JPH0344275A - 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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- JPH0344275A JPH0344275A JP1179813A JP17981389A JPH0344275A JP H0344275 A JPH0344275 A JP H0344275A JP 1179813 A JP1179813 A JP 1179813A JP 17981389 A JP17981389 A JP 17981389A JP H0344275 A JPH0344275 A JP H0344275A
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- 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
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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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。
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ヤと称する固体撮像装置
が知られている。これは1984年のInternat
ional Electron Device Mee
ting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ヤを示す。1は並列に配設
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。
が知られている。これは1984年のInternat
ional Electron Device Mee
ting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ヤを示す。1は並列に配設
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5l−812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、EO=EIt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ド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二以下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〜AI5は転送動
作開始以後の各時刻における転送状態を示す。
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、EO=EIt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ド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二以下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〜AI5は転送動
作開始以後の各時刻における転送状態を示す。
φ 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22図に示すMO
S)ランジスタllaとキャパシタllbからなるサン
プルホールド回路とインバーター2から構成され、転送
制御パルスPl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段シフ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Pl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。
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22図に示すMO
S)ランジスタllaとキャパシタllbからなるサン
プルホールド回路とインバーター2から構成され、転送
制御パルスPl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段シフ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Pl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E。がH−レベルになり信号電荷Q はE から
E。にわたる2電極下に移動し、1 A2の状態になる。
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E。がH−レベルになり信号電荷Q はE から
E。にわたる2電極下に移動し、1 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Sl
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゜Eo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E
oはL−レベルになり、時刻t4で制御パルスφl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
送を終了して信号型aIQ2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Sl、S3の
レベルが反転しA5の状態になり信号電荷Q1は電極E
1゜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Q は電極E3からの転送を終了■ する。
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゜Eo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E
oはL−レベルになり、時刻t4で制御パルスφl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
送を終了して信号型aIQ2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Sl、S3の
レベルが反転しA5の状態になり信号電荷Q1は電極E
1゜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Q 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φlが印加されると八〇の状態になる。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
ル反転で信号型GtQ2が電極E。、E1下に移動する
。
に制御パルスφlが印加されると八〇の状態になる。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
ル反転で信号型GtQ2が電極E。、E1下に移動する
。
時刻【7に制御パルスφ2が印加されると、シフト段S
、、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t
8に制御パルスφl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”; 7ti 6:rQ2は転送装置から他の装置
へ完全に転送される。
、、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t
8に制御パルスφl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”; 7ti 6:rQ2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(己号電荷Q3゜Q
4.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。
4.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組として画素を形威しなければならないから第2
1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作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。
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組として画素を形威しなければならないから第2
1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作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.・・・S
に接続された電極E2〜E1oを示し、第24O 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t6では電極EE
がL−レベル、電極E4.E5が2゛3 H−レベルとなり電極E6.E7.E8.E9゜Elo
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(to)のように形成され、信号電荷Q3.Q
4.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.E
1□の面積は相対的に大きく設定するのが好ましい。
に接続された電極E2〜E1oを示し、第24O 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t6では電極EE
