JPH01248665A - 電荷転送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、複数のＣＣＤレジスタを有する電荷転送装置
に関する。

（従来の技術） ＣＣＤレジスタを有する電荷転送装置は、遅延線やイメ
ージセンサに広く用いられている。

ＣＣＤレジスタを複数個有する場合に、その複数個のＣ
ＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を１つの出力
部で統合して読み出す構造が必要となる場合がある。従
来の電荷転送装置について、その構造を示す第５図を参
照し説明する。フォトダイオード１は光を照射されて信
号電流を発生し、ＣＣＤレジスタ２．３はそれぞれのフ
ォトダイオード１で発生した信号電荷を蓄積し、出力ゲ
ート１２へ向かって転送していく。出力ゲート１２はＣ
ＣＤレジスタ２，３から転送されたそれぞれの信号電荷
を順次浮遊拡散層１１に出力する。浮遊拡散層１１は蓄
積部に相当し、出力ゲート１２から信号電荷を順次受は
取り、蓄積する。この蓄積された信号電荷は、ソースフ
ォロワ回路７によって順次読み出される。リセットゲー
ト６は、信号電荷を順次受は取る前に浮遊拡散層１１に
蓄積されている余分な電荷を排出し、浮遊拡散層１１を
一定電圧に設定する。

この装置の出力部１について、その部分拡大図を第６図
に示し説明する。ＣＣＤレジスタ２，３はそれぞれ転送
段２　ａ、　　２　ｂ、２　Ｃ，２ｄ、・・・及び転送
段３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、・・・を有している。転送
段２ｂ、２ｄ、・・・、及び転送段３ａ。

３ｃ、・・・にはクロックパルスφ１が印加され、転送
段２　ａ、　２　Ｃ，・・・、及び転送段３ｂ、　３ｄ
、・・・にはクロックパルスφ１と逆相のクロックパル
スφ２が印加される。それぞれの転送段は印加されたク
ロックパルスに基づき、隣接した一方の転送段から転送
された信号電荷を蓄積し隣接した他方の転送段に転送す
る。例えば、転送段２ｃは転送段２ｄから信号電荷を転
送されて蓄積した後、転送段２ｂへ転送し、転送段２ｂ
は転送段２Ｃから転送された信号電荷を転送段２ａへ転
送する。それぞれの転送段は、信号電荷の逆流を防止す
る電位障壁を有する。それぞれの転送段より転送されて
きた信号電荷は、最終段に相当する転送段２ａ及び３ａ
より交互に出力ゲート１２へ転送され、さらに浮遊拡散
層１１に出力される。これにより、ＣＣＤレジスタ２及
び３より転送されてきた信号電荷は交互に浮遊拡散層１
１に流入されることとなる。浮遊拡散層１１は、それぞ
れの信号電荷が流入される前にリセットゲート６よりリ
セットパルスＲＳを与えられて、浮遊拡散層１１に蓄積
している余分なｆ［ａを排出し、一定電圧に設定される
。浮遊拡散層１１に流入されて蓄積された信号電荷は、
ソースフォロワ回路７により順次読み取られていく。ソ
ースフォロワ回路７はＦＥＴ７ａ。

ＦＥＴ７ｂを有し、インピーダンス変換を行なう。

浮遊拡散層１１より出力される出力信号と、クロックパ
ルスφ　、クロックパルスφ２、リセットパルスＲ８と
のそれぞれのパルスタイミングについて、第７図のタイ
ムチャートを参照し説明する。信号電荷が転送される前
に、浮遊拡散層１１かりセットゲート６よりリセットパ
ルスＲ８を印加されて、電位が設定電位Ｅｏとなる。リ
セットパルスＲ８がハイレベルからローレベルになると
、浮遊拡散層１１はリセットゲート６と結合しているた
め誘導ノイズが発生して電位Ｅ。′となる。

