JPS5921059A - 電荷転送回路 - 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】

本発明は１！荷転癌回路に係１、特に固体撮像素子など
に応用する低雑音の電荷転送回路に関する。 第１ト竺６：図、←いて、従来の電荷転送回路並び転送
回路で□発生する熱繍讐について説明する。 第１図（α）に卵胞２１＋領、域のＭＯＳトランジスタ
を用いて電荷転送する回路例を弊す。これはＭＯ５型固
体＃Ｉ６像素子、〔例えば長原他：　／Ｊ％形ＭＵＳ形
単板カラーカメラ；テレビジョン学会誌第３４巻第１２
号、昭５５、Ｐ１０８Ｂ（４４）参照〕において舗石信
号線容量１からプリアンプ３に信号電荷ｊ：：ｉ１子＄
送′＋□る：回＝である。２はＭ　ＯＳ）ランジス、タ
ーこの例ではｎ、、７．ヤンネル型とする）、４は／リ
アンプ出力端子である。同図ｃｈ）はとの回路ノ駆動パ
ルスφのタイミンクチャートである。 駆動パルスφがハイレミルとなり、！ｆｌＯ′Ｓトラ　
　　　□ンジスタ２がオンしたときに信号電荷が容量１
□からプリアンプ３に転送□される。この様子を第２図
のポテンシャル図に示す１．□ｉは検分電荷、　　　　
１ｌ−１７ｕｆ−ｖ７’え、ヮヶウォ。ＣＨ’ｍ”’ｉ
　１　　１の容量値、Ｖ０は基準電位でプリアンプ３の
入力端？ＤＣ電位、に等し、、！。、竺、間、を詠おい
て、信号　　　　：〒＝、’、５．が容量１に誉積さ、
れでいるとする。時間　　　　Ｉｔ、′７Ｃ）　５ｙ−
）ｙ、ｆｉ　２ｉ“′び・７ｙ　Ｊａｍ　１ｌｊｔｑ壮
　　１□テリアンプ３に流入する。プリアンプ６は電圧
負帰還型で、電流を電圧に変換する。 第３図（α）に飽和領域のＭＯＳトランジスタを用いて
電荷転送する回路例を示す。こ□れは呼び水転送型固体
撮像累子（例えば山田他：新構成の固体撮像素子に、、
よる単板式カラーカメラ；テレビジ、ｖ１ン字会全国大
会予稿集４−１１、’８０年を参照）において垂直０１
号糾答に１１から小さな容量１６に信号電荷を転送する
回路である。１２はＭＯＳトランジスタであり、この例
ではｎチャンネル型とする。、同図（句はこの回路の駆
動パルスφ１．φ２のタイ・ミンクチャートである。φ
□が）・イレベルとなｐｌ　トシンジろ夕１２をオンさ
せて後φ、をローレベルに、して容量１３からバイアス
電荷１を容量１１に送、り込む。次にφ、をハイレベル
にして、容に１１上の（ｆＡ号電φ］ｔバイアス電債と
共に容！ｔ１６に転送する。・この様子を第４図のポテ
ンシャル図に示す。１４ヲまトラ、ンジスタｊ２ｊ２）
チャンネル部、１５は信号電蝕、１６はバイアス電荷で
ある。Ｃ゛１は容１ｉ１１の容に値、Ｃ２は容ｉｉ［１
Ｂの容量値である。バイアス電荷音用いるのは転送効率
を上けるための常とう手段である。　　・□。 さて、このような従来のｉｔ電荷転送回路おけるランタ
：ム４１１６−′４ｔｍえる。上述の２８１類の電荷転
送回路では、ＭＯＳトランジスタのチャンネ　　　　□
ルで発生する熱雑音が支配的なランダム雑音である。以
下、チャンネルで発生する熱雑音により、いくらの雑音
電荷が読出されるかを計算する。 第５図は第１図（α）の電荷転送回路でトランジスタ２
がオンして・いるときの等価回路で、ダ。４はトランジ
スタ２０オンコンダクタンス、Ｃは容置１の容量値、峠
はトランジスタ２のチャンネルで発生する熱雑音電流で
ある。プリアンプの入力インビー、ダンスは通常トラン
ジスタ２．のオン抵抗に比べ充分小さいので無視する。 さて雑音電流ｔｎのパワースペクトルｆｍｆｉｔｓｉｃ
ｆ）は、 Ｓ　１（ｆｌ　＝　４ｑダ。　　　　　　　　　　、・
・・・・・・・・・・・・・・１１）で与えられる。こ
こにＸはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。Ｃの上
