JPS5845829B2 - デンカケツゴウソシ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷結合素子（以下ＣＣＵという）に関する。

従来の一次元電荷結合撮像素子は中心部に光電変換部を
設けこれに隣接して両側に電荷転送チャネルを設けた構
造のものが代表的である。

第１図は従来の代表的ｆ４″ｎチャンネル、４相の一次
元電荷結合撮像素子の出力部近傍を模式的に示した平面
図である。

同図において１〜５は光電変換部、６〜１３は駆動パル
ス電圧印加用端子、１４は出力ゲート電極端子、１５は
電荷検出用フローティングダイオド、１６はリセットパ
ルス印加用端子、１７はリセットトランジスタ、１８は
出力プリアンプ、１９は出力端子、２０は出力負荷抵抗
、２１．２２は直流電源、２３〜３０はクロック線路で
あり、各クロック線路は、転送チャネルＡ、Ｂにおいて
各転送電極と接続されている。

また、３１は出力ゲート電極である。

つぎに、第１図に示される一次元電荷結合撮像素子の動
作について説明する。

光電変換部１〜５において光電変換された信号電荷は、
第１図中の矢印で示されるように交互に両側の転送チャ
ネルＡ、Ｂへ転送される。

その後、端子６〜１３にたとえば第２図に示されるよう
な駆動パルス電圧が供給されると転送チャネルＡ、Ｂに
おいて信号電荷は出力端へ向って転送される。

このとき、端子６，１０にはφ１１端子７゜１１にはφ
２、端子８，１２にはφ３、端子９゜１３にはφ４が印
加される。

また端子１６には、駆動パルスφ１〜φ４の２倍の周波
数を有するリセットパルスφＲが印加され電荷検出用フ
ローティングダイオード１５を充電する。

転送チャネルＡ、Ｂ中を転送されてきた信号電荷は、交
互に出力ゲート電極３１下を通ってフローティングダイ
オード１５に注入されフローティングダイオード１５を
放電する。

このときのフローティングダイオードの電位変化は出力
プリアンプ１８のゲートに導かれ出力負荷抵抗２０の端
子１９から出力電圧として検出される。

このときの出力部における電荷転送の様子をさらに詳細
に説明すると、まず転送チャネルＡにおいて出力ゲート
電極に隣接した最終転送電極３２（この場合φ２）下に
蓄積された電荷は、第２図の時刻ｔ１においてφ２がオ
フすると同時に出力ゲート電極１４下を通ってフローテ
ィングダイオード１５に注入され出力端子１９から検出
される。

つぎに時刻ｔ２においてリセットパルスφＲがリセット
トランジスタ１７のゲート端子１６に加えられ、直流電
源２１によりフローティングダイオード１５が充電され
リセットされた状態になる。

この間に転送チャネルＢにおいては電荷は線路２８につ
ながる電極（この場合φ２）下から線路３０につながる
電極（この場合φ４）下へと転送される。

したがって転送チャネルＢの最終転送電極３３下には信
号電荷が蓄積されており、該信号電荷は時刻ｔ３におい
てφ４がオフすると同時に出力ゲート電極３１下を通っ
てフローティングダイオード１５に注入され出力端子１
９から検出される。

つぎに時刻ｔ４においてリセットパルスがリセットトラ
ンジスタ１７に印加されるとフローティングダイオード
１５は充電されリセットされた状態にもどる。

つぎにφ２がオフするタイミングにおいては転送チャネ
ルＡからの信号電荷がフロムティングダイオードへ注入
され端子１９から検出される。

以下同様の動作を繰り返す。

しかしながら従来の一次元電荷結合撮像素子の出力ゲー
ト電極３１には、つねに直流バイアス電圧が印加されて
いるため最終転送電極３２．３３下に蓄積し得る電荷量
は他の転送電極に蓄積し得る電荷量よりも少ないという
欠点があった。

このことを第３図にしたがって説明する。

第３図は転送チャネルＢの出力近傍の断面図および最終
転送電極３３下に信号電荷が蓄積されている様子を示す
。

出力ゲート電極３１は、該電極下の表面電位φＯＧが転
送電極４０下の表面電位φ４０よりも深くなるように直
流バイアスされ、信号電荷が最終転送電極３３下からフ
ローティングダイオード１５へ転送されるときに電荷が
逆流することを防止する。

しかしながら第３図に示すように信号電荷が多い場合に
は、一部の信号電荷（第３図中ａ）は最終転送電極下に
蓄積し得ずフローティングダイオードへあふれ出す。

このときフローティングダイオードには他方の転送チャ
ネル（この場合転送チャネルＡ）からの信号電荷が存在
しているため転送チャネルＢからあふれ出した信号電荷
ａとの混合が行なわれる。

