JP2975216B2 - リニアイメージセンサ及びその駆動方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リニアイメージセン
サ及びその駆動方式に関し、特に電子シャッター機構を
備えたものに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のシリコンＬＳＩ技術の進歩にとも
ない、半導体基板上に１次元アレイ状に配設した多数の
光検出器と、該光検出器の内部の信号電荷を転送する電
荷結合素子（Charge Coupled Device : ＣＣＤ）とを組
み合わせてなるリニアイメージセンサが実用化されてい
る。ここで上記光検出器には、ＰＮ接合を利用したフォ
トダイオードやショットキーバリアダイオードなどが用
いられており、上記リニアイメージセンサは、その検出
波長の違いによって、可視イメージセンサ，赤外線イメ
ージセンサなどと呼ばれており、その中には光検出器で
の信号電荷の飽和を防ぐために開発された、電子シャッ
ター機構を有するものもある。

【０００３】図１５はこのような電子シャッター機構を
備えた従来の赤外線リニアイメージセンサを説明するた
めの図であり、図１５(a) は該センサを構成する素子の
レイアウトの概略を示す平面図である。

【０００４】図において、２００は赤外線リニアイメー
ジセンサで、Ｐ型シリコン基板９上に１次元アレイ状に
配列された赤外線検出器（以下光検出器とも言う。）１
と、上記赤外線検出器１の両側にその配列方向と平行に
配置されたＣＣＤ１２及びオーバフロードレイン１３と
を有している。また上記個々の赤外線検知器１とＣＣＤ
１２との間には上記赤外線検出器１からＣＣＤ１２への
電荷転送を制御するためのトランスファーゲート（Ｔ
Ｇ）４が、上記個々の赤外線検知器１とオーバフロード
レイン１３との間には赤外線検出器１からオーバフロー
ドレイン１３への電荷転送を制御するためのシャッター
ゲート（ＳＧ）１５が配設されている。そしてこれらの
トランスファーゲート４及びシャッターゲート１５を構
成するトランジスタのゲートは制御クロックを与えるた
めの入力端子Ｉt ，Ｉs に接続されている。

【０００５】ここで上記ＣＣＤ１２は上記赤外線検出器
１で発生した信号電荷を上記検知器１の配列方向に転送
する電荷転送回路を構成しており、この回路の出力側に
は出力アンプ８が接続されている。また上記オーバフロ
ードレイン１３は外部から正電位にバイアスされてい
て、上記検知器１で発生した信号電荷がここに掃き出さ
れるようになっている。

【０００６】次に上記リニアイメージセンサ２００の断
面構造を説明する。図１５(b) は図１５(a) のＸＶｂ−
ＸＶｂ線断面図であり、図中、１０は上記赤外線検出器
１を構成する PtSi/Siショットキーバリアダイオード
で、上記Ｐ型シリコン基板９上に選択的に形成された白
金シリサイド層１ａと、該層１ａと接触してショットキ
接合を形成するＰ型シリコン領域９ａとからなってお
り、また上記Ｐ型シリコン領域９ａの周囲には、該領域
９ａ周縁部での上記光検出器１からのリーク電流が抑制
されるよう、Ｎ型不純物領域からなるガードリング１１
が形成されている。またこのガードリング１１及び上記
白金シリサイド層１ａは上記赤外線検出器１の電荷蓄積
領域となっている。

【０００７】上記赤外線検出器１のＰ型シリコン領域９
ａの両側には、それぞれＣＣＤチャネルを構成するＮ型
不純物領域１２ｄ及び上記オーバフロードレイン１３で
あるＮ型不純物拡散領域が上記Ｐ型シリコン領域９ａか
ら所定間隔離して形成されている。またこのＮ型不純物
領域１２ｄ上にはゲート絶縁膜１０ａを介してポリシリ
コンからなるＣＣＤ転送ゲート１２ａが形成されてお
り、これはＣＣＤ１２に転送クロックを与える入力端子
Ｉc に接続されている。

【０００８】また上記ガードリング１１とＣＣＤチャネ
ル１２ｄとの間、及びガードリング１１とオーバフロー
ドレインであるＮ型不純物領域１３との間には、それぞ
れ所定濃度のＰ型不純物領域４ｂ及び１５ｂが形成さ
れ、その上には上記ゲート絶縁膜１０ａを介してポリシ
リコンからなるゲート電極４ａ，１５ａが形成されてお
り、これにより上記トランスファーゲート４及びシャッ
ターゲート１５としてのトランジスタが構成されてい
る。これらのトランジスタは、上記Ｎ型不純物領域４ｂ
及び１５ｂの濃度の変化により、その特性，ここではオ
ン状態でのポテンシャルレベルやオフ状態のポテンシャ
ルレベルが変化するため、その濃度はこれらのポテンシ
ャルレベルが両ゲートのトランジスタで一致するよう設
定されている。

【０００９】次に従来の赤外線リニアイメージセンサの
動作について説明する。図１６はこのイメージセンサの
電荷読出サイクル（Ｘr)におけるトランスファーゲート
とシャッターゲートの動作を、また図１７は電荷読出動
作中における図１５のＸＶｂ−ＸＶｂ線に沿ったポテン
シャル分布の変化を示しており、これらの図を用いて電
荷読出動作について説明する。

【００１０】まず、トランスファーゲート４の駆動クロ
ックＣＬt が立ち上がると（ｔ＝Ｔa0）、このゲートが
開き、つまり図１７(f) に示すように該ゲート４のポテ
ンシャルレベルがオフレベルＥtoffからオンレベルＥto
n に低下し、それまでに光検出器１０内で蓄積された信
号電荷Ｃs2がＮ型不純物領域４ｂを通ってＣＣＤチャネ
ル１２ｄ内に転送される。その後上記駆動クロックＣＬ
t が立ち下がると（ｔ＝Ｔa1）、図１７(a) に示すよう
にゲート４のポテンシャルレベルはもとのレベルＥtoff
に戻り、上記ゲート４は閉じる。この時赤外線検出器１
のポテンシャルレベルＥidは上記トランスファーゲート
４のオンレベルＥton （エネルギーレベルψt ）にリセ
ットされることとなる。

【００１１】すなわち、上記トランスファーゲート４を
開けると、フローティング状態であった白金シリサイド
層１ａがこれよりポテンシャルレベルの低いＣＣＤチャ
ネル１２ｄとつながることとなり、これにより信号電荷
Ｃs2が該白金シリサイド層１ａから該ゲート４を介して
ＣＣＤチャネル１２ｄへ向かって移動し、その後上記ゲ
ート４を閉じると、上記白金シリサイド層１ａは上記Ｃ
ＣＤチャネル１２ｄと切り離され、もとのフローティン
グ状態となり、この移動した電荷分だけ上記白金シリサ
イド層１ａが充電されることとなり、またこの際の電荷
の移動は赤外線検出器１のポテンシャルレベルが上記ト
ランスファーゲート４の低下したポテンシャルレベルＥ
ton と一致するまで行われるからである。