の雑音電荷のパワースペクトル密度Ｓｑ（イ）は、第５
図の等価回路よシ、と表わさノ１．る。 こ７１全周波数ＩＩ（：対し、て積分Ｂ−（、ｃの土の
雑音′電荷の二ψ平均値ｑ５ｊが求まる。 即チ谷１ｌＩＣの十の電Ｗｒ　ｋよトランジスタ２がオ
ン状態ｐｃあると、ｒｍｓ値でｆｉ’ｌ’ｃ−の揺らき
゛を有しＣいる。トランジスタ２がオンする１ば前の電
荷（￥、Ｃ−）ぎカｒｙｎｓイ直でｊｋｊ′ン：−テ、
トランジスタ２がオフ［７たｉｋ後の電荷の揺らぎもｒ
ｙｎｓ値でムπであるから、結局−回の読出［７動作に
おいて、ｒｎＬＪ値でｆｉ計ｔ−の雑廿電荷が読出され
ることになる。Ｃ’　＝　５ｐＰ’　、　　Ｔ　＝　３
００°にの場合、この値は０１６ｆｃ　（フェムトクー
ロン）７．ア６、となる。 次に第６図（ａ）の電荷転送回路で発生するランダム雑
ｔを計算する。先ず、バイアス′ｗＬ荷注入時に流れる
雑音電ｉＡｔ、　ｋ（よる揺らぎ會考える。バイアス電
荷の注入が完了した時間におけるＣ１−Ｌの雑音電荷は
、上記［７たのと同じ１掬によりｒｍｓ値で＄　［ただ
しＣ２＜Ｃｒの場６ｊとなる。 電荷転送に１．・ける非転送効率をεどすると、最終的
に旨、出きれたことになるこの分の肺音電荷は、Ｃ＄’
、　となり、ε〈１である１１−２常動作時には、この
分の雑音をよ無視できる。次に読出

【〜間に流れる熱雑
音電流に」、るｃ、１の電荷の揺らぎを求めろ。階［、
出１７時にｔＪトランジスタ１２は飽和領域ＶＣあり、
トレインソース間の微分コンダクタンスは／６１Ｙゼロ
だと考えイ〕。等価回路ｌ／１第６図のようになる。読
出し終了後のＣｒ　ｔこの電荷の揺らぎは、さく１のと
き？’７ＺＬｊ’値でほぼ、八）ｄ鱈ど表わさｔ１イ）
。〔後に登場するＱ毒式でＧ−口と竹けば求′まる。〕
トランジスタ１２がオンする直前の電荷揺らぎがｒｍｓ
値で、＾、ＫＴＣ，で、トランジスタ１２がオフした直
後の電荷揺らぎもｒｍｓ値でッ４Ｘｒべであるから、結
局−・回の読出し動作において、７”ｍｓ値でｊβｈ７
の破音電布ｒがＣ１訃読出されることになる。Ｃ’、　
＝６１Ｆ、　Ｔ　＝３００″にの場合、この値は０１５
ｆｃｍ、ｙとなる。 以上説明したようｖＣ１従来のＭ　ＯＳ型、呼び水型の
固体ｍ像素子Ｖ（おいては、ａｉｍ号線容１１又け１１
のみで決゛まる熱雑音が発生し、これがｍ像素子の感度
に限界を与えていた。この点の改善は、半導体プロセス
の進歩により垂直信号線の容ｋが少しづつ減っていくの
紮待たざるを得ないと考えられていた。 本発明の目的は、−に記した従来技術の限界を乗り越え
、回路的な上火により低雑ｉ化を達成する電４ｊ転送回
路な・提供するにある。 熱雑旨を減らすにｔ、」、ｉａ記［〜たように、画直信
号線谷普１又は１１　”、（減らせばよい。本発明は、
飽和領域での電荷転送回路（第６図（α））において、
第７図に示すよつしこソース電圧からゲート電圧に負帰
還をかけることにより、等価的に容置１１の値を減らし
得ることを発見１〜たことに基づいている。 第７図に示す′電荷転送回路は、第６図の回路にゲイン
Ｇのアンプ２１會追加したもので、駆動パルスφ１．＄
ｘは第６図で説明した通りである。 この転送回路で飽和領域で容量１１がＣ，／（１＋Ｇ）
に見えること全説明する。 トランジスター２のソース（容量１１側）の電圧をυ２
、ゲート電圧からしきし）値を差し引１いた電圧金υ、
とすると、飽和領域におけるトンイン電流り、ｔは以下
に示すようシこポテンシャル差（υ、−υ、）で制御さ
れる。 一一／！−（υ、−υ、）２　　　　・・−・・−・・
・・・・・・（４）ここＱてβは所謂ベータｆ直で、−
モビリティμ、酸化膜容ｔＣｏｘ１チャンネル＠Ｗ′、
チャンネル長りの関数β＝μＣｏｘＦ／Ｌで与えられる
。ドレイン電圧によるドレイン１流の若干の変動は簡単
