JPH04100384A - T・d・i動作固体撮像装置 - Google Patents
T・d・i動作固体撮像装置Info
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- JPH04100384A JPH04100384A JP2217337A JP21733790A JPH04100384A JP H04100384 A JPH04100384 A JP H04100384A JP 2217337 A JP2217337 A JP 2217337A JP 21733790 A JP21733790 A JP 21733790A JP H04100384 A JPH04100384 A JP H04100384A
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- gate electrode
- potential
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- signal
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/152—One-dimensional array CCD image sensors
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、T−D−I動作を行なう一次元固体撮像装
置に関し、その性能改善を図ったものに関するものであ
る。
置に関し、その性能改善を図ったものに関するものであ
る。
従来、−次元固体撮像装置を用い、高速で移動する物体
を観測する場合、出力信号のS/N比が劣化するという
問題点があった。これは、光電変換部における信号電荷
の蓄積時間が短かすぎ、観測像に対応する信号電荷量が
少なくなってしまうことに原因がある。そこで、この問
題を解決するために、光電変換部上を移動する観測像に
よって生じる信号電荷のうち、同じ観測像に対応する信
号電荷どうしを加え合わせることによって出力信号のS
/N比を向上させようという考えが提案された。このよ
うな動作をT−D ・I (Time DelAyI
n tegra t ion )動作と呼び、この動作
は一次元固体撮像装置においてのみ有効なものである。
を観測する場合、出力信号のS/N比が劣化するという
問題点があった。これは、光電変換部における信号電荷
の蓄積時間が短かすぎ、観測像に対応する信号電荷量が
少なくなってしまうことに原因がある。そこで、この問
題を解決するために、光電変換部上を移動する観測像に
よって生じる信号電荷のうち、同じ観測像に対応する信
号電荷どうしを加え合わせることによって出力信号のS
/N比を向上させようという考えが提案された。このよ
うな動作をT−D ・I (Time DelAyI
n tegra t ion )動作と呼び、この動作
は一次元固体撮像装置においてのみ有効なものである。
以下このT−D・I動作の固体撮像装置を図について説
明する。
明する。
第3図は従来のT−D・1方式の一次元固体撮像装置の
構成図を示し、図において、lは撮像装置の入射する光
に応じた信号電荷を蓄積する光電変換部、2は電荷結合
素子(以下、略してCCDと呼ぶ)で構成され、光電変
換部1で生じた信号電荷を垂直方向へ転送する垂直電荷
転送部(以下、略して垂直CCDと呼ぶ)、3は垂直C
CD2と同様にCCDで構成され、垂直CCD2で転送
されてきた信号電荷を受は取り水平方法へ転送する水平
電荷転送部(以下略して水平CCDと呼ぶ)、4は光電
変換部1と垂直CCD2との間に設けられ、光電変換部
lの信号電荷を垂直C0D2へ転送するのを制御するた
めのトランスファーゲート、5は水平CCD3で転送さ
れた信号電荷を出力するための出力部である。なお図中
、矢印は撮像装置上に結像された観測像が移動する方向
を示している。またA−Dは観測像の一部が結像される
領域である。
構成図を示し、図において、lは撮像装置の入射する光
に応じた信号電荷を蓄積する光電変換部、2は電荷結合
素子(以下、略してCCDと呼ぶ)で構成され、光電変
換部1で生じた信号電荷を垂直方向へ転送する垂直電荷
転送部(以下、略して垂直CCDと呼ぶ)、3は垂直C
CD2と同様にCCDで構成され、垂直CCD2で転送
されてきた信号電荷を受は取り水平方法へ転送する水平
電荷転送部(以下略して水平CCDと呼ぶ)、4は光電
変換部1と垂直CCD2との間に設けられ、光電変換部
lの信号電荷を垂直C0D2へ転送するのを制御するた
めのトランスファーゲート、5は水平CCD3で転送さ
れた信号電荷を出力するための出力部である。なお図中
、矢印は撮像装置上に結像された観測像が移動する方向
を示している。またA−Dは観測像の一部が結像される
領域である。
今、観測像の一部が領域Aに結像されているとする。こ
の観測像の一部を0.とすると、領域Aの光電変換部1
には観測像O1に応じた電荷が蓄積される。蓄積された
信号電荷は観測像01が領域Aから領域Bへ移動する間
にトランスファーゲート4がON状態となり、垂直CC
D2へ読み出される。読み出された信号電荷は垂直CC
D2内を垂直方向へ転送される。このときの転送速度は
観測像の移動速度に等しい。
の観測像の一部を0.とすると、領域Aの光電変換部1
には観測像O1に応じた電荷が蓄積される。蓄積された
信号電荷は観測像01が領域Aから領域Bへ移動する間
にトランスファーゲート4がON状態となり、垂直CC
D2へ読み出される。読み出された信号電荷は垂直CC
D2内を垂直方向へ転送される。このときの転送速度は
観測像の移動速度に等しい。
つづいて、観測像OIが領域Bへ達すると、この領域B
の光電変換部1に観測像01に対応した信号電荷が蓄積
される。これは領域Aの光電変換部lに蓄積された信号
iit荷に等しい。このとき、領域Aには次の観測像0
.が結像されている。そして領域Bの光電変換部1で蓄
