NL8401312A - Ladingsgekoppelde inrichting. - Google Patents

Description

V: * i PHN 10.998 1 t.n.v. N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Ladingsgekoppelde inrichting".

De uitvinding heeft betrekking op een ladingsgekoppelde inrichting omvattende een halfgeleiderlichaam met een aan een oppervlak grenzend halfgeleidergebied waarin een ladingstransportkanaal voor het opslaan en transporteren van informatie representerende discrete 5 ladingspakketten is gedefinieerd, en omvattende een stelsel van klok-elektroden die boven het ladingstransportkanaal zijn gelegen, en die verbonden zijn met middelen voor het toevoeren van klokspanningen voor het transporteren van genoemde ladingspakketten van een eerste positie in het ladingstransportkanaal naar een tweede positie, zodanig 10 dat per n-opeenvolgende klokelektroden slechts een ladingspakket voorkomt waarbij n geheel en groter of gelijk is aan twee, waarbij het ladingstransportkanaal verder is voorzien van een aantal parallel-ingangen die elk met tenminste één van de genoemde klokelektroden korresponderen en met behulp waarvan ladingspakketten parallel In het 15 ladingstransportkanaal kunnen worden toegevoerd.

Een bekend type ladingsgekoppelde inrichting met parallel-ingangen is de lijnsensor. Deze inrichting omvat een in het halfgeleiderlichaam aangebrachte rij van photogevoelige elementen waarmee een stralingspatroon kan worden omgezet in een overeenkomstige reeks 20 van elektrische signalen. Via de parallel-ingangen die elk met een photogevoelig element zijn geassocieerd kunnen de elektrische signalen als ladingspakketten in het ladingstransportkanaal worden ingevoerd, en ten behoeve van verdere signaalverwerking aan de uitgang van de ladingsgekoppelde inrichting, in serie worden uitgelezen. Een dergelijke 25 lijnsensor kan qp eenvoudige wijze worden uitgebreid; tot een tweedimensionaal beeldsensor van het z.g. interlijn type, door een aantal rijen photo-gevoelige elementen naast elkaar te zetten als kolommen van een beeldraster, en tussen elke kolom een ladingsgekoppelde inrichting voor het uitlezen aan te brengen.

30 Een twee-dimensionale beeldopneeminrichting omvat meestal een horizontaal serie-uitleesregister in de vorm van een ladingsgekoppelde inrichting met paral lel-ingangen. Deze ingangen kunnen elk weer geassocieerd zijn aan een verticaal register. Via de ingangen 8401312 *L * < PHN 10.998 2 kan telkens een lijn van het raster in het horizontale register worden gesbhoven en via dit register worden uitgelezen. Een dergelijk horizontaal register met parallel-ingangen kcmt bijvoorbeeld voor in de hiervoor beschreven twee-dimensionale opneeminrichtingen van het 5 interlijn type en van het raster-overdracht of Frame-Transfer type, zoals o.a. beschreven is in het hoofdstuk "Area Image Sensor" in het boek "Charge Transfer Devices" van C.H. Sequin en M.F. Tompsett,

Academic Press Ine. (1975) pg. 152 en verder.

Ook in andere richtingen dan bestemd voor het omzetten van 10 een stralingspatroon, komen ladingsgekoppelde inrichtingen met parallel-ingangen voor, bijvoorbeeld in een SPS-geheugen, zoals o.a. is beschreven op pg. 243 en verder van het hiervoor genoemde boek van Sequin en Tompsett. Hierbij wordt de, meestal binaire, informatie opgeslagen in een parallel-sectie van naast elkaar gelegen ladings-15 transportkanalen, waarvan de uitgangen via parallel-ingangen zijn gekoppeld met een horizontaal serie-uitleesregister. Via de parallel-ingangen kan het serie-uitleesregister met een rij van ladingspakketten uit de parallel-sectie gevuld worden, waarna deze ladingspakketten via het horizontale serie-uitleesregister naar een detectieorgaan worden 20 getransporteerd en daar een voor een uitgelezen. De uitvinding zal in het hierna volgende in het bijzonder worden toegelicht aan de hand van lijnsensoren. Hierbij dient wel in gedachten gehouden te worden dat het gebied waarop de uitvinding van toepassing is, zoals hierboven al is aangegeven, veel breder is dan enkel lijnsensoren.

