JPS5984466A

JPS5984466A - 電荷転送デバイス

Info

Publication number: JPS5984466A
Application number: JP57195056A
Authority: JP
Inventors: Takao Kinoshita; 貴雄木下; Akihiko Tojo; 明彦東條; Akira Suga; 章菅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-11-06
Filing date: 1982-11-06
Publication date: 1984-05-16
Also published as: US4581652A

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】〔発明の分野〕本発明は転送レジスタを有する電荷転送デバイスに関す
る。

〔従来技術〕

従来より電荷転送デバイスの持つ撮像機能とアナログメ
モリ機能を利用した種々の装置が提案されて来た。例え
ば特開昭５７−６０７８３号公報には電荷転送素子を撮
像素子として用いると同時に、水平転送レジスタに電荷
注入部を設けてメモリとして使用する装置が提案されて
いる。

〔発明の目的〕

本発明はかかる電荷注入部を有する電荷転送デバイスに
おいて、線形性の良い電荷入力が可能な電荷転送デバイ
スの提供を目的としている。

〔実施例の説明〕

以下罠゛、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明を適用しうるフレーム転送型００Ｄの
構成を示す図である。

直方向のセル数は、走査線本数とほぼ等しい数、４９０
程度に設定される。すなわち、従来のフレーム転送型０
０Ｄの約倍のセル数を有している。

水平方向のセル数は、通常、３９０あるいけ５７０程度
あるいは７７０程度と、カラーサブ・キャリア周波数に
対応した数が採用される。第１図では、その内のそれぞ
れ９素子、および４素子だけを示している。２は、との
撮像部に、受光、転送をさせるだめの電圧を加えるだめ
の電極である。

ろは、蓄積部であり、垂直方向のセル数は、撮像部１の
セル数の約半分を有しており、したがってこの蓄積部は
、従来のフレーム転送型ＣＣＤと同等の数より構成され
ている。

４は、撮像部と同様、電荷を転送するための電圧を印加
する電極である。

５は、水平転送レジスタであり、撮像部、蓄積部の水平
方向セル数とほぼ等しいセル数よりなる一列の電荷転送
部より構成されている。

６は、この水平転送レジスタ５の電荷を転送するための
電圧を印加する電極である。

７は、水平転送レジスタ５より転送された電荷を電圧出
力に変換するアンプである。

以上までは撮像部の垂直方向セル数が、従来のフレーム
転送型、エリア・センサの２倍になっていることをのぞ
いて構成上、大きなちがいはない。従来例と大きく異な
るところは、撮像部１と蓄積部３の中間に、水平転送レ
ジスタ５とほぼ同じ、第２の水平転送レジスタ８を有し
ていることである。９は、この第２の水平転送レジスタ
中の電荷を転送するだめの電圧を印加する電極を、１０
は、転送された電荷を電圧に変換するためのアンプをそ
れぞれ示している。

１１．１２はそれぞれ水平レジスタ５，８へのアナログ
信号入力端子である。上記入力端子に印加された外部信
号電圧は第５図で後述する電圧−電荷変換部１３．１４
により電荷信号として水平レジスタに挿入される。この
時、上記水平レジスタには、適轟な駆動クロックがクロ
ック端子６，９よシ印加されているものとする。又、信
号入力を行なわない場合には、図示されていないゲート
信号により、水平レジスタは、外部入力信号から遮断さ
る。

電荷の転送方法には、従来より、単相駆動、２相駆動、
３相駆動、４相駆動方法停いくつかの方法があり、本発
明のＣＯＤ構成は、そのいず２の水平転送レジスタ８及
び、蓄積部３の構成について第２図を用いて説明する。

なお、ここで参考とする単相駆動方法は、特開昭！Ｔｈ
５−１１３９４号公報に記載されている方法であり、く
わしい動作については、省略する。

第２図において、２０は水平方向のセル間の電荷もれを
防止するだめのチャネル・ストップ、２１は撮像部のポ
リシリコン電極を示し、この電極２１の領域はシリコン
中のポテンシャル状態の異なる第１領域と第■領域から
成っている。

