JP2736121B2 - 電荷転送装置及び固体撮像装置 - Google Patents
電荷転送装置及び固体撮像装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電荷転送装置及び固体撮像装置に関する。
（従来の技術） 従来、アコーディオンイメージャと称する固体撮像装
置が知られている。これは1984年のInternational Elec
tron Device MeetingにおけるTechnical Digest第40頁
〜43頁に詳しく記載されている。第20図に従来のアコー
ディオンイメージャを示す。１は並列に配列されたこの
場合６個の電荷転送装置、２は各電荷転送装置を構成す
るこの場合各転送装置あたり20個の転送電極、３はシフ
トレジスタ、４および５はシフトレジスタのシフト動作
を制御する２相の制御パルス供給線、６は各シフト段の
出力を転送パルスとして対応する転送電極へ供給する転
送パルス供給線を示す。各電荷転送装置１は、光電変換
素子としても機能し、電極２を通過して転送チャネル内
に入射した光によって発生したキャリアを所定時間蓄積
し、転送する。
置が知られている。これは1984年のInternational Elec
tron Device MeetingにおけるTechnical Digest第40頁
〜43頁に詳しく記載されている。第20図に従来のアコー
ディオンイメージャを示す。１は並列に配列されたこの
場合６個の電荷転送装置、２は各電荷転送装置を構成す
るこの場合各転送装置あたり20個の転送電極、３はシフ
トレジスタ、４および５はシフトレジスタのシフト動作
を制御する２相の制御パルス供給線、６は各シフト段の
出力を転送パルスとして対応する転送電極へ供給する転
送パルス供給線を示す。各電荷転送装置１は、光電変換
素子としても機能し、電極２を通過して転送チャネル内
に入射した光によって発生したキャリアを所定時間蓄積
し、転送する。
この動作を第21図を用いて詳しく説明する。第21図
（ａ）のS1〜S12はシフトレジスタの各シフト段、７は
シフトレジスタに転送制御パルスを入力するための入力
端子、E0〜E11は複数の電荷転送装置１のうちの１つを
取り出した場合の各転送電極を表わし、斜線部分は転送
電極下に信号電荷が蓄積されている状態（電極電圧がハ
イレベルに対応：以下Ｈ−レベルと称す）を各々示し、
斜線をしていない部分は信号電荷が蓄積されていない状
態（電極電圧がロウレベルに対応：以下Ｌ−レベルと称
す）を表わす。A1〜A15は転送動作開始以後の各時刻に
おける転送状態を示す。φ１は第１の位相、φ２は第２
の位相のシフトレジスタ制御パルスで従来２相のクロッ
クパルスが使用されている。PIはシフトレジスタへ入力
する転送制御パルスである。シフト段S1〜S12は各々第2
2図に示すMOSトランジスタ11aとキャパシタ11bからなる
サンプルホールド回路とインバータ12から構成され、転
送制御パルスPIとしてＬ−レベルが入力されるとＨ−レ
ベルが出力される。即ち１段シトするごとに信号は反転
して伝えられる。従って転送制御パルスPIをＬ−レベル
に保持した状態でシフトレジスタを動作させ続けるとA1
の状態が継続し、１電極おきにＨ−レベルが保持され
る。この状態で光電変換キャリアを蓄積すれば垂直方向
に対して２電極で１画素が形成されることになる。なお
第21図では６画素が形成される。所定時間の蓄積が終了
した後、転送制御パルスPIがＨ−レベルになると電極E0
がＨ−レベルになり信号電荷Q1はE1からE0にわたる２電
極下に移動し、A2の状態になる。
（ａ）のS1〜S12はシフトレジスタの各シフト段、７は
シフトレジスタに転送制御パルスを入力するための入力
端子、E0〜E11は複数の電荷転送装置１のうちの１つを
取り出した場合の各転送電極を表わし、斜線部分は転送
電極下に信号電荷が蓄積されている状態（電極電圧がハ
イレベルに対応：以下Ｈ−レベルと称す）を各々示し、
斜線をしていない部分は信号電荷が蓄積されていない状
態（電極電圧がロウレベルに対応：以下Ｌ−レベルと称
す）を表わす。A1〜A15は転送動作開始以後の各時刻に
おける転送状態を示す。φ１は第１の位相、φ２は第２
の位相のシフトレジスタ制御パルスで従来２相のクロッ
クパルスが使用されている。PIはシフトレジスタへ入力
する転送制御パルスである。シフト段S1〜S12は各々第2
2図に示すMOSトランジスタ11aとキャパシタ11bからなる
サンプルホールド回路とインバータ12から構成され、転
送制御パルスPIとしてＬ−レベルが入力されるとＨ−レ
ベルが出力される。即ち１段シトするごとに信号は反転
して伝えられる。従って転送制御パルスPIをＬ−レベル
に保持した状態でシフトレジスタを動作させ続けるとA1
の状態が継続し、１電極おきにＨ−レベルが保持され
る。この状態で光電変換キャリアを蓄積すれば垂直方向
に対して２電極で１画素が形成されることになる。なお
第21図では６画素が形成される。所定時間の蓄積が終了
した後、転送制御パルスPIがＨ−レベルになると電極E0
がＨ−レベルになり信号電荷Q1はE1からE0にわたる２電
極下に移動し、A2の状態になる。
時刻t3に制御パルスφ２が印加されるとシフト段S1が
動作してＨ−レベルの転送制御パルスPIが電極E1に反転
して伝達され、電極E1はＬ−レベルになり、信号電荷Q1
は電極E1,E0及びそれに続く所定の他の装置（例えば水
平転送装置）へ移動する（A3の状態）。次に転送制御パ
ルスPIがＬ−レベルになると電極E0はＬ−レベルにな
り、時刻t4で制御パルスφ１が印加されると電極E1のＬ
−レベルはシフト段S2で反転されたＨ−レベルとして電
極E2に移動し、A4の状態になる。信号電荷Q1は転送装置
１から他の装置への転送を終了して信号電荷Q2の一部が
電極E2下へ移動する。続いてφ２が印加されるとシフト
段S1,S3のレベルが反転しA5の状態になり信号電荷Q1は
電極E1,E2下へ移動する。この時電極E3はＬ−レベルに
なり信号電荷Q1は電極E3からの転送を終了する。
動作してＨ−レベルの転送制御パルスPIが電極E1に反転
して伝達され、電極E1はＬ−レベルになり、信号電荷Q1
は電極E1,E0及びそれに続く所定の他の装置（例えば水
平転送装置）へ移動する（A3の状態）。次に転送制御パ
ルスPIがＬ−レベルになると電極E0はＬ−レベルにな
り、時刻t4で制御パルスφ１が印加されると電極E1のＬ
−レベルはシフト段S2で反転されたＨ−レベルとして電
極E2に移動し、A4の状態になる。信号電荷Q1は転送装置
１から他の装置への転送を終了して信号電荷Q2の一部が
電極E2下へ移動する。続いてφ２が印加されるとシフト
段S1,S3のレベルが反転しA5の状態になり信号電荷Q1は
電極E1,E2下へ移動する。この時電極E3はＬ−レベルに
なり信号電荷Q1は電極E3からの転送を終了する。
続いて転送制御パルスPIがＨ−レベルになり時刻t6に
制御パルスφ１が印加されるとA6の状態になる。即ちシ
フト段S4のレベル反転によって電極E4がＨ−レベルにな
り信号電荷がQ3が電極E4,E5下に移動すると共に転送制
御パルスPIによるシフト段S2のレベル反転で信号電荷Q2
が電極E0,E1下に移動する。
制御パルスφ１が印加されるとA6の状態になる。即ちシ
フト段S4のレベル反転によって電極E4がＨ−レベルにな
り信号電荷がQ3が電極E4,E5下に移動すると共に転送制
御パルスPIによるシフト段S2のレベル反転で信号電荷Q2
が電極E0,E1下に移動する。
時刻t7に制御パルスφ２が印加されると、シフト段
S1,S3,S5のレベル反転が起こりA7の状態になる。続いて
転送制御パルスPIがＬ−レベルになり時刻t8に制御パル
スφ１が印加されるとシフト段S2,S4,S6レベルが反転
し、A8の状態になる。ここに至って信号電荷Q2は転送装
置から他の装置へ完全に転送される。かかる動作をくり
返すことによって信号電荷Q3,Q4,Q5,Q6の転送が行われ
全ての信号電荷を他の装置へ移動させることができる。
S1,S3,S5のレベル反転が起こりA7の状態になる。続いて
転送制御パルスPIがＬ−レベルになり時刻t8に制御パル
スφ１が印加されるとシフト段S2,S4,S6レベルが反転
し、A8の状態になる。ここに至って信号電荷Q2は転送装
置から他の装置へ完全に転送される。かかる動作をくり
返すことによって信号電荷Q3,Q4,Q5,Q6の転送が行われ
全ての信号電荷を他の装置へ移動させることができる。
（発明が解決しようとする課題） この従来の技術における電荷転送過程は２電極下に電
荷を蓄積し転送する周知の４相駆動形電荷転送装置の転
送過程に良く似ている。しかし、この従来技術は４相駆
動形電荷転送装置とは次の点で異なる。第１に４相駆動
形電荷転送装置の場合、４電極ごとに共通の転送パルス
が印加されるため、１電極おきに蓄積された信号電荷を
独立に順次４相駆動で転送することはできない。即ち４
電極を１組として画素を形成しなければならないから第
21図の電極数では垂直方向に３画素が形成されるのみで
