[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR100508421B1 - 고체촬상소자, 그의 제어방법 및 그것을 사용한고체촬상장치 - Google Patents

고체촬상소자, 그의 제어방법 및 그것을 사용한고체촬상장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100508421B1
KR100508421B1 KR10-2000-0058468A KR20000058468A KR100508421B1 KR 100508421 B1 KR100508421 B1 KR 100508421B1 KR 20000058468 A KR20000058468 A KR 20000058468A KR 100508421 B1 KR100508421 B1 KR 100508421B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
charge transfer
transfer path
horizontal
vertical
charges
Prior art date
Application number
KR10-2000-0058468A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010040004A (ko
Inventor
이께다가쓰미
마스까네가즈유끼
Original Assignee
후지 샤신 필름 가부시기가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 후지 샤신 필름 가부시기가이샤 filed Critical 후지 샤신 필름 가부시기가이샤
Publication of KR20010040004A publication Critical patent/KR20010040004A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100508421B1 publication Critical patent/KR100508421B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14831—Area CCD imagers
    • H01L27/14843—Interline transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14887—Blooming suppression
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/44—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array
    • H04N25/441—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array by reading contiguous pixels from selected rows or columns of the array, e.g. interlaced scanning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

본 발명은, 고체촬상장치의 무비 모드 동작 시의 표시 감도를 향상시키기 위하여, 2차원 평면상에 정렬 배치된 광전변환소자(3); 광전변환소자 열에 근접하여 형성되는 수직 전하전송로(5); 전하를 1 전하전송단씩 전송하도록 설치된 수직 전하전송전극(EV); 상기 수직 전하전송로(5)의 일단에 설치되고 전송된 전하를 받아 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로(7); 그 위에 수평 방향으로 나열된 수평 전하전송전극(EH); 그의 일단에 형성되어 수평 전하전송로(7)로부터의 전하를 증폭시키는 출력 앰프(11); 및 상기 광전변환소자(3)로부터 수직 전하전송로(5)로 판독된 전하를 그 전하전송단(41) 전체로 판독하고 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)에 2개 이상의 광전변환소자(3)로부터의 전하를 전송한 후 전하전송을 정지시키고 수평 전하전송로(7)에 의한 전하전송 및 외부로의 출력을 행하는 가산 무비 모드에서 구동되는 제어회로(D)를 포함하는 고체촬상소자를 제공한다.

Description

고체촬상소자, 그의 제어방법 및 그것을 사용한 고체촬상장치{A SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE, A CONTROL METHOD THEREOF AND A SOLID-STATE IMAGE PICKUP APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 고체촬상소자 및 그의 제어방법, 모니터 화면을 갖는 스틸 카메라 등의 고체촬상장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 전하전송로에 연속하여 설치되어 있는 전하전송전극에 위상이 상이한 복수의 펄스 신호를 인가한 경우에 전하가 전송되는 전하전송 영역의 최소 단위를 1전송단이라고 한다.
예를 들어, 전하전송로 중 전하를 4상(相) 구동으로 전송할 경우에는, 연속하여 설치되어 있는 4개의 전하전송전극에 위상이 상이한 4개의 펄스 신호를 인가한다. 그때에 전하가 전송되는 영역을 1전송단이라고 한다. 예컨대, 4상 구동의 경우에는, 연속하는 4개의 전하전송전극이 설치되어 있는 영역을 1전송단이라고 한다.
n상 구동(n은 2 이상의 정수)의 경우에는, 연속하는 n개의 전하전송전극이 설치되어 있는 영역을 1전송단이라고 한다.
도 41 에 일반적인 고체촬상소자의 평면도를 나타낸다.
도 41 에 나타낸 고체촬상소자(X)는 반도체 기판(101) 표면의 2차원 평면상에 정렬 배치된 복수의 광전변환소자(103, 103, 103)와, 각 광전변환소자(103)에 축적되어 있는 신호 전하를 판독하고 판독한 전하를 열방향으로 차례로 전송하는 복수개의 수직 전하전송로(105)와, 수직 전하전송로(105)의 일단에 접속되어 수직 전하전송로(105)로부터 전송된 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로(107)와, 수평 전하전송로(107)로부터 전송된 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프(111)를 갖는다.
광전변환소자(103)와 수직 전하전송로(105)의 사이에는, 광전변환소자(103)에 축적되어 있는 전하를 수직 전하전송로(105)로 판독하기 위한 판독 게이트(103a)가 설치되어 있다.
도 42 에 수평 전하전송로(107)의 단면도를 나타낸다.
수평 전하전송로(107)는 반도체 기판(101) 중에 형성된 p웰층(118)과, p웰층(118) 중에 형성된 n형 도전층(117)과, 반도체 기판(101) 상에 형성된 2층의 폴리실리콘(1폴리, 2폴리)으로 이루어진 수평 전하전송전극(121)을 주요한 구성 요소로 한다.
n형 도전층(118)은 n형 불순물 농도가 낮은 저농도 영역(118a)과, n형 불순물 농도가 높은 고농도 영역(118b)이 번갈아 설치되어 형성되어 있다. 저농도 영역(118a)은 포텐셜 에너지가 높은 포텐셜 배리어를 형성한다. 고농도 영역(118b)은 포텐셜 에너지가 낮은 포텐셜 웰(W)을 형성한다.
포텐셜 배리어와 포텐셜 웰이 수평 방향으로 번갈아 나열된다. 1개의 포텐셜 배리어와 1개의 포텐셜 웰을 1 세트로 하고, 이 1 세트로 전하의 1 전송 단위(이하, 「1 패킷(packet)」이라고 한다)를 형성한다. 패킷이 수평 방향으로 다수 형성되어 있다.
저농도 영역(118a)(포텐셜 배리어(B)) 상에 제 1 층째의 폴리실리콘 전극(수평 전송전극(121-0, 121-2, 121-4, …)이, 고농도 영역(118b)(포텐셜 웰(W)) 상에 제 2 층째의 폴리실리콘 전극(수평 전송전극(121-1, 121-3, 121-5, …)이 형성되어 있다.
수평 전하전송전극(121-0)과 수평 전하전송전극(121-1)이 접속되며 전압 파형 φ1이 인가된다. 수평 전송전극(121-2)과 수평 전송전극(121-3)이 접속되며 전압 파형 φ2가 인가된다. 상기와 동일하게, 수평 전송전극(121-4)과 수평 전송전극(121-5)이 접속되며 전압 φ1이 인가된다.
도 43 에 수직 전하전송전극의 배치를 중심으로 한 평면도를 나타낸다.
수직 전하전송로(105) 상에는 열방향으로 나열된 광전변환소자(103) 중 하나의 광전변환소자(103)에 대하여, 위로부터 수직 전하전송전극 EV1 내지 EV4의 4개의 수직 전하전송전극(EV)이 설치되어 있다. 하나의 광전변환소자(103)의 위쪽 및 아래쪽에 설치되어 있는 다른 광전변환소자(103, 103)에 대하여, 수직 전하전송전극 EV5 내지 EV8의 4개의 수직 전하전송전극이 각각 설치되어 있다.
EV1 내지 EV8의 각 수직 전하전송전극에 대하여, 각각 V1 내지 V8의 전압 파형을 인가하는 구동회로(도시 생략)가 설치되어 있다.
전압 파형 V1∼V4(또는 V5∼V8))는, 예를 들어, 수직 전하전송로(105) 중에 포텐셜 배리어(B)를 형성할 경우에 수직 전하전송전극에 0V, 전하전송용 포텐셜 웰(W)을 형성할 경우에 수직 전하전송전극에 8V, 광전변환소자(103)로부터 전하를 판독할 경우에 수직 전하전송전극에 15V의 전압이 인가된다.
수직 전하전송로(105)는 수평 전하전송로(107)의 각 패킷마다 1개씩의 비율로 포텐셜 웰(W)이 형성되어 있는 영역과 전기적으로 접속되어 있다.
이하, 고체촬상소자(X)의 동작을 도 44 및 도 45 에 의거하여 설명한다.
도 44 에서, 예를 들어, 수직 전하전송전극 EV1=0V, EV2=8V, EV3=8V, EV4=0V로 설정해 놓고, 이어서 V3를 15V로 한다.
도 44a 에 나타낸 바와 같이, 광전변환소자(103, 103, 103 …)에 축적되어 있는 전하는 트랜스퍼 게이트(103a)를 통하여 수직 전하전송로(105)로 판독된다. E3을 8V로 되돌린다.
도 44b 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(105)에 판독된 모든 전하는 수평 전하전송로(107)를 향하여 수직 방향으로 1전송단(41)분 전송된다.
수직 전하전송로(105) 내의 전하를 1전송단씩 전송하는 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
수직 전하전송전극 EV4를 8V로 한다. 전하는 수직 전하전송전극(EV2∼EV4)의 전극 아래에 분포한다.
이어서, 수직 전하전송전극 EV2를 0V로 한다. 전하는 수직 전하전송전극(EV3, EV4)의 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다.
수직 전하전송전극 EV5(EV1)를 8V로 할 경우, 전하는 수직 전하전송전극(EV3∼EV5)의 전극 아래의 반도체 영역으로 확장된다.
수직 전하전송전극 EV3를 0V로 할 경우, 전하는 EV4 및 EV5 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다.
EV6(V2)를 8V로 하고, EV4(V8)를 0V로 한다. 전하는 EV5 및 EV6 전극 아래의 반도체 영역에 축적된다. 수평 전하전송로(107)에 수직 방향으로 인접하는 수직 전하전송로(105)의 전송단(41)에 판독된 1광전변환소자(103)분의 전하는 수평 전하전송로(107)에 전송된다.
도 44c 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송로(107)에 전송된 전하는 수평 전하전송로(107) 내에서 수평 방향으로 전송되어, 외부로 출력된다.
이어서, 상기와 동일한 동작을 행함으로써, 수직 전하전송로(105)로 판독된 전하를 다시 수평 전하전송로(107)를 향하여 수직 방향으로 1전송단(41)분 전송한다.
수평 전하전송로(107)에 수직 방향으로 인접하는 수직 전하전송로(105)의 전송단(141)에 판독된 1광전변환소자(103)분의 전하가 수평 전하전송로(107)에 전송된다. 수평 전하전송로(107)에 전송된 전하는 수평 전하전송로(107) 내에서 수평 방향으로 전송되어, 외부로 출력된다.
이상의 동작을 반복함으로써, 고체촬상소자(X)에 포함된 전(全)화소로부터의 전하를 판독할 수 있다. 이른바 전(全)화소 판독이다.
전화소 판독법에 의하면, 예를 들어, 디지털 스틸 카메라 등의 고체촬상장치에서 최대의 해상도를 얻을 수 있어, 고화질의 정지 화상의 재생에 적합하다.
고체촬상장치의 전화소 수가 증대함에 따라, 1 프레임의 화상 신호를 판독하기 위한 소용 시간이 증대한다. NTSC(National Television on System Committee) 방식에 의한 디지털 스틸 카메라의 경우, 화상 신호의 프레임 레이트(rate)는, 예를 들어, 1/30초이다.
디지털 카메라를 사용하여 촬영한 정지 화상을 재생할 경우에는, 화상 신호를 판독하기 위한 소용 시간이 증대하여도 특별히 문제가 되지는 않는다.
이것에 대하여, 디지털 스틸 카메라에 구비되어 있는 촬영 전의 모니터용 LCD 표시장치의 경우, 동화(動畵) 주기를 앞당겨, 동화상을 리얼타임으로 표시할 필요가 있다. 즉, 동화상을 표시할 경우(이하, 「무비 모드」라고 한다), 화소 수의 증대에 따라 상기의 프레임 레이트에 추종할 수 없게 되는 경우가 있다.
특히, 고체촬상소자의 전화소 수가 100만 화소를 초과할 경우, 1/30초 내에 전화소로부터의 화상 신호를 판독하는 것은 곤란하여, 선명한 모니터 화상을 얻을 수 없게 된다.
그래서, 광전변환소자(103)로부터 수직 전하전송로(105)로의 전하의 판독을, 예를 들어, 도 45 에 나타낸 바와 같이, 수직 방향의 신호 전하를 등(等)간격으로 건너뛰어 판독하고, 이러한 감소 판독을 행한 전하만을 전송함으로써, 표시 주기(판독 주기)를 앞당기는 동작, 즉, 감소 판독에 의한 표시가 실행된다.
감소 판독 동작은, 도 45a 에 나타낸 바와 같이, 열방향으로 정렬된 광전변환소자(103, 103, 103)에 축적된 전하 중 모든 전하를 판독하는 것이 아니라, 수직 방향으로 인접하는 광전변환소자 중, 예를 들어, 2행마다 1행분을 건너뛰어 수직 전하전송로(105)로 판독한다(도 45 에서는, 판독된 전하는 흑색 원으로 표시된다).