したがって従来は取り扱い得る最大信号電荷量が最終転
送電極３３に蓄積し得る電荷量（第３図中ｂ）で制限さ
れることさらには信号電荷が多い場合には転送チャネル
Ａからの信号と転送チャネルＢからの信号との混合、一
部信号電荷の消滅等の結果を招くことになり撮像された
信号が正確に再生されなくなる等の欠点があった。

本発明の目的は上記欠点を除去せしめた電荷結合素子を
提供することにある。

本発明によれば電荷転送チャネル上の出力ゲート電極に
隣接する転送電極に付随する電荷蓄積容量を該転送電極
以外の転送電極に付随する電荷蓄積容量よりも大きくし
たことを特徴とする電荷結合素子が得られる。

以下本発明について図面を用いて詳細に説明する。

第４図は本発明による電荷結合素子の一実施例の出力部
近傍を示す平面図である。

本実施例においては一次元電荷結合撮像素子を例にして
説明する。

第４図において４１〜４５は光電変換領域、４６〜５３
は、駆動パルス電圧印加用端子、５４は出力ゲート電圧
印加用端子、５５は電荷検出用フローティングダイオー
ド、５６はリセットパルス印加用端子、５Ｔはリセット
トランジスタ、５８は出力プリアンプ、５９は出力端子
、６０は出力負荷抵抗、６Ｌ６２は直流電源、６３〜７
０はクロック線路、７１は出力ゲート電極、７２．７３
は転送チャネルＣ，Ｄにおける最終転送電極である。

第４図に示される本発明による素子は転送チャネルＣ，
Ｄの最終転送電極７２．７３の面積を他の転送電極の面
積よりも大きくしたことを特徴としている。

最終転送電極以外の転送電極の面積をＡｏ１最終転送電
極の面積をＡｆ、駆動パルス電圧を■ｇ１出力ゲート電
極５４に印加する直流バイアス電圧をＶｏＧ、転送チャ
ネルのしきい値電圧をｖｔｈ、とすると、ＡｆはＡｆ≧
Ａｏ（ＶｇＶｔｈ ）／（Ｖｇ −ＶｏＧ）となるよう
に選ぶ。

一般に最終転送電極７２．７３に蓄積可能な最大電荷量
Ｑｆは酸化嘆の単位面積通りの容量をＣＯＸとすると、
Ｑｆ＝ＡｆＣｏｘ（Ｖｇ−ＶｏＧ）で与えられる。

一方他の転送電極に蓄積可能な最大電荷量ＱｏはＱｏ＝
ＡｏＣｏＸ（■ｇ−■ｔｈ）で与えられる。

したがって前記不等式の関係が成立するようにＡｆを選
択するとＱｆ≧Ｑｏが戒り立つ。

このことから転送チャネルＣ，Ｄを転送されてきた信号
電荷は全て最終転送電極７２．７３下に蓄積可能であり
、第１図あるいは第３図で示される従来のように一部の
信号電荷が出力ゲート電極下を通り、フローティングダ
イオードに注入され両転送チオネルの信号電荷の混合が
行なわれることはなく、撮像された信号が正確に再生さ
れる。

本実施例においては最終転送電極長を電荷転送方向に長
くすることにより、最終転送電極７２゜７３の面積Ａｆ
を大きくしているが、もちろん電行転送方向と直角方向
の電極幅を広くすることによってＡｆを大きくすること
も可能である。

さらにまた最終転送電極下の酸化膜厚を他の転送電極下
の酸化膜厚よりうす＜シ、最終転送電極の電荷蓄積容量
を大きくすることによってもよい。

以上、本発明についてｎチャネルの場合の一実施例を説
明したがもちろんＰチャネルの場合についても同様に適
用できることは明らかである。

さらにまた本発明は、一次元電荷結合撮像素子に限るも
のではなく、二次元電荷結合素子、電荷結合遅延素子等
にも適用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一次元電荷結合撮像素子の出力部近傍の
平面図、第２図は駆動パルス波形、第３図は、第１図に
おける転送チャネルＢの出力部近傍の断面図、第４図は
本発明による一次元電荷結合素子の出力部近傍の平面図
である。 図において１〜５，４１〜４５は光電変換領域、６〜１
３゜４６〜５３は１駆動パルス電圧印加用端子、１４゜
５４は出力ゲート電極端子、１５．５５は電荷検出用フ
ローティングダイオード、１６．５６はリセットパルス
印加用端子、１７．５７はリセットトランジスタ、１８
，５８は出力プリアンプ、１９．５９は出力端子、２０
．６０は出力負荷抵抗、２１，２２，６Ｌ６２は直流電
源、２３〜３０．６３〜７０はクロック線路、３１．７
１は出力ゲート電極、３２，３３，７２．７３は最終転
送電極、３４は酸化１［、Ａ−Ｄは電荷転送チャネルを
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電荷結合素子において、電荷転送チャネル上の出力
   ゲート電極に隣接する転送電極に付随する電荷蓄積容量
   を該転送電極以外の転送電極に付随する電荷蓄積容量よ
   りも大きくしたことを特徴とする電荷結合素子。