JPS5826232B2 - デンカテンソウイチジゲンカンコウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送感光装置、とくに感光部の絵素数を増
すことのできる電荷転送−次元感光装置に関する。

従来の電荷転送−次元感光装置においては、例えば「ア
イ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・エ
レクトロン・デバイシーズ第２０巻第６号（ＩＥＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＯＴＩＯＮＳ ０ＮＥＬＥＯＴＲＯＮ Ｄ
ＥＶＩＣＥＳ、ＶＯＬ、ＥＤ−２０，屑６）」の５３５
〜５４１頁所載の論文「電荷転送撮像装置におけるイン
ターレース（Ｉｎｔｅｒｌａｃｉｎｇ ｉｎＣｈａｒｇ
ｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ
） Ｊに記載されているように、感光部と入射光の強
さに応じて感光部に蓄積された信号電荷を転送する電荷
転送部とを分離してそれぞれ一次元的に並べて設け、さ
らに一次元電荷転送アレイを一次元感光アレイの両側に
それぞれ設けている。

しかしながら、このような従来の装置において、感光部
の絵素数を高密度に増そうとすると、高い駆動周波数が
必要となり、実用上の装置を得るためには数メガヘルツ
の駆動周波数が必要である。

また、電荷転送装置の各段間の転送効率は１００％でな
いので、絵素数が増加して転送段数が増加すれば、各段
間の転送効率は同じであっても、全体としての転送効率
は低下する。

これらのため、従来の装置で感光部の絵素数を増加させ
ることは実用上の観点から極めて困難であった。

したがって本発明の目的は、感光部の絵素数を増加させ
ても高い駆動周波数を必要とせず、また全体としての転
送効率も低くならないような改良された電荷転送−次元
感光装置を提供することである。

本発明によ′れば、一次元感光アレイの両側に第一の転
送アレイをそれぞれ設けた電荷転送感光装置において、
前記第一の転送アレイのさらに外側にそれぞれ設けられ
た複数個の第二の一次元転送子レイと、前記第〜および
第二の転送アレイ中の電荷転送が互いに半転送素子分だ
けずれるように前記第一および第二の転送アレイの上に
配置された複数個の転送電極とを具備する電荷転送−次
元感光装置が得られる。

次に本発明の実施例を示した図面を参照して本発明の詳
細な説明する。

第１図を参照すると、本発明の一実施例の一次元電荷転
送感光装置は、 感光電極１２にパルス電圧が印加されている期間に、電
極１２の直下の電荷媒体１０（第２および３図参照）中
に、入射光の強さに応じて発生する信号電荷がそれぞれ
集積され、互いに分離層２４によって分離された複数個
の感光絵素部Ｓ１゜Ｓ２．・・・・・・Ｓｍが一次元的
に配列された一次元感光アレイＳ、 一次元感光アレイＳの下側および上側にそれぞれ設けら
れた第一の転送アレイ１６および１６′、一次元感光ア
レイＳに関して第一の転送アレイ１６および１６′のさ
らに外側にそれぞれ設けられた第二の転送アレイ１７お
よび１７′、感光アレイＳに集積された信号電荷を下側
転送アレイ１６，１７および上側転送アレイ１６’、１
７’へ転送するのを制御する転送ゲート電極１８および
１８′、 第一および第二の転送アレイ間（１６，１７問および１
６’、１７’間）の電荷の転送制御・混合をそれぞれ制
御する制御電極１９および１９′、第一および第二の転
送アレイ中（１６，１γ中および１６’、１７’中）の
電荷転送が互いに半転送素子分だけずれるように下側お
よび上側転送アレイ１６，１７および１６’、１７’の
上に配置され、四電極で一転送素子を構成する複数個の
転送電極１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１２ｂ。

１３ｂ、−・・１２ｍ、１３ｍ、１４ｍ、１５ｍおよび
１２ａ’、１３ａ’、１４ａ’、１５ａ’、１２ｂ’。

１３ｂ／、、、、、、、１２ｍ’、１３ｍ’、１４ｍ’
、１５ｍ’、各転送アレイ中を転送されてきた信号電荷
を正しい順序で読み出す読出し手段２０および読み出さ
れた信号電荷をその電荷に応じた電気信号に変換する変
換手段２１ を具備しており、各転送電極には上下共通に四電極ごと
に同一の転送パルスが、すなわち、転送電極１２ａ、１
２ｂｔ−１２ｍおよび１２ａ’、１２ｂ’。

１２ｍ′には端子Ａ１およびＡ１′から第一の転送パル
スが転送電極１３ａ、１３ｂ、・・・１３ｍおよび１３
ａ’、 １３ ｂ’、 ”−１３ｍ’には端子Ａ２お
よびＡ２′から第二の転送パルスが、転送電極１４ａ。