도 45b 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(105) 내로 판독된 전하는 상기와 동일한 방법에 의해 수평 전하전송로(107) 방향으로, 즉 수직 방향으로 전송된다.
도 45c 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송로(107)로 전송된 광전변환소자 1개분의 전하는 수평 전하전송로(107) 내에서 수평 방향으로 전송된다.
또한, 상기의 설명은 흑색 부분의 전하에 대해서 설명했으나, 도 43 에 백색 원으로 나타낸 바와 같이, 전회(前回)는 전하를 수직 전하전송로(105)로 감소 판독하고, 동일한 동작에 의해 이것을 수평 전하전송로(107)로 전송할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 감소 판독의 경우에는, 광전변환소자로부터 얻어진 화상의 감도는 최대로도 판독 주기인 신호 축적 기간으로 되기 때문에, 표시 주기를 앞당길수록 최대 감도는 저하한다.
어두운 피사체의 경우에도, 본 촬영(전화소 판독의 정지화(靜止畵) 재생 모드)에서는 플래시를 점등시켜, 피사체에 대한 충분한 조도(照度)를 얻을 수 있다.
그러나, 모니터 화상은 본 촬영 전에 그 피사체를 포착하도록 관찰하는 것이다. 따라서, 모니터 화상을 관찰하고 있는 경우에 피사체의 근방은 어두운 상태이기 때문에, 셔터 찬스를 놓치거나, 원하는 본 촬영 화상을 얻기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 동화상을 표시하는 무비 모드 동작 시에 있어서, 표시 감도를 향상시켜, 어두운 피사체를 촬영할 경우에도 화상을 선명하게 포착할 수 있는 고체촬상소자, 그의 제어방법 및 고체촬상소자를 사용한 고체촬상장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 2차원 평면상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬 배치된 복수의 광전변환소자; 수직 방향으로 정렬된 광전변환소자 열에 근접하여 형성된 수직 전하전송로; 상기 수직 전하전송로 내에서 전하를 1 전하전송단씩 전송하도록 상기 수직 전하전송로 상에 수직 방향으로 나열된 복수의 수직 전하전송전극; 복수의 상기 수직 전하전송로의 일단에 설치되며 상기 수직 전하전송로로부터 전송된 전하를 받아 이것을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로; 상기 수평 전하전송로 상에 수평 방향으로 나열된 복수의 수평 전하전송전극; 상기 수평 전하전송로의 일단에 형성되며 상기 수평 전하전송로로부터 공급된 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프; 및 상기 전하전송단 중 일부의 전하전송단에만 상기 광전변환소자로부터 판독된 전하를 판독하고 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 전송하는 감소 판독 모드, 및 상기 수직 전하전송로에 포함된 모든 전하전송단에 전하를 판독하고 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 2개 이상의 상기 광전변환소자로부터의 전하를 전송하여 가산한 후, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로의 전하전송을 정지시키고, 상기 수평 전하전송로에 의한 전하전송 및 외부로의 출력을 행하는 가산 무비 모드에서 구동할 수 있는 제어회로를 포함하는 고체촬상소자가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 2차원 평면상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬 배치된 복수의 광전변환소자; 수직 방향으로 정렬된 광전변환소자 열에 근접하여 형성된 수직 전하전송로; 상기 수직 전하전송로 내에서 전하를 1전송단씩 전송하도록 상기 수직 전하전송로 상에 수직 방향으로 나열된 복수의 수직 전하전송전극; 복수의 상기 수직 전하전송로의 일단에 설치되며 상기 수직 전하전송로로부터 전송된 전하를 받아 이것을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로; 상기 수평 전하전송로 상에 수평 방향으로 나열된 복수의 수평 전하전송전극; 상기 수평 전하전송로의 일단에 형성되며 상기 수평 전하전송로로부터 공급된 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프; 및 상기 전하전송단 중 일부의 전하전송단에만 상기 광전변환소자로부터 판독된 전하를 상기 수직 전하전송로에 판독하여 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 전송하는 감소 판독 모드, 및 상기 수직 전하전송로에 포함된 모든 전하전송단에 전하를 판독하고, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로에 2개 이상의 상기 광전변환소자로부터의 전하를 전송하여 가산한 후, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로의 전하전송을 정지시키고, 상기 수평 전하전송로에 의한 전하전송 및 외부로의 출력을 행하는 가산 무비 모드에서 구동할 수 있는 제어회로를 포함하는 고체촬상소자와, 광학 렌즈와, 노광량을 제어하는 조리개 기구와, 촬영 대상을 수시로 표시하게 하는 동화(動畵) 모니터 표시장치와, 촬영 대상 근방의 밝기를 측정하는 광량(光量) 모니터와, 상기 광량 모니터의 측정 결과에 기초하여, 상기 촬영 대상 근방의 밝기가 기준치를 상회할 경우에는 감소 판독 모드에 의한 구동을 자동적으로 선택하고, 상기 촬영 대상 근방의 밝기가 기준치를 하회할 경우에는 상기 가산 무비 모드에 의한 구동을 자동적으로 선택하는 전환 스위치를 포함하는 고체촬상장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 2차원 평면상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬 배치된 복수의 광전변환소자; 수직 방향으로 정렬된 광전변환소자 열에 근접하여 형성된 수직 전하전송로; 상기 수직 전하전송로 상에 1 전하전송단마다 수직 방향으로 n개(n≥3, n은 정수) 나열하여 형성된 수직 전하전송전극; 복수의 상기 수직 전하전송로의 하단에 설치되며 상기 수직 전하전송로로부터 전송된 전하를 받아 이것을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로; 상기 수평 전하전송로의 일단에 형성되며 상기 수평 전하전송로로부터의 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프; 및 상기 수직 전하전송전극에 대하여 상기 고체촬상소자를 구동시키기 위한 구동 펄스 신호를 발생시키는 타이밍 발생기를 갖는 구동회로를 포함하는 고체촬상소자와, 광학 렌즈와, 조리개 기구와, 촬영 대상을 표시하게 하는 동화 모니터 표시장치와, 촬영 대상 근방의 밝기를 측정하는 광량 모니터와, 상기 광량 모니터의 출력에 따라 촬영방법을 전환하는 촬영방법 전환 스위치를 포함하는 고체촬상장치의 제어방법으로서, a) 무비 모드를 온(on)하고 상기 동화 모니터 표시장치에 모니터 화상을 영사하는 공정; b) 상기 광량 모니터에 의해 촬영 대상 근방의 광량을 측정하고, 측정한 광량이 기준치보다도 높을 경우에는 상기 전하전송단 중 일부의 전하전송단에만 상기 광전변환소자로부터 판독된 전하를 상기 수직 전하전송로에 판독하여 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 전송하는 감소 판독 모드를 선택하며, 상기 광량 모니터에 의해 측정된 광량이 기준치보다도 작을 경우에는 상기 수직 전하전송로에 포함된 모든 전하전송단에 전하를 판독하고, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 2개 이상의 상기 광전변환소자로부터의 전하를 전송하여 가산한 후, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로의 전하전송을 정지시키고, 상기 수평 전하전송로에 의한 전하전송 및 외부로의 출력을 행하는 가산 무비 모드를 선택하는 공정과, c) 상기 수평 전하전송로 내에 전송된 전하를 상기 출력 앰프로 향하여 전송하고, 상기 출력 앰프에 의해 증폭된 신호를 외부로 출력하는 공정; d) 상기 b) 및 c)의 공정을 반복하여 상기 모니터 표시장치에 상기 감소 판독 모드 또는 상기 가산 무비 모드에 의한 표시를 계속적으로 표시시키는 공정; 및 e) 원하는 타이밍으로 정지 화상을 촬영하는 공정을 포함하는 고체촬상장치의 제어방법이 제공된다.
도 1 에 본 발명의 일 실시형태에 따른 고체촬상소자(A의) 평면도를 나타낸다.
도 1 에 나타낸 고체촬상소자(A)는 반도체 기판(1) 표면의 2차원 평면상에 정렬 배치된 복수의 광전변환소자(포토 다이오드(PD))(3, 3, 3)와, 각 광전변환소자(3)에 축적된 신호 전하를 판독하여 판독한 전하를 열방향으로 차례로 전송하는 복수개의 수직 전하전송로(5)와, 수직 전하전송로(5)의 일단에 접속되어 수직 전하전송로(5)로부터 전송된 전하를 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로(7)와, 수평 전하전송로(7)로부터 전송된 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프(11)를 갖는다.
광전변환소자(3)와 그것에 근접하여 형성된 수직 전하전송로(5)의 사이에는, 광전변환소자(3)에 축적되어 있는 전하를 수직 전하전송로(5)로 판독하기 위한 판독 게이트(3a)가 설치되어 있다.
수평 전하전송로(7)와 수직 방향 아래쪽으로 인접하는 반도체 영역(1) 내에, 수평 전하전송로(7)에 따르도록 수평 방향으로 연장하는 p형 불순물이 얇게 도핑된 전하량 조정용 배리어층(8)이 형성되어 있다. 전하량 조정용 배리어층(8)은 수평 전하전송로(7)의 웰층 내에 전하를 축적시키고, 어느 일정 값 이상의 전하가 축적된 경우에는 그 이상의 과잉 전하를 수평 전하전송로(7)의 외부로 방출한다.
반도체 기판(1)에 전하량 조정용 배리어층(8)에 따르도록 수평 방향으로 연장하는 n형 불순물이 도핑된 오버플로우 드레인 영역(OD)이 형성되어 있다.
오버플로우 드레인 영역(OD) 상에는 오버플로우 드레인 전극(ODE)이 형성되어 있다. 오버플로우 드레인 전극(ODE)과 접지(GND)점과의 사이에 전원(9)이 설치되어 있다. 전원(9)은 고정 전원일 수도 있고, 가변 전원일 수도 있다.
오버플로우 드레인 영역(OD)의 외주(外周)를 덮도록 오버플로우 드레인 영역(OD)의 수직 방향 아래쪽에 고농도의 p형 불순물 영역으로 이루어진 분리영역(10)이 형성되어 있다.
고체촬상소자(A)에서, 각 행마다 x1부터 xm까지의 m열, 각 열마다 y1부터 yn까지의 n행의 광전변환소자(3)가 형성되어 있다.
도 2 에 광전변환소자(3) 및 그 주변의 단면도를, 도 3 에 도 2 의 x1-x2선 단면도를 나타낸다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, n형 반도체 기판(1) 상에 p형 웰층(2)이 형성되어 있다. p형 웰층(2) 상에, 예를 들어, 낮은 불순물 농도를 갖는 p형 반도체층(18)이 형성되어 있다. p형 반도체층(18) 내에 광전변환소자(포토 다이오드)(3) 및 수직 전하전송로(5)가 형성되어 있다.
광전변환소자(3)는 n형 불순물이 도핑된 n형 도전층(21)과 그 위의 반도체 영역에 형성되어 있는 p형 도전층(23)에 의해 형성되는 p-n 접합을 포함한다.
광전변환소자(3)에 인접하여 n형 도전층으로 이루어진 수직 전하전송로(5)가 형성되어 있다. 광전변환소자(3)와 수직 전하전송로(5)의 사이에 p형 반도체층(18)이 개재되어 있어, 판독 게이트(3a)를 형성한다. 수직 전하전송로(5)의 판독 게이트(3a)와 반대쪽에 고농도의 p형 불순물이 도핑된 소자분리층(25a)이 형성되어 있다. 수직 전하전송로(5)의 아래쪽에 p형 반도체층(18)을 형성하는 층을 통하여, 고농도의 p형 불순물이 도핑된 소자분리 웰층(25b)이 형성되어 있다.
반도체 기판(1) 내의 최상층의 p형 반도체층(18)의 표면상에, 예를 들어, 산화막으로 이루어진 얇은 절연막(27)이 형성되어 있다. 절연막(27) 상으로서, 적어도 광전변환소자(3)의 수광면(受光面)을 제외한 영역에, 예를 들어, 다결정 실리콘으로 이루어진 수직 전하전송전극(29)이 형성되어 있다. 수직 전하전송전극(29) 상에 얇은 절연막(31)이 형성되어 있다. 절연막(31) 상에, 예를 들어, A1으로 이루어진 차광막(33)이 형성되어 있다. 광전변환소자(3)의 수광면을 노출시키도록 차광막(33)에 개구부(35)가 형성되어 있다.
도 3 에 도 2 의 X1-X2선에 따른 반도체 영역의 에너지 포텐셜을 모식적으로 나타낸다.