25 Zoals bekend, is in gebruikelijke n-phase ladingsgekoppelde inrichtingen n gelijk aan 2, 3 of 4, d.w.z. dat per 2', 3 of 4 naast elkaar gelegen klokelektroden één ladingspakket voorkomt. In een eenvoudige uitvoeringsvorm kan de steek tussen twee opeenvolgende photogevoelige elementen (pixels) gelijk gekozen worden aan de lengte 30 van een CCD-cel., Voor een 2-phase CCD omvat deze lengte 2 klokelektroden, voor een 3-phase CCD 3 klokelektroden, en voor een 4-phase CCD 4 klokelektroden. In deze situatie kan met één enkele CCD-lijn worden volstaan cm alle ladingspakketten, afkomstig van de sensor uit te lezen.

Een bezwaar hiervan is dathhet oplossend vermogen(resolutie) van de inrichting 35 lager is dan vaak gewenst wordt, door de grote steek tussen de pixels.

Het aantal klokelektroden per pixel kan gehalveerd worden door twee CCD-lijnen te gebruiken, die aan weerszijden van de rij pixels worden aangebracht. Ten opzichte van de bitlengte in de CCD-registers kan de 8401312 ΡΗΝ 10.998 3 * « dichtheid van de pixels verdubbeld worden, door de pixels on en on met het ene CCD-register en het andere CCD-register te verbinden. QndaLt ook met deze methode de gewenste resolutie nog niet bereikt wordt, is ook reeds voorgesteld in plaats van twee, vier CCD-lijnen te gebruiken, 5 waarbij aan weerszijden van de sensor-rij twee CCD-lijnen naast elkaar worden aangebracht. Deze methode vereist echter vrij ingewikkelde overheveling van ladingspakketten vanV.de pixels naar dêetwee buitenste registers.

Soortgelijke problemen als hiervoor beschreven voor lijn-10 sensoren kunnen zich ook voordoen bij twee-dimensionale beeldopnemers, en bij SPS geheugens, waarbij lijnen van ladingspakketten via een stelsel van parallelle verticale CCD-lijnen naar een horizontaal uitleesregister worden gevoerd. In dit type inrichtingen stemt vaak de optimale steek tussen de parallel kanalen niet overeen met de bitlengte in het 15 horizontale uitleesregister, waardoor bij gebruikmaking van een enkel horizontaal uitleesregister in het uitleesregister meer dan een ladingspakket aangeboden zou worden. Bij beeldopnemers wordt ddarom vaak een meervoudig (2-of 3-voudig) uitleesregister toegepast. Bij SPS-geheugens kan het principe van "de-interlacing" toegepast worden waarbij 20 een lijn van informatie wordt opgesplits in twee helften die na elkaar in het horizontale register worden gevoerd en uitgelezen.

De onderhavige uitvinding heeft onder meer ten doel een methode aan fie geven waarmee, met behoud van het aantal parallel-ingangen pera.Kjen lengte-eenheid, het aantal klokelekferoden kan worden verminderd, 25 of, met behoud van het aantal klokeléktroden, het aantal parallel-ingangen per lengte-eenheid kan worden vergroot.

Een ladingsgekoppelde inrichting van de in de aanhef beschreven soort is volgens de de uitvinding daardoor gekenmerkt dat de steek tussen de parallel-ingangen gelijk is aan m elektroden, waarbij m 30 geheel, kleiner dan n en tenminste een bedraagt, dat middelen aanwezig zijn met behulp waarvan tijdens het invoeren van ladingspakketten spanningen aan de klokelektroden worden toegevoerd waarbij althans ter plaatse van de genoemde eerste positie in het ladingstransportkanaal een potentiaalprofiel ontstaat van onderling door potentiaalbarrëères 35 gescheiden potentiaalputten waarbij onder elke klokèlektrode die met een parallel-ingang is geassocieerd, een potentiaalput ontstaat, waarin een ladingspakket kan worden opgeslagen, en dat genoemde middelen voor het toevoeren van klokspanningen, ten behoeve van het transporteren van 8401 5 12

