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JPH063959B2 - Solid-state image sensor - Google Patents
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JPH063959B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

Solid-state image sensor

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JPH063959B2
JPH063959B2 JP59017799A JP1779984A JPH063959B2 JP H063959 B2 JPH063959 B2 JP H063959B2 JP 59017799 A JP59017799 A JP 59017799A JP 1779984 A JP1779984 A JP 1779984A JP H063959 B2 JPH063959 B2 JP H063959B2
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JP
Japan
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charge
photosensitive
unit
sensor chips
unit sensor
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信雄 鈴木
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は電荷結合形構成による特に密着形の固体イメ
ージセンサに関する。
Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state image sensor of a contact type, particularly a contact type.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

第1図は一般的な密着形CCDリニアイメージセンサの構
成を示す平面図である。このイメージセンサは、たとえ
ばpn接合フォトダイオードなどからなるそれぞれ複数
の感光画素を直線状に配列してなる感光部1がそれぞれ
設けられている単位センサチップ2〜5をたとえばセラ
ミクスなどからなる基板6上に千鳥状に2列に配列して
構成されている。
FIG. 1 is a plan view showing the structure of a general contact type CCD linear image sensor. In this image sensor, unit sensor chips 2 to 5 each provided with a photosensitive portion 1 formed by linearly arranging a plurality of photosensitive pixels such as pn junction photodiodes are provided on a substrate 6 made of, for example, ceramics. Are arranged in two rows in a zigzag pattern.

このような構成でなるイメージセンサでは、光学パター
ンの読取りを行なう原稿を図中のY方向に順次移動さ
せ、1対1の等倍結像光学系によりその光学パターンを
センサ上に結像させて各単位センサチップ2〜5の各感
光部1でそれぞれの光量に応じた信号電荷を発生させ
る。さらにこの信号電荷を図中のX方向に読取り走査す
ることによって一走査線毎の光学パターンに応じた電気
信号を得るものである。
In the image sensor having such a structure, an original for reading an optical pattern is sequentially moved in the Y direction in the drawing, and the optical pattern is formed on the sensor by a 1: 1 equal-magnification imaging optical system. The signal charges corresponding to the respective light quantities are generated in the respective photosensitive parts 1 of the respective unit sensor chips 2 to 5. Further, this signal charge is read and scanned in the X direction in the drawing to obtain an electric signal corresponding to the optical pattern for each scanning line.

ところで、このようなイメージセンサでは、X方向にお
ける光学パターンの読取りの脱落を防ぐため、各感光部
1の一部が重なるように単位センサチップ2〜5が図示
するように千鳥状に2列に配列されている。このため、
単位センサチップ2,4と単位センサチップ3,5と
は、原稿上の互いに異なる走査線上の光学パターンに応
じた信号を読出すことになる。したがって、ある走査線
上の光学パターンの信号が単位センサチップ2,4で読
出されると、この走査線上の光学パターンが単位センサ
チップ3,5に到達するまでの期間、単位センサチップ
2,4からの信号を保持しておく必要がある。従来のイ
メージセンサでは、この信号保持のために外部に記憶回
路を設け、単位センサチップ2,4から読出された信号
をこの記憶回路に順次記憶し、単位センサチップ3,5
から読出される信号に対応した走査線上の記憶信号を記
憶回路から読出して信号処理を行なって各走査線上の光
学パターンに対応した信号を得るようにしている。
By the way, in such an image sensor, in order to prevent the omission of the reading of the optical pattern in the X direction, the unit sensor chips 2 to 5 are arranged in two rows in a zigzag manner as shown in FIG. It is arranged. For this reason,
The unit sensor chips 2 and 4 and the unit sensor chips 3 and 5 read signals corresponding to optical patterns on different scanning lines on the original. Therefore, when the signal of the optical pattern on a certain scanning line is read by the unit sensor chips 2 and 4, the unit sensor chips 2 and 4 keep the period until the optical pattern on this scanning line reaches the unit sensor chips 3 and 5. Signal must be retained. In the conventional image sensor, a storage circuit is provided externally for holding this signal, and the signals read from the unit sensor chips 2 and 4 are sequentially stored in this storage circuit, so that the unit sensor chips 3 and 5 can be stored.
The storage signal on the scanning line corresponding to the signal read from is read from the storage circuit and signal processing is performed to obtain the signal corresponding to the optical pattern on each scanning line.

〔背景技術の問題点〕[Problems of background technology]

上記したような従来の固体イメージセンサでは、外部に
記憶回路が必要であり、たとえばこの記憶回路を単位セ
ンサチップ2,4内に集積化することも考えられる。と
ころが、単位センサチップ2,4内に記憶回路を構成す
ると、単位センサチップ2,4と単位センサチップ3,
5の構成が異なり、2種類の単位センサチップが必要と
なってイメージセンサの製造価格が高価となる欠点が生
じる。さらに従来のイメージセンサでは記憶回路に対し
て信号の記憶、読出しを行なわせる処理等に必要な制御
が複雑となる欠点もある。
The conventional solid-state image sensor as described above requires an external memory circuit, and it is conceivable to integrate this memory circuit in the unit sensor chips 2 and 4, for example. However, when a memory circuit is configured in the unit sensor chips 2 and 4, the unit sensor chips 2 and 4 and the unit sensor chips 3 and 4 are formed.
5 has a different structure and requires two types of unit sensor chips, which causes a drawback that the manufacturing cost of the image sensor becomes expensive. Further, in the conventional image sensor, there is a drawback that the control required for the processing for storing and reading the signal in the memory circuit becomes complicated.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的は、外部に記憶回路を設ける必要がな
く、1種類の単位センサチップのみによって構成するこ
とによって製造価格を安価にすることができ、しかも制
御も簡単に行なうことができる固体イメージセンサを提
供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to reduce the manufacturing cost by using only one type of unit sensor chip without the need to provide an external storage circuit. An object of the present invention is to provide a solid-state image sensor that can be controlled and can be easily controlled.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

