KR980013289A

KR980013289A - 고체 촬상 장치 및 이를 사용한 카메라 (Solid-State Imaging Device and Camera Using the Same)

Info

Publication number: KR980013289A
Application number: KR1019970032297A
Authority: KR
Inventors: 이사오 히로따; 마사하루 하마사끼
Original assignee: 이데이 노부유끼; 소니 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1998-04-30
Also published as: JP2009111427A

Abstract

촬상 영역의 수평 방향의 선택된 영역들에서 발생한 신호 전하들이 수직 CCD들에서 수평 CCD로 전송되는 것을 방지할 수 있는 제어 게이트부들이 수직 CCD들과 수평 CCD 사이에 제공된다. 이러한 구성은 수평 방향의 특정 영역에서만 신호 전하들의 독출을 허용한다. 결과적으로, 구동 주파수를 증가시키지 않고도 고속 촬상이 실현될 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 이를 사용한 카메라(Solid-State Imaging Device and Camera Using the Same)

본 발명은 고체 촬상 장치 및 카메라에 관한 것으로서, 특히 고속 촬상에 적합한 고체 촬상 장치 및 이러한 고체 촬상 장치를 촬상 장치로 사용하는 카메라에 관한 것이다.

종래에는 업무용 카메라 등의 고속 촬상 모드에서 고체 촬상 장치의 구동 주파수를 정상 촬상 모드의 구동 주파수의 n 배로 단순 증가시킴으로써 n 배속 촬상이 실현된다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 모든 화소의 신호 전하들을 독립적으로 독출할 수 있는 소위, 전화소 독립 독출 방식의 CCD 고체 촬상 장치는 수평 전송 주파수를 변경하지 않고 2 라인의 신호 전하들을 동시에 출력하기 위한 수평 전송부(101, 102)로 된 2 개의 시스템을 구비하고 있다. 상기 기능을 이용함으로써 예컨대, 4배속 촬상 모드를 실현하는 방법이 제안되었다.

그러나, 전자의 경우에, 고체 촬상 장치의 구동 주파수는 n 배로 증가되므로, 후단의 신호 처리 시스템 및 기록 장치는 이에 적절히 적응되어야 하기 때문에 비용이 크게 증가된다. 따라서, 이러한 방식을 사용하는 경우, 민생용 카메라는 매우 비싸지는 문제점이 있다.

후자의 경우에, n 배속 동작은 고체 촬상 장치의 구동 주파수 등을 증가시키지 않고도 실현될 수 있다. 그러나, 예컨대 4 배속 촬상 모드의 경우. 촬상 중심(도 1에 "x" 로 표시됨)은 도 1에 도시된 촬상 영역(103) 내의 좌하귀로 이동되며, 이것은 광학 중심의 편차를 의미한다. 이것은 에컨대. 광학 줌잉(zooming)의 수행시 카메라의 구동의 용이성을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 종래 기술의 상기 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 따라서 본 발명의 목적은 촬상 영역의 중심이 광학 중심과 일치하는 상태에서 구동 주파수를 증가시키지 않고도 고속 촬상을 실현 할 수 있는 고체 촬상 장치 및 이러한 고체 출상 장치를 합체한 카메라를 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 매트릭스 형태로 배열되어 광전 변환을 수행하기 위한 복수의 센서부: 상기 복수의 센서부에서의 광전 변환을 통해 얻은 신호 전하들을 독출하기 위한 독출부: 상기 독출부에 의해 상기 센서부들로부터 독출된 신호 전하들을 수직으로 전송하기 위한 수직 전송부들: 상기 수직 전송부들로부터 이동된 신호 전하들을 수평으로 전송하기 위한 수평 전송부: 및 상기 수직 전송부에서 상기 수평 전송부로의 신호 전하의 전송을 수평 방향의 일부 영역에서 방지할 수 있는 전송 제어부를 포함하는 고체 촬상 장치가 제공된다.

상기의 구성을 가진 고체 촬상 장치에서, 독출부에 의해 복수의 센서부로부터 독출된 신호 전하들은 그대로 수평 전송부로 전송된 다음, 수평 전송부에서 수평으로 전송된다. 한편, 고속 찰상 모드에서, 수평 방향의 일부 영역, 예컨대 양쪽 단부 영역에서 수직 전송부들로 독출된 신호 전하들의 일부는 수평 전송부로 전송되는것이 전송 제어부에 의해 방지된다. 수평 방향의 중심 영역에서 생성된 신호 전하들만이 수평 전송부로 이동된 후, 수평 전송부에서 수평으로 전송된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 매트릭스 형태로 배열되어 광전 변환을 수행하기 위한 복수의 센서부: 상기 복수의 센서부에서의 광전 변환을 통해 얻은 신호 전하들을 독출하기 위한 것으로서 수직 방향의 일부 영역에서만 신호 전하들을 독출할 수 있는 독출부: 상기 독출부에 의해 상기 센서부들로부터 독출된 신호 전하들을 수직으로 전송하기 위한 수직 전송부들: 및 상기 수직 전송부들로부터 이동된 신호 전하들을 수평으로 전송하기 위한 수평 전송부를 포함하는 고체 촬상 장치가 제공된다.

전술한 구성을 가진 고체 촬상 장치에서, 정상 촬상 모드의 경우에, 모든 센서부들 내의 신호 전하들은 독출부에 의해 수직 전송부들로 독출되며 수평 전송부를 통해 출력된다. 한편, 고속 촬상 모드의 경우에는 수직방향의 일부 영역 내의 신호 전하들만이 독출부에 의해 수직 전송부들로 독출되며 수평 전송부를 통해 출력된다. 결과적으로, 수직 방향의 다른 영역에서는 신호 전하들의 고속 수직 전송 동작을 수행할 필요가 없게된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 매트릭스 형태로 배열되어 광전 변환을 수행하기 위한 복수의 센서부 및 상기 센서부들로부터 독출된 신호 전하들을 수직 전송하기 위한 수직 전송부들를 구비한 촬상 영역; 광학적으로 차광된 복수의 센서부 및 상기 센서부들로부터 독출된 전하들을 수직 전송하기 위한 수직 전송부들을 구비하고 상기 촬상 영역으로부터 소정의 간격을 두고 배치된 광학 블랙 영역을 포함하는 고체 촬상 장치가 제공된다.

상기한 구성을 가진 고체 촬상 장치에서는 광학 블랙 영역이 촬상 영역으로부터 소정의 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 이들 사이에는 공백 영역이 개재된다. 이러한 공백 영역의 존재는 예컨대, 광학 블랙 영역의 주변부에서 센서부들상의 광 경사 입사에 기인한 광의 누설을 방지한다. 또한, 광학 블랙 영역은 배선 영역으로 사용될 수 있다.

도 1은 종래의 고체 촬상 장치 및 카메라의 문제점들을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 일반적인 구성을 나타내는 도면.

도 3은 제1 실시예의 제어 게이트부들의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 4는 도 3의 화살표들의 측방으로부터 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 취해진 단면도.

도 5는 제어 게이트부들이 배치되어 있는 영역들을 나타내는 도면.

도 6은 제1 실시예의 정상 촬상 모드 동작을 나타내는 타이밍 차트(1).

도 7은 제1 실시예의 정상 촬상 모드 동작을 나타내는 타이밍 차트(2).

도 8은 제1 실시예의 정상 촬상 모드 동작을 나타내는 전위도.

도 9는 제1 실시예의 9 배속 촬상 모드 동작을 나타내는 타이밍 차트(1).

도 10은 제1 실시예의 9 배속 촬상 모드 동작을 나타내는 동작도.

도 11은 제1 실시예의 9 배속 촬상 모드 동작을 나타내는 타이밍 차트(2).

도 12는 제1 실시예의 9 배속 촬상 모드 동작을 나타내는 전위도.

도 13은 4 배속 촬상 모드를 위한 일반적인 구성을 나타내는 도면.

도 14는 제1 실시예의 4 배속 촬상 모드 동작을 나타내는 동작도.

도 15a-l5c는 4 배속 촬상 모드의 출력 파형을 나타내는 도면.

도 16은 제1 실시예의 변형례의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 17은 제어 게이트부들의 다른 실시예의 구조를 나타내는 단면도.

도 18은 제1 실시예의 변형례의 9 배속 촬상 모드의 타이밍 차트.

도 20은 본 발명의 제2 실시예의 일반적인 구성을 나타내는 도면.

도 21은 제2 실시예의 제어 게이트부들의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 22는 도 21의 화살표들의 측방으로부터 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 취해진 단면도.

도 23은 제2 실시예의 동작을 나타내는 타이밍 차트.

도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주요부의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 25a 및 25b는 각각 도 24의 Ⅲ-Ⅲ' 및 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 취해진 제3 실시예의 주요부의 단면도.

도 26은 제3 실시예의 고속 촬상 모드의 타이밍 차트.

도 27은 제3 실시예의 고속 촬상 모드의 전위도.

도 28은 제3 실시예의 정상 촬상 모드의 타이밍 차트.

도 29는 제3 실시예의 정상 촬상 모드의 전위도.

도 30은 본 발명의 제3 실시예의 변형례에 따른 주요부의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 31은 본 발명의 제4 실시예에 따른 주요부의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 32a 및 32b는 각각 도 31의 Ⅴ-Ⅴ' 및 Ⅵ-Ⅵ' 선을 따라 취해진 제4 실시예의 주요부의 단면도.

도 33은 제4 실시예의 고속 촬상 모드의 타이밍 차트.

도 34는 제4 실시예의 정상 촬상 모드의 타이밍 차트.

도 35는 제4 실시예의 정상 촬상 모드의 타이밍 차트.

도 36은 제4 실시예의 정상 촬상 모드의 전위도.

도 37은 본 발명의 제4 실시예의 변형례에 따른 주요부의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 38은 도 37의 Ⅶ-Ⅶ' 선을 따라 취해진 제4 실시예의 변형례의 주요부의 단면도.

도 39는 본 발명의 제4 실시예의 다른 변형례의 주요부의 평면 패턴을 나타내는 도면.

도 40은 본 발명의 제5 실시예에 따른 배선 패턴을 나타내는 도면.

도 41은 본 발명의 제6 실시예의 일반적인 구성을 나타내는 도면.

도 42는 본 발명에 따른 카메라의 일반적인 구성을 나타내는 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11, 51, 81 : 센서부, 12, 52, 82 : 독출 게이트부, 13, 53, 83 : 수직 CCD, 14, 54, 84 : 촬상 영역, 15, 55, 85 : 수평 CCD, 16, 56, 86 : 제어 게이트부, 58 : 전송 방지부, 59 : 전하 배출부.

이하, 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명된다. 아래의 설명은 본 발명을 CCD(charge coupled device) 고체 촬상 장치에 적용한 경우에 대한 것이지만, 본 발명의 이 경우에만 제한되는 것은 아니며, 센서부들로부터 독출된 신호 전하들이 수직-수평 전송(병렬-직렬 전송)되는 구조를 가진 고체 촬상 장치들에 일반적으로 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명이 예컨대. 인터라인(interline) 전송 방식의 CCD 고체 촬상 장치에 적용된 제1 실시예의 일반적인 구성을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이 촬상 영역(14)은 복수의 센서부(11) 및 복수의 수직 CCD(13)로 구성되어 있다. 행렬(수직 및 수평) 방향, 즉 매트릭스 형태로 배열된 센서부들(11)은 입사광을 입사광의 광량에 대응하는 양의 신호 전하들로 변환하여 저장한다. 센서부들(11)의 각 수직렬에 대해 제공된 각 수직 CCD(13)는 각각의 독출 게이트부들(12)에 의해 센서부들(11)로부터 독출된 신호 전하들을 수직으로 전송한다.

촬상 영역(14)에서, 각 센서부(11)는 예컨대, pn 접합 광 다이오드이다. 각각의 센서부(11)에 저장된 신호 전하는 관련 독출 게이트부(12)에 독출 펄스(XSG)(후에 설명됨)가 인가될 때 관련 수직 CCD(13)로 독출된다. 수직 CCD들(13)은 예컨대, 4단 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)에 의해 전송 구동되며, 하나의 주사선(1 라인)에 대응하는 각 부분이 각 수평 공백기의 일부에 전송되도록 독출 신호 전하들의 일부분들을 수직 방향으로 순차적으로 전송한다.

수직 CCD들(13)에서는 제1단 및 제3단 전송 전극들이 독출 게이트부들(12)의 게이트 전극들로도 사용된다. 따라서, 4단 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4) 중에서, 제1단 전송 클럭 신호(Ⅴφ1) 및 제3단 전송 클럭 신호(Ⅴφ3)가 3 개의 값, 즉 저 레벨(이하, L레벨이라 한다), 중간 레벨(M 레벨), 및 고 레벨(H 레벨)을 가지도록 설정된다. 3 번째 레벨, 즉 H 레벨의 펄스가 독출 게이트부들(12)을 위한 독출 펄스(XSG)로 사용된다.

수평 CCD(15)는 촬상 영역(14) 아래에 배치되어 있다(도 2 참조). 신호 전하들은 1 라인에 대응하는 신호 전하들이 각 시간에 전송되도록 복수의 수직 CCD(13)에서 수평 CCD(15)로 순차적으로 전송된다. 예컨대, 2단 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1-Hφ2)에 의해 전송 구동되는 수평 CCD(15)는 선행 수평 공백기 후의 수평 주사기에 1 라인의 신호 전하들이 전송되도록 수직 CCD들(13)로부터 전송된 신호 전하들을 수평 방향으로 순차적으로 전송한다.

제어 게이트부들(전송제어부)(16)은 수직 CCD들(13)과 수평 CCD(15) 사이에 제공되어 있다. 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로, 즉 수평 방향의 소정 영역 이 경우에는 양 단부 영역에서 방지하기 위하여, 제어 게이트부들(16)은 촬상 영역(14)의 수평 방향으로 양 단부 영역을 점유하도록 제공되어 있다.