のため無視して考える。Ｖ、はアンプ２１の出力であり
、オフセット電圧υ６金用いて、 Ｖ−υ−Ｇυ　　　　　　　・−・・・・・・・−・・
（５）ｇ　　　Ｏ＃ で表わされる。これヲ（４）式に代入して、ｇ−’　［
ｉｌ、　−（１杓υ、）２−・・−・−・−（６１一＝
０となるソース１圧υ、＝υ、／（１石）を基準として
、ｙ量１１上に蓄積されている負電荷をＱとすると、Ｑ
＝Ｃ，（ｖ、／（１＋Ｇ）　−ｖ、　）　　　　−−−
・（７）となシ、これを（６）式、に代入して 一＝仁互治万〕１　　　・・・・（８）を得る。この式
は、第３図の回路（Ｇ−０の場合）と比べ、容１１１１
の値が等価的Ｋ　ｔ　／（１＋Ｇ）倍と々っていること
分水している。 ｔｋ雑さを避けるため、プーリング領域での動作ｔ」７
以下無視して説明°するが、テーリング領域でもドレイ
ン電流はグー、、１−、ソース間の電圧に制御され、ド
レイン電比にはほとんど依存しな込ので、飽和領域と同
様、等価的にソース容量の値金小さく見せることができ
る。 さて、以下、第７図の電荷転送回路で、トランジスタ１
２のチャンネルで発生する熱雑音、による転送電荷の揺
らぎが、第３図の回呻に比べ、二乗平均値で１７（１十
Ｇ）倍となることを、計算により示す。 まず無雑音の場合のＣ□上の電荷Ｑの時間変化を求める
。（８）式は、以下の微分方程式の形となる。 一照九五ｆ囚 ｄｔ２．Ｑヤｌ　　、：　　、、、、゛゛−−−−−−
＝−，９）これを解いて、 ＱＣ１卜ｃＱ−’（ｏ）十−！乞−ル六９つ２ｔ　丁１
　　　　　・・・・・・・・・・・・　Ｑｌここで非転
送効率ε（１）を定義する。時間ｔにおいてＣＩに少電
荷を注入したとき、読出し終了時間τにおいて、上記の
少電荷のうち読出されずにＣ１に残っている電荷の割合
をε（ｔ）と定義する。　　　□定義よシ ε（ｔ）＝±−Ｎ＝　’　ｒ　Ｈ下）２　・・・・・・
・・・・・（１１１ａＱ（ｔ）− ここに ２（？２ 一β（ＨＧ　）２　Ｑ（０）　　　　　　　”””　”
””（６）０″ｆＰｔ’ｌｄ、’１．＊ｍＭＨｒｆ（Ｄ
％ｂ’ｔａ’ｌｊ、ｌ　ｔ（ｏ）　　　。 を１より充分小さくする。即ちτ′〈τとする。　　　
　：このためにバイアス電荷量Ｑ（？）を増やすのは常
　　　　′１．．．。 とう手段である。ＭＯＳトランジスタの飽和領　　　　
□域のチャンネルで発生する熱雑音電流は、下記のパワ
ースペクトル密度５ｉ（ｆｌで与えられる。 （Ｖａｎ　ＩＪｈｒ　Ｚｉａｌ　　（平野信夫訳）　：
　ｒＭｉｔＪ　：東京電機大学出版局発行（昭４８年）
第５章参照）心び）−一・４ＫＴｇｄ。　　　　　　　
　　　　・・・・・・・・・・・・０３１ここに！１１
１６はドレインがソースと同電位の場合　　　　□のド
レインコンダクタンスで、 ダ・、＝β−３９１−一− Ｃｓ　／（１＋Ｇ）、　　、　　、　、、、、、、、、
“°°０即ち相互コンダクタンスに等しい。ａω、α２
，１２４式をＯ１式に代入して、 ５番（イ）＝−８ＡＣｔ＋τ、］−１、・・・・・・・
・・・・・輪ここに Ａ　ミ３　’ＴＣｓ　／’　１　＋Ｇ）　　　　　　ｙ
、、７＋　・Ｈ＋、　ＨＨＨＨＨＨａｑαω式で示され
る雑音の各時間ｔにおける値のうち、最終的（ｔ−τ）
に耽残される分が実効的な雑音となる。読出し終了後の
、Ｃ３、上の、雑音、電となる。（ｕ）、Ｏｓ式を代入
し？、Ｃ１上の雑音電荷の二乗平均値ｑ二　　を求める
と、 ここで、 ′　　　　　四 と置く。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　□、′１Ｙ（イ（ｔ＋ｒ’どじ廓刺□、４．（□、
：″″　　　　　　　　１へ イ（ｔ＋ｒ’　）３／′２１　（ｔ−ｔｎ）ｄｔ；ｉ、
： ：Ａ［：　１−（Ｌ−Ｌ−）’　〕　　　　　　・・・