積された信号電荷は、所定の蓄積時間の後に観測像O2
が領域Bから領域Cへ移動する間にトランスファゲート
が°゛ON”状態になり、光電変換部1から垂直CCD
2へ読み出され、垂直CCD2のこの部分へ転送されて
きたN5ti Aで読み出された信号電荷と加え合わさ
れる。これにより観測像0.に対応した信号電荷量は2
倍になる。従って、光電変換部lを垂直方向にn個並べ
てこの動作をn回繰り返すと信号電荷量はn倍、ショッ
トノイズはJn倍となる。そしてこのようにして垂直C
0D2内で積算されn倍になった信号電荷は水平CCD
3へ移された後、出力部5へ転送され出力される。
の光電変換部1に観測像01に対応した信号電荷が蓄積
される。これは領域Aの光電変換部lに蓄積された信号
iit荷に等しい。このとき、領域Aには次の観測像0
.が結像されている。そして領域Bの光電変換部1で蓄
積された信号電荷は、所定の蓄積時間の後に観測像O2
が領域Bから領域Cへ移動する間にトランスファゲート
が°゛ON”状態になり、光電変換部1から垂直CCD
2へ読み出され、垂直CCD2のこの部分へ転送されて
きたN5ti Aで読み出された信号電荷と加え合わさ
れる。これにより観測像0.に対応した信号電荷量は2
倍になる。従って、光電変換部lを垂直方向にn個並べ
てこの動作をn回繰り返すと信号電荷量はn倍、ショッ
トノイズはJn倍となる。そしてこのようにして垂直C
0D2内で積算されn倍になった信号電荷は水平CCD
3へ移された後、出力部5へ転送され出力される。
このようにT−D・I動作をn回繰り返し行うと、垂直
CCDZ内の信号電荷のS/N比はInn倍善されるこ
とになる。
CCDZ内の信号電荷のS/N比はInn倍善されるこ
とになる。
従来のT−D・I動作の一次元固体撮像装置において、
光電変換部をn個並べると、垂直CCD部分にはT−D
・■動作を行わないものに比べ、n倍の信号電荷が蓄積
されることになるが、もし垂直CCDの容量が従来の一
次元固体撮像装置のものと同等のままだとすると垂直C
CD内で電荷のあふれ出しが生じ、観察像が正しく認識
されないブルーミングという現象が発生する。従って、
T−D・■動作を行う場合は垂直CCDの容量を大きく
しなければならないことになる。CCDの容量がCCD
の面積に比例するとすれば、このことは垂直CCDの面
積を大きくすることに他ならない、ここで上記充電変換
部とそれに対応するトランスファゲート、そして垂直C
CDで構成される部分を基本セル(以下、略して画素と
呼ぶ)とすると、−射的な固体撮像装置における感度の
基準となる開口率は次のように定義できる。すなわち、
画素面積に対する光電変換部の占める面積の割合が開口
率となる。このことから、画素内部において光電変換部
以外の面積が小さければ小さい程、開口率が大きくなり
、感度も向上することがわかる。従って、従来のT−D
・I動作を行う装置ではブルーミング防止のために、垂
直CCDの面積を大きくすることで撮像装置の開口率を
小さくしてしまい、結果的にT−D・1動作を行なう目
的の感度の向上を妨げてしまうという欠点があった。
光電変換部をn個並べると、垂直CCD部分にはT−D
・■動作を行わないものに比べ、n倍の信号電荷が蓄積
されることになるが、もし垂直CCDの容量が従来の一
次元固体撮像装置のものと同等のままだとすると垂直C
CD内で電荷のあふれ出しが生じ、観察像が正しく認識
されないブルーミングという現象が発生する。従って、
T−D・■動作を行う場合は垂直CCDの容量を大きく
しなければならないことになる。CCDの容量がCCD
の面積に比例するとすれば、このことは垂直CCDの面
積を大きくすることに他ならない、ここで上記充電変換
部とそれに対応するトランスファゲート、そして垂直C
CDで構成される部分を基本セル(以下、略して画素と
呼ぶ)とすると、−射的な固体撮像装置における感度の
基準となる開口率は次のように定義できる。すなわち、
画素面積に対する光電変換部の占める面積の割合が開口
率となる。このことから、画素内部において光電変換部
以外の面積が小さければ小さい程、開口率が大きくなり
、感度も向上することがわかる。従って、従来のT−D
・I動作を行う装置ではブルーミング防止のために、垂
直CCDの面積を大きくすることで撮像装置の開口率を
小さくしてしまい、結果的にT−D・1動作を行なう目
的の感度の向上を妨げてしまうという欠点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、T−D・I動作を行ってもブルーミングを防
止できるとともに、開口率を下げることなく動作感度の
向上を図ることができるT・D・I動作−次元固体撮像
装置を得ることを目的とする。
たもので、T−D・I動作を行ってもブルーミングを防
止できるとともに、開口率を下げることなく動作感度の
向上を図ることができるT・D・I動作−次元固体撮像
装置を得ることを目的とする。
この発明に係るT−D・■動作固体撮像装置は、垂直C
CD内を転送されなからT−D・I動作により電荷量が
順次増加していく信号電荷に対して、その信号電荷に含
まれる背景成分に対応した電荷を除去する領域を垂直C
CDに設けたものであり、これにより垂直CCD内を転
送される信号電荷の増加量を効果的に抑え、それにより
ブルーミングを発生することなく垂直CCDの容量を小
さくすることができ、従って1画素内における垂直CC
Dの占める面積を小さくすることができ、開口率を大き
くして、T−D・I動作感度を向上させることができる
。
CD内を転送されなからT−D・I動作により電荷量が
順次増加していく信号電荷に対して、その信号電荷に含
まれる背景成分に対応した電荷を除去する領域を垂直C
CDに設けたものであり、これにより垂直CCD内を転
送される信号電荷の増加量を効果的に抑え、それにより
ブルーミングを発生することなく垂直CCDの容量を小
さくすることができ、従って1画素内における垂直CC
Dの占める面積を小さくすることができ、開口率を大き