上記目的を達成するためこの発明にあっては、1つの単
位センサチップを、複数の感光画素を直線上に配列して
なる感光部、この感光部で得られる信号電荷を所定の方
向に順次転送する転送レジスタ、上記感光部と転送レジ
スタとの間に設けられそれぞれが多相のクロックパルス
によって制御される複数の電荷記憶用ゲート電極、上記
各電荷記憶用ゲート電極下の基板内に上記感光部側に片
寄った電位障壁をそれぞれ形成する手段によって構成
し、複数の単位センサチップを千鳥状に2列に平行して
配列し、上記一方の列に配列されている単位センサチッ
プ内の複数の電荷記憶用ゲート電極には上記多相のクロ
ックパルスを上記転送レジスタに近い方から順次印加す
ることによってこのクロックパルスの1サイクル期間内
に複数の走査線上の光学パターンに対応した信号電荷を
各電荷記憶用ゲート電極下の1つ分だけ移動させ、上記
他方の列に配列されている単位センサチップ内の複数の
電荷記憶用ゲート電極には上記多相のクロックパルスを
上記感光部に近い方から順次印加することによってこの
クロックパルスの1サイクル期間内に1つの走査線上の
光学パターンに対応した信号電荷を複数の電荷記憶用ゲ
ート電極下を経て転送レジスタに近い電荷記憶用ゲート
電極下まで転送させるようにしている。
In order to achieve the above object, according to the present invention, one unit sensor chip is provided with a photosensitive section in which a plurality of photosensitive pixels are arranged in a straight line, and signal charges obtained by the photosensitive section are sequentially transferred in a predetermined direction. Transfer register, a plurality of charge storage gate electrodes provided between the photosensitive section and the transfer register, each of which is controlled by a multi-phase clock pulse, and the photosensitive section in the substrate below each of the charge storage gate electrodes. A plurality of unit sensor chips arranged in parallel in two rows in a zigzag manner, and a plurality of charges in the unit sensor chips arranged in the one row. The multi-phase clock pulses are sequentially applied to the memory gate electrode from the side closer to the transfer register, so that a plurality of scanning lines on a plurality of scanning lines are formed within one cycle period of the clock pulse. The signal charges corresponding to the logic pattern are moved by one under each charge storage gate electrode, and the plurality of charge storage gate electrodes in the unit sensor chip arranged in the other row are provided with the above-mentioned multiphase By sequentially applying the clock pulse from the side closer to the photosensitive portion, the signal charge corresponding to the optical pattern on one scanning line is transferred to the transfer register via the plurality of charge storage gate electrodes within one cycle period of the clock pulse. The charges are transferred to under the charge storage gate electrode.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。こ
の発明による固体イメージセンサはたとえば前記第1図
に示す密着形CCDリニアイメージセンサを構成するに当
って、単位センサチップ2〜5それぞれを第2図の平面
図およびそのA−A′線に沿った第3図に示す断面図の
ように構成している。この単位センサチップはたとえば
p型シリコン基板11を用いており、その表面領域には
p型シリコン基板11とともにpn接合フォトダイオー
ドからなる感光画素12を構成するn+型領域13が直線
状に複数配列されている。すなわち、第2図に示すよう
に、複数の感光画素12が直線状に配列されて感光部1
が構成される。この感光部1に隣接してバリア電極14
が、このバリア電極14に隣接して蓄積電極15が、さ
らにこの蓄積電極15に隣接して4つの記憶電極16〜
19がそれぞれ設けられている。上記1つの記憶電極1
9に隣接してシフト電極20が設けられている。上記バ
リア電極14、蓄積電極15、4つの記憶電極16〜1
9およびシフト電極20には各制御端子21〜27が設
けられており、これらの電極は制御端子21〜27に印
加される一定の直流電圧もしくはクロックパルスによっ
て制御され、上記感光部1の各感光画素12で発生した
信号電荷は上記各電極下の基板11内に形成される電位
の井戸を経てシフト電極20下まで転送される。上記シ
フト電極20に隣接して読出し用のCCDレジスタ30が
設けられている。このCCDレジスタ30は、制御端子3
1〜34に印加される4相のクロックパルスのいずれか
が供給される複数の転送電極35を備え、4相のクロッ
クパルスφa〜φdの印加の方法に応じて、上記シフト電
極20下から転送される信号電荷を図中のXの方向も
しくはXの方向に順次転送する。このCCDレジスタ3
0の先端部および後端部には、信号電荷を検出して電圧
等の電気信号に変換する電荷検出部36,37が設けら
れており、この電荷検出部36,37で変換された電気
信号は出力端子38,39から出力される。上記バリア
電極14、蓄積電極15、記憶電極16〜19、シフト
電極20およびCCDレジスタ30内の転送電極35は、
第3図に示すように基板11上に設けられたシリコン酸
化膜41内に埋込まれたゲート電極である。上記4つの
記憶電極16〜19に対応した基板11の表面領域に
は、上記n+型領域13側のみに高濃度のp+型領域46〜
49が設けられている。さらに上記シリコン酸化膜41
上には、上記n+型領域13に対応した位置のみを残して
全面にアルミニューム等からなる光シールド膜50が設
けられている。また、図示はしないが、上記バリア電極
