JPS623589B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の分野 この発明はイメージ・センサの分野に関する
ものであり、かつ特に、これに限定されない
が、検出されているイメージの変化を識別する
ように設計された撮像システムの分野に有益な
ものである。

(2) 先行技術 電気的に像を検出するのが望ましい場合が多
くある。ある状況では、選択された一瞬時に全
体としてイメージを知覚するのが望ましい。他
の状況においては、主たる要望はある瞬間に全
体のイメージを知覚することよりもむしろ選択
された時間期間の間のイメージの変化を識別す
ることである。

先行技術には数多くのイメージ・センサがあ
る。しかしながら、すべてではないにしても、
それらのうちのほとんどは完全なイメージを検
出することができるものの、イメージ変化を識
別するために入念な事後の検出データ処理を必
要とする。イメージ変化を識別するための１つ
の先行技術は、観察されるべき場面の最初のイ
メージ・フレームを検出し、外部メモリにその
最初のイメージ・フレームを記憶し、基準とし
てその最初のイメージを用いて同じ場面に対し
て続いて検出されたイメージ・フレームを比較
して最初のフレームと後続のフレームとの間の
差を決定していた。画素ごとに最初のフレーム
の検出されたイメージ強さから後続のフレーム
の検出されたイメージ強さを減算することによ
つて、２個のフレームにおける応答誘起放射線
の異なる強さを検出自在に受けた各画素に対し
てノン・ゼロ結果が与えられる。強さ解像度お
よび精度の有意な損失を受けることなく最初の
イメージ・フレームの全体の電気的表示を記憶
することができるメモリを必要とするという点
において、このようなシステムは非常に複雑で
ある。データ処理システムは、(1)後続のイメー
ジ・フレームの電気的表示を記憶しかつ次にそ
の電気的表示を最初のフレームの電気的表示と
比較することができなければならないが、また
は(2)後続のフレームの電気的表示が発生されま
たは受けられるときに、最初のフレームの電気
的表示と実時間で後続のフレームの電気的表示
とを比較することができなければならない。こ
れらの技術のどちらが用いられても解像度およ
び精度が低減する。デイジタル・メモリを用い
れば、デイジタル化によつて解像度および精度
が低下する。アナログ・メモリを用いれば、２
個のフレールからのデータは非同一特性を有す
る異なる装置を通過するので解像度および精度
が低下する。そのようなシステムは複雑かつ高
価であるけれども、識別されるべき場面の変化
が識別するのが簡単な変化を作る強さレベルの
ものであるところではそれらの意図した目的を
達成する際に効果的であり得る。しかしなが
ら、これらのシステムに必要とされる信号処理
の複雑な性質のため、低強度レベルのものであ
るかまたは高強度レベル中の小さな変化を含む
ような場面の変化に対する感度は最適なものよ
りも劣る。

全体のイメージを知覚しかつ移動ターゲツト
またはイメージ変化の識別に適したイメージ・
センサおよび撮像システムが必要とされ、かつ
複雑さおよび価格を減少しかつ小さな強度変化
に対してかつ高強度背景における低強度ターゲ
ツトの運動に対して感受性が改良されたシステ
ムが必要とされる。

概 要 先行技術のイメージ・センサの欠点は、半導体
材料内に埋込まれた電荷収集エレメントのアレイ
において、そのイメージに応答して光発生された
（photogenerate）電荷を収集ることによつて、こ
の発明の半導体装置により大部分が克服される。
各電荷収集エレメントはそのイメージの１個の画
素（ピクセル）から放射線を検出する。アレイの
各埋込み電荷収集エレメントに収集された（検出
された）電荷は、外部で使用できる信号を与える
出力構造へ転送するために、その電荷収集エレメ
ントに関連の電荷転送素子（CTD）蓄積セルへ
周期的に転送される。移動ターゲツト（またはイ
メージ変化）識別は、複数個のCTD蓄積セルを
各電荷収集エレメント（電荷コレクタ）と関連さ
せることによつて各電荷収集エレメントごとに多
重フレーム蓄積を用いることによつて効果的に与
えられる。移動物体は、ピクセルごとに、２個の
異なるフレームの間に収集された電荷に基づいて
電荷差分動作を行なうことによつて識別される。
これは、それが後続フレームにおいて有していた
のと異なるような最初のフレームにおいて検出自
在に化学放射線強さを有していた各画素ごとにノ
ン・ゼロ・データを与え、かつそれによつてその
背景が何であるかには関係なく、任意の固定され
た背景を無視しながら変化している像のそれらの
部分を識別する手段を提供する。(1)異なるフレー
ムが電荷収集素子のある列に関連のCTDの各々
にストアされるように、独立した電荷蓄積制御を
有する複数個のCTDを電荷収集素子の各列に関
連させることによつて、かつ(2)異なるイメージ・
フレームを表わす電荷が異なる出力CTDへ転送
されるように各フレームおよび特殊な電荷転送制
御構造に対し別々の出力CTDを与えることによ
つて、フレーム間クロストークが最小にされかつ
解像度および精度が最大にされる。そのような構
成により、各CTD（アレイおよび出力の両方）
が１個のフレームのみから収集された電荷を移送
しながらフレームが並列にシステムの出力へ転送
され、それによつてアレイCTDおよび出力CTD
における転送の間にフレーム間の転送誘起クロス
トークが防止される。

独立の電荷蓄積制御が、１個の伝播位相の電極
を蓄積制御のための複数個の別々の電極に分割す
ることによつて得られる。

外部から与えられた第１および第２のイメー
ジ・フレーム・データは逐次にCTDアレイへ転
送されかつ、それがまるで埋込み電荷収集エレメ
ントによつて検出されたかのように同じ態様で処
理される。この方法で、CTD構造は、好ましい
モノリシツク素子のように働くシステムを形成す
るため、先行技術の、１回で１個のフレームの撮
像器とともに用いられる。

好ましい実施例の詳細な説明 この発明による撮像装置は、その装置の適当な
機能に必要な特性を有する半導体ウエハまたは他
の材料に構成される。これらの特性はこの装置お
よびその動作の好ましい実施例の後で行なう説明
から明らかとなろう。

この発明によつてなされるいくつかの動作は異
なるが、しかし同じまたは類似する言葉によつて
示されることができる。説明を明確にするため
に、「検出（detect）」、「識別（discern）」、「知
覚
（perceive）」、「化学線の（actinic）」および「検
知（sense）」が用いられる状態をここに説明す
る。

用語「検出」は、入射エネルギを、そのエネル
ギの化学線強さの空間変動を表わす収集された電
荷に変換するプロセスまたは機能に関して用いら
れる。

用語「化学線の」はこの装置が検出することが
できる電荷を直接または間接的に発生する入射エ
ネルギに関して用いられる。

用語「識別」は、検出プロセスによつて与えら
れたイメージ情報から選択された情報を抽出する
プロセスに関して用いられる。識別は、全体のシ
ステム設計に従つて、半導体チツプ内またはその
外部で生じる。

用語「知覚」は検出プロセスによつて与えられ
たイメージ情報を受けることに関して用いられか
つイメージ情報のすべてを受けることもしくは識
別された情報よりも少ない量の情報を受けるこ
と、またはその両方を包含する。知覚は全体のシ
ステム設計に従つて半導体チツプ内またはその外
部で生じる。

用語「検知」は、化学線入射エネルギを、その
化学線入射エネルギの空間的変動を表わす電気信
号または電気的に誘起された状態に変換するプロ
セスに関して用いられる。この用語「検知」はこ
のようにむしろ幅広く、かつ所望の情報または信
号の形式に従つて、検出と同じほど少なくかつ検
出と同じほど多くならびに後続の多くのデータ処
理を包含することができる。

［イメージセンサの全体構成］ この発明によるイメージセンサ装置１８の好ま
しい実施例が、部分的に切離された斜視図で第１
図に示される。簡単に説明すれば、センサ装置１
８は上面および正面２０と、検知されるべきイメ
ージがその上に焦点合わせされるように設計され
た、底面または裏面１９とを有し、かつ主材料２
２のウエハを含む。主材料２２は薄い部分２８を
有し、その中には埋込み電荷収集領域３０（コレ
クタ）および電荷コレクタ分離領域３２が設けら
れる。主材料２２の上面はその上に設けられる誘
電体層５０と誘電体層５０の上に設けられる電荷
転送素子（CTD）制御電極６１，６３，６５，
６７および６９の組６０とを有する。複数個の
CTDチヤネルが、チヤネルストツプ（第１図に
は示されていない）によつて主材料内に規定され
る。電荷転送チヤネルおよびチヤネル・ストツプ
は組６０の電極の長さ方向に対し垂直に延びてい
る。電荷転送チヤネル、制御電極、チヤネル・ス
トツプなどは、電荷収集領域３０によつて収集さ
れた電荷の形式でイメージ情報を受ける電荷転送
素子の組７０（第２図参照）を含む。アレイ出力
構造１００が第１図に示されるようなイメージ・
センサ装置１８の右側境界近辺に設けられる。ア
レイ出力構造１００は電荷パケツトの形式で組７
０（第２図）の電荷転送素子からイメージ情報を
受けかつそれらを外部利用可能な信号が与えられ
る装置の出力領域１４０（第６図）へ移送する。
アレイ電気入力構造９８は、第１図に示されるよ
うにイメージセンサ装置１８の左側の近辺に設け
られる。

［イメージセンサの動作の概略説明］ この発明の実施例の動作は、装置の構造の目
的、および相互関係、種々の部分がその装置構造
の以下の詳細な説明からより容易に理解されるよ
うに、この時点では簡単に説明される。

第５図を参照して、入射エネルギ９０は、好ま
しくは検知されるべきイメージを構成する電磁放
射線の態様であり、この入射エネルギ９０は薄い
部分２８を裏面１９に衝突し、半導体材料を通り
ホール−電子対の発生に伴なつて吸収される。一
方の符号のキヤリアが電荷収集領域３０において
引きつけられかつ収集されて個々の電荷収集エレ
メント（CCE）の近辺に蓄積された電荷量の態
様でイメージ強さ情報を与える。電荷収集エレメ
ントのこれらのキヤリアの収集は、イメージ集積
時間（インテグレーシヨンタイム；
integrationtime）として示される期間の間続くこ
とができる。一旦イメージ集積期間が終わると、
入射イメージのフレームが検出されかつCCE−
CTD転送電圧が電極６７（または電極６９）へ
印加されて、検出されたイメージを表わす電荷が
読出しのためアレイCTDへ転送される。この電
圧は符号および大きさを有し、それによつて、複
数個のデイプリーシヨン領域は、主材料２２の正
面の近辺から埋込み電荷収集エレメント３０へ充
分に拡がる。各電荷収集エレメント（CCE）に
よつて収集されたキヤリアは、それらに関連のデ
イプリーシヨン領域へ引きつけられ、かつ主材料
２２の正面方向へ移動する。CCE−CTD転送電
圧は電荷保持電圧まで減少され、この電荷保持電
圧はもはや電荷収集エレメントから電荷を引きつ
けないが、しかしそのエレメントに関連の個々の
CTD電荷蓄積井戸において各電荷収集エレメン
トから転送された電荷を補充する。一旦、転送電
圧が蓄積電圧レベルまで減少されると、電荷収集
エレメント３０は与えられたイメージの第２のフ
レームを表わす電荷を蓄積している。このように
して、新しいイメージ集積時間が始まる。第２の
イメージ集積時間が終わるとき、入射イメージの
第２のフレームが検出され、かつCCE−CTD転
送電圧が電極６９（または６７）に印加されて、
第２の検出されたイメージ・フレームを表わす電
荷が、第１のイメージ・フレームから電荷をスト
アするためには用いられないアレイCTDへ転送
される。電極６９のCCE−CTD転送電圧は次に
電荷蓄積電圧まで減少される。各電荷収集積エレ
メントは、それに関連の２個のCTD蓄積セル、
すなわち、電極６７の下のセルと電極６９の下の
セルとを有する。関連のCTD蓄積セルは、その
電荷収集エレメントが直接電荷を転送することが
できるものである。これらのセルの各々が異なる
CTDにあるので、それらがあるCTDは、また関
連のCTDとして示されてもよい。イメージの第
１のフレームを表わす電荷は電極６７の下にある
CTD蓄積井戸に今保持され、かつイメージの第
２のフレームを表わす電荷は電極６９の下にある
CTD電荷蓄積井戸に保持される。電極６７およ
び６９は共にそこに印加された電荷蓄積電圧を有
するので、それらは今同じ電位にある。

今、第１図を参照すると、電荷電播電圧が組６
０の電荷転送電極へ印加され（電極６７および６
９は同じ電圧が印加されている）、第１および第
２のフレームを表わす電荷を装置の出力へ転送す
る。

２個のイメージ・フレームを表わす電荷は行ご
とに出力システムへ転送される。好ましい実施例
の出力システムは、第１のフレーム電荷を第１の
出力CTDへ転送しかつ第２のフレーム電荷を第
２の出力CTDへ転送するための制御構造ととも
に、並列な出力CTD１０４および１０６を併用
する（第６図参照）。各行の電荷が出力CTDへ転
送された後、その行の電荷は、外部利用可能な信
号が発生される装置の装置出力領域１４０へ出力
CTDを介して転送される。

