JPS6033345B2 - 電荷転送撮像装置とその駆動方法 - Google Patents

電荷転送撮像装置とその駆動方法

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JPS6033345B2
JPS6033345B2 JP54072035A JP7203579A JPS6033345B2 JP S6033345 B2 JPS6033345 B2 JP S6033345B2 JP 54072035 A JP54072035 A JP 54072035A JP 7203579 A JP7203579 A JP 7203579A JP S6033345 B2 JPS6033345 B2 JP S6033345B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送装置を用いた撮像装置に関するもので
ある。
電荷転送装置を用いた撮像装置はフレーム転送方式、イ
ンターライン転送方式と呼ばれる方式が開発されており
、固体装置の特徴である小型軽量、低消費電力、高信頼
性を柱に急速に発展している。
しかし撮像装置として電荷転送撮像装置の利害得失を考
えると、先に述べた固体装置の利点の外、雑音、残像、
焼き付き、等では現在使用されている撮像管より優れて
いるがブルーミング、スミア現象（クロストーク）に大
きな問題を残している。従来のインターライン転送方式
による電荷転送撮像装置は第１図に示すように同一電荷
転送電極群で駆動する複数列の垂直シフトレジスタ１０
と、各垂直シフトレジスタの一側に隣接し、且つ互いに
電気的に分離された光電変換部１１と、垂直シフトレジ
ス夕と光電変換部間の信号電荷転送を制御するトランス
フアゲート電極１２と、各垂直シフトレジスタの一端に
電気的結合した電荷転送水平シフトレジスター３と、水
平シフトレジスタの一端に信号電荷を検出する装置１４
が設けらＪれている。第２図ａは第１図に示す撮像装置
におけるローロ線上における断面を模式的に示したもの
である。半導体基板１５の主面に絶縁層１６を介して垂
直シフトレジスタの電荷転送電極１７、光電変換部から
垂直シフトレジスタへの信号電荷転送を制御するトラン
スファゲート電極１８、基板半導体と異つた導電型層１
９（Ｐ−ｎ接合）で構成される光電変換部が形成されて
おり、光電変換部は隣接する垂直シフトレジスタと、列
えば基板不純物濃度より高い不純物層をもつチャネルス
トップ領域２０１こよって分離されている。また、光電
変換部以外は例えば金属層２１で光遮蔽されている。こ
のようなインターライン転送方式による撮像装置は、光
電変換部１１で入射光量に応じて蓄積した信号電荷を、
列えばトランスフアゲート１２を介してそれぞれ対応す
る垂直シフトレジスタ１０へ転送する。
垂直シフトレジスタへ信号電荷を転送した後、トランス
フアゲートが閉じられ、光電変換部１１は次の周期の信
号電荷を蓄積する。一方、垂直シフトレジスター０へ転
送された信号電荷は並列に垂直方向に転送し、各垂直シ
フトレジスタの一水平ライン毎に、水平シフトレジス夕
１３に転送される。水平シフトレジスタへ送られた電荷
は次の垂直シフトレジスタから信号が転送されて来る間
に水平方向に信号電荷を転送し電荷検出部１４から信号
として外部に取り出される。この様な従来の電荷転送撮
像装置では、第２図ｂの電位分布図で示すように光電変
換部１１以外のチャネルストップ領域２０、またはトラ
ンスフアゲート電極との境界に照射された光２２は第２
図ｂに示すように光電変換部の電位井戸２３外で信号電
荷を発生し、この電荷の一部は隣接する垂直シフトレジ
スタ２４または光電変換部に対応する垂直シフトレジス
タ２５に流れ込む。また光電変換部の主面に対して角度
をもって入射する光、は半導体基板表面で反射し絶縁層
、多結晶シリコンで形成された電極層の中を多重反射し
ながら第２図ａで示す断面の横方向に伝播してゆき、隣
接する垂直シフトレジスタ、及び各、光電変換部に対応
する垂直シフトレジスタ内で吸収され電荷群を発生させ
る。この様な現象が、垂直シフトレジスタで信号電荷を
転送している期間に起ると、各垂直ラインに照射されて
いる光量に応じて各垂直シフトレジスタに漏れる電荷の