【００１２】一方赤外線検出器１では、シャッターゲー
ト５が開くまでの期間（Ｔa1＜ｔ＜Ｔa2）は、図１７
(b) に示すように赤外線の入射量に応じて信号電荷Ｃs1
が蓄積される。そしてシャッターゲート５の駆動クロッ
クＣＬs が立ち上がると（ｔ＝Ｔa2）、このゲート５が
開き、つまり図１７(c) に示すように該ゲート５のポテ
ンシャルレベルがオフレベルＥsoffからオンレベルＥso
n に低下し、それまでに光検出器１０内で蓄積された信
号電荷Ｃs1がＮ型不純物領域１５ｂを通ってオーバフロ
ードレインのＮ型不純物領域１３内に掃き出される。そ
の後上記駆動クロックＣＬs が立ち下がると（ｔ＝Ｔa
3）、ゲート5 のポテンシャルレベルはもとのレベルＥs
offに戻り、上記ゲート５は閉じる（図１７(d) ）。こ
の時赤外線検出器１のポテンシャルレベルＥidは上記ト
ランスファーゲート４の開閉動作の場合と同様、上記シ
ャッターゲート５のオンレベルＥson （エネルギーレベ
ルψs）にリセットされることとなる。このリセットレ
ベルψs は上記リセットレベルψt と一致している。

【００１３】その後赤外線検出器１では、トランスファ
ーゲート４が開くまでの期間（Ｔa3＜ｔ＜Ｔa4），つま
りシャッター時間（Ｘs)の間は、図１７(e) に示すよう
に赤外線の入射量に応じて信号電荷Ｃs2が蓄積され、さ
らにこの間（Ｘs)に蓄積された電荷Ｃs2は、トランスフ
ァーゲート４の駆動クロックＣＬt のパルス期間（Ｔa4
≦ｔ＜Ｔa5）内にＣＣＤチャネル１２へ転送される（図
１７(f) ）。その後は順次電荷読出サイクル（Ｘr ）に
て、図１７(a) 〜(f) により説明したように光検出器１
からＣＣＤ１２への電荷読出を行う。

【００１４】この電荷読出サイクル（Ｘr ）の期間中、
上記ＣＣＤ１２は、光検出器１からの信号電荷Ｃs の転
送動作を行っており、以下その電荷転送動作を図１８〜
図２０を用いて説明する。

【００１５】図１８は図１５のリニアイメージセンサの
ＣＣＤ転送ゲートの構造及び該転送ゲートとその駆動ク
ロックとの接続関係を示しており、また図１９は上記図
１６のトランスファーゲート４及びシャッターゲート５
の駆動クロックＣＬt 及びＣＬs の波形に加えて、ＣＣ
Ｄ１２の３相駆動クロックφ1 〜φ3 の波形を示す図、
図２０はＣＣＤ１２内で、ある光検出器からの信号電荷
がその隣の光検出器に対応する位置まで運ばれる様子を
示す図である。

【００１６】図１８に示すようにＣＣＤ１２は、３相駆
動ＣＣＤで、つまり１つの光検出器１に対応して３つの
転送ゲート１２ａ〜１２ｃを有するもので、ここでは転
送ゲート１２ａの位置にトランスファーゲート４が配置
されており、光検出器１の信号電荷をＣＣＤチャネル１
２ｄの転送ゲート１２ａ直下部分に流し込むようになっ
ている。また各光検出器１とオーバーフロードレイン１
３との間にはシャッターゲート１５が配置されている。

【００１７】上記転送ゲート１２ａの直下の領域のみに
ポテンシャル井戸が形成されている期間（Ｔa0≦ｔ＜Ｔ
a1）と同期して、上記トランスファーゲート入力Ｉt に
駆動クロックＣＬt のパルスを印加すると、図１７(a)
で説明したように、各光検出器１に対応する第１転送ゲ
ート１２ａのポテンシャル井戸内に信号電荷Ａ〜Ｃが読
み出される（図２０参照）。そして上記駆動クロックＣ
Ｌt の立ち下がり（ｔ＝Ｔa1）と同時に電荷転送動作が
開始される。

【００１８】すなわち上記ＣＣＤ駆動信号φ1 〜φ3
は、それぞれ位相が１２０度づつ異なっているため、図
２０に示すように第１転送期間（Ｔa1≦ｔ＜ｔ1 ）で
は、第１及び第２転送ゲート１２ａ，１２ｂの下にポテ
ンシャル井戸ができ、次の第２転送期間（ｔ1 ≦ｔ＜ｔ
2 ）では、第２転送ゲート１２ｂの直下のみに、またさ
らに次の第３転送期間（ｔ2 ≦ｔ＜ｔ3 ）には第２及び
第３転送ゲート１２ｂ，１２ｃの下にポテンシャル井戸
ができ、このようにしてさらに第４及び第５転送期間
（ｔ3 ≦ｔ＜ｔ4 ），（ｔ4 ≦ｔ＜ｔ5 ）が経過する
と、信号電荷Ａ〜Ｄは光検出器１つ分だけ転送されるこ
ととなる。そしてＣＣＤ１２はこのような転送動作を、
トランスファーゲート４の駆動クロックＣＬt の次の立
ち上がりまで繰り返して転送動作を終える。

【００１９】ところがこのような電子シャッター機構を
有するリニアイメージセンサ２００では、トランスファ
ーゲート４の開閉動作の際にリセットされる赤外線検出
器１のポテンシャルレベルψt と、シャッターゲート１
５の開閉の際にリセットされる赤外線検出器１のポテン
シャルレベルψs とが少しでも異なると、正確な赤外線
量を検知することができないという問題点がある。つま
り上記電荷読み取り時の検出器リセットレベルψt はト
ランスファーゲートトランジスタの特性によって決ま
り、また電荷掃き出し時の検出器リセットレベルψs は
シャッターゲートトランジスタの特性によって決まるた
め、ウェハプロセス上のばらつきによって両方のトラン
ジスタ特性がわずかでも異なると、ＣＣＤ１２への電荷
転送の場合とオーバーフロードレイン１３への電荷掃き
出しの場合とで、光検出器１のリセットレベルに差が生
じ、信号電荷の読み残しや余分な読み出しが生じるとい
う問題点があった。

【００２０】以下この問題点を図２１及び図２２を用い
て詳しく説明する。図２１(a) 〜(f) 及び図２２(a) 〜
(f) はそれぞれ図１７(a) 〜(f) に対応するタイミング
のポテンシャル分布を示しており、図２１に示すよう
に、電荷掃き出し時にリセットされる赤外線検出器１の
ポテンシャルレベルψs が電荷転送時にリセットされる
赤外線検出器１のポテンシャルレベルψt より低い場
合、図２１(c) に示すようにシャッターゲート５が動作
すると蓄積電荷Ｃs1の他に電荷Ｃ0 が余分に掃き出され
てしまい、その後トランスファーゲート４が動作して電
荷の読出を行う際、図２１(f) に示すようにトランスフ
ァーゲート４の導通時のレベルＥton とシャッターゲー
ト５の導通時のレベルＥson との差，つまりエネルギー
差（ψt −ψs ）以下の小さい蓄積レベルの信号電荷Ｃ
s3は読み出すことができないという問題点があった。

【００２１】また逆に図２２に示すように電荷掃き出し
時にリセットされる赤外線検出器１のポテンシャルレベ
ルψs が電荷転送時にリセットされる赤外線検出器１の
ポテンシャルレベルψt より高い場合、図２２(c) に示
すようにシャッターゲート５が動作すると、蓄積電荷Ｃ
s1の一部Ｃs5しか掃き出されず、電荷Ｃs4が残ってしま
い、その後トランスファーゲート４が動作して電荷の読
出を行う際には、トランスファーゲート４の導通時のレ
ベルＥton とシャッターゲート５の導通時のレベルＥso
n との差、つまりエネルギー差（ψt −ψs ）分の電荷
Ｃs4を信号電荷Ｃs2の他に余分に読み出してしまい、信
号のコントラストが低下するという問題点があった。