・・・・・・・・帽＊＋ｒ７ｒｔ′：、：□い これで読出し終了後のＣ１上の雑音電荷が求まる。 □ もっと判り易い形にするために（Ｌｌ）式の非転送効　
　　　１゜：１．・。 率（読残し率）ε（Ｏ）を代入すると、　　　　　　　
　　　１ｑ：　＝Ａ〔１−ａ・（１））　　　　　、　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　”べ〜スＡη五　　　　　　　　
　　１９００１１１４００３．。 〜３１＋Ｇ ケ得る。従って、続出（７終了後のＣ１Ｆの電荷揺らぎ
し１、ｒｒｎｓ値でｆ−ｊ−に’ｉ’と゛；シフ〒−］
ｖｔ”）　　とナル。バイアス注入時の雑■し１従来例
で説明１−２だように無視できる。続出し７前（バイア
ス注入前）のＣ０上の電葡揺らぎもｒｍｓ値でｊｉＮ−
７Ｃ，１０イ’（１）−であるから、結局−回の続出［
７過札：で詩出す雑音電荷はｒｍｓ　値テＪＴ−ＫＦｉ
：ペン（”ニーＪＧ）　トｉ　；ｂ。即チアンフ２１の
ゲインＧを大きくＪれげ−Ｉる程、この雑音は搾出でき
ることになる。Ｃ，＝３　ｐＦ、　７’　＝３００°Ｋ
。 Ｇ＝１ｏのと良、この雑ｖ電荷は（１，ｇ４　ｆｃｒｍ
ｚ　　となり、従来例より１ＱｄＢ少なくなる。アンプ
２１で発生する雑音が加算されるが、アンプ２１の方の
雑音に関する設計には目出度があり、従来の低雑音化の
技術を用いＪｌば良い。アンプ２１で発生する雑音ｖＣ
ついては、後に実施例において、具体的なアンプの例に
つき１算する。 次に第１図の電荷転送回路の低雑音化の方法全述べる。 第８図（α）ｔｌ、第１図（ｃ）の容量１とトランジス
タ２０間に、ＭＯＳトランジスタ５１、充分小さな容１
１ｊ２、アンプ２１全挿入したものである。タイミング
チャーｌ−は同図（ｂ）に示す通りで、先ず第７図と同
じ駆動法１′、容量１から容量′６２に信号電荷を転送
し、その後第１図と同じ駆動法で容量６２からプリアン
プへ信号電荷全転送する。この回路における設計士の要
点は、容重６２の容量値Ｃｓ　ケ、容量１の容量値Ｃに
比べ充分小さくすることである。以下、今捷での計算結
果を用いて、給８図の回路でＭ出さ７］、る鍍音電、荷
を求める。ＣからＣ３への転送において、電荷が読出さ
れ、Ｃ３からプリアンプへの転送においてｒｍｓ値で、
Ｆ！ｈ−の雑音電荷が続出される。 Ｃ＝３　ｐＦ、　Ｃ，＝０．１　ｐＦ、　Ｔ　＝３００
°に、Ｇ＝１Ｑ　　の場合、前者は０．０４　ｆＣｒｍ
ｓ　、後渚は０，０５　ｆＣｒｌｎｓｒ、合計００５ｆ
ｃｒｍ、ｆとなり、従来より１０ｄＺ（少なくなる。 父本転送回路の付加的万メリッ）　ｌ：　して、トラン
ジスタ２ｆオンさせる時間τ＋ｆｚ従来に比べ容量値が
減った分（ＣからＣ゛、に減る）だけ短かくできる。従
って、例えばこの回路全固体撮像素子に適用しまた場合
にトランジスタ２のパラメータばらつきによって発生す
る固定パターン雑音を減らすことができる。 以下、具体的な実施例の説明をする。 −まずアンプ２１の実施例から説明する。第ν図〜給１
１図は第７図のアンプ２１に具体的な形を与えたもので
、ここではｌ・ランジスタ数が少ない−Ｊｉのインバー
タを用いている。アンプ２１は簡単のため差動アンプの
形で示したが、第９図〜第１１図の例ではプラス入力端
のゲインが１となっている。しかしプラス人力に印加す
るパルスφ１は単にトランジスタ１２ヲオンオフするた
けであるので、実用上何ら問題ない。 第９図〜第１１商で、４１は電圧源、４２．４４はエン
ハンスメント型ｎチャンネルＭＯＳトランジスタ、４３
はデプリーション型ルチャン洋ルＭＯＳトランジスタ、
４５は抵抗でポリシリコンなどで作られるものである。 ここで第９図の一実施例を例にとり、アンプ２１で発生
するランダム雑音を充分小さく設計できることを説明°
する。Ｍ　（Ｊ　Ｓ　）ランジスタで原理的に除くこと
のできないランダム雑音は、ブヤンネルで発生する熱雑