量が異なるため、各垂直ラインの平均光量差が、階出力
レベルの差となって現われ、一般にスミアと呼ばれる現
象がみられる。
もつ一つの問題として第２図ｃに示す電位分布図のよう
に光電変換部に強い光が入射し光電変換部で蓄えられる
最大電荷量以上の電荷が発生した場合、その電荷は光電
変換部の電位井戸２３からあふれ出し隣接する垂直シフ
トレジス夕の電位井戸２４又は光電変換部に対応する垂
直シフトレジスタの電位井戸２５に流れ込む。この現象
は一般にフルーミング現象と呼ばれ、撮像画像では白い
線状のパターンになる。本発明は上記の欠点を無くした
新しい構造の電荷転送撮像装置とその駆動方法を提供す
るものである。
本発明によれば同一半導体基板上に形成され、同一電荷
転送電極群で駆動でき、且つ互いに電気的に分離された
複数列の電荷転送装置から成る第１の垂直シフトレジス
タ群と前記各第１の垂直シフトレジス夕間にチャネルス
トップ手段によって互いに電気的に分離され電荷の蓄積
が可能な光電変換部ァレーと、列方向に沿う前記光電変
換部ァレ−の信号電荷を対応する第１の垂直シフトレジ
ス夕に転送する装置とからなる感光領域と前記第１の垂
直シフトレジスタの一端に電気的に結合された電荷吸収
装置と、前記各第１の垂直シフトレジスタの他の一端に
電気的に結合し、同一電極群で駆動する第２の垂直シフ
トレジスタ列群から成る記憶部と、前記第２の垂直シフ
トレジスタの他の一端に電気的に結合された電荷転送水
平シフトレジスタから成る電荷転送撮像装置が得られる
。
さらに本発明によれば、前記電荷転送撮像装置において
前記光電変換部で蓄積した信号電荷群を対応する第１の
垂直シフトレジスタに転送した後、前記第１の垂直シフ
トレジスタの信号電荷群を前記第２の垂直シフトレジス
タへ順方向電荷転送し、該、第２の垂直シフトレジスタ
の信号電荷群を前記水平シフトレジス夕へ転送すると共
に、前記第２の垂直シフトレジスタの信号電荷を水平シ
フトレジスタへ転送している期間前記第１の垂直シフト
レジスタを前記電荷吸収装置へ逆方向電荷転せしめるこ
とを特徴とする電荷転送撮像装置の駆動方法が得られる
。次に本発明についてその実施例についてその実施例を
示す図面を用いて説明する。
第３図は本発明の撮像装置を説明するための横造模式図
で、第４図は第３図に示す感光領域の一部拡大図、第５
図は第４図に示すＶ−Ｖ線上における断面模式図、第６
図は第３図に示す本発明の撮像装置のの−の線上におけ
る断面図、第７図は本発明の撮像装置を駆動する垂直シ
フトレジスタのクロツクパルスの一列を示すものである
。
説明を簡単にするために本発明の実施例はＮチャネルの
電荷転送装置で二相パルス駆動で動作する撮像装置につ
いて説明する。第３図において、２６は例えば基板とＰ
−ｎ接合を形成する光電変換部、２７は列状に配置され
ている第１の垂直シフトレジスタで図示していないが同
一の電荷転送電極群で駆動される。
第１の垂直シフトレジス夕列群の一端（第３図の上方）
には、例えば基板と反対の導電型Ｎ＋層からなる電荷吸
収装置２８が設けられている。第１の垂直シフトレジス
タ列の一側とそれに対応する光電変換部の間に光電変換
部で蓄積した信号電荷群を第１の垂直シフトレジスタに
移す動作を制御するトランスフアゲート電極２９が配置
されている。以上の光電変換部２６、第１の垂直シフト
レジスタ２７、トランスフアゲート電極２９が配置され
ている領域を感光領域３０と呼ぶことにする。感光領域
３０第１の垂直シフトレジスタ群２７の他の一端（第３
図の下方）には、第１の垂直シフトレジスタと電気的に
結合された第２の垂直シフトレジスタ群３１が配置され
ている。第２の垂直シフトレジスタ３１の電荷転送段数
は第１の垂直シフトレジス夕の段数と等しいか、それよ
り少し多い（１０転送段以内）電荷転送装置で構成され
、第１の垂直シフトレジスタ同様図示してないが同一電
極群で駆動される。
また、第２の垂直シフトレジスタには対応する光電変換
部およびトランスフアゲート電極がないため、第１の垂
直シフトレジス夕と同量の電荷を転送するための電極面
積が大きく取れ、垂直方向に短かく構成できる。この第
２の垂直シフトレジスタ領域を記憶領域３２と呼ぶこと
にする。さらに記憶領域３２の第２の垂直シフトレジス
