JPS63142670A - 電荷結合装置 - 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】 本発明は、半導体本体に形成した電荷転送チャンネル、
及びその電荷転送チャンネルを通過する電荷を制御する
電極を有し、電荷バケットの蓄積時には本装置がｍ相装
置として動作し、転送時にはｎ相（ｎはｍより大）とし
て動作するような電圧を前記電極システムに印加させる
シフトレジスタが設けられていて、先行する電荷バケッ
トがすでに一定の距離進んでしまうまで電荷バケットが
転送されない電荷結合装置である。

このような装置自身は、　“Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉ
ｇｅｓｔＩＥＤＭ　（１９８４）”のｐ、ｐ、４０〜４
３にあるＡ、Ｊ、Ｐ、　Ｔｈｅｕｗｉｓｓｅｎ外による
記事“Ｔｈｅ　Ａｃｃｏｒｄｉｏｎ　Ｉｍａｇｅｒ：　
ＡｎｔＪＩｔｒａ−Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｆｒａ
ｍｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　ＣＣＤ”により公知である。

この刊行物にはフレーム転送型の撮像装置が記載されて
いる。蓄積期間に於いては、光電流を蓄積するポテンシ
ャル井戸が１個置きの電極に形成される２相装置として
動作する。中間電極はポテンシャル井戸の間のバリア電
極として機能する。転送中は、この装置は４相装置とし
て動作し、電荷バケツ！・がお互いに混合しないように
するために第２画像ラインからの距離が充分大きくなる
まで第１画像ラインを先ず転送させ、その後第１及び第
２画像ラインが同時にある距離移動するように構成され
ている。画像ラインは、それ故、転送の開始から同時に
転送されることはなく、先行する画像ラインからの距離
が十分なときに、毎回新しい画像ラインが転送される。

同様な方法で、メモリ部の情報を圧縮することが出来る
。

このときの電荷バケットも１個置きの電極に保持される
。

電極に連続的にクロック電圧又は直流電圧を印加するた
めに、１個以上のシフトレジスタが使用される。シフト
レジスタの別々の出力は、例えば、前述の刊行物に記載
されているように、電極に直接接続することができる。

又例えば、本出願人によるオランダ特許出願８３０１９
７７に記載されているように、一連のスイッチを介して
接続し、電極をクロック電極か直流ラインのどちらか一
方に接続することを可能にすることもできる。

これら公知のアコーディオン型のＣＯＤに於いては、少
なくとも電荷転送時には、電極は原理的にお互いに同じ
ものである。つまり各電極は電荷保持電極として機能し
、クロック電圧、例えば１０Ｖが各電極に印加される。

ある応用については、特に大きなＣＣＤでは、低消費電
力のクロックシステムが望ましい。本発明の目的は、そ
れ故、最初のパラグラフで述べた種類のアコーディオン
ＣＯＤで、蓄積容量が不変の公知のアコーディオンＣＣ
Ｄよりも低消費電力で動作させることができるものを提
供することにある。

さらに、公知のＣＣＤでは電極１個がシフトレジスタの
１段に対応しているので、装置の製造上問題となる設計
上の技術的問題が生じることになる。と言うのは、シフ
トレジスタのステージ間のピッチと電荷結合装置の電極
間のピッチは一般的にはお互いに対応しないからである
。一般的には相対的に広いスペース、特にシフトレジス
タから電極へのワイヤリングに必要なスペースについて
解決策を見出さねばならない。本発明の他の目的は、そ
れ故、公知の装置よりも単純な設計ルールによりアコー
ディオンＣＣＤを提供することにある。

ある場合には、特に放射線画像を電気的な信号に変換す
る画像センサに於いては、例えば本出願人による昭和６
２年１１月２０日付けの特許出願ｒＣＣＤ撮像装置」に
記載されているように、転送方向を反転させることが望
ましい。

本発明のさらに他の目的は、それ故、転送方向を単純な
方法で反転させることのできるアコーディオンＣＯＤを
提供することにある。

本発明による電荷結合装置の特徴は、電極システムのう
ちのサブグループのみが、シフトレジスタに接続されて
いて少なくとも複数の電極に共通する電源に導電的に接
続されている電極と交互に構成されていることである。

図面の説明から明らかなように、共通クロックラインに
接続されている電極は転送電極として使用することがで
き、当該サブグループを構成する電極は、保持電極とし
て使用することができる。

転送電極でのクロック電圧の電圧跳躍を小さくすること
ができ、例えば最大でも保持電極でのクロック電圧の電
圧跳躍のわずか１１５にしかならないので、本発明の装
置は消費電力をかなり減少させることができる。