あり、従って従来技術に比べ画素の集積度が1/2にな
る。第２に４相駆動形電荷転送装置の場合、一般的に４
つのパルスの位相を任意に設定できるため原理的に可能
な４相形の最大転送電荷量を転送できる。一方従来のア
コーディオン形電荷転送装置では一電極おきに反転する
Ｈ−レベル、Ｌ−レベルの反転タイミングを任意に設定
することができず、４相形の転送能力を必ずしも活用す
ることができない。
荷を蓄積し転送する周知の４相駆動形電荷転送装置の転
送過程に良く似ている。しかし、この従来技術は４相駆
動形電荷転送装置とは次の点で異なる。第１に４相駆動
形電荷転送装置の場合、４電極ごとに共通の転送パルス
が印加されるため、１電極おきに蓄積された信号電荷を
独立に順次４相駆動で転送することはできない。即ち４
電極を１組として画素を形成しなければならないから第
21図の電極数では垂直方向に３画素が形成されるのみで
あり、従って従来技術に比べ画素の集積度が1/2にな
る。第２に４相駆動形電荷転送装置の場合、一般的に４
つのパルスの位相を任意に設定できるため原理的に可能
な４相形の最大転送電荷量を転送できる。一方従来のア
コーディオン形電荷転送装置では一電極おきに反転する
Ｈ−レベル、Ｌ−レベルの反転タイミングを任意に設定
することができず、４相形の転送能力を必ずしも活用す
ることができない。
この点を第23、24、25図を用いて説明する。
第23図はシフトレジスタの各出力段S2,…S10に接続さ
れた電極E2〜E10を示し、第24図は対応する電極下の電
荷転送チャネル内の電位分布を示す。第21図に示すよう
に時刻t62では電極E2,E3がＬ−レベル、電極E4,E5がＨ
−レベルとなり電極E6,E7,E8,E9,E10は交互にＬ−レベ
ルとＨ−レベルに設定される。これに応じて転送チャネ
ルの電位もＬ−レベル、Ｈ−レベルが第24図（t6）のよ
うに形成され、信号電荷Q3,Q4,Q5はＨ−レベル部分に蓄
積される。蓄積して転送できる最大電荷量は電荷転送装
置のダイナミックレンジの上限を規定し、できるだけ大
きい方が好ましい。又、蓄積できる電荷量の大きさは略
電極面積に比例するので、電荷蓄積状態、即ち、時刻t2
以前においてＨ−レベルに設定される電極E1,E3,E5,E7,
E9,E11の面積は相対的に大きく設定するのが好ましい。
れた電極E2〜E10を示し、第24図は対応する電極下の電
荷転送チャネル内の電位分布を示す。第21図に示すよう
に時刻t62では電極E2,E3がＬ−レベル、電極E4,E5がＨ
−レベルとなり電極E6,E7,E8,E9,E10は交互にＬ−レベ
ルとＨ−レベルに設定される。これに応じて転送チャネ
ルの電位もＬ−レベル、Ｈ−レベルが第24図（t6）のよ
うに形成され、信号電荷Q3,Q4,Q5はＨ−レベル部分に蓄
積される。蓄積して転送できる最大電荷量は電荷転送装
置のダイナミックレンジの上限を規定し、できるだけ大
きい方が好ましい。又、蓄積できる電荷量の大きさは略
電極面積に比例するので、電荷蓄積状態、即ち、時刻t2
以前においてＨ−レベルに設定される電極E1,E3,E5,E7,
E9,E11の面積は相対的に大きく設定するのが好ましい。
このように設定されている場合、時刻t7において電極
E3が先にＨ−レベルに反転し、次に電極E5がＬ−レベル
に反転すれば４相駆動の利点が活用でき何らの問題もな
い。しかし、従来技術では原理的に上記２つの動作が同
時に行われる。今シフトレジスタの各出力段を構成する
回路の立上がり時間trが大きく立ち下がり時間tfが小さ
い場合を考える。この場合の各出力段の転送パルス波形
を第25図に示す。時刻t7においてシフト段S5の出力は既
にＬ−レベルに反転しておりシフト段S3の出力は未だＨ
−レベルに反転していない。従って、第24図（t7）の如
く面積の小さな電極E4に隣接する電極E3,E5がＬ−レベ
ルとなり電極E4下だけに蓄積できる電荷量より大きな信
号電荷Q3は電極E4下をあふれ、近接するＨ−レベルの電
極下へ拡散してしまう。第24図（t8）に示すΔQ3は、電
極E7にあふれ出し信号電荷Q4に混じってしまった信号電
荷Q3の一部を示す。この問題は、第24図（t10）に示す
ように時刻t10において信号電荷Q4に対して起こり、結
局全電荷に対して発生してしまう。換言すれば従来のア
コーディオン形電荷転送装置では第23図の如く電極面積
に相対差を設けると電荷転送装置の能力を低下させてし
まうことになる。従って全電極の面積を等しく設定する
ことが最良の構造である。即ち、最大転送電荷量は隣接
する２電極の全面積の1/2以上にはできないことにな
る。以上の説明においてシフトレジスタの出力段の立上
がり時間trと立下がり時間tfをtr＞tfと仮定したが、一
般に出力段に使用される相補形MOSインバータ回路（第1
3図参照）では立上がり時間を規定するｐ形チャネルト
ランジスタは立下がり時間を規定するｎ形チャネルトラ
ンジスタに比べキャリア移動度が小さく、通常tr＞tfと
なる。さらに全転送装置にわたる電極の負荷容量のバラ
ツキ及び抵抗のバラツキが大きく、波形制御が非常に難
しいことを考慮すると従来のアコーディオン形電荷転送
装置を用いて理想的な４相駆動を実現するのは困難であ
る。
E3が先にＨ−レベルに反転し、次に電極E5がＬ−レベル
に反転すれば４相駆動の利点が活用でき何らの問題もな
い。しかし、従来技術では原理的に上記２つの動作が同
時に行われる。今シフトレジスタの各出力段を構成する
回路の立上がり時間trが大きく立ち下がり時間tfが小さ
い場合を考える。この場合の各出力段の転送パルス波形
を第25図に示す。時刻t7においてシフト段S5の出力は既
にＬ−レベルに反転しておりシフト段S3の出力は未だＨ
−レベルに反転していない。従って、第24図（t7）の如
く面積の小さな電極E4に隣接する電極E3,E5がＬ−レベ
ルとなり電極E4下だけに蓄積できる電荷量より大きな信
号電荷Q3は電極E4下をあふれ、近接するＨ−レベルの電
極下へ拡散してしまう。第24図（t8）に示すΔQ3は、電
極E7にあふれ出し信号電荷Q4に混じってしまった信号電
荷Q3の一部を示す。この問題は、第24図（t10）に示す
ように時刻t10において信号電荷Q4に対して起こり、結
局全電荷に対して発生してしまう。換言すれば従来のア
コーディオン形電荷転送装置では第23図の如く電極面積
に相対差を設けると電荷転送装置の能力を低下させてし
まうことになる。従って全電極の面積を等しく設定する
ことが最良の構造である。即ち、最大転送電荷量は隣接
する２電極の全面積の1/2以上にはできないことにな
る。以上の説明においてシフトレジスタの出力段の立上
がり時間trと立下がり時間tfをtr＞tfと仮定したが、一
般に出力段に使用される相補形MOSインバータ回路（第1
3図参照）では立上がり時間を規定するｐ形チャネルト
ランジスタは立下がり時間を規定するｎ形チャネルトラ
ンジスタに比べキャリア移動度が小さく、通常tr＞tfと
なる。さらに全転送装置にわたる電極の負荷容量のバラ
ツキ及び抵抗のバラツキが大きく、波形制御が非常に難
しいことを考慮すると従来のアコーディオン形電荷転送
装置を用いて理想的な４相駆動を実現するのは困難であ
る。
本発明は上記問題点を考慮してなされたものであっ
て、最大蓄積転送電荷量の値が可及的に大きな電荷転送
装置及び固体撮像装置を提供することを目的とする。
て、最大蓄積転送電荷量の値が可及的に大きな電荷転送
装置及び固体撮像装置を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 第１の発明は、シフトレジスタの各シフト段に対応し
て設けられる転送電極からなる転送部を有し、前記シフ
トレジスタの対応するシフト段から送出される転送パル
スを転送電極に印加することにより転送電極下に蓄積さ
れた信号電荷を所定の方向に順次転送する電荷転送装置
において、転送部は、隣接した少なくとも２個の転送電
極下に信号電荷が蓄積されている場合に、 ａ） 前記少なくとも２個の転送電極に隣接する転送方
向の転送電極に、信号電荷を蓄積させるための転送パル
スを印加させて前記少なくとも２個の転送電極下及び前
記隣接する転送方向の転送電極下に信号電荷を蓄積し、 ｂ） その後、前記少なくとも２個の転送電極のうち最
後段の転送電極に、信号電荷を転送するための転送パル
スを印加させて前記少なくとも２個の転送電極のうちの
最後段の転送電極以外の転送電極下及び前記隣接する転
送方向の転送電極に信号電荷を転送し、 以下、上記ａ）及びｂ）の動作を順次繰り返すことを
特徴とする。
て設けられる転送電極からなる転送部を有し、前記シフ
トレジスタの対応するシフト段から送出される転送パル
スを転送電極に印加することにより転送電極下に蓄積さ
れた信号電荷を所定の方向に順次転送する電荷転送装置
において、転送部は、隣接した少なくとも２個の転送電
極下に信号電荷が蓄積されている場合に、 ａ） 前記少なくとも２個の転送電極に隣接する転送方
向の転送電極に、信号電荷を蓄積させるための転送パル
スを印加させて前記少なくとも２個の転送電極下及び前