音であり、ここでは熱雑音のみ考慮する。又、このイン
バータり充分高速で動作する必要があるため負荷容量（
＋にトランジスター２のゲート容量）を小さく設岨する
。以下の計算ではこの負荷容量を無視する。 さて、このインバータのゲイン（−Ｇ）は、Ｇ”　！１
　ｍ、／（！１４＋ｇｄ２　）　　　　　　・・・・・
・・・・・・・・（ハ）となる。ここにｇ、１はトラン
ジスタ４２の相方コンダクタンス１．！７ｔ＋　ｌ　！
Ｉｄ２はそれぞれトランジスタ４２，４３のドレインコ
ンダクタンスである。大きなゲインを得るため少くとも
続出し終了近くの時間ではトランジスタ４２．４３を飽
和領域で動作させ！１　ｔＩｒ　ｌ　ｄ２を小さくする
。飽和領域のトランジスタ４２，４３を流れる熱雑音電
流の和は、（ト）や式と同様下のパワースペクトル密度
幻σ）　　で与えられる。 ＳＬ′（ｆ］−久・４ＫＴ（！／　ｍｌ　”！Ｉ　ｍｇ
　）　　・・・・・・・・・・・・・・惰に こに！Ｉｍｔはトランジスタ４３の相互コンダクタンス
である。従って、トランジスター２のゲートニ印加され
る雑音電圧のバワースベク）ル密１ｉ、５Ｌノ（１）　
ｔＪ：　、 となる。これにトランジスタ１２の相互コンダクタンス
ｂの二乗を乗じたものが、トランジスタ１２０チヤンネ
ルケ流れる雑Ｖ１を流のパワースペクトル密度ｓ７（イ
）である。ｈは０４式のｙｄｏに等しい。 これに、員、（６）、四弐を代入して、以下ａυ〜（財
）式と同じ方法で胱出し終了後の０１上の雑音電荷を求
める。 とおくと、 Ｙ（χ卜（’ｙ（ル　ｄｆ −］２２Ｃｆｘ 中ｍｌ器８（赫〔１−（苓）〕 ！ＡｈＷ、÷［１−％］ｌ：１−　Ｐ８〕−・・（３ａ
２＠、Ａ−６−’ＪＩＪ−ム迂、１ ５　　１＋Ｇ（！Ｉｄ１＋！／む）２　　τ−Ａ＋６　
（１＋汀）　’ｖ”！１．ｄｆ！Ｉｄｚ　）　　、、、
岬・・・・惰ここにＡ　：＝　ｇＡＴＣ，ｔ（１＋Ｇ）
は改善後の、トランジスタ１２０チヤンネルで発生する
熱雑音によるＣ１上の雑音電荷であった。従って（至）
式の残りの部分全計算すれば、インバータの雑音の影響
具合が判る。Ｇ／（１＋Ｇ）”　１　ｒ　！１ｍ２／ｆ
　Ｅｌ　＝　１／２　＊　Ｃ＋　＝３ＰＦ＋（！ｉ　ｄ
ｒ　”！ｌ　ｔｔ２）’：：　（１ｏｆΩ）、τ：ｌ：
１μｓとすれば、（至）式は、幻：ｌｌ：０．１２Ａ となり、この雑音がほぼ無視できることが判る。 （！ｌａ１＋！ｌｄｔ　）ＪｌｏｏＫＯ）−’　トＬ、
テモイ７ハ−タテ発生する熱雑音による電荷揺らぎは、
トランジスタ１２０チヤンネルで発生する熱雑音による
電荷揺らぎ（改善後）と同程度の値であり、本発明９ の効果は充分保たれる。 第１２図、第１５図は、単に信号電荷を読出すだけでは
なく、１ず垂直信号線容量１又は１１に蓄積された不要
電荷〔垂直スミアなど、例えば増田他１ＭＯ５形単板カ
ラーカメラ：Ｔｒ学技報ＴＥＢＳ６９−１（昭５１年）
参照〕を掃出してから、所望の信号電荷を胱出す実施例
を示す。 ５１が信号源であるホトダイオード、５２．５５．５４
゜５５がルチャンネルＭ　Ｏ，５トランジスタ、５６が
ＣＴＤ（電荷転送素子）のゲートである。トランジスタ
５３と５４．５３と５５は共にゲートがオーバーラツプ
しており、容１１１５からφ、又はＣＴＤへの電荷転送
において、容量１５のトランジスタ側の電位はトランジ
スタ５５のゲートポテンシャルによってしきいを与える
。ホトダイオード５１のアノード、カソード間容量は垂
直信号線容量１又は１１より充分小さく、この間の信号
電荷の転送はトランジスタ５２を非飽和動作させること
により行なう。この時発生するランダム雑音は、ホトダ
イオード５１のアノード、カソード間容量が０ 小さい（例えば０．０５ＰＦ　）ため、無視できる。又
、　　　□容量１６を垂直信号線容量１１よｐ充分小さ