정상 촬상 모드에서, 제어 게이트부들(16)은 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로 1 라인씩 공급된 모든 신호 전하들을 그대로 전송한다. 한편, 고속 촬상 모드에서는 제어 게이트부들(16)은 수평 방향의 양 단부 영역내의 신호 전하들이 수평 CCD(15)로 전송되는 것을 방지하면서 수직 CCD들(13)로부터 1 라인씩 공급된 전하들 중에서 중심 영역 내의 신호 전하들만을 수평 CCD(15)로 전송한다. 제어 게이트부들(16)의 특정 구성이후에 상술될 것이다.

예컨대, 부동 확산 증폭기의 구성을 가진 전하 대 전압 변환부(17)가 수평 CCD(15)의 전송 목표 단부에 제공되어 있다. 전하 대 전압 변환부(17)는 수평 CCD(15)에 의해 수평으로 전송된 신호 전화들을 전압신호로 순차적으로 변환하여 출력한다. 전압신호는 대상체로부터 들어오는 입사 광량에 대응하는 CCD 출력신호로서 출력된다.

도 3은 제어 게이트부(16)의 주변부들의 특정 구성을 나타내는 평면 패턴도이며, 도 4는 도 3의 화살표들의 측방으로부터 I-I' 선을 따라 취해진 단면도이다. 도 3에서, 열(X)은 도 2에 도시된 좌측 제어 게이트부(16)의 경계부에 위치한 수직렬(Y)에 대응하며, 열(Y)은 우측 제어 게이트부(16)의 경계부에 위치한 수직렬(Y)에 대응한다. 열들(X 및 Y) 사이의 구성은 생략되어 있다.

각각의 수직 CCD(13)는 p형 웰(22)을 통해 n형 기판(21)상에 형성된 n형 불순물의 전송 채널(23), 및 전송채널(23)의 전송 방향으로 반복되도록 전송 채널(23)의 상부에 배열된 4단 전송 전극들(24-1 내지 24-4)로 구성되어 있다. 전송 전극들(24-1 내지 24-4)은 제2단 전송 전극(24-2)과 제4단 전송 전극(24-4)이 제1층의 폴리 실리콘 전극들(도 3에서 1점 쇄선으로 표시됨)로서 형성되고 제1단 전송 전극(24-1)과 제3단 전송 전극(24-3)이 제2층의 폴리실리콘 전극들(도 3에 2점 쇄선으로 표시됨)로서 형성된 2층 전극 구조를 갖고 있다.

각각의 제어 게이트부(16)는 전송 전극(25) 및 저장 전극(26)으로 구성되어 있는데, 이들은 전송 방향으로 순서대로 배열되어 제어 전압(V-Hold)을 인가받는다. 수직 CCD(13)의 2층 구조에 대응하기 위하여 전극들(25, 26)은 저장 전극(26)이 제1층 폴리실리콘 전극(도 3에서 1점 쇄선으로 표시됨)으로 형성되고 전송 전극(25)이 제2층 폴리실리콘 전극(도 3에서 2점 쇄선으로 표시됨)으로 형성된 2층 전극 구조를 갖고 있다 또한, 전송 전극(25) 하방의 전송 채널(23)의 표면부에는 p-형 불순물층(27)이 형성되어 있다.

수평 CCD(15)는 n형 불순물층으로 된 전송 채널(28)파, 전송 채널(28)의 전송 방향으로 반복되도록 전송 채널(28) 상부에 배열된 전송 전극(29) 및 저장 전극(30)의 전극쌍들으로 구성되어 있다. 전극들(29, 30)은 또한 저장 전극(30)이 제1층 폴리실리콘 전극(도 3에서 1점 쇄선으로 표시됨)으로 형성되고 전송 전극(29)이 제2층 폴리실리콘 전극(도 3에서 2점 쇄선으로 표시됨)으로 형성된 2층 전극 구조를 갖고 있다.

전송 전극(29) 하방의 전송 채널(28)의 표면부에는 p-형 불순물층(31)이 형성되어 있다. 반복적으로 배열된 전극쌍들에는 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1, Hφ2)이 교대로 인가된다. 각각의 수직 CCD(13)의 전송 채널(13)의 연장부상에 위치한 전송 전극(29)의 수직 CCD 측단부(29a)가 제어 게이트부(16)의 저장 전극(26) 상부 위치까지 연장되도록 형성되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구조의 제어 게이트부들(16)은 중심부(14a)를 제외한 촬상 영역(14)의 좌우 부분들을 점유하고 있다. 정상 촬상 모드에서 전송 전극(25) 및 저장 전극(26)에는 H 레벨의 제어 전압(V-Hold)(수직 전송 클럭 신호들 Ⅴφ1-Ⅴφ4의 M 레벨에 대응함)이 인가된다. 결과적으로, 제어 게이트부들(16)의 전위는 깊어지게 되며, 이에 따라 신호 전하들이 그대로 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로 전송된다.

한편, 고속 촬상 모드에서, 제어 전압(V-Hold)은 L 레벨로 변경된다. 결과적으로, 제어 게이트부들(16)의 전위는 얕아지게 되며, 이에 따라 신호 전하들이 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로 전송되는 것이 방지된다. 중심부(14a)의 신호 전하들만이 독출될 수 있다. 제어 전압(V-Hold)이 L 레벨인 상태에서의 제어 게이트부들(16)의 전위는 신호 전하들이 수직 CCD들(13)을 통해 전송되는 동안에 수평 CCD(15)로 오버플로우되는 것을 방지 하도록 설정된다.

촬상 영역(14)의 전체 수평 길이에 있어서, 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로 신호 전하들의 전송이 방지된 영역, 즉 제어 게이트부(16)가 배치된 영역의 길이와 신호 전하들의 전송이 방지된 영역, 즉 제어 게이트부들(16)이 배치되지 않은 영역의 길이 간의 비율은 도 5에 도시된 바와 같이 약 n : 1 : n으로 설정된 것으로 가정한다. 이 경우에, 예컨대 종횡비가 4 : 3이라고 가정하면, 4 배속, 9 배속, 및 25 배속의 고속 촬상 동작들은 각각 n을 0.5, 1, 및 2로 설정함으로써 실현될 수 있다. 종횡비가 4 : 3이 아닌 경우에는 수직 공백기에 수직 CCB들(13)의 고속 전송 단계들의 수를 제어함으로써 가변의 고속 촬상이 실현될 수 있다.

제어 게이트부들(16)이 배치된 영역들(신호 전하들의 전송이 방지된 영역들)의 총 길이는 촬상 영역(14)의 전체 수평 길이의 1/2 이상으로 설정되며, 2/3 이상이 바람직하다. 즉, 제어 게이트부들(16)이 배치되지 않은 영역(신호 전하들이 전송되는 영역)의 길이는 촬상 영역(14)의 전체 수평 길이의 1/2 이하로, 바람직하게는 1/3 이하로 설정된다.

예컨대, 수평 방향의 정면측(도 5의 좌측)상의 전송 방지 영역의 비트수와 수평 방향의 정면측상의 광학 블랙(black) 영역(이하. "OPB" 라 한다) 바로 전의 공백 제공부의 비트수를 더한 전체 비트수는 중심부(14a)의 전송 가능 영역과 OPB의 비트들의 전체 비트수의 약 n 배(n은 1 이상의 정수)로 설정된다. OPB는 후에 상세히 설명될 것이다.

상기 조건을 만족시키도록 제어 게이트부들(16)을 배치함으로써, 고속 촬상 모드로 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로 1 라인의 신호 전하들이 전송될 때, 독출된 신호 전하들의 비트수 이상의 공백 비트들이 제어 게이트부들(16) 하방의 수평 CCD(15) 영역에 확보된다. 따라서, 독출된 전하들은 독출 신호 전하들의 이동 후 다음 라인의 신호 전하들이 독출될 때까지 제어 게이트부들(16) 하방의 공백 비트 영역들에 저장될 수 있다.

그 다음, 상기 구조의 CCD 고체 촬상 장치가 정상 촬상 모드 및 고속 촬상 모드에서 동작하는 방법에 대한 설명이 주어진다.

먼저, 정상 촬상 모드의 동작이 도 6 및 7의 타이밍 차트와 도 8의 전위도를 참조하여 설명된다. 도 8의 전위도는 도 7에 도시된 시점들(Ta-Tg)에서 수직 CCD(13) 및 제어 게이트부(16) 각각의 전극들 하방의 전위 프로파일을 나타낸다.

먼저, 수직 동기 신호(VD)(도 6 참조)가 L 레벨에 있는 수직 공백기의 일정 시점에 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1 및 Ⅴφ3) 내에 독출 펄스들(XSG)이 발생하는 경우 신호 전하들은 독출 게이트부들(12)에 의해 각각의 센서부들(11)로부터 독출되어 수직 CCD들(13)로 전송되며, 수직 방향으로 서로 인접한 2 개의 화소의 신호 전하들은 수직 CCD들(13)에서 결합된다. 제1 필드에서 결합되는 수직으로 인접한 2 화소들의 조합은 제2 필드에서와 다르다.

그 다음, 수평 동기 신호(HD)(도 7 참조)가 L 레벨에 있는 수평 공백기의 시작 바로 전의 시간 Ta에서 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1 및 Ⅴφ2)은 M 레벨(3가 레벨 중의 중간 레벨)에 있게 된다. 따라서, 제1단 및 제2단 전송 전극들(24-1, 24-2) 하방의 전위들은 깊어져 센서부들(11)로부터 독출된 서로 수직 인접한 2 화소들의 신호 전하들은 이 패킷에 저장된다. 이 시점에서, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ3 및 Ⅴφ4)은 L 레벨에 있고 제어 전압(V-Hold)은 L 레벨에 있기 때문에, 제3단 및 제4단 전송 전극들(24-3, 24-4) 및 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들은 낮다.

그 다음, 수평 공백기 내의 시간 Tb에서, 수직 전송 클럭(Ⅴφ3)은 M 레벨로 변경되며, 따라서 제3단 전송 전극(24-3) 하방의 전위는 깊어진다. 따라서, 제1단 및 제2단 전송 전극들(24-1, 24-2) 하방에 저장된 신호 전하들의 일부는 제3단 전송 전극(24-3) 하방의 위치로 이동한다. 이 시점에서, 제어 전압(V-Hold)은 H 레벨(수직 전송 클럭 신호들 Ⅴφ1-Ⅴφ4의 M 레벨과 동일)로 변경되기 때문에, 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들도 깊어진다.

시간 Tc에서, 수직 전송 클럭 신호(Ⅴφ1)는 L 레벨로 변경되고 수직 전송 클럭 신호(Ⅴφ4)는 M 레벨로 변경되기 때문에, 제1단 전송 전극(24-1) 하방의 전위는 얕아지며 전송 전극(24-4) 하방의 전위는 깊어진다. 따라서, 제1단 내지 제3단 전송 전극들(24-1 내지 24-3) 하방에 저장된 신호 전하들은 제2단 내지 제4단 전송 전극들(24-2 내지 24-4) 하방의 위치들로 이동한다.

시간 Td에서, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1, Ⅴφ4)은 M 레벨에 있고 순직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ2, Ⅴφ3)은 L 레벨에 있기 때문에, 제1단 및 제4단 전송 전극들(24-1, 24-4) 하방의 전위들은 깊고 제2단 및 제3단 전송 전극들(24-2, 24-3) 하방의 전위들은 얕다. 이 시점에서, 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들은 깊기 때문에, 제2단 및 제3단 전송 전극들(24-2, 24-3) 하방에 저장된 신호 전하들은 제4단 전송 전극(24-4) 및 제어 게이트부(16) 하방의 위치를 경유하여 수평 CCD(15)로 이동한다.

시간 Te에서, 수직 전송 클럭 신호(Ⅴφ2)는 M 레벨로 변경되고 수직 전송 클럭 신호(Ⅴφ4)는 L 레벨로 변경되기 때문에, 제2단 전송 전극(24-2) 하방의 전위는 깊어지며, 제4단 전송 전극(24-4) 하방의 전위는 얕아진다. 따라서, 제4단 전송 전극(24-4) 하방에 저장된 신호 전하도 제어 게이트부(16)를 경유하여 수평 CCD(15)로 이동한다. 시간 Tf에서, 제어 전압(V-Hold)은 L 레벨로 변경되기 때문에, 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26)하방의 전위들은 얕아진다. 시간 Tg에서, 수평 CCD(15)에서 수평 전송이 수행된다.

그 다음, 9 배속 촬상 모드의 동작이 도 9의 타이밍 차트 및 도 10의 동작도를 참조하여 설명된다. 9 배속 촬상 동작에 있어서, n은 도 5의 1과 동일하기 때문에, 독출 영역(14a)은 전체 수평 길이의 1/3 및 전체 수직 길이의 1/3을 차지하는 촬상 영역(14)의 중심부이다.

도 10의 동작도는 도 9에 도시된 시점들(T1-T5)에서 수직 CCD들(13), 제어 게이트부들(16), 및 수평 CCD(15)의 동작 상태를 나타낸다. 도 10에서, "○" 표시는 독출 영역(14a)의 외측 영역 내의 불필요한 전하들을 나타내며, "□" 표시는 독출 영역(14a)에서 독출되는 전하들을 나타낸다. 촬상 영역(14) 우측의 랙 밴드 영역은 센서부들이 복수의 열에 입사되는 광으로부터 차단되는 OPB(32)를 나타낸다.

먼저, 수직 동기 신호(VD)(도 9 참조)가 L 레벨에 있는 수직 공백기의 일정 시점에 수직 전송 클럭 신호들 (Ⅴφ1 및 Ⅴφ3) 내에 독출 펄스들(XSG)이 발생하는 경우, 신호 전하들은 독출 게이트부들(12)에 의해 각각의 센서부들(11)로부터 독출되어 수직 CCD들(13)로 전송되며. 수직 방향으로 서로 인접한 2 개의 화소의 신호 전하들은 수직 CCD들(13)에서 결합된다. 제1 필드에서 결합되는 수직으로 인접한 2 화소들의 조합은 제2 필드에서와 다르다.