상술한 바와 같이, X1으로부터 X2로 향하여, 포텐셜이 낮은 n형 반도체 기판(1), 포텐셜이 높은 p형 웰층(2), i형 또는 n-형 반도체층(18), 광전변환소자(3)의 일부를 형성하는 n형 반도체층(21), 판독 게이트를 형성하는 포텐셜이 높은 p형 반도체층(3a), 수직 전하전송로(5)를 형성하는 포텐셜이 낮은 n형 반도체층(5), 소자분리 영역을 형성하는 포텐셜이 높은 p형 반도체층(25a)이 형성되어 있다.
광전변환소자(3)에 광을 조사하면, 그것에 대응한 전하가 발생한다. 발생한 전하 중의 전자는 광전변환소자(3)의 일부를 형성하는 n형 반도체층(21) 내에 축적된다.
수직 전하전송전극(29)(도 2)에 높은 플러스 전압, 예를 들어, 15V를 인가할 경우, 판독 게이트를 형성하는 p형 반도체층(3a)에 대하여 높은 플러스 판독 전압이 인가되고, 판독 게이트(3a)의 포텐셜이 점선에 나타낸 바와 같이 낮아진다. 수직 전하전송로(5)를 형성하는 포텐셜이 낮은 n형 반도체층(5)의 포텐셜도 동일하게 낮아진다(점선으로 나타낸다).
광전변환소자(3)의 일부를 형성하는 n형 반도체층(21) 내에 축적되어 있던 전하는 수직 전하전송로(5)를 형성하는 포텐셜이 낮은 n형 반도체층(5) 내로 유입된다. 수직 전하전송전극(29)의 전압을, 예를 들어, 8V 인가해 둘 경우, 수직 전하전송전극(29) 바로 아래의 수직 전하전송로를 형성하는 n형 반도체층(5)에 포텐셜 웰이 형성된다.
광전변환소자(3)로부터 판독된 전하는, 이 수직 전하전송로를 형성하는 n형 반도체층(5) 내에 형성된 포텐셜 웰 내에 축적된다.
도 4 는 반도체 기판(1) 내에 형성된 광전변환소자(3)와 수직 전하전송로(5)의 배치를 나타내는 평면도이고, 도 5 는 반도체 기판(1) 상에 형성된 수직 전하전송전극(29)(EV1∼EV8)의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 5 에 있어서 부호 41로 나타낸 영역은 전하의 1전송단을 나타낸디.
도 5 에 나타낸 바와 같이, 1전송단(41)에 4개의 연속된 수직 전하전송전극(EV)이 형성되어 있다. 4개의 수직 전하전송전극에 대하여 위상이 상이한 4종류의 신호 펄스를 인가함으로써, 4상 구동 방식에 의해 1전송단분의 전하가 전송된다.
도 4 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5)에는 전하의 1전송단(41)마다 1개의 광전변환소자(3)가 형성되어 있다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5) 상에 전하의 1전송단(41)마다 4전극(예를 들어, EV1∼EV4, EV5∼EV8)이 형성되어 있다.
도 6 및 도 7 은 도 4 및 도 5 에 나타낸 고체촬상소자의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 6 및 도 7 에 나타낸 구조에서는, 광전변환소자(3)가 사변(斜邊)을 갖는 대략 정팔각형의 형상을 갖고 있다. 수직 방향으로 정렬 배치된 광전변환소자(3c, 3c, 3c)와, 광전변환소자(3c, 3c, 3c)와 수평 방향으로 인접하는 광전변환소자(3d, 3d, 3d)는 광전변환소자(3c, 3c, 3c)의 화소 피치의 반분의 피치만큼 어긋나서 배치되어 있다. 이른바 화소 시프트 구조이다.
이 구조에 있어서도, 수직 전하전송로(5)에는 전하의 1전송단(41)마다 1개의 광전변환소자(3)가 형성되어 있다. 수직 전하전송로(5) 상에 전하의 1전송단(41)마다 4개의 전극(예를 들어, EV1∼EV4, EV5∼EV8)이 형성되어 있다.
도 4, 도 5 또는 도 6, 도 7 에 나타낸 구조를 갖는 고체촬상소자의 동작에 대해서 설명한다.
도 8 에 정지 화상 등의 재생에 사용되는 전화소 판독 모드의 동작을 나타낸다. 상술한 도면을 적절히 참조한다.
먼저, 도 8a 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송전극(EV3, EV7)에 판독 펄스 전압을 인가한다. 고체촬상장치(X) 중의 광전변환소자(3, 3, 3)에 축적된 신호 전하가 모두 수직 전하전송로(5) 내로 판독된다.
도 8b 는 전하를 1전송단(41)씩 전송하는 동작을 나타내는 도면이다.
먼저, EV4를 8V로 한다. 전하는 EV2 내지 EV4의 전극 아래에 분포한다. 이어서, EV2를 0V로 한다. 전하는 EV3 및 EV4의 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다. EV5(EV1)를 8V로 할 경우, 전하는 EV3 내지 EV5의 전하 아래의 반도체 영역으로 확장된다. EV3를 0V로 할 경우, 전하는 EV4 및 EV5의 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다. EV6(EV2)를 8V로 하고, EV4(EV8)를 0V로 한다. 전하는 EV5 및 EV6 전극 아래의 반도체 영역에 전하가 축적된다.
이상의 동작에 의해, 수직 전하전송로(5) 내로 판독된 전하는 수직 전하전송로(5) 내에서 1전송단(41)분만큼 수평 전하전송로(7) 방향으로 전송된다.
수평 전하전송로(7)에 전하가 전송되는 때마다, 도 8c 에 나타낸 바와 같이, 전하는 수평 전하전송로(7) 내에서 수평 방향(출력 앰프 방향)으로 2상 구동 방식에 의해 전송된다.
도 9 에 수평 전하전송로(7)의 단면도(도 1 의 c-d선 단면도)를 나타낸다.
도 9a 는 수평 전하전송로(7)의 단면도, 도 9b 는 도 9a 의 c-d선에 따른 포텐셜 프로파일을 나타내는 도면, 도 9c 는 수평 전하전송전극(21)에 인가되는 2상 구동의 전압 파형을 나타내는 도면이다.
도 9a 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송로(7)는 n형 반도체 기판(1), p형 반도체층(2), p형 반도체층(18) 상에 형성되어 있는 n형 도전층(7)과, 그 위에 절연막(27)을 통하여 형성된 2층의 폴리실리콘층(1폴리, 2폴리)으로 이루어진 수평 전하전송전극(21)을 주요한 구성 요소로 한다.
n형 도전층(7)은 n형 불순물 농도가 낮은 저불순물 농도층(7b)과 n형 불순물 농도가 높은 고불순물 농도층(7a)이 번갈아 형성되어 있다. 저불순물 농도층(7b)은 포텐셜 에너지가 높은 포텐셜 배리어를 형성한다. 고불순물 농도층(7a)은 포텐셜 에너지가 낮은 포텐셜 웰(W)을 형성한다.
수평 전하전송로(7)에 포텐셜 배리어(B)와 포텐셜 웰(W)이 수평 방향으로 번갈아 나열된다. 1개의 포텐셜 배리어(B)와 1개의 포텐셜 웰(W)을 1 세트로 하고, 이 1 세트에 의해 수평 전하전송로(7)에서의 전하의 1 전송 단위(이하, 「1 패킷」이라고 한다)를 형성한다. 패킷은 수평 방향으로 다수 형성되어 있다.
포텐셜 배리어(B) 상에 제 1 층째의 폴리실리콘(1폴리)으로 이루어진 수평 전하전송전극(21-0)이, 포텐셜 웰(W) 상에 제 2 층째의 폴리실리콘(2폴리)으로 이루어진 수평 전하전송전극(21-1)이 형성되어 있다.
수평 전하전송전극(21-0)과 수평 전하전송전극(21-1)이 접속되어 있고, 전압 파형 φ1이 인가된다. 수평 전송전극(21-2)과 수평 전송전극(21-3)이 접속되어 있고, 전압 파형 φ2가 인가된다. 상기와 동일하게, 수평 전송전극(21-4)과 수평 전송전극(21-5)이 접속되어 있고, 전압 φ1이 인가된다.
도 9b 에 수평 전하전송로(7)의 포텐셜 프로파일을 나타낸다.
도 9b 에 나타낸 상태는 수평 전하전송로(7) 중의 부호 7a-1 및 7b-1로 표시되는 영역에 로우(Low), 부호 7a-2 및 7b-2로 표시되는 영역에 하이(High), 부호 7a-3 및 7b-3으로 표시되는 영역에 로우의 전압이 인가된 경우의 포텐셜 프로파일을 나타낸다.
부호 7a-2 및 7b-2로 표시되는 영역에 하이의 전압이 인가되어 있는 상태에서, 그 영역의 포텐셜은 낮아지고, 전하(전자)가 이 영역, 특히, 7a-2로 전송되어 축적된다.
도 9c 에 수평 전하전송전극(21)에 인가되는 φ1 및 φ2의 전압 파형을 나타낸다. 횡축(橫軸)은 시간축이다. φ1에 하이의 전압 VH와 로우의 전압 VL이 번갈아 인가되고 있다. φ2에 하이의 전압 VH와 로우의 전압 VL이 번갈아 인가되고 있다. φ1과 φ2에 인가되는 전압의 타이밍은 하이와 로우가 서로 반대의 타이밍으로 인가되도록 되어 있다.
상기 도 9c 의 전압 파형을 수평 전하전송전극(21)에 대하여 인가함으로써, 도 9b 에 나타낸 전하는 차례로 출력 앰프(도 1)의 방향으로 전송된다.
2상 구동 방식에 의해 전하를 수평 방향으로 전송한다.
도 1 에서, 수평 전하전송로(7) 중, 적어도 수직 전하전송로(5)가 접속되어 있는 개소의 수직 방향 아래쪽의 반도체 기판(1) 상에 고농도의 n형 불순물 농도를 갖는 오버플로우 드레인(OD) 영역이 형성되어 있다.
도 10a 에 도 1 의 a-b선 단면도를, 도 1Ob 에 도 1의 a-b선 단면의 포텐셜 프로파일을 나타낸다.
도 10a 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송로(7)에 인접하여 p형 불순물이 얇게 도핑된 전하량 조정용 배리어층(8)이 형성되어 있다.
전하량 조정용 배리어층(8)에 인접하여 n형 불순물이 도핑된 오버플로우 드레인 영역(OD)이 형성되어 있다.
오버플로우 드레인 영역(OD) 상에는 오버플로우 드레인 전극(ODE)이 형성되어 있다. 오버플로우 드레인 전극(ODE)과 접지(GND)점과의 사이에 전원(9)이 형성되어 있다. 전원(9)은 고정 전원일 수도 있고, 가변 전원일 수도 있다.
오버플로우 드레인 영역(OD)의 외주를 덮도록 오버플로우 드레인 영역(OD)의 수직 방향 아래쪽에 고농도의 p형 불순물 영역으로 이루어진 분리영역(10)이 형성되어 있다.
점선 DL을 경계로 오른쪽이 수직 전하전송로(5), 왼쪽이 수평 전하전송로(7)이다.
수평 전하전송로(7) 및 전하량 조정용 배리어층(8) 상에 절연막(27)을 통하여 수평 전하전송전극(21)이 형성되어 있다.
도 10b 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송전극(21)(도 10a)에 높은 전압(VHH)을 인가한 경우 또는 낮은 전압(VHL)을 인가한 경우의 어느 경우에 있어서도, 수평 전하전송로(7) 내에 전하량 조정용 배리어층(8)의 높이를 초과하는 양의 전하가 축적된 경우에는, 전하량 조정용 배리어층(8)의 높이를 초과한 분의 전하는 과잉 전하로서 오버플로우 드레인(OD) 측으로 이동된다.
전하량 조정용 배리어층(8)의 높이는 수평 전하전송전극(21)에 인가되는 전압에 따라 변화한다.
전하량 조정용 배리어층(8)은 수평 전하전송로(7)의 웰층 내에 전하를 축적시키고, 어느 일정 값 이상의 전하가 축적된 경우에는 그 과잉 전하를 웰의 외부로 이동시킨다. 이것에 의해, 웰 내에 과잉 전하가 축적되어, 수평 전하전송로(7) 내의 다른 전송단으로 넘치게 되는 것을 방지한다.
오버플로우 드레인(OD) 상의 전극(9)에는 전원으로부터의 전압이 인가되어 있다.
전극(9)에 인가되는 플러스 전압을 높임으로써, 오버플로우 드레인(OD)의 웰의 깊이를 깊게 하는 동시에, 배리어층(8)의 높이를 낮추어 축적 전하의 양을 감소시킨다.