くして、T−D・I動作感度を向上させることができる
。
この発明における固体撮像装置は、垂直CCD内を転送
されなからT−D−I動作により電荷量が順次増加して
いく信号電荷から、この信号電荷に含まれる背景光成分
に対応した電荷を除去する背景信号電荷除去領域を垂直
CCDに設けたので、光電変換部で読み出された信号電
荷は垂直CCD内の背景信号電荷除去領域を通過する毎
に余分な電荷が除去され、垂直CCD内の信号電荷の増
加を最低限に抑えることができ、この結果、垂直CCD
の容量を大きくすることなしに、即ち開口率を小さくす
ることなく、ブルーミングの発生を伴なわず動作感度の
よいT−D・I動作固体撮像装置を得るこことができる
。
されなからT−D−I動作により電荷量が順次増加して
いく信号電荷から、この信号電荷に含まれる背景光成分
に対応した電荷を除去する背景信号電荷除去領域を垂直
CCDに設けたので、光電変換部で読み出された信号電
荷は垂直CCD内の背景信号電荷除去領域を通過する毎
に余分な電荷が除去され、垂直CCD内の信号電荷の増
加を最低限に抑えることができ、この結果、垂直CCD
の容量を大きくすることなしに、即ち開口率を小さくす
ることなく、ブルーミングの発生を伴なわず動作感度の
よいT−D・I動作固体撮像装置を得るこことができる
。
[実施例]
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図は本発明に一実施例によるT−D・I動作固体撮
像素子の構成図を示し、第3図と同一符号は同一または
相当部分を示し、6は垂直C0D2の適当な場所に複数
個設けられた背景信号電荷引き去り部である。なお図中
矢印は撮像装置上に結像された観測像が移動する方向を
示している。
像素子の構成図を示し、第3図と同一符号は同一または
相当部分を示し、6は垂直C0D2の適当な場所に複数
個設けられた背景信号電荷引き去り部である。なお図中
矢印は撮像装置上に結像された観測像が移動する方向を
示している。
また、A−Eは観測像の一部が結像される領域である。
また第2図は第1図における背景信号電荷引き去り部6
の詳細な構成図を示し、図において、lO〜13は信号
電荷が垂直C0D2内を転送するための垂直CCDゲー
ト電極、14は上記垂直CCDl0〜13内の信号電荷
が転送されるn型領域、21は背景信号電荷引き去り部
6に転送されてきた信号電荷を蓄積するための蓄積ゲー
ト電極、22は背景信号電荷が除去された信号電荷を後
段の垂直CCDへ転送するのをコントロールするための
電荷転送コントロールゲート電極、23は垂直CCDよ
り転送されてきた信号電荷から背景信号電荷を除去する
ための電荷除去コントロールゲート電極、24は上記第
2のコントロールゲート電極で除去された信号電荷を排
出するためのドレイン(n型領域)である、第2図の断
面図を第4図に示す。
の詳細な構成図を示し、図において、lO〜13は信号
電荷が垂直C0D2内を転送するための垂直CCDゲー
ト電極、14は上記垂直CCDl0〜13内の信号電荷
が転送されるn型領域、21は背景信号電荷引き去り部
6に転送されてきた信号電荷を蓄積するための蓄積ゲー
ト電極、22は背景信号電荷が除去された信号電荷を後
段の垂直CCDへ転送するのをコントロールするための
電荷転送コントロールゲート電極、23は垂直CCDよ
り転送されてきた信号電荷から背景信号電荷を除去する
ための電荷除去コントロールゲート電極、24は上記第
2のコントロールゲート電極で除去された信号電荷を排
出するためのドレイン(n型領域)である、第2図の断
面図を第4図に示す。
この図(a)、 (b)はそれぞれ第2図の線1−II
、 XYに沿った断面図であり、図において31はゲ
ート酸化膜、32は垂直CCDn型領域、33はp型半
導体基板、34は分離用酸化膜である。
、 XYに沿った断面図であり、図において31はゲ
ート酸化膜、32は垂直CCDn型領域、33はp型半
導体基板、34は分離用酸化膜である。
次に動作について説明する。
今、観測像の一部が領域Aに結像されているとする。こ
の観測像の一部をOIとすると領域Aの光電変換部1に
は観測像O3に応じた電荷が蓄積される。この蓄積され
た信号電荷は観測像0.が領域Aから領域Bへ移動する
間にトランスファーゲート4がON状態となり垂直C0
D2へ読み出される。読み出された信号電荷は垂直C0
D2内を垂直方向へ転送される。このときの転送速度は
観測像の移動速度に等しい。
の観測像の一部をOIとすると領域Aの光電変換部1に
は観測像O3に応じた電荷が蓄積される。この蓄積され
た信号電荷は観測像0.が領域Aから領域Bへ移動する
間にトランスファーゲート4がON状態となり垂直C0
D2へ読み出される。読み出された信号電荷は垂直C0
D2内を垂直方向へ転送される。このときの転送速度は
観測像の移動速度に等しい。
続いて、観測像01が領域Bへ達すると、この領域Bの
光電変換部1に観測像O1に対応した信号電荷が蓄積さ
れる。これは領域Aの光電変換部lに蓄積された信号電
荷に等しい。このとき、領域Aには次の観測像0.が結
像されている。そして領域Bの光電変換部1で蓄積され
た信号電荷は観測像0.が領域Bから領域Cへ移動する
間に領域Aで読み出された信号電荷が、領域Bの光電変
換部lに対応した垂直C0D2の部分へ転送されてくる
タイミングでトランスファーゲートが“ON”状態にな
り、光電変換部1から垂直CCD2へ読み出され、領域
Aで読み出された信号電荷と加え合わせられる。これに
より観測像OIに対応した信号電荷量は2倍になる。領
域Cにおいても領域Bと同様なことが起こり、領域Cの
光電変換部1に対応した垂直CCO2部分で観測像01
に対応した信号電荷は加え合わされて、もとの3倍の電
荷量になる。この信号電荷は観測像01が領域Cから領
域りへ移動する間に観測像O2の移動速度と同じ速度で
垂直CCDZ内を垂直方向へ転送され、背景信号電荷引