14、蓄積電極15、記憶電極16〜19、シフト電極
20により形成される電位の井戸は、基板11に設けら
れた高濃度領域等の手段によって各感光画素毎に分離さ
れている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The solid-state image sensor according to the present invention constitutes, for example, the contact type CCD linear image sensor shown in FIG. 1, in which the unit sensor chips 2 to 5 are arranged along the plan view of FIG. 2 and the line AA '. It is configured as shown in the sectional view of FIG. This unit sensor chip uses, for example, a p-type silicon substrate 11, and in its surface region, a plurality of n + -type regions 13 forming a photosensitive pixel 12 formed of a pn junction photodiode together with the p-type silicon substrate 11 are linearly arranged. Has been done. That is, as shown in FIG. 2, a plurality of photosensitive pixels 12 are linearly arranged to form the photosensitive unit 1.
Is configured. The barrier electrode 14 is provided adjacent to the photosensitive portion 1.
However, the storage electrode 15 is adjacent to the barrier electrode 14, and the four storage electrodes 16 to are further adjacent to the storage electrode 15.
19 are provided respectively. The one storage electrode 1
A shift electrode 20 is provided adjacent to 9. The barrier electrode 14, the storage electrode 15, and the four storage electrodes 16 to 1
9 and the shift electrode 20 are provided with respective control terminals 21 to 27, and these electrodes are controlled by a constant DC voltage or a clock pulse applied to the control terminals 21 to 27. The signal charge generated in the pixel 12 is transferred to the bottom of the shift electrode 20 through the potential well formed in the substrate 11 under each electrode. A CCD register 30 for reading is provided adjacent to the shift electrode 20. This CCD register 30 has a control terminal 3
A plurality of transfer electrodes 35 to which any one of the four-phase clock pulses applied to 1 to 34 is supplied, and the transfer is performed from below the shift electrode 20 according to the application method of the four-phase clock pulses φa to φd. The generated signal charges are sequentially transferred in the X 1 direction or the X 2 direction in the figure. This CCD register 3
Charge detectors 36 and 37 that detect signal charges and convert them into electric signals such as voltage are provided at the front and rear ends of 0. The electric signals converted by the charge detectors 36 and 37 are provided. Is output from the output terminals 38 and 39. The barrier electrode 14, the storage electrode 15, the storage electrodes 16 to 19, the shift electrode 20 and the transfer electrode 35 in the CCD register 30 are
As shown in FIG. 3, the gate electrode is embedded in the silicon oxide film 41 provided on the substrate 11. In the surface region of the substrate 11 corresponding to the four storage electrodes 16 to 19, the high concentration p + type region 46 to only the n + type region 13 side is formed.
49 are provided. Further, the silicon oxide film 41
An optical shield film 50 made of aluminum or the like is provided on the entire surface, leaving only the position corresponding to the n + type region 13 above. Although not shown, the potential well formed by the barrier electrode 14, the storage electrode 15, the storage electrodes 16 to 19 and the shift electrode 20 is provided in the substrate 11 by means of a high-concentration region or the like. It is separated for each.