【００２２】そこで本件発明者はこのような問題点を解
決した、改良型のリニアイメージセンサをすでに開発し
ており、以下このリニアイメージセンサについて説明す
る。

【００２３】図２３は改良型のリニアイメージセンサを
説明するための図であり、図２３(a) は該センサを構成
する素子のレイアウトの概略を示す平面図、図２３(b)
は図２３(a) のＸＸIII ｂ−ＸＸIII ｂ線断面図であ
る。図において、３００はこの改良型のリニアイメージ
センサで、このセンサ３００では、オーバフロードレイ
ン３及びＣＣＤ１２を共に光検出器１列の片側に配置
し、しかもオーバフロードレイン３と光検出器１との間
にＣＣＤ１２が位置するようにしている。またこのため
シャッターゲート５はＣＣＤ１２とオーバフロードレイ
ン３との間に配設し、光検出器１からオーバフロードレ
イン３への電荷の掃き出しをＣＣＤ１２を介して行うよ
うにしている。なお、５ｂは上記ＣＣＤ１２の転送チャ
ネル１２ｂとオーバフロードレイン３のＮ型不純物領域
との間に形成されたＰ型不純物領域、５ａは該領域上に
ゲート絶縁膜１０ａを介して形成されたポリシリコンゲ
ートで、これらは上記シャッターゲートトランジスタを
構成している。その他の構成は図１５に示すリニアイメ
ージセンサと同一である。

【００２４】次に動作について図２４ないし図２６を用
いて説明する。図２４は上記リニアイメージセンサ３０
０のＣＣＤ転送ゲートの構造及び該転送ゲートとその駆
動クロックとの接続関係を、また図２５はこのリニアイ
メージセンサの電荷読出動作中における図２３(a) のＸ
ＸIII ｂ−ＸＸIII ｂ線に沿ったポテンシャル分布の変
化を示しており、また図２６はこのリニアイメージセン
サの各ゲートに印加する信号の波形図であり、これらの
図を用いて電荷読出動作について説明する。

【００２５】まず、トランスファーゲート４の駆動クロ
ックＣＬt が立ち上がると（ｔ＝Ｔa0）、このゲート４
が開き、つまり該ゲート４のポテンシャルレベルがオフ
レベルＥtoffからオンレベルＥton に低下し、それまで
に光検出器１内で蓄積された信号電荷Ｃs がＮ型不純物
領域４ｂを通ってＣＣＤチャネル１２ｄ内に転送される
（図２５(f) ）。その後上記駆動クロックＣＬt が立ち
下がると（ｔ＝Ｔa1）、ゲート４のポテンシャルレベル
はもとのレベルＥtoffに戻り、上記ゲート４は閉じる。
この時赤外線検出器１のポテンシャルレベルＥidは図１
５のセンサ２００の場合と同様の理由で上記トランスフ
ァーゲート４のオンレベルＥton （エネルギーレベルψ
t)にリセットされることとなる。

【００２６】これと同時に、ＣＣＤ１２では電荷転送動
作が開始され、その後転送期間（Ｘt ）が経過するまで
の期間（Ｔa1＜ｔ＜Ｔb2）中、図２５(a) に示すように
赤外線検出器１では電荷の蓄積が、またＣＣＤ１２では
電荷転送動作が行われる。その後さらに赤外線検出器１
ではシャッターゲート５が開くまでの期間（Ｔb2≦ｔ＜
Ｔb3）は、図２５(b) に示すように赤外線の入射量に応
じて信号電荷Ｃe が蓄積される。そしてシャッターゲー
ト５の駆動クロックＣＬs 及びトランスファーゲート４
の駆動クロックＣＬt が立ち上がると（ｔ＝Ｔb3）、こ
の両ゲート５，４が開き、つまり図２５(c) に示すよう
に該ゲート５，４のポテンシャルレベルがそれぞれオフ
レベルＥsoff，ＥtoffからオンレベルＥson ，Ｅton に
低下し、それまでに光検出器１内で蓄積された信号電荷
Ｃe がＣＣＤ１２のチャネル１２ｂを通ってオーバフロ
ードレインのＮ型不純物領域３内に掃き出される。

【００２７】その後上記両駆動クロックＣＬs ，ＣＬt
が立ち下がると（ｔ＝Ｔb4）、両ゲート５，４のポテン
シャルレベルはもとのレベルＳtoff，Ｅtoffに戻り、上
記両ゲート５，４は閉じる（図２５(d) ）。この時赤外
線検出器１のポテンシャルレベルＥidはシャッターゲー
ト５のオンレベルＥson とは関係なく、上記トランスフ
ァーゲート４の開閉動作の場合と同様、上記トランスフ
ァーゲート４のオンレベルＥton （ψt ）にリセットさ
れることとなり、電荷読出時と電荷掃出時とで赤外線検
出器１のポテンシャルレベルが変動することはない。

【００２８】その後赤外線検出器１では、トランスファ
ーゲート４が開くまで，つまりシャッター時間（Ｘs ）
が経過するまでの期間（Ｔb4＜ｔ＜Ｔb5）は、図２５
(e) に示すように赤外線の入射量に応じて信号電荷Ｃs
が蓄積され、さらにこの間に蓄積された電荷Ｃs は、ト
ランスファーゲート４の駆動クロックＣＬt のパルス期
間（Ｔb5≦ｔ＜Ｔb6）内にＣＣＤチャネル１２へ転送さ
れる（図２５(f) ）。その後上記駆動クロックＣＬt が
立ち下がると（ｔ＝Ｔb6）、ＣＣＤ１２では電荷転送を
開始する（図２５(g) ）。そして順次電荷読出サイクル
（Ｘr ）にて図２５(a) 〜(g) により説明したように光
検出器１からＣＣＤ１２への電荷読出を行う。

【００２９】ここで以上の動作を行うためには素子各部
のポテンシャルレベルが、トランスファーゲート（Ｅto
n)、ＣＣＤチャネル（Ｅcc）、シャッターゲート（Ｅso
n ）、オーバーフロードレイン（Ｅod）の順に深くなっ
ていくように設定する必要があるが、素子各部のＰ型お
よびＮ型不純物領域の不純物濃度を制御するなどの方法
によって容易に実現できる。