タ３１の他の一端（第３図の下方）には第２の垂直シフ
トレジスタと電気的に結合した水平シフトレジスタ３３
が配置されている。
また水平シフトレジスタの一端には電荷検出部３４が配
置されており、ここから外部に信号として取り出される
。第４図は、第３図に示す感光領域３０の一部分拡大図
を、第５図は第４図のＶ−Ｖ線上における断面図を示す
。ＰＭ，Ｎ，ＰＭＴ，，Ｎ，…ＰＭ，Ｎ十，，ＰＮ十，
，Ｎ＋．・・・は光電変換部であり、第５図に示す半導
体基板３５と反対の導電型をもつ半導体Ｎ十領域３６で
構成されている。
ＲＭ、ＲＭ十，…は列状に配置されている第１の垂直シ
フトレジスタで、光電変換部、第１の垂直シフトレジス
夕闇には例えば半導体基板３５と同一導電型で基板不純
物濃度より高い濃度を有し、且つ所要の厚さをもつ絶縁
層３７が彼着してあるチャネルストップ領域３８で分離
されている。各第１の垂直シフトレジスタとそれに対応
する光電変換部の間には第５図に示すように半導体基板
表面上に絶縁層３７を介してトランスフアゲート電極３
９が配置されている。
各第１の垂直シフトレジスタの電荷転送電極群４０…
４０Ｎ＋，，４０Ｍ２・・・は各光電変換部を垂直方向
に分離するチャネルストップ領域３８上を通じて隣接す
る第１の垂直シフトレジスタの転送電極と接続されてい
る。電荷転送電極群４０Ｎ，４０Ｎ＋，，・・・は二相
駆動が可能な電極構成であり、具体的には、垂直シフト
レジスタのそれぞれの電極内に例えば第４図の光電変換
部ＰＭ，Ｎに対応する電極４１で示すように電位障壁領
域４２、電荷蓄積領域４３の二つの領域に分かれており
、それぞれ独立の電極で覆われている。従って、第４図
に示す転送電極４０Ｎ，４０Ｎ十．・・・はそれぞれ電
位障壁電極、電荷蓄積電極の二つの電極を含んでいる。
また、光電変換領域以外は第５図に示すように例えばア
ルミニュームのような光を通さない物質４４で光遮蔽さ
れている。第６図は、第３図に示す第１、第２の垂直シ
フトレジスタのの−の線上における断面を模式的に示し
たもので、これらの領域は光遮蔽されている。一例とし
て第１、第２の垂直シフトレジスタはＮチャネル二相駆
動で動作する。４５はＮ＋領域で第３図の電荷吸収装置
２８に対応しており、バイアス端子４６が接続されてい
る。
感光領域３０（第１の垂直シフトレジスタ）の転送電極
のうち４７ａ，４７ｂは電荷蓄積電極、４８ａ，４８ｂ
は電位障壁電極で列えばこの電極直下の基板不純物濃度
は高くなっている。４７ａと４８ａ、４７ｂと４８ｂの
組合せが第４図の転送電極４０Ｎ，４０Ｎ川…に対応す
る。
また、第１の垂直シフトレジスタは、蓄積電極と電位障
壁電の組合せに対して一つの光電変換部と対応している
。第１の垂直シフトレジスタの電極群は１段を構成する
４つの電極、例えば４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂが
それぞれ異つたパルス供給線５１，５２，５３，５４に
鞍続されている。記憶領域３２（第２の垂直シフトレジ
スタ）の転送電極のうち４９ａ，４９ｂは電荷蓄積電極
、５０ａ，５０ｂは電位障壁電極で、第２の垂直シフト
レジスタの電極群は４９ａと５０ａ、４９ｂと５０ｂが
それぞれ共通後続され、二つのパルス供給線５１，５２
に接続されている。
電極５５は水平シフトレジスタに一転送電極を示すもの
で第６図に対して垂直の方向に、二相駆動で動作する電
荷転送装置から成り、電荷転送終段は電荷検出装置と結
合されている。
次に第３図、第４図、第５図、第６図及び第７図を用い
て本発明の動作を説明する。
第７図の波形５６，５７は第１、第２垂直シフトレジス
タに印加する二相パルス波形で、各垂直レジスタは２段
の転送装置で構成されている場合の波形例である。
また、波形５８はトランスフアゲートのパルス波形を示
している。第６図におけるパルス供給線５１に第７図に
おける波形５７が、パルス供給線５２に第７図における
波形５６が印加されている。
時刻りこトランスフアゲート電極にパルスが印加され、
トランスフアゲート直下が導適状態になる。
この時、感光領域３０の第１垂直シフトレジスタの電荷
蓄積電極４７ａに供給するパルス５６がオン状態である
ため蓄積電極４７ａに対応する光電変換部の信号電荷が