第2図および第3図に示す構成の単位センサチップを4
個用いて前記第1図に示すイメージセンサを構成する場
合に、単位センサチップ2,4の感光部相互の間隔が、
第2図中の寸法Lで示される感光画素の長さの3倍に設
定されている。
The unit sensor chip having the structure shown in FIG. 2 and FIG.
When the image sensor shown in FIG. 1 is configured by using individual units, the distance between the photosensitive portions of the unit sensor chips 2 and 4 is
It is set to three times the length of the photosensitive pixel indicated by the dimension L in FIG.

また、第1図中、一方の列に配列されている2つの単位
センサチップ2,4のバリア電極14、蓄積電極15の
制御端子21,22には値の異なった一定の直流電圧V
,Vが印加され、4つの記憶電極16〜19の制御
端子23〜26には第4図のタイミングチャートに示す
ような4相のクロックパルスφm1〜φm4が電極19から
順次印加され、シフト電極20の制御端子27には第4
図に示すようなシフトパルスφSHが印加される。また、
上記2つの単位センサチップ2,4では、CCDレジスタ
30において信号電荷が第2図中のXの方向に転送さ
れるように4相のクロックパルスφa〜φdが制御端子
31〜34に印加される。第1図中、他方の列に配列さ
れている2つの単位センサチップ3,5のバリア電極1
4、蓄積電極15の制御端子21,22には上記一方の
2つの単位センサチップ2,4と同じ一定の直流電圧V
,Vが印加され、4つの記憶電極16〜19の制御
端子23〜26には第4図に示すような4相のクロック
パルスφm1〜φm4が電極16から順次印加され、シフト
電極20の制御端子27には同じく第4図に示すような
シフトパルスφSHが印加される。また、上記2つの単位
センサチップ3,5では、CCDレジスタ30において信
号電荷が第2図中のXの方向に転送されるように4相
のクロックパルスφa〜φdが制御端子31〜34に印
加される。ここで、上記直流電圧Vの値は第4図中の
クロックパルスφm1〜φm4の低レベル電圧Vよりも小
さく設定され、直流電圧Vの値はφm1〜φm4の低レベ
ル電圧Vよりも大きく設定されている。
Further, in FIG. 1, a constant DC voltage V having different values is applied to the barrier electrodes 14 of the two unit sensor chips 2 and 4 and the control terminals 21 and 22 of the storage electrodes 15 arranged in one row.
1 , V 2 are applied, and four-phase clock pulses φm 1 to φm 4 are sequentially applied from the electrode 19 to the control terminals 23 to 26 of the four storage electrodes 16 to 19 as shown in the timing chart of FIG. The control terminal 27 of the shift electrode 20 has a fourth
A shift pulse φ SH as shown in the figure is applied. Also,
In the two unit sensor chips 2 and 4, four-phase clock pulses φa to φd are applied to the control terminals 31 to 34 so that the signal charges are transferred in the CCD register 30 in the X 1 direction in FIG. It In FIG. 1, the barrier electrodes 1 of the two unit sensor chips 3 and 5 arranged in the other row.
4, the control terminals 21 and 22 of the storage electrode 15 have the same constant DC voltage V as the two unit sensor chips 2 and 4 on the one side.
1 , V 2 are applied, and four-phase clock pulses φm 1 to φm 4 as shown in FIG. 4 are sequentially applied from the electrode 16 to the control terminals 23 to 26 of the four storage electrodes 16 to 19 to shift electrodes. A shift pulse φ SH as shown in FIG. 4 is also applied to the control terminal 27 of 20. In the two unit sensor chips 3 and 5, four-phase clock pulses φa to φd are supplied to the control terminals 31 to 34 so that the signal charges are transferred in the CCD register 30 in the X 2 direction in FIG. Is applied. Here, the value of the DC voltages V 1 is set smaller than the low level voltage V L of the clock pulse φm 1 ~φm 4 in FIG. 4, the value of the DC voltage V 2 is low level φm 1 ~φm 4 It is set higher than the voltage V L.

次に上記のように構成された装置の動作を説明する。ま
ず、光学パターンの読取りを行なう原稿を第1図中のY
方向に順次移動させる。このとき、各単位センサチップ
2〜5の各感光部1では、そのときの光量に応じた信号
電荷が発生する。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. First, the manuscript whose optical pattern is to be read is indicated by Y in FIG.
Sequentially move in the direction. At this time, a signal charge corresponding to the amount of light at that time is generated in each photosensitive portion 1 of each of the unit sensor chips 2 to 5.

第5図(a)〜(c)は、第1図中の2つの単位センサチップ
2,4の各時刻におけるポテンシャル状態を示す図であ
る。第5図(a)は第4図中の時刻tのときのものであ
る。この時刻tのとき、n+型領域13下で発生する信
号電荷がバリア電極15下に生じている一定のポテンシ
ャルバリア61を超えて、蓄積電極15下に生じている
一定のポテンシャルの井戸62内に流れ込み、現在の走
査線上の光信号に対応した信号電荷Qがこの井戸62
内に蓄積される。またこのとき、クロックパルスφm1
φm4は0よりも大きな電圧Vにされており、記憶電極
16〜19下にはポテンシャルの井戸63〜66が形成
されている。また各記憶電極16〜19下の基板11表
面領域にはp+型領域46〜49が設けられているので、
これら領域46〜49に対応した位置にはポテンシャル
バリア(電位障壁)67〜70が形成され、一走査線前
の信号電荷Q、二走査線前の信号電荷Qおよび三走
査線前の信号電荷Qがこれらポテンシャルバリア67
〜70によって分離されたポテンシャルの井戸63〜6
5内に予め蓄積されている。
FIGS. 5A to 5C are diagrams showing potential states of the two unit sensor chips 2 and 4 in FIG. 1 at respective times. FIG. 5 (a) is at time t 1 in FIG. At this time t 1 , the signal charge generated under the n + type region 13 exceeds the constant potential barrier 61 generated under the barrier electrode 15 and the well 62 of constant potential generated under the storage electrode 15. The signal charge Q 4 flowing into the inside of the well 62 corresponds to the optical signal on the current scanning line.
Accumulated within. At this time, the clock pulse φm 1 ~
φm 4 is set to a voltage VL larger than 0, and potential wells 63 to 66 are formed below the storage electrodes 16 to 19. Further, since p + type regions 46 to 49 are provided in the surface region of the substrate 11 below the memory electrodes 16 to 19,
Potential barriers (potential barriers) 67 to 70 are formed at positions corresponding to these regions 46 to 49, and a signal charge Q 3 before one scanning line, a signal charge Q 2 before two scanning lines and a signal before three scanning lines are formed. The charge Q 1 is the potential barrier 67.
~ 63 of potential wells 63-6 separated by
5 is stored in advance.