２２はシリコン中に仮想電極が形成されている領域であ
抄、シリコン中のポテンシャル状態の異なる第■および
第■領域から成っている。

垂直方向は、この第１−第■領域から、１セルが構成さ
れている。

２３は、第２の水平転送レジスタ領域を示す。

この領域はポリシリコン電極が斜線をほどこしだ形にく
シ歯形に形成されており、このポリシリコン電極下は、
ポテンシャル状態の異なる、Ｉｌ　、　ｕ／　、　ｍ！
領領域分かれている。ここで１′および■′領領域それ
ぞれポテンシャルは同じであるが、チャネル・ストップ
２０で分離されてイル。■′。

■′領領域、撮像部の仮想電極部２２とそれぞれ同じ、
ポテンシャルに設定されている。

２４．２″−は、それぞれ撮像部２１．２２と同様に構
成されている。

第６図は、第２図に示した構成のＣＯＤの内部のボテン
シーヤル状態を示した図である。

第３図において、３０は第２図の２１に相補する撮像部
のポリシリコン電極であり、撮像部のポリシリコン電極
は全て共通に接続され、電荷転送のだめの電圧が印加さ
れる様になっている。このポリシリコン電極３０の下は
、第２図で説明したごと（１，ｕの領域に分かれており
、■領域は■領域よりポテンシャル状態が高くなってい
る。

図における点線はポリシリコン電極３ｏが。

負電位の高い状態であり、実線はポリシリコン電極３ｄ
の電位がわずかに負または正の状態のポテンシャルをそ
れぞれ示す。

第２図の仮想電極部２２のポテンシャルは、第３図に示
すととく■領域の方が■領域よりわずかにポテンシャル
が高くなっている。またこｆ／１．）　６１５　分ノポ
テンシャルは電極３ｏにかける電圧には依存せず、常に
一定に保たれている。したがって、ポリシリコン電極に
、一定の電圧を印加すれば電荷が蓄積され、パルス状の
電圧を印加すれば電荷は転送されるが、これ以上の詳し
い説明は省略する。

３１は第２の水平転送レジスターのポリシリコン電極を
示している。この電極は他の電極とは切り離され、独立
した電圧が印加される様になっている。この水平転送レ
ジスタ部の内部ポテンシャルはそれぞれ第３図のポリシ
リコン電極３１の下の図の様になっている。

第３図３２は蓄積部のポリシリコン電極を示している。

この蓄積部の内部ポテンシャルは撮像部と同様である。

第３図３３は第１の水平転送レジスタ（第１図５）を示
す。構成は第２の水平転送レジスタと同様でちるが、チ
ャネル・ストップで片側がとじられている所が少し異な
っている。

第３図３４はチャネル・ストップ部のポテンシャル状態
を示している。以下に第２の水平転送レジスタ部におけ
る電荷の働きについて説明する。

撮像部の■領域−蓄積された電荷は、ポリシリコン電荷
３ｏにパルス電圧を印加することによう、第３図点線で
示す如＜　１．ＩＩ領領域ポテンシャルが上がり転送さ
れ第２図２２のポテンシャルウェル■領域釦入る。この
とき第２の水平転送レジスタのポリシリコン電極３１に
、わずかに負まだは正の電位が印加されると、Ｉ／　、
　ｎ／領域のポテンシャルは第５図の実線で示すポテン
シャル状態になり、Ｖ領域の電荷は、Ｉ′領領域通じて
■′領領域入る。次いで、この電＠３１に負の高い電位
を印加すると、ｒｌ、ｎｔ領領域各ポテンシャルは点線
で示した状態となし■′領領域あった電荷は■′領領域
（点線の一定ポテンシャルを有する）を通じて■′領領
域点線の一定ポテンシャルを有する）に転送される。こ
のとき、蓄積部のポリシリコン電極３２に、わずかに負
または、正の電位が印加されると、この■′領領域りＶ
ｌ、ＢＩ領領域ポテンシャルが実線の如く下がｌ）　Ｆ
／／領域にあった電荷はげ領域を介して■′領領域転送
されることになる。

この様にして、蓄積部の■“領域に転送された電荷は、
蓄積部のポリシリコン電極３２にパルス状の電圧を印加
することにょＦ）　ｘｌｌ、　ＩＩｌ領域のポテンシャ
ルが点線の如くなシ、■′領領域介して■′領領域転送
される。よって電極６２に駆動信号としての電圧を印加
することにより蓄積電荷が■′→■′→ｎ′と順次転送
され第１の水平転送レジスタ５まで転送され、次いで第
１の水平転送レジスタを通じて外部に読み出すことが可
能である。以上説明した電荷の流れは、従来の筒２の水
平転送レジスタがないフレーム転送型００Ｄとまったく
動作が等しいことを示している。

次いで第２の水平転送レジスタを通して、外部に４４号
を読み出す場合の電荷の流れについて説明する。

■′領領域で転送された電荷は、上述の動作において蓄
積部のポリシリコン電極３２に、わずかに負または正の
電位をかけて、蓄積部へ転送したわけであるが、この電
極に負の高い電圧を印加してＩＭ、ｎ′のポテンシャル
を点線の如く保持しておき、第２の水平転送レジスタ３
１にパルス状の電圧を印加して、ｒｌ、ｎｌ領域のポテ
ンシャルを交互に実線及び点線の状態に移行させること
によシ■′領域の電荷は、ｉ′→■′→ＩＩＩ’→■′
領域と水平方向に転送され、アンプを通して外部への信
号の読出し動作が実行される。

次いで、実際のカメラとして動作させるときの動作につ
いて、第４図を用いて説明する。

ｆＪ　Ｊ　図（ａ）は、ビデオ・スチルカメラとして動
作させるときの動作状態図を、第４図（ｂ）は、従来の
ビデオ・カメラとして動作させるときの状態図をそれぞ
れ示す。

まず、ビデオ・メチル・カメラとして動作させる場合に
ついて説明する。

第４図（α）のａ−１の状態は、露光動作直前に暗電流
等により蓄積されていた電荷をアンチブルーミング・ド
レインを通じてクリアするか、まだは高速でＣＯＤを動
作させて、外部に電荷をはきだしてクリアするかのオー
ル・クリヤの状態を示している。

次いでシャッタが開き、露光状態、または撮像部の蓄積
状態ａ　−２の状態及び水平レジスター６１５の第１フ
イールドの読出し状態ａｓの状態に移る。

この状態においては所定の露光時間後シャッターを閉じ
、第１図示各セル上に画像信号（電荷）を蓄和した後、
捷ず撮像部のセルの蓄積電荷を２行ずつ転送する。即ち
、第１図実施例の場合（１，１）〜（１＋’）に蓄積さ
れていた電荷が第２の水平レジスターを通して蓄積部の
セル（４，１）〜（４，４）に移り、（２，１）〜（２
＋４）に蓄積されていた電荷が水平レジスター８に転送
される。又同様に、他の各行のセル部に蓄積された電荷
も２行分転送される。これにより（３，１）〜（３＋４
）、（４１１）〜（’１１４）、（５，１）〜（”ｔ４
）、（６，１）〜（６＋４）、（７，１）〜（７，４）
、（８，１）〜（８，４）、（９１１）〜（９＋４）部
の蓄積電荷はそれぞれ（１１１）〜（１，４）、（２＋
　’　）〜（２＋４）、（３１１）〜（’＋４）、（４
，１）〜（４＋４）、（５，１）〜（５，４）、（６，
ｉ）〜（６＋４）、（７１１）〜（７，４）部に転送さ
れる。

この様にして電荷が２行分転送された後、第２の水平転
送レジスターに転送された電荷がアンプ１０を介して外
部に送出される。これにより、上述の如くして水平レジ
スターに転送されたセル部（２＋’）〜（２，４）の蓄
積電荷がシリアルに出力される。

