(43)와는 반대 방향으로 전송하는 제 2 HCCD(44)와, 상기 제 1, 2HCCD(43)(44)의 일측에 각각 구성되어 전송되어진 전하를 센싱하여 외부로 출력하는 센싱 앰프(45)(46)로 크게 구성된다.
이때, 상기의 이미지 센싱 영역의 주위에 형성되는 옵티컬 블랙 영역(42)은 모든 방향에서 그 너비가 동일하다.
그리고 상기의 VCCD(41)영역의 상측에는 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호 또는 상기의 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호와 반대의 위상을 갖는 리버스 V1, V2, V3, V4가 반복적으로 인가되는 제 1, 2폴리 게이트 전극(도 5a 내지 도 5b에 도시된)이 복수개 구성된다.
제 1HCCD(43)와 제 2 HCCD(44)에도 제 1, 2폴리 게이트 전극들이 구성되는데 제 1HCCD(43)영역 상측의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에는 H1, H2의 클럭 신호가 반복적으로 인가되거나, 제 2 HCCD(44)영역 상측의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에 H1, H2의 클럭 신호가 인가된다.
이는 사용자가 정상 화면을 원활때는 제 1HCCD(43)의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에 H1, H2의 클럭 신호를 인가하고, 리버스 영상을 원할때는 제 2 HCCD(44)의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에 H1, H2의 클럭 신호를 인가하게 된다.
즉, 제 1HCCD(43)를 이용하여 전하를 전송한 것은 정상 화면이고, 제 2 HCCD(44)를 이용한 것은 리버스 영상이다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자의 전하 전송 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 5a는 정상적인 전하전송 동작 과정을 나타낸 것으로, VCCD(41)상의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에 V1, V2, V3, V4의 정상적인 클럭 신호가 인가되어 신호 전하가 제 1HCCD(43)의 방향으로 전송된다.
그리고 H1, H2의 클럭 신호가 제 1HCCD(43)상의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에 인가되어 센싱 앰프(45)에 의해 센싱되어 외부로 출력된다.
그리고 도 5b는 리버스 영상을 보기 위한 전하전송 동작 과정을 나타낸 것으로, VCCD(41)상의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에 리버스 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호가 인가되어 신호 전하가 제 2 HCCD(44)의 방향으로 전송된다.
그리고 H1, H2의 클럭 신호가 제 2 HCCD(44)상의 제 1, 2폴리 게이트 전극들에 인가되어 센싱 앰프(46)에 의해 센싱되어 외부로 출력된다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자를 사용한 영상 기록/재생 매체의 촬상 동작은 다음과 같다.
사용자가 정상 화면(캠코더 등의 뷰파인더를 통한 LCD화면 또는 외부에 부착된 LCD를 이용한 화면)을 보면서 촬영을 하다가 촬상 대상이 되는 다른 사용자가 촬상 화면을 요구할 경우에 리버스 클럭 신호를 인가하여 신호 전하를 반대의 순서대로 센싱해내 디스플레이한다.
상기와 같은 본 발명의 고체 촬상 소자는 상이 뒤집히지 않은 리버스 이미지의 구현이 가능하여 현재 다기능화 추세의 캠코더 등의 영상 기록/재생 매체에의 적용성을 높이는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 매트릭스 형태로 배열되어 빛에 관한 영상 신호를 받아 그 영상에 해당하는 전하를 생성하는 복수개의 포토 다이오드 영역과, 상기의 포토 다이오드 영역에서 생성되어진 영상 전하를 포텐셜 웰의 변화에 의해 이동시키는 복수개의 VCCD를 포함하는 고체 촬상 소자에 있어서,
    상기 VCCD의 일측과 타측에 각각 수평으로 구성되어 상기 VCCD에서 전송된 영상 전하를 선택적으로 서로 반대의 방향으로 전송하는 제 1HCCD와 제 2 HCCD를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    VCCD상측에는 V1, V2, V3, V4 또는 그와 반대의 위상을 갖는 리버스 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호가 반복적으로 인가되는 복수개의 제 1, 2폴리게이트 전극이 구비되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    각각의 제 1폴리 게이트 전극과 제 2폴리 게이트 전극은 서로 절연됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    V1, V2, V3, V4의 클럭 신호가 VCCD상측의 제 1, 2폴리 게이트 전극에 인가되면 제 1HCCD 방향으로 영상 전하가 전송되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제 2항에 있어서,
    리버스 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호가 VCCD상측의 제 1, 2 폴리 게이트 전극에 인가되면 제 2 HCCD 방향으로 영상 전하가 전송되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    제 1HCCD와 제 2 HCCD의 상측에는 H1, H2의 클럭 신호가 반복적으로 인가되는 복수개의 제 1, 2폴리 게이트 전극이 구비되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    각각의 제 1, 2폴리 게이트 전극들은 서로 절연됨을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제 6항에 있어서,
    H1, H2의 클럭 신호는 제 1HCCD와 제 2 HCCD 중에서 어느 하나의 상측 제 1, 2폴리 게이트 전극들에만 선택적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 매트릭스 형태로 배열되어 빛에 관한 영상 신호를 받아 그 영상에 해당하는 전하를
    생성하는 복수개의 포토 다이오드 영역과,
    상기의 포토 다이오드 영역에서 생성되어진 영상 전하를 포텐셜 웰의 변화에 의해 이동시키는 복수개의 VCCD와,
    상기 VCCD상측에 서로 절연 구성되어 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호 또는 그와 반대의 위상을 갖는 리버스 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호에 의해 VCCD의 전하 전송 방향이 서로 반대가 되도록 하는 복수개의 제 1, 2폴리 게이트 전극들과,
    상기 VCCD의 일측과 타측에 구성되어 VCCD를 통해 전송되어진 영상 전하를 서로 다른 반대의 방향으로 전송하는 제 1HCCD와 제 2HCCD와,
    상기 제 1HCCD의 일측에 구성되어 전송되어진 영상 전하를 센싱하여 외부로 출력하는 제 1센싱 앰프와,
    상기 제 2HCCD의 일측에 구성되어 전송되어진 영상 전하를 센싱하여 외부로 출력하는 제 2센싱 앰프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    포토 다이오드 영역 및 VCCD가 형성된 이미지 센싱 영역의 둘레에는 옵티컬 블랙 영역이 구비되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    옵티컬 블랙 영역은 그 너비가 어느 방향에서나 동일한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제 9항에 있어서,
    VCCD상측의 제 1, 2폴리 게이트들에 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호가 인가되면 제 1HCCD의 방향으로 영상 전하가 이동되고 제 2HCCD에 의해 영상 전하가 제 1의 수평 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 제 9항에 있어서,
    VCCD상측의 제 1, 2폴리 게이트들에 리버스 V1, V2, V3, V4의 클럭 신호가 인가되면 제 2HCCD의 방향으로 영상 전하가 이동되고 제 2HCCD에 의해 영상 전하가 제 2의 수평 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제 9항에 있어서,
    제 1HCCD와 제 2 HCCD의 상측에는 복수개의 제 1, 2폴리 게이트 전극들이 구비되어 H1, H2의 동일한 클럭 신호가 선택적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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