、蓄積電極４７ａに転送される。この時、蓄積電極４７
ｂに供給するパルス５７はオフ状態のため蓄積電極４７
ｂに対応する光電変換部の信号電荷は第１の垂直シフト
レジスタには転送することができない。時刻らでトラン
スフアパルスがオフすると電荷蓄積電極４７ａに対応す
る光電変換部は次のフィールドの光情報を蓄積する。糊
庵町，で第１垂直シフトレジスタの電位障壁電柱４８ａ
に接続しているパルス供給線５４にはパルス５６を、４
８ｂに接続しているパルス供給線５５にはパルス５７を
それぜれ印加すると、第１の垂直シフトレジスタに移さ
れた信号電荷群は期間Ｔ，間に高速で記憶領域を構成す
る第２の垂直シフトレジスタへ転送される。この高速転
送の期間、各光電変換部からは従来の撮像装置と同様、
スミア現象による漏れ電荷やフルーミングによるオーバ
ーフロー電荷が第１の垂直シフトレジスタに流れ込むが
、これらの電荷は信号電荷が第１の垂直シフトレジスタ
間に転送している時間に比列するため、期間Ｔ，の転送
スピードが早いほど漏れ電荷やオーバーフロー電荷の流
れ込みが少ない、例えば、実用的な垂直方向に５０傍素
子の光電変換部があるテレビジョン用撮像装置では、従
来の場合、１６ｍｓｅｃ間漏れ電荷やオーバーフロ−の
電荷を吸収していた第１の垂直シフトレジスタが、本発
明の場合、高速転送をＩＭＨ２とすると、２５０山ｓｅ
ｃの時間で済み、約１／６０に減少する。期間Ｔ，で第
２の垂直シフトレジスタに転送された信号電荷は期間Ｔ
２で１水平ラインの信号を読みだす周期（標準テレビの
場合６３．５仏ｓｅｃ）で水平シフトレジスタに転送す
る。
期間Ｔ２で第１垂直シフトレジスタの電位障壁電極４８
ａに接続しているパルス供給線５４にパルス５７，４８
ｂに接続しているパルス供給線５３にパルス５６のよう
に期債ｍ，とパルス波形を入れかえると第１垂直シフト
レジスタは４７ａと４８ｂ、４７ｂと４８ａで蓄積領域
と障壁領域の一電極を構成するため第１の垂直シフトレ
ジスタは期間Ｔ，と逆方向に電荷転送する。
期間Ｔ２では期間Ｔ，と同様各光電変換部からはスミア
現象による漏れ電荷やブルーミングによるオーバーフロ
ー電荷が第１垂直シフトレジスタに流れ込むが、この電
荷は電荷吸収装置４５に吸収されるため信号電荷とは混
合することがない。
時刻らでトランスフアゲート電極に再びパルスが印加さ
れると第１の垂直シフトレジスタの電荷蓄積電極４７ｂ
に供給するパルス５７がオン状態であるため蓄積電極４
７ｂに対応する光電変換部の信号電荷が蓄積電極４７ｂ
に転送される、この時、蓄積電極４７ａに印加されるパ
ルス５６はオフ状態のため、蓄積電極４７ａに対応する
光電変換領域の信号電荷は第１の垂直シフトレジスタへ
は転送できない。時刻ｔ４でトランスパルスがオフする
と蓄積電極４７ｂに対応する光亀変換部は次のフィール
ドの電荷蓄積を開始する。期間ｔでは期間Ｔ，と同様な
波形を各電極に与えることにより信号電荷を第２の垂直
シフトレジスタに転送する。同じように期間財４では期
間可２と同様な波形を各電極に供給し第２の垂直シフト
レジスタの信号電荷は水平シフトレジスタ３３へ、第１
の垂直シフトレジス外まそこに漏れて釆るスミア及びオ
ーバーフロー電荷吸収装置４５へ転送する。このような
期情ｍ，から期間Ｌまでの動作をくり返すことにより周
知の動作である飛び起し走査が可能になる。以上の説明
による本発明の撮像装置は、第１の垂直シフトレジスタ
列と、それに対応する光電変換部と、この光電変換部に
蓄積した信号電荷を第１の垂直シフトレジスタへ転送す
ることを制御するトランスファゲート電極から成る感光
領域と第１の垂直シフトレジスタ列の一端に設けられた
電荷吸収装置と、第１の垂直シフトレジスタの他の一端
に接続される第２垂直シフトレジスタから成る記憶部と
、第２の垂直シフトレジスタに接続される電荷読み出し
水平シフトレジスタから成る電荷転送撮像装置で、光電
変換部で蓄積した信号電荷を対応する第１の垂直シフト
レジスタへ転送し、この信号電荷を第２の垂直シフトレ
ジス夕へ順方向に転送する。
そして、第２の垂直シフトレジスタへ転送された信号電
荷を水平シフトレジスタへ順次転送し水平シフトレジス
タから信号として取り出す。この第２の垂直シフトレジ
スタから水平シフトレジスタへ信号電荷を転送している