この後、再び撮像部のセルの蓄積電荷を２行転送する。

これによす（１，１）〜（１１４）部に転送された電荷
、即ち露光時（ｊ、１）〜（３１４）に蓄積された電荷
が水平レジスターを介して蓄積部のセル〔４，１〕〜（
４１４）に移行し、又（２，１）〜（２＋４）部に転送
された電荷、即ち露光時（’＋１）〜（４１４）に蓄積
された電荷が水平レジスターに転送される。又、この時
ｌｆｆ　状部の各行のセル部に転送された電荷は１行分
転送される。よって前回〔４，１〕〜（４、４）部に転
送された電荷、即ち露光時（４，１）〜（４＋４）に蓄
積された電荷は（３１１）〜（３，４）部に転送される
。この後、再び水平レジスターに転送された電荷の読出
し動作が行なわれ、上述の如く水平レジスターに転送さ
れた露光時（４，１）〜（４１４）に蓄積された電荷が
シリアルに送出される。以後、同様にして撮像部のセル
に蓄積された電荷を２行分、蓄積部のセルに転送された
電荷を１行分転送動作及び水平レジスターに転送された
電荷の胱出し動作を交互に奥行することにより、水平レ
ジスターから露光時（２，１）−（２１’）、（４，１
）〜（４，４）、（７Ｓ、１）〜（６＋４）、（ａ、ｉ
）〜（ｅ、４）にそれぞれ蓄積された電荷が順次送出さ
れる。即ち第１フイールドの読出し、動作が実行される
。又露光時（１，１）〜（１，４）、（う、１）〜に、
４）、（５１１）〜（５，す、（７１’）〜（７，すに
蓄積された電荷がそれぞれ、てイ債部（１＋１）〜（１
＋４）、［：２．１：）〜（２，４’）、０１１：］〜
（５，４）、（’＋’）〜（’　＊　’）に転送される
。この様にして第１フイールドの読出し動作が実行され
た後、第２フイールドの読出し状態、ａ　−４状態に移
行する。該ａ　−４状態においては、蓄租部の各行のセ
ルに転送された電荷を１行分転送した後、第１の水平レ
ジスター５に転送された電荷を読（７＋’）〜（７＋’
）、（９，１）〜（９１４）に蓄積された電荷が送出さ
れ第２フイールドの胱出しを終了する。

この様に本発明によれば、同一時点に記録した１フレ一
ム分の画像信号が通常のＴＶ動作のとと＜ｍ１フイール
ド、次いでインターレース、これに第２フイールドを読
出すことが可能となる。

イ次いで、この素子を通常のビデヅ・カメラ（ムービー）
として動作させるときの動作についてＨ；と明する。

第４図（ｂ）のｂ−１の状態は（ａ）のａ−１の動作に
相当する。但し、この動作は必要不可欠のものではない
。

この場合は、シャッタは必要なく、蓄積と請出しを同時
にくり返す動作となる。ｂ−２，ｂ−２’・・・・・・
・は蓄積状態をそれぞれ示し、ダラシ記号は第２フイー
ルド目を示している。すなわち、ｂ　−２で蓄積された
電荷（第１フイールド）は、１）３で読出され、ｂ−２
′で蓄積された電荷（第２フイールド）は、ｂ−５′で
それぞわ、読出されるわけである。

ｂ　−４の状態は、撮像部に蓄積された電荷が、蓄積部
へ転送される状態を示す。

この本発明によるフレーム転送型ＯＣＤは、撮像部の垂
直方向のセル数が、４９０あり、蓄積部のセル数が２４
５なので通常のフレーム転送型００Ｊ）とは、との撮像
部から蓄積部へ移すときの動作およびインクレース方法
が、異なっている。この動作について第１図を用いて説
明する。