１４ｂ、−１４ｍおよび１４ ａ’ 、 １４ ｂ’、
−１４ｍ’には端子Ａ３およびＡ３′から第三の転送
パルスが、さらに転送電極１５ａ、１５ｂ、・・・１５
ｍおよび１５ ａ’、 １５ ｂ’、−１５ｍ’には端
子Ａ４およびＡ４′から第四の転送パルスがそれぞれ供
給される。

また、転送ゲート電極１８および１８′は互いに接続さ
れており、同一のパルスが印加される。

さらに制御電極１９および１９′も互いに接続されてい
て同一のパルスが印加される。

感光アレイＳの各絵素部Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４．Ｓ５
．Ｓ６・・・Ｓｎに集積された信号電荷は、第１図に矢
印で示すように、順次上側第二転送アレイ１７′、上側
第一転送アレイ１６′、下側第一転送アレイ１６、下側
第二転送子レイ１７、上側第二転送アレイ１７′、上側
第一転送アレイ１６′・・・のように、四絵素部単位で
各転送アレイに転送され、その後者転送電極への転送パ
ルスの印加によって各転送アレイ中を転送されていく。

次に第２図および第３図を参照して、感光絵素部の信号
電荷の第二および第一転送アレイの転送について詳細に
説明する。

なお、上側および下側転送アレイへの電荷転送は互いに
同様であるので、感光絵素部Ｓ４およびＳ３の信号電荷
の下側転送アレイ１７および１６への転送のみについて
説明する。

第２および第３図を、第１図に併せて参照すると、この
実施例においては、ｎ型シリコン基板の電荷積蓄媒体１
０の表面には二酸化シリコンの誘電体層１１が被覆され
、さらにその上には感光電極１２、転送ゲート電極１８
、転送電極１５ｂ。

１２ａ、１３ａ（第２図）および１３ａ、１４ａ。

１５ａ（第３図）および制御電極１９がそれぞれ配置さ
れている。

さらにシリコン基板１０中には感光絵素部の信号電荷が
それが対応しない側の転送アレイへ転送されないように
、分離帯２４が設けられている。

基板１０中に示した実線２２および２３は感光電極１２
、転送電極１５ｂ、１３ａ（第２図）、１８ａ、１５ａ
（第３図）にパルスを印加したときおよび印加しないと
きのそれぞれの基板表面電位を表わし、表面に近いほど
電位が高いことを示す。

第一の転送アレイ１６と第二の転送アレイ１７との表面
電位は等しく設定されている。

さらに、第１図からも明らかなとおり、第一の転送アレ
イ１６および第二の転送アレイ１７の転送電極群は半転
送素子分（本実施例においては、四相駆動であるから四
電極で一転送素子である）だけ互いにずれるように、制
御電極１９と斜めになるよう設けられている。

感光電極１２にパルスを印加すると、第２図ａおよび第
３図ａに示すように、電極１２の直下の基板中（感光絵
素部８４ ｙ ８３ ）にポテンシャル井戸が形成され
、光が照射されると電子−正孔対が発生し、少数電荷で
ある正孔がポテンシャル井戸に集積される。

図中の記号゛＋″は集積された記号電荷を示す。

信号電荷が感光アレイＳ中に蓄積されている期間中に、
転送アレイ中の電荷転送が行なわれるように各転送電極
には転送パルスが印加されているので、感光アレイのポ
テンシャル井戸と転送アレイのポテンシャル井戸との間
および第一転送アレイ１６と第二転送アレイ１７との間
はともに分離されていなければならない。

このため、この期間中は転送ゲート電極１８および制御
電極１９には制御電圧が印加されている。

これによってこれら電極の直下の基板中の表面電位は高
くなっている。

なお、図には示されていないが、光入射側の表面は感光
絵素部を除いて光の遮蔽を行なうことが望ましいことは
言うまでもない。

第２図を参照して感光絵素部Ｓ４の信号電荷の第二の転
送アレイ１７への転送について説明する。

この場合は、端子Ａ１およびＡ３に接続されている転送
電極（１２および１４）への印加電圧を低い状態（はぼ
零ボルト）にしておき、感光電極１２への印加パルスを
除くと同時に、転送ゲート電極１８に制御パルスを印加
し、その後この制御パルスと重複するように、端子Ａ４
（転送電極１５ｂ）、制御電極１９および端子Ａ、２（
転送電極１３ａ）に同時にパルスを印加する。