第5図(b)はクロックパルスφm1が高電圧VHにされてい
る第4図中の時刻tのときのものである。この時刻t
では記憶電極19が高電圧にされるので、この電極下
のポテンシャルの井戸66およびバリア70が全体的に
図中下方に移動する。するといままで隣のポテンシャル
の井戸65内に記憶されていた信号電荷Qがこの電極
19下のポテンシャルの井戸66内に流れ込む。以下、
クロックパルスφm2,φm3,φm4が順次高電圧Vにさ
れることによって、ポテンシャルの井戸64〜62に蓄
積されていた信号電荷Q〜Qが隣りのポテンシャル
の井戸65〜63内に転送される。
FIG. 5 (b) is at time t 1 in FIG. 4 when the clock pulse φm 1 is set to the high voltage V H. This time t
In 2 , the storage electrode 19 is set to a high voltage, so that the potential well 66 and the barrier 70 under this electrode move as a whole downward in the drawing. Then, the signal charge Q 1 which has been stored in the adjacent potential well 65 until now flows into the potential well 66 below the electrode 19. Less than,
When the clock pulses φm 2 , φm 3 , and φm 4 are sequentially set to the high voltage V H , the signal charges Q 2 to Q 4 accumulated in the potential wells 64 to 62 are stored in the adjacent potential wells 65 to 63. Transferred to.

第5図(c)はクロックパルスφm4が高電圧VHにされた
後、再び低電圧VLにされている第4図中の時刻tのと
きのものである。この時刻tでは前記tのときと比
べて、各信号電荷Q〜Qそれぞれが各1つ分のポテ
ンシャルの井戸だけ右側に移動している。すなわち、こ
の2つの単位センサチップ2,4では、クロックパルス
φm1〜φm4の1サイクル毎に各信号電荷が1つのポテン
シャルの井戸分だけ移動する。
FIG. 5 (c) shows the time t 3 in FIG. 4 in which the clock pulse φm 4 is set to the high voltage V H and then set to the low voltage V L again. Than when the time t 3 in the t 1, each of the signal charges Q 4 to Q 1 is moved to the right by the well of the one minute potential. That is, in these two unit sensor chips 2 and 4, each signal charge moves by one potential well for each cycle of the clock pulses φm 1 to φm 4 .

この後、第4図中の時刻tでシフトパルスφSHが高電
圧VHにされると、シフト電極20′下のポテンシャルが
高くなり、いままで記憶電極19下のポテンシャルの井
戸66内に蓄積されていた信号電荷Qがシフト電極下
を通ってCCDレジスタ30の転送電極35下に移動す
る。このような信号電荷の移動は、前記感光部1内のす
べての感光画素12で得られる信号電荷に並列的に起こ
る。各転送電極35下に移動した信号電荷は、この後、
CCDレジスタ30内で前記Xの方向に順次転送され、
電荷検出部37で電気信号に変換されて出力端子39か
ら出力される。すなわち、上記単位センサチップ2,4
からの電気信号は三走査線だけ遅延されたものとなって
いる。
After that, when the shift pulse φ SH is set to the high voltage V H at time t 4 in FIG. 4 , the potential under the shift electrode 20 ′ becomes high, and the potential well 66 under the memory electrode 19 has been stored up to now. The accumulated signal charge Q 1 passes under the shift electrode and moves under the transfer electrode 35 of the CCD register 30. Such movement of the signal charges occurs in parallel with the signal charges obtained in all the photosensitive pixels 12 in the photosensitive section 1. The signal charges that have moved below each transfer electrode 35 are
Sequentially transferred in the direction of X 1 in the CCD register 30,
The electric charge detection unit 37 converts the electric signal and outputs the electric signal from the output terminal 39. That is, the unit sensor chips 2, 4
The electrical signal from the device is delayed by three scanning lines.

ところで、前記したように単位センサチップ2,3の感
光部相互の間隔が感光画素の長さLの3倍にされている
ので、単位センサチップ2あるいは4で、あるサイクル
のときに読取られた信号電荷が記憶電極19下のポテン
シャルの井戸66内に蓄積されたときに、この信号電荷
に対応した原稿の走査線位置が単位センサチップ3,5
の感光部1に到達する。このとき、各単位センサチップ
3,5の感光部1では、そのときの光量に応じた信号電
荷が発生する。
By the way, since the distance between the photosensitive portions of the unit sensor chips 2 and 3 is set to be three times the length L of the photosensitive pixel as described above, the unit sensor chips 2 or 4 are read at a certain cycle. When the signal charge is accumulated in the potential well 66 below the storage electrode 19, the scanning line position of the document corresponding to the signal charge is set to the unit sensor chips 3, 5
To reach the photosensitive unit 1. At this time, in the photosensitive portion 1 of each of the unit sensor chips 3 and 5, a signal charge corresponding to the amount of light at that time is generated.