くすることがランダム雑音抑圧効果を上げるために必要
である。 第１２図（ｂｌ、　（Ｃ１，（ｄ）は第１２図（ａ）　
ノミ荷転送回路の駆動パルスφ１〜φ８のタイミングチ
ャートの例である。（Ａ）では掃出し時、読出し時共ま
ず容置１５のバイアス電荷を用いて、容量１１から容量
１６に電荷を転送し、その後φ、からバイアス電荷を容
量１５まで注入してφ、に不要電荷を掃出す、又はＣＴ
Ｄのバイアス電荷を容量１３まで注入してＣＴＤに信号
電荷を読出すという動作を行なう。　　　：（Ｃ）では
、容量１３の電荷をバイアス電荷として用いず、φ、、
ＣＴＤから直接、容量１１までバイアス電荷を注入して
掃出し、読出しを行なうものである。この例では掃出し
用の電荷を容１ｉ１１に注入した時点で、不要信号の掃
出しが完了し、掃残しの効率が非常に良いという特徴が
ある。 （ｄｉは（，６）と（Ｃ）をミックスした駆動法である
。尚（ｂ）と（ｄｌのφ。の点線は、このようにした方
が実効的カ、バイアス電荷址が増°す。 第１３図は第８図（ａｌの回路Ｖ（ホトダイオード５１
とトランジスタ５２ヲイ＼１加ｌ−で掃出し動作もでき
ることケ示した実施例である。ランダム雑音の観点から
、袢１６２は垂自信号線容鎗１より充分小さく股引する
。この場合の描出ｌ〜はプリ１゛ンブ５へ、行なう。 第１４図２組１５図ｉ１本発明全二次元固体撮像素子に
応用１７た実施例のや体図である。６１は垂直走査回路
、６２けＣＴｌ）、６５は水平走査回路である。その他
の部分はすでに説明済のものである。 第１４図の実施例は第１２図の実施例を応用１．たもの
で第１２図（（・）の駆す法で駆動１する場合のもので
ある。他の駆動法を用いる場合に土容鎗１６のアース側
を、パルスが印加できる形にすればよい。 φ、への掃出１．、ＣＴＤ　６２への胱出しに水平帰線
期間に行ない、水平走査１υｊ間に（、’ｉ”Ｄ６２か
ら信号１ｔ：読出ず。 第１５図の実施例は第１Ｓ図の実施例を応用しまたもの
である。同図（Ａ）にとの固体撮像素子の駆動パルスの
タイミングチャート全話す。時間’Ｉ＋ｔ２にｋいて、
水平走査回路６６の出カケ７ｉべて・・イレベルにする
方法として、例えば水１１を走査回路６５のアースを持
上げるというラフ法がある。 以上説明した本発明の実施例では、いずれもアンプ２１
のゲイン金増せば電荷転送回路で発生ずるランダム雑音
電荷を従来例より大幅に減ら−すことができる。アンプ
２１の動作頭切ｔ５１常ＶＣＭ、大ゲインを有すること
が理想的でｖ、Ｊあるが、電源電圧などを渚えると現実
には不１】１能Ｃある。 従って胱出しく又は掃出【７）終工時点でアンプ２１か
量大のゲ・インにある領績で、アンプ２１を動作させた
場合、詩、出しく又は掃出り、　）の初期の時１川にお
・いてはアンプ２１のゲインがほとんどゼロである領域
で動作すること（／（なるのが世丈的であろう。この現
実的な場合のランターム紳けと、今まで述べてきた理想
的な場合のランダムｊＡ１１のけｉｎとの対応について
袖足し７ておく。 第１６図は代表的なインバータの入出力ｌ持ｔ＜ｊｇで
、横−（１が入力（トランジスタ１２又１ｄ、　５１の
ソース′屯位ν、）、縦軸が出力（トランジスタ１２又
け６１のゲ−１−電圧から１７きい値を引いた値！２．
）である。 ６点は胱（掃）出１２．開始時間（即ちバイアス電荷注
入直後）での動作点であり、６点は胱（掃）出し終了時
の１］作点であって、直線Ｕｙ−ν、との交点の近傍に
ある。ａ′点ｔ：ｊ−インバータがゲイン金持し始める
点であり、Ａｒ似的にσ点からａ′点まではゲ・ｆンゼ
ｌ−１１，Ｑ、’点からｈ点゛までか一定のゲインＧを
持つど考える。ａ′点にある時間全基準の時間、ｔ−１
］、とし　ａｌ点から６点に到達する時間音読（掃）　
ｆｉｌ　ｌ〜時間τとすノｌ、げ、今までのｉｔ！結果
から、０１点から６点までの間にトランジスタ１２ヌは