그 다음, 시간 T2에서, 수직 CCD들(13)의 각 전극들에 고주파 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)이 인가되며, 따라서 독출 영역(14a) 하방의 전체 길이의 약 1/3의 라인들에서만 고속 수직 전송이 수행된다. 제어 전압(V-Hold)은 L 레벨이고, 따라서 제어 게이트부들(16) 하방의 전위들은 신호 전하 독출 전의 시점보다 얕기 때문에, 전위 게이트부들(16)의 전위 장벽들은 수평 방향의 중심 1/3 부분을 제외한 양단부의 신호 전하들이 수평 CCD(15)로 전송되는 것을 방지한다. 제어 게이트부들(16)에 의한 전송 방지 동작은 후에 상세히 설명된다. 수평 방향의 중심 1/3 부분 내의 신호 전하들은 수평 CCD(15)로 전송되며 수평 CCD(15)를 경유하여 외부로 배출된다.

수직 고속 전송의 완료 바로 후의 시점 T3에서, 독출 영역(14a)의 바로 하방 라인의 수평 방향의 중심 1/3 부분에서 생성된 신호 전하들은 수평 CCD(15)로 전송된다. 이 시점에서, OPB(32) 내의 전하들도 수평 CCD(15)로 전송된다. 그 다음, 시간 T4에서, 수평 CCD(15)로 전송된 신호 전하들은 라인 길이의 1/3만큼 수평으로 전송된다. 이후, 시간 T3 및 시간 T4의 동작들이 반복된다. 아래의 설명에서, 시간 T3에서와 같은 동일 동작이 이루어지는 시점들은 T13, T23 및 T33으로 표시되며, 시간 T4에서와 동일한 동작이 이루어지는 시점들은 T14, T24 및 T34로 표시된다.

즉, 시간 T13에서, 독출 영역(14a)의 제1 라인에서 생성된 신호 전하들은 OPB(32)에서 발생한 전하들과 함께 수평 CCD(15)로 전송된다. 시간 T14에서, 현재 수평 CCD(15)에 존재하는 독출 영역(14a)의 제1 라인에서 발생한 신호 전하들 및 OPB(32)에서 발생한 전하들은 라인 길이의 1/3만큼 수평으로 전송된다. 이 시점에서, OPB(32)에서 수평 CCD(15)로 전송된 후 라인 길이의 1/3만큼 수평 전송된 전하들은 독출 영역(14a)의 제1 라인에서 발생한 신호 전하들 뒤에 추가된다.

그 다음, 시간 T23에서, 독출 영역(14a)의 제2 라인에서 발생한 신호 전하들은 OPB(32)에서 발생한 전하들과 함께 수평 CCD(15)로 전송된다. 시간 T24에서, 현재 수평 CCD(15)에 존재하는 독출 영역(14a)의 제2 라인에서 발생한 신호 전하들 및 OPB(32)에서 발생한 전하들은 라인 길이의 1/3만큼 수평 전송된다. 이 시점에서, OPB(32)에서 수평 CCD(15)로 전송된 후 라인 길이의 1/3만큼 수평 전송된 전하들은 독출 영역(14a)의 제2 라인에서 발생한 신호 전하들 뒤에 추가된다.

설명을 간단히 하기 위하여, 도 10은 독출 영역(14a)이 2개의 라인만을 갖는다는 가정하에 개략적으로 도시되어 있다. 시점들 T3 및 T4에서와 같은 동일 동작들은 독출 영역(14a)의 모든 라인들의 신호 전하들이 수평CCD(15)로 전송된 후에도 1회 수행된다(시간 T33 및 T34). 이러한 동작의 결과, OPB(32)에서 발생한 전하들은 독출 영역(14a)의 최종 라인에서 발생한 신호 전하들 뒤에 추가되며, 이러한 전하들은 수평 CCD(15)에서 전하 대 전압 변환부(17)로 출력된다.

수직 유효 기간일 수 있는 기간 내에 설정된 중간 수직 공백기의 시간 T5에서, 고속 수직 전송은 독출 영역(14a) 상부의 전체 길이의 약 1/3의 라인들에서만 수행된다. 이러한 고속 수직 전송의 완료 후. 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1 및 Ⅴφ3) 내에는 독출 펄스들(XSG)이 발생하며, 이에 따라 다음 필드의 신호 전하들이 독출 게이트부들(12)에 의해 각각의 센서부들(11)로부터 독출되어 수직 CCD들(13)로 전송된다.

그 다음, 고속 촬상 모드(이 실시예에서는 9 배속 촬상 모드)에서 제어 게이트부들(16)의 상세한 동작에 대한 설명이 도 11의 타이밍 차트 및 도 12의 전위도를 참조하여 설명된다. 도 12의 전위도는 도 11에 도시된 시점들(Ta-Tg)에서 수직 CCD(13) 및 제어 게이트부(16)의 전극들 하방의 전위 프로파일을 나타낸다.

수평 동기 신호(HD)(도 11 참조)가 L 레벨에 있는 수평 공백기의 시작 바로 전의 시간 Ta에서 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1 및 Ⅴφ2)은 M 레벨(3가 레벨 중의 중간 레벨)에 있게 된다. 따라서, 제1단 및 제2단 전송 전극들(24-1, 24-2) 하방의 전위들은 깊어져 센서부들(11)로부터 독출된 서로 수직 인접한 2 화소들의 신호 전하들은 이 패킷에 저장된다. 이 시점에서, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ3 및 Ⅴφ4)은 L 레벨에 있고 제어 전압(V-Hold)은 L 레벨에 있기 때문에, 제3단 및 제4단 전송 전극들(24-3, 24-4) 및 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들은 낮다.

그 다음, 수평 공백기 내의 시간 Tb에서, 수직 전송 클럭(Ⅴφ3)은 M 레벨로 변경되며. 따라서 제3단 전송 전극(24-3) 하방의 전위는 깊어진다. 따라서, 제1단 및 제2단 전송 전극들(24-1, 24-2) 하방에 저장된 신호 전하들의 일부는 제3단 전송 전극(24-3) 하방의 위치로 이동한다. 이 시점에서, 제어 전압(V-Hold)은 H 레벨로 유지되기 때문에, 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들은 얕아진다.

시간 Td에서, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1, Ⅴφ4)은 M 레벨에 있고 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ2, Ⅴφ3)은 L 레벨에 있기 때문에, 제1단 및 제4단 전송 전극들(24-1, 24-4) 하방의 전위들은 깊고 제2단 및 제3단 전송 전극들(24-2, 24-3) 하방의 전위들은 얕다. 이 시점에서, 제2단 및 제3단 전송 전극들(24-2, 24-3) 하방에 저장된 신호 전하들은 제어 게이트부(16)의 전위 장벽에 의해 수평 CCD(15)로 전송되는 것이 방지되며 제4단 전송 전극(24-4) 하방에 저장된다.

시간 Te에서, 수직 전송 클럭 신호(Ⅴφ2)는 M 레벨로 변경되고 수직, 전송 클럭 신호(Ⅴφ4)는 L 레벨로 변경되기 때문에, 제2단 전송 전극(24-2) 하방의 전위는 깊어지며, 제4단 전송 전극(24-4) 하방의 전위는 얕아진다. 따라서, 제4단 전송 전극(24-4) 하방에 저장된 신호 전하들은 후방으로 이동하며, 제1단 및 제2단 전송 전극들(24-1, 24-2) 하방에 저장된다. 그 다음, 시간이 Tf를 지나 Tg로 경과한다. 시간 Tg에서, 수평 CCD(15)에서 수평 전송이 수행된다.

전술한 바와 같이, 수직 CCD들(13)에서 수직 CCD(15)로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로. 즉 수평 방향의 일부 영역에서 방지할 수 있는 제어 게이트부들(전송 제어부)(16)은 촬상 영역(14)과 수평 CCD(15) 사이에 제공된다. 그리고, 고속 촬상 모드에서, 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로의 신호 전하들의 전송은 예컨대, 수평 방향의 양단부에서 방지된다. 이러한 구성을 의해, 상기 전송 방지 영역들에 대응하는 수평 CCD(15)의 영역들 내의 전송 전하들은 파괴가 방지될 수 있다.

결과적으로, 예컨대 도 5에서 파라미터 n이 1로 설정되는 경우, 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로 전송된 약 1/3 라인의 신호 전하들이 (1/3)H 기간에 제어 게이트부(16) 하방의 위치들로 전송된 직후에, 다음 라인의 신호 전하들이 수평 CCD(15)로 전송될 수 있다. 1H의 기간에 이러한 동작을 연속적으로 3회 수행함으로써, 수평 CCD(15)의 구동 주파수를 증가시키지 않고도 3 배 수평 속도의 고속 촬상이 실현될 수 있다. 구동 주파수를 증가시킬 필요가 없는 것은 전력 소모 측면에서도 유리하다.

또한, 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로의 신호 전하들의 전송이 이루어지는 수평 방향의 영역이 촬상 영역(14)의 양단부이기 때문에, 촬상 영역(14)의 중심부(이 실시예에서는 도 5에 도시된 독출 영역 14a) 내의 신호 전하들은 항상 독출된다. 따라서, 촬상 중심은 촬상 영역(14)의 코너부로 이동되지 않는다: 즉, 항상 광축상에서 고속 촬상을 수행하는 것이 가능하게 된다.

그 다음, 4 배속 촬상 모드의 동작이 설명된다. 4 배속 촬상 모드에서, 파라미터 n은 도 5의 0.5이다. 따라서, 도 13에 일점 쇄선으로 표시된 바와 같이, 전체 수평 길이의 1/2과 전체 수직 길이의 1/2을 차지하는 촬상 영역(14)의 일부는 독출 영역(14b)이 된다. 이 실시예에서, 각각 하나 또는 복수의 라인으로 이루어진 OPB들(14c, 14d)은 촬상 영역(14)의 최상부 및 바닥부(또는 바닥부만)에 제공된다고 가정한다. 또한. 불필요한 전하들을 제거하기 위한 오버플로우 제어 게이트부(41) 및 오버플로우 드레인부(42)가 촬상 영역(14)에 대향한 수평 CCD(15)의 측부상에 제공된다고 가정한다.

도 13에서, 전체 촬상 영역(14)은 수평으로 4 부분으로 분할되어 있다. 촬상 영역(14)의 바닥 OPB(14c)의 각 분할 영역들 내의 신호 전하들은 D1-D4로 표시되며, 촬상 영역(14)의 나머지 부분의 각 분할 영역들 내의 신호 전하들은 S1-S4로 표시된다. 4 배속 촬상 모드의 기본 동작은 9 배속 촬상 모드의 동작과 동일하기 때문에, 아래의 설명에서는 타이밍 차트를 사용하는 상세한 설명은 생략되며 단지 동작의 개념만이 도 14의 동작도를 참조하여 설명된다.

4 배속 촬상 모드에서는, 9 배속 촬상 모드의 경우에서처럼, 제어 전압(V-Hold)은 L 레벨에 있고, 따라서 제어 게이트부들(16)의 전위들은 얕다. 따라서, 전체 수평 길이의 1/2을 차지하는 중심부를 제외한 양단부 내의 신호 전하들은 수평 CCD(15)로 전송되는 것이 방지된다. 먼저, 이 상태에서, OPB(14c) 내의 신호 전하들(D2, D3)은 수평 CCD(15)로 라인 이동된다(단계 (1)).

그 다음, 수평 CCD(15)는 (1/2)H 기간 동안 전송 구동되어, 신호 전하들(D2)이 전하 대 전압 변환부(17)를 통해 출력되며, 전하들(D3)는 수평 CCD(15)에 잔류하게 된다(단계 (2)). 그 다음, 수평 CCD(15)는 (1/2)H 기간 동안 다시 전송 구동되어, 신호 전하들(D3)이 전하 대 전압 변환부(17)를 통해 출력되며, 수평 CCD(15)는 비워진다(단계 (3)). 도 15b는 상기 동작시 전하 대 전압 변환부(17)의 출력 파형을 나타낸다. OPB(14c)가 복수의 라인으로 이루어진 경우, 도 14의 단계들 (1) 및 (2)가 반복된다.

그 다음, 독출 영역(14b) 하방의 전체 길이의 약 1/4의 라인들 내의 신호 전하들은 불필요하기 때문에, 이들은 수직으로 고속 전송되어 수평 CCD(15)를 통해 오버플로우 드레인부(42)로 제거된다. 이 시점에서 촬상 영역(14)의 양단부 내의 신호 전하들은 수직 방향의 위치에 관계없이 불필요하기 때문에, 제어 게이트부들(16)은 전송 방지 상태 또는 전송 가능 상태에 있을 수 있다. 전송 가능 상태에 있는 경우, 촬상 영역(14)의 양단부에서 발생한 신호 전하들도 오버플로우 드레인부(42)로 제거된다.

그 다음, 독출 영역(14b)에 대해, 제어 게이트부들(16)이 전송 방지 상태가 된 상태에서, 제1 라인에서 발생한 신호 전하들(S1, S2)은 수평 CCD(15)로 라인 이동된다(단계 (4)). 그 다음, 수평 CCD(15)는 (1/2)H 기간 동안 전송 구동되어, 신호 전하들(S2)은 전하 대 전압 변환부(17)를 통해 출력되고, 신호 전하들(D3)은 수평CCD(15) 내에 잔류하게 된다(단계 (5)).

그 다음, 독출 영역(14b)내 제2 라인에서 발생한 신호 전하들(S2', S3')은 수평 CCD(15)로 라인 이동된다(단계 (6)). 이 시점에서, 제1 라인의 신호 전하들(S3) 및 다음 라인의 신호 전하들(S2'. S3')은 수평 CCD(15) 내에 순서대로 배열된다 이후, 도 4의 단계들 (4)-(6)이 반복된다. 따라서, 촬상 영역(14)의 중심부, 즉 독출 영역(14b) 내의 전하들만이 전송 주파수를 증가시키지 않고도 4 배속으로 추출될 수 있다. 도 15c는 상기 동작의 출력 파형을 나타낸다.

