JPH0414510B2 - - Google Patents
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- JPH0414510B2 JPH0414510B2 JP59224221A JP22422184A JPH0414510B2 JP H0414510 B2 JPH0414510 B2 JP H0414510B2 JP 59224221 A JP59224221 A JP 59224221A JP 22422184 A JP22422184 A JP 22422184A JP H0414510 B2 JPH0414510 B2 JP H0414510B2
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Classifications
-
- 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
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14825—Linear CCD imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/701—Line sensors
Landscapes
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- Power Engineering (AREA)
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、線又は面撮像に用いられる電荷結合
型装置（CCD）に関する。
型装置（CCD）に関する。
電荷結合型半導体装置は、最初W.S.BoyleとG.
E.Smithとによつて発明された。これはBoyleと
Smithによるベルシステムテクニカルジヤーナル
の第49巻第587頁の“電荷結合型半導体装置”と
米国特許第3858232号明細書に述べられている。
それ以来電荷結合型装置の発展は、多くの刊行物
に述べられてきた。たとえば1974年２月のサイエ
ンテイフイクアメリカンの第230巻，第２号，第
23頁には、Gilbert F.Amelioによる“電荷結合
装置”が示されている。線及び面撮像装置は、電
荷蓄積素子の配列によつて製造され、このような
装置は商業的に利用し得ることは現在よく知られ
ている。たとえばこの出願人であるフエアチヤイ
ルドカメラアンドインスツルメントコーポレーシ
ヨン（以下フエアチヤイルド社と云う）の製品
CCD１０１，CCD１１０，CCD１２１，CCD２
０１がそれである。適当な周知構造において、照
射開口に蓄えられた電荷はシフトレジスタに転送
され、かつ適当な信号を与えることによつてシフ
トレジスタから転送されて、感知され、増幅され
又は電気回路によつて利用される。
E.Smithとによつて発明された。これはBoyleと
Smithによるベルシステムテクニカルジヤーナル
の第49巻第587頁の“電荷結合型半導体装置”と
米国特許第3858232号明細書に述べられている。
それ以来電荷結合型装置の発展は、多くの刊行物
に述べられてきた。たとえば1974年２月のサイエ
ンテイフイクアメリカンの第230巻，第２号，第
23頁には、Gilbert F.Amelioによる“電荷結合
装置”が示されている。線及び面撮像装置は、電
荷蓄積素子の配列によつて製造され、このような
装置は商業的に利用し得ることは現在よく知られ
ている。たとえばこの出願人であるフエアチヤイ
ルドカメラアンドインスツルメントコーポレーシ
ヨン（以下フエアチヤイルド社と云う）の製品
CCD１０１，CCD１１０，CCD１２１，CCD２
０１がそれである。適当な周知構造において、照
射開口に蓄えられた電荷はシフトレジスタに転送
され、かつ適当な信号を与えることによつてシフ
トレジスタから転送されて、感知され、増幅され
又は電気回路によつて利用される。
あいにく従来の電荷結合装置では、基板内に存
在する浮遊電荷がシフトレジスタンスの素子へ流
入してそこに蓄積する電荷、即ち情報に好ましく
ない変化を与える不都合を生じることがあつた。
在する浮遊電荷がシフトレジスタンスの素子へ流
入してそこに蓄積する電荷、即ち情報に好ましく
ない変化を与える不都合を生じることがあつた。
本発明は、この様な不都合の解決を目的とする
ものである。
ものである。
本発明によれば、周囲光の状態に応じた信号を
生じる電荷結合型装置には、それぞれへの入射光
の強さに応じた電荷パケツトを蓄える複数の照射
開口と、この照射開口の予定数のものを周囲光に
あてるための手段と、照射開口の各々から蓄えら
れた電荷パケツトが下記の第１電荷転送手段へ転
送されるのを許容するための少なくとも１つの転
送手段と、この転送手段を作動させるとともに複
数の照射開口をリセツトするため、タイミングの
とられた制御信号を生じる制御手段が備えられ
る。上記の第１電荷転送手段は、その出力端の出
力ゲートに向けて、周期的なクロツク信号に応じ
て電荷パケツトの各々を転送する。
生じる電荷結合型装置には、それぞれへの入射光
の強さに応じた電荷パケツトを蓄える複数の照射
開口と、この照射開口の予定数のものを周囲光に
あてるための手段と、照射開口の各々から蓄えら
れた電荷パケツトが下記の第１電荷転送手段へ転
送されるのを許容するための少なくとも１つの転
送手段と、この転送手段を作動させるとともに複
数の照射開口をリセツトするため、タイミングの
とられた制御信号を生じる制御手段が備えられ
る。上記の第１電荷転送手段は、その出力端の出
力ゲートに向けて、周期的なクロツク信号に応じ
て電荷パケツトの各々を転送する。
第２電荷転送手段が、分離領域により上記第１
電荷転送手段から分離されて、設けられる。分離
領域により分離されたその第２電荷転送手段は、
それに流入する電荷をそれの出力端へ向けて、上
記の周期的なクロツク信号に応じて転送し、もつ
て浮遊電荷を集め、浮遊電荷による不都合の発生
を防止する。
