JPS5826714B2 - 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、とくに装置の特性を劣化さ
せることなく高密度化が可能な電荷転送−次元感光装置
に関するものである。

従来の電荷転送−次元感光装置においては、感光部と感
光部に蓄積した電荷の転送を行う電荷転送部を感光部の
両側に設けた構造が知られている。

この構造については「ジャーナル・バキューム・サイエ
ンス・テクノロジ−１９７２年第９巻第６号（Ｊｏｕｒ
ｎａｌＶａｃｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ Ｖｏ１９，４４）Ｊの第１１７４頁２１に示さ
れている。

しかしながらこのような従来の装置において絵素数を高
密度に増すと転送段数が増すことになり、各段の転送損
失が同じであっても全体の転送損失は増加する。

このため従来の装置での感光部の絵素数を増加させるこ
とは困難であった。

本発明の目的は転送回数を増加させることなく感光絵素
部の絵素数を増加させることができ、しかも複数のチャ
ネルに同一の転送パルスを印加し同時に複数の情報を転
送でき、感光アレイから複数チャネルへ分配された信号
にばらつきが生じない電荷転送−次元感光装置を供給す
ることにある。

本発明によれば一次元的に多数配列された感光部を有す
る一次元感光アレイの両側に第１の転送アレイを設け、
前記第１の転送アレイのさらに外側にそれぞれ第２の転
送アレイが設けられ、かつ該第１の転送アレイと第２の
転送アレイとの間に感光アレイと同数の素子をもつ一時
蓄積アレイを具備し、前記感光部に発生する信号電荷を
感光アレイから第１の転送アレイを介して一時蓄積アレ
イに転送蓄積する手段と、該一時蓄積アレイから第１の
転送アレイ、第２の転送アレイに制御電極を用いて転送
蓄積する手段と、該転送アレイ部に蓄積された電荷を該
転送アレイ部にそって順次転送する手段と、転送された
電荷を読み出す手段と該読み出された電荷を取り出す手
段とを備えていることを特徴とする電荷転送−次元感光
装置が得られる。

以下本発明について図面を用いて詳述する。

第１図は本発明の一実施例を示す一次元電荷転送感光装
置であって、図面において感光電極１２にパルス電圧が
印加されている期間に、電極直下の電荷媒体１０（第３
図および第４図参照）中に入射光の強さに応じて発生し
た信号電荷をそれぞれ集積する一次元に配列された複数
個の−次元感光アレ一部Ｓ（Ｓｔ 、Ｓ２ ｒ Ｓ３ｔ
Ｓ４ ｙ”’ 、８４ｍ−５ｒＳ４ｒｎ−２？ Ｓ４
ｒｎ −’１ ｔ Ｓ４ ｍ）カ分離層３１ニヨッテ
互に分離されてなり、該−次元感光アレイＳ部の下側お
よび上側にそれぞれ第１の転送アレイ２１および２１′
が設けられさらにその外側にそれぞれ設けられた第２の
転送アレイ２２および２２′が設けられている。

前記−次元感光アレイ部Ｓに集積された信号電荷の下側
転送アレイ２１，２２および上側転送アレイ２１’、２
２’への転送は転送ゲート電極２３および２３′によっ
て制御される。

さらに第１および第２の転送アレイ間（２１゜２２問お
よび２１’、２２’間）の電荷を一時蓄積する電極２４
および２４′ 下側第１の転送アレイ２１および一時蓄積電極２４の電
荷の転送を制御する制御電極２５．下側第２の転送アレ
イ２２および一時蓄積電極２４の電荷の転送を制御する
制御電極２６．上側第１の転送アレイ２１’および一時
蓄積電極２４′の電荷の転送を制御する制御電極２７．
上側第２の転送アレイ２２′および一時蓄積電極２４′
の電荷の転送を制御する制御電極２８゜ 四電極で一転送素子を構成する複数個の転送電極１３ａ
、１４ａ、１５ａ、１６ａ、１３ｂ。