さらに１個置きの電極のみがシフトレジスタに接続され
れば良いので、上述した設計上の問題はかなり解決され
、及び／又はワイアリングも減少する。

次の記述から明らかなように、転送方向は非常に単純な
方法で、例えば印加されるクロック電圧との同期によっ
て、反転させることができる。

本発明のいくつかの実施例と添付のダイアグラム図によ
って、本発明をさらに詳しく記述する。

第１図は本発明のアコーディオンＦＴセンサの回路図を
示す。ＦＴセンサ自身の構造と動作については一般的に
知られていて、すでに多くの刊行物に記載されている。

それ故、本発明の従来の構成と共通する部分や特徴はこ
れ以降記載されない。

これらの詳細については文献を参照されたい。

第１図の装置は、破線で示される電荷転送チャンネルを
有する電荷結合素子を平行に並べたシステムからなる。

転送方向は原則的には上から下へ向いている。一連のＣ
ＣＤは、その表面に入射放射線が当たる撮像部Ａと、斜
線で図示されているように入射放射線を阻止する例えば
Ａ１遮蔽層により遮蔽されている保持部Ｂを有して構成
されている。部分Ｂの下側には、従来の装置と同様に、
水平読み出しレジスタＣが配置されていて、その出力は
アンプ２に接続され、そのアンプの出力側から出力信号
が取り出される。一般的には、直列レジスタＣも又、入
射放射線に対して遮蔽されている。

情報の保持と転送を制御するために、この装置の保持部
には電極システム３が、撮像部には電極システム４が設
けられている。直列レジスタＣには、図面の簡単化のた
めに図示されていない従来の２．３又は４相電極システ
ムが設けられている。

各電極システム３及び４は、各々参照数字３，１及び４
．１で表示される一連の電極から構成されている。

なお、ここでｉはその電極を指定する数字で、お互いの
電極を区別するのに使用される。

上述したアコーディオンモードでこの装置を動作させる
ために、この装置にはＣＯＤのマツ！・以外にシフトレ
ジスタ５及び６が設けられていて、これによって、人力
信号Ｉｎと１ｓｔに応じて、クロック電圧が電極システ
ム３及び４に望ましい順序て印加される。しかしながら
本発明のＨａは公知のアコーディオンセンサと異なって
、全ての電極が対応するシフトレジスタに接続されてい
るのではなく、半分の電極のみ、さらに詳細には偶数番
号のみ、つまり３，２；　３，４；　３．Ｇ等の電極の
みがシフトレジスタに接続されている。奇数番号の中間
電極は、この実施例では２本のクロックライン７．８及
び７’、８’のうちの少なくとも１本に接続され、数多
くの電極に共通の電圧を、動作中のどの時点に於ても印
加することが出来る。

電極のうちの半分のみがシフトレジスタの電極に接続さ
れれば良く、残りの電極は１個以上の導電トラックに導
電的に接続されるので、装置の設計がかなり単純化され
る。さらにクロックライン７．８に印加されるクロック
電圧Ｃ＋　、　Ｃ２の最大電圧跳躍とライン？’、８’
に印加されるクロック電圧Ｃ＋　、　Ｃ２の最大電圧跳
躍が後に詳しく述べるように、それぞれ小さいので、電
力消費もかなり低くすることが出来る。

第２図は電荷転送チャンネル１に沿ったこの装置の一部
分の断面図である。この素子は、例えばＳｉのような、
適当な半導体材料の本体のｐ型表面領域１０に、ｎチャ
ンネル素子を形成したものである。この電荷結合素子は
いわゆる表面型でも、撮像素子てよく使用される埋め込
み型でもよい。

埋め込み型の場合には、薄いｎ型の拡散像域１１が表面
に形成される。ｎ型領域１０とｎ型領域１１の間の境界
は、第２図で破線で示されている。

保持部のクロック電極３と一部分のみ図示されているセ
ンサ部の電極４が表面に設けられていて、これらは薄い
ゲート絶縁膜によって相互に分離されている。それらを
相互に区別するために、図示の電極には２ｊ−１，２ｊ
、　　２ｊ＋１．　２ｊ＋２等の表示がなされている。

２ｊ、　　２ｊ＋２　（ｊ　：　整数）の電極は図の上
部にブロックダイアグラムで示されているシフトレジス
タ６の出力端に接続されている。奇数番号２ｊ−１，２
ｊ＋］等の電極は、クロックライン７．８のうちの１本
に接続されている。

この実施例に於いては、シフトレジスタ６は一連のイン
バータ回路１３によって構成されていてスイッチ１４に
よって相互に接続されている。一つ置きにインバータ１
３がクロック電極に接続されている。スイッチ１４は２
個のクロック電圧φ１とφ２（２相のシフトレジスタ）
によって駆動される。もちろん、別の公知のシフトレジ
スタる使用し得る。例えば、シフトレジスタを非反転ス
テージにより構成することもできる。２相のシフトレジ
スタの代わりに３相又は４相のレジスタを使用すること
もできる。

第５図はシフトレジスタ６の１段についての具体的な実
施例を示す。インバータ段は、主に、高電圧レベルＨと
低電圧レベルＬの間に直列接続されたｐ−ＭＯ３）ラン
ジスタ１５とｎ−ＭＯＳ）ランジスタ１６からなるＣＭ
Ｏ９の対から構成される。トランジスタ１５．１６のゲ
ート電極により構成されているインバータ１３の入力端
は、絶縁ゲート電界効果トランジスタからなるスイッチ
１４のソース／ドレイン領域のどちらか一方に接続され
ている。スイッチ１４はゲート電極に印加されるクロッ
クφ１．φ２によってＯＮ、　　ＯＦＦされる。トラン
ジスタ１５．１６の共通接続点はインバータの出力端と
なって、トランジスタ（ＭＯＳ　Ｔ）１４に接続される
一方、クロック電極２ｊで示されるＣＯＤのクロック電
極にも接続される。２個のトランジスタ１５．１６のう
ちのどちらが導通しているかによって、電圧Ｈあるいは
電圧りが電極２ｊ。