電荷転送手段から分離されて、設けられる。分離
領域により分離されたその第２電荷転送手段は、
それに流入する電荷をそれの出力端へ向けて、上
記の周期的なクロツク信号に応じて転送し、もつ
て浮遊電荷を集め、浮遊電荷による不都合の発生
を防止する。
図面を参照して行う実施例の説明に入る前に、
その実施例がCCDのより感知され得る最小光お
よび最大光をそれぞれ表わす黒基準信号および白
基準信号をも発生できるように構成されているの
で、その点に関する略説をここで行つておく。黒
基準信号は、CCDの１つ又はそれ以上の光学的
に暗く、かつ電気的に絶縁された光感知領域によ
つて発生される。これら照射開口に光が当たるの
を妨げると、照射開口からの信号は、光がないこ
とを示す。すなわち黒基準信号を表す。この黒信
号は、１つ又はそれ以上の照射開口からシフトレ
ジスタへ転送され、その後CCDから転出させら
れたあと、CCDからの他の信号と比較するため
の基準信号として用いられ、CCDが感知するこ
との出来る一番暗い光学条件を与える。
その実施例がCCDのより感知され得る最小光お
よび最大光をそれぞれ表わす黒基準信号および白
基準信号をも発生できるように構成されているの
で、その点に関する略説をここで行つておく。黒
基準信号は、CCDの１つ又はそれ以上の光学的
に暗く、かつ電気的に絶縁された光感知領域によ
つて発生される。これら照射開口に光が当たるの
を妨げると、照射開口からの信号は、光がないこ
とを示す。すなわち黒基準信号を表す。この黒信
号は、１つ又はそれ以上の照射開口からシフトレ
ジスタへ転送され、その後CCDから転出させら
れたあと、CCDからの他の信号と比較するため
の基準信号として用いられ、CCDが感知するこ
との出来る一番暗い光学条件を与える。
白信号は、CCDが感知するいくぶん明るい、
言い換えると暗くない状態を表わす選択されたレ
ベルで発生される。これは、CCDシフトレジス
タの１つ又はそれ以上の素子にあらかじめ決めら
れた最大量の電荷を注入することによつて行なわ
れる。これらの信号がCCDから転送される時、
それらは、CCDが感知する選択された明るい光
学的状態を示す基準信号を供給する。その上、よ
り少ない又はより多くのあらかじめ決められた量
の電荷を注入することによつて、グレー又は白の
所望の中間色を示す基準信号が作られる。
言い換えると暗くない状態を表わす選択されたレ
ベルで発生される。これは、CCDシフトレジス
タの１つ又はそれ以上の素子にあらかじめ決めら
れた最大量の電荷を注入することによつて行なわ
れる。これらの信号がCCDから転送される時、
それらは、CCDが感知する選択された明るい光
学的状態を示す基準信号を供給する。その上、よ
り少ない又はより多くのあらかじめ決められた量
の電荷を注入することによつて、グレー又は白の
所望の中間色を示す基準信号が作られる。
黒及び白基準信号の発生は、グレー段階の両端
部に固定点を設定することになり、それによつて
CCDが感知する光学的範囲を決定する。全光学
的範囲にわたるCCD応答の直線性の認識をかね
た基準信号を与えると、CCDの使用者は、CCD
によつて感知される光学的状態のグレーの明度を
正確に計測できる。
部に固定点を設定することになり、それによつて
CCDが感知する光学的範囲を決定する。全光学
的範囲にわたるCCD応答の直線性の認識をかね
た基準信号を与えると、CCDの使用者は、CCD
によつて感知される光学的状態のグレーの明度を
正確に計測できる。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
第１図には、1728個の素子線形撮像アレイに適
用された本発明の一実施例の概要平面図が示され
る。フエアチヤイルド社製品CCD１２１は、本
発明以前の製品の一例として挙げられる。第１図
には、それらに当てられる電磁放射線に応じて電
荷を発生する1728個の照射開口が示されている。
周知の方法により各照射開口内に集つた電荷は、
２つのシフトレジスタ１０又は１１の一方に同時
に送られる。第１図示のように、例えば奇数の照
射開口に集つた電荷はシフトレジスタ１１に転送
され、一方偶数の照射開口に集つた電荷はシフト
レジスタ１０に転送される。シフトレジスタ１
０，１１は、各々分離領域１２によつて２つの離
れたシフトレジスタに分割され、シフトレジスタ
１０の下方部分とシフトレジスタ１１の上方部分
が夫々第２のシフトレジスタを形成している。照
射開口１〜１７２８からシフトレジスタ１０，１
１への電荷転送は、電極１４に信号φXを与える
ことによつて行なわれる。この技術はCCD技術
では周知であるが、第２ａ図〜第２ｄ図において
さらに詳細に説明されている。CCDシフトレジ
スタの隣接素子における信号の相互混信は、奇数
照射開口の電荷を一方向すなわちレジスタ１１に
転送することによつて、又偶数照射開口の電荷を
他方向すなわちレジスタ１０に転送することによ
つて妨げられる。このように電荷パケツトは、シ
フトレジスタ１０，１１の各々に転送される。例
えば、照射開口１に集められた電荷は電極２１の
下の領域に転送され、一方、照射開口３に集めら
れた電荷は電極２３の下の領域に転送される。電
極２２の下には電荷は転送されないので、これは
電極２１，２３とは異なつた電位に維持される。
それ故、電極２１，２３の下の領域に転送された
信号は、交錯（Comingling）やそれによる情報
損失からまぬがれる。第１図示のように照射開口
２からの信号は、電極３２の下に転送される。
用された本発明の一実施例の概要平面図が示され
る。フエアチヤイルド社製品CCD１２１は、本
発明以前の製品の一例として挙げられる。第１図
には、それらに当てられる電磁放射線に応じて電
荷を発生する1728個の照射開口が示されている。
周知の方法により各照射開口内に集つた電荷は、
２つのシフトレジスタ１０又は１１の一方に同時
に送られる。第１図示のように、例えば奇数の照
射開口に集つた電荷はシフトレジスタ１１に転送
され、一方偶数の照射開口に集つた電荷はシフト
レジスタ１０に転送される。シフトレジスタ１