［イメージセンサの構造の詳細な説明］ イメージセンサ装置１８の構造を、今、より詳
細に議論する。まず第１図を参照して、イメージ
センサ装置１８は下面または裏面１９および上面
または正面２０を有しかつ主材料２２のウエハを
含む。主材料２２は、この好ましい実施例では、
ｎ形シリコンである。主半導体２２に加えて、装
置１８は補助層、部材および構造を含む。ウエハ
２２は厚い部分２４、薄い部分２８および厚い部
分２４と薄い部分２８との間の領域のテーパ付移
り変わり部分２６を有するように示されている。
明確さを増すために第３図を参照して、薄い部分
２８は、入射エネルギを衝突イメージを表わす電
荷へ変換するために活性的な材料を含む。衝突イ
メージが電磁放射線の態様である場合には、活性
材料が、通常電気−光学的活性でありかつこの好
ましい実施例では、半導体でありかつ特にシリコ
ンである。埋込み電荷収集エレメント（CCE）
または構造３０は、ウエハ２２の正面２０に平行
な平面アレイ状、好ましくは長方形平面アレイ状
に薄い部分２８内に設けられる。各電荷収集エレ
メントは、その電荷収集エレメントの近辺で部分
２８に入射する衝突イメージの部分に対応して光
発生された（photogenerate）電荷を収集する。
電荷収集エレメントは好ましくはダイオード層に
埋込まれる（部分２８がドープしたｎ形であれば
ドープしたｐ形である）。個々の電荷収集エレメ
ント３０は、部分２８の分離ウエハ部分３１（第
２図参照）を挾むことによつて互いに分離され、
その分離ウエハ部分３１は、隣接する電荷収集エ
レメントおよびそれによつて収集された電荷から
電荷収集エレメント（CCE）を互いに分離する
ようにされている。分離ウエハ部分３１は好まし
くは、分離領域３２を含み、この領域３２は好ま
しくは、部分２８（すなわち、n⁺形）と同じ導
電形の比較的重くドープされた領域である。この
重いドーピングによつて、領域３２は、その動作
の間に装置へ印加されるべきCCE−CTD転送電
圧に応答して電荷キヤリアが欠乏することが妨げ
られる。これによつて画素（ピクセル）間のクロ
ストークまたはスミヤが最少にされる。

ウエハ２２は厚い部分２４を有する好ましくは
矩形であり、厚い部分２４は完全にウエハの周り
に延びて装置に対する構造的な本来の姿を添え
る。薄い部分２８の厚さは、興味ある放射線が光
応答的に吸収される前に半導体材料を通る深さに
従つて選択されなければならない。この浸入深さ
は放射線の波長および半導体材料の特性の両方に
依存する。部分２８の長さは、(1)埋込み電荷収集
エレメント３０が制御された態様でウエハの正面
側上のCTDアレイ７０と連通することができか
つ(2)電荷収集エレメント３０によつて収集される
前に一方の画素（ピクセル）から他の画素へのキ
ヤリアの交差拡散を十分に低レベルに制限するこ
とができるように化学的放射線がキヤリアを発生
する領域２８のその部分へ十分に接近し得る、そ
のような深さに埋込み電荷収集エレメント３０が
置かれることができるように選択されなければな
らない。

収集に先立つ電荷キヤリア拡散によるピクセル
間のスミヤを最少にするために、電荷収集エレメ
ントからある距離に整列して発生される多数のキ
ヤリアを有するのが好ましく、それは電荷収集エ
レメントの幅の1/3ないし1/2である。電荷収集エ
レメントの幅は領域３０の一方側上の隣接領域３
２の中心からダイオードの他方側の隣接領域３２
の中心までである。この1/3ないし1/2の距離対幅
の比は、最少量のピクセル間にスミヤが生じるの
を確実にする。可式光を含む多くの波長の電磁放
射線は非常にわずかだけシリコンに浸入する。し
たがつて、最少のピクセル間のスミヤで得られる
優れた解像度のために、部分２８のシリコンは非
常に薄く、10ないし25μｍでなければならない。
10−25μｍぐらい薄い均一な厚さのシリコンウエ
ハは、非常にこわれ易くかつ、受入れることがで
きないほど高い破損速さを経験せずに取扱いかつ
処理するのが困難である。したがつて、もしも非
常に薄い部分２８が必要であれば、構造的な本来
の姿を与えるのに十分な厚さを有するウエハで開
始しかつ部分２４のためその厚さを保ちかつ所望
の厚さの薄い部分２８を形成するようにウエハの
中心方向へエツチングして切取りまたは他の方法
で材料を除去するのが好ましい。

裏面１９近くの薄い部分２８の一部４６（第
３，４，５図参照）は傾斜型のドーピング濃度部
分を設けられているのが好ましく（好ましい実施
例では表面においてより重くドープしたｎ形）、
その分布は、電荷収集領域３０方向へ一方符号の
電荷キヤリアを駆動する固有の電界を作る。この
固有の電界によつて、収集するのが望ましいキヤ
リア（ホール）が電界内を電荷収集エレメント方
向へかつ裏面１９から離れてドリフトする。裏面
１９は通常半導体材料の内部よりも高い再結合速
さを示す。裏面から離れるように所望のキヤリア
（ホール）を駆動することによつて、固有の電界
は、裏面に到達するそれらのキヤリアの数を減少
させ、それによつてその面で再結合する数を最少
にしかつ装置の収集効率を最大にするのに役立
つ。領域４６の相対深さは設計上の選択事項であ
る。

検出されるべき衝突イメージを構成する放射線
に対して実質的に透明でありかつ好ましくは実質
的に非反射性でありかつ非拡散である適当なパツ
シベーシヨン誘電体５２が半導体ウエハの薄くさ
れた部分２８の表面（ウエハ裏面）１９上に設け
られる。パツシベーシヨン層５２は、有益なイメ
ージ放射線のすべてが実質的に半導体に吸収され
るのを許容し、他方、環境により誘起された半導
体材料の劣化およびアレイの感度の減少を防止し
または最少にする。前記アレイの感度の減少はそ
のような半導体の劣化を伴なう。

［CTDの構成］ ウエハ２２の正面に隣接するウエハの部分５８
は、好ましくはかなり重くｐ形にドープされ、そ
の結果、埋込みチヤネルを有する電荷転送素子
（CTD）の組７０がそこに表わされ、それらは埋
込みダイオード（CCE）によつて収集された電
荷を蓄積しかつ移送することができる。部分５８
は埋込みダイオード３０が形成される領域５６と
反対の導電形のものである。領域５８は部分５６
とともにpn接合５７を形成する。構造的に（第
２図および第５図を参照）組７０のCTDは、部
分２８の領域５８を介して領域５６へ延びるチヤ
ネルストツプ領域７２と、ウエハ２２の正面上で
熱的に成長された二酸化シリコンのような電荷転
送素子誘電体５０と、前気誘電体層上にありかつ
チヤネルストツプ７２に実質的に垂直に配向され
る電荷転送素子制御電極の組６０とを含む。電荷
転送素子電極の組６０は好ましくは４相２レベル
の組の電極を含む。第１および第３位相電極６１
および６５は、それぞれに、より低いレベルの電
極でありかつ誘電体層５０上に直接に設けられ
る。より上のレベルの第２の位相電極６３および
第４の位相電極６７および６９は、第１のレベル
の電極６１および６５の上にある誘電体層７８の
上に設けられる。第４の位相電極の各々は、分離
した第４の位相電極として好ましくは示されても
よい電極６７および６９からなる。電極６７およ
び６９は交互に歯を欠く２個の櫛に似ており、相
互の歯と歯の間に配置され一方の櫛の歯が他方の
櫛の歯のない部分に整列されてインターデイジタ
ルに配列される。この構造の詳細な説明は第３図
から第５図までおよびそれに関連の議論から後で
より明らかになろう。電極６７および６９は、第
１および第２フレーム電荷を埋込み電荷収集エレ
メントから別々のCTDへ転送するのに適合する
ように別々に作られる。CTDの電荷伝搬のた
め、電極６７および６９は同じ電位で駆動され、
そのため、それらは電荷転送を制御する際に１個
の電極として働く。第１位相として特定の電極を
識別することは本質的に任意であるが、それが
CTDの両端で素子構造に関するときは例外であ
るということが認識されよう。

［入出力装置の配置］ 装置の出力構造の配置が、イメージセンサ装置
１８の正面２０の右側部分に沿つて設けられる点
線の長方形１００によつて第１図に示される。出
力構造１００は電荷転送素子７０から電荷を受け
かつイメージ情報を電荷転送素子７０から外部利
用回路へ転送する働きをする。明瞭にしかつ簡略
化するために、第１図は出力構造の位置のみを示
す。出力構造１００の詳細は第６図ないし第１０
図で示されておりかつ以下に説明する。任意の電
子入力構造９８の位置がセンサ装置１８の正面２
０の左側に示される（第１図）。入力構造９８
は、所望すれば、電荷転送チヤネル７４および７
６へ入力電荷を与えるために用いられてもよい。

［転送チヤネルの構成］ 第２図は正面２０の上から下へ見た第１図の装
置の平面図である。この図では、埋込み電荷収集
エレメント３０と観察者との間の材料は、電荷収
集エレメント（ダイオード）３０が構成されるア
レイパターンと、それらが部分２８のウエハ部分
３１および電荷コレクタ分離領域３２を介在させ
ることによつて互いに水平に分離される態様とを
図解する目的で、図面のほとんどから除去されて
いる。図面の上方左側隅には、埋込み電荷収集エ
レメント（ダイオード）３０−観察者間の材料が
除去された態様で示されている。埋込み電荷収集
エレメント（ダイオード）３０を誘電体層５０か
ら分離するウエハ２２の部分５６は、埋込みダイ
オード３０の上に載せる第１の材料である。主材
料２２の、より重くドープした反対の導電型の正
面領域５８は、領域５６とで構成するpn接合５
７から、主材料２２および誘電体層５０間の境界
４８へ延びる。複数個の離隔した実質的に平行な
電荷転送チヤネルストツプ７２は、半導体ウエハ
２の正面に沿つて領域５８を複数個の平行な電荷
転送素子チヤネル領域７４および７６に分割し、
それらの領域７４および７６は組７０の電荷転送
素子の転送チヤネルを構成する。チヤネルストツ
プ７２は好ましくは、誘電体層５０の直接下にあ
る部分２８の正面に沿つて設けられかつ領域５６
へ延びる重くドープした（この実施例ではｎ形）
半導体領域を含む。組６０の電荷転送制御電極
は、電荷転送チヤネル７４および７６の電荷の伝
搬が第２図において左側から右へまたは右から左
へ生じるように、すなわち、電極が対称な電位を
それらの下に誘起するように、好ましくは構成さ
れる。この好ましい実施例では、電荷転送チヤネ
ル７４および７６は好ましくは埋込み電荷転送チ
ヤネルであり、このチヤネルの電荷蓄積（移相）
領域は、電荷転送チヤネル内の電荷転送効率に基
づき表面トラツプの悪影響を最少にしまたは除去
するのに十分な深さに埋込まれる。電荷転送素子
制御電極６０は誘電体層５０の上にある。第１レ
ベルの電極６１および６５は誘電体層５０の上に
直接設けられる。誘電体層７８は第１レベルの電
極６１および６５の上にある。第２レベルの電極
６７，６９および６３は誘電体層７８の頂部上に
設けられる。電極６７は電荷転送素子チヤネル７
４のための第４位相電極を構成し、他方、電極６
９は介在する電荷転送チヤネル７６のための第４
位相電極を構成する。

［CTD制御電極とCCEとの関係］ 電荷転送素子制御電極と埋込み電荷収集エレメ
ント（ダイオード）との間の関係は第３図ないし
第５図を参照してより明確に理解することができ
よう。第３図は矢印で示される方向に見た線３−
３に沿つて第２図の装置を切取つた断面図であ
る。第３図に示されるウエハ２２の薄くした部分
２８の部分は横方向に限られた範囲のものであ
り、それゆえにごく少数の埋込み電荷収集エレメ
ント（CCE）３０を含む。電荷収集エレメント
３０は、境界４８に平行な平面の領域２８の厚さ
内に位置決めされる。約６μｍの距離が電荷収集
エレメント３０をpn接合５７から分離する。pn
接合５７は半導体領域５６および５８間の境界を
構成する。領域５８の正面は、主材料２２と、そ
の上に設けられる誘電体層５０との間の境界４８
を構成する。第１レベルの電荷転送素子電極６１
および６５は誘電体層５０の上に設けられる。誘
電体層７８は第１の電極６１および６５の上にあ
りかつ第１層電極６１および６５を第２の層の電
極６３，６７および６９から絶縁する。それらの
第２の電極は第１層の電極間のスペースと整列し
て誘電体層７８の上に設けられる。第２図におけ
る断面ライン３−３の位置からわかるように、こ
の断面の平面は電荷転送素子チヤネル７４（これ
らはそれらの第４位相電極として電極６７を有す
る）の１個の長さに平行でかつその１個内にあ
る。電極６７の幅広い部分（歯）が第４位相位置
において電極６５および６１間のスペースの上に
ある。電極６９の狭い部分（歯の欠けた部分）は
下にある電極６５の上に横たわつており、それに
よつてチヤネル７４においては電極６７は第４位
相電極を構成する。電極６９は電荷転送チヤネル
７４内の電位に基づき最少の効果を有する、なぜ
ならばそれらは介在している電極６５によつてそ
こからシールドされるからである。

［CTDチヤネル７６と電極との位置関係］ 第４図は電極６９と下に横たわる電荷転送チヤ
ネル７６との間の関係を示しかつ矢印の方向に見
てライン４−４に沿つて第２図の装置を切取つた
断面図である。第４図は実質的に第３図と同一で
あるが、電極６９の幅広い部分（歯）が第４位相
位置において電極６５および６１間のスペースの
上にありかつ電極６７の狭い部分（歯の欠けた部
分）が下に横たわる電極６１の上にあるというこ
とが異なる。第３図に関して上述したのと同じ態
様で、電極６９は下に横たわる電荷転送素子チヤ
ネル７４のための第４位相電極を構成し、かつこ
れらのチヤネルは介在する電極６１によつて電極
６７の電位からシールドされる。