記隣接する転送方向の転送電極下に信号電荷を蓄積し、 ｂ） その後、前記少なくとも２個の転送電極のうち最
後段の転送電極に、信号電荷を転送するための転送パル
スを印加させて前記少なくとも２個の転送電極のうちの
最後段の転送電極以外の転送電極下及び前記隣接する転
送方向の転送電極に信号電荷を転送し、 以下、上記ａ）及びｂ）の動作を順次繰り返すことを
特徴とする。
また第２の発明の固体撮像装置は、光信号を信号電荷
に変換する複数の感光素子と、この複数の感光素子から
読み出された信号電荷を転送する第１の発明の電荷転送
装置と、この電荷転送装置に転送パルスを送出するシフ
トレジスタとを備えていることを特徴とする。
に変換する複数の感光素子と、この複数の感光素子から
読み出された信号電荷を転送する第１の発明の電荷転送
装置と、この電荷転送装置に転送パルスを送出するシフ
トレジスタとを備えていることを特徴とする。
（作 用） このように構成された第１の発明の電荷転送装置によ
れば、隣接した少なくとも２個の転送電極下に信号電荷
が蓄積されている場合に、前記少なくとも２個の転送電
極に隣接する転送方向の転送電極に、信号電荷を蓄積さ
せるための転送パルスが印加されて前記少なくとも２個
の転送電極下及び前記隣接する転送方向の転送電極下に
信号電荷が蓄積され、その後、前記少なくとも２個の転
送電極のうち最後段の転送電極に、信号電荷を転送する
ための転送パルスが印加されて前記少なくとも２個の転
送電極のうちの最後段の転送電極以外の転送電極下及び
前記隣接する転送方向の転送電極に信号電荷が転送され
る。
れば、隣接した少なくとも２個の転送電極下に信号電荷
が蓄積されている場合に、前記少なくとも２個の転送電
極に隣接する転送方向の転送電極に、信号電荷を蓄積さ
せるための転送パルスが印加されて前記少なくとも２個
の転送電極下及び前記隣接する転送方向の転送電極下に
信号電荷が蓄積され、その後、前記少なくとも２個の転
送電極のうち最後段の転送電極に、信号電荷を転送する
ための転送パルスが印加されて前記少なくとも２個の転
送電極のうちの最後段の転送電極以外の転送電極下及び
前記隣接する転送方向の転送電極に信号電荷が転送され
る。
そしてこれらの動作が順次繰り返されることによって
第１の発明の電荷転送装置の最大蓄積転送電荷量の値は
従来の電荷転送装置のそれに比べて大きなものとなる。
第１の発明の電荷転送装置の最大蓄積転送電荷量の値は
従来の電荷転送装置のそれに比べて大きなものとなる。
また、第２の発明の固体撮像装置の電荷転送装置に第
１の発明の電荷転送装置が用いられていることにより最
大蓄積転送電荷量の値は従来の固体撮像装置のそれに比
べて大きなものとなる。
１の発明の電荷転送装置が用いられていることにより最
大蓄積転送電荷量の値は従来の固体撮像装置のそれに比
べて大きなものとなる。
（実施例） 図面を参照して本発明の実施例を説明する。第２図に
本発明による固体撮像装置の第１の実施例の部分平面図
を示す。第２図において、40は感光素子P1,…P6からな
る感光素子列を示し、30は転送電極E0〜E12からなる電
荷転送装置を示す。各感光素子Pi（ｉ＝1,…６）から電
荷を読み出す電極は転送電極E1,E3,E5,E7,E9,E11が兼ね
ており、後述する読み出しパルスをこれらの電極に一斉
に印加することによって各感光素子から信号電荷を読み
出す。Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6は読み出された信号電荷を示
す。この場合電極E1,E3,E5,E7,E9,E11の電極面積はE2,E
4,E6,E8,E10,E12に比べ十分大きく設定されており、で
るきだけ大きな電荷量を読み出して蓄積すべく機能す
る。上記第１の実施例の転送動作原理を第１図を用いて
説明する。33はシフトレジスタを示し、S1〜S12は各々
第１〜第12のシフト段を示す。34は第１のシフト制御パ
ルスφ1Aの供給線、以下35,36,37は各々第２、第３、第
４のシフト制御パルスφ2A,φ1B,φ2Bの供給線を示す。
B1〜B26は電極E0〜E12下の信号電荷の分布（電極のH,L
−レベル）の各時刻における状態を示す。B1は感光素子
から信号電荷が読み出された状態を示す。すなわち初期
状態（時刻t0）においては、信号電荷Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q
6は、転送方向の１つ置きの転送電極下に蓄積されてい
る。
本発明による固体撮像装置の第１の実施例の部分平面図
を示す。第２図において、40は感光素子P1,…P6からな
る感光素子列を示し、30は転送電極E0〜E12からなる電
荷転送装置を示す。各感光素子Pi（ｉ＝1,…６）から電
荷を読み出す電極は転送電極E1,E3,E5,E7,E9,E11が兼ね
ており、後述する読み出しパルスをこれらの電極に一斉
に印加することによって各感光素子から信号電荷を読み
出す。Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6は読み出された信号電荷を示
す。この場合電極E1,E3,E5,E7,E9,E11の電極面積はE2,E
4,E6,E8,E10,E12に比べ十分大きく設定されており、で
るきだけ大きな電荷量を読み出して蓄積すべく機能す
る。上記第１の実施例の転送動作原理を第１図を用いて
説明する。33はシフトレジスタを示し、S1〜S12は各々
第１〜第12のシフト段を示す。34は第１のシフト制御パ
ルスφ1Aの供給線、以下35,36,37は各々第２、第３、第
４のシフト制御パルスφ2A,φ1B,φ2Bの供給線を示す。
B1〜B26は電極E0〜E12下の信号電荷の分布（電極のH,L
−レベル）の各時刻における状態を示す。B1は感光素子
から信号電荷が読み出された状態を示す。すなわち初期
状態（時刻t0）においては、信号電荷Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q
6は、転送方向の１つ置きの転送電極下に蓄積されてい
る。
時刻t1において、入力端子43に入力する転送制御パル
スPIがＨ−レベルになると信号電荷Q1はE0,E1下にわた
り蓄積されB2の状態になる。これは次にシフト段S1を動
作させる制御パルスφ2Aが印加される時刻t4迄変化しな
い。時刻t4に至って制御パルスφ2Aが印加されるとシフ
ト段S1の状態が反転し、信号電荷Q1は電極E1から移動
し、他の転送手段への転送を開始する。時刻t5に制御パ
ルスφ1Bが供給されるとシフト段S2の状態が反転し、シ
フト段S2の出力レベルはＨ−レベルとなり、信号電荷Q2
の一部は電極E3下からE2下へ移動する。次に転送制御パ
ルスPIがＬ−レベルになり時刻t6では信号電荷Q1が電極
E0から完全に他の手段への転送を終了する。
スPIがＨ−レベルになると信号電荷Q1はE0,E1下にわた
り蓄積されB2の状態になる。これは次にシフト段S1を動
作させる制御パルスφ2Aが印加される時刻t4迄変化しな
い。時刻t4に至って制御パルスφ2Aが印加されるとシフ
ト段S1の状態が反転し、信号電荷Q1は電極E1から移動
し、他の転送手段への転送を開始する。時刻t5に制御パ
ルスφ1Bが供給されるとシフト段S2の状態が反転し、シ
フト段S2の出力レベルはＨ−レベルとなり、信号電荷Q2
の一部は電極E3下からE2下へ移動する。次に転送制御パ
ルスPIがＬ−レベルになり時刻t6では信号電荷Q1が電極
E0から完全に他の手段への転送を終了する。
時刻t7において制御パルスφ2Aが供給され信号電荷Q2
はE1,E2,E3の３電極下にわたり蓄積される（B8の状
態）。時刻t8に制御パルスφ2Bが供給されシフト段S3の
状態が反転して電極E3がＬ−レベルとなり、信号電荷Q3
は電極E1,E2下だけに蓄積されるように移動する（B9の
状態）。時刻t9で制御パルスφ1Aが供給されるとシフト
段S4の状態が反転して信号電荷Q3の一部が電極E4下に移
動し、転送制御パルスPIもＨ−レベルになって信号電荷
Q2がE0,E1,E2の３電極下に蓄積される（B10の状態）。
時刻t10に制御パルスφ1Bが印加されるとシフト段S2の
状態が反転し、信号電荷Q2はE0,E1下だけに蓄積される
（B11の状態）。時刻t11に制御パルスφ2Bが供給される
とシフト段S3の状態が反転して電極E3の状態が反転して
電極E3がＨ−レベルになるので信号電荷Q3はE3,E4,E5の
３電極に蓄積されB12の状態になる。
はE1,E2,E3の３電極下にわたり蓄積される（B8の状
態）。時刻t8に制御パルスφ2Bが供給されシフト段S3の
状態が反転して電極E3がＬ−レベルとなり、信号電荷Q3
は電極E1,E2下だけに蓄積されるように移動する（B9の
状態）。時刻t9で制御パルスφ1Aが供給されるとシフト
段S4の状態が反転して信号電荷Q3の一部が電極E4下に移
動し、転送制御パルスPIもＨ−レベルになって信号電荷
Q2がE0,E1,E2の３電極下に蓄積される（B10の状態）。
時刻t10に制御パルスφ1Bが印加されるとシフト段S2の