０，１１は、各々分離領域１２によつて２つの離
れたシフトレジスタに分割され、シフトレジスタ
１０の下方部分とシフトレジスタ１１の上方部分
が夫々第２のシフトレジスタを形成している。照
射開口１〜１７２８からシフトレジスタ１０，１
１への電荷転送は、電極１４に信号φXを与える
ことによつて行なわれる。この技術はCCD技術
では周知であるが、第２ａ図〜第２ｄ図において
さらに詳細に説明されている。CCDシフトレジ
スタの隣接素子における信号の相互混信は、奇数
照射開口の電荷を一方向すなわちレジスタ１１に
転送することによつて、又偶数照射開口の電荷を
他方向すなわちレジスタ１０に転送することによ
つて妨げられる。このように電荷パケツトは、シ
フトレジスタ１０，１１の各々に転送される。例
えば、照射開口１に集められた電荷は電極２１の
下の領域に転送され、一方、照射開口３に集めら
れた電荷は電極２３の下の領域に転送される。電
極２２の下には電荷は転送されないので、これは
電極２１，２３とは異なつた電位に維持される。
それ故、電極２１，２３の下の領域に転送された
信号は、交錯（Comingling）やそれによる情報
損失からまぬがれる。第１図示のように照射開口
２からの信号は、電極３２の下に転送される。
1728個の照射開口の電荷がシフトレジスタ１
０，１１に転送された後、信号φXの電位は変化
されて、新しい組の信号が1728個の照射開口内に
集まり始める。その後シフトレジスタ素子に適当
な信号たとえばφTとVTを与えることによつて、
電極下の信号はシフトレジスタ１０からステツプ
アウトされ、シフトレジスタ１１の下方部分は出
力ゲートへ転送される。これら信号の出力ゲート
への転送は、第１図の矢印３０，３１によつて示
される。出力ゲートの構造はこの技術分野におい
て周知である。たとえば米国特許第3999082号の
“電荷結合型増幅器”において示されている。
０，１１に転送された後、信号φXの電位は変化
されて、新しい組の信号が1728個の照射開口内に
集まり始める。その後シフトレジスタ素子に適当
な信号たとえばφTとVTを与えることによつて、
電極下の信号はシフトレジスタ１０からステツプ
アウトされ、シフトレジスタ１１の下方部分は出
力ゲートへ転送される。これら信号の出力ゲート
への転送は、第１図の矢印３０，３１によつて示
される。出力ゲートの構造はこの技術分野におい
て周知である。たとえば米国特許第3999082号の
“電荷結合型増幅器”において示されている。
第１図に示された本発明の一実施例において、
1728個の照射開口からの信号は、シフトレジスタ
１０の下方部分又はシフトレジスタ１１の上方部
分には転送されない。シフトレジスタのこれら部
分への電荷の転送は、各シフトレジスタ１０，１
１を２つの分離したシフトレジスタに効果的に分
割する領域１２、代表的には酸化膜の分離領域に
よつて妨げられる。各シフトレジスタの電極から
次の電極への電荷の転送は、電極下に延びた障壁
５８間のチヤンネル領域１５によつて行なわれ得
る。シフトレジスタ１１の上方部分とシフトレジ
スタ１０の下方部分、即ち第２のシフトレジスタ
は、基板内の浮遊電荷が第１のシフトレジスタの
素子へ流れたり又そこに蓄えられた情報をひずま
せることを妨げる。すなわち、浮遊電荷は、これ
ら分離された第２のシフトレジスタによつて集め
られて害のないように処理される。矢印３３と４
０は、これら浮遊電荷のシンク領域又は電源への
転送を示している。しかしながら、後述のよう
に、矢印４０で示された信号は外部回路に供給さ
れる。
1728個の照射開口からの信号は、シフトレジスタ
１０の下方部分又はシフトレジスタ１１の上方部
分には転送されない。シフトレジスタのこれら部
分への電荷の転送は、各シフトレジスタ１０，１
１を２つの分離したシフトレジスタに効果的に分
割する領域１２、代表的には酸化膜の分離領域に
よつて妨げられる。各シフトレジスタの電極から
次の電極への電荷の転送は、電極下に延びた障壁
５８間のチヤンネル領域１５によつて行なわれ得
る。シフトレジスタ１１の上方部分とシフトレジ
スタ１０の下方部分、即ち第２のシフトレジスタ
は、基板内の浮遊電荷が第１のシフトレジスタの
素子へ流れたり又そこに蓄えられた情報をひずま
せることを妨げる。すなわち、浮遊電荷は、これ
ら分離された第２のシフトレジスタによつて集め
られて害のないように処理される。矢印３３と４
０は、これら浮遊電荷のシンク領域又は電源への
転送を示している。しかしながら、後述のよう
に、矢印４０で示された信号は外部回路に供給さ
れる。
黒及び白の基準信号は、以下に述べるように第
１図に示されたCCD構造によつて発生される。
一実施例において黒基準信号は、数個の光学的に
かつ電気的に分離された付加照射開口Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３によつて発生される。無論このような照
射開口はいくつでも設けることはできる。照射開
口Ｂ１（およびＢ２およびＢ３）は、アイソレー
シヨン領域Ｉによつて能動照射開口１，２……１
７２８から分離される。これら照射開口は、照射
開口１，２……１７２８内の又はこれらに沿つた
所望の場所に配置され得ることは理解されよう。
特に、このような照射開口は、普通の能動照射開
口１……１７２８に点在され得、照射開口の１端
又は他端、又は両端、又はそれらの組合わせで配
置される。第１図においては、それらは線形アレ
イの右端に示されている。
１図に示されたCCD構造によつて発生される。
一実施例において黒基準信号は、数個の光学的に
かつ電気的に分離された付加照射開口Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３によつて発生される。無論このような照
射開口はいくつでも設けることはできる。照射開
口Ｂ１（およびＢ２およびＢ３）は、アイソレー
シヨン領域Ｉによつて能動照射開口１，２……１
７２８から分離される。これら照射開口は、照射
開口１，２……１７２８内の又はこれらに沿つた