독출 영역(14b)에서 발생한 신호 전하들의 출력 완료 후, 독출 영역(14b) 상부의 불필요한 전하들은 수직으로 고속 전송되어, 독출 영역(14b) 하방의 불필요한 전하들이 제거되었던 것과 동일한 방식으로 수평 CCD(15)를 통해 오버플로우 드레인부(42)로 제거된다. 그 다음, 촬상 영역(14)의 최상부 내 OPB(14d) 내의 신호 전하들이 바닥부 OPB(14c) 내의 신호 전하들(D2, D3)이 출력된 것과 동일한 방식으로 출력된다.

한편, 고속 제거 동작이 수행될 때, 촬상 영역(14)의 상부의 수직 CCD들(13)의 암 전류가 하부의 암 전류와 다른 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에, 촬상 영역(14)의 바닥부의 OPB(14c)의 신호 전하들에 근거한 출력 신호 및 최상부 OPB(14d)의 신호 전하들에 근거한 출력 신호로부터 얻어진 보간값은 비디오 신호의 기준 레벨로서 사용될 수 있다.

도 15b 및 15c의 각 출력 파형들로부터 알 수 있드시, 1/2 라인의 신호가 2 인접 (1/2)H 기간들을 연결하도록 출력된다. 그러나, 이러한 전하들은 사용되지 않기 때문에 문제를 유발한다. 수직 CCD들(13)에서 넘치는 신호 전하들은 다음 신호 독출 동작에서 센서부들(11)로 되돌아가며, 예컨대 기판의 오버플로우 드레인으로 유출된다.

이 실시예에서, 제어 게이트부들(16)의 전위들에 의해 수평 CCD(15)로 전송이 방지된 신호 전하들은 그대로 수직 CCD들(13)에서 넘치게 되어, 기판의 오버플로우 드레인으로 제거되도록 다음 신호 독출 동작에서 센서부들(11)로 되돌아간다. 이 실시예는 이러한 전하들이 도 16에 도시된 바와 같이 인접 전송 채널들(23)로 오버플로우 될 수 있도록 변형될 수 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 인접 전송 채널들(23)을 서로 접속시키는 전용 채널(전하 안내부)이 촬상 영역(14) 측부상의 각 제어 게이트부(16)에 인접 배치된 제4단 전극(24-4) 하방에 형성된다. 제어 게이트부들(16)의 전위 장벽에 의해 전송이 방지된 신호 전하들은 신호 전하들을 운반하는 전송 채널들(23)에서 넘치게 되며 인접 전송 채널들(23)로 오버플로우된다. 오버플로우 전하들은 결국 센서부들(11)로 되돌아가 기판의 오버플로우 드레인으로 제거된다.

도 17은 제어 게이트부들(16)의 주변부들의 다른 특정 구조를 나타내는 단면도이다. 도 17에서, 도 14의 요소들과 동등한 요소들은 동일한 참조 부호가 주어진다. 이 실시예에서, 각 제어 게이트부(16)는 전송 채널들(23) 상부에 순서대로 배열된 제2층 폴리실리콘 전송 전극(25)(도 16에서 2점 쇄선으로 표시) 및 제1층 폴리실리콘 저장 전극(26)(1점 쇄선으로 표시)으로 구성되어 있다. 전송 전극(25)과 저장 전극(26)에는 제어 전압(V-Hold)이 인가된다.

전송 전극(25)과 저장 전극(26) 하방의 전송 채널(23)의 표면부에 P형 불순물층(34)이 형성되어 있다. p형 불순물층(34)의 정면 표면부에는 P'형 불순물층(35)이 형성되어 있다. 이러한 구조에서, 각 제어 게이트부(16)의 전송 전극(25)과 저장전극(26) 하방의 전위들은 상대적으로 얕게 된다.

그 다음, 도 7의 타이밍 차트 및 도 18의 전위도를 참조하여 상기 구조의 제어 게이트부들(16)을 가진CCD 고체 촬상 장치의 정상 촬상 모드의 동작에 대한 설명이 주어진다. 이 변형례에 있어서. 정상 촬상 모드에서, 도 7에 파선들로 표시된 바와 같이, 제어 전압(V-Hold)은 항상 H 레벨(수직 전송 클럭 신호들 Ⅴφ1, Ⅴφ4의 M 레벨에 대응)에 있으며, 따라서 제어 게이트부들(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들은 항상 깊다. 도 18의 전위도는 도 7에 도시된 각 시점들(Ta-Tg)에서 수직 CCD(13) 및 제어 게이트부(16)의 전극들 하방의 전위 프로파일들을 나타낸다.

먼저 수평 동기 신호(HD)(도 7 참조)가 L 레벨에 있는 수평 공백기의 시작 바로 전의 시간 Ta에서 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1 및 Ⅴφ2)은 키 레벨(3가 레벨 중의 중간 레벨)에 있게 된다. 따라서, 제1단 및 제2단 전송 전극들(24-1, 24-2) 하방의 전위들은 깊어져 센서부들(11)로부터 독출된 서로 수직 인접한 2 화소들의 신호 전하들이 저장된다. 이 시점에서, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ3 및 Ⅴφ4)은 L 레벨에 있고 제어 전압(V-Hold)은 L 레벨에 있기 때문에, 제3단 및 제4단 전송 전극들(24-3, 24-4) 및 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들은 낮다.

그 다음, 수평 공백기 내의 시간 Tb에서, 수직 전송 클럭(Ⅴφ3)은 M 레벨로 변경되며, 따라서 제3판 전송 전극(24-3) 하방의 전위는 깊어진다. 따라서, 제1단 및 제2단 전송 전극들(24-1, 24-2) 하방에 저장된 신호 전하들의 일부는 제3단 전송 전극(24-3) 하방의 위치로 이동한다.

시간 Td에서, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1, Ⅴφ4)은 M 레벨에 있고 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ2, Ⅴφ3)은 L 레벨에 있기 때문에, 제1단 및 제4단 전송 전극들(24-1, 24-4) 하방의 전위들은 깊고 제2단 및 제3단 전송 전극들(24-2, 24-3) 하방의 전위들은 얕다. 이 시점에서 제어 게이트부(16)의 전극들(25, 26) 하방의 전위들은 제4단 전송 전극(24-4) 하방의 전위보다 낮기 때문에, 제2단 및 제3단 전송 전극들(24-2, 24-3) 하방에 저장된 신호 전하들은 제4단 전송 전극(24-4) 하방에 저장된다.

시간 Te에서, 수직 전송 클럭 신호(Ⅴφ2)는 M 레벨로 변경되고 수직 전송 클럭 신호(Ⅴφ4)는 L 레벨로 변경되기 때문에, 제2단 전송 전극(24-2) 하방의 전위는 깊어지며 제4단 전송 전극(24-4) 하방의 전위는 얕아진다. 따라서, 제4단 전송 전극(24-4) 하방에 저장된 신호 전하들은 제어 게이트부(16)를 경유하여 수평 CCD(15)로 이동한다. 그 다음, 시간이 Tf를 지나 Tg로 경과한다. 시간 Tg에서, 수평 CCD(15)에서 수평 전송이 수행된다.

이러한 변형례에서, 각 제어 게이트부(16)의 전송 전극(25) 및 저장 전극(26) 하방의 전위들은 미리 낮아지기 때문에, 정상 촬상 모드에서 제어 전압(V-Hold)은 수평 공백기에 라인 이동이 있을 때마다 H 레벨로 변경될 필요가 없게 된다. 즉. 제어 전압(V-Hold)은 항상 H 레벨로 설정될 수 있다. 따라서, 제어 전압(V-Hold)을 발생시키기 위한 타이밍 생성 회로(도시되지 않음)의 구조는 단순화될 수 있으며, 전력 소모도 감소될 수 있다. 도 19는 이 변형례에서 9 배속 찰상 모드의 타이밍 차트를 나타내는데. 제어 전압(V-Hold)만이 도 19에 도시된 것과 다른 파형을 갖고 있다.

제1 실시예에서 제어 게이트부들(16)은 수직 CCD들(13)의 4단 구동/2층 전극 구조에 적합하도록 전송 전극(25) 및 저장 전극(26)으로 이루어진 2층 전극 구조를 갖고 있지만, 본 발명은 이 경우로 제한되지 않는다. 예컨대, 수직 CCD들(13)이 3단 구동/3층 전극 구조를 갖는 경우. 제어 게이트부들(16)은 단층 전극 구조를 가질 수 있다.

도 20은 예컨대, 인터라인 전송형 CCD 고체 촬상 장치에 본 발명이 적용된 제2 실시예의 일반적인 구조를 나타낸다. 도 20에 도시된 바와 같이, 촬상 영역(54)은 복수의 센서부(51) 및 복수의 수직 CCD들(53)로 구성되어 있다. 행렬 방향으로, 즉 매트릭스 형태로 배열된 센서부들(51)은 입사광을 입사광의 광량에 대응하는 양의 신호 전하로 변환하여 저장한다. 센서부들(51)의 각 수직렬에 대해 제공된 각 수직 CCD(53)는 각 독출 게이트부들(52)에 의해 센서부들(51)로부터 독출된 신호 전하들을 수직으로 전송한다.

촬상 영역(54)에서, 각 센서부(51)는 예컨대. pn 접합 광다이오드이다. 각 센서부(51)에 저장된 신호 전하는 관련 독출 게이트부(52)에 독출 펄스(XSG)(후에 설명됨)가 인가될 때 관련 수직 CCD(53)로 독출된다. 수직 CCD들(53)은 예컨대 4단 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)에 의해 전송 구동되며 1 주사선(1 라인)에 대응하는 각 부분이 각 수평 공백기의 일부에 전송되도록 독출된 신호 전하들을 수직 방향으로 순차적으로 전송한다.

수직 CCD들(53)에서, 제1단 및 제2단 전송 전극들은 독출 게이트부들(52)의 게이트 전극들로도 사용된다. 따라서, 4단 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4) 중에서 제1단 및 제3단 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1, Ⅴφ3)이 3가지 값, 즉 L 레벨, M 레벨, 및 H 레벨을 갖도록 설정된다. 제3 레벨, 즉 H 레벨의 펄스는 독출 게이트부들(52)을 위한 독출 펄스(XSG)로 사용된다.

촬상 영역(54)(도 20 참조)의 하방에 수평 CCD(55)가 배치된다. 복수의 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로 신호 전하들이 순차적으로 전송되어 매번 1 라인에 대응하는 신호 전하들이 전송된다. 예컨대, 2단 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1, Hφ2)에 의해 전송 구동되는 수평 CCD(55)는 수직 CCD들(53)로부터 전송된 신호 전하들을 수평 방향으로 순차적으로 전송하여, 선행의 수평 공백기 후에 1 라인의 신호 전하들이 수평 주사 기간에 전송된다.

수직 CCD들(53)과 수평 CCD(55) 사이에 제공된 제어 게이트부들(전송 제어부)(56)은 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로 방지하기 위한 전송 방지부들(58), 및 전송 방지부들(58)에 의해 전송이 방지된 전하들을 배출하기 위한 전하 배출부들(58)로 구성되어 있다 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로, 즉 수평 방향의 소정 영역에서, 본 실시예에서는 양단부에서 방지하기 위하여, 제어 게이트부들(56)은 촬상 영역(54) 내 수평 방향의 양단부 영역을 차지하도록 제공되어 있다.

정상 촬상 모드에서, 제어 게이트부들(56)은 수직 CCD들(53)로부터 공급된 모든 신호 전하들을 그대로 일라인씩 수평 CCD(55)로 전송한다. 한편, 고속 촬상 모드에서는 수직 CCD들(53)로부터 일 라인씩 공급된 신호 전하들 중에서, 제어 게이트부들(56)은 중심 영역 내의 신호 전하들만을 수평 CCD(55)로 전송하며, 수평 방향의 양단부 영역 내의 신호 전하들은 전송 방지부들(58)에 의해 수평 CCD(55)로의 전송이 방지되고. 전하 배출부들(59)에 의해 적어도 전송 채널로부터 오버플로우된 전하들을 배출한다. 제어 게이트부들(56)의 특정 구성이 후에 상세히 설명될 것이다.

예컨대, 부동 확산 증폭기의 구성을 가진 전하 대 전압 변환부(57)가 수평 CCD(55)의 전송 목표 단부에 제공된다. 전하 대 전압 변환부(57)는 수평 CCD(55)에 의해 수평으로 전송된 신호 전하들을 순차적으로 전압 신호로 변환하여 출력한다. 전압 신호는 대상체로부터 나온 입사광량에 대응하는 CCD 출력 신호로서 출력된다.

도 21은 제어 게이트부들(56)의 주변부들의 특정 구성을 나타내는 평면 패턴도이며, 도 22는 도 21의 화살표들의 측방으로부터 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 취해진 단면도이다. 도 21에서, 열(X)은 도 20에 도시된 좌측 제어 게이트부(56)의 경계에 위치한 수직렬(X)에 대응하며, 열(Y)은 우측 제어 게이트부(56)의 경계에 있는 수직렬(Y)에 대응한다. 열들(X, Y) 사이의 구성은 생략되어 있다.

각 수직 CCD(53)는 p형 웰(62)을 통해 n형 기판(61)상에 형성된 n형 불순물층으로 된 전송 채널(63) 및 전송 채널(63)의 전송 방향으로 반복되도록 전송 채널(63) 상부에 배열된 4단 전송 전극들(64-1 내지 64-4)로 구성되어 있다. 전송 전극들(64-1, 64-4)은 2층 전극 구조를 갖는데, 제2단 전송 전극(64-2) 및 제4단 전송 전극(64-4)은 제1층 폴리실리콘 전극들(도 22에 일점 쇄선으로 표시)로 형성되고, 제1단 전송 전극(64-1) 및 제3단 전송 전극(64-3)은 제2층 폴리실리콘 전극들(도 22에 이점 쇄선으로 표시)로 형성된다.