［CTDチヤネル７４，７６と第４位相電極との位
置関係］ 第５図は矢印方向に見たライン５−５に沿つて
切取られた第２図の装置の断面図である。この図
面に示される薄くなつた部分２８の一部は横方向
に限られた範囲のものでありかつそれゆえに数個
の電荷転送チヤネルストツプ領域７２および埋込
み電荷収集エレメント３０のみを含む。電荷転送
チヤネルストツプ７２は紙面に垂直に設けられか
つ電極の長手方向の大きさは紙面に平行である。
チヤネル７４および７６の電荷移相は、チヤネル
ストツプの配向に平行に紙面の中へまたは紙面か
ら外へ行なわれる。第２図からわかるように、断
面ライン５−５は電荷転送チヤネルの伝播方向に
垂直に、かつ下に横たわる電極６５および６１間
のスペースの上で電極６７および６９を通して延
びる。したがつて、断面図では、断面になつた電
極６７の個々の幅広い部分は断面になつた電極６
９の個々の幅広い部分によつて連結されずかつ分
離されるように現われており、前記断面になつた
電極６９もまた接続されないように現われる。し
かしながら、第２図からわかるように、断面にな
つた電極６７の示された個々の部分は、断面にな
つた電極６７の断面の外にある部分によつて相互
接続される。断面になつた電極６９の個々の部分
は、断面電極６９の断面の外にある部分によつて
同様に相互接続される。電極６７および６９の
個々の部分間のスペースはすべてチヤネルストツ
プ７２のすぐ上に生じ、かつ電極６７または６９
の各幅広い部分は、それぞれ、下に横たわる電荷
転送チヤネル７４または７６の全体の幅に及んで
おり、または少なくともその中の電位を制御する
のに十分な幅に及んでいる。このように、チヤネ
ル７４内では、電荷伝播が、電極６１，６３，６
５および６７からなる伝播電極の４相の組によつ
て制御される。電荷転送チヤネル７６内では、電
荷伝播が、電極６１，６３，６５および６９から
なる４相の電極の組によつて制御される。電荷転
送チヤネル内の電荷の伝播のために、同じ電位が
好ましくは電極６７および６９に印加され、その
結果電荷転送チヤネル７４および７６のすべてに
おいて並列に伝播が生じる。

［CCEの構成配置］ 埋込み電荷収集エレメント（ダイオード）３０
は矩形でありかつ組７０の電荷転送チヤネルの伝
播の方向に平行な１対の対向する側部を有しかつ
その方向に垂直な他の対の対向する側部を有する
のが好ましい。第３図、第４図の基準ライン２０
０，２０２および２０４ならびに第５図の２１
０，２１２および２１４が、上に重なる組６０の
電荷伝播制御電極および電荷伝播チヤネル７４お
よび７６に関して埋込み電荷収集エレメント（ダ
イオード）の好ましい位置を示すために設けられ
る。上に横たわるチヤネル内の伝播の方向に平行
な運動に関して、上に横たわる伝播電極６７また
は６９の有効中心の下に直接電荷収集エレメント
（ダイオード）３０の中心を有するのが好ましい
（基準ライン２０２、第３図および第４図）。電極
６３の下に中心合わせされた分離領域３２を有す
るのもまた好ましい（基準ライン２００，２０
４、第３図および第４図）。上に横たわる電荷転
送チヤネルの伝播の方向に垂直な方向の運動に関
して、上に横たわるチヤネルストツプ７２（これ
は、電極６７および６９のインターデイジタルな
歯間のスペースの直接下にある。）の中心の直接
下に埋込み電荷収集エレメント３０の中心を有す
るのが好ましい（基準ライン２１２、第５図）。
次の最も近いチヤネルストツプ領域７２の下に中
心合わせされた埋込み電荷収集エレメントの一方
側上に分離領域３２の中心を有するのもまた好ま
しい。この態様では、埋込み電荷収集エレメント
（ダイオード）３０が上に横たわる電荷転送チヤ
ネル７４および７６の電極６７および６９に関し
て可能な限り幾何学的に中心合わせされる。より
詳細に説明すると、各埋込み電荷収集エレメント
と上に横たわる電極６７および６９との間のこの
幾何学的対称関係により、埋込み電荷収集エレメ
ント（ダイオード）上に横たわる電荷転送素子間
の電荷転送特性が可能な限り同一になる。同一の
電荷転送特性は、第１フレームの電荷が電極６７
および６９の一方の下の領域へ伝送されかつ第２
のフレームの電荷が他方の下の領域へ転送される
ときに重要である。同一の転送特性下では、転送
が電極６７または電極６９の下の領域へなされる
かどうかには関係なく、等しい転送時間が等しい
初期電荷に対する等しい転送を与える。電荷収集
エレメント（ダイオード）から電荷転送素子への
完全な電荷転送が生じないような電荷収集エレメ
ント（ダイオード）読出し条件のときは、その効
果は、電荷転送素子チヤネル７４への転送および
電荷転送素子チヤネル７６への転送に対するもの
と実質的に同じである。

図示の構造によつて、検知されるべき場面のイ
メージの第１のフレームを表わす電荷が電荷転送
チヤネル７４へ転送されることができかつそれか
ら電極６７の下に横たわる領域に保持されること
ができ、他方イメージの第２のフレームを表わす
電荷が埋込み電荷収集エレメント（ダイオード）
に収集される。電荷のこの第２の組は次に上に横
たわる転送チヤネル７６へ転送されかつ電極６９
の下に保持されてもよい。イメージの２個のフレ
ームを形成する電荷はそれから並列にそれぞれの
チヤネル７４および７６に沿つて転送出力されて
もよい。

隣接する埋込み電荷収集エレメント（ダイオー
ド）間の分離を最大にするためにかつそれによつ
て可能な限り鮮明なイメージを提供するために、
隣接電荷収集エレメント（ダイオード）間の半導
体ウエハの領域は好ましくは重くドープしたｎ形
である。これは、１個の埋込み電荷収集エレメン
ト（ダイオード）から異なる電荷収集エレメント
（ダイオード）に関連のCTDセル上の収集された
電荷の交差読出しを最小にする。

［CTDの好ましい特性］ 現在達成可能なCTDは１よりもわずかに少な
い電荷転送効率を有する。これは、CTD蓄積井
戸の電荷パケツトが１回のフル・サイクルによつ
て前へ転送されるとき、そのパケツトの部分であ
つたある電荷が取り残される有限な確率があると
いうことを意味する。取り残されたどの電荷も、
後続のCTD蓄積セルのパケツトの電荷に加わる
ことができる。これはある蓄積セルからその後続
のセル内へ不要な電荷を与える傾向にある。

第１のイメージと第２のイメージとの間の場面
の変化を識別する際に最大の精度を得るために、
フレーム間のクロストークが最少にされなければ
ならない。なぜならばフレーム間のクロストーク
はフレーム間の変化を不明瞭にするからである。
第１フレームの電荷と第２フレームの電荷とのこ
のようなどのフレーム間のスミヤも、第１フレー
ムの電荷を第２のフレームの電荷へ交換すること
によつておよびその逆の交換によつて正確な場面
変化の決定に悪影響を与える。これは、ある電荷
パケツト内の電荷量を対応するフレームの集積時
間の間に対応の画素のちようどその強さよりも大
きな強さに依存させる。

同じフレーム内の第１フレームまたは第２フレ
ーム電荷のスミヤ（フレーム間クロストーク）は
フレームの電荷の量を変化させず、かつ同じ方法
で第１および第２のフレームに影響を与える。あ
る電荷収集エレメントによつて収集された電荷
を、隣接の電荷収集エレメントによつて収集され
た同じフレームからの電荷で汚すことによつてイ
メージの鋭さが引き下げられる。しかしながら、
フレーム間のスミヤは、イメージの変化を不明瞭
にする最小の傾向を有しかつしたがつて移動ター
ゲツトまたはイメージ変化識別にフレーム間クロ
ストークが有するよりもはるかに小さな有害な影
響を有する。

もしも、この発明において、１個のCTDの１
つおきのセルが第１および第２のフレームの電荷
を蓄積するために用いられたならば、電荷転送の
非能率さにより誘起されたどのような電荷スミヤ
も、フレーム間のクロストークを構成しかつシス
テムのイメージ変化識別能力を低下させる。しか
しながら、各CTDはただ１個のフレームからの
電荷を含むので、あらゆる電荷転送の非能率さに
より誘起された電荷スミヤも、変化識別能力を低
下させる傾向が小さいフレーム間スミヤを構成す
る。このように、この好ましい実施例は、第１の
CTDのある列の電荷収集エレメントによつて収
集された第１フレーム電荷と、第２の並列な
CTDの同じ列からの第２フレーム電荷とを転送
することによつて、検知されたイメージを表わす
電荷の転送の間に第１および第２フレーム間のク
ロストークを最少にする。この発明は、これを、
分割された第４の位相電極６７，６９を与えるこ
とによつて可能とし、前記電極６７，６９は第１
のフレーム電極が第１のCTDチヤネル７４へ転
送されるのを可能にするとともに第２フレームの
電荷が第２のCTDチヤネル７６へ転送されるの
を可能にする。

［従来の外部出力装置の問題点］ チヤネル７４および７６に含まれる情報を外部
回路へ転送する目的で、外部リード線を有する
個々の電気的出力装置がチヤネル７４および７６
の各々の端部に構成されることができる。しかし
ながら、この構成はいくつかの欠点を有する。ま
ず、これは、アレイに100個だけの電荷転送チヤ
ネルを有する適度な大きさのものに対して用いら
れたとしてもあまりにも多くの出力装置および出
力リード線を要す。２個の電荷転送素子チヤネル
が各電荷収集エレメントに関連する場合において
は、100個の電荷転送チヤネルを有するアレイ
は、CTDチヤネルの長さに垂直なアレイ方向に
沿つて50個だけの電荷収集エレメントを有する
が、CTDチヤネルに平行な方向の数は直接制限
されない。したがつて、英数字のような限られた
所定の組の起こり得るイメージを検知するように
設計されるイメージ・センサは例外として、ほと
んどのイメージセンサは、各アレイCTDチヤネ
ルのための個々の電気的出力装置が多数の個別的
なリード線を必要とするためにイメージ・フイー
ルドの２個の垂直方向に沿つて数値的に禁止され
るような十分に多くの数のピクセルを必要とす
る。第２に、不可能でないにしても、特に経済的
に見合うに十分な歩留りで同一の転送特性を有す
る別々の出力装置を作るのは極めて困難である。
したがつて、個別的な電気的出力装置はデータ整
理プロセスを複雑にする。なぜならば種々の個々
の出力装置における異なる利得のために差し引き
が行なわなければならず、かつ修正もなさなけれ
ばならないからである。これに代えて、電荷は、
チヤネル７４および７６に垂直に延びる１個の出
力チヤネルへ転送されることができる。しかしな
がら、この電荷転送チヤネルの隣接の蓄積セルは
異なるフレームの画素によつて発生される電荷を
含む。このように、電荷転送の非能率さにより誘
起された電荷スミヤはフレーム間クロストークで
あろう。これは最高感度のシステムに対し受入れ
られることができない。

［発明による出力部の構成］ 第６図を参照する。この発明によれば、クロス
トークの問題は電荷パケツトをチヤネル７４から
第１の出力CTDチヤネル１０４へ転送すること
によつて、かつ電荷パケツトをチヤネル７６から
第２の出力CTDチヤネル１０６へ転送すること
によつて最少にされる。チヤネル１０４および１
０６はチヤネル７４および７６に実質的に垂直に
整列される。この好ましい実施例では、２個の
別々の出力チヤネルへの転送はCTDチヤネル７
６の電荷を出力チヤネル１０６に保有しながら
CTD出力チヤネル１０６を介してCTDチヤネル
７４の電荷を転送することによつて達成される。

好ましい実施例のために出力構造は第６図に平
面図で示される。明瞭にするために、電荷転送素
子制御電極の組６０が第６図から省略される。し
かしそれらの位置は第７図および第１０図のいず
れかを参照することによつて見ることができる。
出力構造１００は１対の電荷転送素子出力チヤネ
ル１０４および１０６を含み、これらのCTD出
力チヤネル１０４および１０６は好ましくは電荷
転送チヤネル７４および７６に実質的に垂直に配
向される。出力チヤネル１０４および１０６内の
伝播は伝送制御電極の組１２０によつて制御され
る。組１２０は、４相伝播システムを含む複数個
の電極からなる。同一位相の電極の各々は同じ参
照数字によつて識別される。このように、組１２
０は複数個の電極１２２，１２４，１２６および
１２８を含む。アレイCTDチヤネル７４および
７６から出力電荷転送チヤネル１０４および１０
６への電荷の転送は、転送ゲート電極１１０およ
び１１２ならびに複数個のチヤネルストツプ領域
１１６によつて制御される。出力チヤネル１０４
および１０６は複数個のチヤネルストツプ領域１
１６と、出力チヤネル１０４および１０６の長さ
に平行に整列される転送ゲート電極１１２とによ
つて互いに分離される。転送ゲート電極１１２
は、それがチヤネル１０４および１０６間の領域
の電位を制御するように、伝播制御電極組１２０
の下にある。出力チヤネル１０４はチヤネル１０
６から離れて側部上にチヤネルストツプ領域１１
４によつて境界づけられる。

電極１２２，１２４，１２６および１２８の
各々は出力チヤネル１０６の上の位置に関してチ
ヤネル１０４の上でずらされて設けられている。
これは出力チヤネル１０４および１０６間の領域
の上にあつてそれらのチヤネルに対してある角度
で横たわるように電極の部分をパターニングする
ことによつて達成される。

出力チヤネル１０４および１０６の下方端での
出力領域１４０はこれらのチヤネルの両方と連通
しかつ受けられた電荷をチヤネルから外部で利用
できる信号に変換する。出力領域１４０は、交互
の態様で出力チヤネル１０４および１０６から電
荷を受けるように形づくられる。このように、出
力領域１４０は簡単な２対１マルチプレクサとし
て働く。