【００３０】なお、上記改良型のリニアイメージセンサ
のように光検出器の信号電荷をＣＣＤを介してオーバフ
ロードレイン等に引き抜くという考え方は、特開昭62−
200761号公報や特開昭60−120555号公報に開示されてお
り、例えば特開昭62−200761号公報には固体撮像素子に
おいて、一次元アレイ状の光検出器の片側に電荷転送部
を、さらに光検出器からみて電荷転送部の向こう側にオ
ーバフロードレインを配置し、光検出器の信号電荷を電
荷転送部を介してオーバフロードレインに掃き出すよう
にしたものが、また特開昭60−120555号公報には固体撮
像装置において、一次元アレイ状の光検出器の両側にＣ
ＣＤレジスタを、さらに該両レジスタの外側にそれぞれ
ダミーシフトレジスタを配置し、光検出器の残留電荷を
ＣＣＤシフトレジスタを介してダミーシフトレジスタに
引き抜くようにしたものが示されている。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】上記説明した改良型の
リニアイメージセンサでは、赤外線検出器１に蓄積され
た信号電荷Ｃe を、ＣＣＤ１２を通してオーバフロード
レイン３に掃き出すようにしているため、ＣＣＤ転送中
に電荷掃き出し動作を行おうとすると、転送中の信号電
荷と掃き出された電荷とが混ざり合う場合があり、ＣＣ
Ｄ１２の転送動作中はシャッターゲート５を導通させる
ことができず、このためＣＣＤ転送期間と電荷掃き出し
期間とを別々の時間帯に設定しているが、この場合シャ
ッター時間（Ｘs)が電荷読出サイクル（Ｘr)における電
荷転送期間（Ｘt)経過後の短い時間に制限されてしま
い、特に赤外線の入射量が少ない場合には、十分な信号
電荷の蓄積に支障をきたすという問題点があった。

【００３２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電荷読み出し時と電荷掃き出し
時とで検出器のリセットレベルがシフトすることなく、
完全な電子シャッター動作を行うことができ、しかもシ
ャッター時間を電荷読出サイクル中の任意の時間に設定
することができ、赤外線の入射量が少ない場合であって
も十分な信号電荷の蓄積を行うことができるリニアイメ
ージセンサ及びその駆動方式を得ることを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】この発明に係るリニアイ
メージセンサは、一次元アレイ配列の光検出器列とオー
バフロードレインとの間に配置された電荷転送部を、上
記光検出器１つに対して４つ以上の転送ゲートを有し、
個々の光検出器からの信号電荷を上記光検出器配列方向
へ転送する電荷結合素子と、上記各々の光検出器とこれ
に対応する４つ以上の転送ゲートのうちの特定の１つと
の間に設けられ、光検出器から電荷結合素子への電荷転
送を制御するトランスファーゲートと、上記特定の転送
ゲートと電荷排出部との間に設けられ、電荷転送部から
電荷排出部への電荷転送を制御するシャッターゲートと
から構成し、上記４つ以上の転送ゲートを４相以上の駆
動クロックにより制御して電荷転送を行うようにしたも
のである。

【００３４】この発明は上記リニアイメージセンサにお
いて、上記電荷結合素子を、上記光検出器１つに対して
５つの転送ゲートを有し、これらの転送ゲートを５相の
駆動クロックにより制御して電荷転送を行う構成とした
ものである。

【００３５】この発明は上記リニアイメージセンサにお
いて、上記電荷結合素子を、上記光検出器１つに対して
４つの転送ゲートを有し、これらの転送ゲートを４相の
駆動クロックにより制御して電荷転送を行う構成とした
ものである。

【００３６】この発明は上記リニアイメージセンサにお
いて、上記各光検出器に対応する複数の転送ゲートを、
該転送ゲート数以上の相数の駆動クロックにより制御し
て電荷転送を行うようにしたものである。

【００３７】この発明に係るリニアイメージセンサの駆
動方式は、リニアイメージセンサの電荷転送回路とし
て、一次元アレイ配列の光検出器の１つに対して４つ以
上の転送ゲートを有する電荷結合素子を用い、上記４つ
以上の転送ゲートに４相以上の駆動クロックを印加して
光検出器からの信号電荷の転送動作を行うとともに、上
記個々の光検出器とこれに対応する４つ以上の転送ゲー
トの特定の１つとの間に挿入されたトランスファーゲー
ト、及び該特定の転送ゲートと電荷排出回路との間に挿
入されたシャッターゲートを、それぞれ上記特定の転送
ゲート両側の転送ゲートがオフしているタイミングで導
通するようにし、これにより個々の光検出器からの信号
電荷を電荷転送回路により転送すると同時に、該信号電
荷を上記電荷転送回路を介して外部に排出するようにし
たものである。

【００３８】

【作用】この発明においては、一次元アレイ配列の光検
出器列とオーバフロードレインとの間に配置された電荷
転送部の電荷結合素子を、上記光検出器１つに対して４
つ以上の転送ゲートを有する構成とし、４相以上の駆動
クロックを対応する転送ゲートに印加するようにしたか
ら、電荷転送動作中に最低限隣接する３つの転送ゲート
がすべて閉じた状態が発生することとなり、このため転
送中の信号電荷と掃き出された電荷とが混ざり合うこと
なく、この真ん中の転送ゲートを通して光検出器から電
荷排出部への電荷の掃き出しを行うことができる。つま
り、電荷転送部での信号電荷の転送動作中に信号電荷の
掃き出しを行うことができ、これによりシャッターゲー
トを開けるタイミングを電荷読出サイクル中の任意の時
間に設定することができる。

【００３９】またこの発明においては、さらに上記電荷
結合素子を、上記光検出器１つに対して５つの転送ゲー
トを有し、これらの転送ゲートを５相の駆動クロックに
より制御して電荷転送を行う構成としたので、信号電荷
の転送動作における蓄積電荷の掃き出しに５つの転送ゲ
ートのうち隣接する３つの転送ゲートを用いても、残り
の２つを転送動作に用いることができ、光検出器からの
信号電荷を転送ゲート２つ分によるポテンシャル井戸内
に受け入れて、転送ゲート２つ分のポテンシャル井戸に
対応した量の電荷を転送することができる。

【００４０】この発明においては、上記電荷結合素子
を、上記光検出器１つに対して４つの転送ゲートを有
し、これらの転送ゲートを４相の駆動クロックにより制
御して電荷転送を行う構成としたので、５相駆動の場合
に比べて、転送ゲート及び駆動クロックを１つづつ少な
くすることができ、ＣＣＤ部分の構成の簡略化を図るこ
とができる。

【００４１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の一実施例による赤外線リニアイメ
ージセンサの構成を示す平面図であり、従来の改良型リ
ニアイメージセンサの説明に用いた図２４に対応してい
る。図において、２は第１〜第５の５相のクロック信号
φ1 〜φ5 により駆動されるＣＣＤで、１つの光検出器
１に対して５つの第１〜第５転送ゲート２ａ〜２ｅを有
しており、該各転送ゲートには対応するクロック信号が
印加されるようになっている。そしてその他の構成は図
２４に示した従来のリニアイメージセンサ３００と同一
であり、例えば上記トランスファーゲート４は第１転送
ゲート２ａと光検出器１との間に、またシャッターゲー
ト５は第１転送ゲート２ａとオーバフロードレイン３と
の間に配設されている。なお２ｆは上記ＣＣＤ２のＮ型
チャネル領域である。

【００４２】次に図２〜図５を用いて動作について説明
する。図２は電荷読出の際上記リニアイメージセンサの
各ゲートに印加されるクロック信号を、また図３は電荷
読出動作中の図１のIII −III 線断面に沿ったポテンシ
ャル分布の変化を示しており、さらに図４は信号電荷が
ＣＣＤ中を転送される様子を、図５は電荷転送中に信号
電荷が掃き出されるタイミングを示している。