각 제어 게이트부(56)는 전술한 바와 같이 전송 방지부(58) 및 전하 배출부(59)로 구성되어 있으며, 수직 CCD들(53)의 최종 전송단의 제3단 전송 전극들(64-3)과 제4단 전송 전극들(64-4) 사이에 배치되어 있다. 각 전송 방지부(58)는 전송 채널들(63) 상부에 배치된 제2층 폴리실리콘 게이트 전극(65)(도 21에 이점 쇄선으로 표시)으로 구성되어 있다. 또한, 게이트 전극(65) 하방의 전송 채널(63)의 표면부에는 p-형 불순물층(69)이 형성되어 있다.

한편, 각 전하 배출부(59)는 전송 채널들(63) 상부에 배치된 제1층 폴리실리콘 드레인 전극(66)(도 21에 일점 쇄선으로 표시), 전송 채널들(63)로부터 오버플로우된 전하들을 측방으로 안내하기 위하여 인접 전송 채널들(63)을 연결하도록 제공된 오버플로우 채널들(전하 안내부들)(67), 및 오버플로우 채널들(67)에 의해 안내된 전하들을 제거하기 위한 드레인부들(68a, 68b)(도 20 참조)로 구성되어 있다. 예컨대, 드레인부들(68a, 68b)에는 전원 전압이 인가된다.

수평 CCD(55)는 n형 불순물층으로 된 전송 채널(70) 및 전송 채널(70)의 전송 방향으로 반복되도록 전송 채널(70) 상부에 배열된 전송 전극(71)과 저장 전극(71)으로 된 전극쌍들로 구성되어 있다. 전극들(29, 30)은 저장 전극(72)이 제1층 폴리실리콘 전극(도 21에 일점 쇄선으로 표시)으로 형성되고 전송 전극(71)이 제2층 폴리실리콘 전극(도 21에 이점 쇄선으로 표시)으로 형성된 2층 전극 구조를 갖고 있다. 전송 전극(71) 하방의 전송 채널(70)의 표면부에는 p-형 불순물층(73)이 형성되어 있다. 반복 배치된 전극쌍들에는 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1, Hφ2)이 교대로 인가된다.

도 20에 도시된 바와 같이, 상기한 구조의 제어 게이트부들(56)은 중심부(54a)를 제외한 촬상 영역(54)익 좌우측 부분들을 차지하고 있다. 정상 촬상 모드에서, 게이트 전극들(65)에 인가된 제어 전압(V-Hold) 및 드레인 전극(66)에 인가된 드레인 전압(V-Drain)은 도 23의 타이밍 차트에서 실선들로 표시된 소정의 타이밍에 따라 H 레벨(수직 전송 클럭 신호들 Ⅴφ1-Ⅴφ4의 M 레벨에 대응) 및 L 레벨로 되어, 제어 게이트부들(56)은 수직 CCD들(53)과 동일한 방식으로 전송 동작을 수행한다. 따라서, 신호 전하들은 그대로 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로 전송된다.

한편, 고속 촬상 모드에서, 제어 전압(V-Hold)은 도 23의 타이밍 차트에서 파성으로 표시된 바와 같이 항상 L 레벨로 설정된다. 결과적으로, 게이트 전극들 하부의 전위들은 얕게 되어 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로 신호 전하들이 전송되는 것이 방지된다. 이 경우에, 드레인 전압(V-Drain)은 항상 H 레벨(수직 전송 클럭 신호들 Ⅴφ1-Ⅴφ4의 M 레벨 이상)로 설정되기 때문에, 드레인 전극들(66) 하방의 전위는 전송 채널들(63)의 전위 레벨 이하가 된다.

상기 구조에서, 게이트 전극들(65) 하방의 전위 장벽들에 의해 정지된 전하들은 드레인 전극들(66)의 하방에 축적된다. 전송 채널들(63)로부터 오버플로우된 축적 전하들의 일부는 오버플로우 채널들(67)에 의괘 드레인부들(68a, 68b)을 향해 측방으로 안내되어 드레인부들(68a, 68b)로 제거된다. 결과적으로. 촬상 영역(54)의 중심부(54a) 내의 전하들만이 독출될 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 촬상 영역(54)의 수평 방향의 선택 영역들 내 신호 전하들이 수직 CCD들(53)에서 수평CCD(55)로 전송되는 것을 방지할 수 있는 제어 게이트부들(전송 제어부)(56)은 전송 방지부들(58)이 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로 방지하며 전하 배출부들(59)이 전송 채널들(63)로부터 오버플로우된 전송 방지 전하들의 적어도 일부를 제거할 수 있도록 구성되어 있다. 결과적으로, 전송 방지 전하들의 일부가 수직 CCD들(53)로부터 오버플로우되어 전송 방지부들(58)의 전위 장벽들을 넘어가 수평 CCD(55)로 흐를 가능성이 없어진다. 따라서, 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 전하 전송이 방지되어야 하는 영역들 내의 신호 전하들은 수평 CCD(55)로 전송되는 것이 신뢰성있게 방지될 수 있다.

제2 실시예에서, 제어 게이트부들(56)은 전송 방지부들(58)의 전위 장벽에 의해 전송이 방지된 전하들이 인접 전송 채널들(63)을 연결하는 오버플로우 채널들(67)에 의해 촬상 영역(54)의 수평 단부들로 안내되어 촬상 영역(54)의 양측부상에 형성된 드레인부들(68a, 68b) 안으로 제거되도록 구성되어 있지만, 제어 게이트부들(56)의 구성은 이에 제한되지 않는다.

이하, 제어 게이트부들에 관한 본 발명의 제3 실시예가 설명된다. 도 24는 제3 실시예에 따른 제어 게이트부들의 주요부의 평면 패턴을 나타내며, 도 25a 및 25b는 각각 Ⅲ-Ⅲ' 및 Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 취해진 단면도이다. 도 24 및 25a-25b에서, 도 21 및 22의 요소와 동일한 요소들은 동일한 참조 부호가 주어진다.

제2 실시예의 제어 게이트부들(56)과 같이, 제3 실시예의 각 제어 게이트부들(56')은 전송 방지부(58') 및 전하 배출부(59')로 구성되어 있다. 이 실시예에서, 각 제어 게이트부(56)는 수직 CCD들(53)의 최종 전송단의 제4단 전송 전극(64-4)과 수평 CCD(55) 사이에 배치되어 있다. 전송 방지부(58')는 전송 채널들(63) 상부에 배치된 제1층 폴리실리콘 게이트 전극(65')(도 24에 일점 쇄선으로 표시)으로 구성되어 있다.

한편, 전하 배출부(59')는 제2층 폴리실리콘 드레인 전극(66')(도 24에 이점 쇄선으로 표시). 전송 채널들(63)로부터 오버플로우된 전하들을 측방으로 안내하기 위해 인접 전송 채널들(63)을 연결하도록 제공된 오버플로우 채널들(전하 안내부들)(67'), 및 각 오버플로우 채널들(67') 내에 형성된 드레인들(74)로 구성되어 있다. 도 24에서, 해칭된 영역들은 채널 스톱(CS) 영역들이다.

도 25b에 도시된 바와 같이. 드레인들(74)은 n형 기판(61) 자체로 구성되어 있다. 즉, n형 기판(61)은 오버플로우 채널들(67')의 부분들에서 노출되어 있다. 또한, 도 25b로부터 알 수 있드시, 각 오버플로우 채널(67')의 표면부에는 P⁺형 불순물층(75)이 형성되어, 오버플로우 채널(67')의 전위는 전송 채널들(63)의 전위보다 얕게된다.

그 다음, 제3 실시예의 상기 구조의 제어 게이트부들(56')의 동작이 설명된다. 먼저, 고속 촬상 모드의 동작이 설명된다. 도 26 및 27은 각각 고속 촬상 모도의 타이밍 차트 및 전위도이다. 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)이 인가되어 수직 CCD들(53)에 의해 수직 전송이 수행될 때, 게이트 전극들(65') 하방의 전송 채널들(63)의 전위들은 게이트 전극들(65')에 L 레벨 제어 전압(V-Hold)을 인가함으로써 더 얕아진다. 결과적인 전위 장벽들은 신호 전하들이 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로 전송되는 것을 방지한다.

이 시점에서, 드레인 전극들(66')에는 H 레벨의 드레인 전압(V-Drain)이 인가되어 오버플로우 채널들(67')의 전위들은 전송 채널들(63)이 H 레벨의 전압을 공급받을 때 얻어지는 전위 레벨보다 얕고 전송 방지부들(58')이 L 레벨의 전압을 공급받을 때 얻어지는 전위 레벨보다는 깊은 중간 레벨로 설정된다. 결과적으로. 전송 방지부들(58')에 의해 전송이 방지되어 전송 채널들(63) 내에 과다하게 축적된 신호 전하들의 "부동(supernatant)" 부분, 즉 도 27에 도시된 파선들로 표시된 레벨보다 높은 전위를 갖는 신호 전하들이 오버플로우 채널들(67')을 경유하여 드레인들(74), 즉 기판(61) 안으로 제거된다.

일반적으로, 기판(61)에 인가되는 기판 전압(Vsub)은 센서부들의 포화 신호 전하량을 일정 레벨로 유지하기 위하여 가변된다. 예컨대, 수직 오버플로우 드레인 구조의 센서부들에서 제조 등의 변화에 기인하여 오버플로우 장벽 전위의 변화가 발생하는 경우, 포화 신호 전하량은 기판 전압(Vsub)을 통해 오버플로우 장벽 전위를 제어함으로써 일정하게 유지될 수 있다.

기판 전압(Vsub)이 고려중인 경우에서처럼 가변적인 경우, 오버플로우 채널들(67')의 전위는 기판 전압 (Vsub)의 가변 범위의 하한보다 낮게 설정될 수 있다. 결과적으로. 기판 전압(Vsub)이 포화 신호 전하량을 일정 레벨로 유지하기 위하여 임의의 전압값으로 설정되는 경우에도, 전송 방지에 의한 초과 전하들은 기판 전압(Vsub)의 값에 영향을 받지 않고 적절히 기판(61) 안으로 제거될 수 있다.

그 다음, 정상 촬상 모드(정상 전송에서)의 동작이 설명된다. 도 28 및 29는 각각 정상 촬상 모드의 타이밍 차트 및 전위도이다. 수직 CCD들(53)의 전송 시작과 동시에, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)에 기초한 1 라인 이동이 H 레벨로 설정된 제어 전압(V-Hold) 및 드레인 전압(V-Drain)으로 수행된다

1 라인 이동의 완료 후, 드레인 전압(V-Drain) 및 제어 전압(V-Hold)은 순서대로 L 레벨로 된다. 결과적으로, 수직 CCD들(53)을 통해 수직 전송된 신호 전하들은 전송 방지부들(58')을 통해 수평 CCD(55)로 전송된다. 이러한 정상 전송 동안에, 전하 배출부들(59')은 전송만을 수행하며 저장은 수행하지 않는다. 따라서, 신호 전하들이 전송 채널들(53)의 전위보다 낮은 전위를 가진 오버플로우 채널들(67')을 통과하여 기판(61)으로 제거되는 경우가 발생하지 않게 된다.

전술한 바와 같이, 촬상 영역(54)의 수평 방향의 선택 영역들 내의 신호 전하들이 수직 CCD들(53)에서 수평CCD(55)로 전송되는 것을 방지할 수 있는 제어 게이트부들(전송 제어부)(56')에서, 전송 방지부들(58')에 의해 전송이 방지되는 신호 전하들을 배출하기 위한 전하 배출부들(59')은 이러한 신호 전하들이 오버플로우 채널들(67')을 통해 기판(61)(즉, 드레인들(74) 안으로 직접 제거되는 드레인 구조를 갖는다. 이것은 다음과 같은 장점을 제공한다.

전송 방지로부터 결과된 과잉 전하들의 배출 목적지들(드레인들(74))은 전송 채널들(63)에 매우 근접하게 제공되어 있기 때문에, 큰 촬상 영역(54)을 가진 CCD 고체 촬상 장치의 경우에도 과잉 전하들은 전송 채널들(63)의 수평 위치에 관계없이 신뢰성있게 배출될 수 있다. 따라서, 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 전송이 방지되어야 하는 영역들 내의 신호 전하들은 전송이 신뢰성있게 방지될 수 있다 또한, 단지 미세한 V-H 패턴의 영역에서 기판(61)을 노출시키는 것만이 필요하며, 이것은 쉽게 이루어질 수 있다.

제 3실시예에서, 전하 배출부들(59')은 드레인들(74)이 오버플로우 채널들(67')에서 기판(61)을 노출시킴으로써 형성되고 전송 방지로부터 결과된 과잉 전하들이 기판(61) 안으로 직접 제거되도록 구성되어 있다. 또한, 도 30에 도시된 바와 같이, n형 접촉부들(76)이 인접 전송 채널들(63)을 연결하는 오버플로우 채널들(67') 내에 형성되어 전원 또는 n형 배면 기판(61)에 접속된 드레인 구조가 사용될 수 있다. 전송 방지된 전하들은 전송 채널들(63) 우측에 형성된 접촉부들(76)을 경유하여 전원 또는 기판(61) 안으로 제거된다.

제3 실시예에서, 제어 게이트부들(56')은 수직 CCD들(53)의 최종 전송단의 제4단 전송 전극들(64-4)과 수평 CCD(55) 사이에 제공된다. 또한, 제2 실시예의 경우에서처럼, 유사한 장점을 제공하기 위하여 제어 게이트부들(56')은 수직 CCD들(53)의 최종 전송단의 제3단 전송 전극들(64-3)과 제4단 전송 전극들(64-4) 사이에 제공될 수 있다.