２Ｊ÷２等に印加される。

第３　ａ−ｄ図には、参照符号ａ、ｂ、ｃ、ｄ等で区別
された複数のインバータ１３の出力が示されている。第
４図には、複数の点ａ、ｂ　、ｃ　、ｄ等で参照符号Ｖ
、、Ｖｂ、ＶＣ等によって示される電荷転送中の電圧が
示されている。第４図には、クロック電圧φｌ、φ２．
Ｃ１及びＣ２も示されている。第３ａ−ｄ図には、第２
図に示された電荷転送チャンネルの部分に於ける電荷転
送中のポテンシャル分布が示されている。通常の素子は
ｎチャンネル素子であるので、正のポテンシャルが下向
きにプロットされている。この図で実線は、常に電圧Ｈ
が電極２Ｊ。

２ｊ＋２．　２ｊ＋４等に印加されている状況を示し；
破線はその電極がＬの時のポテンシャルを示している。

第３ａ図で、実線は蓄積期間後の状況を示し、斜線で示
されている信号電荷１７は電極２Ｊｔ　　２Ｊ”２＋２
ｊ＋４等の下に保持されている。信号電荷！？、１；　
１７．２；　１７，３；等はクロックＣ１とＣ２に対応
するポテンシャルバリアによって相互に分離されている
。

ｔｓではＣ１がＣ２より高いので（第４図参照）、信号
電荷１７．ｌの左端でのバリア１８，１は、この信号電
荷の右端でのバリア１８，２より低い。ｔｌで第２図の
第１スイツチ１４がφ１パルスによって導通し、その結
果、ｌインバータ１３の入力端子が変化する（上昇する
）。このインバータの出力がＬになると、最先のポテン
シャル井戸のポテンシャルレベルが上昇する（第３ａ図
の破線）。電荷１７，１は最も低いバリア、つまりバリ
ア１８，１を通って図の左側にあるポテンシャル井戸（
図示されていない）に流れ込む。バリア１８，２は、右
方向への転送が阻止される程度に高くなくてはならない
。クロックＣ１と０２に於ける電圧跳躍を制限するため
に、シフトレジスタ６はＶ　−、Ｖ　ｂ　、　Ｖ−等の
後縁を傾いた形にするように機能するのが望ましい。こ
れによってポテンシャル井戸の上昇レベルが緩慢になり
、電荷バケットのポテンシャルレベルがポテンシャルレ
ベル１８，２を越えることなく、電荷が低いバリア１８
．１を通って左の方向へ流れる事が可能となる。

この傾いた部分は、トランジスタ１５．１６の寸法によ
って、例えはｐチャンネルトランジスタ１５の幅をトラ
ンジスタ１６のそれよりもかなり大きくすることによっ
て、非常に簡単に得られる。このようにして、かなり小
さな電圧跳躍、例えばレベルＨとＬの間の電圧差ｌＯｖ
に対して１■という、クロック電圧Ｃ１と０２に対して
は、満足できるものを得る事ができる。電極が同じ表面
積を有する時は、電圧跳躍の２乗に比例する電極２ｊ−
ｔ。

２ｊ＋１．　２ｊ＋３の電力消費は、電極２ｊ、　　２
ｊ＋２．　２ｊ＋４を駆動させる電力消費より２５倍も
低くなる。実際上、電極２ｊ−１，２ｊ＋１等が単に転
送電極の働きしかしないので、出来る限り小さく作られ
る場合には、この差をかなり大きくすることが出来る。

ｔｌでは電荷バケツ）　１７．１のみが転送されること
に注意されたい。接続点ｃ　、ｄ　、ｅ　、ｆ等の電圧
はφ２て駆動されたスイッチが導通しないのでｔｌでは
変化しない。このようにして、信号電荷１７，２；　Ｉ
Ｔ、３等はその位置を変えない。

ｔ２（第４図）では、Ｃ１が低くなりＣ２が高くなる。

ポテンシャルバリア１８．ｌ；　１８，３；　１８，５
（第３ｂ図）が次いで高くなり；バリア１８，２；　１
Ｂ、４等が低くなる。続いて、φ２がパルスを発生し、
ｂ点での信号りが第２インバータの入力に転送される。

次いでＶ、（第４図）がＨになる。ｔ３て、φ１がパル
スを発生し、その結果、この高レベルの信号が次段のイ
ンバータに転送されて反転し、その時点てＶｄが低くな
り、又、第３ｂ図の破線で示されるように、電極２Ｊ＋
２での電圧も低くなる。バケツ）　１７．２は空の井戸
に転送される。同時に、図示されていない電荷バケツ）
１７．ｌのような、先の電荷バケットもざらに転送され
る。