まず、１）　−２状態にて露光蓄積を行なった後、ｂ−
４状態にて撮像部の蓄積電荷の蓄積部への転送が行なわ
れる。該転送動作においては、まず（１、１）、（１１
２）、（１，３）、（１１４）に蓄積された電荷が、第
２の水平レジスタ８を通して蓄積部３の（４，１）、（
４，２）、（４１３：）　、　Ｃ４，４）へ転送される
。次いで、（２，１）、（２，２）、（２１３）、（２
１４）の電荷が同様にして、〔４，１〕、（４１２）、
〔４，６〕、ゴ４，４〕へ転送される。このとき蓄積部
へはパルス電圧は印加されず、露光時（１１１）〜（１
＋４）に蓄積された電荷を（４，１）〜［４、４）に保
持状態としておく。これにより〔４，１〕〜〔４，４〕
には撮像部（１，１）〜（１，４）及び（２，１）〜（
２１４）の２列に蓄積された電荷が加算されること七な
る。

次いで蓄積部を一行転送し、即ちＣ４Ｔ１〕〜（４，４
）にて加算された電荷を（３，１）〜（３，４）に転送
して、再び上述の如くして撮像部の２行分、即ち（６，
υ〜（３１４）、（４１１）〜（４１４）の２行分の電
荷を（４，１）〜［ｌ’４．４］に転送、加算する。こ
の後、同様にして１ギ積部の一行転送動作及び撮像部の
２行分の（４，１）〜（４，４）への転送加算動作を繰
り返すことにより、蓄積部の（１，１）〜（’＋Ｏには
（１，１）〜（’＋４）及び（２，１）〜（２，４）の
加算信号が（２，１）〜〔２，４，１には（３＋’）〜
（３１４）及び（４，Ｑ〜（４１４）の加算信号が、（
３，１’］〜（，５，４）には（５，１）〜（５，４）
及び（６，１）〜（６＋　４）の加算信号が、又（４，
１〕〜（４，４）には、（７，１）〜（７，４）及び（
ｓ、ｉ）〜（８，４）の加算信号がそれぞれ転送される
。

この後、ｂ−２′、ｂ−３状態に移行しう朋党蓄積動作
が実行されると共に上述の如く蓄積部３に、転送された
信号が、順次−行ずつ水平レジスター５に転送されると
共に水平レジスターに転送された信号が水平レジスター
から送出される。

これ罠より第１フイールドの読出し動作が実行される。

この様にして第１フイールド目の読出し動作が、終了し
た後、ｂ−２′により撮像部１に蓄積された電荷の蓄積
部３への転送動作が１）　−４にて実行される。岡、こ
の場合は、第２フイールド目の読出し動作であるため、
撮像部から〔４，１〕〜（４＋４）部に転送する際のセ
ルを一行ずらして撮像部２列分の転送加算が実行される
。

即ち第２フイールド目はまず（２，ｉ）〜（２ｔ４）及
び（３，１）〜（５１４）部の蓄積電荷、（４＋１）〜
（４＋４）及び（５，１）〜（５，４）部の蓄積電荷、
（６１１）〜（６＋４）及び（７，１）〜（７＋１１）
部の蓄積電荷をそれぞれ（４＋’）〜（４１４）に転送
加算して、蓄積部乙の各行に加算された電荷を転送蓄積
する。この後す一６′により、蓄積部３の蓄積電荷を水
平レジスター５により送出することにより第２フイール
ド目の読み出し動作を終了する。この様にして、撮像部
セルを２列加算する場合に、第１回目のドとインタレー
スされた信号を得ることが出来、通常のビデオカメラと
して画像撮影を実行することが出来る。

第５図は第１図の２つの水平転送レジスタ５゜８、それ
ぞれの電圧−電荷変換部１！、、１４　、及び電荷−電
圧変換部７，１０の内部ポテンシャル状態を示す模式図
である。

図において５６はリンなどを高濃度に拡散した電極で、
信号入力端子１１．１２に印加される電圧に応じてポテ
ンシャル電位が矢印αで示す如く変化する。電極６．９
に負のノ（ルスを印加することにより、水平転送ウェル
は破線■の状態となっている。この時、入力ゲート電極
５１にわずかに正又は負の電位を印加すると入力ゲート
のポテンシャル電位は実線■の状態となシ、ゲートが開
かれる。つづいて入力ゲート電極５１に負の電位を印加
すると、ゲートは閉じられ、ポテンシャル電位は破υ＠
の状態となり、入力端子１１．１２に印加される電圧に
応じた電荷は入力ゲートと水平転送ウェルの間の領域■
に確保される。