전술한 제1 내지 제3 실시예들은 인터라인 전송형(IT) CCD 고체 촬상 장치에 본 발명이 적용된 경우에 해당하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 촬상 영역 외에 각각의 화소들의 신호 전하들을 일시적으로 저장하기 위한 저장 영역을 구비한 프레임 전송(FT)형 및 프레임 인터라인 전송(FIT)형 CCD 고체 촬상 장치들에도 유사한 방식으로 적용될 수도 있다. 이러한 경우에, 선택적으로, 즉 촬상 영역의 수평 방향의 소정 영역들에서 V-H 전송을 방지할 수 있는 제어 게이트부들(전송 제어부)이 촬상 영역과 저장 영역 사이에, 또는 저장 영역과 수평 CCD 사이에 제공될 수 있다.

도 31은 본 발명의 제4 실시예에 따른 제어 게이트부들의 주요부의 평면 패턴을 나타내며, 도 32a 및 32b는 도 31의 Ⅴ-Ⅴ' 및 Ⅵ-Ⅵ' 선을 따라 취해진 단면도이다. 도 31 및 32a-32b에서, 도 24 및 25a-25b의 요소들과 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들이 주어진다.

제2 실시예의 제어 게이트부들(56)과 같이, 제4 실시예에 따른 각 제어 게이트부들(56")은 수직 CCD들(53)의 최종 전송단의 제4단 전송 전극(64-4)과 수평 CCD(55) 사이에 제공된 전송 방지부(58") 및 전하 배출부(59")로 구성되어 있다. 전송 방지부(58")는 전송 채널들(63) 상부에 배치된 제1층 실리콘 게이트 전극(65")으로 구성된 반면, 전하 배출부(69")의 드레인 전극들(77)은 수평 CCD(55)의 Hφ2에 대한 전송부들의 전극들로서 사용되는 제2층 폴리실리콘 전극들(도 31에 이점 쇄선으로 표시)로 형성된다.

즉, 드레인 전극들(77)은, 수평 CCD(55)에 있어서 제2단의 수평 전송 클럭 신호(Hφ2)가 인가되는 전극들 중에서 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들이 패터닝되어 전송 방지부(58)의 제2층 폴리실리콘 게이트 전극(65")을 지나 연장되도록 형성되어 있다. 이러한 구조에서는. 제3 실시예에 사용되는 전용 드레인 전극(66')은 필요하지 않게 된다.

대개, 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1, Hφ2)은 0 내지 3V의 범위에 있으며, 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)은 -7 내지 0V의 범위에 있다. 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 전송 동안에, 수평 전송 클럭 신호들 (Hφ1, Hφ2)은 각각 H 레벨 및 L 레벨로 설정된다.

따라서, 드레인 전극들(77)을 Hφ2를 위한 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성함으로써. 기본적으로 수직CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 전송을 위한 전계는 드레인 전극들(77) 하방의 전송 채널들(63)에 대해 불순물 주입과 같은 공정을 수행하지 않고도 단지 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1, Hφ2) 간의 전압차에 의해 수평 방향으로 얻어질 수 있다. 전하 배출부들(59")의 드레인 구조는 제3 실시예에서와 동일하다. 즉, 전하 배출부들(59")에서, 드레인들(74')은 기판(61)이 전송 채널들(63)로부터 오버플로우된 전하들이 측방으로 흐르도록 하기 위해 인접 전송 채널들(63)을 연결하는 오버플로우 채널들(63) 내에서 노출되도록 형성된다. 도 32b에 도시된 바와 같이, 각 오버플로우 채널(67")의 표면 유입부들에는 P⁺형 불순물층들(75")이 형성되어, 오버플로우 채널들(67")의 전위는 전송 채널들(63)의 전위보다 얕아진다.

이 실시예에서, 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 전송을 위한 전계를 전송 방향으로 더욱 신뢰성있게 생성하기 위하여, 수평 CCD(55)의 전송부들 이상의 불순물 농도를 가진 p형 불순물층들(78)이 이온 주입에 의해 드레인 전극들(77) 하방의 전송 채널들(63) 내에 형성되어 있다.

그 다음, 제4 실시예의 상기 구조의 제어 게이트부들(56")의 동작이 설명된다. 먼저, 고속 촬상 모드(V-H 전송이 방지됨)의 동작이 설명된다. 도 33 및 34는 각각 고속 촬상 모드에서의 타이밍 차트 및 전위도이다. 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)이 인가되어 수직 CCD들(53)에 수직 전송이 수행되는 동안에 게이트 전극들(65") 하방의 전송 채널들(63)의 전위들은 게이트 전극들(65")에 L 레벨의 제어 전압(V-Hold)을 인가함으로써 얕아진다. 결과적인 전위 장벽이 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로 신호 전하들이 전송되는 것을 방지한다.

이때, 드레인 전극들(77)을 구동하기 위한 제2단 수평 클럭 신호(Hφ2)는 L 레벨에 있게 된다. 전송이 방지된 신호 전하들은 드레인 전극들(77) 하방에 축적되며, 전송 채널들(3) 내에 축적된 과잉 전하들의 "부동" 부분, 즉 도 34에서 파선들로 표시된 레벨보다 높은 전위를 가진 신호 전하들은 오버플로우 채널들(67")을 통해 드레인들(74'), 즉 기판(61) 안으로 제거된다.

그 다음, 정상 촬상 모드(정상 전송에서)의 동작이 설명된다. 도 35 및 36은 각각 정상 촬상 모드의 타이밍 차트 및 전위도이다. 수직 CCD들(53)의 전송 시작과 동시에 수직 전송 클럭 신호들(Ⅴφ1-Ⅴφ4)에 기초한 1 라인 이동이 H 레벨로 설정된 제어 전압(V-Hold)으로 수행된다. 이러한 1 라인 이동 기간에 드레인 전극들(77)을 구동하기 위한 제2단 수평 전송 클럭 신호(Hφ2)는 L 레벨에 있고, 따라서 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 전송을 위한 전계가 전송 방향으로 형성되기 때문에 통상의 V-H 전송이 수행된다. 제어 전압(V-Hold)은 항상 H 레벨로 선정될 수 있다. 제어 전압(V-Hold)이 항상 L 레벨에 있는 경우, GND 레벨 외측 또는 내측으로 설정함으로써 클럭 구동기를 생략할 수 있으AM로 단자들의 수를 감소시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 이 실시예에서는 제어 게이트부들(56")에서 전하 배출부들(59")의 게이트 전극들(77)은 수평 CCD(55)의 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성되어 제2단 수평 전송 클럭 신호(Hφ2)에 의해 구동된다. 결과적으로, 게이트 전극들(77)의 구동 전용인 클럭 신호가 생략될 수 있으며, 따라서 이 클럭 신호의 입력을 위한 1 핀(단자)이 제거될 수 있다.

또한, 드레인 전극들(77)은 수평 CCD(55)의 Hφ2를 위한 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성되고 제1단 및 제2단 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1, Hφ2)은 각각 H 레벨 및 L 레벨로 되기 때문에, V-H 전송에 있어서 기본적으로 수직 CCD들(53)에서 수평 CCD(55)로의 전송을 위한 전계는 드레인 전극들(77) 하방의 전송 채널들(63)에 불순물 주입과 같은 공정을 수행하지 않고도 단지 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1, Hφ2) 간의 전압차에 의해 전송 방향으로 얻어질 수 있게 된다.

전술한 제4 실시예에서, 전송 방지로부터 결과된 과잉 전하들은 제3 실시예의 경우에서처럼 인접 전송 채널들(63) 사이에 형성된 드레인들(74') 안으로 제거된다. 또한, 제2 실시예의 경우에서처럼(도 20 및 21 참조), 과잉 전하들은 인접 전송 채널들(63)을 연결하는 오버플로우 채널들(67)에 의해 촬상 영역의 수평 단부들로 안내되어 촬상 영역(54)의 양측에 형성된 드레인들(68a. 68b) 안으로 제거될 수 있다. 이러한 변형례는 아래에 설명된다.

도 37은 제4 실시예의 변형례에 따른 주요부의 평면 패턴을 나타내며, 도 38a 및 38b는 각각 도 37의 Ⅶ-Ⅶ' 및 Ⅷ-Ⅷ' 선을 따라 취해진 단면도이다. 도 37 및 38a-38b에서, 도 31 및 32a-32b에서의 요소들과 동일한 요소들은 동일한 참조 부호가 주어진다.

이 변형례의 전하 배출부들(59")에서, 드레인 전극들(77)은 오버플로우 채널들(67") 사이에 수평 CCD(55)의 Hφ2를 위한 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들(도 37에 이점 쇄선으로 표시)로서 형성되며, 드레인들(79)로서 n⁺형 불순물층들이 촬상 영역 외측에 형성된다. 전송 방지로부터 결과된 과잉 전하들은 오버플로우 채널들(67")에 의해 안내되어 예컨대, 전원 전압을 공급받는 드레인들(79) 안으로 제거된다.

제4 실시예 및 그 변형례에서 전하 배출부들(59 ")의 드레인 전극들(77)은 수평 CCD(55)의 Hφ2를 위한 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성되지만. 이들은 도 39에 도시된 수평 CCD(55)의 Hφ1을 위한 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성될 수 있다. 즉, 수평 CCD(55)에서 드레인 전극들(80)은 제1단 수평 전송 클럭 신호(Hφ1)가 인가되는 제2층 폴리실리콘 전극들이 패터닝되어 전송 방지부들(58 ")의 제1층 폴리실리콘 게이트 전극들(65')을 지나 연장되도록 구성된다.

이 경우, 수직 전송 동안에 제1단 수평 전송 클럭 신호(Hφ1)는 H 레벨로 복귀한다. 따라서, 드레인 전극들(80) 하부의 전송 채널들(63)의 부분들의 전위를 얕게 만들기 위하여, 드레인 전극들(80) 하부의 p형 불순물층의 농도는 드레인 전극들(77)이 Hφ2를 위한 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성된 경우에서보다 높게 설정된다. 이러한 방식으로. 수직 전송 동작이 적절히 수행될 수 있다.

도 39와 37을 비교하여 알 수 있드시, 전하 배출부들(59 ")의 드레인 전극들(80)이 수평 CCD(55)의 Hφ1을 위한 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성되는 경우에, 드레인 전극들(80)은 드레인 전극들(80)이 Ⅴφ2를 위한 전송부들의 제2층 폴리실리콘 전극들로 형성되는 경우에서보다 더 넓게 패터닝될 수 있다. 이것은 드FP인 전극들(80)의 패터닝 측면에서 유리하다.

도 37의 예와 같이, 도 39의 예는 전송 방지로부터 결과된 과잉 전하들이 오버플로우 채널들(67 ")을 경유하여 촬상 영역의 외측의 드레인들(79) 안으로 제거되는 경우에 관한 것이다. 도 39의 구성은 제4 실시예의 경우에서처럼 인접 전송 채널들(63) 사이에 형성된 드레인들(74)(또는 드레인들(76)) 안으로 제거되는 경우에도 적용될 수 있다는 것은 명백하다.

전술한 실시예들에서, 고속 촬상 모드의 동작은 1 라인 신호 전하들의 일부가 수평 CCD(55)로 전송되는 것이 단지 제어 게이트부들(16)에 의해 방지되거나 1 라인 신호 전하들의 일부가 제어 게이트부들(56)의 전송 방지부들(58)에 의해 방지되어 전송 방지로부터 결과된 과잉 전하들이 전하 배출부들(59, 59', 또는 59 ")(제2 내지 제4 실시예들)을 경유하여 제거되도록 이루어진다 다른 변형으로서. 전송 방지된 신호 전하들만이 제거될 수 있다.

예컨대, 도 2 및 3의 구성을 고려할 것이다. 고속 촬상 모드에서. 제1 실시예에서는 제어 게이트부들(16)의 전송 전극들(25) 및 저장 전극들(26)에 L 레벨의 제어 전압(V-Hold)이 인가되는 동안 고전압이 인가될 수 있다. 결과적으로, 고속 촬상 모드에서, 제어 게이트부들(16)의 전송 전극들(25) 및 저장 전극들(26) 하부의 전위들은 전송 채널들(23)의 깊은 전위 레밸보다 더 깊게 되어 큰 그루브들" 이 형성된다. 전송 방지된 신호 전하들은 이 그루브들 안으로 떨어진다.

드레인부들은 제2실시예의 경우에서처럼 촬상 영역의 양측에 제공될 수 있으며, 그루브들 안으로 떨어진 전하들은 드래인부들로 안내되어 제거될 수 있다. 또한, 제3 실시예의 경우에서처럼, 드레인부들은 인접 전송 채널들 사이에 형성될 수 있으며, 그루브들 안으로 떨어진 전하들은 기판 안으로 직접 제거될 수 있으며, 또는 n형 접촉부들을 경유하여 전원 또는 n형 기판 안으로 제거될 수 있다.

상기 구조에서, 고속 촬상 모드에서 고전압이 인가되는 각 제어 게이트부는 전송 전극 및 저장 전극으로 이루어진 2층 전극 구조를 갖는데. 그 이유는 수직 CCD들이 4단 구동/2층 전극 구조를 갖기 때문이다. 수직 CCD들이 3단 구동/3층 전극 구조를 갖는 경우에 각 제어 게이트부는 단층 전극 구조를 가겨야 한다. 또한, 제2 실시예의 경우에서처럼, 각 제어 게이트부는 수직 CCD들의 최종 전송단의 제3단 및 제4단 전송 전극들 사이에 제공될 수 있다.

도 40은 본 발명의 제5 실시예에 따른 수직 CCD들의 예를 나타내는 배선 패턴이다. 상기 실시예들에 있어서, 고속 촬상 모드에서는 수평 CCD로 전송될 신호 전하들을 가진 라인들 외의 라인들의 신호 전하들도 센서부들로부터 수직 CCD들로 독출된 후 고속으로 수직 전송되어 제거된다. 이와 달리, 이 실시예에서는 수평 CCD로 전송될 신호 전하들을 가진 라인들 외의 라인들에 대하여는 신호 전하들이 센서부들로부터 수직 CCD들로 독출되지 않는다.