３１のチャンネルを流れる雑音電流による６点での雑音
Ｎ　（ｊｒが求する。父、１点から０１点の間に流りる
雑音ｉｈＬ流による雑音電荷は、０１点でγ射値で九肩
τ又は屑鳶　　であるから、６点ではとｈらのｆｉ＆に
０１点からｂ点°までの非転送効率ε（０）’Ｊｋ乗じ
たものとなる。従ってこのε（ｏ）金１より充分小さく
”Ｉ“ること、少くどもに拍可より小さくすることが、
本発明の効果を高めるために肝要である。 以１１、ＡｌＯ２）ランジスタによる電位幅ｊぺについ
て説明ｌ−たが、本発明は、接金形電界効果トランジス
タ、あるいはバイポーラトランジスタを用いても達成で
きる。第１７図（αｌ、（／１）ｌｄ接合形電界効果ト
ランジスタ７３、又はバ・イボーラトランジスタ７４を
用いて電荷を転送−？る回路〜（二ある。７１．７２は
容箪、７５は信号注入回路、７６は出力ＣｔＡ号処理回
路である。この回路での要点は、信号電荷全容蓋７１．
７２から出力処理回路７６に転送するときに信号注入回
路７５の出力インピーダンスが充分大きくなっているこ
と、トランジスタ７１．７４が飽和動作（即ちトランジ
スタ７３．７４を流れる電流が７６側の電圧にほとんど
影響されない）１−２でいることである。このとき谷ｔ
７１゜７２がアンプ２１による負帰還のため小さく兄え
、これらの容置に起因するランダム雑音を抑圧すること
ができる。信号注入回路乃は、例えば電流源、又はスイ
ッチを介して信号源に介する構成とし、出力信号処理回
路７６は、例えばトランジスタフ３，７４を介して転送
された電荷を増幅すｔ、１ｃｉｔ路である。 尚本１ｃ＋ｌ路ｔ４１横波Ｉ［ｊ１路としても用いるこ
とができ右が、ここでは検波回路も広義の電荷転送回路
としてとらえている。 本発明の電荷転送回路はランダム雑音を低減させるため
のものであり、アンプ２１のゲインを１０と設計すると
、従来の電荷転送回路より約１０ｄＢランダム雑音を小
さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（α）、　（ｂ）は従来の電荷転送回路の例を示
す回路図、及び駆動パルスのタイミングチャート図、第
２図は動作説明のためのポテンシャル図、第３図（（１
）、　（ｈ）ｔｔＪ別の電荷転送回路の例を示す回路図
、及び駆動パルスのタイミングチャート図、＃！４図は
動作説明のためのポテンシャル図、第５図、第６図は尋
価回路図、第７図は本発明の基本的要部回路図、第８図
（αＬ（Ａ）は本発明の別の基本的要部回路図、及び駆
動パルスのタイミングチャート図、＃ｉ　ｓ’図〜第１
１図は本発明の具体的実施例を示す回路図、□＃＜１２
図（α）〜（ｄｌは本発明の他の二実□流側の回路図、
′及び駆動パルスのタイミングチャート・図、詔１５図
（α）、　（Ａｌは更に他の一実施例の回路図、・及び
駆動パルスのタイミングチャート図、第１４図は二次元
固体撮像素子に本発明を応用した一実施例の回路図、第
１５図（αｌ、（ｂｌは同じく二次元固体撮像素子に応
用した他の一実施例の回路図、及び駆動］くルスのタイ
遼ングチャート図、　ｊｇｉ６図はインバータの特性ぜ
Ｕを示す入出力特性曲線図、第１７図（α）。 （Ａ）は本発明の別の実施例を示す回路図である。 １、１１．　ｉ３．３２．月、７２：容量２、１２．５
１．４２−４４．５’２−Ｊ８５　：　ＭＯＳ　）ラン
ジスタ（ｎチャンネルを例にとって説明している）４５
：抵抗　　　　　　　６６：ＣＴＤのゲート５−′酸比
負帰還型プリアンプ ２１：アンプ　　　　　　４１コ電圧源）１５：信号電
荷　　　　１６：バイア大電荷６：反転送電荷 ７、１４：　ＭｏＳ　）　、７ｙｘ、＋２）チャｙネｗ