所望の場所に配置され得ることは理解されよう。
特に、このような照射開口は、普通の能動照射開
口１……１７２８に点在され得、照射開口の１端
又は他端、又は両端、又はそれらの組合わせで配
置される。第１図においては、それらは線形アレ
イの右端に示されている。
黒照射開口Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、代表的にはア
イソレーシヨンセルＩによつて能動照射開口から
分離されている。これは、能動セルのどれかの電
荷が黒基準セルＢ１，Ｂ２，又はＢ３のどれかに
漏れるのを妨げるものである。又このようにすれ
ば、窓３５を形成するのにも製作公差はゆるくて
すむ。窓３５は、電磁放射線、代表的には可視光
線を照射開口に当てさせるものである。第１図に
は示されていないが窓３５の周囲には、黒基準セ
ルＢ１，Ｂ２，Ｂ３に光が当たるのを妨げる光シ
ールドがある。
イソレーシヨンセルＩによつて能動照射開口から
分離されている。これは、能動セルのどれかの電
荷が黒基準セルＢ１，Ｂ２，又はＢ３のどれかに
漏れるのを妨げるものである。又このようにすれ
ば、窓３５を形成するのにも製作公差はゆるくて
すむ。窓３５は、電磁放射線、代表的には可視光
線を照射開口に当てさせるものである。第１図に
は示されていないが窓３５の周囲には、黒基準セ
ルＢ１，Ｂ２，Ｂ３に光が当たるのを妨げる光シ
ールドがある。
本発明のいくつかの実施例において、窓３５
は、たとえば青又は他の色の信号が感知されるも
のであつたとしても所定の波長の可視電磁放射線
に対しては不透明な物質である。窓３５の位置
は、黒基準照射開口Ｂ１，Ｂ２、又はＢ３に光が
当るのを妨げるので、これら照射開口は何ら電荷
を集めない、すなわち可視光線の効果を除いた基
板の全状態を表わす電荷を集める。このように黒
基準照射開口Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、温度又は化学
組成物、又は他の周囲状態に起因する暗電流又は
他の誤りを自動的に補正する。
は、たとえば青又は他の色の信号が感知されるも
のであつたとしても所定の波長の可視電磁放射線
に対しては不透明な物質である。窓３５の位置
は、黒基準照射開口Ｂ１，Ｂ２、又はＢ３に光が
当るのを妨げるので、これら照射開口は何ら電荷
を集めない、すなわち可視光線の効果を除いた基
板の全状態を表わす電荷を集める。このように黒
基準照射開口Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、温度又は化学
組成物、又は他の周囲状態に起因する暗電流又は
他の誤りを自動的に補正する。
白基準信号を生ずるための一つの技術は、シフ
トレジスタ１０の左端に示されている。信号VR
がダイオード３８へ与えられることによつて、信
号電荷はダイオードに供給され、φXの電位が適
当に増加する時シフトレジスタ素子３９，４２に
転送される。第４ａ図〜第４ｅ図に関して述べる
ように、この電荷は、飽和となる明るさのレベル
又はあまり明るくない状態すなわちグレーのよう
な他の所望基準電荷レベルを示すのに適当な大き
さに設定される。この電荷は、ここでは白基準信
号として参照される。信号VTとφTを加えてシフ
トレジスタ素子４２に注入された電荷のその部分
は、1728個の照射開口によつて生ぜられた信号電
荷の転送に続いてシフトレジスタ１０から転送さ
れる。白基準信号は、第１図に示された構造を適
当に変形することによりシフトレジスタ１０に沿
つた他の所望の位置に注入されてもよい。
トレジスタ１０の左端に示されている。信号VR
がダイオード３８へ与えられることによつて、信
号電荷はダイオードに供給され、φXの電位が適
当に増加する時シフトレジスタ素子３９，４２に
転送される。第４ａ図〜第４ｅ図に関して述べる
ように、この電荷は、飽和となる明るさのレベル
又はあまり明るくない状態すなわちグレーのよう
な他の所望基準電荷レベルを示すのに適当な大き
さに設定される。この電荷は、ここでは白基準信
号として参照される。信号VTとφTを加えてシフ
トレジスタ素子４２に注入された電荷のその部分
は、1728個の照射開口によつて生ぜられた信号電
荷の転送に続いてシフトレジスタ１０から転送さ
れる。白基準信号は、第１図に示された構造を適
当に変形することによりシフトレジスタ１０に沿
つた他の所望の位置に注入されてもよい。
電極３９の下に注入された白基準信号それ自体
は、走査終了（end−of−scan）指示として用い
ることができる。すなわち、第１図示のように、
白基準信号をシフトレジスタ１０の最遠端に配置
することによつて電極３９の下に転送された信号
は照射開口１７２８に生じた信号の後にシフトレ
ジスタ１０から現われる。それ故、白基準信号
は、シフトレジスタ１０からの信号の転送完了を
示す電気信号としても用い得る。それに対して従
来の構造は、信号φXを与えるのに適当な時間を
探知するため独立した計数装置を必要としてい
た。領域３８からの白基準信号は、シフトレジス
タ１０の下方部分から転送された時何らかの周知
外部論理回路に転送され、これはその後信号φX
を動作させる。
は、走査終了（end−of−scan）指示として用い
ることができる。すなわち、第１図示のように、
白基準信号をシフトレジスタ１０の最遠端に配置
することによつて電極３９の下に転送された信号
は照射開口１７２８に生じた信号の後にシフトレ
ジスタ１０から現われる。それ故、白基準信号
は、シフトレジスタ１０からの信号の転送完了を
示す電気信号としても用い得る。それに対して従
来の構造は、信号φXを与えるのに適当な時間を
探知するため独立した計数装置を必要としてい
た。領域３８からの白基準信号は、シフトレジス
タ１０の下方部分から転送された時何らかの周知
外部論理回路に転送され、これはその後信号φX
を動作させる。
第２ａ図は埋込チヤンネルを用いて作られた時
の第１図に示された構造の一部断面図である。代
表的にはＰ導電型の基板５０には代表的には二酸
化シリコンから成る分離領域５１ａ，５１ｂが直