이제, 이 실시예의 특정 구성이 도 2 및 3에 도시된 CCD 고체 촬상 장치에 의도된 개념이 적용된 경우에 대하여 설명된다. 설명을 간단히 하기 위하여, 도 40은 신호 전하들이 차상 수직 방향의 4 화소들의 중심 영역에서만 독출될 수 있고 고속 촬상 모드에서는 신호 전하들이 중심부의 상부 및 하부 각각의 4 화소들의 영역에서는 독출되지 않는 경우를 나타내고 있다.

이러한 배선 시스템에서, 고속 촬상 모드에서 수직 방향의 특정 영역에서 신호 전하들이 독출되도록 하기 위하여, 제1단 수직 전송 클릭 신호(Vφ1) 및 제3단 수직 전송 클럭 신호(Vφ3)에 대한 신규한 배선이 고안되었다. 특히, 수직 전송 신호들(Vφl/Vφ1', Vφ3/Vφ3')의 2개 시스템들이 각각 제1단 및 제3단 수직 전송 클럭 신호들로서 준비되며, 6개의 버스 라인들(L1-L6)이 수직 전송 클럭 신호들을 전송하도록 배선된다.

고속 촬상 모드에서 독출의 대상인 중심 영역이 아닌 영역들의 제1단 전송 전극들(24-1)은 한 화소씩 걸러 수직 전송 클럭 신호(Vφ1)를 전송하기 위한 버스 라인(L1)에 접속된다. 고속 촬상 모드에서 독출의 대상인 중심 영역의 제1단 전송 전극들(24-1)은 한 화소씩 걸러 수직 전송 클럭 신호(Vφ1')를 전송하기 위한 버스 라인(L2)에 접속된다. 제2단 전송 전극들(24-2)은 한 화소씩 걸러 수직 전송 클럭 신호(Vφ2)를 전송하기 위한 버스 라인(L3)에 접속된다.

고속 촬상 모드에서 독출의 대상인 중심 영역이 아닌 다른 영역들의 제3단 전송 전극들(24-3)은 한 화소씩 걸러 수직 전송 클럭 신호(Vφ3)를 전송하기 위한 버스 라인(L4)에 접속된다. 고속 촬상 모드에서 독출의 대상인 중심 영역의 제3단 전송 전극들(24-3)은 한 화소씩 걸러 수직 전송 클럭 신호(Vφ3')를 전송하기 위한 버스 라인(L5)에 접속된다. 제4단 전송 전극들(24-4)은 한 화소씩 걸러 수직 전송 클럭 신호(Vφ4)를 전송하기 위한 버스 라인(L6)에 접속된다.

상기 구조에서, 수직 전송 클럭 신호들(Vφ1, Vφl', Vφ2, Vφ3, Vφ3', 및 Vφ4)은 정상 촬상 모드에서 공급된다. 결과적으로, 신호 전하들은 독출 게이트부들(12)을 통해 모든 센서부들(11)로부터 수직 CCD(13)로 독출된다. 한편, 독출 펄스들(XSG)은 수직 방향의 중심 영역에 있는 센서부들에 대한 독출 게이트부들(12)에만 인가된다. 즉. 독출 펄스들(XSG)은 다른 센서부들(11)에 대한 독출 게이트부들(12)에는 인가되지 않는다. 따라서, 신호 전하들은 중심 영역 내 4개의 센서부들(11)로부터만 수직 CCD(3)로 독출된다.

n=1(도 5 참조)인 경우, 즉 9 배속 촬상 모드의 동작에 대한 설명이 주어진다. 수직 공백기에 수직 전송 클럭 신호들(Vφl', Vφ2, Vφ3' 및 Vφ4)을 공급함으로써 전체 수직 길이의 1/3을 점유하는 촬상 영역의 중심 영역 내의 신호 전하들만이 수직 CCD들(13)로 독출된다. 그 다음, 전체 수직 길이의 1/3을 점유하는 촬상 영역(14)의 중심 영역에서 독출된 신호 전하들을 이동시키기 위하여 프레임 이동 동작이 수행된다.

프레임 이동 완료 직후, 수직 전송 클럭 신호들(Vφl', Vφ2, Vφ3', Vφ4)은 다음 필드의 신호 전하들을 중심 1/3 영역의 센서부들(11)로부터 수직 CCD들(13)로 독출하도록 제공된다. 그 다음, 수직 공백기의 최종 수평 공백기에 라인 이동 동작이 수행되어 전체 수직 길이의 1/3을 점유하는 중심 영역에서 먼저 독출된 신호 전하들 중에서 제1 라인의 신호 전하들이 수직 CCD들(13)로부터 수평 CCD(15)로 독출된다.

이 시점에서, 전술한 바와 같이, 촬상 영역(14)의 수평 방향의 양단부 영역 내의 신호 전하들은 제어 게이트부들(15)에 의해 수직 CCD들(13)에서 수평 CCD(15)로 전송되는 것이 방지된다. 결과적으로, 1 라인의 신호 전하들 중에서 전체 수평 길이의 1/3을 점유하는 중심 영역 내의 신호 전하들만이 수직 CCD들(13)로부터 수평 CCD(15)로 전송된다.

그 다음, 수평 CCD(15)로 전송된 신호 전하들은 유효 수평기의 상반기에 도 2에 도시된 하부 위치들로 수평 전송된다. 상기 라인 이동 및 수평 전송은 중간 수평 공백기들 및 유효 수평기들에 전체 수직 길이의 1/3을 차지하는 중심 영역의 모든 제1 독출 라인들에 대해 수행된다. 결과적으로, 제2 독출 신호 전하들은 촬상 영역(14)의 하부 1/3 영역으로 이동된다.

이후, 전체 수직 길이의 1/3을 점유하는 중심부 내 센서부들(11) 내의 다음 필드 신호 전하들이 유효 공백기들 사이에 제공되는 수직 공백기에 수직 전송 클럭 신호들(Vφl', Vφ2, Vφ3', 및 Vφ4)을 제공함으로써 수직 CCD들(13)로 독출된다 그 다음, 전체 수직 길이의 1/3을 점유하는 중심 영역에서 2차로 독출된 신호 전하들 중에서 제1 라인의 신호 전하들이 수평 공백기에 수직 CCD들(13)로부터 수평 CCD(15)로 독출된다. 이후, 상기 일련의 동작이 반복된다.

전술한 바와 같이, 고속 촬상 모드에서 수직 방향의 일부 영역만의 신호 전하들을 독출함으로써, 신호 전하들을 고속으로 수직 전송하고 이들을 수직 공백기에 제거할 필요없이, 프레임 이동의 완료 직후에 다음 필드의 신호 전하들이 독출될 수 있게 된다. 또한, 하나의 라인 이동에 의해 수평 CCD(15)로 전송된 신호 전하들이 제어 게이트부(16) 하부의 위치들로 수평 전송된 직후에 하나의 라인 이동이 수행될 수 있다 따라서, 고속 수직 전송에 의한 시간 손실이 발생하지 않게 되어 고속 촬상의 실현에 기여한다.

이 실시예에서 의도된 개념은 도 2에 도시된 제1 실시예의 CCD 고체 촬상 장치에 적용되지만, 도 20에 도시된 제2 실시예 및 그 변형례의 CCD 고체 촬상 장치에도 유사한 방식으로 적용될 수 있다. 또한, 수직 방향의 일부 영역에서만 신호 전하들을 독출하는 기본 기술 개념의 응용은 고속 촬상이 가능한 상기 CCD 고체 촬상 장치에 제한되는 것은 아니다. 즉, 수직 방향의 임의의 영역만의 신호 전하들은 수평 방향의 촬상 영역(14) 내 신호 전하들을 독출하는 방법에 대한 어떠한 제한을 부과하지 않고 선택적으로 독출될 수 있다.

도 41은 본 발명의 제6 실시예의 일반적인 구성을 나타낸다. 반면, 상기 실시예들은 광학 블랙 영역(OPB)의 구성에 관하여는 전혀 언급하고 있지 않다. 이 실시예는 OPB의 구성에 의해 특정된다. OPB는 각 라인의 신호에 영상 신호들의 절대 레벨을 결정하기 위한 기준 레밸로서 블랙 레밸을 제공하기 위한 영역이다.

도 41에 도시된 바와 같이, 촬상 영역(84)은 복수의 센서부(81) 및 복수의 수직 CCD들(83)로 구성되어 있다. 행렬(수직 및 수평) 방향, 즉 매트릭스 형태로 배열된 센서부들(81)은 입사광을 입사광의 광량에 대응하는 양의 신호 전하들로 변환하여 저장한다. 센서부들(81)의 각 수직렬에 대해 제공된 각 수직 CCD(83)는 각각의 독출 게이트부들(82)에 의해 센서부들(81)로부터 독출괸 신호 전하들을 수직으로 전송한다.

촬상 영역(84)에서, 각 센서부(81)는 예컨대, pn 접합 광 다이오드이다. 각각의 센서부(81)에 저장된 신호 전하는 관련 독출 게이트부(82)에 독출 펄스(XSG)가 인가될 때 관련 수직 CCD(83)로 독출된다 수직 CCD들(83)은 예컨대, 4단 수직 전송 클럭 신호들(Vφ1-Vφ4)에 의해 전송 구동되며, 하나의 주사선(1 라인)에 대응하는 각 부분이 각 수평 공백기의 일부에 전송되도록 독출 신호 전하들의 일부분들을 수직 방향으로 순차적으로 전송한다.

수평 CCD(85)는 촬상 영역(84) 아래에 배치되어 있다(도 41 참조). 신호 전하들은 1 라인에 대응하는 신호 전하들이 각 시간에 전송되도록 복수의 수직 CCD(83)에서 수평 CCD(85)로 순차적으로 전송된다. 예컨대, 2단 수평 전송 클럭 신호들(Hφ1-Hφ2)에 의해 전송 구동되는 수평 CCD(85)는 선행 수평 공백기 후의 수평 주사기에 1 라인의 신호 전하들이 전송되도록 수직 CCD들(83)로부터 전송된 신호 전하들을 수평 방향으로 순차적으로 전송한다.

제어 게이트부들(전송 제어부)(86)은 수직 CCD들(83)과 수평 CCD(85) 사이에 제공되어 있다. 수직 CCD들(83)에서 수평 CCD(85)로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로, 즉 수평 방향의 소정 영역, 이 경우에는 양 단부 영역에서 방지하기 위하여, 제어 게이트부들(86)은 촬상 영역(84)의 수평 방향으로 양 단부 영역을 점유하도록 제공되어 있다.

정상 촬상 모드에서, 제어 게이트부들(85)은 수직 CCD들(83)에서 수평 CCD(85)로 1 라인씩 공급된 모든 신호 전하들을 그대로 전송한다. 한편. 고속 촬상 모드에서는 제어 게이트부들(86)은 수평 방향의 양 단부 영역내의 신호 전하들이 수평 CCD(85)로 전송되는 것을 방지하면서 수직 CCD들(83)로부터 1 라인씩 공급된 전하들 중에서 중심 영역 내의 신호 전하들만을 수평 CCD(85)로 전송한다.

예컨대, 부동 확산 증폭기의 구성을 가진 전하 대 전압 변환부(87)가 수평 CCD(85)의 전송 목표 단부에 제공되어 있다. 전하 대 전압 변환부(87)는 수평 CCD(85)에 의해 수평으로 전송된 신호 전하들을 전압 신호로 순차적으로 변환하여 출력한다. 전압 신호는 대상체로부터 들어오는 입사 광량에 대응하는 CCD 출력 신호로서 출력 된다.

예컨대, 촬상 영역으로부터 소정의 간격을 둔 촬상 영역(84)의 우측에 OPB(87)가 배치되어 있다. OPB(88)는 예컨대 pn 접합 광다이오드로 각각 이루어진 센서부들(87), 및 독출 게이트부들(90)에 의해 센서부들(87)로부터 독출된 전하들을 수직으로 전송하기 위한 수직 CCD(91)로 각각 구성된 복수(이 실시예에서는 2개)의 열을 구비하고 있다. OPB(88)의 전표면은 알루미늄층과 같은 광 차단층(도시되지 않음)에 의해 광학적으로 차단된다. 도 10과 관련한 동작의 기술에서 이미 설명한 바와 같이, OPB(88)에서 얻은 전하들은 출력되어 각 라인의 신호 전하들 뒤에 추가된다.

촬상 영역 내의 수직 CCD들(83) 및 OPB(88) 내의 수진 CCD들(91)에 4단 수직 전송 클럭 신호들(Vφ1-Vφ4)을 공급하기 위한 버스 라인들(92), 및 제어 게이트부(86)에 제어 전압(V-Hold)을 공급하기 위한 신호 라인(93)이 촬상 영역(84)과 OPB(88) 사이의 영역에 배선되어 있다. 배선 길이와 함께 증가하는 클럭 신호의 전송지연을 감소시키기 위하여, 수직 전송 클럭 신호들(Vφ1-Vφ4)은 양측으로부터 촬상 영역(84)으로 공급된다.

전술한 바와 같이, OPB(88)는 촬상 영역(84)으로부터 소정의 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 이들 사이의 공백 영역은 4단 수직 전송 클럭 신호들(Vφ1-Vφ4)을 공급하기 위한 버스 라인(92) 및 제어 전압(V-Hold)을 공급하기 위한 신호 라인(93)의 배선 영역으로 사용될 수 있다. 또한, 알루미늄을 사용함으로써, 버스 라인들(92) 및 신호 라인(93)은 촬상 영역(84) 및 OPB(88)의 광 차단층과 동일한 층으로 형성될 수 있다. 또한, 촬상 영역과 OPB(99) 간의 배선은 OPB(88) 외측에 배선된 수직 전송 클럭 신호들(Vφ1-Vφ4)을 위한 버스 라인들(92)과 함께 제어 전압(V-Hold)을 위한 신호 라인(93)(그리고, 본 개념이 제2 또는 제3 실시예에 적용되는 경우 드레인 전압(V-Drain)을 위한 신호 라인)만을 포함할 수 있다.