ｔ４（第４図）で、ＣＩとＣ２が再び反転し、すぐにそ
の後φ２がパルスを発生し、その結果ｖａとＶ、が変化
する。次のφ１パルス（ｔ５）で、これらの変化が転送
され次のインバータにより反転され、その結果クロック
電極ＶｂとＶｔが共に低くなる。

電荷バケツ）　１７．２と１７，３はもはや図示されて
いない電荷バケツ）　１７．１と共に同時に再び左方向
へ１位置分シフトする。次のステージでは、第３ｄ図の
破線で示されるように、電荷バケツ）　１７．４も又転
送される。

このようにして、センサ部に存在する全ての信号電荷を
保持部へ転送することが出来る。電荷の蓄積に対しては
（第３ａ図参照）、センサ部は２相ＣＣＤとして動作し
、転送に対しては（第３ｄ図参照）４相ＣＣＤとして動
作する点に注意されたい。蓄積の際に２相モードの動作
を採用すると画像を記録するとき各感光素子は２本の電
極にしか対応しないので、周知のように、高解像度が得
られる。電荷バケットを一度に全て転送せずに徐々に行
う場合には、バケットが転送時に一緒になって、情報が
失われてしまうという事態を防ぐことが出来る。

同様にして、センサ部から保持部への転送時、保持部の
情報を再び圧縮し、２相モードによって保持することが
出来る。これを示すために、第６図はＣＣＤの保持部の
一部を示している。第７ａ〜ｄ図は第８図に示す時間ｔ
の函数としての電圧が印加されたときの、動作中の対応
するポテンシャル分布を示す。シフトレジスタ５はセン
サ部のシフトレジスタ６と構成上は同じである。各イン
バータの出力には参照符号ａ’　、ｂ’　、ｃ’が付さ
れている。印加された電圧値はセンサ部のそれに対応し
ている。ｔ６以前に於いては（第８図）、電圧は図示さ
れている全ての点で、４相モ一ド動作によって変化して
いるａ　　ｊｓで、Ｖ　ａ　’がＨからＬに変化し、こ
れ以後変化せず、再びアコーディオンモードが圧縮され
る。ｔ７でくφ′１、パルス）、Ｖ、ｌ′の最後の変化
がＶｂ′のＬ→Ｈの跳躍に変換され、その結果、以後変
化しない電圧Ｈが、クロック電極３，２Ｊに印加される
。一方、電荷バケット１７、ｌ；　１７，２が、電極３
．２ｊ＋２．　３．２ｊ＋６の下に前述した４相転送メ
カニズムにより、到達する。

Ｌ７では、Ｖ　ｄ’とＶｈ′、従って電極２ｊ＋２；２
ｊ＋６の電圧が低レベルＬになり、一方、Ｃｔｌが低レ
ベルにＣ／２が高レベルになる。バケツ）１７，１；１
７．２の領域でのポテンシャルが第７ａ図の破線で示さ
れるレベルに上昇する。その結果、バケットはバリア１
８，２’と１８．４’を越えて左の方向へ１位置シフト
する。電荷バケット１７．ｌが電極３，２ｊの下に保持
され、電圧Ｖ　、　／がバケッ）１７．Ｉを水平読み出
しレジスタＣに移すために再び変化するまでそこに留ま
る。電荷バケツ）　１７．２が電極３，２Ｊ＋／ｌ　（
第７ｂ図）の下に到達する。ｔ８に於いて、Ｖ　ｄ’、
従って電極３．２ｊ＋２が再び高レベルになり、同時に
Ｖｒ’が低レベルになる。Ｃ’＋が高レベルでＣ′２が
低レベルになるので、バリア１８，３’と１８．４’は
それぞれ低レベルと高レベルになる。今や電荷バケツ）
　１７．２が電極３　、２ｊ　＋２の下に流れ込むこと
が可能となる。電極３．２ｊ＋２の電−圧は、もはや変
化しないので、少なくとも電極３，２ｊの電圧が変化す
るまでは変化しないので、バケツ）　１７．２は電極３
，２ｊ＋２の下に留まる。同様にして次段（第７ｃ図及
び第７ｄ図）で、電荷バケツ）　１７．３が電極３．２
ｊ＋４の下に蓄積される。センサ部に発生した全体の電
荷パターンが転送されたとき、保持部の一個置きの電極
に、２相モードによって再び電荷バケットが保持される
。情報電荷はセンサ部にはもはや保持されない。例えば
、シフトレジスタ６の入力端での入力信号Ｉｍがもはや
変化しないとき、センサ部での電荷転送は、第６〜８図
に示された方法と同様にして停止され、電極４，２．　
４．４．　４．６等の下には信号電荷を保持するポテン
シャル井戸が再び形成される。クロック電圧Ｃ＋　、　
Ｃ２は次のフレームを記録する間は停止され、保持部は
水平読み出しレジスタと同様に列毎に読み出される。