この後、ＣＣＤレジスタ２．３の最終転送段である転送
段２ａ、３ａのうち、印加されるクロックパルスがロー
レベルであるどちらか一方の転送段から信号電荷が転送
されて、出力ゲート１２を通過して浮遊拡散層１１に蓄
積される。例えば第７図において、クロックパルスφ１
が印加されている転送段３ａから、クロックパルスφｌ
がローレベルとなると信号電荷が転送されて浮遊拡散層
の電位がＥｌｌとなる。この後リセットパルスＲ３が与
えられて浮遊拡散層１１の電位がＥ。となり、さらにリ
セットパルスＲ３のノイズの影響でＥ　′となる。次に
クロックパルスφ２が印加されている転送段２ａから、
クロックパルスφ２がローレベルになると信号電荷が転
送され、浮遊拡散層１１の電位がＥ１□となる。以下同
様に、転送段３ａから信号電荷が転送されて浮遊拡散層
１１の電位がＥ１３となり、次に転送段２ａから信号電
荷が転送されて浮遊拡散層１１の電位がＥ１４となる。

（発明が解決しようとする問題点） このような電荷転送装置に対し、イメージセンサとして
用いる場合に感度の向上や、信号電荷量を減少化させる
必要性が高まっている。このためには、浮遊拡散層１１
の電荷蓄積容量を減らして電荷電圧変換ゲインを高める
必要がある。

しかし浮遊拡散層１１の出力ゲート１２に接続されてい
る部分は、転送段２ａと３８とに分離して接続されてい
る出力ゲート１２の面積に対応させる必要がある。この
ため、その面積を小さくすることができず、その結果浮
遊拡散層１１の蓄積容量を減少させるのに限界があると
いう問題点があった。

本発明は上記事情に鑑み、浮遊拡散層１１の電荷蓄積容
量を減少させて電荷電圧変換ゲインを向上させることが
できる電荷転送装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的は、信号電荷を転送するＣＣＤレジスタを複数
個有するＣＣＤレジスタ部と、前記ＣＣＤレジスタ部に
おいて転送された信号電荷を蓄積し出力する蓄積部とを
有し、前記ＣＣＤレジスタ部と前記蓄積部との間に、前
記ＣＣＤレジスタ部の複数個の前記ＣＣＤレジスタの前
記蓄積部側の転送路を統合し前記信号電荷を転送する統
合部と、前記統合部が転送した前記信号電荷を前記蓄積
部へ出力する出力ゲートとを設けたことを特徴とする電
荷転送装置によって達成される。

（作　用） 複数個のＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷は
、統合部で統合された転送路を通って出力ゲートへ転送
される。この出力ゲートへ転送された前記信号電荷がさ
らに蓄積部へ転送されて蓄積された後出力される。前記
出力ゲートの面積は、複数個の前記ＣＣＤレジスタの信
号電荷の転送路が前記統合部で一旦統合されているため
、前記統合部がない場合よりも小さくすることができる
。

これにより、前記蓄積部の出力ゲートに対向する部分の
面積は前記統合部がない場合よりも小さ（できるため、
前記蓄積部の電荷蓄積容量が小さくできる。

（実施例） 以下、本発明を図示する実施例に基づいて詳述する。

まず、本発明の一実施例による電荷転送装置について、
その構造を示す第１図を参照し説明する。

第５図に示す従来の電荷転送装置と同一の構成要素には
同一番号を付して説明を省略する。従来の場合と異なる
のは、出力ゲート５とＣＣＤレジスタ２．３との間に統
合部に相当する転送ゲート４が設けられている点である
。これによって出力ゲート５と従来の出力ゲート１２の
それぞれの面積及び浮遊拡散層８と従来の浮遊拡散層１
１のそれぞれの電荷蓄積容量が異なっている。第１図に
示された電荷転送装置における出力部Ｈについて、その
部分拡大図である第２図を参照し説明する。