이 실시예에서 OPB(88)는 촬상 영역(54)의 우측에 배치되고 OPB(88)에서 발생한 전하들은 각 라인의 신호 전하들 뒤에 추가되지만, 촬상 영역(84)의 좌측에 OPB(88)가 배치되고 OPB(88)에서 발생한 전하들이 각 라인의 전하들 앞쉐 추가되는 다른 구성도 가능하다. 촬상 영역(84)의 좌측에 OPB를 배치하는 것은 촬상 영역(84)과 OPB(88) 간의 영역(즉, 배선 영역) 아래의 수평 CCD(85)의 일부가 9 배속 촬상 모드보다 느린 고속 촬상 모드에서 버퍼로 사용될 수 있기 때문에 효율면에서 이점이 있다.

OPB(88)를 촬상 영역(84)으로부터 소정의 간격을 두고 배치하는 것이 이들 간의 영역을 배선 영역으로 사용할 수 있는 이점을 제공한다고 언급되어 있지만, OPB(88)가 배선 영역으로 사용되지 않는 경우에도 다음과 같은 장점이 얻어질 수 있다. OPB(88)가 촬상 영역(84)에 인접 배치되는 경우, OPB(88)의 전표면이 광 차단층에 의해 차단되는 경우에도, 예컨대 촬상 영역(84) 측부로부터 광의 경사 입사에 기인한 광의 누설이 불가피하게 발생하며 따라서 촬상 영역(84)의 측부상의 OPB(88)의 수개의 화소들의 영역에서 발생한 전하들은 의도된 목적을 위해 사용될 수 없게 된다. 이와 달리, OPB(88)가 촬상 영역으로부터 소정의 간격을 두고 배치되는 경우에는 촬상 영역(84) 측부로부터 광의 누설이 발생하지 않으며, 따라서 OPB(88)에서 발생한 모든 화소의 전하들이 의도된 목적으로 사용될 수 있다.

도 42는 본 발명에 따른 카메라의 일반 구성을 나타낸다. 도 42를 참조하면, 대상체로부터 나온 광은 렌즈(94)와 같은 광학계에 의해 CCD 고체 촬상 장치(95)의 촬상 영역으로 안내된다. CCD 고체 촬상 장치(95)는 제1 내지 제6 실시예 및 이들의 변형례들에 따른 CCD 고체 촬상 장치일 수 있다. 구동 회로(96)가 신호 전하 독출, 수직 전송. 수평 전송. 정상 및 고속 촬상 모드들 간의 전환, 및 수직 CCD들 및 수평 CCD로부터 신호 전하들의 전송의 방지 등과 같이, CCD 고체 촬상 장치(95)에 의해 수행되는 동작들에 대한 각종 구동 제어를 수행한다. 신호 처리 회로(97)가 CCD 고체 촬상 장치(95)의 촬상 출력에 관한 각종 신호 처리를 수행한다.

전술한 바와 같이, 촬상 장치로서 본 발명의 CCD 고체 촬상 장치. 특히 제1 실시예 내지 제5 실시예의 CCD 고체 촬상 장치를 사용함으로써, 스크린 중심(광학 중심)을 기준으로 사용하여 고속 촬상이 수행될 수 있으며, 이에 따라 동작의 용이성이 개선되고 광학 줌잉시에도 중심 이탈이 일어나지 않게 된다. 또한, 본 발명의 CCD 고체 촬상 장치는 적은 전력을 소모하는 전지 구동에 적합하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 특징에 따른 고체 촬상 장치에서는 촬상 영역의 수평 방향의 선택된 영역내의 신호 전하들이 수직 전송부들로부터 수평 전송부로 전송되는 것을 방지할 수 있는 전송 제어부가 제공되어 있다. 결과적으로, 수평 방향의 특정 영역만의 신호 전하들이 독출될 수 있기 때문에 구동 주파수를 증가시키지 않고도 고속 촬상이 실현될 수 있다 구동 주파수를 증가시키지 않는 것은 전력 소모면에서 이점이 있다 또한, 제어 전압(V-Hold)을 공급하기 위한 단자를 추가함으로써 의도된 목적이 이루어질 수 있기 때문에 장치의 구조도 간단하다.

본 발명의 다른 특징에 따른 고체 촬상 장치는 수직 방향의 선택된 영역만의 신호 전하들이 독출될 수 있는 구조를 갖고 있다. 따라서, 수직 방향의 특정 영역만의 신호 전하들이 독출될 수 있다. 고속으로 수직 전송 동작을 수행하고 수직 방향의 다른 영역의 신호 전하들을 제거할 필요가 없기 때문에, 고속 활상에서의 시간 손실을 제거하는 데 효과적이다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 고체 촬상 장치에서는 촬상 영역으로부터 소정의 간격을 두고 광학 블랙 영역이 배치된다. 이들 사이에는 공백 영역이 개재되어 있기 때문에. 예컨대 광학 블랙 영역의 주변부의 센서부들에의 광의 경사 입사에 기인한 광의 누설이 발생하지 않게 된다. 또한, 공백 영역은 배선 영역으로 사용될 수 있다.

Claims

매트릭스 방식으로 배열되어 광전 변환을 수행하기 위한 복수의 센서부: 상기 복수의 센서부에서의 광전 변환을 통해 얻은 신호 전하들을 독출하기 위한 독출부: 상기 독출부에 의해 상기 센서부들로부터 독출된 신호 전하들을 수직 전송하기 위한 수직 전송부들: 상기 수직 전송부들로부터 이동된 신호 전하들을 수평 전송하기 위한 수평 전송부: 및 수평 방향의 일부 영역에서 상기 수직 전송부들로부터 상기 수평 전송부로의 신호 전하들의 전송을 방지할 수 있는 전송 제어부를 포함하는 고체 촬상 장치.
제 1항에 있어서, 상기 일부 영역은 수평 방향의 양단부 영역인 고체 촬상 장치.
제 2항에 있어서, 상기 일부 영역은 촬상 영역의 전체 수평 길이의 1/2 이상을 차지하는 고체 촬상 장치.
제 3항에 있어서, 상기 일부 영역은 될상 영역의 전체 수평 길이의 2/3 이상을 차지하는 고체 촬상 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전송 제어부는 상기 수직 전송부들로부터 상기 수평 전송부로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로 방지할 수 있는 전송 방지부를 포함하는 고체 촬상 장치.
제 5항에 있어서, 상기 전송 제어부는, 상기 전송 방지부에 의해 전송 방지되어 전송 채널로부터 오버플로우된 신호 전하들을 인접 전송 채널 안으로 흐르게 하기 위한 전하 안내부를 더 포함하는 고체 촬상 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전송 제어부는 상기 수직 전송부들로부터 상기 수평 전송부로의 신호 전하들의 전송을 선택적으로 방지할 수 있는 전송 방지부. 및 상기 전송 방지부에 의해 전송 방지된 신호 전하들을 제거하기 위한 전하 배출부를 포함하는 고체 촬상 장치.
제 7항에 있어서, 상기 전하 배출부는 촬상 영역의 측부에 형성된 드레인부, 및 상기 전송 방지부에 의해 전송 방지된 신호 전하들을 상기 드레인부로 안내하기 위한 전하 안내부를 포함하는 고체 촬상 장치.
제 8항에 있어서, 상기 전하 안내부는 상기 수평 전송부를 구동하기 위한 수평 전송 클럭 신호에 의해 제어되는 제거(sweeping) 전극을 포함하는 고체 촬상 장치.
제 9항에 있어서, 상기 제거 전극은 상기 수직 전송부들의 최종단의 게이트 전극을 지나 연장하여 상기 수평 전송부의 전송부의 전극과 합체되도록 형성된 고체 촬상 장치.
제 9항에 있어서, 상기 제거 전극은 상기 수직 전송부들의 최종단의 게이트 전극을 지나 연장하여 상기 수평 전송부의 저장부의 전극과 합체되도록 형성된 고체 촬상 장치.
제 7항에 있어서, 상기 전하 배출부는 상기 수직 전송부들의 인접 전송 채널들 사이에 형성된 드레인부, 및 상기 전송 방지부에 의해 전송 방지된 신호 전하들을 상기 드레인부로 안내하기 위한 전하 안내부를 포함하는 고체 촬상 장치.
제 12항에 있어서, 상기 드레인부는 기판의 일부인 고체 촬상 장치.
제 12항에 있어서, 상기 드레인부는 전원 또는 기판에 접속된 접촉부인 고체 촬상 장치.
제 12항에 있어서, 상기 전하 안내부는 상기 수평 전송부를 구동하기 위한 수평 전송 클럭 신호에 의해 제어되는 제거 전극을 포함하는 고체 촬상 장치.
제 15항에 있어서, 상기 제거 전극은 상기 수직 전송부들의 최종단의 게이트 전극을 지나 연장하여 상기 수평 전송부의 전송부의 전극과 합체되도록 형성된 고체 촬상 장치.
제 15항에 있어서, 상기 제거 전극은 상기 수직 전송부들의 최종단의 게이트 전극을 지나 연장하여 상기 수평 전송부의 저장부의 전극과 합체되도록 형성된 고체 촬상 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전송 제어부는. 상기 수직 전송부들의 최종단과 상기 수평 전송부 사이의 촬상 영역에 배치되어 상기 수직 전송부로부터 전송된 신호 전하들을 선택적으로 제거할 수 있는 전하 배출부를 포함하는 고체 촬상 장치.
매트릭스 방식으로 배열되어 광전 변환을 수행하기 위한 복수의 센서부; 상기 복수의 센서부에서의 광전 변환을 통해 얻은 신호 전하들을 독출하되, 수직 방향의 일부 영역 내의 신호 전하들만을 독출할 수 있는 독출부: 상기 독출부에 의해 상기 센서부들로부터 독출된 신호 전하들을 수직 전송하기 위한 수직 전송부들; 및 상기 수직 전송부들로부터 이동된 신호 전하들을 수평 전송하기 위한 수평 전송부를 포함하는 고체 촬상 장치.
제 19항에 있어서, 수평 방향의 일부 영역에서 상기 수직 전송부들로부터 상기 수평 전송부로의 신호 전하들의 전송을 방지할 수 있는 전송 제어부를 더 포함하는 고체 촬상 장치.
매트릭스 방식으로 배열되어 광전 변환을 수행하기 위한 복수의 센서부, 및 상기 센서부들로부터 독출된 신호 전하들을 수직 전송하기 위한 수직 전송부들을 구비한 촬상 영역: 및 광학적으로 차단된 복수의 센서부들, 및 상기 센서부들로부터 독출된 전하들을 수직 전송하기 위한 수직 전송부들을 구비하고 상기 촬상 영역으로부터 소정의 간격을 두고 배치된 광학 블랙(black) 영역을 포함하는 고체 촬상 장치.
제 21항에 있어서, 상기 촬상 영역과 상기 광학 블랙 영역 사이에 배치되어 상기 수직 전송부들에 수직 전송 클럭 신호들을 공급하기 위한 버스 라인들을 더 포함하는 고체 촬상 장치.
제 21항에 있어서, 수평 방향의 일부 영역에서 상기 수직 전송부들로부터 상기 수평 전송부로의 신호 전하들의 전송을 방지할 수 있는 전송 제어부를 더 포함하는 고체 촬상 장치.
제 23항에 있어서, 상기 촬상 영역과 상기 광학 블랙 영역 사이에 배치되어 상기 전송 제어부에 제어 신호를 공급하기 위한 신호 라인을 더 포함하는 고체 촬상 장치.
제 24항에 있어서, 상기 촬상 영역과 상기 광학 블랙 영역 사이에 배치되어 상기 수직 전송부들에 수직 전송 클럭 신호들을 공급하기 위한 버스 라인들을 더 포함하는 고체 촬상 장치.
제 23항에 있어서, 상기 광학 블랙 영역은 수평 전송 방향으로 상기 촬상 영역의 하방에 배치된 고체 촬상 장치.
A1) 매트릭스 방식으로 배열되어 광전 변환을 수행하기 위한 복수의 센서부, A2) 상기 센서부들로부터 독출된 신호 전하들을 수직 전송하기 위한 수직 전송부들, A3) 상기 수직 전송부들로부터 이동된 신호 전하들을 수평 전송하기 위한 수평 전송부, 및 A4) 수평 방향의 일부 영역에서 상기 수직 전송부들로부터 상기 수평 전송부로의 신호 전하들의 전송을 방지할 수 있는 전송 제어부를 포함하는 A) 고체 촬상 장치: 및 B)상기 고체 촬상 장치의 상기 촬상 영역에 입사광을 안내하기 위한 광학계를 포함하는 카메라.
제 27항에 있어서, 정상 촬상 모드 및 고속 촬상 모드의 양 모드로 동작이 가능하며 상기 정상 및 고속 촬상 모드들 간의 전환이 가능한 카메라.
고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서, 독출부에 의해. 매트릭스 방식으로 배열된 복수의 센서부에서의 광전 변환을 통해 얻어진 신호 전하들을 독출하는 단계: 상기 독출부에 의해 상기 센서부로부터 독출되어 수직 전송부들로 이동된 신호 전하들을 수직 전송하는 단계; 상기 수직 전송부들 내에 존재하되, 수평 방향의 일부-영역인 수평 전송 방지 영역 내에 존재하는 신호 전하들의 일부가 수평 전송부로 전송되는 것을 방지하는 단계 및 상기 수평 전송부에 의해, 상기 수평 전송 방지 영역을 제외한 영역 내에만 존재하는 상기 수직 전송부들 내의 신호 전하들의 일부를 수평 전송하는 단계를 포함하는 고체 촬상 장치 구동 방법.
제 29항에 있어서, 상기 수평 전송 방지 영역 내의 전하들을 전하 배출부로 배출하는 단계를 더 포함하는 고체 촬상 장치 구동 방법.
제 29항에 있어서, 상기 센서부들에서의 광전 변환을 통해 얻어진 신호 전하들로서 수직 방향의 일부 영역에만 존재하는 상기 신호 전하들의 일부를 독출하는 단계를 더 포함하는 고체 촬상 장치 구동 방법.

※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.