がL−レベル、電極E4.E5が2゛3 H−レベルとなり電極E6.E7.E8.E9゜Elo
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(to)のように形成され、信号電荷Q3.Q
4.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.E
1□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。
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t が大きく立ち下がり時間tr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リシフト段S3の出力は末だ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E に隣接する電極E3.E5が
L一レベルとなり電極E4下だけに蓄積できる電荷量よ
り大きな信号電荷Q 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。
時間t が大きく立ち下がり時間tr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リシフト段S3の出力は末だ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E に隣接する電極E3.E5が
L一レベルとなり電極E4下だけに蓄積できる電荷量よ
り大きな信号電荷Q 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(1)に示すΔQ は、電極E7にあ3
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(t to)に示
すように時刻t10において信号重両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<
T&ti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172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p間t と立下がり「 時間trを1.>1「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13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
比ベキャリア移動度が小さく、通常tr>trとなる。
の一部を示す。この問題は、第24図(t to)に示
すように時刻t10において信号重両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<
T&ti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172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p間t と立下がり「 時間trを1.>1「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13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
比ベキャリア移動度が小さく、通常tr>tr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
び把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+lj駆動を実現するのは国難である
。
び把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+lj駆動を実現するのは国難である
。
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。
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、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
1M号電荷が蓄積されている場合に、 a)前記中なくとも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
を印加させて前記中なくとも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、前記中なくとも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
を印加させて前記中なくとも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。
設けられる転送電極からなる転送部を有し、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
1M号電荷が蓄積されている場合に、 a)前記中なくとも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
を印加させて前記中なくとも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、前記中なくとも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
を印加させて前記中なくとも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。
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、前記中なくとも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中なくとも2個の
転送電極−ド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、前記中なくとも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中なくとも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h°向の転送電極に信号電荷が転送さ
れる。
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、前記中なくとも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中なくとも2個の
転送電極−ド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、前記中なくとも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中なくとも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h°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。
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。
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詳細な説明する。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P 、・・・P8
からなる感光素子列を示し、30は転送電極E。−El
。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E
、、E3.E5゜E7’ E9’ Ell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
。Ql。
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P 、・・・P8
からなる感光素子列を示し、30は転送電極E。−El
。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E
、、E3.E5゜E7’ E9’ Ell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
。Ql。
Q2.Q3.Q4.Q5は読み出された信号電荷を示す
。この場合電極E、、E3.E5.E7゜E9””11
の電極面積はE2.E4.E6.E8E10.El。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、81〜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φIA
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’ φIB’ φ2Bの供
給線を示す。81〜B26は電極E。−E1□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型fZjか読み出
された状態を示す。
。この場合電極E、、E3.E5.E7゜E9””11
の電極面積はE2.E4.E6.E8E10.El。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、81〜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φIA
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’ φIB’ φ2Bの供