i. I

ΡΗΝ 10.998c 4 de Ingevoerde ladingspakketten zodanige klokspanningen toevoeren dat, gezien in de ladingstransportrichting, eerst slechts het eerste ladingspakket wordt verschoven over een afstand van tenminste een elektrode, waarna slechts het eersteen het daaropvolgende, het tweede ladingspakket 5 over een gelijke afstand gelijktijdig worden verschoven, enz, waarbij telkens, nadat een voorafgaand ladingspakket over de genoemde afstand is verschoven, een volgend ladingspakket aan het n-phase ladingstransport deelneemt totdat ook het laatste ladingspakket aan het n-phase ladings transport deelneemt.

10 De uitvinding'i berust hierbij op het inzicht dat, wanneer ladingspakketten parallel worden ingevoerd, deze ladingspakketten kunnen worden opgeslagen in potentiaalkuilen die slechts door een tussenliggende potentiaalbarrière onderling behoeven te worden gescheiden. Tijdens het gebruikelijke 2, 3 of 4-phase transport daarentegen zijn 10 twee naburige ladingspakketten, behalve door tenminste een potentiaalbarrière, ook door tenminste één tussenliggende vrije plaats die het ladingstransport mogelijk maakt, van elkaar gescheiden. Dit betekent dat, zolang er geen ladingstransport plaatsvindt, de ladingspakketten met een hogere dichtheid kunnen worden opgeslagen dan tijdens het 20 2, 3 of 4-phase transport mogelijk is. Wanneer nu vervolgens het ladingstransport op de gebruikelijke wijze zou plaatsvinden waarbij alle ladingspakketten gelijktijdig verschoven worden, zouden de ladingspakketten gedeeltelijk samengevoegd worden. Dit wordt voorkomen door, zoals hierboven is aangegeven, eerstede afstanden tussen de 25 ladingspakketten te vergroten door het ladingstransport vanaf het eerste ladingspakket geleidelijk aan te starten en telkens een ladingspakket meer aan het ladingstransport te laten deelnemen. Op deze wijze is het mogelijk de afstanden tussen de paral lel-ingangen kleiner te maken dan de lengte van één CCD-bit tijdens het ladingstransport, waardoor 30 in het geval van een lijn-sensor deze afstanden beter overeenstemmen met de steek tussen de pixels, waarbij verlies aan informatie tijdens het ladingstransport kan worden voorkomen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de bijbehorende schematische tekening 35 waarin:

Fig. 1 een blokschema van een lijnsensor geeft;

Fig. 2 een bovenaanzicht van een deel van een lijnsensor volgens de uitvinding geeft;

84 013 VI

* PHN 10.998 5

Fig. 3 een doorsnede langs de lijn III-III van deze lijnsensor geeft;

Fig. 4 een doorsnede langs de lijn IV-IV van de sensor volgens Fig. 2 geeft; 5 Fig. 5 en Fig. 6 twee uitvoeringsvormen van de in de lijn sensor volgens Fig. 2 gebruikte schakelaars S geven;

Fig. 7 een schema van de in deze lijnsensor gebruikte spanningen als functie van de tijd t geeft;

Fig. 8 potentiaalprofielen geeft die bij deze spanningen op 10 een aantal tijdstippen in het kanaal optreden;

Fig. 9 het blokschema toont van een tweede uitvoering van een lijnsensor volgens de uitvinding.

Ter verduidelijking van de uitvinding is in Fig. 1 in de vorm van een blokschema een conventionele lijnsensor of lineaire 15 beeldopneeminrichting, zoals bijvoorbeeld in facsimile beeldweergeef-inrichtingen kan worden toegepast, weergegeven. De inrichting omvat de lineaire reeks van photogevoelige elementen 21 en een ladingsoverdracht-inrichting 22, die samen met de photogevoelige elementen in een gemeenschappelijk halfgeleiderlichaam kan zijn geïntegreerd. De ladingsover-20 drachtinrichting is voorzien van parallel-ingangen 23 via welke elektrische lading die in de photogevoelige elementen wordt gegenereerd naar de bijbehorende ladingsopslagplaats in de ladingsgekoppelde inrichting 22 kan worden gevoerd. Deze parallel-ingangen zijn als pijltjes weergegeven om het ladingstransport uit te drukken. De inrichting omvat 25 verder uitleesmiddelen 24, die aan de uitgang van de ladingsoverdracht-inrichting 22 waarmee de elektrische signalen in serie kunnen worden uitgelezen.