き去り部6にて余分な信号電荷が除去される。
光電変換部1に観測像O1に対応した信号電荷が蓄積さ
れる。これは領域Aの光電変換部lに蓄積された信号電
荷に等しい。このとき、領域Aには次の観測像0.が結
像されている。そして領域Bの光電変換部1で蓄積され
た信号電荷は観測像0.が領域Bから領域Cへ移動する
間に領域Aで読み出された信号電荷が、領域Bの光電変
換部lに対応した垂直C0D2の部分へ転送されてくる
タイミングでトランスファーゲートが“ON”状態にな
り、光電変換部1から垂直CCD2へ読み出され、領域
Aで読み出された信号電荷と加え合わせられる。これに
より観測像OIに対応した信号電荷量は2倍になる。領
域Cにおいても領域Bと同様なことが起こり、領域Cの
光電変換部1に対応した垂直CCO2部分で観測像01
に対応した信号電荷は加え合わされて、もとの3倍の電
荷量になる。この信号電荷は観測像01が領域Cから領
域りへ移動する間に観測像O2の移動速度と同じ速度で
垂直CCDZ内を垂直方向へ転送され、背景信号電荷引
き去り部6にて余分な信号電荷が除去される。
この背景信号電荷引き去り部6の動作を第5図及び第6
図を用いて詳述する。第5図は第2図における各ゲート
電極に印加されるクロックパルスタイミング図であり、
クロックパルスφ1はゲート電極10.12に、クロッ
クパルスφ2はゲート電極11.13に、クロックパル
スφ、は蓄積ゲート電極21に、クロックパルスφ4は
電荷転送コントロール電極22に、クロックパルスφ5
は電荷除去コントロールゲート電極23に印加される。
図を用いて詳述する。第5図は第2図における各ゲート
電極に印加されるクロックパルスタイミング図であり、
クロックパルスφ1はゲート電極10.12に、クロッ
クパルスφ2はゲート電極11.13に、クロックパル
スφ、は蓄積ゲート電極21に、クロックパルスφ4は
電荷転送コントロール電極22に、クロックパルスφ5
は電荷除去コントロールゲート電極23に印加される。
第6図は第2図に対応したポテンシャル図であり、図に
おいてT I””” T ?は第5図におけるタイミン
グT、〜T、に対応している。また、a2b、cは信号
電荷を表し、aはT−D・■動作で増加した信号電荷、
bは背景信号電荷、Cは背景信号電荷すが引き去られた
後の状態の信号電荷である。
おいてT I””” T ?は第5図におけるタイミン
グT、〜T、に対応している。また、a2b、cは信号
電荷を表し、aはT−D・■動作で増加した信号電荷、
bは背景信号電荷、Cは背景信号電荷すが引き去られた
後の状態の信号電荷である。
今、タイミングT、において、ゲート電極10゜11に
印加されるクロックパルスφ1.φ2は高電位なので、
これらのゲート電極下にはポテンシャル開戸が形成され
、この開戸に垂直CCD2を転送されてきた信号電荷が
蓄えられる。
印加されるクロックパルスφ1.φ2は高電位なので、
これらのゲート電極下にはポテンシャル開戸が形成され
、この開戸に垂直CCD2を転送されてきた信号電荷が
蓄えられる。
タイミングT1からT2へ変化する時点において、クロ
ックパルスφ1の電位は低下し、クロックパルスφ3の
電位が上昇する。これに伴い、ゲート電極10下のポテ
ンシャルは上昇し、蓄積ゲート電極21下のポテンシャ
ルは低下する。これによってポテンシャル開戸は図に示
すように変化し、その結果、信号電位がゲート電極10
.11の下からゲート電極11.21へ移動する。
ックパルスφ1の電位は低下し、クロックパルスφ3の
電位が上昇する。これに伴い、ゲート電極10下のポテ
ンシャルは上昇し、蓄積ゲート電極21下のポテンシャ
ルは低下する。これによってポテンシャル開戸は図に示
すように変化し、その結果、信号電位がゲート電極10
.11の下からゲート電極11.21へ移動する。
そしてタイミングT2からT、へ変化する時点において
、クロックパルスφ2の電位は低下し、クロックパルス
φ4の電位は上昇する。これに伴い、ポテンシャル開戸
は図に示すように変化する。
、クロックパルスφ2の電位は低下し、クロックパルス
φ4の電位は上昇する。これに伴い、ポテンシャル開戸
は図に示すように変化する。
このとき、クロックパルスφ4の電位は電荷転送コント
ロールゲート電極22下のポテンシャルが蓄積ゲート電
極21のそれより高くなるようコントロールされる。こ
のポテンシャルの差を利用して背景信号電荷を除去する
。
ロールゲート電極22下のポテンシャルが蓄積ゲート電
極21のそれより高くなるようコントロールされる。こ
のポテンシャルの差を利用して背景信号電荷を除去する
。
タイミングT、からT4へ変化する時点において、クロ
ックパルスφ1の電位は上昇し、ゲート電極12下にポ
テンシャルの開戸が形成され、蓄積ゲート電極21下と
電荷転送コントロールゲート電極22下に蓄えられてい
た信号電荷の一部Cがゲート電極12下へ移動する。こ
のとき、蓄積ゲート電極21下のポテンシャルと電荷転
送コントロールゲート電極22下のポテンシャルには図
に示すようにその深さに差があるので、蓄積ゲート電極
21下にはポテンシャルの差に応じた信号電荷すが残さ
れる。
ックパルスφ1の電位は上昇し、ゲート電極12下にポ
テンシャルの開戸が形成され、蓄積ゲート電極21下と
電荷転送コントロールゲート電極22下に蓄えられてい
た信号電荷の一部Cがゲート電極12下へ移動する。こ
のとき、蓄積ゲート電極21下のポテンシャルと電荷転
送コントロールゲート電極22下のポテンシャルには図
に示すようにその深さに差があるので、蓄積ゲート電極
21下にはポテンシャルの差に応じた信号電荷すが残さ
れる。
タイミングT4からT、へ変化する時点において、クロ
ックパルスφ5の電位が上昇し、クロックパルスφ4の
電位が低下する。これに伴い、電荷除去コントロールゲ
ート電極23下のポテンシャルは低下し、電荷転送コン
トロールゲート電極22下のポテンシャルは上昇する。
ックパルスφ5の電位が上昇し、クロックパルスφ4の