列に形成されている。P+導電型領域５３ａ，５
３ｂは、分離領域５１の下に浮遊イオンが導電路
を形成しないように分離領域５１の下に形成され
ることがある。基板５０に形成されたＮ導電型領
域は、周囲の電磁放射線に応じて電荷を集める。
代表的にはリン、ヒ素又は他のＮ型物質をドープ
した埋込チヤンネル領域５６ａ，５６ｂと、代表
的にはボロン又は他のＰ型物質をドープした領域
５８ａ，５８ｂ，５８ｃとは、以下に述べるよう
に、構造の電位状態図を変える障壁領域を形成す
る。又第２ａ図には、基板５０上に電極が示され
ている。電極５９ａは信号φTを受けるように接
続され、一方電極６１ａは信号φXを受けるよう
に接続されている。電極６２は信号VPGを受ける
ように接続される。
の第１図に示された構造の一部断面図である。代
表的にはＰ導電型の基板５０には代表的には二酸
化シリコンから成る分離領域５１ａ，５１ｂが直
列に形成されている。P+導電型領域５３ａ，５
３ｂは、分離領域５１の下に浮遊イオンが導電路
を形成しないように分離領域５１の下に形成され
ることがある。基板５０に形成されたＮ導電型領
域は、周囲の電磁放射線に応じて電荷を集める。
代表的にはリン、ヒ素又は他のＮ型物質をドープ
した埋込チヤンネル領域５６ａ，５６ｂと、代表
的にはボロン又は他のＰ型物質をドープした領域
５８ａ，５８ｂ，５８ｃとは、以下に述べるよう
に、構造の電位状態図を変える障壁領域を形成す
る。又第２ａ図には、基板５０上に電極が示され
ている。電極５９ａは信号φTを受けるように接
続され、一方電極６１ａは信号φXを受けるよう
に接続されている。電極６２は信号VPGを受ける
ように接続される。
第２ａ図に示された構造の真下には、信号φX
が加えられた時領域５５に集められた電荷７３が
電極５９ａの下の領域にどのように転送されるか
を示す第２ｂ図、第２ｃ図、第２ｄ図の一連の電
位状態図が示される。一旦電荷が転送されると、
第４図において述べるようにそれは信号φTとVT
を加えることによりCCDから転送される。
が加えられた時領域５５に集められた電荷７３が
電極５９ａの下の領域にどのように転送されるか
を示す第２ｂ図、第２ｃ図、第２ｄ図の一連の電
位状態図が示される。一旦電荷が転送されると、
第４図において述べるようにそれは信号φTとVT
を加えることによりCCDから転送される。
第２ｂ図に示された電位状態図は、信号φXと
φTが各々ゼロ電位の時の第２ａ図に示された構
造での状態を示す。この状態において電荷は、領
域５５によつて作られた電位の井戸に集まる。集
められた電荷は、第２ｂ図の斜線領域７３によつ
て示される。
φTが各々ゼロ電位の時の第２ａ図に示された構
造での状態を示す。この状態において電荷は、領
域５５によつて作られた電位の井戸に集まる。集
められた電荷は、第２ｂ図の斜線領域７３によつ
て示される。
次に第２ｃ図で示すように、信号φXの電位を
増すことによつて、電極６１ａの下の電位の井戸
を深くし、電荷７６の一部は領域５５から転送さ
れて電極６１ａの下に一時蓄えられる。
増すことによつて、電極６１ａの下の電位の井戸
を深くし、電荷７６の一部は領域５５から転送さ
れて電極６１ａの下に一時蓄えられる。
次に、第２ｄ図に示すように、信号φTの電位
は増加し、それによつて電極６１ａの下に蓄えら
れた電荷７６は電極５９ａの下に転送されて領域
５６ａに蓄えられる。一旦電荷７８が電極５９ａ
の下の領域５６ａに蓄えられると、信号φXの電
位は低くされて、適当な信号φT，VTが電極５９
ａの下の領域５６ａの電荷７８をCCD装置から
所望により他の電気回路へ転送するように加えら
れるまで領域５５から領域５６ａへさらに電荷が
転送されるのを妨げる。
は増加し、それによつて電極６１ａの下に蓄えら
れた電荷７６は電極５９ａの下に転送されて領域
５６ａに蓄えられる。一旦電荷７８が電極５９ａ
の下の領域５６ａに蓄えられると、信号φXの電
位は低くされて、適当な信号φT，VTが電極５９
ａの下の領域５６ａの電荷７８をCCD装置から
所望により他の電気回路へ転送するように加えら
れるまで領域５５から領域５６ａへさらに電荷が
転送されるのを妨げる。
第３図は、第１図示の黒セルとは反対側の能動
セルの端部に、すなわち一連のCCD光感知素子
１７２５，１７２６，１７２７，１７２８の左側
に配置された場合の一連の４個の黒基準セルの断
面図を示している。黒基準セルＢ４，Ｂ５，Ｂ
６，Ｂ７は、隣接能動セル又は他の回路から分離
セルＩ１，Ｉ２によつて分離される。カバー３６
は、黒セルＢ４〜Ｂ７に可視光が照射するのを妨
げる。カバー３６は、たとえばアルミニウムのよ
うな適当な物質である。カバー３６は代表的には
絶縁層３７上に形成され、それが基板５０の表面
又はそれに形成された領域と接触するのを妨げ
る。黒セルＢ４〜Ｂ７は、たとえば温度のような
基板内の状態のみを表わす信号を発生する。
セルの端部に、すなわち一連のCCD光感知素子
１７２５，１７２６，１７２７，１７２８の左側
に配置された場合の一連の４個の黒基準セルの断
面図を示している。黒基準セルＢ４，Ｂ５，Ｂ
６，Ｂ７は、隣接能動セル又は他の回路から分離
セルＩ１，Ｉ２によつて分離される。カバー３６
は、黒セルＢ４〜Ｂ７に可視光が照射するのを妨
げる。カバー３６は、たとえばアルミニウムのよ
うな適当な物質である。カバー３６は代表的には
絶縁層３７上に形成され、それが基板５０の表面
又はそれに形成された領域と接触するのを妨げ
る。黒セルＢ４〜Ｂ７は、たとえば温度のような
基板内の状態のみを表わす信号を発生する。
分離セルＩ１，Ｉ２は逆バイアスされたＮ＋拡
散ダイオードであつて、その領域内の浮遊電荷キ
ヤリアを取り除く働きをする。分離セルは、第３
図に示されたようにアルミニウム光シールド３６
にそれらを接続し、その後シールド３６に所望の
電位を与えることによつて簡単に逆バイアスされ
る。
散ダイオードであつて、その領域内の浮遊電荷キ
ヤリアを取り除く働きをする。分離セルは、第３
図に示されたようにアルミニウム光シールド３６
にそれらを接続し、その後シールド３６に所望の
