JPH0344275A - 電荷転送装置及び固体撮像装置 - 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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

（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。

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。

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。

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
。

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。

〔発明の構成〕

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）、。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。