第９図は本発明の装置の第２実施例のブロック回路図を
示す。センサは上述したセンサとＡ、Ｂ及びＣの部分に
関して同じものである。保持部のクロック電極３，１；
　３，３；　３，５等とセンサ部のクロック電極４，１
；　４，３；　４，５等が先の実施例と同様に、クロッ
クライン？’　、８’と７，８にそれぞれ接続されてい
る。中間電極３，２；　３，４；　４，２；　４，６等
は、先の実施例のように、それぞれ、直接シフトレジス
タ５と６に接続されておらず、シフトレジスタ５及び６
によって制御されているスイッチ２０．２１を介して、
それぞれ間接的に接続されている。スイッチ２０．２１
によって対応する電極がクロックラインＦｌ、Ｆ２　（
Ｆ　’　＋、Ｆ　’　２）のうちの１本か（変化する電
圧が印加される場合）又はラインＤ（Ｄ′）に（直流電
圧が印加される場合）接続される。

第１０図はこれらのスイッチの具体的な実施例を示す。

さらに、この図はシフトレジスタ６（５）の１段を示し
、これはＣＭＯＳインバータ段１５．１６及びｎ−ＭＯ
５Ｔスイッチ１４を有する先の実施例に於けるシフトレ
ジスタと同様に構成される。スイッチ２１は各々がｎチ
ャンネルＭＯＳトランジスタ２２と、ｐチャンネルＭＯ
Ｓ）ランジスタ２３からなる２個の転送ゲートにより構
成されている。右側の転送ゲート（２２，２３）が、対
応する電極４（又は保持部用の電極３）と対応するクロ
ックライン、例えば図示のＦ＋とを接続させ；左側の転
送ゲートが電極４（３）を直流ラインＤに接続させる。

インバータ段１５．１６の入力端は右側の転送ゲートの
ｐチャンネルＭＯ５Ｔ２３と、左側の転送ゲートのｎ−
ＭＯ５Ｔ２２に接続される。インバータ段の出力端は、
右側転送ゲート（７）　ｎ　−Ｍ　ＯＳ　Ｔと左側転送
ゲートｐ−ＭＯＳＴに接続される。　（スイッチ１４を
介して印加される）人力信号が低レベル（Ｌ）の時、イ
ンバータ１５．１６の出力は高レベル（Ｈ）になる。こ
の状態で、右側の転送ゲートのトランジスタ２２．２３
が導通し、電極４がクロックラインＦ１に接続される。

インバータ段１５．１６の人力信号が高レベル（Ｈ）で
あるという逆の状態では、左側の転送ゲートのトランジ
スタのみが導通し、クロック電極４は直流ラインＤに接
続される。シフトレジスタ５．６を介して適当な人力信
号Ｉｓｔと１ｍを印加すると、この信号はクロックφに
よってシフトレジスタ５，６を転送し、電極３及び４の
各々をクロックするか、又は必要な固定された電圧レベ
ルに保持することが出来る。

その動作を説明するために、第１１図にクロツり電圧Ｆ
ｌ、Ｆ２．ＣＩ、Ｃ２と電極４．２；　４，４等に於け
る電極電圧Ｖ４．２；　　Ｆ４，４；　Ｖｂｅ及びＦ４
，８を示す。

これらの電圧は、蓄積期間の最後で、発生した電荷パタ
ーンをセンサ部から保持部へ転送するときの時間ｔの函
数としてプロットされている。ラインＤにより印加され
、以後簡単にレベルＤと表示される直流電圧は、Ｆｌ、
Ｆ２の高い方の電圧レベルと同じであると仮定する。電
極４，２；　４，４；　４，６が直流ラインＤに接続さ
れるように全てのスイッチ２１がセットされ、その結果
これらの電極の下に発生した電荷バケットを保持するポ
テンシャル井戸が形成される状況からスタートする。

ｔｌｌ（第１１図）で、スイッチ２１，１が反転し、電
極゛４，２が直流ラインＤから切断され、クロックライ
ンＦ１へ接続される。電極４，２の下に保持されたバケ
ットはＦｌが低レベルになったときに転送される。

１＋でスイッチ２１，２が反転し、電極４，４も転送に
加わる。同様にして、ｔ２とｔ３で、スイッチ２１，３
と２１．４がそれぞれ続いて反転して、電極４，６と４
，８も又クロックラインＦ　＋　、　Ｆ　２に接続され
る。第３ａ〜ｄ図に示された第１実施例と同様にして電
荷転送が行われる。

保持部に於いては、対応する電極の下に情報ラインが保
持されたときに、電極３，２とクロックラインＦ　＋　
’　ＩＦ　２’を切断し、直流ラインＤ′に接続するこ
とを電極３，２から次々に進めて、その情報を再び電極
３，２；　３，４；　３，６等の下に蓄積させる。同様
な方法で、センサ部へから全ての情報層が転送されたと
き、スイッチ２１，１；　２１，２；　２１，３等は次
々と切り替えられ、電極４，２；　４，４；　４，６等
は再び直流ラインＤに接続される。

第９図の装置の２番目の動作モードを第１１ａ図に基づ
いて説明する。センサ部から保持部への信号電荷の転送
中、放射線がセンサ部に入射し続けるので、電荷が各々
のビクセルの信号電荷に加わることになる。しかもこの
電荷は同じ列内のこのビクセルとは対応しない場所から
発生するものである。この附加的な電荷（以後“スミア
″と称する）は少なくとも以下に記載する方法によって
かなり補償することが出来る。この補償方法の詳しい説
明については、本出願と同日に特許出願されたｒＣＣＤ
撮像装置」を参照されたい。その内容はこの点について
本発明と共通している。