電位が低下する。これに伴い、電荷除去コントロールゲ
ート電極23下のポテンシャルは低下し、電荷転送コン
トロールゲート電極22下のポテンシャルは上昇する。
この結果、蓄積ゲー)を極21下に残された信号電荷す
はドレイン24へ排出される。
はドレイン24へ排出される。
タイミングT5からT、へ変化する時点では、クロック
パルスφ、の電位が低下し、蓄積ゲート電極2I下のポ
テンシャルが上昇する。この結果、蓄積ゲート電極21
下の信号電荷は完全に排出される。また、このときクロ
ックパルスφオの電位は上昇し、ゲート電極13下にポ
テンシャル囲戸が形成される。この結果、ゲート電極1
2下に蓄えられていた信号電荷Cはゲート電極13の下
へも移動する。
パルスφ、の電位が低下し、蓄積ゲート電極2I下のポ
テンシャルが上昇する。この結果、蓄積ゲート電極21
下の信号電荷は完全に排出される。また、このときクロ
ックパルスφオの電位は上昇し、ゲート電極13下にポ
テンシャル囲戸が形成される。この結果、ゲート電極1
2下に蓄えられていた信号電荷Cはゲート電極13の下
へも移動する。
タンミングT6からT7へ変化する時点において、クロ
ックパルスφ、の電位が低下し、電荷除去コントロール
ゲート電極23下のポテンシャルは上昇する。これによ
り背景信号を排出するゲートが閉じられる。
ックパルスφ、の電位が低下し、電荷除去コントロール
ゲート電極23下のポテンシャルは上昇する。これによ
り背景信号を排出するゲートが閉じられる。
このように、電荷転送コントロールゲート電極22に印
加されるクロックパルスφ4の電位をコントロールする
ことで、うまく背景信号電荷を除去することができる。
加されるクロックパルスφ4の電位をコントロールする
ことで、うまく背景信号電荷を除去することができる。
次にこのクロックパルスφ4の電位のコントロール量に
ついて説明する。まず、光検出器の前面を黒い紙でおお
う。次に光検出器を通常に動作させながら、クロックパ
ルスφ4の電位を変化させ、水平〇CDの出力がわずか
たけ出力されるようにする。このときのクロックパルス
φ、の電位の値が背景信号を除去するために電荷転送コ
ントロールゲート電極22に印加するべき値である。
ついて説明する。まず、光検出器の前面を黒い紙でおお
う。次に光検出器を通常に動作させながら、クロックパ
ルスφ4の電位を変化させ、水平〇CDの出力がわずか
たけ出力されるようにする。このときのクロックパルス
φ、の電位の値が背景信号を除去するために電荷転送コ
ントロールゲート電極22に印加するべき値である。
このようにして、背景信号電荷を除去された信号電荷は
水平CCD2を垂直方向へ転送される。
水平CCD2を垂直方向へ転送される。
上記した処理を繰り返された信号電荷は垂直CCD2か
ら水平CCD3へ移動され、水平CCD3を出力部4へ
と転送され出力される。
ら水平CCD3へ移動され、水平CCD3を出力部4へ
と転送され出力される。
次に本発明の他の実施例について説明する。
この実施例では背景信号電荷除去を電荷除去コントロー
ルゲート電極23で行なうようにしたもので、第7図な
いし第10図を用いて詳述すると、この場合、背景信号
電荷引き去り部は6′で示される領域となり、タイミン
グT、において、ゲート電極10.11に印加されるク
ロックパルスφ3.φ2はともに高電位となっているの
で、ゲート電極10.11下にはポテンシャル開戸が形
成され垂直CCD2より転送されてきた信号電荷が蓄え
られる。また、電荷除去コントロールゲート電極23に
は常に一定の電位が印加されており、このゲート電極の
下のポテンシャルは印加された電位に対応した分だけ低
くなっている。
ルゲート電極23で行なうようにしたもので、第7図な
いし第10図を用いて詳述すると、この場合、背景信号
電荷引き去り部は6′で示される領域となり、タイミン
グT、において、ゲート電極10.11に印加されるク
ロックパルスφ3.φ2はともに高電位となっているの
で、ゲート電極10.11下にはポテンシャル開戸が形
成され垂直CCD2より転送されてきた信号電荷が蓄え
られる。また、電荷除去コントロールゲート電極23に
は常に一定の電位が印加されており、このゲート電極の
下のポテンシャルは印加された電位に対応した分だけ低
くなっている。
タイミングT1からT2へ変化する時点において、クロ
ックパルスφ1の電位は低下し、蓄積ゲート21に印加
されるクロックパルスφ、の電位が上昇する。これに伴
って、ゲート電極下に形成されるポテンシャル開戸はT
tに示すように変化する。その結果、信号電荷aはゲー
ト電極10゜11の下へ移動する。
ックパルスφ1の電位は低下し、蓄積ゲート21に印加
されるクロックパルスφ、の電位が上昇する。これに伴
って、ゲート電極下に形成されるポテンシャル開戸はT
tに示すように変化する。その結果、信号電荷aはゲー
ト電極10゜11の下へ移動する。
タイミングT、からT、へ変化する時点において、クロ
ックパルスφ2の電位は低下し、ゲート電極11下にあ
った信号電荷aは蓄積ゲート電極21下へ移動する。こ
のとき電荷除去コントロールゲート電極23のポテンシ
ャルは少し低くなっているので、蓄積ゲート電極21に
集められた信号電荷の一部はこの電荷除去コントロール
ゲート電極23のポテンシャルを越えてドレイン24へ
あふれ出す、あふれ出した信号電荷すはドレイン24よ
り排出される。
ックパルスφ2の電位は低下し、ゲート電極11下にあ
った信号電荷aは蓄積ゲート電極21下へ移動する。こ
のとき電荷除去コントロールゲート電極23のポテンシ
ャルは少し低くなっているので、蓄積ゲート電極21に
集められた信号電荷の一部はこの電荷除去コントロール
ゲート電極23のポテンシャルを越えてドレイン24へ
あふれ出す、あふれ出した信号電荷すはドレイン24よ
り排出される。
従って、上記実施例と同様、この電荷除去コントロール
ゲート電極23に印加される電位をコントロールするこ
とで、蓄積ゲート電極21下に蓄えられている信号電荷