【００４３】まずＣＣＤ２の通常の電荷転送動作につい
て説明する。上記ＣＣＤ２の第１及び第２転送ゲート２
ａ，２ｂの下側にのみポテンシャル井戸が形成されてい
る期間中（Ｔa0≦ｔ＜Ｔa1）に、トランスファーゲート
制御クロックＣＬt が立ち上がり（ｔ＝Ｔa0）、図３
(f) のようにトランスファーゲート４が開くと、赤外線
検出器１内に蓄積された信号電荷Ｃs が上記ポテンシャ
ル井戸内に流れ込み、その後上記制御クロックＣＬt が
立ち下がると（ｔ＝Ｔa1）、図３(g) のようにトランス
ファーゲート４が閉じ、その後図４に示すようにこの信
号電荷Ｃs の転送が開始される。なお、図４では各光検
出器１からそれぞれに対応する第１及び第２転送ゲート
２ａ，２ｂのポテンシャル井戸に転送された電荷をＡ〜
Ｄで示している。

【００４４】以下この転送動作を、上記ＣＣＤ駆動クロ
ックが５相である、つまり各クロックφ1 〜φ5 の位相
が順次７２°（２π／５）づつ遅らせてあるため、信号
電荷を１つの光検出器１から次の光検出器１に対応する
位置まで転送するための期間を第１〜第１０の転送期間
に分けて説明する。

【００４５】まず、第１転送期間（Ｔa1≦ｔ＜ｔ1 ）に
は、上記第１及び第２転送ゲート２ａ，２ｂの下側に形
成されていたポテンシャル井戸が第３転送ゲート２ｃの
下側に広がり、その次の第２転送期間（ｔ1 ≦ｔ＜ｔ2
）には第１転送ゲート２ａの下側のポテンシャル井戸
が消失するため、赤外線検出器１からＣＣＤ２に転送さ
れた信号電荷Ａ〜Ｄは、上記両転送期間中に転送ゲート
１つ分移動することとなる。

【００４６】さらに続く第３転送期間（ｔ2 ≦ｔ＜ｔ3
）及び第４転送期間（ｔ3 ≦ｔ＜ｔ4 ）でも上記と同
様にして信号電荷Ａ〜Ｄがまた転送ゲート１つ分移動
し、その後このような信号電荷の移動が第５及び第６転
送期間、第７及び第８転送期間、さらに第９及び第１０
転送期間にそれぞれ転送ゲート１つ分づづ行われ、これ
によって信号電荷Ａ〜Ｄが光検出器１一つ分の距離転送
されることとなる。

【００４７】上記ＣＣＤ２はこのような転送動作を繰り
返すことにより、信号電荷を順次出力アンプ８を介して
外部に出力する。

【００４８】次に、このような電荷転送動作中にシャッ
ター動作，つまり赤外線検出器１から信号電荷を掃き出
す動作について図３及び図５を用いて説明する。図３
(a) 〜(g) はそれぞれシャッター動作が行われる転送期
間（ｔn0≦ｔ≦ｔn7）において、図１のIII −III 線に
沿ったポテンシャル分布を示しており、特に図３(a) は
第１転送ゲート２ａにポテンシャル井戸が形成されてい
る期間（ｔn0＜ｔ＜ｔn1）を、また図３(b) はシャッタ
ー動作が行われる第４転送期間の１つ前の第３転送期間
（ｔn3≦ｔ＜Ｔc2）を示している。ここで第４転送期間
（Ｔc2≦ｔ＜Ｔc3）は、通常の電荷転送動作中には第１
転送ゲート２ａとその両側の第５，第２転送ゲート２
ｅ，２ｂの下側にはポテンシャル井戸が形成されない期
間である。

【００４９】上記電荷転送中にシャッター動作を行う転
送サイクルでは、上記第４転送期間に第１転送ゲート２
ａの駆動クロックφ1 及びトランスファーゲート制御ク
ロックＣＬｔを、シャッターゲート制御クロックＣＬs
とともに立ち上げ（ｔ＝Ｔc2）、これにより図３(c) に
示すようにトランスファーゲート４及びシャッターゲー
ト５のポテンシャルレベルをそれぞれＥton ，Ｅson ま
で下げる同時に、第１転送ゲート２ａのポテンシャルレ
ベルを転送井戸の形成時のレベルＥccまでさげる。これ
により赤外線検出器１内に蓄積されていた信号電荷Ｃｅ
が図５に示すように第１転送ゲート２ａの下側のポテン
シャル井戸を通過してオーバフロードレイン３に掃き出
される。

【００５０】そして上記制御クロックＣＬt およびＣＬ
s が立ち下がると（図３(d) ）、赤外線検出器１，ＣＣ
Ｄ２およびオーバフロードレイン３が分離され、その後
は赤外線検出器１では信号電荷の蓄積が行われ、またＣ
ＣＤ２では信号電荷が順次第１転送ゲート２ａを通過し
て転送されることとなる。図３(e) はこのような動作中
のある時間（ｔ＝ｔ7 ）におけるポテンシャル分布を示
している。

【００５１】そしてトランスファーゲート４の制御クロ
ックＣＬt が立ち上がると（ｔ＝Ｔa4）、図３(f) のよ
うにトランスファーゲート４が開き、赤外線検出器１内
に蓄積された信号電荷Ｃs が上記第１及び第２転送ゲー
ト２ａ，２ｂのポテンシャル井戸内に流れ込み、その後
上記制御クロックＣＬt が立ち下がると（ｔ＝Ｔa5）、
図３(g) のようにトランスファーゲート４が閉じ、以後
ＣＣＤ２では上述したようにこの信号電荷Ｃs の転送が
開始される。

【００５２】このように本実施例では、一次元アレイ配
列の光検出器１列とオーバフロードレイン３との間に配
置された電荷転送部のＣＣＤ２を、上記光検出器１つに
対して５つの転送ゲート２ａ〜２ｅを有する構成とし、
５相の駆動クロックφ1 〜φ5 を対応する転送ゲートに
印加するようにしたので、電荷転送動作中に隣接する３
つの転送ゲートがすべて閉じた状態が発生することとな
り、このためこの真ん中の第１転送ゲート２ａを通して
光検出器１からオーバフロードレイン３への電荷の掃き
出しを、この電荷とＣＣＤ２の転送電荷とが混ざり合う
ことなく行うことができる。つまり、電荷転送部での信
号電荷の転送動作中に信号電荷の掃き出しを行うことが
でき、これによりシャッターゲートを開けるタイミング
を電荷読出サイクル中の任意の時間に設定することがで
きる。

【００５３】また上記電荷結合素子２を、上記光検出器
１つに対して５つの転送ゲート２ａ〜２ｅを有し、これ
らの転送ゲートを５相の駆動クロックφ1 〜φ5 により
制御して電荷転送を行う構成としたので、信号電荷の転
送動作において転送ゲート１つ分の余裕ができることと
なり、つまりこれを転送動作に用いることができること
となり、光検出器からの信号電荷を転送ゲート２つ分に
よるポテンシャル井戸内に受け入れることができ、転送
電荷の量を２倍にすることができる。

【００５４】さらに信号電荷読み出し時と電荷掃き出し
時との検出器リセットレベルの変動を防止することがで
きる。つまり電荷蓄積時には、赤外線検出器１のポテン
シャルレベルＥidはトランスファーゲート４のポテンシ
ャルレベルＥton にリセットされ、また電荷掃き出し時
にはトランスファーゲート４およびシャッターゲート５
に正電圧が印加され、図３(c) のようにトランスファー
ゲート４及びシャッターゲート５のポテンシャルレベル
がともにレベルＥton ，Ｅson まで下がり、信号電荷Ｃ
s はＣＣＤチャネル１２を通過してオーバーフロードレ
イン３へと転送されるが、この場合も、検出器のポテン
シャルレベルＥidはトランスファーゲート４のポテンシ
ャルレベルＥton にリセットされる。したがって、検出
器のリセットレベルはトランスファーゲート４のトラン
ジスタの特性によってのみ決まり、電荷読み出し時でも
掃き出し時でも常にエネルギーレベルψT となり、ウェ
ハプロセスのばらつきによって両レベルがシフトするこ
となく、完全な電子シャッター動作が行える。