１４ｂ 、１５ｂ、１６ｂ 、−”１３ｍ、１４ｍ。

１５ｍ、１６ｍおよび１３ａ’、１４ａ’、１５ａ’。

１６ａ’、 １３ｂ’、 １４ｂ’、 １５１ｊ’、
１６ｂ’・−・・−１３ｒｒ（、１４ｒｒｆ、 １４ｍ
’、 １５ｒｒ／、 １６ｒｒ／。

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
で読み出す手段２９ 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手段３０が設けられ
てなり、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１３ａ、１３ｂ、・
・・１３ｍおよび１３ ａ’、 １３ｂ’ｔ”’１３ｍ
′には端子１７および１７′から第１の転送パルスφ１
．転送電極１４ａ。

１４ｂ、−，１４ｍおよび１４ａ’、１４ｂ’、・・・
。

１４ｒｒｌ’には端子１８および１８′から第２の転送
パルスφ２ 転送電極１５ａ 、 １ ｓｂ 、・＋＋、 １５ｍお
よび１５ａ’、１５ｔ／・・・、１５−には端子１９お
よび１９′から第３の転送パルスφ３．さらに転送電極
１６ａ 、 １６ｂ 、＋＋＋、 １６ｍおよび１６ａ
’。

１６ｂ’、・ 、１６ｔｒ／には端子２０および２σか
ら第４の転送パルスφ４がそれぞれ供給される。

転送ゲート電極２３および２３′は互いに接続されてお
り、同一のパルスφｂが印加される。

また蓄積電極２４および２４′も互いに接続されて同一
の直流電圧φｇが印加される。

制御電極２５にパルスφＣ制御電極２６にパルスφａ
制御電極２７にパルスφｅ、および制御電極２８にパル
スφｆを印加することによりそれぞれ電荷の転送を制御
する。

感光アレイ部Ｓの各絵素部Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４゜・
・・ｙＳ４ｍ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２転送アレイ２２′。

上側第１転送アレイ２１′ 下側第１転送アレイ２１
、下側第２転送アレイ２２．・・・、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１図におけるＡ−Ａ′からみた断面を示す第３図
を参照して感光絵素Ｓ４の信号電荷の第２の転送アレイ
２２への転送および第１図におけるＢ−Ｂ’からみた断
面を示す第４図を参照して感光絵素部Ｓ３の信号電荷の
第１の転送アレイ２１への転送について説明する。

第１および第２図も併せて参照すると、この実施例にお
いては、Ｐ型シリコン基板の電荷蓄積媒体１０の表面に
は二酸化シリコンの誘電体１１が被覆さへさらにその上
には感光電極１２．転送ゲート２３．転送電極１４ａ（
第３図）１６ａ（第４図）および制御電極２５および２
６ 蓄積電極２４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
それぞれ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３１が設けられている。

基板１０中に示した実線３３，３４．３５は感光電極１
２゜転送電極１４ａ（第３図Ｌ１６ａ（第４図）にパル
スを印加したときのそれぞれの基板表面電位を表わし、
実線３６は蓄積電極２４に直流電圧φｇを印加したとき
の基板表面電位を表す。

表面に近いほど電位が高いことを示す。

感光電極１２にパルスφａを印加すると、第３図ａおよ
び第４図ａに示すように、電極１２の直下の基板中に（
感光絵素部Ｓ４ 、Ｓ３ ）にポテンシャル井戸が形成
される。

光が照射されると電子−正孔対が発生し、小数電荷であ
る電子がポテンシャル井戸に集積される。

図中の記号”ｅ′′は集積された信号電荷を示す。

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１
の転送アレイ２１と蓄積アレイのポテンシャル井戸との
間、第２の転送アレイ２２と蓄積アレイのポテンシャル
井戸との間は分離されていなければならない。

このためには転送規間中は転送ゲート２３および制御電
極２５，２６の印加電圧を低い状態（はぼ零ボルト）シ
ておく。

これによってこれらの電極の直下の基板中の表面電位は
低くなっている。

なお図に示されていないが、光入射側の表面は感光絵素
部を除いて光の遮蔽を行うことが、望ましいことは言う
までもない。

感光絵素部Ｓ３．Ｓ４に集積された信号電荷を転送アレ
イに転送する場合端子１７および１９に接続されている
転送電極１３ａおよび１５ａ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φａを除くと同時に転送ゲート電極２３に転送パルス
φｂを印加し、この転送パルスφｂと重複するように端
子１８および２０に接続されている転送電極１４ａおよ
び１６ａにパルスを印加する。