aの一部を除去することができる。除去するべき信号電
荷量を背景信号電荷量に一致させる方法は上記実施例に
示したとおりである。ただしこの実施例において出力を
コントロールするには、電荷除去コントロールゲート電
極23に印加される電位をコントロールすればよい、こ
のようにして、一部の信号電極を除去された信号電荷C
は蓄積ゲート電極21下に蓄えられている(第10図T
3−4)。
ゲート電極23に印加される電位をコントロールするこ
とで、蓄積ゲート電極21下に蓄えられている信号電荷
aの一部を除去することができる。除去するべき信号電
荷量を背景信号電荷量に一致させる方法は上記実施例に
示したとおりである。ただしこの実施例において出力を
コントロールするには、電荷除去コントロールゲート電
極23に印加される電位をコントロールすればよい、こ
のようにして、一部の信号電極を除去された信号電荷C
は蓄積ゲート電極21下に蓄えられている(第10図T
3−4)。
そしてタイミングT、からT4へ変化する時点において
、電荷転送コントロールゲート電極22に印加されるク
ロックパルスφ4の電位が上昇し、第10図タイミング
T4に示すように蓄積ゲート電極21下の信号電荷が電
荷転送コントロールゲート電極22下への移動する。
、電荷転送コントロールゲート電極22に印加されるク
ロックパルスφ4の電位が上昇し、第10図タイミング
T4に示すように蓄積ゲート電極21下の信号電荷が電
荷転送コントロールゲート電極22下への移動する。
タイミングT4からT、へ変化する時点において、クロ
ックパルスφ、の電位が低下し、ゲート電極12に印加
されるクロックパルスφ、の電位が上昇する。これに伴
って、ゲート電極12下のポテンシャルが第10図タイ
ミングT、に示すように変化し、その結果、信号電荷が
ゲート電極22.12下へ移動する。
ックパルスφ、の電位が低下し、ゲート電極12に印加
されるクロックパルスφ、の電位が上昇する。これに伴
って、ゲート電極12下のポテンシャルが第10図タイ
ミングT、に示すように変化し、その結果、信号電荷が
ゲート電極22.12下へ移動する。
タイミングT5からT、へ変化する時点において、電荷
転送コントロールゲート電極22に印加されるクロック
パルスφ4の電位が低下する。その結果、第10図タイ
ミングTbに示すようにポテンシャルが変化し、信号電
荷の移動が行われる。
転送コントロールゲート電極22に印加されるクロック
パルスφ4の電位が低下する。その結果、第10図タイ
ミングTbに示すようにポテンシャルが変化し、信号電
荷の移動が行われる。
以後の信号電荷の処理については、上記実施例と同様で
ある。
ある。
なお、上記実施例は第1図に示されるように、1列の一
次元固体撮像装置の場合について述べたが、第11図に
示すように広視野を得るために、垂直方向に1列に並ん
だ光電変換部1.垂直CCD2.トランスファーゲート
4.電荷引き去り部60組を複数列並べた一次元固体撮
像装置についても同様のことが可能である。ただし、こ
の場合観測像が装置上に結像される領域は第11図に示
すように行方向に長くなる。また、信号電荷の読み出し
、転送、背景信号電荷の引き去りは各組とも同時に行わ
れ、各垂直C0D2から水平CCD3への読み出された
信号電荷は水平CCD内を出力部に近い方から順次出力
されていく、これにより高感度の広視野−次元固体撮像
装置を実現している。
次元固体撮像装置の場合について述べたが、第11図に
示すように広視野を得るために、垂直方向に1列に並ん
だ光電変換部1.垂直CCD2.トランスファーゲート
4.電荷引き去り部60組を複数列並べた一次元固体撮
像装置についても同様のことが可能である。ただし、こ
の場合観測像が装置上に結像される領域は第11図に示
すように行方向に長くなる。また、信号電荷の読み出し
、転送、背景信号電荷の引き去りは各組とも同時に行わ
れ、各垂直C0D2から水平CCD3への読み出された
信号電荷は水平CCD内を出力部に近い方から順次出力
されていく、これにより高感度の広視野−次元固体撮像
装置を実現している。
また、上記背景信号電荷引き去り部6は画素間の垂直C
CDの任意の場所に任意の数だけ設けてもよい。
CDの任意の場所に任意の数だけ設けてもよい。
なお、現段階で実際に用いられている素子のサイズは、
画素サイ130μm×20μm3画素ピッチ(水平)=
60μm1画素ピッチ(垂直)2308mである。
画素サイ130μm×20μm3画素ピッチ(水平)=
60μm1画素ピッチ(垂直)2308mである。
〔発明の効果]
以上のように、この発明に係るT−D・I動作固体盪像
装置によれば、画素間の垂直CCDに背景信号電荷を除
去する領域を設けたので、垂直CCDの容量を大きくす
ることな(、したがって開口率を低下させることなく、
ブルーミングの発生を効果的に抑え、より高感度な動作
を行なうことができる固体撮像装置を得ることができる
という効果がある。
装置によれば、画素間の垂直CCDに背景信号電荷を除
去する領域を設けたので、垂直CCDの容量を大きくす
ることな(、したがって開口率を低下させることなく、
ブルーミングの発生を効果的に抑え、より高感度な動作
を行なうことができる固体撮像装置を得ることができる
という効果がある。
第1図はこの発明の一実施例によるT−D・I動作固体
撮像装置の構成図、第2図はこの発明の一実施例による
T−D・I動作固体撮像装置の背景信号引き去り部の構
成図、第3図は従来の固体撮像装置の構成図、第4図(
a)、 (b)はそれぞれ第2図の線I−II、X−Y
に沿った断面図、第5図はこの発明の一実施例によるT
−D・I動作固体盪像装置のゲート電極に印加されるク
ロックパルスのタイミング図、第6図はこの発明の一実
施例によるT−D・I動作固体撮像装置の背景信号電荷
引き去り部のポテンシャル図、第7図は本発明の他の実
施例におけるT−D・■動作固体撮像装置の背景信号引
き去り部の構成図、第8図(a)、 (b)はそれぞれ