このため、第２図すに示すように、感光絵素部Ｓ３に蓄
積されていた信号電荷は、第一および第二の転送アレイ
１６および１７に転送される。

その後、転送ゲート電極１８への印加パルスを除くこと
によって感光絵部Ｓ４と転送アレイ１６および１７とを
分離し、再び感光電極１２にパルスを印加すると、第２
図Ｃに示すように、感光絵素部Ｓ４への信号電荷の集積
が再び始まる。

一方、第一および第二の転送アレイ１６および１７に転
送された信号電荷は、端子Ａ２（転送電極１３ａ）への
パルス印加はそのままにして、端子Ａ４（転送電極１５
ｂ）制御電極１９の順でパルス印加を取り除くと、第２
図Ｃに示すように、第二の転送アレイ１７へ完全に転送
される。

この信号電荷は端子Ａ１〜Ａ４に順次加えられる転送パ
ルスに同期して読出し手段２０へと転送される。

次に第１図におけるｃ−ｃ’からみた断面図を示す第３
図を参照して、感光絵素部Ｓ３の信号電荷の第一の転送
アレイ１６への転送について説明する。

第２図の場合と同様にして、感光絵素部Ｓ３に信号電荷
が集積される〔第３図ａ〕。

この信号電荷は、第２図の場合と同様に、感光電極１２
へのパルス印加を除くと同時に転送ゲート電極１８にパ
ルスを印加し、その後端子Ａ２（転送電極１３ａ）、制
御電極１９、端子Ａ４（転送電極１５ａ）に同時にパル
スを印加することによって、第一の転送アレイ１６に転
送される〔第３図ｂ〕。

この場合、制御電極１９の直下の基板１０中には例えば
Ｎ＋拡散等の手段を用いて形成された分離帯２５が設け
られているので、この領域は制御電極１９に印加される
電圧にかかわらず、その表面電位が高くなる。

このため、信号電荷は第二の転送アレイ１７には転送さ
れない。

感光絵素部Ｓ３の信号電荷が第一の転送アレイ１６に転
送された後、端子Ａ２へのパルス印加はそのままにして
転送ゲート電極１８、制御電極１９および端子Ａへのパ
ルス印加を除き、感光電極１２に再びパルスを印加する
と、第３図Ｃに示すように、感光絵素部Ｓ３への信号電
荷の集積が再び始まる。

また、第一の転送アレイに転送された信号電荷は、端子
Ａ１〜Ａ４に順次加えられる転送パルスに同期して読出
し手段２０へと転送される。

以上側々の電極直下の動作について詳細に説明したが、
さらにこの実施例の総合的な動作について説明する。

今、感光電極１２にパルスを印加すると、分離帯２４に
よって分離された各感光絵素部Ｓ１．Ｓ２゜Ｓ３・・・
Ｓｎの基板中にポテンシャル井戸が形成され、それぞれ
の絵素部に照射された光量に応じて発生する少数電荷が
蓄積される。

一定時間後、蓄積され□た信号電荷を各転送アレイに転
送させるために、感光電極１２へのパルス印加を除くと
同時に転送ゲート１８にパルスを印加し、しかる後に制
御電極１９ 、１９’および端子Ａ２． Ａ４． 、
Ａ、２’ 、 Ａ４に同時にパルスを印加し、更にその
後制御電極１９゜１９′および端子Ａ４ 、 Ａ４’へ
パルス印加を取り除くと、第１図に矢印で示すように、
感光絵素部Ｓ１の信号電荷は転送電極１３ａ′の直下の
転送アレイ１７′に、Ｓ２の信号電荷は電極１３ａ′の
直下の転送アレイ１６′に、Ｓ３については転送電極１
３ａの直下の転送アレイ１６に、Ｓ４については電極’
１３ａの直下の転送アレイ１７に、以下四絵素単位で転
送電極１３および１３′直下の転送アレイ１７’、１６
’、１６，１７の順にそれぞれ転送される。

すなわち、感光絵素部Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３・・・Ｓｎの信
号電荷が、四列の転送アレイの同−転送電極下に転送さ
れたことになる。

従って、以上のような状態から、四相駆動の電荷結合装
置の既念にしたがって端子Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４の順
に、すなわち第一、第二、第三、第四の転送パルスをこ
の順にサイクリック的に印加することによって、四列の
転送アレイに転送されていた信号電荷は並行してそれぞ
れの転送アレイ中を読出し手段２０の方へ転送されてい
く。

四列の転送アレイ中を並列に転送された信号電荷は、例
えば転送アレイ部と同様な四相駆動の電荷結合装置から
成る読出し手段２０を用いて正しい順序で読み出されて
変換手段２１へ導かれる。