도 11 에 모니터 화상의 재생에 사용되는 감소 판독의 동작(감소 판독 무비 모드)을 나타낸다.
도 11a 에 나타낸 바와 같이, 광전변환소자(3, 3, 3)로부터의 전하를, 예를 들어, 2전송단 중 1전송단(41)마다 수직 전하전송로(5) 내로 판독한다.
도 11b 에 나타낸 바와 같이, 판독된 전하를 수직 전하전송로(5)의 2전송단(41, 41)만큼 수평 전하전송로(7) 측으로 전송한다.
도 11c 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송로(7)에 1광전변환소자분의 전하가 전송되는 때마다, 수평 전하전송로(7) 내의 전하를 수평 방향으로 전송하고, 모니터 화상에 표시하기 위해 외부로 판독한다.
상기와 같은 감소 판독을 행함으로써, 광전변환소자(3)에 축적된 전하를 전화소 판독의 경우보다도 빠른 속도로 수평 전하전송로(7)로 전송하여, 외부로 판독할 수 있다.
도 12 내지 도 17 에 모니터 화상의 재생에 사용되는 판독 동작 중, 가산 무비 모드의 동작을 나타낸다.
도 12 는 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로 2개의 광전변환소자분의 전하를 가산하여 전송하는 전하전송의 예이다.
도 12a 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송전극(EV3, EV7)(도 5, 도 7)에 판독 펄스 전압을 인가한다. 광전변환소자(3, 3, 3)에 축적된 신호 전하가 모두 수직 전하전송로(5)에 판독된다.
도 12b 에 나타낸 바와 같이, yn, yn+2, yn+4, yn+6, …의 전하를, 전하전송 라인(L1)에 나타낸 바와 같이, 2전송단(41)씩 전송한다. 이것과 동시에, yn+1, yn+3, yn+5, yn+7, …의 전하를 전하전송 라인(L2)에 나타낸 바와 같이 2 전송단(41)씩 전송한다.
도 12c 에 나타낸 바와 같이, 광전변환소자(3(yn), 3(yn+1))로부터 판독된 전하가 우선하여 수평 전하전송로(7)에 전송된다. 2개의 광전변환소자분의 전하가 우선하여 수평 전하전송로(7)로 전송되는 때에 가산된다.
수평 전하전송로(7) 내에 2개의 광전변환소자의 전하가 축적되면, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로의 전하전송을 정지시킨다.
수평 전하전송로(7) 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로(7) 내에서 수평 방향으로 전송되어, 외부로 출력된다.
상기와 동일한 전하전송 동작이 반복되어 전화소로부터의 전하를 외부로 출력할 수 있다.
수평 전하전송로(7)에 전송된 전하가 2개의 광전변환소자분만큼 가산되어 있기 때문에, 신호량을 2배로 할 수 있다.
따라서, 빠른 프레임 속도를 유지하면서, 밝은 모니터 화상을 얻을 수 있다.
도 13 및 도 14 에 도 12 에 나타낸 가산 무비 모드 동작의 제 1 및 제 2 변형예를 나타낸다.
도 13 에 나타낸 바와 같이, 제 1 변형예에 있어서도, 모든 광전변환소자로부터 수직 전하전송로(5)로 전하를 판독한다.
yn, yn+3, yn+6, yn+9, …의 전하를 우선 3전송단(41)분 전송한다(L1). 이것과 동시에, yn+1, yn+4, yn+7, …의 전하를 3전송단(41)분 전송한다(L2). yn+2, yn+5, …의 전하를 3전송단(41)분 전송한다(L3).
먼저, 광전변환소자(3(yn), 3(yn+1), 3(yn+2))로부터 판독된 전하가 수평 전하전송로(7)에 전송된다.
3개의 광전변환소자(3, 3, 3)로부터 판독된 전하가 수평 전하전송로(7)에 전송되는 때에 가산된다.
수평 전하전송로(7) 내에 3개의 광전변환소자분의 전하가 전송된 경우, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로의 전하의 전송을 정지시킨다.
수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)에 전하가 전송되었을 때에 가산된 전하는 수평 전하전송로(7) 내에서 수평 방향으로 전송되어, 외부로 출력된다.
상기와 동일한 전하전송 동작이 반복되어 전화소로부터의 전하를 외부로 출력할 수 있다.
수평 전하전송로(7)에 전송된 전하가 3개의 광전변환소자분만큼 가산되어 있기 때문에, 신호량을 3배로 할 수 있다.
따라서, 빠른 프레임 속도를 유지하면서, 밝은 모니터 화상을 얻을 수 있다.
도 14 에 나타낸 제 2 변형예에서는, 전하를 1회의 전송 동작에 있어서 L1 내지 L4에 나타낸 바와 같이 4전송단(41)씩 전송한다. 그 밖의 전송 동작은 상술한 예와 동일하다.
수평 전하전송로(7)에 전송된 전하가 4개의 광전변환소자분만큼 가산되어 있기 때문에, 신호량을 4배로 할 수 있다.
따라서, 빠른 프레임 속도를 유지하면서, 더 밝은 모니터 화상을 얻을 수 있다.
전송 라인 수를 증가시키면, 해상도는 떨어지지만 광량을 더 증가시킬 수 있다.
도 15 에 도 12 에 나타낸 가산 무비 모드 동작의 다른 변형예를 나타낸다.
이 판독 방법은, 열방향으로 나열된 광전변환소자(3) 중 1행 간격의 광전변환소자(3, 3, 3)로부터 수직 전하전송로(5)로 전하를 판독한다(도 15a).
도 15b 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5)로 판독된 전하는 수직 전하전송로(5) 중에서 1회에 4전송단(41)분 전송된다. 수평 전하전송로(7)에 2개의 광전변환소자분의 전하가 전송되어 가산된다.
수평 전하전송로(7) 내에 2개의 광전변환소자로부터의 전하분이 전송되어 축적된 경우, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로의 전하의 전송을 정지시킨다.
수평 전하전송로(7)에 2개의 광전변환소자분의 전하가 전송된 시점에서, 수평 전하전송로(7) 중의 전하를 수평 방향으로 전송하여, 외부로 판독한다.
수평 전하전송로(7)에 전송된 전하가 2개의 광전변환소자분 가산되어 있기 때문에, 신호량을 2배로 할 수 있다.
따라서, 빠른 프레임 속도를 유지하면서, 더 밝은 모니터 화상을 얻을 수 있다.
도 16 및 도 17 에 도 15 의 판독 동작의 변형예를 나타낸다.
도 16 에 나타낸 전하전송 방법은, 열방향으로 나열된 광전변환소자(3) 중 1행 간격의 광전변환소자(3, 3, 3)로부터 수직 전하전송로(5)로 전하를 판독한다.
1개 라인의 전하는 6 전송단분(41) 전송된다.
수평 전하전송로(7)에 3개의 광전변환소자분의 전하가 전송되어 가산된다.
수평 전하전송로(7) 내에 3개의 광전변환소자로부터의 전하가 전송되어 축적된 경우, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로의 전하의 전송을 정지시킨다.
수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로 3개의 광전변환소자분의 전하가 전송된 시점에서, 수평 전하전송로(7) 중의 전하를 수평 방향으로 전송하여, 외부로 판독한다. 수평 전하전송로(7)에 전송된 전하가 3개의 광전변환소자분 가산되어 있기 때문에, 신호량을 3배로 할 수 있다.
도 17 에 나타낸 전하전송 방법은, 열방향으로 나열되는 광전변환소자(3) 중의 1행 간격의 광전변환소자(3, 3, 3)로부터 수직 전하전송로(5)로 전하를 판독한다. 전하는 8전송단(41)분 전송된다.
전송 라인을 증가시키면, 해상도는 떨어지지만 광량을 더 증가시킬 수 있다.
도 18 에 전하를 실제로 판독하고 전송할 때에 수직 전하전송전극(V1∼V8)(도 5, 도 7 참조)에 인가되는 인가전압의 구체적인 파형을 나타낸다. 도 18 에 나타낸 인가전압의 파형은 도 12 에 나타낸 전하 판독 및 전하전송 동작에 대응하는 파형이다. 전극 배치는 도 5 에 나타낸다.
수직 전하전송전극(EV1∼EV4)에 인가되는 전압은 수직 전하전송전극(EV5∼EV8)에 인가되는 전압과 동일하다.
시간 t1에서 수직 전하전송전극 EV1=0V, EV2=8V, EV3=8V, EV4=0V로 설정해 놓는다.
시간 t2에서 EV3에 15V의 고전압을 인가한다. 광전변환소자(3)에 축적되어 있는 전하는 트랜스퍼 게이트(3a)를 통하여 수직 전하전송로(5)로 판독된다. EV3를 8V로 되돌린다.
판독 게이트(3a)를 통하여 광전변환소자(3)와 접속되어 있는 수직 전하전송로(5)의 1전송단(41)마다 각 광전변환소자(3)로부터의 신호 전하가 전송된다. 이 동작에 의해 고체촬상장치(X)에 포함된 전화소로부터의 전하를 판독할 수 있다.
이하의 동작에 의해, 수직 전하전송로(5)로 판독한 신호 전하를 수평 전하전송로(7)의 방향으로 차례로 전송한다.
시간 t2와 시간 t3의 사이에서, EV2와 EV3의 아래의 반도체 영역에 전하가 축적된다.
전하를 1전송단씩 전송하는 동작에 대해서 설명한다.
시간 t3에서 EV4에 8V를 인가한다. 전하는 EV2 내지 EV4의 전극 아래에 분포한다.
시간 t4에서 EV2에 0V를 인가한다. 전하는 EV3 및 EV4의 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다.
시간 t5에서 EV5(V1)를 8V로 할 경우, 전하는 EV3 내지 EV5의 전극 아래의 반도체 영역으로 확장된다.
시간 t6에서 EV3를 0V로 할 경우, 전하는 EV4 및 EV5의 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다.
시간 t7에서 EV6(EV2)를 8V로 할 경우, 시간 t8에서 EV4(EV8)를 0V로 한다. 전하는 EV5 및 EV6 전극 아래의 반도체 영역에 전하가 축적된다.
시간 t9에서 EV3(EV7)에 8V를 인가하고, 시간 t10에서 EV1(EV5)을 0V로 한다.
이상의 제 1 판독 전송 동작 기간 T1에서의 판독 동작에 의해, 1개의 전송단으로 판독된 전하는 다음 전송단에 전송된다.
시간 t2에서 1개의 전송단 아래(다음)의 전송단으로 판독된 전하에 대해서도, 상기와 동일한 동작에 의해 전송된다.
시간 t11에서 EV4에 8V를 인가한다. 전하는 EV2 내지 EV4의 전극 아래에 분포한다.
시간 t12에서 EV2에 0V를 인가한다. 전하는 EV3 및 EV4의 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다.
시간 t13에서 EV5(V1)를 8V로 할 경우, 전하는 EV3 내지 EV5의 전극 아래의 반도체 영역으로 확장된다.
시간 t14에서 EV3를 0V로 할 경우, 전하는 EV4 및 EV5의 전극 아래의 반도체 영역에 제한된다.
시간 t15에서 EV6(EV2)를 8V로 하고, 시간 t16에서 EV4(EV8)를 0V로 한다. 전하는 EV5 및 EV6 전극 아래의 반도체 영역에 전하가 축적된다.
시간 t17에서 EV3(EV7)에 8V를 인가하고, 시간 t18에서 EV1(EV5)을 0V로 한다.
이상의 제 2 전송 동작 기간(T2)에서의 판독 동작에 의해, 1개의 전송단으로 판독된 전하는 2단 아래의 전송단으로 전송된다.
시간 t2에서 1개의 전송단 아래(다음)의 전송단으로 판독된 전하에 대해서도, 상기와 동일한 동작에 의해 전송된다.
수직 전하전송로(5)에 판독된 2 전송단(2 광전변환소자)분의 전하는, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로 전송되는 때에 가산된다.
도 19 에 도 12 내지 도 14 의 판독 전송 동작에 대응하는 수직 전하전송전극으로의 인가전압 파형의 개략도를 나타낸다.
도 19a 의 파형은 도 12 의 판독 전송 동작에 대응한다. 도 19b 는 도 13 의 판독 전송 동작에 대응한다. 도 19c 는 도 14 의 판독 전송 동작에 대응한다.
도 19 에 나타낸 T1의 파형은 도 18 의 판독 전하전송 동작 파형 T1에 대응한다.
도 19 에 나타낸 T2의 파형은 도 18 의 전하전송 파형 T2에 대응한다.
도 19a 에 나타낸 파형에서는, 수직 전하전송로(5)로 판독된 전하는 수평 방향으로 정렬된 1행의 광전변환소자(3)로부터 판독된 전하를 수평 전하전송로(7)로 전송하기 위해, 전하가 2전송단씩 전송된다.