第１１ａ図も時間先の函数であるクロック電圧Ｆ＋、Ｆ
ｐ、Ｃ＋及びＣ２を示している。これらのクロック電圧
は第１１図の対応するクロック電圧の周波数及びパルス
高と同じである。しかしながら、この場合、シフトレジ
スタ６は、信号電荷の転送中スイッチ２１が切り替わる
周波数は、前の実施例のそれの１／３である。電圧■４
．２及びＦ４，４に対するその状況が第１１ａ図に示さ
れている。

ｔｅより前の時間に於いては、全ての電極４，２゜４．
４等が高レベルにあり、これらの電極の下には信号電荷
を蓄積するポテンシャル井戸が形成されている。

七〇で、スイッチ２１，１が切り替えられＦ４，２がク
ロック電圧Ｆ１に追随する。もしｔｏで■４，２が低レ
ベルになると、この電極の下に保持された電荷バケット
が転送される。電極４，２の下の領域が今や空になる。

ｔｌでＦ４，２が再び高レベルになり、電極４．２の下
にポテンシャル井戸が再び誘起される。この井戸は電極
４，４の下の信号電荷を捕集するためには使用されず、
電極４，２に対応するビクセルの信号に加わるスミア電
荷に対する参照信号として使用し得るスミア信号を捕集
するために使用される。

１＋で形成されるポテンシャル井戸は、この目的のため
に保持部への別のバケットとして転送され、そのあいだ
に転送電荷がこのバケットに捕集される。その捕集され
る電荷は第１の信号電荷のスミアと等しいか、又は少な
くとも実質的に等しい。

この参照電荷はさらに１呆持部に通常の電荷として保持
される。従ってかなり多くの保持位置がこの目的のため
に設けられるべきである。読み出しプロセスの際には、 スミア分増加した信号電荷から参照信号を減じることに
よって、信号電荷の値を正確に決定することが出来る。

ｔ２で、　“空の″バケットが電極４，２の下に転送さ
れる。それからスイッチ２１，２が切り替わって、電極
４，４がＦ２に接続される。　ｔ３で、■４．４が低し
ベルになり、電極４，４の下に保持される信号電荷が電
極４，２に転送される。ｔ４で、電圧Ｖ４，４が再び高
レベルになり、再びこの電極の下にポテンシャル井戸が
形成される。このポテンシャル井戸は再び参照信号を発
生させるのに使用され、それ故、実際上は空のバケット
として保持部へさらに転送される。それからスイッチ２
１，３が切り替わって、次の信号バケットが転送される
。同様な方法によって、残りの信号電荷を転送すること
ができ、転送中２個の連続する信号電荷の間毎に附加電
荷バケットを形成し、これをスミア電荷の参照信号とし
て使用することが出来る。全ての信号電荷と参照電荷が
この保持部に保持されると、保持部は、電！−４，２；
　４，４等をスイッチ２１，１；　２２，２等の手段に
よフて次々に直列ラインＤに接続することによって、上
述した方法で次のフレームに対する準備が出来る。出来
れば、この段では、クロックＣＩ、Ｃ２はクロックＦ＋
及びＦ２に対して撮像部から保持部への電荷転送の場合
に比較して、１８０°回転している方が好ましい。

第１２図に電圧Ｆ＋、Ｆ２＋Ｃ＋＋及びＣ２が、時間上
の函数として示されている（アコーディオンの圧縮）。

この状態は、全ての信号電荷が転送され、撮像部が次の
フレームに対して再び準備が出来た後の間開の状態であ
る。第１３図及び１４　ａ　−ｅ図がセンサ部の一部と
対応するポテンシャル分布ｔ８〜ｔ４（第１２図）を示
す。第１４ａ−ｅ図に於いても実線は、高電圧が保持電
極４，２；　１１．２ｊ＋２等に印加されるときに生じ
る表面ポテンシャルを示し：破線は低電圧レベルで発生
する表面ポテンシャルを示す。図中の矢印は電荷転送を
示す。シフトレジスタ６は簡単化のために第１３図に示
されていない。第１４ａ−ｅ図のポテンシャル井戸の斜
線部はスミア電荷を示し、これは信号電荷の転送中に捕
集されたものである。スイッチ２１の状態は、電極がク
ロックラインＦ１．Ｆ２に接続されている状態にあるも
のとする。

時刻ｔｆＩて、ＦｌとＣ１が高レベルになりＦ２とＣ２
が低レベルになる。このときのポテンシャル分布は第１
４ａ図に示される。信号電荷の転送中、電荷２５は左へ
移動せず、右に移動する。ｔｌで、ＦｌとＣ１が低レベ
ルになりＦ２と０２が高レベルになり、その結果、電極
４，２ｊと４．２ｊ＋４の下に位置する電荷バケットが
再び右へ１位置分シフトする（第１４ｂ図）。電荷が転
送されると、スイッチ２１、ｊがシフトレジスタ６（図
示されておらず）によって切り替えられ、その結果、電
極４，２Ｊが直流ラインＤに接続される。ｔ２で、再び
ＦｌとＣ１が高レベルになりＦ２と０２が低レベルとな
り、電荷２５が再び右方向へ転送される（第１４ｃ図）
。