入力領域１５４および１５６は、それぞれ出力
チヤネル１０４および１０６の上端で選択的に設
けられてもよい。これに代えて、出力領域１４０
に類似する１個の入力領域１５０が設けられても
よい。入力領域１５４および１５６（または１５
０）が、アレイのCTDチヤネル７４および７６
へ転送するため出力CTDチヤネル１０４および
１０６へそれぞれ電荷を導入するために用いられ
てもよい。

読出の間に出力チヤネル１０６からチヤネル１
０４への情報の選択的転送はチヤネルストツプ領
域１１６の構造、転送電極１１２ならびにチヤネ
ル１０６および１０４間の転送制御の組１２０の
電極のずらした配置を用いて達成される。これ
が、受けられた電荷パケツトをアレイCTDチヤ
ネル７４から出力チヤネル１０４へ選択的に転送
することを許容する態様は、出力構造の動作の議
論の間に後述されよう。出力構造の詳細は、それ
ぞれライン７−７，８−８，９−９および１０−
１０に沿つて第６図の構造を切取つた断面図であ
る第７図、第８図、第９図および第１０図を参照
することによつて明確に理解されよう。

［CTDチヤネル７４，７６と出力チヤネル１０
６，１０４と電極との位置］ 明瞭にするために、第７図において電極１２２
はその起こり得る外観にかかわらず電極１２２に
平行に延びていずかつ浮き上がつていず、むしろ
断面ライン７−７がチヤネルストツプ領域１１６
の上にある電極１２２の対角線部分と全体的に交
差している。この状態は第９図の電極１２６に関
しても類似しているが、対角線方向に切断された
電極１２６は断面９−９の平面でチヤネルストツ
プ領域１１６の上にない点が異なる。第８図で
は、電極６７および６９は、互いに幅広く離隔さ
れた狭い電極のように表わされる。これは、電極
６７の幅広い部分と電極６９の幅広い部分との間
の領域におけるチヤネルストツプ領域を断面の平
面が通過するからであり、そこではそれらの間の
短絡を防止するため、両電極は狭い。すなわち、
第６図の断面ライン８−８は、もし延長されれ
ば、第５図のライン２１０と同様なラインと交差
する。他の点については、第７図ないし第１０図
の構造は第６図を参照しかつその議論を参照する
ことによつてよりよく理解されると思う。

入力手段９８（第１図）は、アレイの電荷転送
チヤネルの各々ごとに個々の入力装置を含む。し
かしながら、入力手段９８はアレイCTDに対し
垂直に延びる１個のCTDであるかまたは出力手
段１００に類似する構造であるのが好ましい。い
ずれの場合においても、データが、連続的な直並
直伝播の直並列部分に対応する並列態様（周知の
態様）でアレイのCTDへ転送するため１回に１
行、直列に入力手段へ挿入される。

動 作 １ 電荷収集動作 検知されるべき場面のイメージが、半導体ウ
エハ２２の薄くなつた部分２８の裏面１９上に
焦点合わせされる。このイメージは好ましくは
ホール−電子対の発生によつて半導体材料が応
答するエネルギを含み、かつ好ましくは、１ま
たはそれ以上のホール−電子対の付随的に発生
させるともに半導体材料によつて直接吸収可能
な波長の電磁放射線の態様であるのが好まし
い。しかしながら、半導体へキヤリアを注入す
るイメージに敏感な上層を与えるような技術
は、その層が埋込み電荷収集領域によつて収集
されることができるキヤリアを与える限りかつ
それらのキヤリアが各ピクセル上の入射イメー
ジの強さによつて決定される数だけ各ピクセル
に存在する限り用いられてもよい。他の電荷発
生技術もまた、それらがこれらの数および収集
可能な基準に適合する限り用いられてもよい。

ホール−電子対が、埋込みCCEダイオード
３０および部分２８の裏面１９間の領域内で光
子が吸収されて発生すると、その対のホール
が、埋込みCCEダイオード３０とウエハの裏
面１９との間の半導体材料４６の部分の漸変す
るドーピング濃度とそのCCEダイオードによ
つて作り出された電界とによつて最も近い埋込
みCCEダイオード３０へ引きつけられる。も
しもキヤリアが埋込みCCEダイオードと主材
料２２の正面との間に発生されれば、それは、
それが発生した位置、それが拡散する方向およ
びCTDへ印加されたバイアス電圧に基づい
て、埋込みCCEダイオードによつてまたはそ
の上にあるCTDによつて収集される。キヤリ
アがCTDによつて直接収集されることができ
る領域においてキヤリアの発生を防止するよう
に装置を構成するのが好ましいと考えられてい
るのは、この収集の不確かさのためである。こ
の直接の収集を避けることができなければ、デ
ータ整理プロセスはCTDによつて直接収集さ
れる電荷を考慮しなければならない。電荷蓄積
を妨げる電位が第１イメージ集積時間の間に
CTDへ印加されれば、何の電荷もCTDによつ
て直接収集されない。しかしながら、第２のイ
メージ集積時間の間に蓄積電圧が第１のフレー
ムの電荷を蓄積する場所へ印加されなければな
らずかつこれらの場所はその時間の間にある電
荷を直接収集してもよくそれによつてそれらが
蓄積する電荷を増大させる。このことは、第１
のフレーム強さに見かけ上の増大を生じさせる
電荷を第１のフレームパケツトに導入する。
CTDによつて直接収集された電荷の不均衡効
果は、両イメージ集積時間の間にCTDのフレ
ーム蓄積位置（すなわち電極６７および６９）
へ蓄積電位を印加することによつて減少するこ
とができる。この方法で両蓄積場所は両集積時
間の間に直接電荷を収集しかつその量における
どのような差も、通常、電荷の総合的な差に対
する二次的効果であろう。第１のフレームに対
してある埋込み収集領域で収集された電荷をＣ
_B1、第２のフレームに対して収集された電荷を
Ｃ_B2、関連の第１フレーム蓄積領域によつて第
１フレームの間に直接蓄積された電荷をC¹ _D1、
関連の第２フレーム蓄積領域によつて第１フレ
ームの間に直接収集された電荷をC² _D1、ならび
にその第１フレーム蓄積領域によつて第２フレ
ームの間に直接蓄積された電荷をC² _D2、その第
２フレーム蓄積領域によつて第２フレームの間
に直接収集された電荷をC² _D2と呼べば、そのと
き電荷Ｃ_B2を第２フレームの蓄積領域へ転送し
た後の前記第１および第２フレーム領域にスト
アされた全体の電荷（それぞれC¹ _Tおよび
C² _T）は次のように表わすことができる。

C¹ _T＝Ｃ_B1＋C¹ _D1＋C¹ _D2 C² _T＝Ｃ_B2＋C² _D1＋C² _D2 イメージ強さが全体の埋込み収集領域（ピク
セル）において均一であると想定すれば、その
ピクセルに対する蓄積場所によつて直接収集さ
れた電荷（C¹ _D1およびC² _D1）は第１の集積時間
の間同じであろう。第２の集積時間の間に、２
個の蓄積場所は、電荷収集に対する高次の効果
の場合を除いて等しい量の電荷を直接収集す
る。この高次効果はＣ_B1およびC¹ _D1を含む第１
フレーム蓄積セルに蓄積されたより大きな電荷
により生ずる。

イメージ強さがピクセル内で均一であるとい
う簡単な想定をすると、C¹ _D1＝C² _D1が与えられ
る。さらにもしもC¹ _D2およびC² _D2の二次的差が
無視されれば、C¹ _D2＝C² _D2および Ｃ_T1−Ｃ_T2＝Ｃ_B1−Ｃ_B2 が望みどおり得られる。簡単な想定が有効で
ない場合は、CTDによる直接電荷収集の摂動
効果は、電荷収集エレメント（CCE）３０に
よつて収集された量と比較してそれによつて収
集された電荷の量および直接収集された電荷の
量が異なる程度に依存する。このように、裏面
１９およびCCE間に発生されるべきキヤリア
のほとんどを生じさせる態様に装置を製造する
ことにより、直接の電荷収集を最少にすること
によつて直接電荷収集の摂動効果を最少にでき
る。

２ 電荷転送動作 光発生された電荷は、検知されるべきイメー
ジの期待強さに従つて決定される時間期間の間
埋込み電荷収集エレメント（CCE）（ダイオー
ド）３０に収集することができる。この時間期
間は第１の電荷集積時間として示される。一旦
第１の電荷集積時間が終わると、分離電圧が
CTDの直接電荷収集を防止するためにまだ印
加されていなければ、分離電圧が電極６１およ
び６５へ印加される。CCE−CTD転送電圧が
電極６７のすべてに印加される。これらの電圧
は電荷収集エレメント読出し電圧の組としてま
とめて示される。CCE−CTD転送電圧の大き
さおよび持続期間は誘電体層５０および７８の
厚さ、素子ドープレベル、CCEダイオード３
０の境界４８の下に埋込まれる深さおよびダイ
オード３０の電荷容量に依存する。収集された
電荷をCCEダイオード３０から電荷転送素子
チヤネル７４へ高速、完全転送するために、
CCE−CTD転送電圧は、読出時間が終わるま
で各電極６７の井戸の下のデイプリーシヨン領
域をダイオード領域へ延ばすのに十分なもので
なければならない。収集された電荷は埋込み
CCEダイオードから、印加されたCCE−CTD
転送電圧によつて作られた電荷転送素子ポテン
シヤル井戸へ転送される。電極６１および６５
へ印加された分離電圧は横方向に電荷パケツト
が拡がるのを防止する。電極６７上のCCE−
CTD転送電圧はそれから、電極６７の下で電
荷の収集されたパケツトを保有する電荷保持レ
ベルまで減少される。分離電圧は電極６１およ
び６５上に保持されて電荷パケツトが拡がりか
つ混ざるのを防止する。ダイオード読出しの電
圧の組が電極６１，６３および６７のすべてへ
同時に印加されるので、各埋込み電荷収集エレ
メント上の電荷は同時にチヤネル７４の関連の
蓄積井戸へ転送される。電極６７の下の電荷転
送素子チヤネル７４の蓄積井戸に保持される電
荷は、それが第１の集積時間の間にあつたの
で、検知されるべき場面の第１のまたは初期イ
メージ・フレームを構成する。新しい電荷収集
集積時間は、CCE−CTD転送電圧が電荷蓄積
レベルまで減少されるときに開始する。この第
２の電荷収集時間が終わるとき、CCE−CTD
転送電圧が電極６９へ印加され、他方、分離電
圧が電極６１および６５上に維持されかつ蓄積
電圧が電極６７上に維持される。これによつ
て、第２の電荷集積時間の間に各CCEダイオ
ードに収集された電荷は上にある電荷転送チヤ
ネル７６の電極６９の下のポテンシヤル井戸へ
転送される。CCE−CTD転送電圧はそれから
電荷蓄積電圧まで減少される。電極６９の下の
電荷転送素子チヤネル７６の蓄積井戸に保持さ
れた電荷は、それが第２の集積時間の間にあつ
たので、検知されるべき場面の第２のイメージ
フレームを構成する。

その素子が正しく構成されたならば、電荷転
送特性は実質的に埋込みCCEダイオードの
各々から、関連の電荷転送素子の各々の個々の
蓄積セルまで実質的に同一である。CCE−
CTD転送電圧に対し読出サイクルの間に電荷
収集エレメントの完全なデイプリーシヨンを確
実にする大きさおよび持続期間が用いられたと
き、これは特に真実である。したがつて、もし
も第１および第２の埋込み集積時間が同一であ
れば、与えられた埋込み電荷収集エレメントの
上のCTDチヤネル７４および７６における
CTDポテンシヤル井戸に蓄積された電荷のど
の差も、第１および第２の電荷集積時間の間に
そのエレメント近辺で衝突する化学線エネルギ
の強さの差を結果でなければならない（CTD
による直接収集が避けられまたは無視されると
いうことを想定する）。好ましい実施例の以下
の説明において明瞭にするために、好ましい実
施例の電荷収集エレメントの列は、与えられた
CTDチヤネルの下にあるそれらのエレメント
として規定され、かつ好ましい実施例の電荷収
集エレメントの行は電荷収集エレメントの列に
垂直であるとして規定される。CTD蓄積セル
の行は電荷収集エレメントの行の上にそれらの
蓄積セルとして規定される。出力システムに最
も近いCCEダイオードの行は第１の行として
示される。

電荷転送素子伝播電圧が電極６１，６３，６
５および６７，６９の４相の組へ印加されると
き、同じ電位が両電極６７および６９に印加さ
れて、その結果、伝播が隣接アレイCTDチヤ
ネル７４および７６において並列態様で生じ
る。第１行CTDセルおよび出力システム間に
何のCTD蓄積セルも介在しなければ、CTD伝
播電圧の第１サイクルの間にCTD蓄積セルの
第１の行に含まれる電荷が出力手段１００の
CTDへ転送されかつ各他の行は組７０のCTD
によつて１サイクル前へ進む。出力CTDにこ
のように置かれた電荷のパケツトは電気的出力
領域１４０を介して処理された後、第２の行の
埋込みCCEダイオードから電荷転送素子によ
つて最初に受けられた電荷パケツトの行が１サ
イクル前へ移動される。アレイCTDの電荷パ
ケツトの行が1CTDサイクル前へ転送される度
ごとに、空つぽのCTD蓄積セルの行は、電荷
入力回路９８がCTDの後方端に設けられかつ
そこに印加された電荷入力誘起状態を有しない
限り、CTDの後端で始まる。CTDチヤネル７
４および７６の前方への伝播は、アレイ転送電
極組６０へ印加された伝播信号および出力転送
電極組１２０へ印加された伝播信号が周波数、
位相および振幅において適当に関連していれば
連続的な処理であつてもよい。しかしながら、
CTDチヤネル７４および７６の伝播はスター
トとストツプとに基づいてなされる。これは、
電荷パケツトの行が好ましい実施例の出力手段
１００のCTDへ転送された後、そのアレイ電
荷転送素子７０内の電荷の伝播が、出力手段１
００のCTDへ転送される電荷パケツトが出力
手段１００の電気的出力領域１４０を介して伝
送されるまで一時的に停止されるときに生じ
る。