期間、第１の垂直シフトレジス夕は電荷吸収装置へ逆方
向転送する駆動方法によって、従来、問題とされていた
電荷転送装置のスミア現象、及びブルーミング現象を完
全に防止することができる。尚、本発明の説明ではＮチ
ャネル電荷転送装置で説明したがＰチャネル電荷転送装
置でも電圧の極性、半導体装置の導電型を変えるだけで
同機な撮像装置が実現できる。また、電荷転送装置とし
て表面チャネルで説明しているが埋込みチャネルでも全
く変りない動作が実現できる。さらに本実施例では二相
駆動で動作する電荷転送装置で説明しているが４相駆動
装置でも基本的な動作は全く変らない。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のインターライン転送方式による撮像装置
の構成図、第２図は第１図のロー０線上における断面模
式図、及び電位分布を示している。 第３図は本発明による電荷転送撮像装置の構成図、第４
図は第３図に示す感光領域の一部拡大図、第５図は第４
図に示すＶ−Ｖ線上における断面模式図、第６図は第３
図のＷ−の線上における断面模式図、第７図は本発明の
動作を説明するためのパルス波形を示す。１，２６，Ｐ
Ｍ，Ｎ，ＰＭ＋，，Ｎ・・・は光電変換部、２７は第１
の垂直シフトレジスタ、１２，２９はトランスフアゲー
ト電極、２８は電荷吸収装置、３１は第２の垂直シフト
レジスタ、１３，３３は水平シフトレジスタ、３０は感
光領域、３２は記憶部を示す。 弟’図 第２図 弟３図 器４図 群づ図 弟ぅ図 第７図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 同一半導体基板上に形成され、同一電荷転送電極群
    で駆動でき、且つ互いに電気的に分離された複数列の電
    荷転送装置から成る第１の垂直シフトレジスタ群と、前
    記各第１の垂直シフトレジスタ間にチヤネルストツプ手
    段によつて互いに電気的に分離され、電荷の蓄積が可能
    な光電変換部アレーと、列方向に沿う前記光電変換部ア
    レーの信号電荷を対応する第１の垂直シフトレジスタに
    転送する装置とからなる感光領域と、前記第１の垂直シ
    フトレジスタの一端に電気的に結合された電荷吸収装置
    と、前記各第１の垂直シフトレジスタの他の一端に電気
    的に結合し同一電極群で駆動する第２の垂直シフトレジ
    スタ列群から成る記憶部と、前記第２の垂直シフトレジ
    スタの他の一端に電気的に結合された電荷転送水平シフ
    トレジスタから成る電荷転送撮像装置。 ２ 同一半導体基板上に形成され、同一電荷転送電極群
    で駆動でき、且つ互いに電気的に分離された複数列の電
    荷転送装置から成る第１の垂直シフトレジスタ群と、前
    記各第１の垂直シフトレジスタ間にチヤネルストツプ手
    段によつて互いに電気的に分離され電荷の蓄積が可能な
    光電変換部アレーと、列方向に沿う前記光電変換部アレ
    ーの信号電荷を対応する第１の垂直シフトレジスタに転
    送する装置とからなる感光領域と、前記第１の垂直シフ
    トレジスタの一端に電気的に結合された電荷吸収装置と
    、前記各第１の垂直シフトレジスタの他の一端に電気的
    に結合し同一電極群で駆動する第２の垂直シフトレジス
    タ列群から成る記憶部と、前記第２の垂直シフトレジス
    タの他の一端に電気的に結合された電荷転送水平シフト
    レジスタから成る電荷転送撮像装置において前記光電変
    換部で蓄積した信号電荷群を対応する第１の垂直シフト
    レジスタに転送した後、前記第１の垂直シフトレジスタ
    の信号電荷群を前記第２の垂直シフトレジスタへ順方向
    電荷転送し、該第２の垂直シフトレジスタの信号電荷群
    を前記水平シフトレジスタへ転送すると共に、前記第２
    の垂直シフトレジスタの信号電荷を水平シフトレジスタ
    へ転送している期間前記第１の垂直シフトレジスタを前
    記電荷吸収装置へ逆方向電荷転送せしめることを特徴と
    する電荷転送撮像装置の駆動方法。
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