状態が反転し、信号電荷Q2はE0,E1下だけに蓄積される
（B11の状態）。時刻t11に制御パルスφ2Bが供給される
とシフト段S3の状態が反転して電極E3の状態が反転して
電極E3がＨ−レベルになるので信号電荷Q3はE3,E4,E5の
３電極に蓄積されB12の状態になる。
時刻t10には制御パルスφ2Aが供給されシフト段S1及
びS5の状態が反転するので電極E5がＬ−レベルになり信
号電荷Q3は電極E3,E4下だけに移動し蓄積される（B13の
状態）。又、この時電極E1もＬ−レベルになるので信号
電荷Q2は他の装置への移動が始まる。同様にして時刻t
13に制御パルスφ1Bが供給されるとシフト段S2,S6の状
態が反転して電極E2,E6がＨ−レベルになり信号電荷Q3,
Q4の一部が各々E2,E6下に移動する（B14の状態）。
びS5の状態が反転するので電極E5がＬ−レベルになり信
号電荷Q3は電極E3,E4下だけに移動し蓄積される（B13の
状態）。又、この時電極E1もＬ−レベルになるので信号
電荷Q2は他の装置への移動が始まる。同様にして時刻t
13に制御パルスφ1Bが供給されるとシフト段S2,S6の状
態が反転して電極E2,E6がＨ−レベルになり信号電荷Q3,
Q4の一部が各々E2,E6下に移動する（B14の状態）。
次に転送制御パルスPIがＬ−レベルになり信号電荷Q2
が完全に他の装置に転送され、時刻t14で制御パルスφ
1Aによりシフト段S4が反転してB15の状態になる。時刻t
15では制御パルスφ2Aが供給されS1,S5が反転して信号
電荷Q3,Q4がE1,E2,E3とE5,E6,E7の各々３電極の下に蓄
積される（B15の状態）。さらに時刻t16で制御パルスφ
2Bが供給されるとシフト段S3,S7の状態が反転して信号
電荷Q3,Q4がE1,E2とE5,E6の各２電極下に移動する。以
上の動作をくり返し行うことによって信号電荷Q3,Q4,
Q5,Q6も他の装置への転送を完了することができる。
が完全に他の装置に転送され、時刻t14で制御パルスφ
1Aによりシフト段S4が反転してB15の状態になる。時刻t
15では制御パルスφ2Aが供給されS1,S5が反転して信号
電荷Q3,Q4がE1,E2,E3とE5,E6,E7の各々３電極の下に蓄
積される（B15の状態）。さらに時刻t16で制御パルスφ
2Bが供給されるとシフト段S3,S7の状態が反転して信号
電荷Q3,Q4がE1,E2とE5,E6の各２電極下に移動する。以
上の動作をくり返し行うことによって信号電荷Q3,Q4,
Q5,Q6も他の装置への転送を完了することができる。
ここに説明した第１の実施例における特長は１つの信
号電荷を転送に際して、一旦３電極に蓄積後２電極蓄積
に移行することにある。従来の技術では前述したように
このような制御ができず、一旦一電極に蓄積後、２電極
蓄積に移行する場合が生じてしまう。従って初期蓄積電
極（読み出し電極と兼用）の電極面積を大きくして相対
蓄積容量を増加することができないのに対し、本実施例
で容易に実現することができる。この理由を第４、５、
６図を用いて詳細に説明する。第４図はシフトレジスタ
S2〜S11とその出力段に接続された電極E2〜E10と、各シ
フト段を制御するシフト制御パルスφ1A,φ2A,φ1B,φ
2Bを供給する供給線34,35,36,37の結線関係を示す。第
５図は各電極下の転送チャネルに形成される各時刻の電
位分布を示し斜線部分は液体モデル化された信号電荷を
示す。第６図は時刻t10からt17にわたる供給パルスタイ
ミングを示す。時刻t10でφ1BがS2,S6,S10に供給され第
１図（ａ）のB11の状態になる。即ち入力端43から入力
された転送制御パルスPIのH,L−レベルの信号によりシ
フト段S2はＬ−レベルに反転し、シフト段S6,S10は前の
状態を保持し、時刻tB11において第５図（tB11）に示す
電位分布が形成される。時刻t11に制御パルスφ2Bがシ
フト段S3,S7,S11に供給され、シフト段S3がＨ−レベル
に反転して電極E4がＨ−レベルになり信号電荷Q3の一部
が電極E3下に移動し、第５図（tB12）に示すように信号
電荷Q3はE3,E4,E5の３電極下にわたり蓄積される。この
信号電荷Q3がE3,E4の２電極下に蓄積されるのは時刻t
B13においてである。
号電荷を転送に際して、一旦３電極に蓄積後２電極蓄積
に移行することにある。従来の技術では前述したように
このような制御ができず、一旦一電極に蓄積後、２電極
蓄積に移行する場合が生じてしまう。従って初期蓄積電
極（読み出し電極と兼用）の電極面積を大きくして相対
蓄積容量を増加することができないのに対し、本実施例
で容易に実現することができる。この理由を第４、５、
６図を用いて詳細に説明する。第４図はシフトレジスタ
S2〜S11とその出力段に接続された電極E2〜E10と、各シ
フト段を制御するシフト制御パルスφ1A,φ2A,φ1B,φ
2Bを供給する供給線34,35,36,37の結線関係を示す。第
５図は各電極下の転送チャネルに形成される各時刻の電
位分布を示し斜線部分は液体モデル化された信号電荷を
示す。第６図は時刻t10からt17にわたる供給パルスタイ
ミングを示す。時刻t10でφ1BがS2,S6,S10に供給され第
１図（ａ）のB11の状態になる。即ち入力端43から入力
された転送制御パルスPIのH,L−レベルの信号によりシ
フト段S2はＬ−レベルに反転し、シフト段S6,S10は前の
状態を保持し、時刻tB11において第５図（tB11）に示す
電位分布が形成される。時刻t11に制御パルスφ2Bがシ
フト段S3,S7,S11に供給され、シフト段S3がＨ−レベル
に反転して電極E4がＨ−レベルになり信号電荷Q3の一部
が電極E3下に移動し、第５図（tB12）に示すように信号
電荷Q3はE3,E4,E5の３電極下にわたり蓄積される。この
信号電荷Q3がE3,E4の２電極下に蓄積されるのは時刻t
B13においてである。
時刻t13で制御パルスφ1Bが再びシフト段S2,S6,S10に
供給されるとシフト段S5の状態の変化がシフト段S6にも
伝達され、シフト段S2,S6の状態が反転する。時刻tB14
における電位分布は第５図（tB14）に示される。信号電
荷Q3は３電極下に信号電荷Q4の一部は電極E6下に移動し
２電極下に蓄積される。
供給されるとシフト段S5の状態の変化がシフト段S6にも
伝達され、シフト段S2,S6の状態が反転する。時刻tB14
における電位分布は第５図（tB14）に示される。信号電
荷Q3は３電極下に信号電荷Q4の一部は電極E6下に移動し
２電極下に蓄積される。
時刻t14に制御パルスφ1Aが供給されるとシフト段S4
が反転し、時刻tB15で第５図（tB15）に示すように信号
電荷Q3,Q4は共に２電極蓄積になる。時刻t15に制御パル
スφ2Aが供給されシフト段S1（図示せず）、及びS5が反
転状態になり時刻tB16において第５図（tB16）に示すよ
うに信号電荷Q3,Q4は共に３電極蓄積になる。そして第
５図（tB17）に示すように時刻tB17で再び２電極蓄積と
なり、これをくり返して全電荷が転送される。このよう
に転送が開始された電荷が１電極だけに蓄積されるのを
完全に防ぐことができるので１電極だけの面積によって
最大転送電荷量が規定されることはない。従って信号電
荷の初期蓄積（読み出し蓄積）を担う電極E1,E3,E5,E7,
E9,E11の長さをそれ以外の電極の長さより大きく設定す
れば、これが最大転送電荷量を規定することになる。こ
れらの電極長を加工技術の限界迄大きく（長く）設定す
ることにより、最大の性能を実現することができること
になる。
が反転し、時刻tB15で第５図（tB15）に示すように信号
電荷Q3,Q4は共に２電極蓄積になる。時刻t15に制御パル
スφ2Aが供給されシフト段S1（図示せず）、及びS5が反
転状態になり時刻tB16において第５図（tB16）に示すよ
うに信号電荷Q3,Q4は共に３電極蓄積になる。そして第
５図（tB17）に示すように時刻tB17で再び２電極蓄積と
なり、これをくり返して全電荷が転送される。このよう
に転送が開始された電荷が１電極だけに蓄積されるのを
完全に防ぐことができるので１電極だけの面積によって
最大転送電荷量が規定されることはない。従って信号電
荷の初期蓄積（読み出し蓄積）を担う電極E1,E3,E5,E7,
E9,E11の長さをそれ以外の電極の長さより大きく設定す
れば、これが最大転送電荷量を規定することになる。こ
れらの電極長を加工技術の限界迄大きく（長く）設定す
ることにより、最大の性能を実現することができること
になる。
なお、第７図に読み出し電極と転送電極を一体形成し
た場合のシフトレジスタまわりの回路図を示す。76,78
は相対的に面積が大きい読み出し電極兼転送電極（この
場合E3,E5）、77はそれ以外の小面積電極（この場合
E4）で、これらは複数個にわたり電気的に結合されてい
る。79,80,81はシフトレジスタのシフト段（S3,S4,S5）
を示し、その出力端は配線82,83,84を通じて各電極に接