この出力部■と、第６図に示す従来の電荷転送装置と同
一の要素には同一番号を付し説明を省略する。従来の場
合と異なり、ＣＣＤレジスタ２．３の転送段２ａ＋　　
３ａと浮遊拡散層８との間に転送ゲート４が設けられ、
さらにこの転送ゲート４にクロックパルスφＴが印加さ
れている。

従来の場合と同様に、印加されているクロックパルスに
基づいてそれぞれの転送段２ｂ、２ｃ。

２ｄ、・・・及び転送段３ｂ、３ｃ、３ｄ、・・・より
信号電荷が転送されてきて、最終段に相当するそれぞれ
の転送段２ａ及び３ａに転送される。この後クロックパ
ルスφＴに基づいて、転送段２ａと転送段３ａにそれぞ
れ蓄積されている信号電荷の一方を交互に転送ゲート４
が出力ゲート５に転送する。出力ゲート５は転送ゲート
４から転送された信号電荷を浮遊拡散層８に出力する。

これにより、ＣＣＤレジスタ２及び３より転送されてき
た信号電荷は交互に浮遊拡散層８に流入されることとな
る。この後浮遊拡散層８において蓄量された信号電荷が
、順次ソースフォロワ回路７によって読み取られていく
。

次に、浮遊拡散層８より出力される出力信号と、クロッ
クパルスφ　、クロックパルスφ２、転送パルス−Ｔ１
リセットパルスＲＳとのそれぞれのパルスタイミングに
ついて、そのタイムチャートである第３図を参照し説明
する。従来の場合のタイムチャートである第７図と比較
し、転送パルスφＴが新たに加わっている。信号電荷が
転送される前に、浮遊拡散層８がリセットゲート６より
リセットパルスＲＳを印加されて、電位が設定電位Ｅｏ
となる。リセットパルスＲＳがハイレベルからローレベ
ルになると、浮遊拡散層８はリセットゲート６と結合し
ているため誘導ノイズが発生して電位Ｅ。′となる。こ
の後、ＣＣＤレジスタ２゜３のそれぞれの最終転送段の
転送段２ａ、３ａのうち、印加されているクロックパル
スがローレベルのどちらか一方の転送段から転送ゲート
４へ、転送パルスφＴがハイレベルの期間中に信号電荷
が転送される。次に、転送パルスφ丁がローレベルとな
ると、その信号電荷が出力ゲート５を通過して浮遊拡散
層８に蓄積される。例えば第３図において、クロックパ
ルスφ１が印加されている転送段３ａから、クロックパ
ルスφ１がローレベルのときに、ハイレベルの転送パル
スφ丁が印加されている転送ゲート４に信号電荷が転送
される。

転送パルスφＴがローレベルとなると、転送ゲート４か
ら出力ゲート５を通して浮遊拡散層８へ信号電荷が転送
されて、浮遊拡散層８の電位がＥｌとなる。この後リセ
ットパルスＲ８が与えられて浮遊拡散層８の電位がＥｏ
となり、リセットパルスＲ８のノイズの影響でＥ。′と
なる。次にクロックパルスφ２が印加されている転送段
２ａから、クロックパルスφ２がローレベルのときに、
ハイレベルの転送パルスφＴが印加されている転送ゲー
ト４に信号電荷が転送される。転送パルスφＴがローレ
ベルとなると、転送ゲート４から出力ゲート５を通して
浮遊拡散層８へ信号′ＦＩｓ荷が転送されて、浮遊拡散
層８の電位がＥ２となる。以下同様に、転送段３ａから
信号電荷が転送されて浮遊拡散層８の電位がＥ３となり
、次に転送段２ａがら信号電荷が転送されて浮遊拡散層
８の電位が−Ｅ４となる。このようにして、従来の場合
と同様に信号電荷が順次浮遊拡散層８へ転送されて蓄積
され、ソースフォロワ回路７へ出力される。