給線を示す。81〜B26は電極E。−E1□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型fZjか読み出
された状態を示す。
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QQ はEE
下にわたり蓄積されB1の状態10’1 になる。これは次にシフト段S1を動作させる制御パル
スφ が印加される時刻t4迄変化しない。
ルスPIがH−レベルになると信号電QQ はEE
下にわたり蓄積されB1の状態10’1 になる。これは次にシフト段S1を動作させる制御パル
スφ が印加される時刻t4迄変化しない。
2人
時刻t に至って制御パルスφ2Aが印加されるとシフ
ト段S 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S 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E 下からB2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t
6では信号電荷Q は電極E。から完全に他の手段への
転送を終了する。
ト段S 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S 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E 下からB2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t
6では信号電荷Q は電極E。から完全に他の手段への
転送を終了する。
時刻t において制御パルスφ2Aが供給され信号電荷
Q2はEl、B2.B3の3電極下にわたり蓄積される
(B 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E がL−レベル
となり、信号電荷Q3は電極E、、E2下だけに蓄積さ
れるように移動する(B の状B)。時刻t で制御パ
ルスφIAが9 供給されるとシフト段S4の状態が反転して信号電荷Q
の一部が電極B4下に移動し、転送制御パルスP I
t+H−レベルになって信号電荷Q2がEo、E、、
B2の37!S極下に蓄積される(Bl。
Q2はEl、B2.B3の3電極下にわたり蓄積される
(B 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E がL−レベル
となり、信号電荷Q3は電極E、、E2下だけに蓄積さ
れるように移動する(B の状B)。時刻t で制御パ
ルスφIAが9 供給されるとシフト段S4の状態が反転して信号電荷Q
の一部が電極B4下に移動し、転送制御パルスP I
t+H−レベルになって信号電荷Q2がEo、E、、
B2の37!S極下に蓄積される(Bl。
の状!r!i)。時刻tloに制御パルスφIBが印加
されるとシフト段S の状態が反転上信号電荷Q2はE
E 下だけに蓄積される(B1、の状態)。
されるとシフト段S の状態が反転上信号電荷Q2はE
E 下だけに蓄積される(B1、の状態)。
0′1
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がH−レベルになるので
信号電荷Q3はB3.B4.B5の3電極に蓄積されB
1゜の状態になる。
S3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B3.B4.B5の3電極に蓄積されB
1゜の状態になる。
時刻t には制御パルスφ2Aが供給されシフト2
段S 及びS の状態が反転するので電極E5が5
L−レベルになり信号電荷Q は電極E a 、 E
4下だけに移動し蓄積される(B13の状態)。又、
この時電極ElもL−レベルになるので信号型GfQ2
は他の装置への移動が始まる。同様にして時刻t13に
制御パルスφIBが供給されるとシフト段S S の
状態が反転して電極E2.E8がB2 ° 6 一レベルになり信号電荷Q3.Q4の一部が各々EE
下に移動する(B14の状態)、。
4下だけに移動し蓄積される(B13の状態)。又、
この時電極ElもL−レベルになるので信号型GfQ2
は他の装置への移動が始まる。同様にして時刻t13に
制御パルスφIBが供給されるとシフト段S S の
状態が反転して電極E2.E8がB2 ° 6 一レベルになり信号電荷Q3.Q4の一部が各々EE
下に移動する(B14の状態)、。
2 ° 6
次に転送制御パルスPIがL−レベルになり信号電荷Q
2が完全に他の装置に転送され、時刻t で制御パルス
φ によりシフト段S4が反転14
1A してB の状態になる。時刻t15では制御パルス5 φ が供給されSl、B5が反転して信号電荷A Q3 ・ Q4 カ<E l ・ B2 ・ B3
とB5 ・ B6 ・E の各々3電極の下に蓄積さ
れる(B15の 状態)。さらに時刻t1Bで制御パル
スφ2B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E、、B2とE 5. E
aの各2電極下に移動する。以上の動作をくり返し?
テ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。
2が完全に他の装置に転送され、時刻t で制御パルス
φ によりシフト段S4が反転14
1A してB の状態になる。時刻t15では制御パルス5 φ が供給されSl、B5が反転して信号電荷A Q3 ・ Q4 カ<E l ・ B2 ・ B3
とB5 ・ B6 ・E の各々3電極の下に蓄積さ
れる(B15の 状態)。さらに時刻t1Bで制御パル
スφ2B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E、、B2とE 5. E
aの各2電極下に移動する。以上の動作をくり返し?
テ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、−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、旦−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82
〜S11とその出力段に接続された電極E2〜E1Gと
、各シフト段を制御するシフト制御パルスφIA’
φ2A’ φIB’ ψ2Bを供給する供給線34
,35,36.37の結線関係を示す。
電荷を転送に際して、−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、旦−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82
〜S11とその出力段に接続された電極E2〜E1Gと
、各シフト段を制御するシフト制御パルスφIA’
φ2A’ φIB’ ψ2B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t1oから’+7にわたる供給パ
ルスタイミングを示す。時刻【10でφIBがS2’
S8’ ”toに供給され第1図(a)の81□の
状態になる。即ち入力端43から人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.S1oは前の状態
を保持し、時刻10□1において第5図(tBll)に
示す電位分布が形成される。時刻t11に制御パルスφ
2Bがシフト段sss に供給され、シフト段S3が
B3 ° 7 ° 11 −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(t、1□
)に示すように信号電1ar Q 3はE3゜E4.E
5の3′F4極下にわたり蓄積される。この信号電荷Q
3がE3.E4の2電極下に蓄積されるのは時刻t81
2においてである。この場合の電位分布は第5図(tB
□3)に示される。
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t1oから’+7にわたる供給パ
ルスタイミングを示す。時刻【10でφIBがS2’
S8’ ”toに供給され第1図(a)の81□の
状態になる。即ち入力端43から人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.S1oは前の状態
を保持し、時刻10□1において第5図(tBll)に
示す電位分布が形成される。時刻t11に制御パルスφ
2Bがシフト段sss に供給され、シフト段S3が
B3 ° 7 ° 11 −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(t、1□
)に示すように信号電1ar Q 3はE3゜E4.E
5の3′F4極下にわたり蓄積される。この信号電荷Q
3がE3.E4の2電極下に蓄積されるのは時刻t81
2においてである。この場合の電位分布は第5図(tB
□3)に示される。
時刻t13で制御パルスφIBが再びシフト段S2゜S
S に供給されるとシフト段S5の状態の6 ′
lO 変化がシフト段S8にも伝達され、シフト段S2゜S
の状態が反転する。時刻tBI4における電位分布は第
5図(tB14)に示される。信号電荷Q 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。
S に供給されるとシフト段S5の状態の6 ′
lO 変化がシフト段S8にも伝達され、シフト段S2゜S
の状態が反転する。時刻tBI4における電位分布は第
5図(tB14)に示される。信号電荷Q 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t に制御パルスφIAが供給されるとシフ4
ト段S が反転し、時刻tB15で苑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
S (図示せず)、及びS5が反転状態になり時刻tB
IBにおいて第5図(tBte)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(1