続されている。75は読み出し信号供給線、72,73は読み
出し信号を配線71,70を通じて選択的に電極76,78に供給
するためのスイッチ回路、74はスイッチ回路72,73のオ
ン、オフを制御するスイッチ制御パルス供給線を示す。
信号電荷読み出し時には電極E3（76）、およびE5（78）
はＨ−レベルに設定されている。この状態でスイッチ回
路72,73がオン状態になると、高レベルの読み出し信号7
5が電極76,78に供給され、感光素子（図示せず）から各
電極に信号電荷が読み出される。この場合高レベルの読
み出し信号75はシフト段79,81の出力端にも伝達される
が、この部分はＨ−レベルに設定されているので、シフ
トレジスタの状態を反転させることはない。又この様な
読み出し、及び転送を一つの電極が兼ねる場合は、転送
時のＨ−レベルはゼロ又は多少の正電位、Ｌ−レベルは
負電位、読み出し電位は正の高電位（たとえば10V）に
設定するのが好ましい。
た場合のシフトレジスタまわりの回路図を示す。76,78
は相対的に面積が大きい読み出し電極兼転送電極（この
場合E3,E5）、77はそれ以外の小面積電極（この場合
E4）で、これらは複数個にわたり電気的に結合されてい
る。79,80,81はシフトレジスタのシフト段（S3,S4,S5）
を示し、その出力端は配線82,83,84を通じて各電極に接
続されている。75は読み出し信号供給線、72,73は読み
出し信号を配線71,70を通じて選択的に電極76,78に供給
するためのスイッチ回路、74はスイッチ回路72,73のオ
ン、オフを制御するスイッチ制御パルス供給線を示す。
信号電荷読み出し時には電極E3（76）、およびE5（78）
はＨ−レベルに設定されている。この状態でスイッチ回
路72,73がオン状態になると、高レベルの読み出し信号7
5が電極76,78に供給され、感光素子（図示せず）から各
電極に信号電荷が読み出される。この場合高レベルの読
み出し信号75はシフト段79,81の出力端にも伝達される
が、この部分はＨ−レベルに設定されているので、シフ
トレジスタの状態を反転させることはない。又この様な
読み出し、及び転送を一つの電極が兼ねる場合は、転送
時のＨ−レベルはゼロ又は多少の正電位、Ｌ−レベルは
負電位、読み出し電位は正の高電位（たとえば10V）に
設定するのが好ましい。
第３図に本発明による固体撮像装置の第２の実施例を
示す。第１の実施例との相違は感光素子40から電荷転送
装置31に信号電荷を読み出すための専用の電極32が設け
られている点にある。この電極32は転送電極E0〜E12と
は電気的に独立であるから前述のスイッチ回路等を必要
とせず、任意のタイミングで読み出し動作を実現でき
る。この第２の実施例の固体撮像装置は第１の実施例の
固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。
示す。第１の実施例との相違は感光素子40から電荷転送
装置31に信号電荷を読み出すための専用の電極32が設け
られている点にある。この電極32は転送電極E0〜E12と
は電気的に独立であるから前述のスイッチ回路等を必要
とせず、任意のタイミングで読み出し動作を実現でき
る。この第２の実施例の固体撮像装置は第１の実施例の
固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。
本発明の固体撮像装置の第３の実施例を第８図に示
す。第８図において85は複数の感光素子列、86は垂直電
荷転送装置、87は電荷転送装置の転送を制御するシフト
レジスタ、88は第１の水平電荷転送装置、89は第２の水
平電荷転送装置、90は第１の出力回路、91は第２の出力
回路を各々示す。この構成におけるテレビジョン方式の
動作シーケンスを第９図に示す。図９（ａ）は出力信号
時系列を示し、95は２ラインの信号が出力回路90,91か
ら出力される期間で、96は水平ブランキング期間、97は
垂直ブランキング期間を示す。93は読み出し電圧パルス
であって垂直ブランキング期間97に供給される。第９
（ｂ）図はシフトレジスタ制御パルスの供給シーケンス
を示し、94は第１図（ｂ）の時刻t0から時刻t16迄のパ
ルス列が印加される期間、100は読み出し電圧パルス93
が印加されるのに先立ち垂直電荷転送装置86を初期状態
に設定するための期間であって、転送制御パルスPIをＬ
−レベルに設定し、シフトレジスタをシフト段数だけ動
作させることにより実現する。感光素子の全信号電荷は
読み出し電圧パルス93によって垂直転送装置86に読み出
された後、各期間94の間に２ラインの電荷が第１、第２
の水平転送装置88,89へ前述した第１図（ａ）の原理に
基づいて転送され、水平転送装置を動作させることによ
って各期間95で出力される。このように垂直転送装置86
の動作をブランキング期間に行うことによって出力信号
へのパルス飛び込み雑音の発生を完全に無くすことがで
きる。この動作を所定回数行うことによって１フレーム
を形成する全信号電荷を１フィールド（インターレース
の一方のフィールド）に全て独立に読み出すことができ
る。
す。第８図において85は複数の感光素子列、86は垂直電
荷転送装置、87は電荷転送装置の転送を制御するシフト
レジスタ、88は第１の水平電荷転送装置、89は第２の水
平電荷転送装置、90は第１の出力回路、91は第２の出力
回路を各々示す。この構成におけるテレビジョン方式の
動作シーケンスを第９図に示す。図９（ａ）は出力信号
時系列を示し、95は２ラインの信号が出力回路90,91か
ら出力される期間で、96は水平ブランキング期間、97は
垂直ブランキング期間を示す。93は読み出し電圧パルス
であって垂直ブランキング期間97に供給される。第９
（ｂ）図はシフトレジスタ制御パルスの供給シーケンス
を示し、94は第１図（ｂ）の時刻t0から時刻t16迄のパ
ルス列が印加される期間、100は読み出し電圧パルス93
が印加されるのに先立ち垂直電荷転送装置86を初期状態
に設定するための期間であって、転送制御パルスPIをＬ
−レベルに設定し、シフトレジスタをシフト段数だけ動
作させることにより実現する。感光素子の全信号電荷は
読み出し電圧パルス93によって垂直転送装置86に読み出
された後、各期間94の間に２ラインの電荷が第１、第２
の水平転送装置88,89へ前述した第１図（ａ）の原理に
基づいて転送され、水平転送装置を動作させることによ
って各期間95で出力される。このように垂直転送装置86
の動作をブランキング期間に行うことによって出力信号
へのパルス飛び込み雑音の発生を完全に無くすことがで
きる。この動作を所定回数行うことによって１フレーム
を形成する全信号電荷を１フィールド（インターレース
の一方のフィールド）に全て独立に読み出すことができ
る。
本発明の固体撮像装置の第４の実施例を第10図に示
す。第８図との相違は、垂直転送装置86と水平転送装置
88,89の間に蓄積転送部102が配設されているところにあ
る。蓄積転送部102はシフトレジスタ101から転送パルス
が供給されて垂直転送装置86から転送された電荷を紙面
下方（垂直方向）に転送する。蓄積転送部102の動作は
信号電荷を受け取ってからの転送が前述の２電極蓄積と
３電極蓄積をくり返す４相駆動で行われ、転送電荷が最
下段から順次１電極に蓄積されるべくシフトレジスタ10
1へ入力され転送制御パルスを設定する。具体的には第
１図（ｂ）に示す時刻t0から時刻t16迄を１単位とする
動作を繰り返し、先頭の電荷が蓄積転送部102の最終蓄
積電極下に到達した時点でシフトレジスタ101への入力
電圧をＬ−レベルに設定し、以後全電荷が蓄積転送部10
2に転送されるまでＬ−レベルを保持させれば良い。シ
フトレジスタ101から水平転送装置への転送は、第８図
の垂直電荷転送装置86の転送過程と全く同一である。第
10図における垂直電荷転送装置86から蓄積転送部102へ
の転送は比較的高速（高周波数）で垂直ブランキング期
間に行うのが良い。但し、蓄積転送部102に従来の電荷
転送装置を用いても、垂直電荷転送装置86に用いる本発
明の効果を阻害することはない。
す。第８図との相違は、垂直転送装置86と水平転送装置
88,89の間に蓄積転送部102が配設されているところにあ
る。蓄積転送部102はシフトレジスタ101から転送パルス
が供給されて垂直転送装置86から転送された電荷を紙面
下方（垂直方向）に転送する。蓄積転送部102の動作は
信号電荷を受け取ってからの転送が前述の２電極蓄積と
３電極蓄積をくり返す４相駆動で行われ、転送電荷が最
下段から順次１電極に蓄積されるべくシフトレジスタ10
1へ入力され転送制御パルスを設定する。具体的には第
１図（ｂ）に示す時刻t0から時刻t16迄を１単位とする
動作を繰り返し、先頭の電荷が蓄積転送部102の最終蓄
積電極下に到達した時点でシフトレジスタ101への入力
電圧をＬ−レベルに設定し、以後全電荷が蓄積転送部10
2に転送されるまでＬ−レベルを保持させれば良い。シ
フトレジスタ101から水平転送装置への転送は、第８図
の垂直電荷転送装置86の転送過程と全く同一である。第