３ 出力回路動作 出力回路の動作を第６図から第１０図までを
参照して説明する。電荷パケツトの行が存在す
るか、または、第７図に示される電極６３の下
にある電荷転送チヤネル７４および７６の各々
の部分へ転送される。電荷転送制御電極の組６
０へ印加される伝播電圧を一定に保持すること
によつて所望の時間期間この電荷はそこに保持
されることができる。電荷転送エレメントアレ
イ７０の蓄積セルの第１の行におけるパケツト
の電荷が、利用するためにそれらを外部回路へ
転送する際の初期ステツプとして出力電荷転送
チヤネル１０４および１０６へ転送される。蓄
積セルの第１の行における電荷パケツトを電荷
転送チヤネル１０４および１０６へ転送するた
めの準備において、ポケツト（potential
well）誘起電圧が電極１２４および１２８に印
加されかつ分離電圧が電極１２２および１２６
へ印加される。これは、各電極１２４および１
２８の下の出力チヤネル１０４および１０６に
分離された電荷蓄積ポケツト（井戸）を誘起す
る。出力チヤネル１０６において、電極１２４
の下にあるポケツトはCTDチヤネル７６と整
列しかつ電極１２８の下にあるポケツトは
CTDチヤネル７４と整列する。出力チヤネル
１０４において電極１２４の下にあるポケツト
はCTDチヤネル７４と整列しかつ電極１２８
の下にあるポケツトはCTDチヤネル７６と整
列する。整列におけるこの変化は出力チヤネル
１０４および１０６間にある電極１２４および
１２８の部分に角度を持たせる結果である。電
荷を電荷転送素子アレイ７０の蓄積セルの第１
の行（これらは第７図の電極６３の下にある）
から出力チヤネル１０４および１０６へ転送す
ることは１ステツプまたは２ステツププロセス
として構成される。１ステツププロセスをまず
説明する。その後で、２ステツププロセスを簡
単に説明する。

(i) １ステツプでのCTDセルから出力チヤネ
ルへの電荷転送 電極１２８へ印加されたポケツト誘起電圧
は、CTDチヤネル７４または７６のいずれ
かにおける任意の１個のポケツトに含まれる
全電荷パケツトを、出力チヤネル１０６また
は１０４のいずれかの内部に保持することが
できるポテンシヤル井戸（ポケツト）を作り
出すのに十分なものである。電極１２４に印
加される電圧は、電極１２８の下に誘起され
るポケツトよりも十分に深いポケツトを誘起
するのに十分なものであり、電極１２４の下
のポケツトは、電極１２８の下の任意のポケ
ツトにおける最も深い電位よりも深い電位で
CTDチヤネル７４および７６のどれかの任
意の１個のポケツトに含まれる電荷パケツト
全体を保持することができる。したがつて、
１個のポケツトからの電荷が、電極１２４の
下にあるポケツトへ接続される電極１２８の
下のポケツトへ転送されれば、全体の電荷パ
ケツトは電極１２４の下のポケツトに移動し
かつそのポケツトに保持される。ポケツト誘
起電圧が転送電極１２４へ印加され、その下
にポケツトを作り、このポケツトは電極１２
８によつて出力チヤネル１０６に誘起された
ポケツトと同じ深さかまたは少し深いが、電
極１２４によつてチヤネル１０４に誘起され
たポケツトよりも浅く、そのため、電極１２
４の下のポケツトは電極１１２の下のそれよ
りも深い電位で全体のパケツトを保持するこ
とができる。電極１１２の下のこれらのポケ
ツトの各々は第９図に示されるようにCTD
チヤネル７４と整列する。出力システムは今
電荷パケツトの第１の行を受けるような状態
にある。アレイ−出力手段転送ゲート電極１
１０へ印加された電圧は、ある値で確立さ
れ、この値は、CTDアレイ７０の第１の行
に保持された各電荷パケツトがそれらと整列
された出力チヤネル１０６のポケツトへ転送
するのに適した深さのポケツトを作り出す。
上述の電圧は出力構造１００に対する電荷を
受ける電圧として示される、なぜならばそれ
らは出力構造１００がCTDアレイ７０から
電荷を受けるのを可能にするからである。

各CTDチヤネル７６の初期行位置に保持
された電荷は電極１２４の下の出力チヤネル
１０６に誘起された整列ポケツトへ移動す
る。電荷パケツトは印加された電圧が変化す
るまでそのポケツトに残る。このポテンシヤ
ル井戸の一般的形態が第７図の点線１３０に
よつて示されている。この第７図はチヤネル
７６の中心と整列する出力構造１００に沿つ
てとられた断面図である。電極１１０へ印加
された電圧は電極６３の下の井戸よりも深い
ポテンシヤル井戸を誘起する。電極１００へ
印加された電圧はＡ，Ｃ，またはＤ，Ｃ，信
号であつてもよいが、好ましい信号は直流パ
ルスである。電極１２４の各々に印加された
電圧は出力チヤネル１０６内でその下にある
電荷引きつけポケツトを誘起する。各電極１
２４の下に誘起されたポテンシヤル井戸は電
極１１０の下に誘起された井戸よりも深い。
チヤネル１０４および１０６間の領域におい
て、電極１２４上の電圧が電荷引きつけポケ
ツトを誘起するのが防止される。なぜならば
転送ゲート電極１１２は電極１２４上の電位
からその材料をシールドするからであり、か
つさらにそのチヤネルストツプ領域１１６が
電極１１２上の電位からその材料をシールド
するからである。CTDチヤネル７６から出
力チヤネル１０６へ引きつけられた電荷は出
力チヤネル１０６の長さ方向には拡がらな
い。なぜならば電極１２２および１２６はそ
の下に電荷の通過を許容するのに十分な深さ
のポテンシヤル井戸の形成も防止する印加電
圧を有するからである。CTDチヤネル７４
および７６のチヤネルストツプ拡散領域７２
と出力回路のチヤネルストツプ領域１１６と
を組合わせて電極１２２および１２６によつ
て印加された電位は、前進方向、後進方向お
よび一方の横方向に、出力チヤネル１０６に
おける電極１２４の下のポケツトを境界づけ
るバリアを作る。これは、出力チヤネル１０
６の上で電極１２２と整列した断面図である
第８図に示される。出力チヤネル１０６の上
にある電極１２６と整列してチヤネルストツ
プ７２を切取つた断面は第８図のものに類似
しているように見えるが、但し電極１２２，
１２８および１２６は、それぞれ電極１２
６，１２４および１２２によつて置換えられ
ているということが異なる。

CTDチヤネル７４の最初の行の各電荷パ
ケツトは、CTDチヤネル７６のパケツトに
対してちようど今説明したと同じ態様で電極
１２８の下にある出力チヤネル１０６のポケ
ツトへ引きつけられる。しかしながら、今ち
ようと説明した場合と異なり、電極１１２の
下でそれらと整列する材料はチヤネルストツ
プ１１６によつてシールドされない。したが
つて、ポケツトが同じ深さのものであれば、
電荷パケツトは出力チヤネル１０６内から出
力転送ゲート１１２の下にある領域へ拡が
り、またはポケツトが出力チヤネル１０６の
電極の下にのものよりも深ければそこへ引き
つけられる。電荷パケツトがそこから、より
深いポテンシヤル井戸によつて出力チヤネル
１０４における電極１２４の下にあるポケツ
トへ引きつけられる。CTDチヤネル７４内
の電極６３下から出力チヤネル１０４内の電
極１２４下へ延びるポテンシヤル井戸の形状
が第９図において点線１３４によつて示され
る。出力チヤネル１０６に沿つて電荷が電極
１２８の下から外へ拡がるのを防止する出力
チヤネル１０６の上の電極１２２および１２
６の電位によつてと、電極１１２の下を通過
しながら電荷がチヤネル１７４と整列する領
域の外側に拡がるのを制限するチヤネルスト
ツプ領域１１６によつてと、電荷が出力チヤ
ネル１０４に沿つて電極１２４の下から外へ
拡がるのを防止する出力チヤネル１０４の上
の電極１２２および１２６の電位によつて
と、かつ電荷が出力チヤネル１０４の向こう
へ拡がるのを防止するチヤネルストツプ領域
１１４とによつて、転送された電荷が不所望
な領域へ拡がるのが防止される。

出力チヤネル１０６および１０４へ移動す
るのに十分な時間が電極６３の下に電荷に対
し許容されたとき、転送ゲート１１０および
１１２上の電圧が調節されてその下のポテン
シヤル井戸を除去するか、または少なくと
も、それらのチヤネルの長さ方向に関して出
力チヤネル１０６および１０４内の電荷が横
方向へ移動するのを防止するのに十分な程度
に浅くする。

電極１１０はその下で電荷の転送を制御す
るように電位が変化されるものとして説明さ
れた。しかしながら、電極１１０は、出力チ
ヤネル１０６内の伝播の間に電極１１０の下
の領域へ出力チヤネル１０６の電荷が移動す
るのを防止するレベルになあり、かつアレイ
制御電極６０へ印加される制御電位が適当に
電荷の転送を電極１１０の下の領域へ同期さ
せるようなものであれば、電極１１０はD.
C.レベルに保持される。さらに、上述の説
明は、電極６３の下のものよりも深いポテン
シヤル井戸を電極１１０の下に作り出すこと
によつて説明されたけれども、所望の結果
は、その下の電荷が電極１１０の下の領域へ
引きつけられるように電極６３の電位を上昇
させることによつても得られる。

(ii) ２ステツプ転送動作 電荷を受ける動作は、分離電位に電極１１
２を維持する一方、転送電位が電極１１０へ
印加されて第１の行の電荷パケツトのすべて
を出力チヤネル１０６へ転送しかつそれらを
そこに保持することによつて１ステツプ動作
として行われる代りに２ステツプ動作として
行なわれることができる。所望ならば、これ
は同じ電位で電極１２４および１２８で行な
うことができる。なぜならば電荷をそれらの
うちの一方の下から他方の下へ引きつけると
いうことが何ら含まれていないからである。
電極１１０が分離電位へ戻された後、転送電
位が電極１１２へ印加されてCTDチヤネル
７４から受けられた出力チヤネル１０６の電
荷パケツトが出力チヤネル１０４へ転送され
るのを許容する。CTDチヤネル７４のパケ
ツトを出力チヤネル１０６から出力チヤネル
１０４へ転送することは、それらの電荷を電
極１２８の下から電極１２４の下の領域へ引
きつける電位で電極１２４および１２８を用
いてなされなければならない。電極１１２は
それから分離電位へ戻される。一旦、電極１
１２が分離電位へ戻されると、出力回路の状
態は、１ステツプの電荷受け動作の終了時、
すなわち、電極１１０および１１２が分離電
位へ戻された後と同じである。

第６図を参照しかつ前述の説明に照らす
と、CTDチヤネル７４から転送された各電
荷パケツトが電極１２４の下の出力チヤネル
１０４内に保持されかつCTDチヤネル７６
から転送された各電荷パケツトは電極１２４
の下で、出力チヤネル１０６内に保持される
のがみられる。このように、出力チヤネル１
０４および１０６の電荷は、４組伝播電圧を
組１２０の制御電極へ印加することによつて
一致してかつ同じ方向に出力チヤネル１０４
および１０６に沿つて、それぞれに伝播され
ることができる。

(iii) 出力チヤネルから出力領域への電荷読出し
動作 両出力チヤネル１０４および１０６からの
電荷は、それらが出力チヤネル１０４および
１０６の端部から伝播されるとき、出力チヤ
ネル１０４および１０６の端部で出力領域１
４０に入る。これらのチヤネルは出力領域へ
交互に電荷を与え、出力領域１４０へ入る電
荷の第１のパケツトは第１出力チヤネル１０
４から来、かつ電荷の次のパケツトは第２出
力チヤネル１０６から来る。電荷のこの交互
の給送は出力チヤネル１０４および１０６の
伝播方向に垂直に出力領域１４０を配向する
ことと出力チヤネル１０４および１０６間の
電極のずれた配置の性質とを組合わせによつ
てシステムへ分け与えられる。この効果もま
た他の構造によつて得られることができる。
出力チヤネル１０４および１０６の電荷伝播
速さは、電荷の各パケツトが、電荷の後続の
パケツトがその領域へ入る前に出力領域１４
０から除去されるのを許容する値で確立され
る。この方法で、出力領域を出る連続的なパ
ケツトは交互のイメージ・フレーム（チヤネ
ル）から来、かつ第１フレームの間に与えら
れた電荷収集エレメントによつて収集された
電荷のパケツトおよび第２フレームの間にそ
の電荷収集エレメントによつて収集された電
荷のパケツトが出力流れで互いに隣接する。
ある電荷収集エレメントから第１または第２
のフレームパケツトのいずれが出力領域を通
過するその対のうちの第１のものであるかど
うかは、CTDチヤネル７４または７６のい
ずれが電荷の第１のフレームを蓄積するため
に用いられるかどうかに基づく。