수평 전하전송로(7)에 전송되는 때에 가산된 전하는, 수평 전하전송로(7) 내에서 수평 방향으로 전송되어 외부로 출력된다.
도 19b 에 나타낸 파형에서는, 수직 전하전송로(5)로 판독된 전하는 수평 방향으로 정렬된 1행의 광전변환소자(3)로부터 판독된 전하를 수평 전하전송로(7)로 전송하기 위해, 전하가 3전송단씩 전송된다.
수평 전하전송로(7) 내로 2개의 광전변환소자로부터의 전하가 전송되면, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로의 전하의 전송이 정지된다.
수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로 전송되는 때에 가산된 전하는, 수평 전하전송로(7) 내에서 수평 방향으로 전송되어 외부로 출력된다.
도 19c 에 나타낸 파형에서는, 수직 전하전송로(5)로 판독된 전하는, 수평 방향으로 정렬된 1행의 광전변환소자(3)로부터 판독된 전하를 수평 전하전송로(7)에 전송하기 위해, 전하가 4 전송단분씩 전송된다.
수평 전하전송로(7) 내로 4개의 광전변환소자로부터의 전하가 전송된 경우, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로의 전하의 전송이 정지된다.
수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로 전송되는 때에 가산된 전하는, 수평 전하전송로(7) 내에서 수평 방향으로 전송되어 외부로 출력된다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 고체촬상소자에 대해서 설명한다.
도 20 은 반도체 기판(1) 내에 형성된 광전변환소자(3)와 수직 전하전송로(5)의 배치를 나타내는 평면도이고, 도 21 은 반도체 기판(1) 상에 형성된 수직 전하전송전극(EV(EV1∼EV4))의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 20 및 도 21 에서 부호 41로 나타낸 영역은 전하의 1전송단을 나타낸다.
도 20 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5)의 1전송단(41)마다 2개의 광전변환소자(3)가 형성되어 있다.
도 21 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5) 상에 1전송단(41)마다 4개의 전극(예를 들어, EV1∼EV4)이 형성되어 있다. 광전변환소자는 1전송단(41)에 포함되어 있는 4개의 수직 전하전송전극(EV1∼EV4) 중, 예를 들어, EV2와 EV4와 같이 1개 건너뛴 전극 아래의 수직 전하전송로(5)를 형성하는 반도체 영역과 판독 게이트(3a)를 통하여 접속되어 있다.
도 22 및 도 23 은 도 20 및 도 21 에 나타낸 고체촬상소자의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 22 및 도 23 에 나타낸 구조에서는, 광전변환소자(3)가 사변을 갖는 대략 정팔각형의 형상을 갖고 있다. 수직 방향으로 정렬 배치된 광전변환소자(3c, 3c, 3c)와, 광전변환소자(3c, 3c, 3c)와 수평 방향으로 인접하는 광전변환소자(3d, 3d, 3d)는 광전변환소자(3c, 3c, 3c)의 화소 피치의 반분의 피치만큼 어긋나서 배치되어 있다. 이른바 화소 시프트 구조이다.
이 구조에서도, 수직 전하전송로(5)에는 전하의 1전송단(41)마다 2개의 광전변환소자(3)가 형성되어 있다. 수직 전하전송로(5) 상에 전하의 1전송단(41)마다 4개의 전극(예를 들어, EV1∼EV4)이 형성되어 있다.
도 20, 도 21 또는 도 22, 도 23 에 나타낸 구조를 갖는 고체촬상소자의 동작에 대해서 설명한다.
도 24 에 정지 화상 등의 재생에 사용되는 전화소 판독 모드의 동작을 나타낸다. 도 20 내지 도 23 을 적절히 참조한다.
먼저, 도 24a 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송전극(EV2)에 판독 펄스 전압을 인가한다. 광전변환소자(3, 3, 3)에 축적된 신호 전하 중 1행 간격의 광전변환소자(3{yn+1, yn+3, yn+5, …})의 전하가 수직 전하전송로(5)로 판독된다(도 24a의 흑색 원으로 표시된다).
도 24b 는 도 24a 에 나타낸 수직 전하전송로(5)로 판독된 전하를 1전송단(41)씩 전송하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 24b 에 실선으로 나타낸 바와 같이, 전하는 1전송단만큼 수평 전하전송로(7) 방향으로 전송된다.
수평 전하전송로(7)로 전송된 전하(흑색 원)는, 도 24c 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송로(7) 내에서 외부로 전송된다.
이상의 동작을 반복함으로써, 제 1 필드에서 판독한 전하(흑색 원으로 표시된다)를 모두 외부로 판독할 수 있다.
다음으로, 동일한 전송단에 접속된 다른 광전변환소자(3{yn+2, yn+4, yn+6, …})로부터 전하를 수직 전하전송로(5)로 판독한다(도 24a의 백색 원 표시).
상기의 실선으로 나타낸 동작과 동일한 동작에 의해, 백색 원 표시의 전하도 점선으로 나타낸 동작에 의해, 수직 전하전송로(5) 내에서 수평 전하전송로(7)의 방향으로 전송된다.
수평 전하전송로(7) 내로 전송된 전하는 수평 전하전송로(7) 내에서 수평 방향으로 전송되어, 외부로 출력된다.
이상의 동작을 반복함으로써, 제 2 필드에서 판독한 전하(백색 원으로 표시된다)를 모두 외부로 판독할 수 있다.
도 25 에 모니터 화상의 표시에 사용되는 감소 판독 동작(감소 판독 무비 모드)을 나타낸다.
도 25a 에 나타낸 바와 같이, 광전변환소자 중, 예를 들어, 1전송단(41)마다 그것에 접속된 광전변환소자 중 1개의 광전변환소자로부터의 전하를 수직 전하전송로(5)로 판독한다.
예를 들어, 제 1 필드에서, 광전변환소자(3{yn+1, yn+3, yn+5, yn+6 …})로부터의 전하를 수직 전하전송로(5) 내의 각 전송단(41, 41, 41, …)으로 판독한다.
도 25b 에 나타낸 바와 같이, 전하를 수직 전하전송로(5)의 1전송단(41)만큼 수평 전하전송로(7) 측을 향하여 전송한다. 수평 전하전송로(7)로 전송된 전하는, 도 25c 에 나타낸 바와 같이, 출력 앰프 방향으로 전송된다.
상기와 같은 감소 판독을 행함으로써, 광전변환소자(3)에 축적된 전하를 빠른 속도로 수평 전하전송로(7)로 전송할 수 있다.
도 26 은 1회의 판독 동작에 의해 전화소로부터의 전하를 판독하는 방법을 나타낸다. 이 경우에는, 도 26a 에 나타낸 바와 같이, 1전송단(41)에 접속된 2개의 광전변환소자(3, 3)에 축적된 전하를 동시에 수직 전하전송로(5) 내로 판독한다. 도 26b 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5)에서 전하가 전송단마다 가산된다. 가산된 후에, 전하를 도 26c 에 나타낸 바와 같이 1전송단(41)마다 수평 전하전송로(7)를 향하여 전송한다.
도 27 내지 도 32 에 모니터 화상의 재생에 사용되는 판독 동작 중, 가산 무비 모드의 동작예를 나타낸다.
도 27 내지 도 32 에 나타낸 동작 방법은, 먼저 수직 전하전송로(5) 내에서 전하를 가산하고, 이어서 수평 전하전송로(7) 내에서 다시 전하를 가산하는 방법이다.
도 27 내지 도 29 에 의거하여, 이러한 전하의 판독 전송 방법에 대해서 설명한다.
도 27a 에 나타낸 바와 같이, 1전송단(41)에 접속된 2개의 광전변환소자(3, 3)의 양쪽으로부터 수직 전하전송로(5) 내로 전하를 판독한다. 모든 광전변환소자(3)에 축적되어 있는 전하가 수직 전하전송로(5)로 전송된다.
1전송단(41)마다 2개의 광전변환소자(3)가 접속되어 있기 때문에, 1전송단에 2개의 광전변환소자로부터의 전하가 전송되어 가산된다.
도 27b 에 나타낸 바와 같이, 각 전송단(41)에 전송된 2개의 광전변환소자분의 전하를 1전송단(41) 간격으로 전송한다.
먼저, 광전변환소자(3{yn, yn+1})로부터의 전하와, 광전변환소자(3{yn+2, yn+3})로부터 수직 전하전송로(5)로 전송된 4광전변환소자분의 전하가 수평 전하전송로(7) 내로 전송된다.
수평 전하전송로(7) 내에 4개의 광전변환소자로부터의 전하가 전송된 후에, 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)로의 전하의 전송을 정지시킨다.
도 27c 에 나타낸 바와 같이, 가산된 전하가 수평 전하전송로(7) 내에서 출력 앰프의 방향으로 전송된다.
수직 전하전송로(5) 내로 전송되는 때에 2개의 광전변환소자(3, 3)로부터의 전하가 수직 전하전송로 내에서 가산된다. 수평 전하전송로(7)로 전하가 전송되는 때, 2개씩 합계 4개의 광전변환소자로부터의 전하가 가산되어 축적된다.
도 28 에 나타낸 판독 방법은 도 25 에 나타낸 판독 방법의 변형예이다. 도 28 에 나타낸 방법은, 먼저 1전송단(41)에 접속된 2개의 광전변환소자(3, 3)의 양쪽으로부터 수직 전하전송로(5) 내로 전하를 판독한다. 각 전송단(41)에 전송된 2개의 광전변환소자분의 전하를 3전송단(41) 간격으로 전송한다.
먼저, 광전변환소자(3, 3{yn, yn+1}), 광전변환소자(3, 3{yn+2, yn+3}), 광전변환소자(3, 3{yn+4, yn+5})로부터의 전하가 수평 전하전송로(7)로 전송되는 때, 6개의 광전변환소자분의 전하가 가산된다. 가산된 전하는 수평 전하전송로(7) 내에서 출력 앰프의 방향으로 전송된다.
도 29 에 나타낸 방법은 도 27 및 도 28 에 나타낸 방법의 변형예이다. 도 27 에 나타낸 방법은 3전송단 간격으로 전하를 전송한다. 수평 전하전송로(7)에 8개의 광전변환소자분의 전하가 전송되어 가산된다.
도 30 내지 도 32 에 나타낸 방법에서는, 1전송단(41)마다 2개의 광전변환소자(3, 3)가 접속되어 있는 점은 상기의 구조와 동일하나, 2개의 광전변환소자(3, 3) 중 1개의 광전변환소자(3)만으로부터의 전하를 수직 전하전송로(5) 내로 판독하는 점이 상이하다.
도 30a 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5)로 판독된 전하는, 도 30b 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로(5) 내에서 1전송단(41) 간격으로 전송된다. 수직 전하전송로(5) 내에서 전하는 가산되지 않고, 수평 전하전송로(7) 내로 전송된 후에 2개의 광전변환소자분의 전하가 가산된다.
도 30c 에 나타낸 바와 같이, 수평 전하전송로(7) 내로 전송되는 때에 가산된 전하는 수평 전하전송로(7) 내에서 외부를 향하여 전송된다.
도 31 및 도 32 에 나타낸 방법은 도 30 에 나타낸 방법의 변형예이다.
도 31 에 나타낸 방법은 1회의 전송에서 3전송단(41) 간격으로 전하를 전송한다.
도 32 에 나타낸 방법은 1회의 전송에서 4전송단(41) 간격으로 전하를 전송한다.
상기의 어느 쪽의 가산 무비 모드에서도, 1회의 전하전송에서 수평 전하전송로(7)로 전송된 전하는 수직 전하전송로(5) 내 또는 수평 전하전송로(7) 내의 적어도 어느 한 쪽에서 가산되기 때문에, 신호량을 통상의 전화소 판독 모드의 2배, 3배, 4배, …로 할 수 있다.
따라서, 빠른 프레임 속도를 유지하면서, 밝은 모니터 화상을 얻을 수 있다.
다음으로, 구체적인 고체촬상장치(X)의 판독 방법에 대해서, 컬러필터 어레이의 컬러 배열을 특정한 상태에서 도 33 내지 도 38 에 의거하여 설명한다.
도 33 및 도 34 는 광전변환소자 및 컬러필터가 수평 방향 및 수직 방향으로 정렬 배치되어 있는 경우의 판독 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
컬러필터 어레이의 색 배치는 G 스트라이프 RB 완전 바둑판형의 배치이다.
도 33 에 나타낸 화소의 배치는, 상술한 도 15 에 나타낸 구조에 대하여, G 스트라이프 RB 완전 바둑판형의 컬러필터 어레이를 배치한 것이다.