10図における垂直電荷転送装置86から蓄積転送部102へ
の転送は比較的高速（高周波数）で垂直ブランキング期
間に行うのが良い。但し、蓄積転送部102に従来の電荷
転送装置を用いても、垂直電荷転送装置86に用いる本発
明の効果を阻害することはない。
又本発明に用いられる４種類のシフトレジスタ制御パ
ルスは必ずしも外部から供給されなければならないもの
ではない。第11図にシフト制御パルス供給線の例を示
す。S1〜S8はシフトレジスタの各シフト段を示し、103,
104はシフト制御パルスφB,φＡの供給線108,107と各シ
フト段の接続を制御するスイッチ回路を示し、105,106
はスイッチ回路を制御する２相パルスφ１′，φ２′の
供給線を示す。各供給線に供給される制御パルスの一例
を第12図に示す。φＡは供給線107に供給されるパル
ス、φＢは供給線108に供給されるパルス、φ１′は供
給線105に供給されるパルス、φ２′は供給線106に供給
されるパルスを示す。これらのパルスの供給を受けてシ
フト段S1〜S8には第１図（ｂ）と同様のφ1A′，
φ2A′，φ1B′，φ2B′が供給される。φ1A′はシフト
段S4,S8に、φ2A′はシフト段S1,S5に、φ1B′はシフト
段S2,S6に、φ2B′はシフト段S3,S7に供給されるパルス
を各々示す。
ルスは必ずしも外部から供給されなければならないもの
ではない。第11図にシフト制御パルス供給線の例を示
す。S1〜S8はシフトレジスタの各シフト段を示し、103,
104はシフト制御パルスφB,φＡの供給線108,107と各シ
フト段の接続を制御するスイッチ回路を示し、105,106
はスイッチ回路を制御する２相パルスφ１′，φ２′の
供給線を示す。各供給線に供給される制御パルスの一例
を第12図に示す。φＡは供給線107に供給されるパル
ス、φＢは供給線108に供給されるパルス、φ１′は供
給線105に供給されるパルス、φ２′は供給線106に供給
されるパルスを示す。これらのパルスの供給を受けてシ
フト段S1〜S8には第１図（ｂ）と同様のφ1A′，
φ2A′，φ1B′，φ2B′が供給される。φ1A′はシフト
段S4,S8に、φ2A′はシフト段S1,S5に、φ1B′はシフト
段S2,S6に、φ2B′はシフト段S3,S7に供給されるパルス
を各々示す。
なお、シフトレジスタの出力回路又は出力回路と転送
電極間にバッファ回路がある場合には、その出力回路の
立上がり時間に対する立下がり時間を十分に大きくする
ことによっても本発明と同様の効果を得ることができ
る。これを実現する例を次に示す。第13図はシフトレジ
スタ回路の１シフト段の一般的回路図である。117a,117
bはｎチャネル形サンプルホールド素子を示し、118,119
は各々ｎチャネル形、ｐチャネル形MOSトランジスタで
周知のCMOSインバータ回路を構成している。ノード121
はＨ−レベルに電圧が供給され、ノード120はＬ−レベ
ルの電圧が供給される。入力端122にＨ−レベルの電圧
が入力され、トランジスタ117aがオン状態になることに
よってＨ−レベルの電圧がトランジスタ118,119のゲー
トに供給され、トランジスタ118が導通し、トランジス
タ119が不導通となる。従って出力端123はＬ−レベルに
なる。逆にＬ−レベル電圧が入力端子122に入力され、
トランジスタ117aがオンするとトランジスタ118が不導
通となり、トランジスタ119が導通する。従って出力端1
23はＨ−レベルになる。このようにＨからＬ−レベルへ
の立ち下がりはｎチャネルトランジスタ118の動作速度
で決まり、ＬからＨへの立ち上がりはｐチャネルトラン
ジスタ119の動作速度で決定される。一方周知の如く、
ｐチャネルトランジスタの正孔移動度はｎチャネルトラ
ンジスタの電子移動度の約1/3であり、従って動作速度
も約1/3になる。即ち通常の２相シフト制御パルスで本
発明を実現するためにはｐチャネルトランジスタのチャ
ネル幅／チャネル長（W/L）をｎチャネルトランジスタ
の少なくとも３倍以上に設定する必要がある。
電極間にバッファ回路がある場合には、その出力回路の
立上がり時間に対する立下がり時間を十分に大きくする
ことによっても本発明と同様の効果を得ることができ
る。これを実現する例を次に示す。第13図はシフトレジ
スタ回路の１シフト段の一般的回路図である。117a,117
bはｎチャネル形サンプルホールド素子を示し、118,119
は各々ｎチャネル形、ｐチャネル形MOSトランジスタで
周知のCMOSインバータ回路を構成している。ノード121
はＨ−レベルに電圧が供給され、ノード120はＬ−レベ
ルの電圧が供給される。入力端122にＨ−レベルの電圧
が入力され、トランジスタ117aがオン状態になることに
よってＨ−レベルの電圧がトランジスタ118,119のゲー
トに供給され、トランジスタ118が導通し、トランジス
タ119が不導通となる。従って出力端123はＬ−レベルに
なる。逆にＬ−レベル電圧が入力端子122に入力され、
トランジスタ117aがオンするとトランジスタ118が不導
通となり、トランジスタ119が導通する。従って出力端1
23はＨ−レベルになる。このようにＨからＬ−レベルへ
の立ち下がりはｎチャネルトランジスタ118の動作速度
で決まり、ＬからＨへの立ち上がりはｐチャネルトラン
ジスタ119の動作速度で決定される。一方周知の如く、
ｐチャネルトランジスタの正孔移動度はｎチャネルトラ
ンジスタの電子移動度の約1/3であり、従って動作速度
も約1/3になる。即ち通常の２相シフト制御パルスで本
発明を実現するためにはｐチャネルトランジスタのチャ
ネル幅／チャネル長（W/L）をｎチャネルトランジスタ
の少なくとも３倍以上に設定する必要がある。
第14図にCMOSインバータ回路の平面図を示す。129は
ｐウェル159内に形成されたｎチャネルMOSトランジスタ
で、網目の斜線部132がチャネル領域を示し、チャネル
長はLn、チャネル幅はWnで示される。130はｎ形基板上
に形成されたｐチャネルMOSトランジスタで、網目斜線
部131がチャネル領域、Wpがチャネル幅、Lpがチャネル
長を示す。133がインバータゲートの入力端子、134が出
力端子を示す。この場合Wp/LpはWn/Lnの約６倍に設定さ
れているのでトランジスタ130の動作速度はトランジス
タ129の動作速度の約２倍になり、第15図に示す出力波
形が得られる。第15図において135はＬ−レベルからＨ
−レベルへの立上がり波形、136はＨ−レベルからＬ−
レベルへの立ち下がり波形を示し、trが立ち上がり時
間、tfが立ち下がり時間を示す。tt＜tfが十分に満足さ
れており、少くとも最大転送電荷量が第23図（t7）に示
す信号電荷Q3のように１電極だけで規定されてしまうこ
とはない。第16図にCMOSインバータの入出力特性を示
す。第16図に示すようにｎチャネル形MOSトランジスタ
のスレショルド電圧Vthnをｐチャネル形MOSトランジス
タのスレショルド電圧Vthpより十分大きく設定せしめ
た。従って、ｎチャネル形MOSトランジスタの立ち下が
り開始時間がｐチャネル形MOSトランジスタの立ち上が
り開始時間に対して十分に遅らせることができ、本発明
の意図するところを実現することができる。
ｐウェル159内に形成されたｎチャネルMOSトランジスタ
で、網目の斜線部132がチャネル領域を示し、チャネル
長はLn、チャネル幅はWnで示される。130はｎ形基板上
に形成されたｐチャネルMOSトランジスタで、網目斜線
部131がチャネル領域、Wpがチャネル幅、Lpがチャネル
長を示す。133がインバータゲートの入力端子、134が出
力端子を示す。この場合Wp/LpはWn/Lnの約６倍に設定さ
れているのでトランジスタ130の動作速度はトランジス
タ129の動作速度の約２倍になり、第15図に示す出力波
形が得られる。第15図において135はＬ−レベルからＨ
−レベルへの立上がり波形、136はＨ−レベルからＬ−
レベルへの立ち下がり波形を示し、trが立ち上がり時
間、tfが立ち下がり時間を示す。tt＜tfが十分に満足さ
れており、少くとも最大転送電荷量が第23図（t7）に示
す信号電荷Q3のように１電極だけで規定されてしまうこ
とはない。第16図にCMOSインバータの入出力特性を示
す。第16図に示すようにｎチャネル形MOSトランジスタ
のスレショルド電圧Vthnをｐチャネル形MOSトランジス
タのスレショルド電圧Vthpより十分大きく設定せしめ
た。従って、ｎチャネル形MOSトランジスタの立ち下が
り開始時間がｐチャネル形MOSトランジスタの立ち上が
り開始時間に対して十分に遅らせることができ、本発明
の意図するところを実現することができる。
又、第17図に本発明にかかるシフトレジスタの単位シ
フト段を回路構成によって実現するための例を示す。14
8は入力端子、141aおよび141bはサンプルホールド回路
を構成するｎチャネルMOSトランジスタおよびキャパシ
タ、159はCMOSインバータの入力配線を示す。142,143は
CMOSインバータを構成する各々ｐチャネル形、ｎチャネ