Zoals in Fig. 1 schematisch is weergegeven is de ladingsover-drachtinrichting samengesteld uit een reeks van op elkaar volgende 30 trappen of bits. Deze bits komen overeen met het aantal klokelektroden dat in een specifieke uitvoering minimaal nodig is voor de opslag en transport van één ladingspakket. Voor een 4-phase CCD zijn dit vier elektroden, voor een 3-phase CCD drie elektroden en voor een 2-phase CCD twee elektroden. In conventionele inrichtingen kan met een CCD-bit 35 hoogstens één photogevoelig element (pixel) corresponderen. Bij gegeven dimensies in de ladingsoverdrachfcinrichtiijg 22 legt deze eis ernstige beperkingten op aan het aantal pixels dat per lengte-eenheid kan worden aangebracht.

8401312 ^ * ♦ PHN 10.998 6

Fig Fig. 2 geeft, in bovenaanzicht, een uitvoeringsvorm van een lijnsensor volgens de uitvinding, waarin in vergelijking met de sensor volgens Fig. 1, een tweemaal zo hoge pixel-dichtheid mogelijk is.

De inrichting omvat weer een lineaire reeks van photogevoelige elementen 5 21, die, althans gezien op het vlak van tekening, elk praktisch langs hun gehele omtrek zijn begrensd en onderling gescheiden door begrenzings-gebieden 26. Maast de rij van pixels 21 is weer een C.T.D. aangebracht, in dit uitvoeringsvoorbeeld een 4-phase CCD (ladingsgekoppelde inrichting) omvattend. Het ladingstransport kanaal 28, dat bij de uitvang 27 eindigt, 10 is in Fig. 2 met onderbroken lijnen aangegeven. Boven het ladingstransport· kanaal zijn klokelektroden 1-13 aangebracht, voor het induceren van potentiaalkuilen- en potentiaalbarrières in het kanaal 28. De klok-spanningen 0^, 02/ 0^ en 0^ die nodig zijn cm de lading door het kanaal 28 naar de uitgang te transporterren worden geleverd door de klokspam 15 ningsbron 29 die via de kloklijnen 30, 31, 32.en 33 met de klokelektroden kan worden verbonden. In tegenstelling tot gebruikelijke CCD's zijn klokelektroden niet door een vaste verbinding met de kloklijnen verbonden, maar via schakelaars S^, S2, enzovoorts door middel waarvan de klokelektroden verbonden kunnen worden met lijn 34 of lijn 35. Via 20 deze lijnen kunnen de spanningen of door de spanningsbron 36 worden geleverd aan klokelektroden worden toegevoerd. Op de waarden van en zal hierna nog worden ingegaan. De schakelaars S-^, S2, enzovoorts worden aangestuurd door een schuifregister 38 met behulp waarvan de schakelaars S van rechts naar links de een na de ander van 25 de spanningsbron 36 kunnen worden omgezet naar de klokspanningsbron 29.

Het CCD-kanaal is met de pixels 21 verbonden via de gearceerd weergegeven parallel-ingangen 23 die uit .onderbrekingen in de begrenzing s zone 26 bestaan. Voor het sturen van het ladingstransport tussen de pixels 21 en het kanaal 28, is boven de parallel-ingangen 23 een 30 overdrachtspoort 37 aangebracht. Zoals uit de tekening blijkt bedraagt het aantal parallel-ingangen 23 en het aantal geassocieerde pixels twee op elke vier opeenvolgende klokelektroden in plaats van een zoals bij 4-phase CCD's gebruikelijk is.