電位を与えることによつて簡単に逆バイアスされ
る。
第４ａ図は、走査終了指示の動作とともに白基
準信号発生器の動作を示した、第１図の一部断面
図である。第４ａ図に示された構造の参照番号
は、第１図の構造を示したものと同様である。白
基準信号を発生するため、２つのMOSトランジ
スタ７１，７２が領域３８に与えられる信号VR
を発生するのに用いられる。第４ａ図に示される
ように、トランジスタ７１のゲート電極は信号
VTを受信するように接続され、一方ドレイン電
極は信号VDDを受信するように接続される。MOS
トランジスタ７２は、アースに接続されたソース
電極に接続されたゲゲート電極を有する。実際に
はトランジスタ７２は、VTマイナス閾電圧に実
質的に等しい信号VRを生ずるためトランジスタ
７１への定電流源となる。トランジスタ７１，７
２を適当なものとすることにより、信号VRは所
望の電荷量を注入するように選択される。シフト
レジスタが照射開口から受ける電荷の注入パケツ
トの最大量すなわち飽和電荷の量は、障壁５８に
よつて生じられた障壁の高さVBと、それが転送
される領域すなわち領域８０の物理的寸法により
決定される。第４ｄ図の領域７７は、この量を図
示で示している。しかしながら、領域３８から実
際に転送される電荷の量は、障壁５８によつて生
ずる電位障壁VBによつて決定されるように少な
い量でよく、これは領域６８の物理的寸法で定ま
る。電荷のこの量は、第４ｅ図において領域７５
として図式に示されている。障壁の高さは両方の
場合において等しいので、物理的寸法６８は、た
とえばCCD照射開口の感光度の直線領域の上限
に相当する飽和電荷の選択された小部分に白信号
電荷を制限するように調整される。上述のように
白信号を発生する一つの利点は、信号の大きさは
処理のパラメータを変えなくとも構造寸法を変え
ることにより変化することである。寸法は処理の
パラメータより更に正確に制御されるので、白信
号をより正確に制御することが出来る。このよう
に直線性が得られるので、黒と白との間のグレー
の直線領域で正確に関係づけられたどの照射開口
１〜１７２８によつても信号を生じさせることが
出来る。
準信号発生器の動作を示した、第１図の一部断面
図である。第４ａ図に示された構造の参照番号
は、第１図の構造を示したものと同様である。白
基準信号を発生するため、２つのMOSトランジ
スタ７１，７２が領域３８に与えられる信号VR
を発生するのに用いられる。第４ａ図に示される
ように、トランジスタ７１のゲート電極は信号
VTを受信するように接続され、一方ドレイン電
極は信号VDDを受信するように接続される。MOS
トランジスタ７２は、アースに接続されたソース
電極に接続されたゲゲート電極を有する。実際に
はトランジスタ７２は、VTマイナス閾電圧に実
質的に等しい信号VRを生ずるためトランジスタ
７１への定電流源となる。トランジスタ７１，７
２を適当なものとすることにより、信号VRは所
望の電荷量を注入するように選択される。シフト
レジスタが照射開口から受ける電荷の注入パケツ
トの最大量すなわち飽和電荷の量は、障壁５８に
よつて生じられた障壁の高さVBと、それが転送
される領域すなわち領域８０の物理的寸法により
決定される。第４ｄ図の領域７７は、この量を図
示で示している。しかしながら、領域３８から実
際に転送される電荷の量は、障壁５８によつて生
ずる電位障壁VBによつて決定されるように少な
い量でよく、これは領域６８の物理的寸法で定ま
る。電荷のこの量は、第４ｅ図において領域７５
として図式に示されている。障壁の高さは両方の
場合において等しいので、物理的寸法６８は、た
とえばCCD照射開口の感光度の直線領域の上限
に相当する飽和電荷の選択された小部分に白信号
電荷を制限するように調整される。上述のように
白信号を発生する一つの利点は、信号の大きさは
処理のパラメータを変えなくとも構造寸法を変え
ることにより変化することである。寸法は処理の
パラメータより更に正確に制御されるので、白信
号をより正確に制御することが出来る。このよう
に直線性が得られるので、黒と白との間のグレー
の直線領域で正確に関係づけられたどの照射開口
１〜１７２８によつても信号を生じさせることが
出来る。
トランジスタ７１，７２からの信号VRの結果
として領域３８に集められた電荷は、第１図に示
されたシフトレジスタ１０の上方部分に沿つて転
送され第４ｂ図〜第４ｅ図に示されたように白信
号を供給するため他の回路に供給される。
として領域３８に集められた電荷は、第１図に示
されたシフトレジスタ１０の上方部分に沿つて転
送され第４ｂ図〜第４ｅ図に示されたように白信
号を供給するため他の回路に供給される。
第４ｂ図に示されるように、信号φXが低い場
合、それは信号VRの結果として領域３８に集め
られた全電荷７４をためる電位障壁を作る。次
に、第４ｃ図に示すように、低電位に（電極３９
に供給された）信号φTを保持し、かつ（電極１
４に供給された）信号φXの電位を増加すること
によつて領域３８内の電荷７４も又電極１４の下
に集まる。しかしながら、低電位に保持された信
号φTは、電極１４から電極３９へ電荷７４が転
送されるのを妨げる。
合、それは信号VRの結果として領域３８に集め
られた全電荷７４をためる電位障壁を作る。次
に、第４ｃ図に示すように、低電位に（電極３９
に供給された）信号φTを保持し、かつ（電極１
４に供給された）信号φXの電位を増加すること
によつて領域３８内の電荷７４も又電極１４の下
に集まる。しかしながら、低電位に保持された信
号φTは、電極１４から電極３９へ電荷７４が転
送されるのを妨げる。
その後、第４ｄ図示のように、電極３９に供給
された信号φTの電位は増加し、一方電極６５に
供給された信号VTはその前のレベルに保持され
る。これは電極１４の下からの電荷７４を電極３
９の下に転送される。次に、第４ｅ図示のよう
に、電極３９に供給された信号φTの電位は減少
する。実際に、これは電極１４の下と領域３８に
残存する大部分の電荷から部分７５の電荷を分離
する。電位φTを低くした結果として電荷７５の