도 33a 에 y1 라인 내지 y8 라인의 8행, 4열의 화소 배치를 나타냈으나, 실제로는 100만 화소 이상에 이르는 다수의 화소가 2차원 평면상에 배치되어 있다.
도 33b 에 나타낸 바와 같이, 제 1 필드의 판독 동작에서는, 1행 간격으로 광전변환소자로부터의 전하를 판독한다. 구체적으로는, 도 33a 의 홀수 라인, 즉, y1 라인, y3 라인, y5 라인, y7 라인, …에 배치되어 있는 광전변환소자로부터의 전하를 판독한다.
yl 내지 y7의 각 라인(행)에는 수평 방향으로 x1 내지 x4의 열에 대하여, G(녹색), R(적색), G(녹색), B(청색)의 순서로 컬러필터가 나열되어 있고, 이 색 배열에 대응한 전하가 판독된다.
판독된 전하를, 도 15 에 나타낸 바와 같이, 수직 전하전송로 내에서 4전송단만큼 전송한다. 도 33d 에 나타낸 바와 같이, y1 라인과 y3 라인으로부터 판독된 전하가 수직 전하전송로 내에서 전송된다. 전하가 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로에 전송되는 때에 전하가 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하가 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송되어, 외부로 판독된다.
이어서, y5 라인과 y7 라인으로부터 판독된 전하가 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다.
화소열 x1에 대응하는 수직 전하전송로에 G에 대응하는 전하가 2개의 광전변환소자분만큼 가산된다(GG). 이것과 동일하게, 화소열 x2에 대응하는 수직 전하전송로에 R에 대응하는 전하가 2개의 광전변환소자분만큼 가산된다(RR). 화소열 x3에 대응하는 수직 전하전송로에 G에 대응하는 전하가 2개의 광전변환소자분만큼 가산된다(GG). 화소열 x4에 대응하는 수직 전하전송로에 B에 대응하는 전하가 2 광전변환소자분만큼 가산된다(BB). 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송되어 외부로 판독된다.
이어서, y5 라인과 y7 라인으로부터의 전하가 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산되고, 상기의 판독 동작과 동일한 동작에 의해, 수평 전하전송로에서 수평 방향으로 전송된다. 이상의 동작을 반복함으로써, 1행 간격의 화소로부터의 전하를 가산하여 판독한다. 이것에 의해 제 1 필드의 전하 판독 동작이 실행된다.
이어서, 도 33c 에 나타낸 바와 같이, 짝수 행, 즉, y2, y4, y6, y8 라인에 나열된 광전변환소자로부터의 신호 전하를 판독한다. 각 라인에 GBGR의 순서에 대응하는 신호 전하가 판독된다.
상기의 수직 전하전송로 내에서의 전하전송 동작과 동일한 동작에 의해, 먼저, y2 라인과 y4 라인에 대응하는 전하가 수직 전하전송로 내로 판독된다. 전하는 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로 내로 전송되는 때에 가산된다. 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송되어 외부로 판독된다(제 1 필드의 판독).
이어서, y6 라인과 y8 라인에 대응하는 전하가 수직 전하전송로에 전송된다. 전하는 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송되어 외부로 판독된다(제 2 필드의 판독).
이상의 동작을 반복하여, 제 1 필드 및 제 2 필드의 판독이 실행된다.
상기의 제 1 필드 및 제 2 필드의 판독 동작에 의해, 최종적으로 전화소로부터의 전하를 판독한다. 그때, 전하가 가산되어 수평 전하전송로 내에서 전송되기 때문에, 광량이 적은 경우에도 모니터 화상은 밝아진다.
도 34a 에 나타낸 컬러필터의 배치는, 도 33a 에 나타낸 색 배치와 동일하다.
도 34b 또는 도 34c 에 나타낸 바와 같이, 화소로부터의 판독은 제 1 필드에서 y1 및 y5 라인의 화소로부터의 신호를 판독한다.
수직 전하전송로로 전송된 전하는 수평 방향으로 GRGB의 순서로 나열된다. 수직 전하전송로로 판독된 전하를 1회에 수직 전하전송로 내에서 8전송단만큼 수평 전하전송로를 향하여 전송한다.
y1 라인과 y5 라인으로부터 판독된 전하는 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 가산된 전하는 수평 전하전송로에서 수평 방향으로 전송된다.
이상의 동작에 의해, 제 1 필드의 전하의 판독 동작이 실행된다.
상기와 동일하게, 제 2 필드의 판독 동작에서는, 도 34c 에 나타낸 바와 같이, y2 및 y6 라인에 나열된 전하가 판독된다. 제 1 필드의 판독 동작 및 전송 동작과 동일한 동작을 행함으로써, 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된 전하 신호는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송되어 외부로 판독된다.
도 35 에 화소 시프트 구조를 갖는 고체촬상소자의 평면도를 나타낸다. 컬러필터 어레이의 배치는 1열 간격으로 G만의 열이 존재하고, 그것들 열의 사이에 RBRBRB…의 스트라이프와, BRBRBR…의 스트라이프의 컬러필터가 존재하는 RB 완전 바둑판형의 색 배치이다. 도면에서는, 수평 방향으로 나열된 y1 내지 y16의 16 라인의 화소가 도시되어 있다.
도 35b 에 나타낸 바와 같이, 제 1 필드의 판독 동작에서는 y1 및 y2 라인, y5 및 y6 라인, y9 및 y10 라인, y13 및 y14 라인의 전하가 수직 전하전송로로 판독된다.
도 35d 에 나타낸 바와 같이, y1 및 y2 라인과 y5 및 y6 라인의 전하가 수직 전하전송로 내에서 수평 전하전송로 방향으로 전송된다. 전하가 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
상기와 동일하게, y9 및 yl0 라인과 y13 및 y14 라인의 전하가 수직 전하전송로로 판독되고, 수직 전하전송로로부터 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다(제 1 필드의 판독 동작).
상기와 동일하게, 제 2 필드의 전하 판독 동작에서는, y3 및 y4 라인, y7 및 y8 라인, y11 및 y12 라인, y15 및 y16 라인의 전하가 수직 전하전송로 내로 판독된다.
y3 및 y4 라인과 y7 및 y8 라인의 전하가 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
y11 및 y12 라인과 y15 및 y16 라인의 전하가 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
도 36 에 나타낸 구조는 도 35a 에 나타낸 컬러필터 배열과 동일하다.
제 1 필드에서는, y1 라인 및 y2 라인, y9 라인 및 y10 라인의 전하가 수직 전하전송로 내로 전송된다.
수평 전하전송로에 전송되는 때에 y1 라인 및 y2 라인의 전하가 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
또한, y9 라인 및 y10 라인의 전하가 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
제 2 필드에서는, y3 라인 및 y4 라인, y11 라인 및 y12 라인의 전하가 수직 전하전송로 내로 전송된다.
수평 전하전송로로 전송되는 때에 y3 라인 및 y4 라인의 전하가 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
또한, y11 라인 및 y12 라인의 전하가 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
다음으로, 컬러필터의 배열이 바이어(Bayer) 배열인 경우의 무비 모드의 판독 동작예에 대해서 도 37 및 도 38 에 의거하여 설명한다.
도 37a 에 나타낸 컬러필터 어레이의 배열은 하나의 열의 색 배치가 RGRGRGRG…이고, 그것과 수평 방향으로 인접하는 다른 열의 색 배치가 GBGBGBGB…이며, 이러한 색 배열이 반복되어 있다. 이른바 바이어(Bayer) 배열이다. y1 라인의 색 배열은 RGRG의 배열이고, 그 위의 y2 라인의 배열은 GBGB의 배열이다. 이 RGRG 및 GBGB의 배열의 2행의 배열을 1 세트로 하여, 이 1 세트의 배열과 동일한 배열이 수직 방향으로 나열되어 있다.
도 37b 에 나타낸 바와 같이, 제 1 필드의 판독 동작에서는, y1, y3, y5, y7의 홀수 행의 라인에 나열된 광전변환소자로부터의 전하가 수직 전하전송로로 판독된다. 수직 전하전송로로 판독된 전하는 1행 간격으로 수직 전하전송로 내에서 수평 전하전송로를 향하여 전송된다.
도 37d 에 나타낸 바와 같이, 제 1 필드의 판독 동작에서, y1 라인 및 y3 라인의 전하가 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
이어서, y5 라인과 y7 라인의 전하가 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
도 37c 및 도 37e 에 나타낸 바와 같이, 제 2 필드의 판독 동작에서, y2 라인 및 y4 라인, y6 라인과 y8 라인의 전하가 수직 전하전송로로 판독된다.
y2라인 및 y4 라인의 전하가 수직 전하전송로에서 수평 전하전송로를 향하여 전송되고, 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
y6 라인 및 y8 라인의 전하가 수직 전하전송로에서 수평 전하전송로를 향하여 전송되고, 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 수평 전하전송로 내에서 가산된 전하는 수평 전하전송로 내에서 수평 방향으로 전송된다.
도 38 에 나타낸 판독 동작은, 제 1 필드에서 y1 라인과 y5 라인에 나열된 광전변환소자로부터의 전하가 판독되고, 제 2 필드에서 y2 라인과 y6 라인에 나열된 광전변환소자로부터의 전하가 판독된다.
제 1 필드의 전송 동작에 있어서, y1 라인과 y5 라인에 나열된 광전변환소자로부터의 전하가 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다. 제 2 필드의 판독에 있어서, y2 라인과 y6 라인에 나열된 광전변환소자로부터의 전하가 수평 전하전송로로 전송되는 때에 가산된다(도 38d 및 도 38e 참조).
다음으로, 도 39 및 도 40 에 의거하여 본 발명의 고체촬상소자를 실제의 디지털 스틸 카메라에 적용시킨 경우의 구체적인 구성예를 설명한다.
도 39 에 나타낸 스틸 카메라(D)는 렌즈를 포함한 광학계(LS)와, 조리개 기구(조리개)(71), 구동 모터(M))와, 플래시 기구(F)와, 제어회로(S)와, 광량 모니터(LM)와, 수동 전환 스위치(77)와, 고체촬상소자(X)를 갖고 있다.
제어회로(S)에 고체촬상소자(X)를 구동시키기 위한 구동 펄스 신호를 발생시키는 타이밍 발생기(73)와, 촬영 모드의 전환을 행하는 촬영 모드 전환 스위치 회로(75)가 포함되어 있다.
촬영 모드 전환 스위치 회로(75)는 광량 모니터(LM)로부터의 신호를 받아, 감소 판독 무비 모드와 가산 무비 모드의 전환을 행한다.
도 40 에 무비 모드 동작의 플로차트를 나타낸다.
스텝 S11에서 무비 모드가 온(on)된다. 모니터 화상에 동화가 영사된다.
스텝 S12에서 광량 모니터(LM)에 의해 광량이 측정된다. 광량 모니터의 출력에 따라 모니터 화상의 촬영 모드를 전환한다.
광량 모니터(LM)에 의해 밝은 모니터 화상을 촬영하는데 충분한 광량이 감지된 경우에는, 그 광량 모니터(LM)의 출력에 따라, 스텝 S14에서 감소 판독 무비 모드가 유지된다.
적당한 타이밍으로 스텝 S16과 같이 정지 화상을 촬영한다. 이때, 플래시가 적절히 동작한다.
한편, 스텝 S13에서 광량이 기준치보다도 작은 것이 광량 모니터(LM)에 의해 감지되고, 그 취지의 출력이 얻어진 경우에는 스텝 S15로 이행한다. 스텝 S15에서는 가산 무비 모드에 의한 판독이 개시된다. 광전변환소자로부터의 전하가 수직 전하전송로 또는 수평 전하전송로에서 가산되어, 밝은 모니터 화상을 얻을 수 있다.
촬영자는 원하는 타이밍으로 스텝 S16에서 정지 화상을 촬영한다. 이때, 임의로 또는 강제적으로 플래시를 동작시킨다.
이상과 같이, 광량 모니터(LM)에 의해 측정된 광량의 값에 따라, 통상의 감소 판독 모드에 의한 촬영과, 화상 모니터를 밝게 할 수 있는 가산 무비 모드에 의한 촬영을 자동적으로 선택하여, 모니터 화상을 표시할 수 있다.
또한, 수동 전환 스위치(77)를 온함으로써, 감소 무비 모드에 의한 촬영과 가산 무비 모드에 의한 촬영을 수동으로 전환할 수도 있다.
고체촬상장치에 색 필터 어레이를 설치할 경우, 해당 색 필터 어레이는 컬러 촬상을 가능하게 하는 색 필터에 의해 구성되어 있는 것이 좋다. 이러한 색 필터 어레이로서는, 실시예에서 예로 든 3원색(적색(R), 녹색(G), 청색(B))계의 색 필터 어레이 외에, 이른바 보색 타입의 색 필터 어레이가 있다.