このため第３図すおよび第４図すに示すように、感光絵
素部Ｓ３．Ｓ４に蓄積されていた信号電荷は第１転送ア
レイに転送される。

その後転送ゲート電極２３への印加パルスφｂを除くこ
とにより、感光絵素部Ｓ３．Ｓ４と転送アレイ２１とを
分離し、制御電極２５にパルスφＣを印加する。

転送電極１４ａ、１６ａ制御電極２５の印加パルスを同
時に除くことにより第３図Ｃ２第４図Ｃに示すようにあ
らかじめ直流電圧φｇを印加しである一時蓄積電極２４
に電荷が蓄積される。

従って感光絵素部Ｓ３．Ｓ４の信号電荷は感光電極から
一時蓄積電極に移し変えられたことになる。

その後、制御電極２６．転送電極１４ａに順次パルスを
印加し、感光絵素部Ｓ４の信号電荷を第２転送アレイに
転送し、制御電極２６のパルスを除き、第２転送アレイ
を分離する。

第３図ｄに示すように感光電極１２にパルスを印加する
と、感光絵素部Ｓ４への信号電荷の集積が再び始まる。

感光絵素部Ｓ３の信号電荷は第４図に示すように制御電
極２５．転送電極１６ａに順次パルスを印加し第１転送
アレイに転送し、制御電極２５の印加パルスを除くこと
により第１転送アレイと蓄積アレイを分離する。

感光絵素部Ｓ３゜Ｓ４の信号電荷はそれぞれ第２の転送
アレイ、第１の転送アレイに分離されたことになり、端
子１７〜２０に順次加えられる転送パルスに同期して読
み出し手段２９へと転送される。

以上感光絵素部Ｓ３．Ｓ４の信号電荷の転送動作につい
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３１に
よって分離された各絵素部Ｓ１．Ｓ２゜Ｓ３． Ｓ４
、 Ｓ Ｓ ｒｎ Ｓ ｒｎ−８４ｒｒ
１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
時に転送電極２３，２３’にパルスφｂを印加し、その
後に端子１８，２０，１８’、２０’に同時にパルスを
印加し、更に制御電極２５，２７にパルスφＣ２φｅを
印加し次いで端子１８，２０，１８’、２０’、転送電
極２３．２３’、制御電極２５，２７を同時にパルス印
加を除くと、一時蓄積電極２４．２４’にはあらかじめ
直流電圧φｇが加えられているので信号電荷はすべて一
時蓄積電極に蓄積される。

この結果、感光絵素部の信号Ｓ１．・・・、５４ｍ−３
は転送電極１６ａ’、・・・、１６１直下の蓄積アレイ
２４′に、Ｓ２．・・・、８４ｍ−２の信号は転送電極
１４ａ’、・・・１４ｍ′の直下の蓄積アレイ２４′に
８３．・・・。

５４ｒｎ １の信号は転送電極１６ａ、・＋＋、１６ｍ
の直下の蓄積アレイ２４にＳ４．・・・、Ｓ４ｍの信号
は転送電極１４ａ、・・・、１４ｍの直下の蓄積アレイ
２４に蓄積される。

すなわち感光絵素部の（４ｍ−３）番目（ｍは正の整数
）、および（４ｍ−２：番目の信号電荷は上側の蓄積ア
レイ２４′に（４ｍ−１）番目および４ｍ番目の信号電
荷は下側の蓄積アレイ２４に蓄積される。

この状態から４相駆動の電荷結合装置の概念にしたがっ
て端子１７゜１８．１９，２０の順にφ１．φ２．φ３
．φ４の転送パルスをこの順にサイクル的に印加してい
くが、最初のサイクルにおいて端子１８ 、１８’にパ
ルスが印加されたとき、制御電極２６，２７にパルスを
印加し、Ｓ２．・・・、５４ｒｎ−２の信号電荷を上側
第１転送アレイに転送し、Ｓ４．・・・、８４ｍの信号
電荷を下側転送アレイ２２に転送したのち制御電極２６
．２７のパルス印加は除く、その後端子１９゜１９′に
パルスφ３が２０ 、２０’にφ４が順次印加する。