(iv) 出力転送電極の他の構成 アレイが、第４番目の位相電極を２個のイ
ンターデイジタルな櫛に分割させるというこ
とを説明したが、その構造の概念は、３また
はそれ以上の「櫛」が差し込まれるように導
体に付加的なレベルを用いることにつて電極
の分割数をより大きな数へ一般化することが
できる。出力構造は、電極１１２に類似する
付加的な転送電極と、チヤネルストツプ１１
６に類似する付加的なチヤネルストツプ領域
と、各付加的なチヤネルの前の伝播電極のず
れた配置とを与えることによつて、かつ出力
チヤネル１０６のパケツト番号１で始まるｎ
番目ごとのパケツト、出力チヤネル１０４の
パケツト番号２で始まるｎ番目ごとのパケツ
ト、第１の付加的なチヤネルなどのパケツト
番号３で始まるｎ番目ごとのパケツトを保持
するようにその構造を再整列することによつ
て、より多くの数（ｎ）の出力チヤネルへ一
般化されることができる。アレイCTDから
これらの拡張された実施例（ｎ＞２）の出力
CTDへの電荷転送のタイミング処理は好ま
しい実施例（ｎ＝２）におけるよりもより複
雑である。しかしながら、電圧制御のタイミ
ング処理は、番号１１２のような転送ゲート
を別々に制御可能な部分へ分割することによ
つて簡略化されることができ、前記制御可能
な部分の各々は共通に接続された与えられた
グループのアレイCTDと整列する。

［本発明の出力構成の効果］ 好ましい実施例のデータ収集動作において、異
なるイメージ・フレームからの電荷が連続して同
じ領域を通過する２個の場所のみがあり、その
各々はここでは、オーバラツプとして示される。
なぜならば後続するポケツトは先行するポケツト
によつて後続に残された電荷をオーバラツプする
からである。これは、電荷がCTDチヤネル７４
および７６から出力チヤネル１０６および１０４
へ転送されるときに１回生じかつ出力領域におい
て２回目が生じる。これらの場所の第１のものに
おいて、CTDチヤネル７４に含まれる電荷は第
１出力チヤネル１０４へ到達する際に第２出力チ
ヤネル１０６の部分を通過する。第２出力チヤネ
ル１０６のこの部分は続いて、CTDチヤネル７
６から来る出力チヤネル１０６の電荷によつて横
切られる。同じ領域を介して交互のフレーム電荷
のこの連続的な伝播によつてフレーム間電荷スミ
ヤ（クロストーク）が可能となる。なぜならばそ
の動作の電荷転送能率が１よりもわずかに劣るか
らである。しかしながら、その転送からのイメー
ジ間の電液スミヤはどれも最少である。なぜなら
ば１個のオーバラツプのみが含まれるからであ
り、それに対してこの並列−並列転送システムを
用いない類似の大きさのシステムはアレイチヤネ
ルあたりについてかつ１個の出力電荷転送チヤネ
ル内で数100個のオーバラツプを有するからであ
る。伝播電圧の出力チヤネル１０４および１０６
へ印加する前に、CTDチヤネル７４と整列して
出力チヤネル１０６の領域に保有されるどの電荷
をも再結合によつて除去するような電圧が電極１
２８へ印加されれば、クロストークはさらに最少
にされる。

交互のフレームからの電荷が同じ領域を通過す
る場所のうちの第２のもの（出力領域１４０）に
おいて、非効率的な電荷転送は、受入れることが
できる転送能率が得られれば非常に微小なスミヤ
効果を有する。再度、ある第２のフレームパケツ
トがある第１のフレームパケツトを流させる１個
の領域（出力領域１４０）のみがあるので、スミ
ヤが最少になる。もしも出力領域が0.999の最少
転送能率を示せば、出力領域１４０を通過すべき
第１パケツトの電荷のせいぜい0.1％が領域１４
０を通過すべき次に続くパケツトに影響を与える
ようにその領域に残される。これは非常に小さな
エラーしか招かない。さらに、２個の別々の出力
領域（出力チヤネル１０４および１０６の各々ご
とに１個）を与えることは、これらの出力領域の
実際の利得における差のため、実質的にデータ収
集エラーを増大させる。

交互のフレームデータの連続的な転送によつて
これらの２個の場所で誘起されるデータ歪みは、
非常にわずかな量のフレーム間クロストークを作
る。しかしながら、同じCTDにおいて電荷収集
エレメントの与えられた列から両方のデータフレ
ームを蓄積するシステムと比較して、この発明の
システムは魅力的な改良である。これらのシステ
ムにおいて、アレイ内の各転送はフレーム間クロ
ストークを誘起する。すなわち、異なるフレーム
からの２個のパケツトが連続するCTD蓄積井戸
のアレイにおけるチヤネルの下へ伝播されれば、
先導パケツトはチヤネルに沿つて各場所において
その電荷の最大0.2％を残すことができる（0.998
転送能率を想定する）。これらの電荷の影響は累
積的であり、この発明のシステムにおいて可能な
ものよりもはるかに大きなスミヤおよびデータ低
下を作り出そう。異なるフレームからの電荷パケ
ツト間のわずかなスミヤの固有の可能性を有して
でも、１個の出力領域１４０は２個の別々の出力
領域よりも好ましい。なぜならば２個の同一の出
力領域を構成する困難さは、１個の出力領域を通
過する連続的な転送によつて誘起される困難さよ
りもはるかに大きいからである。

［外部回路の構成］ 出力領域１４０から、電荷パケツトは、CTD
に適している任意の態様で所望の出力形式へ変換
される。適当な出力装置および回路は当該技術分
野において周知である。電界効果出力装置の使用
を通じて得られる電圧出力が好ましい。

出力領域１４０から、データは、そこから所望
の情報を得るためデータに基づく任意の所望の動
作を行なうように設計される外部利用手段２００
へ進む。イメージ識別を変化させるために、外部
利用手段２００が好ましくは差動増幅器手段２０
４およびスイツチング手段２０２を含み、第１フ
レーム信号を差動増幅器２０４の第１入力へ接続
しかつ第２フレーム信号を差動増幅器手段２０４
の第２入力へ接続する。差動増幅器２０４は、ピ
クセルに基づいて第１および第２フレーム間の符
号のついた差を表わす出力信号を与える。このよ
うに、出力チヤネル１０４から到達する第１のパ
ケツトから生じる出力信号は好ましくは差動増幅
器の第１入力へ与えられ、かつ第２出力チヤネル
１０６から到達する電荷の第１のパケツトから生
じる出力信号はその増幅器の他方入力へ与えら
れ、その結果、１個の電荷収集エレメントによつ
て収集された、すなわち１個のピクセルからの第
１および第２フレーム電荷を構成するこれらの２
個のパケツトに含まれる電荷の任意の差を表わす
信号を発生する。もしもその電荷収集エレメント
上に衝突するイメージが、第１の集積時間の初め
から第２の集積時間の終わつた後まで変化しなけ
れば、その２個のパケツトの電荷が同じでありか
つ差動増幅器はゼロ出力を与える。しかしなが
ら、その電荷収集エレメント上に衝突するイメー
ジの化学線強さがフレーム１および２の間で変化
すれば、２個のパケツトにおける電荷の量が異な
りかつ差動増幅器は電荷のその差を表わすノンゼ
ロ出力を与える。好ましくは、差動増幅器の出力
の検知は、フレーム１からの電荷がフレーム２か
らの電荷よりも大きいか小さいかに依存する。

このようにして、チヤネル１０４および１０６
へロードされた電荷パケツトの第１の行が外へ伝
播されるので、CTD電荷蓄積セルの第１の行に
関連の埋込み電荷収集エレメントによつて検出さ
れたフレーム１からフレーム２までのイメージの
変化が識別される。これらの電荷パケツトのすべ
てが、一旦、出力領域１４０へ転送されると、出
力転送制御電極１１０および１１２ならびに制御
電極の組１２０へ印加された電圧は電荷を受ける
電圧に変化される。CTDチヤネル７４および７
６の伝播電極６０へ印加された伝播電圧は（前に
ストツプしていれば）１サイクル進められて電荷
パケツトの次の列を出力チヤネル１０４および１
０６へ転送する。出力チヤネル１０４および１０
６から電荷を伝播しかつCTDチヤネル７４およ
び７６の電荷を進めるプロセスは、イメージの第
１および第２フレームの電荷パケツトの全てが出
力領域１４０を介して転送されるまで繰返され
る。

個々のピクセル電荷差を表わす電圧が、獲得し
または保有が望まれる情報またはシステムの必要
性にしたがつて、そこから付加的な情報を抽出す
るようにアナログまたはデイジタル態様で蓄積さ
れまたはさらに処理される。

［他の電荷処理方法］ CTD電荷パケツトを非CTD情報形式に変換す
る出力領域１４０が出力電荷転送チヤネル１０４
および１０６へ直接接合されるように示されてい
る、なぜならばこれは好ましい実施例であるから
である。しかしながら、電荷転送素子内で直接信
号処理を行なうべき能力が発生しかつ増えるの
で、外部で利用できる信号を与える前にデータ整
理のようなあるデータ操作を行なうのが望ましく
なる。このような処理は、出力チヤネル１０４お
よび１０６のこの両端ならびに出力領域１４０間
で行なうことができ、またはたぶんアレイCTD
７０または出力CTD内でさえ行なうことができ
よう。

全体のCTD出力伝播シーケンスが１個の電荷
集積時間に達成されることができれば、電荷の第
２フレームが電荷収集エレメントからCTDチヤ
ネル７６へ転送されるとすぐに新しい第１の電荷
集積時間が始められ、かつその新しい第１の電荷
集積時間が終わるときに、集積された電荷の新し
い第１フレームがCTDチヤネル７４へ転送さ
れ、その後、新しい第２フレームが埋込み電荷収
集エレメントに集積されかつその集積時間の終わ
るときにCTDチヤネル７６へ転送される。新し
い第１および第２フレームが、一旦、CTDチヤ
ネル７４および７６に入れば、CTD出力伝播シ
ーケンスは、それらのフレームの間どのイメージ
変化またはターゲツト運動も検出するように繰返
される。

そのイメージにおける変化よりもむしろ全体の
イメージを知覚するのが望ましければ、収集され
た電荷は、各フレームが集積されかつ電荷がピク
セル強さ信号として処理された後アレイから読出
される。このような状況のもとでは、事後出力処
理回路の電荷に対するフレーム間の差動作を行な
う必要がない、なぜならば所望の出力データは、
検出されたイメージのどの部分が変化しているか
を強調するデータよりもむしろ完全なイメージで
あるからである。このように、生じなければなら
ない主な変化はデータの事後出力処理中に存在す
る。

もしもCTD出力伝播シーケンスが電荷集積時
間よりも長い時間かかれば、出力シーケンスの間
に電荷収集エレメントに累積されたどの電荷も次
のイメージ検知シーケンスの開始に先立ち除去さ
れれるべきである。これは、埋込み電荷収集エレ
メントからのすべての電荷をCTDチヤネル７４
および７６へ転送するようにCTD電荷転送制御
電極６７および電極６９へCCE−CTD読出し電
位を印加することによつて達成される。一旦、十
分な時間が電荷収集エレメントのデイプリーシヨ
ンを確実にするために経過すると、CTD電荷転
送制御電極６７および６９へ印加された電圧は読
出ししきい値以下まで減少される。それは、新し
い第１フレームのための集積時間を開始させる。
CTDチヤネル７４および７６の不所望な電荷が
多数の方法の任意のものによつて処分されてもよ
い。まず、転送電極６９へ印加された電圧は、電
荷を保持するポテンシヤル井戸が消去しかつ電荷
はそれらが再結合する素子のバルクへ解放される
レベルまで減少される。この技術は、電荷収集構
造がそのように解放された電荷のあるものを引き
つけることができかつ次のイメージフレームを歪
めるという欠点を有する。したがつて、好ましい
方法は、出力転送制御電極１１０，１１２および
制御組１２０の電極へ電圧を印加してCTDチヤ
ネル７４および７６の出力位置から出力領域１４
０まで１個の連続したポテンシヤル井戸を形成
し、次にCTDチヤネル７４および７６内の電荷
を出力チヤネル１０４および１０６へ転送するこ
とである。この電荷転送は、非常に急速に行なわ
れることができる、なぜならば個々の電荷パケツ
トの本来の姿を維持する必要がないからである。
一旦、すべての電荷がCTDチヤネル７４および
７６から転送されると、転送電極１１０上の電圧
が出力チヤネル１０６からCTDチヤネル７４お
よび７６を分離するものへ変化される。一旦、
CTDチヤネル７４および７６が出力チヤネル１
０６から分離されると、出力チヤネル１０４およ
び１０６内に残つているどの電荷も出力手段１４
０へ移動させるために多くの時間を利用すること
ができる、なぜならば新しい第２フレームおよび
一般に第１の集積時間のある部分に対する集積時
間のすべてが、新しいデータがアレイから転送さ
れる準備状態にある前に消費されるように残され
ているからである。

［他の電荷処理方法］ 電荷を処理する別の手段は、電荷ドレインとし
て入力手段９８を用いかつ後方伝播電圧シーケン
スを組６０の転送電極へ印加してその電荷をそれ
らのチヤネルを介して後方の入力手段９８へ伝播
する。最後に列挙する代替例として、電荷ドレイ
ンが、転送ゲート１１０および１１２に類似する
転送ゲートへ変えられるチヤネルストツプ１１４
およびチヤネル１０４を越えて設けられることが
できる。電荷を排出するために、チヤネルストツ
プ１１４に取つて替わる転送ゲートが、チヤネル
１０４のどの電荷も電荷ドレインへ流させる電位
に保持される。多くの可能な技術が、CTDシス
テムを介して埋込み電荷収集エレメントから不所
望な電荷を除去するために利用可能である。上述
の議論は可能な技術の一例であるけれども、それ
は決して完全なものではなく、かつ当業者は本願
発明から逸脱することなく他の電荷除去技術を提
供することができよう。さらに、不所望な電荷の
累積は、新しい第１の電荷集積時間が開始する準
備状態になるまでイメージがセンサアレイを打つ
のを防止することによつて除去されることができ
る。これは、機械的、電気−光学的または他の遮
断手段によつて達成されることができる。