Fig. 4 geeft een doorsnede van een deel van de ladingsgekoppelde 35 inrichting. De inrichting is van het BGCD of PCCD-type en omvat een relatief dunne n-type oppervlaktelaag 40 die het ladingstransportkanaal van de ladingsgekoppelde inrichting vormt, en aan de onderzijde begrensd wordt door een p-type gebied 41. In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld 8 4 0 1 3 1 2 >.

PHN 10.908 7 vomt het p-type gebied 41 het uitgangshalfgeleiderlichaam dat aan zijn oppervlak is voorzien van de dunne n-type oppervlaktelaag 40. Het is echter ook mogelijk dat het gebied 41 ook door een relatief smal gebied wordt gevormd dat aan de onderzijde via een pn-overgang weer 5 overgaat in een n-type substraatgebied. Het oppervlak 42 is bedekt met een isolerende laag 43 van bijvoorbeeld siliciumoxyde waarop de klokelektroden 3, 4, 5, 6 enzovoorts zijn aangebracht. De elektroden 2,5,1 enzovoorts kunnen én een eerste polykristallijne siliciumlaag zijn gevormd, de elektroden 4, Li,, 6, 8 enzovoorts die de eerstgenoemde 10 elektroden overlappen, kunnen uit een tweede polykristallijne silicium-laag of metaallaag zijn vervaardigd. In Fig. 4 zijn bovendien weer schematisch de kloklijnen 30-33 en de lijnen 34, 35 voor het aanleggen van de d.c. spanningen en de schakelaars S getekend.

Fig. 3 geeft een doorsnede dwars op de ladingstransportin-15 richting van een deel van de inrichting, welk deel een pixel 21, de overdrachtspoort 37 en het ladingstransportkanaal 28 omvat. De pixel 21 omvat een in het p-type lichaam 41 aangebrachte n-type oppervlakte-zone. De zone 21 wordt praktisch langs zijn gehele omtrekiifegrensd door een kanaal begrensende p-type zone 26, waarvan de doteringsconcentratie 20 hoger is dan die van het lichaam 41, en voldoende hoog wordt gekozen om de vorming van kanalen die naburige pixels zouden kunnen verbinden te voorkomen. De zone 26 laat alleen onder de poort 37 een kanaal 23 vrij dat een van de genoemde parallel-ingangen naar het ladingstransportkanaal 28 vormt. Zoals in Fig. 3 is aangegeven, is de overdrachtspoort 25 37 in de onderste (eerste) polykristallijne siliciumlaag uitgevoerd en de, met de parallel-ingamgi 23 geassocieerde CCD-klokelektrode in de tweede polykristallijne siliciumlaag (of Al-laag). Uiteraard kan, in plaats van een gedoteerde zone 21, ook een geïnduceerde photogevoelige zone 21, waarbij op de oxidelaag 49 boven het photogevoelige gebied 30 een geïsoleerde poortelektrode is aangebracht, met behulp waarvan in het onderliggende photogevoelige gebied een verarmingiszone wordt geïnduceerd.

In de Fig. 5en 6 zijn 2 mogelijke uitvoeringsvormen getekend van de schakelaars S. In de uitvoeringsvorm volgens Fig. 5 wordt elke 35 schakelaar afzonderlijk gevormd door een MOS-transistor 45, waarvan de poort 46 is verbonden met, en wordt aangestuurd door, het schuif register 38. De bijbehorende klokelektrode is verbonden met het ene hoofdelektrode-gebied, namelijk het hoofdelektrodogebièd: ;.44. Via een weerstand 47 is 8401312 i, 1 PHN 10.998 8 dit hoofdelektrodegebied verbonden met de lijn 34 of 35 voor het aanleggen van de gewenste d.c. spanning c.q. ^2· Het andere hoofdelektrodegebied 48 is verbonden met de bijbehorende kloklijn 30-33, voor het aanleggen van 0-^, 0^ of 0^ aan de corresponderende 5 klokelektrode. In deze uitvoeringsvorm worden de schakelaars S allen afzonderlijk aanhet schuifregister gekoppeld. Fig. 6 toont een variant waarbij telkens twee, opeenvolgende schakelaars S zijn uitgevoerd met de gemeenschappelijke poort 46, waarbij een schakelaar wordt gevormd door de transistor 35,1 en de schakelaar Si + 1 door de transistor 45,2 10 Het hoofdelektrodegebied 44,l.Vis via de weerstand 47.1 verbonden met en het hoofdelektrodegebied 48,1 met kloklijn 30 (32). Het hoofdelektrodegebied 44,2 is via weerstand 47,2 verbonden met d.c. spanning Het hoofdelektrodegebied 48,2 is verbonden met kloklijn 31 (33). Opgemerkt wordt dat met deze uitvoeringsvorm steeds twee achter elkaar 15 gelegde schakelaars tegèlijk worden omgezet hetgeen zoals nog zal blijken in het onderhavige 4-phase uitvoeringsvoorbeeld zonder meer mogelijk is.