보색 타입의 색 필터 어레이로서는, 예를 들어, (ⅰ) 녹색(G), 청록색(Cy) 및 황색(Ye)의 각 색 필터로 이루어진 것, (ⅱ) 청록색(Cy), 황색(Ye) 및 백색 또는 무색(W)의 각 색 필터로 이루어진 것, (ⅲ) 청록색(Cy), 자홍색(Mg), 황색(Ye) 및 녹색(G)의 각 색 필터로 이루어진 것, (ⅳ) 청록색(Cy), 황색(Ye), 녹색(G) 및 백색 또는 무색(W)의 각 색 필터로 이루어진 것 등이 알려져 있다.
원색계의 색 필터 어레이에서의 색 필터의 배치 패턴으로서는, 바이어(Bayer)형, 인터라인형, G 스트라이프 RB 바둑판형, G 스트라이프 RB 완전 바둑판형 등이 사용된다.
또한, 본 발명의 고체촬상소자(장치) 및 그 판독 방법은 주로 무비 모드에 의한 화상 표시에 사용되나, 용도가 무비 모드에 의한 화상 표시에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 자동 노광(AE) / 자동 초점(AF) 모드 등의 정지화상 촬영의 경우에 있어서, 신호량(광량)이 부족한 경우에서의 감도 향상에도 사용할 수 있다.
본 발명의 고체촬상소자(장치)에 따르면, 예를 들어, 어두운 피사체의 경우, 본 촬영(정지화상 촬영) 전에 그 피사체를 포착하기 위해 모니터로 관찰할 경우에, 보다 고감도의 모니터 화상을 얻을 수 있으며, 셔터 찬스를 놓치지 않게 되어 원하는 화상을 얻기 쉬워진다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 의한 고체촬상소자의 평면도.
도 2 는 광전변환소자 및 그 주변의 단면도.
도 3 은 도 2 의 x1-x2선에 따른 에너지 포텐셜(potential)을 나타내는 도면.
도 4 는 반도체 기판 내에 형성된 광전변환소자와 수직 전하전송로와의 배치를 나타내는 평면도.
도 5 는 반도체 기판 상에 형성된 수직 전하전송전극의 배치를 나타내는 평면도.
도 6 은 도 4 에 나타낸 고체촬상소자의 변형예를 나타내는 평면도.
도 7 은 도 5 에 나타낸 고체촬상소자의 변형예를 나타내는 평면도.
도 8 은 정지(靜止) 화상 등의 재생에 사용되는 전(全)화소 판독 모드의 동작을 나타내는 도면.
도 9 는 수평 전하전송로(7)의 단면도(도 1 의 c-d선 단면도).
도 10a 는 도 1 의 c-d선 단면도이고, 도 10b 는 도 1 의 c-d선 단면의 포텐셜 프로파일.
도 11 은 모니터 화상의 재생에 사용되는 감소 판독의 동작(감소 판독 무비 모드)을 나타내는 도면.
도 12 는 수직 전하전송로(5)로부터 수평 전하전송로(7)에 2개의 광전변환소자분의 전하를 가산하여 전송하는 전하전송의 예를 나타내는 도면.
도 13 은 도 12 에 나타낸 가산 무비 모드 동작의 제 1 변형예를 나타내는 도면.
도 14 는 도 12 에 나타낸 가산 무비 모드 동작의 제 2 변형예를 나타내는 도면.
도 15 는 도 12 에 나타낸 가산 무비 모드 동작의 다른 변형예를 나타내는 도면.
도 16 은 도 15 의 판독 동작의 변형예를 나타내는 도면.
도 17 은 도 15 의 판독 동작의 다른 변형예를 나타내는 도면.
도 18 은 전하를 실제로 판독하여 전송할 때에 수직 전하전송전극(EV1∼EV8)에 인가되는 인가전압의 구체적인 파형(波形)을 나타내는 도면.
도 19 는 도 12 내지 도 14 의 판독 전송 동작에 대응하는 수직 전하전송전극으로의 인가전압 파형의 개략도.
도 20 은 반도체 기판 내에 형성된 광전변환소자와 수직 전하전송로와의 배치를 나타내는 평면도.
도 21 은 반도체 기판 상에 형성된 수직 전하전송전극의 배치를 나타내는 평면도.
도 22 는 도 20 에 나타낸 고체촬상소자의 변형예를 나타내는 평면도.
도 23 은 도 21 에 나타낸 고체촬상소자의 변형예를 나타내는 평면도.
도 24 는 정지 화상 등의 재생에 사용되는 전화소 판독 모드의 동작을 나타내는 도면.
도 25 는 모니터 화상의 표시에 사용되는 감소 판독의 동작(감소 판독 무비 모드)을 나타내는 도면.
도 26 은 1회의 판독 동작으로 전화소로부터의 전하를 판독하는 방법을 나타내는 도면.
도 27 은 수직 전하전송로(5) 내에서 전하를 가산하고 이어서 수평 전하전송로(7) 내에서 다시 전하를 가산하는 방법을 나타내는 도면.
도 28 은 수직 전하전송로(5) 내에서 전하를 가산하고 이어서 수평 전하전송로(7) 내에서 다시 전하를 가산하는 방법을 나타내는 도면.
도 29 는 수직 전하전송로(5) 내에서 전하를 가산하고 이어서 수평 전하전송로(7) 내에서 다시 전하를 가산하는 방법을 나타내는 도면.
도 30 은 2개의 광전변환소자 중 하나의 광전변환소자만으로부터 전하를 수직 전하전송로 내로 전하 판독하는 방법을 나타내는 도면.
도 31 은 2개의 광전변환소자 중 하나의 광전변환소자만으로부터 전하를 수직 전하전송로 내로 전하 판독하는 방법을 나타내는 도면.
도 32 는 2개의 광전변환소자 중 하나의 광전변환소자만으로부터 전하를 수직 전하전송로 내로 전하 판독하는 방법을 나타내는 도면.
도 33 은 광전변환소자 및 컬러필터가 수평 방향 및 수직 방향으로 정렬 배치되어 있는 경우의 판독 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면.
도 34 는 광전변환소자 및 컬러필터가 수평 방향 및 수직 방향으로 정렬 배치되어 있는 경우의 판독 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면.
도 35 는 화소 시프트(shift) 구조를 갖는 고체촬상소자의 평면도.
도 36 은 화소 시프트 구조를 갖는 고체촬상소자의 평면도.
도 37 은 컬러필터의 배열이 바이어(Bayer) 배열인 경우의 무비 모드의 판독 동작예를 나타내는 도면.
도 38 은 컬러필터의 배열이 바이어(Bayer) 배열인 경우의 무비 모드의 판독 동작예를 나타내는 도면.
도 39 는 본 발명의 고체촬상소자를 실제의 디지털 스틸 카메라에 적용시킨 경우의 구체적인 구성예를 나타내는 도면.
도 40 은 본 발명의 고체촬상소자를 실제의 디지털 스틸 카메라에 적용시킨 경우의 동작을 나타내는 도면.
도 41 은 일반적인 고체촬상소자의 평면도.
도 42 는 수평 전하전송로의 단면도.
도 43 은 수직 전하전송전극의 배치를 중심으로 한 평면도.
도 44 는 고체촬상소자의 동작을 나타내는 도면.
도 45 는 고체촬상소자의 동작을 나타내는 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
A: 고체촬상소자
D : 제어회로
OD: 오버플로우(overflow) 드레인
ODE : 오버플로우 드레인 전극
GND : 접지(接地)
1: 반도체 표면 2 : p 웰(well)
3: 광전변환소자 3a : 판독 게이트
5: 수직 전하전송로 7: 수평 전하전송로
8: 전하 조정용 배리어(barrier) 9: 전원
18: p형 반도체층 21: n형 도전층
23: p형 도전층 25a: 소자분리층
27, 31: 절연막 EV, 29: 수직 전하전송전극
33: 차광막 35: 개구부
41: 전송단(轉送段)

Claims (9)

  1. 2차원 평면상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬 배치된 복수의 광전변환소자;
    수직 방향으로 정렬된 광전변환소자 열에 근접하여 형성된 수직 전하전송로;
    상기 수직 전하전송로 내에서 전하를 1 전하전송단씩 전송하도록 상기 수직 전하전송로 상에 수직 방향으로 나열된 복수의 수직 전하전송전극;
    복수의 상기 수직 전하전송로의 일단에 설치되며 상기 수직 전하전송로로부터 전송된 전하를 받아 이것을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로;
    상기 수평 전하전송로 상에 수평 방향으로 나열된 복수의 수평 전하전송전극;
    상기 수평 전하전송로의 일단에 형성되며 상기 수평 전하전송로로부터 공급되는 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프; 및
    상기 전하전송단 중 일부의 전하전송단에만 상기 광전변환소자로부터 판독된 전하를 판독하여 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 전송하는 감소 판독 모드와,
    상기 수직 전하전송로에 포함된 모든 전하전송단으로 전하를 판독하고 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로에 2개 이상의 상기 광전변환소자로부터의 전하를 전송하여 가산한 후, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로의 전하전송을 정지시키고, 상기 수평 전하전송로에 의한 전하전송 및 외부로의 출력을 행하는 가산 무비 모드에서 구동할 수 있는 제어회로를 포함하는 고체촬상소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광전변환소자는 상기 수직 전하전송로의 1 전하전송단마다 1개 설치되어 있는 고체촬상소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광전변환소자는 상기 수직 전하전송로의 1 전하전송단마다 2개 설치되어 있는 고체촬상소자.
  4. 2차원 평면상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬 배치된 복수의 광전변환소자; 수직 방향으로 정렬된 광전변환소자 열에 근접하여 형성된 수직 전하전송로; 상기 수직 전하전송로 내에서 전하를 1전송단씩 전송하도록 상기 수직 전하전송로 상에 수직 방향으로 나열된 복수의 수직 전하전송전극; 복수의 상기 수직 전하전송로의 일단에 설치되며 상기 수직 전하전송로로부터 전송된 전하를 받아 이것을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로; 상기 수평 전하전송로 상에 수평 방향으로 나열된 복수의 수평 전하전송전극; 상기 수평 전하전송로의 일단에 형성되며 상기 수평 전하전송로로부터 공급되는 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프; 및 상기 전하전송단 중 일부의 전하전송단에만 상기 광전변환소자로부터 판독된 전하를 상기 수직 전하전송로에 판독하여 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 전송하는 감소 판독 모드, 및 상기 수직 전하전송로에 포함된 모든 전하전송단에 전하를 판독하고, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로에 2개 이상의 상기 광전변환소자로부터의 전하를 전송하여 가산한 후, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로의 전하전송을 정지시키고, 상기 수평 전하전송로에 의한 전하전송 및 외부로의 출력을 행하는 가산 무비 모드에서 구동할 수 있는 제어회로를 포함하는 고체촬상소자;
    광학 렌즈;
    노광량을 제어하는 조리개 기구;
    촬영 대상을 수시로 표시하게 하는 동화(動畵) 모니터 표시장치;
    촬영 대상 근방의 밝기를 측정하는 광량 모니터; 및
    상기 광량 모니터의 측정 결과에 기초하여, 상기 촬영 대상 근방의 밝기가 기준치를 상회할 경우 감소 판독 모드에 의한 구동을 자동적으로 선택하고, 상기 촬영 대상 근방의 밝기가 기준치를 하회할 경우 상기 가산 무비 모드에 의한 구동을 자동적으로 선택하는 전환 스위치를 포함하는 고체촬상장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 감소 판독 모드와 상기 가산 무비 모드를 자동적으로 선택하는 자동 선택 모드와, 상기 감소 판독 모드와 상기 가산 무비 모드를 수동으로 전환하는 수동 선택 모드와의 전환을 행하는 자동-수동 전환 스위치를 더 포함하는 고체촬상장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 수평 전하전송로에 근접하여 배치되고 상기 수평 전하전송로에 축적된 전하를 빼내며 상기 전하와 동일한 전하를 캐리어로 하는 반도체층으로 이루어진 오버플로우 드레인; 및
    상기 오버플로우 드레인과 상기 수평 전하전송로의 사이에 설치되며 그의 배리어 높이를 변화시킴으로써 상기 수평 전하전송로에서의 전하 축적량을 제어할 수 있는 전하량 조정용 배리어를 더 포함하는 고체촬상장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 화소열에 포함된 화소는, 광전변환소자와 녹색 필터를 포함한 녹색 화소이고,
    상기 제 1 화소열과 수평 방향으로 인접하는 상기 제 2 화소열에 포함된 화소는, 광전변환소자와 적색 필터를 포함한 적색 화소와 광전변환소자와 청색 필터를 포함한 청색 화소가 수직 방향으로 번갈아 배치되며, 복수의 상기 제 2 화소열에 포함된 적색 화소와 청색 화소가 수평 방향으로 번갈아 배치되어 있는 고체촬상소자.