［他の構成部品の特徴］ CTDチヤネル７４および７６に1.0965KHzのオ
ーダの電荷転送伝播速さならびに出力チヤネル１
０４および１０６に125KHzの伝播速さを用いる
と、イメージ情報の２個のフレームが約0.1秒の
期間に理込み電荷収集エレメントの110×110のア
レイを有するセンサから伝播される。このよう
に、特別な電荷除去技術は約0.1秒よりも小さい
電荷集積時間で必要とされるのみである。

最高の精度を得るためには、フレームが出力領
域１４０を介して転送された後までの第１のフレ
ーム電荷集積期間の始めからの時間期間が、
CTDポテンシヤル井戸が熱的に発生された電荷
で充満するのに必要とされる時間期間よりもはる
かに小さくなければならない。さもなくば、熱的
に発生された電荷は検知されるべきイメージを不
明瞭にする。さらに光発生された電荷がCTDに
よつて直接収集される深さに入射イメージ放射線
が到達する前に、その入射イメージ放射線のすべ
てを実質的に吸収する半導体材料が選択されなけ
ればならない。したがつて、検知されるべきイメ
ージの不所望の部分の深く浸透する放射線が誘起
されれば、適当なフイルタがその放射線によつて
誘起される干渉を最少にする目的で用いられなけ
ればならない。

長い電荷集積期間が検知されているイメージの
性質のために必要とされれば、センサ・アレイ
は、熱電荷発生がイメージの検知に影響を与えな
いのに十分に低い値まで減少される温度まで冷却
される。

［他の電荷転送方法］ もしそうるすることが望まれれば、第１および
第２フレームからの電荷は、第１および第２フレ
ームの和である構成されたフレームを形成するよ
うに併合されてもよい。出力チヤネル１０６が十
分な電荷蓄積および移送容量を有する限り、これ
は２ステツプ・アレイ−出力手段１００間の電荷
転送の第１ステツプを行なうことによつてなされ
ることができ、前記アレイの第１の行からの電荷
は出力チヤネル１０６へ転送されかつCTDチヤ
ネル７４からの電荷パケツトは出力チヤネル１０
６の電極１２８の下に保持されかつCTDチヤネ
ル７６からの電荷のパケツトは出力チヤネル１０
６の電極１２４の下に保持される。それから、転
送データ電極１１２の下を通過するようにCTD
チヤネル７４から来た電荷を許容するよりもむし
ろ、電極１２６上の電圧がそれらの下のポテンシ
ヤル井戸の深さを増大するように変更され、かつ
電極１２４の上の電圧はその下のポテンシヤル井
戸の深さを減少させるように変更され、その結
果、電極１２４の下の電荷は電極１２８の下の領
域を介して流れる。これは、第１および第２フレ
ームからの電荷の２個の組を併合し、これらのフ
レームは同じピクセルから生じて新しく構成され
たフレームを形成し、そのフレームにおいては、
各ピクセルごとの電荷はそのピクセルに対する第
１フレームの電荷および第２フレームの電荷の和
である。電荷のこれらのパケツトがそれから、４
相伝播電圧を転送組１２０の電極へ印加すること
によつて出力チヤネル１０６から出力領域１４０
へ読出される。その動作は、全体の構成されたフ
レームが読出されるまでそのアレイからの電荷の
後続する各行のため繰返される。

この発明のシステムはターゲツト運動を検出す
るため非常に幅広いダイナミツクレンジを有す
る。この結果、第１フレームによつて発生された
電荷および同じ方法で第２フレームによつて発生
された電荷を処理し、それによつてそれらは可能
な最大の範囲において同時に類似の動作を受けか
つそれらの量の決定に先立ち減算されまたは比較
される。CTDチヤネル７４および７６から出力
チヤネル１０４および１０６へ転送するというこ
と以外のすべての転送動作は可能な限り同一であ
るように設計される。ある埋込みCCEダイオー
ドによつて収集された第１フレームおよび第２フ
レームの電荷のため、CCEダイオードからCTD
チヤネル７４および７６への転送および出力チヤ
ネル１０４および１０６から出力領域１４０を介
しての転送を除く、すべての転送が同時に生じ
る。

全体のイメージ知覚のためこのイメージ・セン
サのダイナミツクレンジは、読出しに先立ち、２
個の別々のイメージフレーム、すなわちCTDチ
ヤネル７４の１個およびCTDチヤネル７６の１
個のイメージを検出しかつ蓄積することによつて
増大される。これらの２個のイメージ・フレーム
の第１のもの（以下、時々「短フレーム」として
示される）が、最大の化学線強さピクセルがそれ
らと整列する電荷収集エレメントを氾濫させて、
それによつて電荷収集が非線形となりまたは隣接
ピクセルが拡がりかつそれによつてブルーミング
を生じさせないように許容される最大集積時間に
近い時間期間集積される。他のフレーム（以下
に、時々、「長フレーム」として示される）は、
ちようど特定された集積時間よりも実質的に長い
期間集積される。この「長フレーム」は、高化学
線強さピクセルの近辺に非線形電荷収集および／
またはブルーミングを受ける。しかしながら、高
化学線強さピクセルから十分に遠くに離される低
化学線強さピクセルの実際の化学線強さは、より
長い集積時間によつてより正確に決定されよう。
データ整理の間に、より長い集積時間から得られ
た化学線強さの値は、これらのピクセルの化学線
強さに対する高精度値を得るために、低−強さピ
クセルの実際の化学線強さの代表として用いられ
る（もし必要であれば、適当なスケールで）。短
集積時間によつて決定される強さは、高強度ピク
セルの実際の化学線強さの代表として用いられる
（これもまた必要であれば適当なスケールで）。ど
のフレームがどのピクセルに対して用いられるべ
きかは、「長フレーム」から示された強さの実験
的に決定された最大値を用いることによつて決定
されることができ、かつ「この長フレーム」のそ
のしきい値よりも大きな強さを有するどのピクセ
ルも、「長フレーム」からのものに代わつて用い
られる「短フレーム」において決定される値を有
する。代替的に、低強さしきい値が「短フレー
ム」に用いられ、かつその値よりも下にある強さ
のピクセルに対して、「長フレーム」に得られた
値が代わつて用いられる。

電荷を出力チヤネル１０６から出力チヤネル１
０４へ選択的に転送することは、例示された構造
以外の構造によつて構成されてもよい。たとえ
ば、組１２０の電極は真直ぐに作られ、かつチヤ
ネルの端縁に平行に延びないチヤネルストツプ領
域１１６の端縁はある角度に作られ、そのため、
出力チヤネル１０６および１０４間の電荷流れに
利用できる経路はチヤネルの伝播方向に非垂直な
角度で延びる。さらに他の例として、チヤネルス
トツプ１１６は、CTDアレイ７０のチヤネルス
トツプ７２と整列してのみ配置されかつ図示され
たオフセツト電極が用いられる。

このような状況の下では、出力制御電極１１
２，１２４および１２８へ印加されたポケツト誘
起電位は、CTDチヤネル７６からの電荷の全体
のパケツトが、電極１１２の下の領域の上の方へ
の電荷のこぼれ動作を防止するような態様で電極
１２４の下で出力チヤネル１０６内に保持される
ようなものでなければならない。当業者は、
CTDチヤネル７４において生じる電荷を出力チ
ヤネル１０４へ選択的に転送し、他方、出力チヤ
ネル１０６においてCTDチヤネル７６からの電
荷を保有する多くの方法を改定することができよ
う。

選択的に転送システムの修正された場合が用い
られれば、出力チヤネル１０４および１０６が交
互に出力領域へ電荷を与える好ましいシステムの
特性を保つために、電気的出力領域１４０の位置
または構造を修正する必要がある。したがつて、
図示の構造が選択転送システムの好ましい実施例
であるが、それだけに限るというものではない。

もしそれが必要であると考えられれば、出力チ
ヤネル１０６を介して出力チヤネル１０４へ向か
うフレーム電荷の通過はジグザグ伝播電極の適用
によつてCTDチヤネル７４および７６が反対方
向に伝播するようにさせることによつて除去され
ることができる。もしもこれが行なわれかつ１個
の出力領域の使用がなおも望まれれば、出力チヤ
ネル１０４および１０６はCTDチヤネル７４お
よび７６の長さに垂直な方向にまず電荷を伝播さ
せかつそれからCTDチヤネル７４および７６の
長さに平行に共通出力領域へ伝播させる必要があ
る。このような構造は可能であるけれども、第１
のイメージフレームからの出力チヤネル１０６を
介しての電荷の１回の通過はスミヤの小さな可能
性を招きかつ交互の構造がより多くの欠点を有す
るだろうと思われる。好ましい構造の使用から生
ずるわずかのスミヤがある場合でさえ、装置の増
大された歩留りおよび減少された複雑さならびに
好ましい装置によつて要求されるより少ない数の
転送は、交互の構造を用いて得られる利点よりも
勝つていると思われる。

好ましい実施例のアレイCTDおよび出力電荷
転送素子は、埋込み電荷収集エレメントのイメー
ジ検知能力と関わりなくメモリ目的のために用い
られてもよい。情報は入力システム９８を介して
アレイCTDへ導入される。

［メモリとしての使用例］（他の用途） 代替的に、出力システム１００は、入力領域と
して出力領域１４０を用いるかまたは入力領域１
５４または１５６（または１５０）を用いる入力
システムとして用いられてもよい。このようにし
て挿入された情報は、番号１０６のような出力チ
ヤネルに沿つて伝播されかつそのチヤネルからア
レイのCTDへ転送される。好ましい実施例に類
似して動作的に働くシステムをを形成するために
先行技術形式のイメージセンサ（これは後続する
イメージフレームを検出する前に１個のイメージ
フレームを遂次検出しかつ読出す。）と協働して
デユアル・フレーム・メモリとして好ましい実施
例のCTDを用いることによつて優れた結果が得
られる。１回に１フレームのセンサからイメージ
情報を読出すことによつて、それを好ましい実施
例の入力（または出力）CTDの電気的入力へ挿
入することによつて、かつCTDチヤネル７４の
CTDアレイに情報の第１フレームを蓄積するた
めに行単位でアレイのCTDチヤネル７４（また
は７６）へその入力を転送することによつて、こ
れが達成される。一旦、その情報がアレイ内に蓄
積されると、転送制御電極６７は、電極６７の下
に蓄積された電荷が電極６１，６３，６５および
６９へ転送電位を印加しても影響を受けないほど
十分に深いポテンシヤル井戸を保持するように印
加された蓄積電圧を有する。その後で、第２のイ
メージフレームを表わす電荷がイメージ・センサ
によつて得られかつ入力CTDへ与えられ、かつ
行単位でそれからチヤネル７６（７４）へ転送さ
れ、各行は、後続の行がアレイのCTDチヤネル
７６へ入力CTDから転送されるのでアレイを横
切つて進み、他方、CTDチヤネル７４の電荷は
定常のままである。イメージの両フレームが好ま
しい実施例のCTDアレイに蓄積されるとき、イ
メージセンサのエレメントによつて収集された第
１および第２のイメージフレーム電荷は、その組
込みイメージ検出能力を用いる好ましい実施例の
動作に関して前述したものと実質的に同一な態様
で関連の（隣接する）CTDチヤネルにおいて関
連の電極６７および６９の下の関連の蓄積セルに
蓄積される。しかる後、イメージ情報が行ごとに
読出され、第１フレームは出力チヤネル１０４，
１０６の一方へ転送されかつ第２フレームの情報
はそれらのチヤネルの他方へ転送される。このよ
うに、第１および第２フレーム間の差は、それ自
身のイメージ検出能力を用いる好ましい実施例と
ともに用いられるものと実質的に同じ態様で決定
される。好ましい実施例はこの態様でデータを処
理する能力において独特である。なぜならばそれ
は同一のチヤネルで構成されるからであり、これ
らの同一のチヤネルは、分割された第４番目の位
相電極のゆえに、エレメントごとに基づいて差ま
たは変化決定を促進する態様でインターリーブさ
れる異なるフレームからのデータを有し、データ
の各組に基づいて行なわれた電荷転送動作の総数
は実質的に同一でありそれによつて（フレーム間
のイメージまたはデータにおける変化よりもむし
ろ）電荷蓄積システムの結果である電荷差を最少
にしまたは除去する。

［装置の製造方法］ この発明による装置が構成される多くの方法が
ある。装置を構成する好ましい方法は、シリコン
ウエハで始まりかつその上に領域４６をエピタキ
シヤル成長させながら連続的にその中のドープレ
ベルを変化させ、その結果、領域４６に漸変する
ドープ濃度分布を作ることである。シリコン・エ
ピタキシヤル層の成長はそれから、領域４６とｐ
−ｎ接合５７との間にある領域２８の部分を形成
する目的で一定のドープ濃度で続けられる。所望
すれば、このエピタキシヤル成長は拡散によつて
電荷収集エレメント３０および分離領域３２の作
成のため遮断されてもよい。しかしながら、領域
５６の成長が完了した後はイオン注入によつてこ
れらの領域を与えるのが好ましい。しかる後、反
対の導電形式の第２のエピタキシヤル領域が領域
５６の上に成長されそれによつてｐ−ｎ接合５７
を形成する。領域５８の成長の完了後、電荷転送
チヤネルストツプ７２が領域５８への拡散によつ
てまたは領域５８への注入によつて設けられる。
素子の残りの作成は通常の電荷結合素子製造方法
に従つて進められ、誘電体層５０が形成されそれ
に続いて第１のメタライズ層が形成されかつ規定
されその後に第２の誘電体層７８が形成されかつ
第２のメタライズ層がその上に形成されかつ規定
される。全体の素子の製造工程における適当な段
階で、最終的な素子２４の厚い領域がマスクされ
かつ最初のウエハのマスクされない部分が好まし
く結晶学的に選択したエツチング剤でエツチング
されて薄い領域２８および移り変わりの領域２６
を形成する。より薄い領域２８に対する所望厚さ
でのエツチングの終了は、領域４６の導電形式と
逆の導電形式のもとの半導体基板を作ることによ
つてかつこの逆導電形式領域４６に遭遇するとき
本質的にはるかに遅くなる電気分解エツチング技
術を用いることによつて、確実にされる。薄い領
域２８を形成するためのエツチングは、その領域
に残つている構造がフアブリケーシヨンの目的を
自己支持しているプロセスにおけるある点で行な
われなければならないが、さもなければ、素子に
対する有害な効果が避けられる限り製造プロセス
に都合の良い点で行なわれてもよい。