ｍ　　　　　　　’７ ７３：接合形電界効果トランジスタ ７４：バイボーラトランジスタ ７５：信号注入回路 ７６：出力信号処理回路 Ｌｉ　　ｌ。 ２８、　　　　　　　　　１ １″ ｆ、、７５（０−）　　　　　ν。 ψ （°）　　　　　　　　□１ ＄２回　　　　　□ （−Ｃ−＋１−１−： 第５し１　　　　第６悶 ヱ′７し１ 第８冊 （０−） −〉ｔ ｋ−→； 弔９片１ 第１Ｑン１ ＄１１　図 第１？　図 ψθ 第１２図 （Ｃ） （ｄ） φ６・１ ＄／ブ目 ぐのジ （ｂ） 茶１４図 第１７閃 （ｃＬ） （ｂ） 第１頁の続き ０発　明　者　安藤治久 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０″″″ニー８．□１１１１２８０ｉ　　□地株式会社
日立製作所中央研究　　　　□所内 ０発　明　者　奥田章秀 横浜市戸塚区吉田町２９２番地株　　　□式会社日立製
作所家電研究所内 ０発　明　者　秋山俊之 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番　　　□地株式会社日
立製作所中央研究　　　。 所内 ０発　明　者　高橋健二 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究　　　□所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　トランジスタのソース（又はエミッタ）側に容鎗が
   接続され、このトランジスタを飽和動作させて上記容量
   の電荷をト記トランジスタのドレイン（又はコレクタ）
   側に転送する電荷転送回路において、上記トランジスタ
   のソース（又はエミッタ）側の電圧を増幅反転する増幅
   器を設け、電荷転送肋間の少なくとも一部の期間におい
   て上記増幅器の出力を上記トランジスタのゲート（又は
   ベース）に印加することを特徴とする電荷転送回路。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電荷転送回路において
   、−Ｆ記容鎗の電荷を転送する際、転送をする前に、上
   記トランジスタのドレイン（又はコレクタ）側からバイ
   アス電ｅ８　ｋ上記容量に注入する手段を倫えたこと全
   特徴とする電荷転送回路。 ３、　％許請求の範囲第２項記載の電荷転送回路におい
   て、上記バイアス電荷を注入する手段は、バイアス電荷
   を注入するとき他端にパルスが印加され、上記容量より
   小さい容鎗値を持ち、一端がＦ記トランジスタのドレイ
   ン（又はコレクタ）側に接続された小吉ｋを備え、さら
   に、この小吉址に、電界効果トランジスタを介して電圧
   負帰環型の他の増幅器を結合Ｌ　、この小吉鴬から上記
   他の増幅器への電荷の転送の際、上記電界効果トランジ
   スタを非飽和動作させること全特徴とする電荷転送回路
   。 ４、　第１のトランジスタのソース（又はエミッタ）側
   に容置が接続され、この第１のトランジスタを飽和動作
   させて上記容鎗の′ｖｔ荷をこの第１のトランジスタの
   ドレイン（又はコレクタ）側に転送する電荷転送回路に
   おいて、上記第１のトランジスタのソース（又はエミッ
   タ）側に第２のトランジスタ全弁し７てホトダイオード
   を接続するとともに、上記ソース（又はエミッタ）側の
   電圧を増幅反転する増幅器を設け、電荷転送ル」間の少
   々くとも□一部の期間にお：、−゛Ｃ上：藺増幅器の出
   力を上り・：第、：札いのトランジで夕のター１−　（
   ７１ｊはヘー　ス）’　Ｋ　印加することを％徴とする
   電荷転送回路。 ５、　％許請求の範囲第４項ｆｌｉＥｉｔｉｉｌｌ！の
   電荷転送回路において、上記ホトダイオ−ｉ？の電荷を
   読出す前に、上記容認の不要電荷を掃出すことを特徴と
   する電荷転送回路。　−□