第6図(a),(b)は、上記2つの単位センサチップ3,5
の各時刻におけるポテンシャル状態を示す図である。第
6図(a)は第4図中の時刻tのときのものである。こ
の時刻tのときには前記2つの単位センサチップ2,
4の場合と同様に、n+型領域13下で発生する信号電荷
がバリア電極14下に生じている一定のポテンシャルバ
リア61を超えて、蓄積電極15下に生じている一定の
ポテンシャルの井戸62内に流れ込み、現在の走査線上
の光信号に対応した信号電荷Q1′がこの井戸62内に蓄
積される。この後、4相のクロックパルスφm1〜φm4
順次高電圧VHにされることにより、記憶電極16〜19
下には前記第5図(b)において記憶電極19下に生じて
いるものと等価なポテンシャルの井戸およびバリアが順
次形成されるので、第4図中の時刻tに対応した第6
図(b)では上記信号電荷Q1′が3つ分のポテンシャルの
井戸を経て記憶電極19下のポテンシャルの井戸66内
に蓄積される。すなわち、この2つの単位センサチップ
3,5では、クロックパルスφm1〜φm4の1サイクル期
間に各感光画素で得られた信号電荷が記憶電極19下ま
で移動する。この後、第4図中の時刻tでシフトパル
スφSHが高電圧VHにされると、シフト電極20下のポテ
ンシャルが高くなり、いままで記憶電極19下のポテン
シャルの井戸66内に蓄積されていた信号電荷Q1′がシ
フト電極下を通ってCCDレジスタ30の転送電極35下
に移動する。このような信号電荷の移動は、前記感光部
1内のすべての感光画素12で得られる信号電荷に並列
的に起こる。各転送電極35下に移動した信号電荷は、
この後、CCDレジスタ30内で前記Xの方向に順次転
送され、電荷検出部36で電気信号に変換され出力端子
38から出力される。すなわち、上記単位センサチップ
3,5からの電気信号は1つの走査線分も遅延されるこ
となく出力される。
6 (a) and 6 (b) show the above-mentioned two unit sensor chips 3, 5
It is a figure which shows the potential state in each time of. FIG. 6 (a) is at time t 1 in FIG. At this time t 1, the two unit sensor chips 2,
As in the case of No. 4, the signal charge generated under the n + type region 13 exceeds the constant potential barrier 61 generated under the barrier electrode 14, and the well 62 of the constant potential generated under the storage electrode 15. The signal charge Q 1 ′ flowing into the well 62 and corresponding to the optical signal on the current scanning line is accumulated in the well 62. Thereafter, the four-phase clock pulses φm 1 to φm 4 are sequentially set to the high voltage V H , so that the memory electrodes 16 to 19
Since a well and a barrier having a potential equivalent to that generated under the storage electrode 19 in FIG. 5 (b) are sequentially formed therebelow, the sixth well corresponding to the time t 3 in FIG. 4 is formed.
In FIG. 6B, the signal charge Q 1 ′ is accumulated in the potential well 66 below the memory electrode 19 via three potential wells. That is, in these two unit sensor chips 3 and 5, the signal charges obtained in each photosensitive pixel move to below the storage electrode 19 during one cycle period of the clock pulses φm 1 to φm 4 . After that, when the shift pulse φ SH is set to the high voltage V H at time t 4 in FIG. 4 , the potential under the shift electrode 20 becomes high, and the potential well 66 under the memory electrode 19 has accumulated up to now. The stored signal charge Q 1 ′ passes under the shift electrode and moves under the transfer electrode 35 of the CCD register 30. Such movement of the signal charges occurs in parallel with the signal charges obtained in all the photosensitive pixels 12 in the photosensitive section 1. The signal charges that have moved below each transfer electrode 35 are
After that, the charges are sequentially transferred in the direction of X 2 in the CCD register 30, converted into an electric signal by the charge detection unit 36, and output from the output terminal 38. That is, the electric signals from the unit sensor chips 3 and 5 are output without delay for one scanning line.

ところで、2つの単位センサチップ3,5において、n+
型領域13下で発生する信号電荷が記憶電極19下に移
動、蓄積される1サイクル期間では、他の2つの単位セ
ンサチップ2,4において記憶電極18下に蓄積されて
いた信号電荷が記憶電極19下に移動、蓄積されてい
る。そして次にシフトパルスφSHが高電圧VHにされる
と、それぞれ2つの単位センサチップ3,5と2,4の
各記電極19下の記号電荷が各CCDレジスタ30に転送
される。このため、2つの単位センサチップ3,5から
出力される電気信号と2つの単位センサチップ2,4か
ら出力される電気信号とは、原稿の同じ走査線上の光信
号に対応したものとなる。したがって、この後、第1図
に示すように配列されている4個の単位センサチップ2
〜5からは、原稿の1つの走査線上の光学パターンに応
じた電気信号が各出力端子39または38を介して出力
される。
By the way, in the two unit sensor chips 3 and 5, n +
In one cycle period in which the signal charges generated under the mold region 13 are moved and accumulated under the storage electrode 19, the signal charges accumulated under the storage electrode 18 in the other two unit sensor chips 2 and 4 are stored in the storage electrode 19. Moved down 19 and accumulated. Then, when the shift pulse φ SH is set to the high voltage V H , the symbol charge under each storage electrode 19 of each of the two unit sensor chips 3, 5 and 2, 4 is transferred to each CCD register 30. Therefore, the electric signal output from the two unit sensor chips 3 and 5 and the electric signal output from the two unit sensor chips 2 and 4 correspond to the optical signal on the same scanning line of the document. Therefore, after this, four unit sensor chips 2 arranged as shown in FIG.
Electrical signals corresponding to the optical pattern on one scanning line of the original are output from the output terminals 5 to 5 through the output terminals 39 or 38.