多数の他の製造プロセスが、それらが動作可能
な構造を提供する限り用いられてもよい。

イメージやおよびメモリ機能を結合するこの好
ましい実施例は次のような近似的な仕様値を有す
る。

部分２８は20−25μｍの厚さと、裏面１９で〜
１×10¹⁸cm³のｎ形のドーピングレベルと、埋込み
CCEダイオードの存在する深さで〜３×10¹⁵cm³の
ｎ形のドーピングレベルとを有する。各イメージ
検出ピクセルは正方形であり、かつ一辺が約45.7
μｍである。各埋込みダイオード３０は正方形で
ありかつ一辺が約33μｍである。重くドープした
分離領域３２は約６μｍの幅でありそのダイオー
ドの一方側から約３μｍ離隔されている。ダイオ
ードは、重くドープした分離領域３２が有してい
るのと同様約0.5μｍの厚さを有する。埋込みダ
イオードは７゜の角度で180KcVで〜８×10¹¹／
cm²の量でホウ素をイオン注入することによつて形
成される。分離領域３２は、７゜の角度で
180KcVで〜１×10¹²／cm²の量でイオン注入され
たリンによつて形成される。埋込みチヤネルが形
成する領域５８は、７゜の角度で150KcVで１×
10¹²／cm²のホウ素注入によつて作られる。チヤネ
ルストツプは拡散によつてリンがドープされ、か
つ〜20Ω／口の抵抗値と〜７μｍの幅とを有す
る。チヤネルは約16μｍの幅を有する。より下の
レベルのゲートは〜15μｍの幅でありかつ〜８μ
ｍだけ互いに離隔されておりかつ約0.5μｍの厚
さの重くドープしたｎ形ポリシリコンである。こ
れらの電極の表面は誘電体層７８を形成するため
に酸化される。

これらの素子は組合わされたイメージヤおよび
メモリとして用いられてもよくまたは上述したよ
うに別々の、１回に１フレームのイメージヤのた
めのメモリとして用いられてもよい。

好ましい実施例は平面的な焦点面を有するが、
しかしながら、この焦点面はその形態が操作可能
な形式で製造されることができる限り、用いられ
る光学系に都合の良い任意の形式をとつてもよ
い。好ましい実施例は半導体材料としてシリコン
を用いる。しかしながら、ゲルマニウム、ヒ化ガ
リウム、他の−化合物および必要な電荷の流
れを支持することができる他の半導体材料のよう
な他の半導体がシリコンに代わつて用いられても
よい。種々の領域の導電形式も所望すれば逆にさ
れてもよくまたは修正されてもよい。

この発明の好ましい実施例が示されかつ説明さ
れた。しかしながら、好ましいものであるけれど
も、この実施例は排他的な実施例ではなくかつ当
業者は前掲の特許請求の範囲によつて規定された
この発明の範囲から逸脱することなく多くの変化
を行なうことができよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による撮像装置の部分的に切
取られた斜視図である。第２図はこの発明による
撮像アレイの正面側の一部の簡略化された部分的
に切取られた平面図である。第３図はライン３−
３に沿つて切取られた第２図の装置の簡略化され
た断面図である。第４図はライン４−４に沿つて
切取られた第２図の装置の簡略化された断面図で
ある。第５図はライン５−５に沿つて切取られた
第２図の装置の簡略化された断面図である。第６
図は第２図の装置の出力構造の簡略化された平面
図である。第７図はライン７−７に沿つて切取ら
れた第６図の構造の簡略化された断面図である。
第８図はライン８−８に沿つて切取られた第６図
の構造の簡略化された断面図である。第９図はラ
イン９−９に沿つて切取られた第６図の構造の簡
略化された断面図である。第１０図はライン１０
−１０に沿つて切取られた第６図の構造の簡略化
された断面図である。 図において１８はイメージセンサ装置、２２は
主材料、１９は底面または裏面、２０は上面また
は正面、３０は電荷収集領域、３２は分離領域、
５０は誘電体、６１，６３，６５，６７，６９は
CTD制御電極、７０は電荷転送素子の組、５６
および５８は半導体領域、５７はpn接合、７２
は電荷転送チヤネルストツプ、７４および７６は
電荷転送チヤネル、１０４，１０６は出力チヤネ
ルを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電荷転送素子と電荷転送素子を支持する半導
   体手段を備えたイメージセンサであつて、 (イ) 前記電荷転送素子は、 第１のチヤネルストツプ手段によつて分離さ
   れる第１の方向に平行に整列される複数個のア
   レイチヤネルを備え、 前記複数個のアレイチヤネルは、少なくとも
   複数個の第１のアレイチヤネルと複数個の第１
   のアレイチヤネルにインターリーブされる複数
   個の第２のアレイチヤネルから構成され、 前記アレイチヤネル内の電位を制御するアレ
   イCTD電荷転送制御電極の多相組をさらに備
   え、 前記複数個のアレイチヤネルおよび前記アレ
   イCTD電荷転送制御電極の多相組は、アレイ
   CTDを構成し、 前記アレイCTD電荷転送制御電極の多相組
   のうちの少なくとも１相の制御電極は、互いに
   インタデイジタルな少なくとも２個のサブセツ
   トの電極から構成され、 第１のサブセツトの電極は、それぞれその下
   の前記第１のアレイチヤネルの部分内の電位を
   制御し、かつ第２のサブセツトの電極は、それ
   ぞれその下の前記第２のアレイチヤネルの部分
   内の電位を制御し、 前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向
   に実質的に平行に整列される第１および第２の
   出力チヤネルをそれぞれ有する少なくとも第１
   および第２の出力CTDをさらに備え、前記第
   １および第２の出力CTDは出力CTDを構成
   し、 前記第１の出力CTDは前記複数個の第１の
   アレイチヤネルから電荷を受けるようにされて
   おり、 前記第２の出力CTDは前記複数個の第２の
   アレイチヤネルから電荷を受けるようにされて
   おり、 前記第１のサブセツトの電極は前記複数個の
   第２のアレイチヤネルに沿つた電荷の転送とは
   無関係に前記複数個の第１のアレイチヤネルに
   沿つて電荷を選択的に転送するように、前記複
   数個の第１のアレイチヤネル内の電位を選択的
   に制御することができ、 前記第２のサブセツトの電極は、前記複数個
   の第１のアレイチヤネルに沿つた電荷の転送と
   は無関係に前記複数個の第２のアレイチヤネル
   に沿つて電荷を選択的に転送するように、前記
   複数個の第２のアレイチヤネル内の電位を選択
   的に制御することができ、 (ロ) 前記半導体手段は所定の範囲内の波長を有す
   る電磁放射線に対して感光性であり、かかる電
   磁放射線の光応答性吸収に基づき電荷を光発生
   し、 前記半導体手段は正面および裏面を有し、 前記裏面は前記所定の範囲内の波長を有する
   電磁放射線の態様でイメージ情報を受けるよう
   にされており、 前記半導体手段の内部には、前記光発生され
   た電荷を収集しかつ一時的に蓄積するための複
   数個の電荷収集手段が埋め込まれており、 前記電荷収集手段は前記半導体手段の前記正
   面から所定の距離に設けられ、 前記所定の距離は、前記電荷収集手段上の電
   荷と前記電荷転送素子の電荷との間の不所望な
   電荷連通を最小にするのに十分なほど大きく、
   かつ前記電荷収集手段によつて収集された光発
   生された電荷が前記電荷収集手段から前記電荷
   転送素子へ制御自在に移送されることができる
   のに十分なほど小さく、 前記第１および前記第２のアレイチヤネル
   は、前記電荷収集手段のうちの選択されたもの
   からそこへ選択的にかつ制御自在に転送される
   光発生された電荷をそれぞれ受けることがで
   き、 前記第１のサブセツトの電極は、光発生され
   た電荷の第１のパケツトを前記電荷収集手段の
   うちの前記選択されたものから前記第１のアレ
   イチヤネル内に転送することができ、 前記第２のサブセツトの電極は、光発生され
   た電荷の第２のパケツトを前記電荷収集手段の
   うちの前記選択されたものから前記第２のアレ
   イチヤネル内に転送することができ、 光発生された電荷の前記第１のパケツトは、
   光発生された電荷の前記第２のパケツトが前記
   電荷収集手段のうちの前記選択されたものにお
   いて収集される第２の時間間隔とは異なる第１
   の時間間隔の間前記電荷収集手段のうちの前記
   選択されたものにおいて収集されることができ
   ることを特徴とする、イメージセンサ。 ２ 第１のチヤネルストツプ手段によつて分離さ
   れる第１の方向に平行に整列される複数個のアレ
   イチヤネルを備え、 前記複数個のアレイチヤネルは、少なくとも複
   数個の第１のアレイチヤネルと複数個の第１のア
   レイチヤネルにインターリーブされる複数個の第
   ２のアレイチヤネルから構成され、 前記アレイチヤネル内の電位を制御するアレイ
   CTD電荷転送制御電極の多相組をさらに備え、 前記複数個のアレイチヤネルおよび前記アレイ
   CTD電荷転送制御電極の多相組は、アレイCTD
   を構成し、 前記アレイCTD電荷転送制御電極の多相組の
   うちの少なくとも１組の制御電極は、互いにイン
   タデイジタルな少なくとも２個のサブセツトの電
   極から構成され、 第１のサブセツトの電極は、それぞれその下の
   前記第１のアレイチヤネルの部分内の電位を制御
   し、かつ第２のサブセツトの電極は、それぞれそ
   の下の前記第２のアレイチヤネルの部分内の電位
   を制御し、 前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に
   実質的に平行に整列される第１および第２の出力
   チヤネルをそれぞれ有する少なくとも第１および
   第２の出力CTDをさらに備え、前記第１および
   第２の出力CTDは出力CTDを構成し、 前記第１の出力CTDは前記複数個の第１のア
   レイチヤネルから電荷を受けるようにされてお
   り、 前記第２の出力CTDは前記複数個の第２のア
   レイチヤネルから電荷を受けるようにされてお
   り、 前記第１のサブセツトの電極は前記複数個の第
   ２のアレイチヤネルに沿つた電荷の転送とは無関
   係に前記複数個の第１のアレイチヤネルに沿つて
   電荷を選択的に転送するように、前記複数個の第
   １のアレイチヤネル内の電位を選択的に制御する
   ことができ、 前記第２のサブセツトの電極は、前記複数個の
   第１のアレイチヤネルに沿つた電荷の転送とは無
   関係に前記複数個の第２のアレイチヤネルに沿つ
   て電荷を選択的に転送するように、前記複数個の
   第２のアレイチヤネル内の電位を選択的に制御す
   ることができる、電荷転送素子。 ３ アレイCTDから出力CTDへの転送制御手段
   をさらに備え、 前記転送制御手段は、前記第２の方向に平行に
   整列されかつ前記アレイCTDと前記出力CTDと
   の間に設けられる第１の転送ゲート手段を含み、 前記第１の転送ゲート手段は、前記第１の転送
   ゲート手段に印加される電圧に従つて出力CTD
   からアレイCTDを分離し、またはアレイCTDと
   出力CTDとの間の電荷転送を可能にすることが
   でき、 前記第１の出力チヤネルは、前記第１の転送ゲ
   ート手段がアレイCTDと出力CTDとの間の電荷
   転送を可能にするとき、前記第１のアレイチヤネ
   ルと電荷連通するところに位置決めされ、 前記第２の出力CTDは第２のチヤネルストツ
   プ手段によつて前記第１の出力CTDから分離さ
   れまたは第１のCTDから電荷転送が可能とさ
   れ、 前記第２のチヤネルストツプ手段は、 前記第１のアレイチヤネルと整列する第１の出
   力チヤネルの領域と第２の出力チヤネルを分離
   し、前記第２のアレイチヤネルと整列する第１の
   出力チヤネルの領域と第２の出力チヤネルとを電
   荷連通する固定されたチヤネルストツプ手段と、 前記固定されたチヤネルストツプ手段によつて
   分離されない前記第１および第２出力チヤネル間
   の領域の電位を制御する第２の転送ゲート手段と
   からなり、 前記第２の転送ゲート手段は第１の電圧を印加
   するとき前記第１および第２の出力チヤネル間の
   領域を互いに分離し、かつ第２の電圧を印加する
   とき前記第１および第２の出力チヤネル間の領域
   を電荷連通を可能にすることができ、 前記第２のチヤネルストツプ手段から離れた側
   の前記第２の出力CTDチヤネルの境界となる第
   ３のチヤネルストツプ手段と、 前記出力チヤネルの上に設けられて前記出力チ
   ヤネル内の電位を制御する出力CTD転送制御電
   極をさらに備え、 前記出力CTD転送制御電極は、 前記第１および第２の出力チヤネル上にはそれ
   ぞれ、前記複数個の第１のアレイチヤネルと整列
   する第１位相電極と、前記複数個の第２のアレイ
   チヤネルと整列する第３位相電極と、前記第１お
   よび第３位相電極間の第２位相電極と、並列する
   第１、第２および第３位相電極の１つの期間の第
   ３位相電極と次の期間の第１位相電極との間の第
   ４位相電極とを有し、かつ 前記第１の出力チヤネル上の前記第１、第２、
   第３および第４位相電極はそれぞれ前記第２の出
   力チヤネル上の前記第３、第４、第１および第２
   の位相電極と連接されていることを特徴とする、
   特許請求の範囲第２項記載の電荷転送素子。