もし保持電極４．２ｊ−２（図に一部のみ示されている
）も、電極４，２Ｊと同様に、ラインＤに接続されると
、電極４，２ｊの下のポテンシャル井戸には、このステ
ップの間中、電極４．２ｊ−２の下のポテンシャル井戸
から何の電荷も転送されない。電極４，２ｊ＋２の下の
電荷２５が転送されたとき；　スイッチ２１．ｊ＋１は
切り替えられ、電極４．２ｊ＋２は直流ラインＤに接続
される。同様にして、電荷２５がｔ３とｔ４でそれぞれ
（第１４ｄ及びｅ図）電極４．２ｊ＋４と４，２ｊ＋６
の下から排除されると、スイッチ２１．ｊ＋２と２１．
ｊ＋３が切り替えられ、対応する電極が直流ラインＤに
接続される。

電荷バケット２５が保持部Ａの上端に到達すると、それ
はドレイン領域３６を介して排出される。

この点が第９図で破線で示されている。

この装置は、スミアを全体的に低下させることが可能で
あるという利点の他に、蓄積時間を全てのラインに対し
て等しくすることが出来ろという、他の利点も有してい
ることに注意されたい。第９図のセンサの最下端のライ
ンは、最上位のラインが蓄積を開始する時点より一定時
間前の時点で、スイッチ２１，１によって保持電極４，
２が直流ラインＤに接続されるや否や、信号電荷の捕集
を開始する。

蓄積時間の最後で、信号電荷の最下位のラインが転送さ
れる。このとき、最上位のラインは今なお電荷を蓄積し
ている。アコーディオンを拡張及び圧縮するために速度
（撮像部から保持部への信号電荷の転送速度）をお互い
に調節して、全てのラインに対する蓄積時間をお互いに
等しくできるようにすることは当業者には容易なことで
ある。

ここまでに述べてきた実施例に於いては、電荷結合素子
は、半導体本体のある直線に沿って延在する電荷転送チ
ャンネルと、半導体本体の表面にお互いに平行な転送チ
ャンネルの長さ方向にすべて垂直であるクロック電極の
システムを具備している。しかしながら、本発明は撮像
装置の他の公知の実施例に用いても効果がある。例えば
、第１５図は本発明による交叉する電極を有するセンサ
のセンサ部の平面図を示す。このような交叉する電極を
有するセンサ自身は、Ｉｎｔｅｒｎａｔ、　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇ１９８４の第４
４〜４７頁及び“Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈ
ｅ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ”１９８３．　
ｖｏｌ、　３７．　Ｎｏ、　１０．第７６９〜７７５頁
に掲載されたＭ　ｉ　ｔａｎ　ｉ外による記事“Ａ　Ｓ
ｉｎｇｌｅ　Ｃｂｉｐ　ｌ／２　Ｆｒａｍｅ　Ｔｒａｎ
ｓｆｅｒ　ＣＣＤＣｏ１ｏｕｒ　Ｉｍａｇｅ　５ｅｎｓ
ｏｒ”により−交叉ゲート構造ＦＴＣＣＤとして知られ
ている。第１番目の刊行物の第２図の平面図に対応して
、第１５図に示されている部分も又、垂直電荷転送チャ
ンネルｌ（図では２本しか示されていない）から構成さ
れている。チャンネル１の間のチャンネルセパレーショ
ン３０は破線で示されている。電極システムは、第１層
の多結晶シリコン層に設けられた水平電極３１と、第２
Ｎの多結晶シリコン層に設けられた垂直電極３２から構
成されている。それらをお互いに区別するために、各電
極には、以後符号１．２．３などを付す。電極３２は、
おもにチャンネルリミッタ３０の上部にチャンネル１の
全体の長さに沿って、チャンネルの長さ方向に延在し、
チャンネル内の蓄積位置の部分に於いて、チャンネルの
上に延在する突起部３３が設けられている。

この構造によって、電極材料によって被われていないホ
ール３４が電極の間に形成され、その結果、放射線が電
極材料に吸収されずに半導体本体に到達することが可能
となる。これによりこの装置の、特に青色感度が改善さ
れる。ホール３４の領域での半導体材料には、チャンネ
ルリミッタを形成するために、不純物がドープされる。

従って、チャンネル１は多かれ少なかれ蛇行形状になる
。

第１図に示される装置の電極４，２；　４，４等と同様
に、電極３１はシフトレジスタ６に交互に接続されてい
る。一方、電極３２，１と３２．２は第１１Ｊの装置の
電極４，１；　４，３等と同様にクロックＣ１とＣ２に
接続されている。この装置は先の実施例の装置と同様に
動作する。蓄積期間の問、信号電荷は電極３１の各々の
下に捕集される。これらの信号電荷は、それぞれ、４相
転送により先ず３１．１の下のバケットを転送させて保
持部（図示されていない）に転送される。次いで、この
バケットと３２，２の下のバケットが保持部に転送され
る。このセンサ部に形成される電荷バケットはそれらが
読み出される前に再び別々にこの保持部に保持される。