【００５５】なお上記実施例では、ＣＣＤとして５相駆
動のものを示したが、これは電荷転送量が少なくてよい
場合には、構造が簡単な４相駆動のものを用いてもよ
い。

【００５６】以下本発明の第２の実施例によるリニアイ
メージセンサとして、４相駆動ＣＣＤを用いたものにつ
いて説明する。図６〜図１０は本発明の第２の実施例に
よるリニアイメージセンサを説明するための図であり、
それぞれ上記第１実施例の説明に用いた図１〜図５に対
応しており、図６は赤外線リニアイメージセンサの各素
子のレイアウトを示しており、図７は電荷読出の際、上
記リニアイメージセンサの各ゲートに印加されるクロッ
ク信号を、また図８は電荷読出動作中の図６のＶIII −
ＶIII 線断面に沿ったポテンシャル分布の変化を示して
おり、さらに図９は信号電荷がＣＣＤ中を転送される様
子を、図１０は電荷転送中に信号電荷が掃き出されるタ
イミングを示している。

【００５７】この実施例では、電荷結合素子として、１
つの光検出器１に対して第１〜第４の４つの転送ゲート
２０ａ〜２０ｄを有し、４相駆動クロックφ1 〜φ4 に
より駆動される４相ＣＣＤ２０を用いており、その他の
構成は上記第１の実施例と全く同一である。なお２０ｅ
はＣＣＤ２０のＮ型電荷転送チャネルである。

【００５８】次に動作について説明する。まずＣＣＤ２
０の通常の電荷転送動作について説明する。上記ＣＣＤ
２０の第１転送ゲート２０ａの下側にのみポテンシャル
井戸が形成されている期間中（Ｔa0≦ｔ＜Ｔa1）に、ト
ランスファーゲート制御クロックＣＬt が立ち上がり
（ｔ＝Ｔa0）、図８(f) のようにトランスファーゲート
４が開くと、赤外線検出器１内に蓄積された信号電荷Ｃ
s が上記ポテンシャル井戸内に流れ込み、その後上記制
御クロックＣＬt が立ち下がると（ｔ＝Ｔa1）、図８
(g) のようにトランスファーゲート４が閉じ、その後図
９に示すようにこの信号電荷Ｃs の転送が開始される。
なお、図９では各光検出器１からそれぞれに対応する第
１転送ゲート２０ａのポテンシャル井戸に転送された電
荷をＡ〜Ｅで示している。

【００５９】以下この転送動作を、上記ＣＣＤ駆動クロ
ックが４相である、つまり各クロックφ1 〜φ4 の位相
が順次９０°づつ遅らせてあるため、信号電荷を１つの
光検出器１から次の光検出器１に対応する位置まで転送
するための期間を第１〜第８の転送期間に分けて説明す
る。

【００６０】まず、第１転送期間（Ｔa1≦ｔ＜ｔ1 ）に
は、上記第１転送ゲート２０ａの下側に形成されていた
ポテンシャル井戸が第２転送ゲート２０ｂの下側に広が
り、その次の第２転送期間（ｔ1 ≦ｔ＜ｔ2 ）には第１
転送ゲート２０ａの下側のポテンシャル井戸が消失する
ため、赤外線検出器１からＣＣＤ２０に転送された信号
電荷Ａ〜Ｅは、上記両転送期間中に転送ゲート１つ分移
動することとなる。

【００６１】さらに続く第３転送期間（ｔ2 ≦ｔ＜ｔ3
）及び第４転送期間（ｔ3 ≦ｔ＜ｔ4 ）でも上記と同
様にして信号電荷Ａ〜Ｅがまた転送ゲート１つ分移動
し、その後このような信号電荷の移動が第５及び第６転
送期間、さらに第７及び第８転送期間にそれぞれ転送ゲ
ート１つ分づづ行われ、これによって信号電荷Ａ〜Ｅが
光検出器１一つ分に相当する距離転送されることとな
る。

【００６２】そして上記ＣＣＤ２０はこのような転送動
作を繰り返すことにより、信号電荷を順次出力アンプ８
を介して外部に出力する。

【００６３】次に、このような電荷転送動作中でのシャ
ッター動作，つまり赤外線検出器１から信号電荷を掃き
出す動作について図８及び図１０を用いて説明する。図
８(a) 〜(g) はそれぞれシャッター動作が行われる転送
期間（ｔn0≦ｔ≦ｔn7）において、図６のＶIII −ＶII
I 線に沿ったポテンシャル分布を示しており、特に図８
(a) は第１転送ゲート２ａにポテンシャル井戸が形成さ
れている期間（ｔn0＜ｔ＜ｔn1）を、また図８(b) はシ
ャッター動作が行われる第４転送期間の１つ前の第３転
送期間（ｔn3≦ｔ＜Ｔd2）を示している。ここで第４転
送期間（Ｔd2≦ｔ＜Ｔd3）は、通常の電荷転送動作中に
は第１転送ゲート２ａとその両側の第４，第２転送ゲー
ト２０ｄ，２０ｂの下側にはポテンシャル井戸が形成さ
れない期間である。

【００６４】上記電荷転送中にシャッター動作を行う転
送サイクルでは、上記第４転送期間に第１転送ゲート２
０ａの駆動クロックφ1 及びトランスファーゲート制御
クロックＣＬｔを、シャッターゲート制御クロックＣＬ
s とともに立ち上げ（ｔ＝Ｔd2）、これにより図８(c)
に示すようにトランスファーゲート４及びシャッターゲ
ート５のポテンシャルレベルをそれぞれオンレベルＥto
n ，Ｅson まで下げると同時に、第１転送ゲート２０ａ
のポテンシャルレベルを転送井戸の形成時のレベルＥcc
までさげる。これにより赤外線検出器１内に蓄積されて
いた信号電荷Ｃｅが図１０に示すように第１転送ゲート
２０ａの下側のポテンシャル井戸を通過してオーバフロ
ードレイン３に掃き出される。

【００６５】そして上記制御クロックＣＬt およびＣＬ
s が立ち下がると（ｔ＝Ｔd3）、赤外線検出器１，ＣＣ
Ｄ２およびオーバフロードレイン３が分離され（図８
(d) ）、赤外線検出器１では信号電荷Ｃs の蓄積が行わ
れ、またＣＣＤ２０では信号電荷が順次第１転送ゲート
２０ａを通過して転送されることとなる。図８(e) はこ
のような動作中のある時間（ｔ＝ｔ7 ）におけるポテン
シャル分布を示している。

【００６６】そしてトランスファーゲート４の制御クロ
ックＣＬt が立ち上がると（ｔ＝Ｔa4）、図８(f) のよ
うにトランスファーゲート４が開き、赤外線検出器１内
に蓄積された信号電荷Ｃs が上記第１転送ゲート２ａの
ポテンシャル井戸内に流れ込み、その後上記制御クロッ
クＣＬt が立ち下がると（ｔ＝Ｔa5）、図８(g) のよう
にトランスファーゲート４が閉じ、以後ＣＣＤ２０では
上述したようにこの信号電荷Ｃs の転送が開始される。