B□7)に示すように時刻tB□7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.E、□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。
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
S (図示せず)、及びS5が反転状態になり時刻tB
IBにおいて第5図(tBte)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(1
B□7)に示すように時刻tB□7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.E、□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□7
8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。
場合のシフトレジスタまわりの回路図を示す。76□7
8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82.83.8
4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75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。
S4.S5)を示し、その出力端は配線82.83.8
4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75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。
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E。−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
様の効果を褥ることができる。
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
様の効果を褥ることができる。
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。第9図にお
いて92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。
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。第9図にお
いて92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。
99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t。から時刻t1G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P!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
信号電荷ハ読み出し電圧パルス93によって垂直転送装
置It86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・1を転送装置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フイールド(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。
し、94は第1図(b)の時刻t。から時刻t1G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P!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
信号電荷ハ読み出し電圧パルス93によって垂直転送装
置It86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・1を転送装置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フイールド(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は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101へ人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10から時
刻t18迄をl111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ー01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102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10
1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(尚周波数)で垂直ブランキング期間に行
うのが良い。
。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は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101へ人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10から時
刻t18迄をl111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ー01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102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10
1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(尚周波数)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。
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、1
03,104はシフト制御パルスφB、φAの供給線1
08,107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φ 、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φ 、φ ′、φIA
2A IB φ ′が・供給される。φIA’ はシフト段S4゜B S に、φ2A’ はシフト段s1.s5に、φ1Bは
シフト段S S に、φ2B’ はシフト段S3゜2
′B S7に供給されるパルスを各々示す。
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、1
03,104はシフト制御パルスφB、φAの供給線1
08,107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φ 、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φ 、φ ′、φIA
2A IB φ ′が・供給される。φIA’ はシフト段S4゜B S に、φ2A’ はシフト段s1.s5に、φ1Bは
シフト段S S に、φ2B’ はシフト段S3゜2
′B 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。
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、
117b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MO
S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。
タ回路の1シフト段の一般的回路図である。117a、
117b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MO
S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に人力され、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123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。
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123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。1
29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L1チャネル幅はW で示される。
29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L1チャネル幅はW 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、W が
チャネル幅、L がチャネル長を示す。133がインバ
−タゲートの入力端子、134が出力端子を示す。
ンジスタで、網目斜線部131がチャネル領域、W が
チャネル幅、L がチャネル長を示す。133がインバ
−タゲートの入力端子、134が出力端子を示す。
この場合W /L はW /L の約6倍に設
定pnn 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、t
が立ち上がり時間、t が立ち下がり時間を示す。1.