この部分は電極VTの下に転送される。その後、
信号φTのパルスの連続によつて電荷パケツト７
５は、一電極から次の電極へ漸次転送され、最終
的に第１図に示されたシフトレジスタ１０の上方
部分の右手端部に到達し、矢印３０によつて示さ
れるように、必要に応じて他の回路に供給され
る。
された信号φTの電位は増加し、一方電極６５に
供給された信号VTはその前のレベルに保持され
る。これは電極１４の下からの電荷７４を電極３
９の下に転送される。次に、第４ｅ図示のよう
に、電極３９に供給された信号φTの電位は減少
する。実際に、これは電極１４の下と領域３８に
残存する大部分の電荷から部分７５の電荷を分離
する。電位φTを低くした結果として電荷７５の
この部分は電極VTの下に転送される。その後、
信号φTのパルスの連続によつて電荷パケツト７
５は、一電極から次の電極へ漸次転送され、最終
的に第１図に示されたシフトレジスタ１０の上方
部分の右手端部に到達し、矢印３０によつて示さ
れるように、必要に応じて他の回路に供給され
る。
シフトレジスタ１０の上方部分に関連して上述
したのと同様の方法で、電極３８の下に注入され
た信号は電極４２の下に識別可能な電荷のパケツ
トとして注入される。この信号は1728個の照射開
口によつて発生された1728個の信号に続いて走査
終了信号を供給する。それによつて、注入された
電荷は周知の方法で用いられ、他の電気回路を作
動し、CCDに照射開口１〜１７２８からシフト
レジスタへの新しい組の電荷を転送するようにリ
セツトさせる。
したのと同様の方法で、電極３８の下に注入され
た信号は電極４２の下に識別可能な電荷のパケツ
トとして注入される。この信号は1728個の照射開
口によつて発生された1728個の信号に続いて走査
終了信号を供給する。それによつて、注入された
電荷は周知の方法で用いられ、他の電気回路を作
動し、CCDに照射開口１〜１７２８からシフト
レジスタへの新しい組の電荷を転送するようにリ
セツトさせる。
以上説明したように本発明の電荷結合型装置
は、分離領域により第１電荷転送手段から分離さ
れた第２電荷転送手段を有しており、これにより
基板内に存在する浮遊電荷を集めることが可能に
なる。そのため第１電荷転送手段に該浮遊電荷が
流入することがなく、転送される情報に悪影響が
及ぶことがない。
は、分離領域により第１電荷転送手段から分離さ
れた第２電荷転送手段を有しており、これにより
基板内に存在する浮遊電荷を集めることが可能に
なる。そのため第１電荷転送手段に該浮遊電荷が
流入することがなく、転送される情報に悪影響が
及ぶことがない。
また上記説明した実施例によれば、更に、従来
構造に比べて多くの利点を有する。特に、黒基準
セルは暗電流信号に対して、温度効果に対してク
ロツク信号の変化に対して、出力増幅器の変化に
対して、一般に全感光領域に誘導されるエラーに
対して補償する黒基準信号を供給する。一方、白
基準セルは白色光又はグレーの所望の明度を表わ
す信号を発生することによつて多くの利点をもた
らす。その上、同一の白基準信号は、第２電荷転
送手段である分離されたシフトレジスタに注入さ
れた時CCD装置の動作をリセツトするための走
査終了指示として働き、従つて従来の大容量
CCD装置に用いられていた計数回路が不必要と
なる。
構造に比べて多くの利点を有する。特に、黒基準
セルは暗電流信号に対して、温度効果に対してク
ロツク信号の変化に対して、出力増幅器の変化に
対して、一般に全感光領域に誘導されるエラーに
対して補償する黒基準信号を供給する。一方、白
基準セルは白色光又はグレーの所望の明度を表わ
す信号を発生することによつて多くの利点をもた
らす。その上、同一の白基準信号は、第２電荷転
送手段である分離されたシフトレジスタに注入さ
れた時CCD装置の動作をリセツトするための走
査終了指示として働き、従つて従来の大容量
CCD装置に用いられていた計数回路が不必要と
なる。
第１図は本発明の一実施例の構造を示した概要
図、第２ａ図は第１図の構造の一部断面図であ
り、第２ｂ図〜第２ｄ図は電荷パケツトが照射開
口からシフトレジスタへいかに転送されるかを示
した第２ａ図の構造の電位エネルギー状態図、第
３図は一組の黒基準セルの断面図、第４ａ図は白
基準信号を発生する一方法を示した概要図、第４
ｂ図〜第４ｅ図は電荷パケツト（白基準信号）が
走査終了指示信号を転送するシフトレジスタ又は
普通のCCDシフトレジスタにおいてシフトレジ
スタの１素子から次の素子へいかに転送されるか
を示した第４ａ図の構造の電位エネルギー状態図
である。 １０，１１……シフトレジスタ、１２……分離
領域、１４……電極、１〜１７２８……照射開
口、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３……黒照射開口、３５……
窓、３８……ダイオード、５０……基板、５１
ａ，５１ｂ……分離領域、７１，７２……トラン
ジスタ。
図、第２ａ図は第１図の構造の一部断面図であ
り、第２ｂ図〜第２ｄ図は電荷パケツトが照射開
口からシフトレジスタへいかに転送されるかを示
した第２ａ図の構造の電位エネルギー状態図、第
３図は一組の黒基準セルの断面図、第４ａ図は白
基準信号を発生する一方法を示した概要図、第４
ｂ図〜第４ｅ図は電荷パケツト（白基準信号）が
走査終了指示信号を転送するシフトレジスタ又は
普通のCCDシフトレジスタにおいてシフトレジ
スタの１素子から次の素子へいかに転送されるか
を示した第４ａ図の構造の電位エネルギー状態図
である。 １０，１１……シフトレジスタ、１２……分離
領域、１４……電極、１〜１７２８……照射開
口、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３……黒照射開口、３５……
窓、３８……ダイオード、５０……基板、５１
ａ，５１ｂ……分離領域、７１，７２……トラン
ジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 周囲光の状態に応じた信号を生じる電荷結合