【００６７】このように本実施例では、一次元アレイ配
列の光検出器１とオーバフロードレイン３との間に配置
された電荷転送部のＣＣＤ２０を、上記光検出器１つに
対して４つの転送ゲート２０ａ〜２０ｄを有する構成と
し、４相の駆動クロックφ1〜φ4 を対応する転送ゲー
トに印加するようにしたので、上記実施例と同様ＣＣＤ
２０での信号電荷の転送動作中に信号電荷の掃き出し
を、掃出電荷とＣＣＤ中の転送電荷との混ざり合いを招
くことなく行うことができ、これによりシャッターゲー
トを開けるタイミングを電荷読出サイクル中の任意の時
間に設定することができる。

【００６８】また５相駆動ＣＣＤに比べて転送ゲートお
よび駆動クロックが１つ少なくすることができ、構造の
簡略化を図ることができるが、ＣＣＤの転送電荷容量が
半減するというデメリットもあり、用途によっては５相
以上のＣＣＤを用いる方が有利である場合もある。

【００６９】なお、上記各実施例では、各光検出器の転
送ゲートの個数と、転送ゲートを駆動する駆動クロック
の相数とが同一である場合について示したが、これは転
送ゲートを、各光検出器の転送ゲート数より多い相数の
駆動クロックにより駆動するようにしてもよい。

【００７０】次に本発明の第３の実施例によるリニアイ
メージセンサとして、各光検出器に対して転送ゲートが
４つある電荷転送素子を８相の駆動クロックにより駆動
するようにしたものについて説明する。図１１〜図１４
はこの実施例のリニアイメージセンサを説明するための
図であり、それぞれ上記第２実施例の説明に用いた図
６，図７，図９，図１０に対応している。つまり図１１
は赤外線リニアイメージセンサの各素子のレイアウトを
示しており、図１２は電荷読出の際、上記リニアイメー
ジセンサの各ゲートに印加されるクロック信号を、また
図１３は信号電荷がＣＣＤ中を転送される様子を、図１
４は電荷転送中に信号電荷が掃き出されるタイミングを
示している。なお電荷読出動作中の図１１のＸ−Ｘ線断
面に沿ったポテンシャル分布の変化は上記第２の実施例
のもの（図８参照）と同一である。

【００７１】この実施例では、図１１に示すように電荷
転送素子の駆動クロックとして８相駆動クロックφ1'〜
φ8'を用い、一次元アレイ状に配列された光検出器のう
ち奇数番目の光検出器１の転送ゲート２０ａ〜２０ｄに
は第１〜第４の駆動クロックφ1'〜φ4'を、偶数番目の
光検出器１′の転送ゲート２０ａ′〜２０ｄ′には第５
〜第８の駆動クロックφ5'〜φ8'を印加するようにして
おり、その他の構成は上記第２の実施例と全く同一であ
る。

【００７２】ここで、第１〜第８の駆動クロックφ1'〜
φ8'は、ＣＣＤ駆動パルスの周期がそれぞれ第２実施例
の駆動クロックの２分の１となっており、また上記ＣＣ
Ｄ駆動パルスの位相については順次４５度づつ遅らせて
ある。言い換えるとクロックφ1'とφ5'、φ2'とφ6'、
φ3'とφ7'、φ4'とφ8'を重合わせたものが、それぞれ
上記第２実施例で用いた駆動クロックφ1 ，φ2 ，φ3
，φ4 となっている。但し上記第１の駆動クロックφ
1'と第５の駆動クロックφ5'とは、シャッターゲート制
御クロックＣＬs が発生するタイミング（ｔ＝Ｔd2）で
同時に、光検出器１内の蓄積電荷を掃き出すためのパル
スを発生するようになっている（図１２参照）。

【００７３】このような構成の第３の実施例では、ＣＣ
Ｄ２０の通常の電荷転送動作は図１３に示すように、ま
た電荷転送動作中でのシャッター動作については図１４
に示すように上記第２の実施例のリニアイメージセンサ
と全く同様に行われ、第２の実施例と同様の効果を奏す
る。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るリニアイ
メージセンサ及びその駆動方式によれば、一次元アレイ
配列の光検出器列とオーバフロードレインとの間に配置
された電荷転送部の電荷結合素子を、上記光検出器１つ
に対して４つ以上の転送ゲートを有する構成とし、４相
以上の駆動クロックを対応する転送ゲートに印加するよ
うにしたので、電荷転送動作中に最低限隣接する３つの
転送ゲートがすべて閉じた状態が発生することとなり、
これにより転送中の信号電荷と掃き出された電荷とが混
ざり合うことなく、この真ん中の転送ゲートを通して光
検出器から電荷排出部への電荷の掃き出しを行うことが
できる。つまり、電荷転送部での信号電荷の転送動作中
に信号電荷の掃き出しを行うことができ、これによりシ
ャッターゲートを開けるタイミングを電荷読出サイクル
中の任意の時間に設定することができる効果がある。

【００７５】またこの発明によれば上記リニアイメージ
センサにおいて、さらに上記電荷結合素子を、上記光検
出器１つに対して５つの転送ゲートを有し、これらの転
送ゲートを５相の駆動クロックにより制御して電荷転送
を行う構成としたので、信号電荷の転送動作における蓄
積電荷の掃き出しに５つの転送ゲートのうち隣接する３
つの転送ゲートを用いても、残りの２つを転送動作に用
いることができ、光検出器からの信号電荷を転送ゲート
２つ分によるポテンシャル井戸内に受け入れて、転送ゲ
ート２つ分のポテンシャル井戸に対応した量の電荷を転
送することができる効果がある。

【００７６】またこの発明によれば上記リニアイメージ
センサにおいて、上記電荷結合素子を、上記光検出器１
つに対して４つの転送ゲートを有し、これらの転送ゲー
トを４相の駆動クロックにより制御して電荷転送を行う
構成としたので、５相駆動の場合に比べて、転送ゲート
及び駆動クロックを１つづつ少なくすることができ、Ｃ
ＣＤ部分の構造の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による赤外線リニアイメー
ジセンサの構造を示す平面図である。

【図２】上記イメージセンサにおける５相駆動ＣＣＤの
電荷読出動作を説明するための信号波形図である。

【図３】上記電荷読出動作中における図１のIII −III
線に沿ったポテンシャル分布の変化を示す図である。

【図４】上記５相ＣＣＤの電荷転送動作中における電荷
転送方向のポテンシャル分布の変化を示す図である。

【図５】この電荷転送動作中における蓄積電荷の掃き出
しタイミングを示すＣＣＤ部のポテンシャル分布図であ
る。

【図６】この発明の第２の実施例による、４相駆動ＣＣ
Ｄを備えた赤外線リニアイメージセンサの構造を示す平
面図である。

【図７】上記イメージセンサにおける４相駆動ＣＣＤの
電荷読出動作を説明するための信号波形図である。

【図８】上記電荷読出動作中における図６のＶIII −Ｖ
III 線に沿ったポテンシャル分布の変化を示す図であ
る。

【図９】上記４相ＣＣＤの電荷転送動作中における電荷
転送方向のポテンシャル分布の変化を示す図である。

【図１０】この電荷転送動作中における蓄積電荷の掃き
出しタイミングを示すＣＣＤ部のポテンシャル分布図で
ある。

【図１１】この発明の第３の実施例による、第２実施例
のＣＣＤを８相の駆動クロックにより駆動するようにし
た赤外線リニアイメージセンサの構造を示す平面図であ
る。

【図１２】このイメージセンサにおける８相駆動ＣＣＤ
の電荷読出動作を説明するための信号波形図である。

【図１３】上記８相駆動ＣＣＤの電荷転送動作中におけ
る電荷転送方向のポテンシャル分布の変化を示す図であ
る。

【図１４】この電荷転送動作中における蓄積電荷の掃き
出しタイミングを示すＣＣＤ部のポテンシャル分布図で
ある。

【図１５】従来の電子シャッター機構を搭載した赤外線
リニアイメージセンサの構成図であり、図１５(a) は概
略平面図、図１５(b) はそのＸＶｂ−ＸＶｂ線の断面図
である。