ここで、出力ゲート５の面積は従来の出力ゲート１２と
比較して小さい。これは、２個のＣＣＤレジスタ２，３
の信号電荷の転送路が、統合部に相当する転送ゲート４
で一旦統合されているためである。これにより、浮遊拡
散１ｆｔ８の出力ゲート５に対向する部分の面積は、従
来の浮遊拡散層１１の面積よりも小さいため、電荷蓄積
容量は小さくなっている。このため、浮遊拡散層８がら
ソースフォロワ回路７へ信号電荷が出力される際におけ
る電荷電圧変換ゲインが増加し、感度が向上する。さら
に、取扱う信号電荷量自体を小さくすることができるた
め、ＣＣＤレジスタを小型化することが可能である。

本実施例ではＣＣＤレジスタを２個有しているが、ＣＣ
Ｄレジスタ３個以上であっても同様の効果が得られる。

また、ＣＣＤレジスタのそれぞれの転送段に印加するク
ロックパルスが３相以上であってもよい。蓄積部として
浮遊拡散層を用いているが、フローティングゲート構造
によるもの等、電荷を蓄積する機能を有するものであれ
ば、他の構造によるものを用いることができる。

また、本実施例では第２図に示されるように統合部に相
当する転送ゲート４と出力ゲート５とが隣接しているが
、隣接しない構成であってもよい。

その場合の一例を、他の実施例として出力部を拡大した
第４図を参照し説明する。第２図に示した実施例と同一
の要素には同一番号を付して説明を省略する。転送ゲー
ト４と出力ゲート５との間に複数の転送電極から成る転
送段９が設けられている。このように、統合部と出力ゲ
ートとが隣接しておらず、転送段を介して信号電荷が転
送される構成であってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電荷転送装置は、複数個の
ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷が統合部で
その転送路を統合された後出力ゲートを介して蓄積部へ
蓄積されて出力されるため、蓄積部の出力ゲートに対向
する面積が小さくなり、電荷蓄積容量が小さい。これに
より、蓄積部から信号電荷が出力されて電圧に変換され
る際の電荷電圧変換ゲインが増加し、感度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電荷転送装置の構成図
、第２図は本発明の一実施例による電荷転送装置の部分
拡大構成図、第３図は本発明の一実施例による電荷転送
装置における信号のタイムチャート、第４図は本発明の
他の実施例による電荷転送装置の部分拡大構成図、第５
図は従来の電荷転送装置の構成図、第６図は従来の電荷
転送装置の部分拡大構成図、第７図は従来の電荷転送装
置における信号のタイムチャートである。 １・・・フォトダイオード、２，３・・・ＣＣＤレジス
タ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ。 ３ｄ・・・転送段、４・・・転送ゲート、５・・・出力
ゲート、６・・・リセットゲート、７・・・ソースフォ
ロワ回路、７ａ・・・ＦＥＴ、７ｂ・・・ＦＥＴ、８・
・・浮遊拡散層、９・・・転送段、１１・・・浮遊拡散
層、１２・・・出力ゲート。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 実ｌ　図 為２図 クロンクパノＬλφ１ ノア、トノでルス　Ｒ３ 為３図 罠４図 馬５図 、７ 嵩６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号電荷を転送するＣＣＤレジスタを複数個有する
   ＣＣＤレジスタ部と、前記ＣＣＤレジスタ部において転
   送された信号電荷を蓄積し出力する蓄積部とを有し、 前記ＣＣＤレジスタ部と前記蓄積部との間に、前記ＣＣ
   Ｄレジスタ部の複数個の前記ＣＣＤレジスタの前記蓄積
   部側の転送路を統合し前記信号電荷を転送する統合部と
   、前記統合部が転送した前記信号電荷を前記蓄積部へ出
   力する出力ゲートとを設けたことを特徴とする電荷転送
   装置。 ２、前記統合部が前記ＣＣＤレジスタ部に隣接し、前記
   出力ゲートが前記統合部に隣接する特許請求の範囲第１
   項記載の電荷転送装置。