このように上記実施例によれば、外部に記憶回路を設け
ることなしに光学パターンに対応した信号を得ることが
できる。また、単位センサチップ2,4と3,5とで発
生する暗電流による雑音成分を比較すると、単位センサ
チップ2,4で発生する雑音成分は、一走査に要する時
間をTint、感光画素12、バリア電極14下および蓄積
電極15下で発生する暗電流をI、記憶電極16〜1
9下で発生する暗電流をI〜IとするとTint(I
+I+I+I+I)で表わされる。一方、単位
センサチップ3,5では一走査ですべての記憶電極16
〜19下の暗電流を読出すことになるから、発生する雑
音成分はTint(I+I+I+I+I)とな
る。すなわち、単位センサチップ2,4と3,5とで発
生する暗電流による雑音成分は同じになる。したがっ
て、各センサチップ2〜5の出力信号は雑音成分も含め
て常にバランスしたものとなり、この後の信号処理にと
って有利となる。さらに上記実施例によれば、各単位セ
ンサチップ2〜5はすべて同一構成とすることができ、
2種類の異なったチップを用意する必要がないので、製
造価格を安価にすることができる。また、単位センサチ
ップ2,4と3,5における各記憶電極16〜19の制
御は同じクロックパルスを用いているので、パルスの配
線を変えるだけでチップ2,4と3,5を駆動すること
ができ、これによって制御を簡単にすることができる。
As described above, according to the above-described embodiment, it is possible to obtain a signal corresponding to the optical pattern without providing an external storage circuit. Further, comparing the noise components due to the dark currents generated in the unit sensor chips 2, 4 and 3, 5, the noise components generated in the unit sensor chips 2, 4 indicate that the time required for one scan is Tint, the photosensitive pixel 12, The dark current generated under the barrier electrode 14 and under the storage electrode 15 is I 1 , and the storage electrodes 16 to 1
Assuming that the dark current generated under 9 is I 2 to I 5 , Tint (I 1
+ I 2 + I 3 + I 4 + I 5 ). On the other hand, in the unit sensor chips 3 and 5, all the storage electrodes 16
Since the dark current under -19 is read, the noise component generated is Tint (I 1 + I 2 + I 3 + I 4 + I 5 ). That is, the noise components due to the dark current generated in the unit sensor chips 2, 4 and 3, 5 are the same. Therefore, the output signals of the sensor chips 2 to 5 are always balanced including the noise component, which is advantageous for the subsequent signal processing. Further, according to the above-described embodiment, each of the unit sensor chips 2 to 5 can have the same configuration,
Since it is not necessary to prepare two different types of chips, the manufacturing price can be reduced. Further, since the same clock pulse is used to control the memory electrodes 16 to 19 in the unit sensor chips 2, 4 and 3, 5, the chips 2, 4 and 3, 5 can be driven simply by changing the pulse wiring. This makes it possible to simplify the control.

なお、この発明は上記一実施例に限定されるものではな
く種々の変形が可能であることはいうまでもない。たと
えば上記実施例では各単位センサチップにおいてそれぞ
れ4個の記憶電極を設ける場合について説明したが、こ
れはY方向の2列の単位センサチップの感光部相互の間
隔に合せ、必要な遅延走査線数mに対して少なくとも
(m+1)個となるように選択することが望ましい。
It is needless to say that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the case where four memory electrodes are provided in each unit sensor chip has been described. However, the number of delay scanning lines required depends on the distance between the photosensitive portions of the two unit sensor chips in the Y direction. It is desirable to select at least (m + 1) for m.