【図１６】このイメージセンサにおける電荷読出サイク
ルとシャッター時間との関係を示す波形図である。

【図１７】このイメージセンサの電荷読出動作中におけ
る図１５のＸＶｂ−ＸＶｂ線に沿ったポテンシャル分布
の変化を示す図である。

【図１８】上記従来の赤外線リニアイメージセンサにお
ける各部のゲート電極の配置を示す図である。

【図１９】この赤外線リニアイメージセンサの電荷転送
動作を行うための信号波形を示す図である。

【図２０】この電荷転送動作中のＣＣＤ部におけるポテ
ンシャル井戸の変化を示す図である。

【図２１】従来のリニアイメージセンサにおける、トラ
ンスファーゲートのオン時のポテンシャルがシャッター
ゲートのものより高い場合の問題点を説明するためのポ
テンシャル分布図である。

【図２２】図２１の場合とは逆に、トランスファーゲー
トのオン時のポテンシャルがシャッターゲートのものよ
り低い場合の問題点を説明するためのポテンシャル分布
図である。

【図２３】上記従来の赤外線リニアイメージセンサにお
ける問題点を解決した改良型の赤外線リニアイメージセ
ンサを説明するための図であり、図２３(a) は概略平面
図、図２３(b) はそのＸＸIII ｂ−ＸＸIII ｂ線の断面
図である。

【図２４】この改良型赤外線リニアイメージセンサにお
ける各部のゲート電極の配置を示す図である。

【図２５】このイメージセンサの電荷読出動作中におけ
る図２３のＸＸIII ｂ−ＸＸIIIｂ線に沿ったポテンシ
ャル分布の変化を示す図である。

【図２６】このイメージセンサの電荷読出動作を行うた
めの信号波形を示す図である。

【符号の説明】

１，１′ 赤外線検出器 １ａ 白金シリサイド層 ２，２０ ＣＣＤ ２ａ〜２ｅ 第１〜第５の転送ゲート ２ｆ，２０ｅ ＣＣＤ電荷転送チャネル ３ オーバフロードレイン ４ トランスファーゲート ４ｂ トランスファーゲート用トランジスタのチャネル
形成領域 ５ シャッターゲート ５ｂ シャッターゲート用トランジスタのチャネル形成
領域 ８ 出力アンプ ９ Ｐ型シリコン基板 ９ａ ダイオード形成用Ｐ型Ｓｉ領域 １０ ショットキダイオード １０ａ ゲート絶縁膜 １１ ガードリング ２０ａ〜２０ｄ，２０ａ′〜２０ｄ′ 第１〜第４の転
送ゲート １００，１２０ 赤外線リニアイメージセンサ Ｃe 掃出電荷 Ｃs 信号電荷 Ｅid 検出器ポテンシャルレベル Ｅcc ＣＣＤポテンシャルレベル Ｅod オーバーフロードレインポテンシャルレベル Ｅson ，Ｅsoff シャッターゲートのオン時，オフ時の
ポテンシャルレベル Ｅton ，Ｅtoff トランスファーゲートのオン時，オフ
時のポテンシャルレベル Ｉc ＣＣＤ転送ゲート入力端子 Ｉs シャッターゲート入力端子 Ｉt トランスファーゲート入力端子 φ1 〜φ5 、φ1'〜φ8' ＣＣＤ駆動クロック ψs シャッター動作によるリセットレベル ψt トランスファー動作によるリセットレベル

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に１次元アレイ状に配列さ
   れ、入射光を受けて信号電荷を発生する複数の光検出器
   と、該光検出器列の片側にこれと平行に配置され、各光
   検出器内に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部
   と、該電荷転送部の片側であって上記光検出器列と反対
   側に位置するよう配置され、上記各光検出器内の蓄積電
   荷を上記電荷転送部を介して受けて外部に排出する電荷
   排出部とを備えたリニアイメージセンサにおいて、 上記電荷転送部を、 上記光検出器１つに対して４つ以上の転送ゲートを有
   し、個々の光検出器からの信号電荷を上記光検出器配列
   方向へ転送する電荷結合素子と、 上記各々の光検出器と、これに対応する４つ以上の転送
   ゲートのうちの特定の１つとの間に設けられ、光検出器
   から電荷結合素子への電荷転送を制御するトランスファ
   ーゲートと、 上記特定の転送ゲートと電荷排出部との間に設けられ、
   電荷転送部から電荷排出部への電荷転送を制御するシャ
   ッターゲートとから構成し、 上記各光検出器の転送ゲートを４相以上の駆動クロック
   により制御して電荷転送を行うようにしたことを特徴と
   するリニアイメージセンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のリニアイメージセンサに
   おいて、 上記電荷結合素子は、上記光検出器１つに対して５つの
   転送ゲートを有し、これらの転送ゲートを５相の駆動ク
   ロックにより制御して電荷転送を行うものであることを
   特徴とするリニアイメージセンサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のリニアイメージセンサに
   おいて、 上記電荷結合素子は、上記光検出器１つに対して４つの
   転送ゲートを有し、これらの転送ゲートを４相の駆動ク
   ロックにより制御して電荷転送を行うものであることを
   特徴とするリニアイメージセンサ。
4. 【請求項４】 請求項１記載のリニアイメージセンサに
   おいて、 上記電荷結合素子は、上記各光検出器に対応する複数の
   転送ゲートを、該転送ゲート数以上の相数の駆動クロッ
   クにより制御して電荷転送を行うものであることを特徴
   とするリニアイメージセンサ。
5. 【請求項５】 リニアイメージセンサを、その個々の光
   検出器からの信号電荷が電荷転送回路により転送される
   とともに、該信号電荷が該電荷転送回路を介して電荷排
   出回路に送られて外部に排出されるよう駆動するリニア
   イメージセンサの駆動方式において、 上記電荷転送回路として、光検出器１つに対して４つ以
   上の転送ゲートを有する電荷結合素子を用い、上記４つ
   以上の転送ゲートに４相以上の駆動クロックを印加して
   光検出器からの信号電荷の転送動作を行い、 上記個々の光検出器とこれに対応する４つ以上の転送ゲ
   ートの特定の１つとの間に挿入されたトランスファーゲ
   ート、及び該特定の転送ゲートと電荷排出回路との間に
   挿入されたシャッターゲートを、それぞれ上記特定の転
   送ゲート両側の転送ゲートがオフしているタイミングで
   導通するようにしたことを特徴とするリニアイメージセ
   ンサの駆動方式。