ル形のMOSトランジスタで、トランジスタ143はｎチャネ
ル形MOSトランジスタ144を介してＬ−レベル電圧供給線
161に接続されている。トランジスタ144は他の入力線14
5によって導通状態が制御される。
フト段を回路構成によって実現するための例を示す。14
8は入力端子、141aおよび141bはサンプルホールド回路
を構成するｎチャネルMOSトランジスタおよびキャパシ
タ、159はCMOSインバータの入力配線を示す。142,143は
CMOSインバータを構成する各々ｐチャネル形、ｎチャネ
ル形のMOSトランジスタで、トランジスタ143はｎチャネ
ル形MOSトランジスタ144を介してＬ−レベル電圧供給線
161に接続されている。トランジスタ144は他の入力線14
5によって導通状態が制御される。
次に、上述のシフトレジスタの動作を第18図及び第19
図を参照して説明する。トランジスタ141aおよび入力線
145に入力する制御パルスの例を第18図に示す。第19図
は第17図に示す本発明のシフトレジスタ単位シフト回路
から構成されたシフトレジスタを示す。第19図において
S3〜S6は各シフト段、160は第18図に示すパルスφ１の
供給線、161はパルスφ２の供給線、162はパルスφ３の
供給線、163はパルスφ４の供給線を示す。パルスφ1,
φ２はサンプルホールド回路の制御パルスとしてトラン
ジスタ141aに入力され、パルスφ3,φ４は入力線145に
供給される。たとえばシフト段S3の出力がＬ−レベル、
シフト段S4,S5の出力がＨ−レベル、シフト段S6の出力
がＬ−レベルの状態を考える。シフト段S3の入力線164
にＬ−レベルの信号が入力され、パルスφ１が供給され
るとシフト段S3,S5のトランジスタ141aが導通し、シフ
ト段S3のインバータ入力159はＬ−レベルになり、トラ
ンジスタ142がオンし、供給線160から供給されるＨ−レ
ベル電圧が出力端147に伝達される。一方、シフト段S5
のインバータ入力はＨ−レベルになりトランジスタ142
がオフし、トランジスタ143がオンするがトランジスタ1
44がオンしない限りＬ−レベル供給線161とは導通しな
い。第18図の時刻t7″,t11″においてパルスφ４が入力
線145に供給され、トランジスタ144がオンすることで出
力端147とＬ−レベル供給線161は導通し、S5の出力端14
7がＬ−レベルになる。パルスφ1,φ３が供給されるシ
フト段S4,S6についても同様である。即ち出力端子147が
Ｌ−レベルからＨ−レベルに反転する時刻に対しＨ−レ
ベルからＬ−レベルに反転する時刻はパルスφ
２（φ１）とパルスφ４（φ３）のパルス立上がり時間
差T1（T2）だけ遅延することになる。
図を参照して説明する。トランジスタ141aおよび入力線
145に入力する制御パルスの例を第18図に示す。第19図
は第17図に示す本発明のシフトレジスタ単位シフト回路
から構成されたシフトレジスタを示す。第19図において
S3〜S6は各シフト段、160は第18図に示すパルスφ１の
供給線、161はパルスφ２の供給線、162はパルスφ３の
供給線、163はパルスφ４の供給線を示す。パルスφ1,
φ２はサンプルホールド回路の制御パルスとしてトラン
ジスタ141aに入力され、パルスφ3,φ４は入力線145に
供給される。たとえばシフト段S3の出力がＬ−レベル、
シフト段S4,S5の出力がＨ−レベル、シフト段S6の出力
がＬ−レベルの状態を考える。シフト段S3の入力線164
にＬ−レベルの信号が入力され、パルスφ１が供給され
るとシフト段S3,S5のトランジスタ141aが導通し、シフ
ト段S3のインバータ入力159はＬ−レベルになり、トラ
ンジスタ142がオンし、供給線160から供給されるＨ−レ
ベル電圧が出力端147に伝達される。一方、シフト段S5
のインバータ入力はＨ−レベルになりトランジスタ142
がオフし、トランジスタ143がオンするがトランジスタ1
44がオンしない限りＬ−レベル供給線161とは導通しな
い。第18図の時刻t7″,t11″においてパルスφ４が入力
線145に供給され、トランジスタ144がオンすることで出
力端147とＬ−レベル供給線161は導通し、S5の出力端14
7がＬ−レベルになる。パルスφ1,φ３が供給されるシ
フト段S4,S6についても同様である。即ち出力端子147が
Ｌ−レベルからＨ−レベルに反転する時刻に対しＨ−レ
ベルからＬ−レベルに反転する時刻はパルスφ
２（φ１）とパルスφ４（φ３）のパルス立上がり時間
差T1（T2）だけ遅延することになる。
従って、この時間差を制御することによって出力の立
ち下がりを所定時間だけ遅延でき、本発明を実現するこ
とができる。第18図に各出力段の出力波形を示し、これ
らは転送電極に供給される転送パルスとなる。時刻t6″
〜t13″に示すごとく出力パルス全てに対しＨ−レベル
からＬ−レベルへの反転開始時点で３つのパルスがほぼ
Ｈ−レベルになっていることが示されている。本発明は
第17図に示す遅延回路146挿入してトランジスタ143に入
力されるパルスを所定時間遅延してもトランジスタ144
に入力しても実現できることは自明である。この場合は
第18図のパルスφ3,φ４は全く不要となる。
ち下がりを所定時間だけ遅延でき、本発明を実現するこ
とができる。第18図に各出力段の出力波形を示し、これ
らは転送電極に供給される転送パルスとなる。時刻t6″
〜t13″に示すごとく出力パルス全てに対しＨ−レベル
からＬ−レベルへの反転開始時点で３つのパルスがほぼ
Ｈ−レベルになっていることが示されている。本発明は
第17図に示す遅延回路146挿入してトランジスタ143に入
力されるパルスを所定時間遅延してもトランジスタ144
に入力しても実現できることは自明である。この場合は
第18図のパルスφ3,φ４は全く不要となる。
〔発明の効果〕 本発明によれば電極蓄積あるいは読み出しを２転送電
極を１単位として形成でき、しかも電荷蓄積に供する電
極面積を大きくして、その蓄積容量を増加でき、これに
より最大電荷転送容量を損なうことなく転送可能になる
ため、素子の集積度を高め、且つ最大限のダイナミック
レンジ（最大信号電荷量）を得ることができる。さらに
転送に際してのパルスタイミングの制御を大幅に緩和す
ることができる。又本発明は１感光素子あたり２電極に
限られるものではなく、テレビジョン方式として知られ
るインターレース動作を行う場合は２感光素子で２電極
の構成も可能であるし、その他種々の構成方法が可能で
ある。又、本発明の技術は必ずしも固体撮像装置だけに
限られることはなく、電荷転送形メモリ装置などにも適
用できることは言うまでもない。
極を１単位として形成でき、しかも電荷蓄積に供する電
極面積を大きくして、その蓄積容量を増加でき、これに
より最大電荷転送容量を損なうことなく転送可能になる
ため、素子の集積度を高め、且つ最大限のダイナミック
レンジ（最大信号電荷量）を得ることができる。さらに
転送に際してのパルスタイミングの制御を大幅に緩和す
ることができる。又本発明は１感光素子あたり２電極に
限られるものではなく、テレビジョン方式として知られ
るインターレース動作を行う場合は２感光素子で２電極
の構成も可能であるし、その他種々の構成方法が可能で
ある。又、本発明の技術は必ずしも固体撮像装置だけに
限られることはなく、電荷転送形メモリ装置などにも適
用できることは言うまでもない。
第１図は本発明による固体撮像装置の信号電荷の転送を
説明する動作原理図、第２図は本発明による固体撮像装
置の第１の実施例の部分平面図、第３図は本発明による
固体撮像装置の第２の実施例の部分平面図、第４図は本
発明による電荷転送装置の構成図、第５図は第４図に示
す電荷転送装置の電荷転送過程を説明する説明図、第６
図は第４図に示す電荷転送装置に印加される転送パルス
のタイミングチャート、第７図は第２図に示す固体撮像
装置にかかる、信号電荷を読み出すための読出しパルス
を供給する回路の構成を示す構成図、第８図は本発明に
よる固体撮像装置の第３の実施例を示す平面図、第９図
は第８図に示す固体撮像装置のテレビジョン方式の動作
シーケンスを示す図、第10図は本発明による固体撮像装
置の第４の実施例を示す平面図、第11図はシフト制御パ
ルス線の例を示す構成図、第12図は各供給線に供給され
る制御パルスのタイミングチャート、第13図はシフトレ
ジスタの各シフト段を示す回路図、第14図はCMOSインバ
ータ回路の平面図、第15図は第14図に示すCMOSインバー
タ回路の出力波形を示すグラフ、第16図はCMOSインバー
タ回路の入出力特性を示すグラフ、第17図はシフトレジ
スタの各シフト段を示す回路図、第18図は第17図に示す
シフト段に印加される転送パルスおよび各シフト段の出
力波形のタイムチャート、第19図は第17図に示すシフト
段から構成されるシフトレジスタを示すブロック図、第
20図は従来のアコーディオン形固体撮像装置の構成を示
す平面図、第21図は第20図に示す従来の固体撮像装置の
動作を説明する動作原理図、第22図は第20図に示す従来
の固体撮像装置にかかるシフトレジスタを示す回路図、