第7図の線1−I[、X−Yに沿った断面図、第9図は
本発明の他の実施例におけるT−D・I動作固体撮像装
置のゲート電極に印加されるクロックパルスのタイミン
グ図、第10図は本発明の他の実施例におけるT−D・
■動作固体撮像装置の背景信号電荷引き去り部のポテン
シャル図、第11図は本発明の応用例を示す図である。 ■は光電変換部、2は垂直CCD、3は水平CCD、4
はトランスファーゲート、5は出力部、6.6′は背景
信号電荷引き去り部、10〜12は垂直CCDゲート電
極、14は垂直CCD電荷転送路、21は蓄積ゲート電
極、22はコントロールゲート電極(1)、23はコン
トロールゲート電極(2)、24はドレイン、31はゲ
ート酸化膜、32は垂直CCDn型領域、33はp型半
導体基板、34は分離用酸化膜である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
撮像装置の構成図、第2図はこの発明の一実施例による
T−D・I動作固体撮像装置の背景信号引き去り部の構
成図、第3図は従来の固体撮像装置の構成図、第4図(
a)、 (b)はそれぞれ第2図の線I−II、X−Y
に沿った断面図、第5図はこの発明の一実施例によるT
−D・I動作固体盪像装置のゲート電極に印加されるク
ロックパルスのタイミング図、第6図はこの発明の一実
施例によるT−D・I動作固体撮像装置の背景信号電荷
引き去り部のポテンシャル図、第7図は本発明の他の実
施例におけるT−D・■動作固体撮像装置の背景信号引
き去り部の構成図、第8図(a)、 (b)はそれぞれ
第7図の線1−I[、X−Yに沿った断面図、第9図は
本発明の他の実施例におけるT−D・I動作固体撮像装
置のゲート電極に印加されるクロックパルスのタイミン
グ図、第10図は本発明の他の実施例におけるT−D・
■動作固体撮像装置の背景信号電荷引き去り部のポテン
シャル図、第11図は本発明の応用例を示す図である。 ■は光電変換部、2は垂直CCD、3は水平CCD、4
はトランスファーゲート、5は出力部、6.6′は背景
信号電荷引き去り部、10〜12は垂直CCDゲート電
極、14は垂直CCD電荷転送路、21は蓄積ゲート電
極、22はコントロールゲート電極(1)、23はコン
トロールゲート電極(2)、24はドレイン、31はゲ
ート酸化膜、32は垂直CCDn型領域、33はp型半
導体基板、34は分離用酸化膜である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- (1)半導体基板に配列形成された入射光による信号電
荷を蓄積する複数個の光電変換部と、該光電変換部に蓄
積された信号電荷を垂直方向に読み出すために光電変換
部の列に対応して設けられた垂直CCDと、 上記光電変換部に蓄積された信号電荷を上記垂直CCD
へ読み出すゲート回路手段と、 上記垂直CCDより転送されてきた信号電荷を出力部へ
転送する水平CCDとを備え、 上記複数の光電変換部上を順次移動する観測像によって
生じた信号電荷のうち、同じ観測像に対応した信号電荷
を前記垂直CCD内で順次加え合わせS/N比を向上す
るようにしたT・D・I(TimeDelayInte
gration)動作を行なう一次元固体撮像装置にお
いて、 垂直CCD後段の垂直電荷転送部に背景信号を除去する
背景信号電荷除去領域を設け、信号電荷の垂直転送期間
中に背景信号を除去するようにしたことを特徴とする一
次元T・D・I動作固体撮像装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217337A JPH04100384A (ja) | 1990-08-17 | 1990-08-17 | T・d・i動作固体撮像装置 |
| EP91307428A EP0471546A1 (en) | 1990-08-17 | 1991-08-13 | One-dimensional T.D.I. operation solid-state imager |
| US07/745,707 US5225694A (en) | 1990-08-17 | 1991-08-16 | One dimensional t.d.i operation solid-state imager |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217337A JPH04100384A (ja) | 1990-08-17 | 1990-08-17 | T・d・i動作固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04100384A true JPH04100384A (ja) | 1992-04-02 |
Family
ID=16702598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2217337A Pending JPH04100384A (ja) | 1990-08-17 | 1990-08-17 | T・d・i動作固体撮像装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5225694A (ja) |
| EP (1) | EP0471546A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04100384A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006095903A1 (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-14 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | 累積型化学・物理現象検出装置 |