型装置であつて、 それぞれへの入射光の強さに応じた電荷パケツ
トを蓄える複数の照射開口と、 この照射開口の予定数のものを前記周囲光にあ
てるための手段と、 出力端の出力ゲートに向けて周期的なクロツク
信号に応じて前記電荷パケツトの各々を転送する
ための第１電荷転送手段と、 前記照射開口の各々から蓄えられた前記電荷パ
ケツトが前記第１電荷転送手段へ転送されるのを
許容するための少なくとも１つの転送手段と、 該転送手段を作動させるとともに前記複数の照
射開口をリセツトするため、タイミングのとられ
た制御信号を生じる制御手段と、 分離領域により前記第１電荷転送手段から分離
された第２電荷転送手段であつて、それに流入す
る電荷をそれの出力端へ向けて、前記の周期的な
クロツク信号に応じて転送し、もつて浮遊電荷を
集める第２電荷転送手段と、 を備えたことを特徴とする電荷結合型装置。 ２ 前記第２電荷転送手段の入力端へ走査終了検
知用電荷パケツトを前記制御信号に応じて注入す
る注入手段を備え、該注入された走査終了検知用
電荷パケツトは前記周期的なクロツク信号に応じ
てその前記出力端へ転送され、 前記第２電荷転送手段の出力端に接続され、前
記走査終了検知用電荷パケツトを受けてこれに応
じて前記制御手段を作動させる走査終了信号を発
生する手段を備えた、 特許請求の範囲第１項に記載の電荷結合型装
置。 ３ 前記第１及び第２の電荷転送手段は、それら
の間の前記分離領域に対して略対称に構成されて
いる特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の電
荷結合型装置。 ４ 前記第１及び第２の電荷転送手段が夫々第１
及び第２のシフトレジスタである特許請求の範囲
第１項又は第２項に記載の電荷結合型装置。 ５ 前記注入手段は、前記走査終了検知用電荷パ
ケツトを供給するように電気信号源及び前記第２
電荷転送手段の間に接続されたダイオードを含ん
でいる特許請求の範囲第２項又は第３項又は第４
項に記載の電荷結合型装置。 ６ 前記電気信号源が第１及び第２のトランジス
タを含んでいる特許請求の範囲第５項に記載の電
荷結合型装置。 ７ 前記第１及び第２トランジスタは絶縁ゲート
電界効果型トランジスタであり、前記第１トラン
ジスタのソースは前記第２トランジスタのドレイ
ンに接続され、前記第２トランジスタのソース及
びゲートはアース電位に接続され、選択された電
気信号が前記第１トランジスタのソース及びゲー
トに供給され、前記第１トランジスタのソースは
前記ダイオードに接続されている特許請求の範囲
第６項に記載の電荷結合型装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US87571178A | 1978-02-06 | 1978-02-06 | |
| US875711 | 1978-02-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60202963A JPS60202963A (ja) | 1985-10-14 |
| JPH0414510B2 true JPH0414510B2 (ja) | 1992-03-13 |
Family
ID=25366236
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54000073A Expired JPS5846068B2 (ja) | 1978-02-06 | 1979-01-05 | 電荷結合型装置 |
| JP59224221A Granted JPS60202963A (ja) | 1978-02-06 | 1984-10-26 | 電荷結合型装置およびその動作方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54000073A Expired JPS5846068B2 (ja) | 1978-02-06 | 1979-01-05 | 電荷結合型装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS5846068B2 (ja) |
| DE (1) | DE2902532C2 (ja) |
| FR (1) | FR2416602B1 (ja) |
Families Citing this family (11)
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|---|---|---|---|---|
| DE2936703A1 (de) * | 1979-09-11 | 1981-03-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Monolithisch integrierte schaltung mit einem zweidimensionalen bildsensor |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1979
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-
1984
- 1984-10-26 JP JP59224221A patent/JPS60202963A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2416602B1 (fr) | 1986-09-12 |
| JPS60202963A (ja) | 1985-10-14 |
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| JPS5846068B2 (ja) | 1983-10-14 |
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| DE2902532A1 (de) | 1979-08-09 |
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