ついで、転送電極６，９にわずかに正又は負の電位を印
加すると、集線Ｏの状態となり、領域■の電荷は１′領
域を通ってｎ′領領域転送される。

更に転送電極６，９のレベルを反転すると破線■の状態
となシ、信号電荷は■′領領域経て■′領領域転送され
る。ここで入力ゲートを開けると、再び信号入力端子１
１．１２に印加される電圧に応じたレベルまで電子が領
域■に蓄えられる。

以上の操作を繰り返すことにより、外部入力信号は、一
連の信号電荷として水平レジスタ５゜８に入力される。

ここで、入力ゲートは第５図に示す如（ｔＦ領領域■′
領領域構成され、ポテンシャルの段差が水平レジスター
の段差に対して反対向きに形成されている。これによシ
入カゲートが閉鎖される時及び閉鎖されている時に外部
信号に応じ７辷電荷仁を水平転送部に送られない。

従って領域■には入力ゲートを閉じることにより余分な
電荷が付加されないで済む。つまり線形性のよい電荷入
力が可能である。更に１′領域の隣シは■′領領域■′
領領域あるので、特殊な構造ではないので、製造も容易
である。

入力された信号電荷は転送電極６，９に転送パルスを印
加することにより、図面上右方向に順次転送される。

尚、この入力端子を用いることによシ、水平転送レジス
フ及び蓄積部の転送効率を測定できるＯここで電荷−電圧変換部７，１０　、すなわち出力アン
プ部の説明をしておく。

転送されてきた信号電荷はすでに公知のフローテインク
テインコ、−ジョン（浮動拡散部）グ域５４に転送され
る。この信号電荷量はＭＯＳブンプ５６により電圧変換
され出力端子５４より出力される。５７は定電流負荷で
ある。上記（Ｍ号電荷は、電極５５より除去される。電
極５５には端子５２を介して通常正の高い電圧が印力１
されている。

〔効果の説明〕

以上説明した如く、本発明の電荷転送デノζづスは入力
ゲート部におけるポテンシャルの膜力を転送部のポテン
シャルの段差に対して反対νきに形成したので線形性の
良い電荷入力が可ｎ：となる。更に入力ゲート部と転送
部のＨ’ｌ造は坪。

にポテンシャルの段差を反対向きにしたに３尚ぎないの
で構造が簡略化され、製造も容易である。

伺、本実施例においてはフレーム転送形の２次元の電荷
転送素子を例に説明したが、１次元の電荷転送デバイス
、或はインタライン型の２次元転°送素子などにも勿論
適用可能である。

【図面の簡単な説明】

（第１図・は本実施例のＣＯＤの構成図、第２図は第１
図のＯＯＤの一部の構造を示す図、第３図は第１図のＣ
ＯＤのポテンシャル状態を示す図、第４図（ａ）、（１
））は第１図のＣＯＤの動作を説明するだめのシーケン
ス図、第５図は水平転送レジスタ１　　のポテンシャル
状態を示す図である。　　・図において、５．８・・・水平転送レジスタ２７．１０・・−電荷一電圧変換部。１１．１２・・・信号入力端子。ｊ１３，１４・・・電圧−電荷変換部。目　　　　　　５１　・・・入力ゲート電極　−５５・
・・電極。である。出願人　キャノン株式会社映１寸・〕（′

Claims

【特許請求の範囲】転送レジスタを有する電荷転送デバイスにおいて、前記転送レジスタは外部からの入力信号を電荷、に変換
する変換部と、電荷を転送する転送部、前記変換部で得
られた電荷を前記転送部に転送する入力ゲート部より成
り、前記入力ゲート部におけるポテンシャルの段差を前記転
送部のポテンシャルの段差に対して反対向きに形成した
ことを特徴とする電荷転送デバイス。