前記の刊行物に記載されている交叉ゲート構造と比較す
ると、ここに記載されているセンサは変化しない表面領
域よりビクセルの数が倍になっている。

つまりビクセルの数は水平方向に存在する電極の数に等
しい。

本発明が以上述べてきた実施例に限定されず、本発明の
範囲から逸脱することなく、多くの他の変形例も可能で
あることは明らかであろう。

例えば、最後の実施例に、第９図に関連して述べたスミ
ア圧縮方法を使用することもできる２相シフトレジスタ
５，６０代わりに、４相シフトレジスタも又使用するこ
とが出来る。

ざらに、本発明は他の型の撮像装置やラインセンサにも
使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電荷結合装置を概略的に示したもので
、 第２図は本装置のセンサ部の断面図で、第３　ａ　−ｄ
図は第２図の部分に於ける動作中のいくつかの点でのポ
テンシャル分布を示し、第４図は時間の函数としてのク
ロック電圧を示し、 第５図は第１図に示される装置に使用されるシフトレジ
スタの１段を示し、 第６図は本装置の保持部の一部分の断面図で、第７　ａ
　−ｄ図は本装置のこの部分に於ける動作中のいくつか
の点に於けるポテンシャル分布を示第８図は時間ｔの函
数としてのクロック電圧を示し、 第９図は本発明の電荷結合装置の第２実施例の回路図を
示し、 第１０図は本装置とこれに関連するスイッチに使用され
るシフトレジスタの１段の回路図を示し、第１１図、第
１１ａ図及び１２図は時間ｔの函数として本装置に印加
されるクロック電圧を示し、第１３図は本装置のセンサ
部の一部の断面図で、第１４　ａ　−ｅ図は本装置の動
作中のいくつかの点でのポテンシャル分布を示し、 第１５図は本発明の第３実施例の一部の平面図である。 １・・・垂直電荷転送チャンネル ２・・・アンプ、　　　　　　　３，４−・・電極シス
テム５．６・・・シフトレジスタ ？、　　８．　７’、　　８’・・・クロックライン１
０・・・ｐ壁領域、　　　　　　１１・・・ｎ型領域１
３・・・インバータ回路 １４．２０．２１・・・スイッチ １５．２３・＝ｐ−ＭＯ５）ランジスタ１６、　２２−
・・ｎ−ＭＯＳ　）ランジスタ１７・・・信号電荷バケ
ット、　　１８・・・バリア２５．２６・・・インバー
タ段、３０・・・チャンネルセパレーション ３１・・・水平電極、　　　　　　３２・・・垂直電極
３３・・・突起部、　　　　　　　３４・・・ホール３
６・・・ドレイン領域 特許出願人　　エフ・ベー・フィリップス・フルーイラ
ンペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体本体に形成された電荷転送チャンネル、及び
   この電荷転送チャンネルを通過する電荷を制御する電極
   システムを有し、電荷バケットの蓄積時には本装置がｍ
   相装置として動作し、転送時にはｎ相装置（ｎはｍより
   大）として動作するような電圧を前記電極システムに印
   加させるシフトレジスタが設けられていて、先行する電
   荷バケットがすでに一定の距離進んでしまうまで電荷バ
   ケットが転送されない電荷結合装置に於いて、前記電極
   システムのうちのサブグループ電極のみが前記シフトレ
   ジスタに接続されていて、このサブグループ電極が前記
   電極システムのうちの、少なくとも複数の電極に共通す
   る信号源に導電的に接続されている電極と交互に構成さ
   れていることを特徴とする電荷結合装置。 ２、前記電極システムの電極が前記シフトレジスタと複
   数の電極に共通する信号源導体とに交互に接続されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電荷結
   合装置。 ３、電荷バケットの蓄積の問、ポテンシャル井戸が前記
   シフトレジスタに接続されている電極の下に誘起され、
   ポテンシャルバリアが前記信号源導体に接続されている
   電極の下に誘起されるような電圧を、前記電極システム
   に印加する手段が設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の電荷結合装置。 ４、前記電極システム内の前記サブグループ電極を構成
   しない電極が、第１と第２の信号源導体に交互に接続さ
   れていることを特徴とする前項何れかの特許請求の範囲
   に記載の電荷結合装置。 ５、前記サブグループ電極に印加されるクロック電圧に
   対して、１８０°位相角回転できるようなクロック電圧
   を前記第１と第２の信号源導体に印加し、前記電荷転送
   チャンネルの電荷転送の方向を反転させることが出来る
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の電荷結合装置。 ６、前記電極システムが互いに交差する第１及び第２電
   極システムを有し、この第１電極システムの電極は、前
   記半導体本体の表面の電荷転送方向に直交する方向に延
   び、前記第２電極システムの電極は前記表面の電荷転送
   方向に平行に延び、前記第１、第２の電極システムのう
   ち１個は前記シフトレジスタに接続されている前記サブ
   グループ電極からなり、他の１個は１個以上の共通信号
   源導体に接続されていることを特徴とする前項何れかの
   特許請求の範囲に記載の電荷結合装置。