前述の実施例においては、感光絵素部Ｓ３およびＳ４に
集積された信号電荷の転送について考えると感光絵素部
Ｓ３の信号電荷は分離帯２５のため第一の転送アレイ１
６に、感光絵素部Ｓ４の信号電荷はまず第一および第二
の転送アレイ１６および１７に転送され、その後端子Ａ
４（転送電極１５ｂ）への印加パルスを取り除くことに
よって第二の転送アレイ１７に転送される。

このように、第１図に示した実施例においては、感光部
の信号電荷を転送する場合、電荷転送動作が異なること
は、出力信号にバラツキが生じ、特に感光装置のような
アナログ動作装置においては不利である。

この点を改良した本発明の他の実施例を第４図を参照し
て説明する。

第４図は、第１図に示した実施例における改良点を説明
するために、感光絵素部Ｓ３およびＳ４とその関連部分
のみの平面図であり、第１図に示した部分と同様の機構
を有する構成要素は同一の参照番号が付されている。

第４図に示された実施例においては、感光絵素部から第
一および第二の転送アレイへの電荷転送チャンネルに分
離帯が存在せず、分離帯２５′は前記電荷転送チャンネ
ルでない制御電極１９の直下の基板中にのみ存在する。

この点で第１図の実施例と異なっている。

第４図に示された実施例において、感光絵素部Ｓ４の信
号電荷は、第１図の実施例の場合と全く同様に、一旦第
一および第二の転送アレイ１６および１７に転送され、
しかる後第−の転送アレイ１６に転送された電荷が第二
の転送アレイ１７に転送されることによって、全ての電
荷が第二の転送アレイ１７に転送される。

一方、感光絵素部Ｓ４の信号電荷は、一旦第一および第
二の転送アレイ１６および１７に転送され、しかる後第
二の転送アレイ１７に転送された電荷を、端子Ａ４（転
送電極１５ａ）へのパルス印加を取り除くことによって
第一の転送アレイ１６に逆転送させる。

これによって全ての電荷は、結果として第一の転送アレ
イ１６に転送される。

このようにして、感光絵素部Ｓ３およびＳ４の信号電荷
の各転送アレイへの動きが動じようになるので、転送に
よる出力信号の特性上の差がなくなる。

以上、本発明について四相駆動の実施例について説明し
たが、本発明によれば、このような装置の駆動周波数は
通常の場合のＫでよく、電荷転送の回数もＫですむ。

さらに現状では集積度が転送アレイの寸法で制限されて
いたものが原理的にＨになるため高密度化が可能になる
。

このようなことから高密度で電荷損失が少なく低周波駆
動で高い映像周波数をもつ一次元感光装置が得られる。

本発明については四相駆動について説明したが、例えば
二相駆動の電荷転送装置についても可能であり、この四
列転送の概念は、感光アレイから転送アレイに電荷を転
送する駆動を変えることにより、単相および三相駆動電
荷転送装置にも応用できる。

又本発明の構成は表面チャネル、埋込みチャネルでも可
能であり本発明の各領域における機能さえ持つものであ
ればどのような手段を組合せても実印５できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２および３図は
第１図に示した実施例の動作を説明するための第１図に
おけるＢ−Ｂ’およびｃ−ｃ’からみた断面図、第４図
は本発明他の実施例の一部の平面図である。 １０・・・・・・半導体基板、１１・・・・・・絶縁膜
、１２・・・・・・感光電極、１２ａ〜１２ｍ、１３ａ
〜１３ｍ。 １４ａ〜１４ｍ、１５ａ〜１５ｍ、１２ａ’〜１２ｍ’
。 １３ａ′〜１３ｍ’、 １４ａ’〜１４１１１’、 １
５ａ’〜１５ｍ′・・・・・・転送電極、１６，１６’
、１７，１７’・・・・・・転送アレイ、１８，１８’
・・・・・・転送ゲート電極、１９゜１９′・・・・・
・制御電極、２０・・・・・・読出し手段、２１・・・
・・・変換手段、 ２４゜ ２５・・・・・・分離帯、 Ｓ・・・・・・感光 アレイ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １−次元的に多数設けられた感光部を有する一次元感光
   アレイの両側に転送アレイをそれぞれ設け、前記感光部
   からの電荷を前記転送アレイに移しそれに沿って転送さ
   せる電荷転送−次元感光装置において、前記転送アレイ
   のさらに外側にそれぞれ設けられた複数個の第二の一次
   元転送子レイと、前記転送アレイおよび第二の転送アレ
   イ中の電荷転送が互いに半転送素子分だけずれるように
   前記転送アレイおよび第二の転送アレイの上に配置され
   た複数個の転送電極とを具備する電荷転送−次元感光装
   置。