| WO2007108465A1 (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | 累積型化学・物理現象検出方法及びその装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8736924B2 (en) | 2011-09-28 | 2014-05-27 | Truesense Imaging, Inc. | Time-delay-and-integrate image sensors having variable integration times |
| CN107018341B (zh) * | 2017-04-14 | 2020-04-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种tdi ccd图像传感器以及驱动方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4173772A (en) * | 1977-12-30 | 1979-11-06 | International Business Machines Corporation | Solid state image scanning system for producing a binary output |
| JPS5846068B2 (ja) * | 1978-02-06 | 1983-10-14 | フエアチヤイルド・カメラ・エンド・インスツルメント・コ−ポレ−シヨン | 電荷結合型装置 |
| US4675549A (en) * | 1978-02-06 | 1987-06-23 | Fairchild Camera And Instrument Corporation | Black and white reference and end-of-scan indicator for charge coupled devices |
| US4264930A (en) * | 1979-12-10 | 1981-04-28 | International Business Machines Corporation | Charge coupled device incorporating Laplacian thresholding with TDI array |
| US4317134A (en) * | 1980-05-12 | 1982-02-23 | Eastman Kodak Company | Method and apparatus for pattern noise correction |
| JPS5778167A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-15 | Toshiba Corp | Charge transfer area image sensor |
| US4870293A (en) * | 1988-05-20 | 1989-09-26 | General Electric Company | Extended-width CCD imager array capable of time-delay-integration operation |
| US4949172A (en) * | 1988-09-26 | 1990-08-14 | Picker International, Inc. | Dual-mode TDI/raster-scan television camera system |
-
1990
- 1990-08-17 JP JP2217337A patent/JPH04100384A/ja active Pending
-
1991
- 1991-08-13 EP EP91307428A patent/EP0471546A1/en not_active Withdrawn
- 1991-08-16 US US07/745,707 patent/US5225694A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006095903A1 (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-14 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | 累積型化学・物理現象検出装置 |
| US7826980B2 (en) | 2005-03-11 | 2010-11-02 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | Cumulative chemical/physical phenomenon detecting apparatus |
| WO2007108465A1 (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | 累積型化学・物理現象検出方法及びその装置 |
| JP2013174602A (ja) * | 2006-03-20 | 2013-09-05 | Toyohashi Univ Of Technology | 累積型化学・物理現象検出装置及びその制御方法 |
| JP5335415B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2013-11-06 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | 累積型化学・物理現象検出方法及びその装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5225694A (en) | 1993-07-06 |
| EP0471546A1 (en) | 1992-02-19 |
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