Voor het aansturen van de schakelaars S kan een schuifregister 38 worden taegepast van een type zoals onder meer is beschreven in het boek "Introduction to Switching Theory and Logical Design" ,van 20 F.H. Hill en G.R. Petersen, Wiley Int. Ed. John Wiley & Sons, 1974, in het bijzonder hoofdstuk §„4,pagina's 221-223 "Shift registers and Counters".

Ter illustratie van de werking van de inrichting, is in Fig. 8 de potentiaalverdeling onder 16 opeenvolgende klokelektroden 1-16 tijdens 25 bedrijf getekend. Fig. 7 geeft de hierbij aangelegde spanningen als functie van de tijd t weer. Eerst wordt in de reeks photodioden 21 een stralingspatroon omgezet in een patroon van lading’spakketten. De schakelaars S worden dan allen in die stand gezet waarbij de klokelektroden 1, 2, 3 enzovoorts verbonden zijn met de spanningsbron 36. Aan de 30 elektroden met oneven rangnumnferr (1, 3, 5 enzovoorts) wordt een lage spanning V2 aangelegd, zodat onder deze elektroden een potentiaalbarrière ontstaat voor elektronen. Aan de elektroden met even rangnummer wordt een hogere spanning aangelegd, zodat onder deze elektrode een potentiaalkuil wordt gevormd. Door vervolgens aan de overdrachtspoort 37 35 een positieve puls aan te leggen kunnen de in de elementen (pixels) 21 opgeslagen pakketten worden gevoerd naar de potentiaalkuilen onder de felokdlektroden 2, 4, 6, 8 enzovoorts. Deze situatie is in Fig. <7Ven 8 weergegeven op tijdstip t . Zoals uit de figuren blijkt is nu om de 0401312 PHN 10.998 9 * andere elektrode een ladingspakket opgeslagen. Op elke vier elektroden kornet dus twee ladingspakketten voor, die onderling zijn gescheiden door een potentiaalbarrière die met een enkele klokelektrode overeenstemt. Door deze dichte ladingsopslag is het mogelijk het 5 aantal pixels per lengte-eenheid te verdubbelen in vergelijking met conventionele 4-phase inrichtingen.

Omdat het aantal ladingspakketten te hoog is voor de gebruikelijke 4-phase bedrijfswijze, wordt eerst alleen het eerste ladingspakket, dit is het ladingspakket dat het dichtst bij de uitgang 10 24 is, verschoven, (en eventueel uitgelezen), waarna ook de klokelektroden behorende bij het volgende ladingspakket worden geklokt. Wanneer de afstand tussen dit ladingspakket en het hierop volgende ladingspakket groot genoeg is, kan, door de bijbehorende schakelaars S om te zetten, ook het laatstgenoemde ladingspakket getransporteerd worden. Ter 15 illustratie hiervan zijn in Fig. 8 potentiaalverdelingen tijdens dit opschuiven de ladingstransport op een aantal tijdstippen t^ - t^ getekend. Uitgegaan wordt van het tijdstip tg (zie eveneens Fig. 7) waarop de elektroden 7-16 (of 8-16) geklokt worden terwijl de elektroden 1-16 op een van de vaste spanningen en staan. De ladingspakketten 20 01# Q^, Q3 nemen in deze situatie aan het transport deel, terwijl de ladingspakketten Q^, Qg en Dg nog stilstaan. Opgemerkt wordt dat de 4-phase bedrijfswijze met de bekende zogenaamde overlappende klokken wordt uitgevoerd, waarbij in een groep van vier opeenvolgende elektroden onder twee elektroden een potentiaalkuil en onder de twee andere 25 elektroden een potentiaalbarrière wordt gevormd, waardoor voor een ladingspakket tijdens het transport steeds twee elektroden beschikbaar zijn.