さらに上記実施例では、各記憶電極16〜19に形成さ
れるポテンシャルの井戸63〜66の分離のためのポテ
ンシャルバリア67〜70を、基板11の表面領域にn+
型領域13側のみに設けられているp+型領域46〜49
によって実現しているが、これはシリコン酸化膜41の
膜厚を変えることや、基板11内のポテンシャルバリア
67〜70でない領域にn型領域を設けることにより実
現するようにしてもよい。さらに記憶電極16〜19は
それぞれ単一の電極である場合について説明したが、こ
れは異なる電極どうしを結線していわゆる2相CCDの電
極と同様に構成してもよい。また、記憶電極16〜19
下およびCCDレジスタ30は埋込みチャネルを設けるよ
うにしてもよい。さらにまた、CCDレジスタ30は両端
部に電荷検出部36,37を設ける場合について説明し
たが、これは片側のみに設けるようにしてもよい。ただ
しこの場合には、電荷検出部が互いに反対側にある2種
類の単位センサチップを用意する必要がある。
Further, in the above embodiment, the potential barriers 67 to 70 for separating the potential wells 63 to 66 formed in the memory electrodes 16 to 19 are provided in the surface region of the substrate 11 by n +.
P + type regions 46 to 49 provided only on the side of the type region 13
However, this may be realized by changing the film thickness of the silicon oxide film 41 or providing an n-type region in a region other than the potential barriers 67 to 70 in the substrate 11. Further, although the case where each of the memory electrodes 16 to 19 is a single electrode has been described, different electrodes may be connected to each other to have a structure similar to that of a so-called two-phase CCD electrode. In addition, the memory electrodes 16 to 19
The bottom and CCD register 30 may provide a buried channel. Furthermore, the case where the CCD register 30 is provided with the charge detecting portions 36 and 37 at both end portions has been described, but this may be provided only on one side. However, in this case, it is necessary to prepare two types of unit sensor chips having charge detection units on opposite sides.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したようにこの発明によれば、外部に記憶回路
を設ける必要がなく、1種類の単位センサチップのみに
よって構成することによって製造価格を安価にすること
ができ、しかも制御も簡単に行なうことができる固体イ
メージセンサを提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is not necessary to provide a memory circuit externally, and it is possible to reduce the manufacturing cost by using only one type of unit sensor chip, and the control can be easily performed. It is possible to provide a solid-state image sensor capable of performing the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は一般的な密着形CCDリニアイメージセンサの平
面図、第2図はこの発明による1つの単位センサチップ
を示す平面図、第3図は第2図のA−A′線に沿った断
面図、第4図は第2図の単位センサチップで用いられる
制御信号を示すタイミングチャート、第5図および第6
図はそれぞれ第2図に示す単位センサチップの動作を説
明するためのポテンシャル状態図である。 1…感光部、2〜5…単位センサチップ、11…p型シ
リコン基板、12…感光画素、13…n+型領域、14…
バリア電極、15…蓄積電極、16〜19…記憶電極、
20…シフト電極、30…CCDレジスタ、36,37…
電荷検出部、46〜49…p+領域。
1 is a plan view of a general contact type CCD linear image sensor, FIG. 2 is a plan view showing one unit sensor chip according to the present invention, and FIG. 3 is a view taken along the line AA 'in FIG. A sectional view, FIG. 4 is a timing chart showing control signals used in the unit sensor chip of FIG. 2, FIG. 5 and FIG.
Each of the figures is a potential state diagram for explaining the operation of the unit sensor chip shown in FIG. 1 ... Photosensitive part, 2-5 ... Unit sensor chip, 11 ... P-type silicon substrate, 12 ... Photosensitive pixel, 13 ... N + type area, 14 ...
Barrier electrode, 15 ... Storage electrode, 16-19 ... Storage electrode,
20 ... Shift electrode, 30 ... CCD register, 36, 37 ...
Charge detection unit, 46 to 49 ... P + region.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の感光画素を直線状に配列してなる感
光部と、上記感光部で所定の走査期間内に発生した信号
電荷を所定方向に順次転送し端部に設けられた電荷検出
部により画素信号として取り出す転送レジスタと、上記
感光部と上記転送レジスタとの間に設けられ少なくとも
m走査線分(mは正の整数)の信号電荷を蓄積可能な少
なくともm個の電荷記憶用ゲート電極を有し制御パルス
がこれら電荷記憶用ゲート電極に印加されて上記感光部
の信号電荷を並列的に転送又は蓄積することにより蓄積
時間が走査期間の0からm倍まで選択可能な電荷記憶部
とで単位センサチップをそれぞれ構成し、 複数の単位センサチップをX方向に沿って千鳥状に2列
にかつ上記一方列と他方列の単位センサチップの感光部
相互のX方向と交差するY方向の間隔が上記感光画素の
Y方向の長さのm倍で、上記一方列と他方列の単位セン
サチップの感光部がX方向において相互に連続するよう
に平行に配列し、上記一方列の上記電荷記憶部の蓄積時
間が走査期間の0倍となるように電荷記憶用ゲート電極
に制御パルスを印加し、上記他方列の上記電荷記憶部の
蓄積時間が走査期間のm倍となるように電荷記憶用ゲー
ト電極に制御パルスを印加することにより、同一走査期
間内にY方向に移動する光学パターンに対して同一走査
線上の画像信号が上記2列の単位センサチップから得ら
れることを特徴とする固体イメージセンサ。
1. A photosensitive portion formed by arranging a plurality of photosensitive pixels linearly, and a signal charge generated in a predetermined scanning period in the photosensitive portion is sequentially transferred in a predetermined direction to detect a charge provided at an end portion. A transfer register for extracting pixel signals as a pixel signal by at least one unit, and at least m charge storage gates provided between the photosensitive unit and the transfer register and capable of accumulating signal charges of at least m scanning line segments (m is a positive integer). A charge storage unit having electrodes, in which a control pulse is applied to these charge storage gate electrodes to transfer or store the signal charges of the photosensitive unit in parallel, so that the storage time can be selected from 0 to m times the scanning period. And the unit sensor chips are respectively composed of two or more unit sensor chips in a zigzag pattern along the X direction, and a Y direction intersecting the X direction of the photosensitive portions of the unit sensor chips of the one row and the other row. Is m times the length of the photosensitive pixel in the Y direction, and the photosensitive portions of the unit sensor chips of the one row and the other row are arranged in parallel so as to be continuous in the X direction, and A control pulse is applied to the charge storage gate electrode so that the storage time of the charge storage unit is 0 times the scanning period, and the charge is stored so that the storage time of the charge storage unit in the other column is m times the scanning period. By applying a control pulse to the memory gate electrode, image signals on the same scanning line for the optical pattern moving in the Y direction within the same scanning period can be obtained from the two rows of unit sensor chips. Solid-state image sensor.
【請求項2】前記転送レジスタにはその電荷転送方向の
両端部に前記電荷検出部がそれぞれ設けられており、電
荷転送方向がクロックパルスの印加順序に応じて決定さ
れる特許請求の範囲第1項に記載の固体イメージセン
サ。
2. The transfer register is provided with the charge detectors at both ends thereof in the charge transfer direction, and the charge transfer direction is determined according to the application order of clock pulses. Item 7. The solid-state image sensor according to item.
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