第23図は第20図に示す固体撮像装置にかかる電荷転送装
置の構成図、第24図は第23図に示す電荷転送装置の電荷
転送過程を説明する説明図、第25図は第23図に示す電荷
転送装置に印加される転送パルスのタイミングチャート
である。 Ei（ｉ＝0,…12）……転送電極、Qi（ｉ＝1,…６）……
信号電荷、Si（ｉ＝1,…13）……シフト段、33……シフ
トレジスタ。
説明する動作原理図、第２図は本発明による固体撮像装
置の第１の実施例の部分平面図、第３図は本発明による
固体撮像装置の第２の実施例の部分平面図、第４図は本
発明による電荷転送装置の構成図、第５図は第４図に示
す電荷転送装置の電荷転送過程を説明する説明図、第６
図は第４図に示す電荷転送装置に印加される転送パルス
のタイミングチャート、第７図は第２図に示す固体撮像
装置にかかる、信号電荷を読み出すための読出しパルス
を供給する回路の構成を示す構成図、第８図は本発明に
よる固体撮像装置の第３の実施例を示す平面図、第９図
は第８図に示す固体撮像装置のテレビジョン方式の動作
シーケンスを示す図、第10図は本発明による固体撮像装
置の第４の実施例を示す平面図、第11図はシフト制御パ
ルス線の例を示す構成図、第12図は各供給線に供給され
る制御パルスのタイミングチャート、第13図はシフトレ
ジスタの各シフト段を示す回路図、第14図はCMOSインバ
ータ回路の平面図、第15図は第14図に示すCMOSインバー
タ回路の出力波形を示すグラフ、第16図はCMOSインバー
タ回路の入出力特性を示すグラフ、第17図はシフトレジ
スタの各シフト段を示す回路図、第18図は第17図に示す
シフト段に印加される転送パルスおよび各シフト段の出
力波形のタイムチャート、第19図は第17図に示すシフト
段から構成されるシフトレジスタを示すブロック図、第
20図は従来のアコーディオン形固体撮像装置の構成を示
す平面図、第21図は第20図に示す従来の固体撮像装置の
動作を説明する動作原理図、第22図は第20図に示す従来
の固体撮像装置にかかるシフトレジスタを示す回路図、
第23図は第20図に示す固体撮像装置にかかる電荷転送装
置の構成図、第24図は第23図に示す電荷転送装置の電荷
転送過程を説明する説明図、第25図は第23図に示す電荷
転送装置に印加される転送パルスのタイミングチャート
である。 Ei（ｉ＝0,…12）……転送電極、Qi（ｉ＝1,…６）……
信号電荷、Si（ｉ＝1,…13）……シフト段、33……シフ
トレジスタ。
Claims (17)
- 【請求項１】シフトレジスタの各シフト段に対応して設
けられる転送電極からなる転送部を有し、前記シフトレ
ジスタの対応するシフト段から送出される転送パルスを
転送電極に印加することにより転送電極下に蓄積された
信号電荷を所定の方向に順次転送する電荷転送装置にお
いて、 前記転送部は、初期状態においては転送方向の１つ置き
の転送電極下に信号電荷が蓄積されており、転送電極に
転送パルスを印加することにより隣接した２個の転送電
極下に信号電荷を蓄積し、 ａ） 前記信号電荷を蓄積した転送電極に隣接する転送
方向の転送電極に、信号電荷を蓄積させるための転送パ
ルスを印加させて前記信号電荷を蓄積した転送電極下及
び前記隣接する転送方向の転送電極下に信号電荷を蓄積
し、 ｂ） その後、前記信号電荷を蓄積した転送電極のうち
最後段の転送電極に、信号電荷を転送するための転送パ
ルスを印加させて前記信号電荷を蓄積した転送電極のう
ちの最後段の転送電極以外の転送電極下及び前記隣接す
る転送方向の転送電極に信号電荷を転送し、 以下、上記ａ）及びｂ）の動作を順次繰り返すことを特
徴とする電荷転送装置。 - 【請求項２】シフトレジスタの各シフト段に対応して設
けられる転送電極からなる転送部を有し、前記シフトレ
ジスタの対応するシフト段から送出される転送パルスを
転送電極に印加することにより転送電極下に蓄積された
信号電荷を所定の方向に順次転送する電荷転送装置にお
いて、 前記転送部は電極面積が異なる少なくとも２種類の転送
電極からなり、信号電荷が転送電極下に蓄積される時
は、電極面積が最大の種類の転送電極を含む少なくとも
１個の転送電極下に信号電荷が蓄積されるように前記少
なくとも２種類の転送電極が配設され、初期状態におい
ては転送方向の１つ置きの転送電極下に信号電荷が蓄積
されており、転送電極に転送パルスを印加することによ
り隣接した２個の転送電極下に信号電荷を蓄積し、 隣接した２個の転送電極下に信号電荷が蓄積されている
場合に、 ａ） 前記信号電荷が蓄積された転送電極に隣接する転
送方向の転送電極に、信号電荷を蓄積させるための転送
パルスを印加させて前記信号電荷が蓄積された転送電極
下及び前記隣接する転送方向の転送電極下に信号電荷を
蓄積し、 ｂ） その後、前記信号電荷が蓄積された転送電極のう
ち最後段の転送電極に、信号電荷を転送するための転送
パルスを印加させて前記信号電荷が蓄積された転送電極
のうちの最後段の転送電極以外の転送電極下及び前記隣
接する転送方向の転送電極に信号電荷を転送し、 以下、上記ａ）及びｂ）の動作を順次繰り返すことを特
徴とする電荷転送装置。 - 【請求項３】前記転送部は電極面積が大の転送電極と電
極面積が小の転送電極とが交互に順次配列されているこ
とを特徴とする請求項１記載の電荷転送装置。 - 【請求項４】光信号を信号電荷に変換する複数の感光素
子と、この複数の感光素子から読み出された信号電荷を
転送する請求項１記載の電荷転送装置と、この電荷転送
装置に転送パルスを送出するシフトレジスタとを備えて
いることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項５】前記シフトレジスタは位相が異なる４個の
制御パルスによって駆動されることを特徴とする請求項
４記載の固体撮像装置。 - 【請求項６】前記シフトレジスタの各シフト段はサンプ
ルホールド回路と、このサンプルホールド回路の出力を
反転するインバータ回路とを備え、連続する４つのシフ
ト段は各々異なった制御パルスで信号伝達が制御される
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の固体撮像装
置。 - 【請求項７】前記インバータ回路は、立上がり時間が立
下がり時間に対して十分短くなるように回路定数が設定
されていることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装
置。 - 【請求項８】前記シフトレジスタの各シフト段は前記イ
ンバータ回路の立上がり及び立下がり時刻を制御するゲ
ート回路を更に備えていることを特徴とする請求項６記
載の固体撮像装置。 - 【請求項９】前記複数の感光素子は前記電荷転送装置の
転送電極の一部として形成されることを特徴とする請求
項４記載の固体撮像装置。 - 【請求項１０】前記複数の感光素子は前記電荷転送装置
とは別に形成されることを特徴とする請求項４記載の固
体撮像装置。 - 【請求項１１】前記感光素子はそれぞれ電極面積の異な
る２個の転送電極からなり、感光期間において、前記２
個の転送電極のうち電極面積の大きい転送電極は高い電
位に設定され、電極面積の小さい転送電極は低い電位に
設定されることを特徴とする請求項９記載の固体撮像装
置。 - 【請求項１２】前記感光素子のそれぞれに前記電荷転送
装置の電極面積の異なる隣接した２個の転送電極が対応
しており、前記感光素子から信号電荷を読み出す読み出
し期間において、電極面積の大きい転送電極は高い電位
に設定され、電極面積の小さい転送電極は低い電位に設
定され、前記電極面積の大きい転送電極下に信号電荷が
蓄積されることを特徴とする請求項10記載の固体撮像装
置。 - 【請求項１３】前記複数の感光素子の信号電荷は同一の
読み出し期間に読み出されることを特徴とする請求項12
記載の固体撮像装置。 - 【請求項１４】前記複数の感光素子と前記電荷転送装置
の転送電極との間に信号電荷の読み出しを制御する読み
出し電極が設けられていることを特徴とする請求項12記
載の固体撮像装置。 - 【請求項１５】前記感光素子から信号電荷を読み出す読
み出し電極と前記電極面積の大きい転送電極とが一体に
形成され、読み出し期間に信号電荷を読み出すための読
み出し制御信号が前記シフトレジスタとは異なる供給手
段から前記読み出し電極に供給されることを特徴とする
請求項12記載の固体撮像装置。 - 【請求項１６】前記読み出し電極に読み出し制御信号を
供給する供給手段と前記転送電極とを読み出し期間中電
気的に接続し、それ以外の期間においては電気的に分離
するスイッチ回路を更に備えていることを特徴とする請
求項15記載の固体撮像装置。 - 【請求項１７】光信号を信号電荷に変換する複数の感光
素子と、この複数の感光素子から読み出された信号電荷
を転送する請求項２記載の電荷転送装置と、この電荷転
送装置に転送パルスを送出するシフトレジスタとを備え
ていることを特徴とする固体撮像装置。
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