Op het tijdstip t^ is het ladingspakket opgeslagen onder de elektroden 9 en 10, en van het volgende ladingspakket gescheiden door 30 een potentiaal barrière onder de elektroden 7 en 8. De schakelaar Sg die verbonden is met klokelektrode 6 (of de schakelaars Sg en S^) kan dan omgezet worden waardoor ook aan het· normale 4-phase-ladingstransport deel kan nemen (tijdstip t2). Op tg is de afstand - Qg weer groot genoeg om, door omschakelen van de schakelaars S^, Sg, het ladingspakket 35 05 aan het ladingstransport te laten deelnemen. Op t^ is Qg al gedeeltelijk verschoven onder klokelektrode 5. Tegelijk met Qg worden ook de ladingspakketten Q^, 0^, Q-^ op de gebruikelijke 4-phase ladings- transportwijze verschoven. Alleen Qg neemt op dit ogenblik nog niet 8401312 PHN 10.598 10 , » i aan het ladingstransport deel. Op tijdstip t^ is Qg aangekomen onder elektroden 5 en 6/ zodat de afstand tussen Qg en Qg voldoende groot is om ook Q6 te verschuiven. Op de tijdstippen tg en t^ is de situatie getekend dat alle ladingspakketten Qg - Qg gelijktijdig worden 5 getransporteerd. Voor de hier beschreven wijze van ladings transport is het nodig de schakelaars S (Fidj. 2) achter elkaar cm te zetten, van de lijnen 34, 35 (dit is spanning) naar de kloklijnen 30-33, en wel van rechts naar links. Hiertoe kan aan de ingang van het hiervoor beschreven schuifregister 38 (aan de rechterkant) een serie ingangs-10 signalen "1" worden toegevoerd die door de bij het schuifregister behorende klok naar links worden verschoven. De frequentie van deze klok bedraagt, bij toepassing van enkelvoudige schakelaars volgens Fig. 5 vier maal de frequentie van de klokken 0^, 0g/ $3/ 04* Bij toepassing van de dubbele schakelaar volgens Fi<J. 6 kan de frequentie 15 van de klok van het schuifregister gehalveerd worden.

Fig. 9 geeft het schema van een uitvoeringsvormbwaarin, in vergelijking met het hiervoor beschreven uitvoeringsvoorbeeld een verdere verhoging van de pixels verkregen kan worden. In plaats van een CCD-lijn, worden twee CCD-lijnen 22a en 22b toegepast, boven en beneden 20 de rij pixels 21. De ladingsgekoppelde inrichtingen kunnen elk dezelfde opbouw vertonen als de ladingsgekoppelde inrichting in het voorgaande uitvoeringsvoorbeeld, en worden verondersteld vanhet 4-phase type te zijn. Elke bit, die vier elektroden cmvat is met dikke lijnen aangegeven, de dunne lijnen stellen de klokelektiodén voor. De pixels zijn nu om 25 en om verbonden met het bovenste register 22a en met het onderste register 22b. In de registers 22a en 22b kunnen per bit weer twee ladingspakketten worden ingevoerd. De in de registers ingevoerde ladingspakketten kunnen op dezelfde wijze^als'ihhètsserSie uitvoeringsvoorbeeld naar de uitgang 27 worden getransporteerd. In vergelijking met het 30 eerste uitvoeringsvoorbeeld kan het aantal pixels, per lengte-eenheid, ten gevolge van de toepassing van twee ladingsgekoppelde inrichtingen worden verdubbeld. Uiteraard kan dit aantal verder vergroot worden door boven respectievelijk beneden het register 22a en'22b nog een derde en een vierde register aan te brengen.