端子２０にパルスφ４が印加さたたとき、制御電極２５
．２８にパルスを印加し、Ｓｌ、・・・Ｓ４ Ｉｎ−３
の信号電荷を上側アレイ２２′に転送し、Ｓ３ 、１０
．、８４ｍ−１の信号電荷を下側第１転送了レイ２１に
転送したのち制御電極２５．２８のパルス印加を除く、
この結果感光絵素部の信号Ｓ１゜・・・、 ５４ｍ−３
は転送電極１６ａ’、１６ｒｒ（、の直下の上側第２転
送アレイ２２′に、８２ 、 ”・＊ ５４ｒｎ ２の
信号電荷は転送電極１６ａ’、・・・、１６ｒｔ（の直
下の上側第１転送了レイ２１′に８３．・・・、８４ｍ
−１の信号電荷は転送電極１６ａ、・・・、１６ｍの直
下の下側第１転送アレイ２１に、Ｓ４．・・・、Ｓ４ｍ
の信号電荷は転送電極１６ａ、・・・、１６ｍの直下の
下側第２転送了レイ２２に転送されたことになる。

すなわち感光絵素部Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４．・・・。

Ｓ４ｍ ３ 、５４ｍ−２、８４ｍ−１、８４ｍの信号
電荷が４列の転送アレイの同相のパルスが印加される転
送電極下に転送されたことになる。

以上の状態から転送パルスをサイクル的に印加すること
によって４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み出し手段２３
の方へ転送されていく。

４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４相駆動の電荷結合装置から
成る読み出し手段２３を用いて正しい順序で読み出され
て交換手段２１へ導かれる。

以上本発明についてその一実施例として４相駆動につい
て説明したが、例えば２相駆動の電荷転送装置について
も可能であり、この４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
相駆動電荷転送装置にも応用できる。

また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竹つもので
あればどのような手段を組み合わせても実現できる。

【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図は第１図に
示した実施例の動作を説明するためのパルスのタイムチ
ャート、第３図および第４図は第１図におけるＡ−＆お
よびＢ−Ｂ’からみた断面図である。 図において１０・・・・・・半導体基体、１１・・・・
・・絶縁膜、１２・・・・・・感光電極、１３ａ〜１３
ｍ、１４ａ〜１．４ｍ、 、１５ ａ〜１５ｍ、１６ａ
〜１６ｍ。 １３ａ′〜１３ｍ’、 １４ ａ’〜１４ｍ′、１５ａ
’〜１５ｍ′、 １６ ａ’〜１６ｍ’・・・・・転送
電極、１７゜１８．１９，２０．１７’、１８’、１９
’、２０’・・・・・転送パルス端子、２１，２２，２
１’、２２’・・・・・転送アレイ、２３，２３’・・
・・・・転送電極、２４，２４’・・・・・・蓄積電極
、２５，２６，２７，２８・・・・・・制御電極、２９
・・・・・・読み出し手段、３０・・・・・・変換手段
、３１ 、３２ 、３２’・・・・・分離帯、８１〜８
４ｍ・・・・・・感光アレイを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一次元に多数配列された感光部を有する一次元感光
   アレイの両側に第１の転送アレイを設け、前記第１の転
   送アレイのさらに外側にそれぞれ第２の転送アレイが設
   けられ、該第１の転送アレイと第２の転送アレイとの間
   に感光アレイと同数の素子をもつ一時蓄積アレイを具備
   し、前記感光部に発生する信号電荷を感光アレイから第
   １の転送アレイを介して一時蓄積アレイに転送蓄積する
   手段と、該一時蓄積アレイから第１の転送アレイ、第２
   の転送アレイに制御電極を用いて転送蓄積する手段と、
   該転送アレイ部に蓄積された電荷を該転送アレイ部にそ
   って順次転送する手段と、転送された電荷を読み出す手
   段と、該読み出された電荷を取り出す手段とを備えてい
   ることを特徴とする電荷転送−次元感光装置。