<1.が十分に満足されており、少くとも最大転送型G
i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C
MOSインバータの人出力特性を示す。
定pnn 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、t
が立ち上がり時間、t が立ち下がり時間を示す。1.
<1.が十分に満足されており、少くとも最大転送型G
i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C
MOSインバータの人出力特性を示す。
第16図に示すようにnチャネル形MOS)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■Lhpより十分大きく設
定せしめた。従って、nチャネル形MO8)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
。
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■Lhpより十分大きく設
定せしめた。従って、nチャネル形MO8)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。1
48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MO3)ランジスタお
よびキャパシタ、159はCMOSインバータの人力配
線を示す。
フト段を回路構成によって実現するための例を示す。1
48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MO3)ランジスタお
よびキャパシタ、159はCMOSインバータの人力配
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MO3)ランジスタ1
44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145によって
導通状態が制御される。
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MO3)ランジスタ1
44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145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箇18図及び第1
9図を参照して説明する。トランジスタ141aおよび
人力線145に人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。
9図を参照して説明する。トランジスタ141aおよび
人力線145に人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83〜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φl、ψ2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1145に供給され
る。たとえばシフト段S の出力がL−レベル、シフト
段S4.S5の3 出力がL−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の人力線164にL−レベ
ルの信号が人力され、パルスφ 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
ランジスター42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。
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φl、ψ2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1145に供給され
る。たとえばシフト段S の出力がL−レベル、シフト
段S4.S5の3 出力がL−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の人力線164にL−レベ
ルの信号が人力され、パルスφ 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
ランジスター42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。
方、シフト段S5のインバータ入力はH−レベルになり
トランジスター42がオフし、トランジスター43がオ
ンするがトランジスター44がオンしない限りL−レベ
ル供給NjA161とは導通しない。第18図の時刻t
、t’においてパル7 11 スφ4が入力線145に供給され、トランジスター44
がオンすることで出力端147とL−レベル供給線16
1は導通し、S5の出力端147がL−レベルになる。
トランジスター42がオフし、トランジスター43がオ
ンするがトランジスター44がオンしない限りL−レベ
ル供給NjA161とは導通しない。第18図の時刻t
、t’においてパル7 11 スφ4が入力線145に供給され、トランジスター44
がオンすることで出力端147とL−レベル供給線16
1は導通し、S5の出力端147がL−レベルになる。
パルスφl、φ3が供給されるシフト段S4.SB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φ2 (φl)とパルス
φ4(φ )のパルス立上がり時間差Tl (T2)だ
け遅延することになる。
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φ2 (φl)とパルス
φ4(φ )のパルス立上がり時間差Tl (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t
−t ts″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を挿入してトラン
ジスター43に入力されるパルスを所定時間遅延しても
トランジスター44に人力しても実現てきることは自明
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。
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t
−t ts″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を挿入してトラン
ジスター43に入力されるパルスを所定時間遅延しても
トランジスター44に人力しても実現てきることは自明
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。
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
り最大重Gノ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限を大幅に緩和す
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。
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
り最大重Gノ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限を大幅に緩和す
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の実施例の部分下山図、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・1ξ面図、第15図は第1
4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インバータ回路の人出力特性
を示すグラフ、第17図はシフトレジスタの各シフト段
を示す同路間、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2
3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。 E s (i−0* ・・・12)・・・転送電極、
Q、 (i−1,・・・6)・・・信号電荷、S s
(t−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の実施例の部分下山図、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・1ξ面図、第15図は第1
4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インバータ回路の人出力特性
を示すグラフ、第17図はシフトレジスタの各シフト段
を示す同路間、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2
3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。 E s (i−0* ・・・12)・・・転送電極、
Q、 (i−1,・・・6)・・・信号電荷、S s
(t−1+ ・・・13)・・・シフト段、33・
・・シフトレジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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、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
徴とする電荷転送装置。 2、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ることを特徴と
する請求項1記載の電荷転送装置。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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1
2記載の固体撮像装置。 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。 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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