35 Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de hier gegeven uitvoerincjsvoorbeelden, maar dat binnen het kader van de uitvinding voor de vakman nog veel variaties mogelijk zijn. Zo kan, behalve bij de hier beschreven lijnsensoren, de uitvinding worden 84 0 1 3 1 2

r, V

PHN 10.998 11 toegepast bij alle typen ladingsgekoppelde inrichtingen met parallel-ingangen. De uitvinding kan ook worden toegepast bij 3-phase en 2-phase ladingsgekoppelde inrichtingen. Behalve ladingsgekoppelde inrichtingen kunnen ook andere type 1adingsoverdrachtinrichtingen, zoals emmertjes2· 5 registers worden toegepast.

De schakelaars 5 en het schuifregister 38 kunnen vervangen worden door een schMfregister zoals beschreven in de tegelijk ingediende aanvrage ten name van Aanvraagster "Ladingsgekoppelde inrichting met dynamische aansturing" (PHN 10 .'997).

10 15 20 25 1 35 8401312

Claims (3)

4 * PHN 10.998 12 Conclusie;

1. Ladingsgekoppelde inrichting omvattende een halfgeleiderlichaam met een aan een oppervlak grenzend halfgelèidergëbiéd waarin een ladingstransportkanaal voor het opslaan en transporteren van informatie representerende discrete ladingspakketten is gedefineerd, en omvattende 5 een stelsel van klokelektroden die boven hefcladirigstransportkanaal zijn gelegen, die verbonden zijn met middelen voor het toevoeren van klok-spanningen voor het transporteren van genoemde ladingspakketten van een eerste positie in het ladingstransportkanaal naar een tweede positie, zodanig dat per n-opeenvolgende klokelektroden slechts een ladingspakket 10 voorkomt waarbij n geheel en groter of gelijk is aan twee, waarbij het ladingstransportkanaal verder is voorzien van een aantal parallel-ingangen die elk met tenminte één van de genoemde klokelektroden corresponderen en met behulp waarvan ladingspakketten parallel aan het ladingstransportkanaal kunnen worden toegevoerd, met het kenmerk dat de afstand tussen 15 twee naburige parallel-ingangen ongeveer gelijk is aan m elektroden, waarbij m geheel, kleiner dan n en tenminste één bedraagt, dat middelen aanwezig zijn met behulp waarvan tijdens het invoeren van ladingspakketten spanningen aan de klokelektroden worden toegevoerd waarbij althans ter plaatse van de genoemde eerste positie in het ladingstransportkanaal een 20 potentiaal-profiel ontstaat van onderling door potentiaalbarrières gescheiden potentiaalputten waarbij onder elke klokelektrode die met één parallel-ingang is geassocieerd, een potentiaalput ontstaat, waarin een ladingspakket kan worden opgeslagen, en dat genoemde middelen voor het toevoeren van klokspanningen, ten behoeve van het transporteren van de 25 ingevoerde ladingspakketten zodanige klokspanningen toevoeren dat, gezien in de ladingstransportrichting, eerste slechts het ladingspakket over een afstand van teminste· een elektrode wordt verschoven waarna slechts het eerste en het daaropvolgend,: het tweede ldaingspakket over een gelijke afstand gelijktijdig worden verschoven enzovoorts, waarbij telkens, 3Q nadat een voorafgaand ladingspakket over de genoemde afstand is verschoven, een volgende ladingspakket aan het n-phase ladingstransport deelneemt tótdat ook het laatste ladingspakket aan het n-phase ladingstransport deelneemt.

2. Ladingsgekoppelde inrichting volgens conclusie 1, met het 35 kenmerk dat naast het ladingstransportkanaal een lineaire reeks van photogevoelige elementen is aangebracht die via de parallel-ingangen met het ladingstransportkanaal zijn verbonden.

3. Ladingsgekoppelde inrichting volgens conclusie 2, met het 4 8401312 » t PHN' 10.998 13 kenmerk dat de lineaire reeks van photogevoelige elementen een lijnsensor vormt. 5 10 15 20 25 30 35 8401312