  8. 2차원 평면상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬 배치된 복수의 광전변환소자; 수직 방향으로 정렬된 광전변환소자 열에 근접하여 형성된 수직 전하전송로; 상기 수직 전하전송로 상에 1 전하전송단마다 수직 방향으로 n개(n≥3, n은 정수) 나열하여 형성된 수직 전하전송전극; 복수의 상기 수직 전하전송로의 하단에 설치되며 상기 수직 전하전송로로부터 전송된 전하를 받아 이것을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로; 상기 수평 전하전송로의 일단에 형성되며 상기 수평 전하전송로로부터의 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프; 및 상기 수직 전하전송전극에 대하여 상기 고체촬상장치를 구동시키기 위한 구동 펄스 신호를 발생하는 타이밍 발생기를 갖는 구동회로를 포함하는 고체촬상소자;
    광학 렌즈;
    조리개 기구;
    촬영 대상을 표시하게 하는 동화(動畵) 모니터 표시장치;
    촬영 대상 근방의 밝기를 측정하는 광량 모니터; 및
    상기 광량 모니터의 출력에 따라 촬영방법을 전환하는 촬영방법 전환 스위치를 포함하는 고체촬상장치의 제어방법으로서,
    a) 무비 모드를 온(ON)하여 상기 동화 모니터 표시장치에 모니터 화상을 영사하는 공정;
    b) 상기 광량 모니터에 의해 촬영 대상 근방의 광량을 측정하고, 측정한 광량이 기준치보다도 높을 경우에는, 상기 전하전송단 중 일부의 전하전송단에만 상기 광전변환소자로부터 판독된 전하를 상기 수직 전하전송로에 판독하여 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로 전송하는 감소 판독 모드를 선택하고,
    상기 광량 모니터에 의해 측정된 광량이 기준치보다도 작을 경우에는, 상기 수직 전하전송로에 포함된 모든 전하전송단에 전하를 판독하고 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로에 2개 이상의 상기 광전변환소자로부터의 전하를 전송하여 가산한 후, 상기 수직 전하전송로로부터 상기 수평 전하전송로로의 전하전송을 정지시키고, 상기 수평 전하전송로에 의한 전하전송 및 외부로의 출력을 행하는 가산 무비 모드를 선택하는 공정;
    c) 상기 수평 전하전송로 내로 전송된 전하를 상기 출력 앰프를 향하여 전송하고, 상기 출력 앰프에 의해 증폭된 신호를 외부로 출력하는 공정;
    d) 상기 b) 및 c)의 공정을 반복하여 상기 모니터 표시장치에 상기 감소 판독 모드 또는 상기 가산 무비 모드에 의한 표시를 계속적으로 표시하게 하는 공정; 및
    e) 원하는 타이밍으로 정지 화상을 촬영하는 공정을 포함하는 고체촬상장치의 제어방법.
  9. 2차원 평면상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬 배치된 복수의 광전변환소자; 수직 방향으로 정렬된 광전변환소자 열에 근접하여 형성된 수직 전하전송로; 상기 수직 전하전송로 내에서 전하를 1전송단씩 전송하도록 상기 수직 전하전송로 상에 1 전하전송단마다 수직 방향으로 n개(n≥3, n은 정수) 나열되어 형성된 수직 전하전송전극; 복수의 상기 수직 전하전송로의 하단에 설치되며 상기 수직 전하전송로로부터 전송된 전하를 받아 이것을 수평 방향으로 전송하는 수평 전하전송로; 상기 수평 전하전송로의 일단에 형성되며 상기 수평 전하전송로로부터 공급된 전하를 증폭시켜 외부로 출력하는 출력 앰프; 상기 각 전하전송단에 속하는 n개의 수직 전하전송전극 중 대응하는 위치의 각 수직 전하전송전극에 대하여 동일한 타이밍으로 전압을 인가하는 구동회로; 상기 광전변환소자가 수직 방향으로 정렬 배치된 제 1 광전변환소자 열에 포함된 광전변환소자 상에 형성된 녹색 필터; 및 상기 제 1 광전변환소자 열과 수평 방향으로 인접하는 제 2 광전변환소자 열에 포함된 광전변환소자 상에 수직 방향으로 번갈아 형성되는 동시에 수평 방향으로도 번갈아 배치되어 있는 적색 필터와 청색 필터를 포함하는 고체촬상소자의 제어방법으로서,
    a) 상기 수직 전하전송전극 중 행방향으로 동일한 색 배열을 갖는 광전변환소자로부터 전하를 판독하는 수직 전하전송전극에 대하여 판독 전압을 인가하여 수직 전하전송로 중 대응하는 전송단에 상기 광전변환소자로부터의 전하를 판독하는 공정;
    b) 상기 수직 전하전송로에 판독된 전하를 상기 수평 전하전송로를 향하여 1전송단씩 전송하고 공정 (a)에서 판독된 전하를 상기 수평 전하전송로를 향하여 전송하는 공정;
    c) 상기 광전변환소자에 축적되어 있던 전하 중 2개 이상의 광전변환소자에 축적되어 있던 전하가 상기 수평 전하전송로 내로 전송되어 가산된 후, 상기 수직 전하전송로 내에서의 전하의 전송을 정지시키고, 상기 수평 전하전송로에 축적된 전하를 상기 출력 앰프를 향해 전송하고 상기 수평 전하전송로로부터의 전하를 상기 출력 앰프에 의해 증폭시켜 외부로 출력하는 공정;
    d) 상기 b) 및 c)의 공정을 반복하고, 상기 a) 공정에서 판독된 전하를 외부로 출력하는 공정; 및
    e) 서로 다른 행의 광전변환소자에 대해서 상기 a) 내지 d)의 공정을 반복하여 상기 광전변환소자로부터의 전하를 판독하는 공정을 포함하는 고체촬상소자의 제어방법.
KR10-2000-0058468A 1999-10-07 2000-10-05 고체촬상소자, 그의 제어방법 및 그것을 사용한고체촬상장치 KR100508421B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28733799A JP2001111894A (ja) 1999-10-07 1999-10-07 固体撮像素子、その制御方法およびそれを用いた固体撮像装置
JP99-287337 1999-10-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010040004A KR20010040004A (ko) 2001-05-15
KR100508421B1 true KR100508421B1 (ko) 2005-08-18

Family

ID=17716074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0058468A KR100508421B1 (ko) 1999-10-07 2000-10-05 고체촬상소자, 그의 제어방법 및 그것을 사용한고체촬상장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6423959B1 (ko)
EP (1) EP1091568B1 (ko)
JP (1) JP2001111894A (ko)
KR (1) KR100508421B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101016539B1 (ko) * 2002-08-12 2011-02-24 소니 주식회사 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000224599A (ja) * 1999-01-28 2000-08-11 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像装置および信号読出し方法
TW411705B (en) * 1999-03-15 2000-11-11 Avision Inc Charge transfer method for CCD image sensing device
US6809764B1 (en) * 1999-05-12 2004-10-26 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid-state electronic image sensing device with high subsampling efficiency and method of reading a video signal out of the same
JP2001238134A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Sony Corp 固体撮像素子およびその駆動方法並びにカメラシステム
WO2002093939A1 (fr) * 2001-05-15 2002-11-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif d'imagerie et procede de traitement de signaux associe
JP4738667B2 (ja) * 2001-08-10 2011-08-03 キヤノン株式会社 撮像装置
US6545303B1 (en) * 2001-11-06 2003-04-08 Fillfactory Method to increase conversion gain of an active pixel, and corresponding active pixel
KR100482369B1 (ko) * 2002-09-19 2005-04-13 삼성전자주식회사 조사광의 광에너지 검사장치, 이를 갖는 노광조건조절시스템, 노광조건 검사방법 및 그에 따른 반도체소자제조방법
JP3848650B2 (ja) * 2002-11-12 2006-11-22 松下電器産業株式会社 固体撮像素子およびこれを備えたカメラ
US7701498B2 (en) * 2002-12-20 2010-04-20 Panasonic Corporation Solid-state image pickup device, drive method therefor and camera
JP2004335804A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
TW200520225A (en) * 2003-10-24 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Pixel arranging apparatus, solid-state image sensing apparatus, and camera
JP4183635B2 (ja) * 2004-02-16 2008-11-19 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
JP2007013245A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
JP4639406B2 (ja) * 2006-03-31 2011-02-23 富士フイルム株式会社 撮像装置
JP2008244738A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Fujifilm Corp 撮像装置および撮像素子の駆動制御方法
JP2009049523A (ja) * 2007-08-14 2009-03-05 Fujifilm Corp 固体撮像素子、撮像装置、及び固体撮像素子の駆動方法
JP2011097568A (ja) * 2009-10-02 2011-05-12 Sanyo Electric Co Ltd 撮像装置
JP5585208B2 (ja) * 2010-05-20 2014-09-10 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4689687A (en) * 1984-11-13 1987-08-25 Hitachi, Ltd. Charge transfer type solid-state imaging device
KR920003656B1 (ko) * 1988-04-01 1992-05-06 샤프 가부시끼 가이샤 전자적으로 화상을 확대하여 촬영이 가능한 촬상 장치
JP2595077B2 (ja) * 1988-12-23 1997-03-26 株式会社日立製作所 撮像装置
US5264939A (en) * 1992-05-29 1993-11-23 Eastman Kodak Company Apparatus and method for generating an interlaced viewing signal from the output signal of a non-interlaced camera system
JPH08111517A (ja) 1994-10-07 1996-04-30 Sony Corp 画素信号読み出し方法とこれによる固体撮像装置
JPH08242410A (ja) * 1994-12-30 1996-09-17 Eastman Kodak Co 電子カメラの順次走査センサからインタレースされた画像を作成する電子カメラ
JP3551571B2 (ja) * 1995-08-11 2004-08-11 ソニー株式会社 カラーｃｃｄ固体撮像素子
JPH10136244A (ja) * 1996-11-01 1998-05-22 Olympus Optical Co Ltd 電子的撮像装置
JP4161384B2 (ja) * 1997-04-30 2008-10-08 ソニー株式会社 固体撮像装置、これを用いたカメラおよび固体撮像装置の駆動方法
JPH11234569A (ja) * 1998-02-13 1999-08-27 Sony Corp 固体撮像装置の駆動方法及び固体撮像素子、並びにカメラ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101016539B1 (ko) * 2002-08-12 2011-02-24 소니 주식회사 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP1091568A2 (en) 2001-04-11
EP1091568A3 (en) 2007-12-12
US6423959B1 (en) 2002-07-23
KR20010040004A (ko) 2001-05-15
JP2001111894A (ja) 2001-04-20
EP1091568B1 (en) 2012-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100508421B1 (ko) 고체촬상소자, 그의 제어방법 및 그것을 사용한고체촬상장치
US7787040B2 (en) Solid-state image-taking element and image-taking apparatus including the solid-state image-taking element
US7944496B2 (en) Imaging apparatus and driving method for CCD type solid-state imaging device
JP3703175B2 (ja) 撮像装置
JPS6115475A (ja) 撮像素子及び撮像装置
US7199826B2 (en) Thin-out drive method for CCD image sensor
TW200913693A (en) Imaging apparatus and method for driving solid-state imaging device
US7952636B2 (en) Method for driving solid-state imaging device and imaging apparatus
US20070258004A1 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera
US20100277634A1 (en) Imaging apparatus and method of driving the same
JP3950655B2 (ja) 撮像装置
US7061655B2 (en) Provision of bright and high quality image from CCD image pick-up device
JP2005286565A (ja) 固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法
JP2005286700A (ja) 撮像装置
US20060072024A1 (en) Method for driving charge-transfer type solid-state image pick-up device and image pick-up method and apparatus using the same
JP3795808B2 (ja) 固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置
JP4004833B2 (ja) 固体撮像素子の駆動方法および撮像装置
US20100165166A1 (en) Solid-state imaging device
JP4171519B2 (ja) 固体撮像装置
JP2010161629A (ja) 固体撮像素子及びその駆動方法並びに撮像装置
JP2006157624A (ja) 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法
JP2006157783A (ja) 固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置
JP4986172B2 (ja) 固体撮像装置
JP2006157581A (ja) 固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置
JP2009071025A (ja) Ｃｃｄ型固体撮像素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120724

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130719

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140721

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150716

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee