(57)【要約】【課題】電荷結合素子（ＣＣＤ）に使用される時の電子増倍構造体、及び特にその較正に関する技術を提供する。【解決手段】電子増倍管、特に「電子増倍電荷結合素子（ＥＭＣＣＤ）」におけるものの利得を判断する方法。電子増倍管は、使用上、少なくとも１つの光検知器を含む素子、典型的にはＣＣＤから受信した信号を増倍する。本方法は、試験信号を素子から電子増倍管に入力させる段階と、電子増倍管の出力から電子増倍管の利得を判断する段階とを伴っており、この試験信号は、上述の少なくとも１つの光検知器上への電磁信号の入射以外の理由により、この少なくとも１つの光検知器によって発生した電荷を含むか又はそれから導出されたものである。試験信号は、有利な態様においては、暗電流又はクロック誘導電荷を含むか又はそれから導出されたものである。【選択図】図２Ａ
2006203222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験信号を素子から電子増倍管に入力させる段階と電子増倍管の出力から電子増倍管の利得を判断する段階とを含む、少なくとも１つの光検知器を含む素子から受信した信号を使用上増倍するように構成された電子増倍管の利得を判断する方法であって、
前記試験信号は、前記少なくとも１つの光検知器上への電磁信号の入射以外の理由により、該少なくとも１つの光検知器によって発生した電荷を含むか又はそれから導出されたものである、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記試験信号は、暗電荷又は暗電流を含むか又はそれから導出され、及び／又はクロック誘導電荷又は疑似電荷から導出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
暗電流及び／又はクロック誘導電荷を前記素子内で促進させる段階を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記素子内で電荷移動を達成してクロック誘導電荷を促進させるための少なくとも１つの制御信号を構成する段階を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの制御信号の振幅は、電荷移動中にクロック誘導電荷を促進させるように設定され、及び／又は
前記少なくとも１つの制御信号は、周期的信号であり、
前記周期を電荷移動中にクロック誘導電荷を促進させるように設定する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記素子内の電荷移動を達成するために少なくとも１つの制御信号を外す段階を更に含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記電子増倍管の利得が有効にされた時及び該電子増倍管の利得が無効にされた時に前記試験信号を該電子増倍管に入力させる段階と、該電子増倍管の利得が有効にされた時の該試験信号に応答した該電子増倍管の出力を該電子増倍管の利得が無効にされた時の該試験信号に応答した該電子増倍管の出力と比較することによって利得を判断する段階とを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記電子増倍管の利得が有効にされた時の前記試験信号に応答した該電子増倍管の前記出力の特性を分析することによって該電子増倍管の利得を判断する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記特性は、前記電子増倍管へのそれぞれの単一電子の入力によって引き起こされたイベントを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記分析は、前記検出又は測定された出力の特性を既知の出力結果又は予測した出力結果に対して比較する段階を伴っていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記判断又は測定された利得に応答して前記電子増倍管の利得を調節する段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記素子は、少なくとも１つの電荷結合素子（ＣＣＤ）を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの光検知器を含む素子から電子増倍管に試験信号を入力させるための手段と電子増倍管の出力から電子増倍管の利得を判断するための手段とを含む、電子増倍管の利得を検知するための装置であって、
前記試験信号は、前記少なくとも１つの光検知器上への電磁信号の入射以外の理由により、該少なくとも１つの光検知器によって発生した電荷を含むか又はそれから導出されたものである、
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムコード、
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限定はしないが特に「電荷結合素子（ＣＣＤ）」に使用される時の電子増倍構造体、及び特にその較正に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
「電子増倍電荷結合素子（ＥＭＣＣＤ）」は、ＣＣＤ装置の一種であり、通常、標準的なＣＣＤ作製技術を用いて製造される。公知のＥＭＣＣＤの例は、「Ｌ３Ｖｉｓｉｏｎ（登録商標）」の下でＥ２Ｖにより、また、「Ｉｍｐａｃｔｒｏｎ（登録商標）」の下でテキサス・インストルメンツにより提供されている。ＣＣＤと同様に、ＥＭＣＣＤは、光電効果によって画像又は他の光学的データを捕捉するためにカメラ又は他の機器に使用することができる。
【０００３】
図１は、１０として全体的に示す従来の「フレーム転送ＥＭＣＣＤ」の概略図である。他の種類の従来のＥＭＣＣＤも存在し、本明細書で以下に説明する本発明もこれらに適用可能であることが理解されるであろう。ＥＭＣＣＤ１０は、光電セル１４又は光検知器のアレイ１２を含む。これらは、一般的にピクセルと呼ばれるものである。アレイ１２は、一般的に従来のＣＣＤアレイを含む。アレイ１２は、一般的に２次元アレイであり、行及び列の数は素子によって異なる。場合によっては、アレイは１次元でもよく、すなわち、単一行のセル１４を含む場合がある。ＣＣＤの種類の一部では、アレイ１２は、第１又は画像区域１６及び第２又は記憶区域１８を含むことができる。使用中、光子は、画像区域１６のセル１４上に衝突し、各セル１４は、入射放射線のレベルにより１つ又はそれよりも多い電子、すなわち、ある一定の量の電荷を発生する（光発生電子正孔ペア光電効果により）。各セル１４、及びより具体的にはそれから導出されたデータは、ＥＭＣＣＤ１０によって捕捉された各画像又は他のデータセットの要素又はピクセルを提供する。アレイの第２の区域１８は、記憶区域と呼ぶことができ、画像区域１６で発生したデータ又は電荷は、捕捉後に記憶区域１８に転送又は移される。記憶区域１８のセル１４は、通常は、光子がセルに衝突するのを防止するために、典型的にアルミニウムの堆積層で隠される。
【０００４】
２次元アレイの場合、シフトレジスタ２０、通常は、複数のセル又はステージ２３を含むシリアルシフトレジスタは、アレイ１２と関連付けられており、これを通して使用中にデータがアレイ１２から読み取られる。一般的に、電子又は電荷の形態のデータは、一度に１行づつアレイ１２からシフトレジスタ２０内に転送される。一般的に、シフトレジスタ２０の一端２２は、電荷−電圧増幅器２４に接続され、レジスタ２０内のデータは、端部２２を通じてレジスタ２０から出て増幅器２４を通って連続的に移動され、出力信号２９を生成する。
【０００５】
セル１４及びレジスタ２０は、あらゆる適切な半導体材料で形成され、１つのセル１４及び２３から別のセルへの電子又は電荷の移動又は転送は、クロック信号という好ましい形態の制御信号によって達成される。クロック信号は、一般的に、セル１４及び２３内の適切な電界の操作によって電子をセル１４及び２３間で移動又は転送させる電圧信号の形を取る。一般的に、アレイ１２の画像区域１６から記憶区域１８へのデータ又は電子の転送は、第１の組のクロック信号（入力部５０で印加）及び第２の組のクロック信号（入力部５２に印加）の刻時の組合せによって制御される。記憶区域１８からのデータ又は電子の転送（存在する場合）は、第２の組のクロック信号５２によって制御され、レジスタ２０からのデータ又は電子の転送は、第３の組のクロック信号（入力部５４で印加）によって制御される。一般的に、各組のクロック信号は、少なくとも２つ（時には３つ又は４つ）のクロック信号を含み、組内の各信号は、通常は位相と呼ばれ、各それぞれの組は、使用上は各それぞれのセル又はステージ１４及び２４に印加される。
【０００６】
従来のＣＣＤと比較したＥＭＣＣＤの重要で顕著な特徴は、シフトレジスタ２０の端部２２と出力増幅器２４との間にある構造体２６の設置である。この構造体は、通常は半導体電子増倍管を含み、一般的に、ＥＭ利得レジスタ又は「電荷増倍レジスタ」と呼ばれる。ＥＭ利得レジスタ２６は、一般的に、シフトレジスタ、通常はシリアルシフトレジスタの形態を取り、これは、シフトレジスタ２０とほぼ類似であり、従って複数のステージ又はセル２７を含むことができる。ＥＭ利得レジスタ２６を通じて又はそれからのデータ又は電子の転送は、第４の組のクロック信号（入力部５６で印加）によって制御される。
【０００７】
ここで、ＥＭＣＣＤの作動原理を典型的な３段ＣＣＤシフトレジスタ構造を参照して説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、ＥＭ利得レジスタ２６としての使用に適切な全体的に２１として示すシフトレジスタの一部分の概略図を示している。制御信号をレジスタ２１に印加するために、複数の電極又は端子２８がレジスタ２１と関連付けられる。隣接端子２８は、電位差が隣接端子２８間で生成されるように異なるか又はそれぞれの制御信号を供給する。隣接端子２８間の電位差によってレジスタ２１の関連部分に電界ができ、それによって電子をレジスタ２１に沿って１つのステージ又はセルから次のものに移動又は転送させる。これは、電荷移動として公知である。制御信号の適切な調整により、電子をレジスタ２１に沿ってレジスタ２１の出力部に移動させ、増幅器２４に供給するための出力信号を生成することができる。従って、アレイ１２から得られたデータは、レジスタ２１に沿って移動される。
【０００８】
この例においては、制御信号は、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３と指定することができる３つの電圧クロック信号又は段を含む（代替的に、２つ又はそれよりも多い段及び対応する制御信号がある場合がある）。通常のＣＣＤシフトレジスタ（例えば、レジスタ２０）に関しては、各段は、それぞれの端子２８を通じて固定した順序で（例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）レジスタ２１の各ステージ又はセルに印加される。レジスタ２１がＥＭ利得レジスタとしての役目を果たすことができるように、付加的な端子２８Ａが各ステージ又はセルに対して設けられ、この付加的な端子２８Ａは、固定基準信号（例えば、直流信号）を供給する。一例として、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、電極２８Ａが、Ｒ１段及びＲ２段を供給する電極間に設けられる。電極２８Ａは、使用中は固定の電位に保持され、隣接電極２８Ｂ（この例ではＲ２段を印加する）が刻時され、すなわち、電荷移動のみに対して必要であるものよりも高い電圧振幅が使用される点を除き、正常としてＲ２段に対してクロック信号を供給する。例えば、正常な電荷移動の場合、クロック振幅は、実際のＣＣＤ及びその正確な設計に依存するが、一般的に６から１５Ｖであり、ＥＭ利得に必要とされるものは、実際のＣＣＤ及びその正確な設計に依存するが、一般的に２０Ｖから５０Ｖである。固定電圧又は直流、電極２８Ａ、及び刻時された電極２８Ｂの構成と、それらの間の相対的に大きな電圧差（これ以降、ＥＭ電圧と呼ぶ）とは、極度の電界（これ以降、ＥＭ電界と呼ぶ）をレジスタ２１の関連部分にもたらし、これは、移動中の電子が「衝撃イオン化」を引き起こすほど十分に高いものである。「衝撃イオン化」は、図２Ｂに示すように（当業者である読者は、ＣＣＤにおける通常の電荷移動に精通しているであろうから、明瞭性の理由で増倍移動のみを示す）、新しい電子、すなわち、増倍又はＥＭ利得を発生する。移動毎の電子の増倍は、相対的に小さいものであり、一般的にＸ１．０１からＸ１．０１５付近である。これは、大きくないと考えられるであろうが、多数の移動にわたって実行された時には、かなりのＥＭ利得が達成される。例えば、仮に５９１回の移動（典型的ではあるが限定はしない）にわたって実行される移動毎のＸ１．０１５増倍を用いると、１．０１５の５９１乗の利得（６６３０の増倍係数）が達成される。このような利得レベルは、ＥＭＣＣＤが最良のＩＣＣＤ及び「電子衝撃」ＣＣＤ（ＥＢ−ＣＣＤ）と同じか又はそれを超えるビット毎の感度を有することを意味する。
【０００９】
上述の例を取ると、ＥＭ利得レジスタ２６に供給される１つの電子により、６６３０個の電子が出るはずであるが、これは平均で６６３０であり、実際には結果の広がりがあることになることに注意されたい。この増倍の統計的性質が分析され、所定の数の入力電子及び所定のＥＭ利得に対してＥＭ利得レジスタ２６の出力でもたらされるある一定の数の電子の確率Ｐ(n,G,x)を説明する一般式は、次のように与えることができる。
【数１】
2006203222.tif 000003
ここで、ｎは入力電子の数、Ｇは全ＥＭ利得、及びｘは出力電子の数である。
【００１０】
ＥＭ利得は、ＥＭ電圧及び作動温度の関数であり、利得は、一般的に、利得オンの後に利得オフにして、所定の信号、例えば試験信号の比を取ることによって測定することができる。利得オフは、電極２８Ｂにおけるより低いクロック振幅、すなわち、ＣＣＤにおける通常の電荷移動に使用されるものと実質的に同じか又は類似である振幅を用いることによって達成することができる。試験信号は、一般的に、安定した光源から生成された試験画像から導出され、生成された電荷の比のみを判断すれよいことから、放射計供給源や特定の波長は不要である。製造時のＥＭＣＣＤ１０の較正、すなわち、工場較正では、一般的に、異なるＥＭクロック電圧及び温度に対してＥＭ利得を測定し、その後にこの情報を使用して望ましい性能を与えるように作動ＥＭ電圧範囲を調節する段階を伴う。クロック振幅に対する（又は、より具体的にはＥＭ電圧に対する）ＥＭ利得の依存性は、非常に鋭いものであり（特定のＥＭＣＣＤに対してＥＭクロック電圧の関数として典型的なＥＭ利得を示す対数目盛に注意して図３を参照されたい）、従って安定した電子的設計が必要である。温度に対する依存性は、それほど鋭いものではないが、良好な作動温度安定性が同じく必要である（異なるＥＭクロック電圧に対して温度の関数として典型的なＥＭ利得を示す図４を参照されたい）。
【００１１】
一部のＥＭＣＣＤは、使用量と共にＥＭ利得が減少する時効効果として公知の特定の問題を確かに有する。使用量という用語は、ＥＭ電界を通じて加速される電荷蓄積量に関連するものである。時効効果は、電荷が移動中に通過するＥＭ電界強度と組み合わされたＥＭ利得レジスタ２６を通過する電荷量に依存するように見える。それはまた、ＥＭ電界強度に非常に強く依存するようにも見え、従って、ＥＭＣＣＤ１０が高いＥＭ利得で作動する時に、時効速度は、不相応に大きくなる可能性がある。幸いにも、時効効果自体が経時的に減少することが既に観察されており、これは、適切に使用すれば、素子も多年にわたって有用なままであるはずであることを意味している。
【００１２】
時効効果の説明は、十分に理解されていないが、高い電界を通じて電荷を加速することは、ＥＭ電極２８Ｂとレジスタ２６のステージ２７が形成される活性シリコン（又は、他の半導体材料）との間に設けられた二酸化シリコンから一般的に形成される絶縁層（図示せず）に電荷を埋め込む状態にさせると仮定される。この緩やか電荷の蓄積は、電極２８Ｂによって生成された電界強度を実質的に低減すると仮定されている。関連する機構とは無関係に、この電界強度の減少は、ＥＭ電圧を上げることによって補正することができる。しかし、これは、通常はＥＭＣＣＤ１０の再較正、すなわち、本質的に工場較正の繰返しを必要とする。この較正を繰返し、カメラをその最初の性能に戻すようにＥＭ電圧範囲に対する調節を行うことができると考えられる。代替的に、新たな較正データを記録して実際の調節を全く行うことなく使用することもできるであろうが、いずれの方法でも、ＥＭ利得の再較正又は測定が必要である。
【００１３】
ＥＭ利得の温度依存性は、それが経時変化せず、温度に鋭く依存しないために有意な問題ではない。従って、ＥＭクロック振幅又はＥＭ電圧のどの再較正も１つの温度で行い、他の温度に外挿することができる。唯一の条件は、選択した温度が、理想的には予想作動温度の範囲内であるべきであるということである。高性能カメラは、一般的に−５０℃と−１００℃の間で作動し、一方、量産市場カメラは、一般的に−２０℃と０℃の間で作動すると考えられる。
【００１４】
上述のように、クロック振幅に対するＥＭ利得の依存性は非常に鋭く、経時変化がシリコン（又は、レジスタ２６が作られる他の半導体材料）内に使用されるＥＭ電界に強く依存するので、望ましい利得を達成するのに要求されるよりも高くない電界を使用すべきであり（すなわち、通常作動範囲内）、それ以外の場合には、時効効果が加速される。従って、あらゆる較正手順を慎重に制御する必要がある。これは、製造時には比較的簡単であろうが、ユーザ側のサイトで行われる時には、特に経験の浅いユーザによって行われる時には問題である。定期的な工場での再較正は一解決策ではあるが、これは、ＥＭＣＣＤを収容する機器、典型的にはカメラを工場に戻すことを必要とするであろうし、いずにせよ、ユーザは、ＥＭの測定なしに較正が必要であるということを知ることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、ユーザ及び／又は余分な外部ハードウエア（例えば、安定化された光源）による技能を伴う介入の必要なしにＥＭＣＣＤの自動的な再較正を容易にすることが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従って、本発明の第１の態様は、使用上、少なくとも１つの光検知器を含む素子から受信した信号を増倍するように構成された電子増倍管の利得を判断する方法を提供し、本方法は、試験信号を素子から電子増倍管に入力させる段階と、電子増倍管の出力から電子増倍管の利得を判断する段階とを含み、この試験信号は、上述の少なくとも１つの光検知器上への電磁信号の入射以外の理由により、この少なくとも１つの光検知器によって発生した電荷を含むか又はそれから導出されたものである。
【００１７】
一部の実施形態では、試験信号は、暗電荷又は暗電流を含むか又はそれから導出される。代替的に又はそれに加えて、試験信号は、クロック誘導電荷（ＣＩＣ）又は疑似電荷を含むか又はそれから導出される。暗電荷は、暗電流の結果として蓄積する電荷又は電子である。ＣＩＣはまた、「疑似電荷」としても公知である。
一実施形態では、本方法は、電子増倍管の利得が有効にされた時及び電子増倍管の利得が無効にされた時に試験信号を電子増倍管に入力させる段階と、この利得が、電子増倍管の利得が有効にされた時の試験信号に応答した電子増倍管の出力を電子増倍管の利得が無効にされた時の試験信号に応答した電子増倍管の出力に比較することによって判断される段階とを含む。
【００１８】
本方法は、上述の素子内の暗電流及び／又はＣＩＣを増大させるか又は促進させる段階を更に含むことができる。これは、あらゆる適切な手段により、例えば、１つ又はそれよりも多い制御装置又はクロック、上述の装置内の電荷の移動を達成する信号の適切な選択及び／又は構成により達成することができる。例えば、電荷移動中にＣＩＣを促進させるほど十分に高い振幅を有するように上述のクロック信号の１つ又はそれよりも多くを設定することにより達成される。一般的に、振幅は、電荷移動を達成するのに通常使用される振幅を少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％超えるものである。暗電流は、例えば、上述のクロック信号の１つ又はそれよりも多くが外されるように構成することによって増大させることができる（これは、暗電流のマグニチュードの１から２桁の増大をもたらすことができる）。ＣＩＣは、代替的に又はそれに加えて、上述のクロック信号の少なくとも１つの周期を典型的には約１０ミリ秒を超える程度、及び好ましくは数十ミリ秒まで増大させることによって促進させることができる。
【００１９】
別の実施形態では、電子増倍管の利得は、電子増倍管の利得が有効にされた時の上述の試験信号に応答して電子増倍管の出力の特性を分析することによって判断される。好ましくは、この特性には、電子増倍管へのそれぞれの単一電子の入力によって引き起こされるイベントが含まれる。分析には、既知の出力結果（例えば、曲線当て嵌め又は他の数学的技術による）又は予測された出力結果（例えば、曲線当て嵌め又は他の数学的技術による）に対して検出又は測定出力の特性を比較する段階を伴う場合がある。
好ましい実施形態では、本方法は、判断された又は測定された利得に応答して電子増倍管の利得を調節する段階を更に含む。
【００２０】
本発明の第２の態様は、電子増倍管の利得を検知するための装置を提供し、この装置は、少なくとも１つの光検知器を含む素子から電子増倍管に試験信号を入力させるための手段と、電子増倍管の出力から電子増倍管の利得を判断するための手段とを含み、この試験信号は、上述の少なくとも１つの光検知器上への電磁信号の入射以外の理由により、この少なくとも１つの光検知器によって発生した電荷を含むか又はそれから導出されるものである。好ましい実施形態では、この装置は、少なくとも１つのＣＣＤ又はＥＭＣＣＤを含む。
【００２１】
本発明の第３の態様は、少なくとも１つの電荷結合素子（ＣＣＤ）と電子増倍管とを含む装置を提供し、電子増倍管は、使用上、少なくとも１つのＣＣＤから受信した信号を増倍するように構成されており、この装置は、更に、本発明の第２の態様の装置を含む。
便利な態様においては、本発明の方法は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は装置に含まれるか又は装置に関連する他のコンピュータによって実行することができるコンピュータソフトウエア又はコンピュータプログラムコードによって全体的又は部分的に実施することができる。
【００２２】
本発明の第４の態様は、コンピュータに本発明の第１の態様の方法を実行させるためのコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品を提供する。
本発明の更に別の有利な態様は、本発明の特定的な実施形態の以下の説明を考察すれば当業者に明らかになるであろう。
本発明の特定的な実施形態を例示的に添付図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、図１に示す一般的なタイプのＥＭＣＣＤと共に、又はあらゆる他のＣＣＤタイプ、例えば、フレーム転送（ＦＴ）、インターライン、フルフレーム（ＦＦ）、「フレームインターライン（ＦＩ）」、及びその他と共に使用することができる。これ以降に示す実施形態は、特定のＥＭＣＣＤの関連で説明されており、当業者には明らかなように、本発明があらゆる他のＥＭＣＣＤに適用可能であることは理解されるであろう。
【００２４】
ＥＭ利得が低下するか又は減少した時を判断するための手段を提供する。好ましくは、ＥＭ利得の再較正又は調節のための手段も提供する。選択した較正方法は、カメラ（又は、ＥＭＣＣＤが一部を形成する他の装置）の正確な使用法に依存すると考えられる。例えば、ＥＭＣＣＤベースの装置（例えば、カメラ）の２つの典型的な使用が存在する。
１）より大きな計器（例えば、ＤＮＡチップ読取装置）の内側で定期的な測定を行う装置／カメラ。このような計器は、通常、その作動の異なる態様に対して定期的な診断を行い、これらは、ＥＭ利得の較正又は調節の理想的な時になると考えられる。
２）装置／カメラがデータを連続的に取得している用途（例えば、監視）。このような用途においては、装置の通常の連続作動を妨げない較正方法を用いることが望ましいと考えられる。
【００２５】
装置／カメラの用途がどのようなものであっても、あらゆる較正は、ＥＭ利得を測定するための手段を有することを伴っている。ＥＭ利得測定を行うために、ある一定量の制御された電荷、すなわち、１つ又はそれよりも多い電子を利得レジスタ２６に供給することが可能である必要がある。この電荷の発生原はどこであって重要なことではなく、最も自明の光源は、外部光信号である。従来であれば、これは、光の漏れがなくカメラに取り付けることができる外部の安定化された光源を含むことになる。一部のＣＣＤには、素子自体に内蔵された電荷注入ゲート（ＣＩＧ）構造が装備されている。ＣＩＧを使用すると、電荷を供給することができるが、現行のＥＭＣＣＤは、ＣＩＧを含まない傾向があり、いずれの場合にも、既存のＣＩＧは、この目的に理想的なものではない。新しい設計には、ＥＭ利得較正を目的として特別設計されるこのような又は類似の構造を含むことができるであろう。安定化された光源であれば、装置／カメラに内蔵することができ、これは、他の理由で既に以前から行われている（非ＥＭＣＣＤカメラの場合）。これは機能するであろうが、多少の問題があり、大きな問題は、内部光源が通常使用時に入射光を妨げてはならないということであり、それと付加的な経費である。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態では、ＥＭ利得を測定するために信号源として暗電流及び／又は「クロック誘導電荷（ＣＩＣ）」を利用すること、すなわち、電荷又は１つ又はそれよりも多い電子をＥＭ利得レジスタ２６に供給することが提案されている。
「クロック誘導電荷（ＣＩＣ）」は、「疑似電荷」としても公知であり、通常の刻時処理中に時折り発生する電荷である。この現象は、ＥＭＣＣＤに独特のものではなく、全ての種類のＣＣＤに存在するが、ＣＣＤ又はＥＭＣＣＤが適正に作動している時には、発生する電荷量は、無視することができるほど少量である可能性があり、例えば、１０回又は１００回の移動毎に電子１つだけ又は更にそれよりも少ない電子を発生する場合がある。
【００２７】
暗電流は、漏れ電流と呼ぶこともあり、ＣＣＤ又はＥＭＣＣＤに存在するがＣＣＤ／ＥＭＣＣＤアレイ上への放射線の入射からは生じない背景信号又は電流を含む。暗電流は、主として熱的に生成された自由電子の結果として生じる。
暗電流及び／又はＣＩＣをＥＭ利得測定の信号源として使用することを提案する。２つの好ましい方法に対してこれ以降に説明する。
１）ＥＭ利得の印加の有無を問わず暗電流及び／又はＣＩＣの量を測定し、それぞれの検出暗電流及び／又はＣＩＣ値の比率を取ってＥＭ利得を確かめる。必要であれば、測定を容易にするために暗電流及び／又はＣＩＣを強化するようにクロックレベル及びパターンを通常の設定から変えることができる。
２）必ずしも通常の設定からクロックレベル又はパターンを変えることなく、先の式１を通じて暗電流及び／又はＣＩＣから生じる離散的な単一イベントの統計的分布を用いてＥＭ利得を確かめる。
【００２８】
方法１は、十分な暗電流及び／又はＣＩＣがある場合に使用することができる。従来であれば、これは、適度に冷却された装置／カメラ、例えば、−３０℃及びそれよりも高い温度に本方法を限定すると考えられたであろう。これは、以下で説明するようにそうではない。通常、ＥＭＣＣＤ機器の製造業者は、深い冷却（通常は−５０℃よりも低い）により及びＣＣＤチップの慎重な刻時により、それぞれ、暗電流及びＣＩＣの両方を最小限に抑えるように努力している。高性能の装置／カメラにおいては、暗電流及びＣＩＣの通常のレベルは非常に低く、実際的には有用な精度で較正を行うのに十分な電荷を捕捉するには何時間も又は恐らくは何日も掛かるであろう。しかし、高性能の科学用カメラに一般的に使用されている種類の適切な電子ハードウエア及びソフトウエアを用いて、ＣＣＤ／ＥＭＣＣＤは、暗電流又はＣＩＣのいずれか又は両方を通常の使用中に一般的に存在するレベルを超えて増大するように作動させることができる。一例として、暗電流は、外された（非逆転モード）刻時パターン又は信号を使用して増大させることができる。一般的に、これは、クロック信号の低いレベルが、クロックサイクルの低周期の間に表面暗電流（これは暗電流の最大成分である）を抑制するほどＣＣＤ基板に対して十分に低い電位である値に結び付けられていない又は結合されないことを意味する。ＣＣＤを刻時する時に通常使用されるであろう振幅よりも高いクロック振幅を使用して、ＣＩＣを増大させることができる。例えば、クロック信号の通常の振幅が１０から１２Ｖの領域にある場合、約１５Ｖ又はそれよりも大きい振幅への増加は、望ましいＣＩＣの増加を達成するべきである。一般的に、少なくとも２５％、より好ましくは少なくとも５０％の増加が好ましい。代替的に又はそれに加えて、クロック時期の変化は、ＣＩＣを増大させることができる。例えば、クロック時期は、ＣＩＣを促進させる長さまで長くしてもよい（ＣＣＤの通常の作動中に使用されるクロック信号の周期と比較して）。これは、通常の電荷移動に使用される時の数マイクロ秒又はそれ未満に比べると典型的には数十マイクロ秒である。前者の任意選択肢は、最大電極電圧定格値を超えることなく、移動あたり１電子までの非常に多量の信号を発生することができる。ＣＩＣ発生は、ＣＣＤ温度とほとんど無関係であり、これは、暗電流が実用としては小さすぎる場合がある深く冷却されたシステムには重要なことである。「衝撃イオン化」は非常に温度依存性であるが、状態寿命の負の温度依存性を考慮した時には、ＣＩＣ発生が単に僅かに温度依存性であることが見出されるので、ＣＩＣが非常に温度依存性であるということは一般的な誤解である。
【００２９】
ＣＩＣを増大させる方法は、画像区域１６、記憶区域１８、シリアルレジスタ２０、及び／又はＥＭ利得レジスタ２６を含む、ＥＭＣＣＤ１０のあらゆる部分又は２つ又はそれよりも多い部分の組合せに適用することができる。集積、ビンニング、及び／又は蓄積の様々な通常のＣＣＤ読取方法又はその組合せを用いても測定を容易にすることができる。これは、いかなる外部の安定化された光源又は他の外部装置の必要もなく、ＥＭ利得の正確な較正を短時間で行うことができることを意味する。場合によっては、ユーザ／オペレータは、ＥＭ利得測定／較正が行われている時にカメラが暗闇にあることを確実にする必要があるであろう。装置／カメラが一体化シャッタを有する場合、作動全体は、測定／較正作業（一般的にシャッタを閉じさせることを伴うと考えられる）の開始は別として、いかなるユーザ入力もなしに行うことができる。フレーム転送ＣＣＤ（ＦＴ）又はインターラインＣＣＤの場合は、各ＣＣＤタイプが覆われた記憶区域を有し（通常は、典型的にアルミニウムで形成された直接に付加されたマスクにより）、これらの区域を利用して増大したＣＩＣ又は暗電流を発生させることができるので、シャッタさえも不要である場合がある。このような場合、画像区域１６は、刻時されないであろうし、また、存在する場合は、ＣＣＤ１０のアンチブルーミング機能は、画像区域に発生しているあらゆる過剰電荷を排出するであろう。更に、一般的にはＰＣ又は他の外部コンピュータであるが、代替的に又はそれに加えて搭載型マイクロプロセッサを含むことができる制御コンピュータ（図示せず）は、とりわけ、クロック信号を含むＥＭＣＣＤ１０の作動を制御するが、そのリアルタイムクロックを使用して自動的又は定期的にユーザに較正／利得測定手順の実行を喚起するようにプログラムすることができる。代替的に、制御コンピュータは、そのリアルタイムクロックを使用して、ユーザが知る必要さえもなく所定の間隔でＥＭ利得を自動的に検査して次に自動的に調節するようにプログラムすることができる。この自動的な検査及び較正は、装置／カメラの通常の意図された使用法を妨げないと考えられる時期、例えば、カメラソフトウエアの実行後又は連続作動システムに対しては夜間に行うことができる。
【００３０】
ここで、第１の方法の特定的な実施形態を一例として説明する。この実施例においては、単に例示的であるという目的のために、ＥＭＣＣＤ１０は、公知の市販ＥＭＣＣＤチップ、すなわち、Ｅ２Ｖによって供給されるようなＣＣＤ９７を含むと仮定される。ＥＭ電圧対ＥＭ利得の較正は、単一のＣＣＤ作動温度に対して行われる。同じ較正を他の温度に対しても行うことができるが、上述のようにこれは不要と考えられる。
【００３１】
ＣＣＤ９７は、５１２ｘ５１２ピクセルの活性画像区域を含むＦＴのＣＣＤ装置であり、図１に示すＥＭＣＣＤと類似のものである。それは、６０電子ＲＭＳの読取ノイズで１１ＭＨｚの最大ピクセル読取速度を有するが、アンチブルーミングを有してない。完全なデータシートは、「ｅ２ｖ．ｃｏｍ」ウェブサイトから取得することができる。この実施例においては、これらの温度では暗電流が実用には低すぎることになるので、低温作動の最も要件の厳しい場合は、−５０℃と−１００℃の間であるとも仮定されている。このような温度では、ＣＩＣ発生による信号を用いることを提案する。画像区域１６及び記憶区域１８が振幅１５Ｖのクロック信号で刻時される時には、各セル１４は、ＣＩＣの形で垂直移動あたり（すなわち、レジスタ２０に向う下方の移動（図１で見た時））０．５電子（このＣＣＤに対する一般的な値、かつこれ以降に例示的な目的で使用される値）を生成することも更に仮定される。このクロック振幅は、通常の電荷移動作動及び低いＣＩＣに必要とされるものを約４ボルト越えるものである。
【００３２】
この実施例においては、アレイ１２は、実質的に入射光から隔離されるべきである。これは、シャッタを閉じることにより、又は、装置／カメラにシャッタがない場合には、装置／カメラを暗闇に配置することによって達成することができる。ＣＣＤ９７はアンチブルーミングを有していないので、画像区域上に落ちるどの光も電荷を引き起こし、すなわち、それを発生してＥＭ利得測定中に画像区域から記憶区域の中にブルーミングする可能性があると考えられるので、ＥＭ利得測定を行うのに、遮蔽された記憶区域１８だけを使用することにはならない。従って、アレイ１２は、暗闇に保持されるべきである。
有利な態様では、一連の「きれいに保つ」走査を行ってＥＭＣＣＤ１０に存在することがあるあらゆる光発生残留電荷を除去する。この走査は、それがＥＭＣＣＤ１０全体を読み取る限り、広範囲の読取作動のいずれも含むことができる。
【００３３】
出力信号２９は、ＥＭ利得が達成されることなく測定又は記録される。これは、電荷移動は達成されるが、ＥＭ電圧は「衝撃イオン化」を引き起こさないように、ＥＭ利得レジスタ２６に対する制御又はクロック信号５６を設定することによって達成することができる。図示の実施例においては、これは、電荷移動のみを達成するのに通常使用されるか（この実施例では約１１Ｖ）、又は少なくとも「衝撃イオン化」を引き起こすほど十分には高くない振幅を用いて、電極２８Ｂでクロック信号を用いることによって達成することができる。
【００３４】
出力信号２９から測定値を取るために、試験信号をＥＭ利得レジスタ２６に供給する必要がある。簡素化のために、このＣＣＤ上に存在する暗い基準ピクセル及び他の非画像ピクセルは、それらを考慮することが基本原理又は以下で引き出す結論に影響を与えず、単に実施例を追って行くことをより困難にするだけなので無視することにする。この実施例では、ＥＭ利得レジスタ２６に対する試験信号を取得するために、電荷又は電子は、この実施例では垂直方向に（図１で見た時）１０２４個のセル１４及び水平方向に（図１で見た時）５１２個のセル１４を含むＣＣＤアレイ１２の全て（画像区域１６及び記憶区域１８の両方）から集められる。代替的に、電荷／電子は、画像区域１６、及び／又は記憶区域１８、及び／又はレジスタ２０、及び／又はＥＭＣＣＤ１０内のあらゆる他の光電セルから集めることができる。
【００３５】
例示的なアレイ１２が最大解像度画像として読み出される場合、それは、単に平均で０．５電子／ピクセルを与えるだけである。従って、アレイ１２の全ての１０２４個の垂直セルの行をそれぞれの単一の蓄積値にビンニングし（得られる電子／電荷は、レジスタ２０のそれぞれのステージに格納される）、蓄積値の各々を単一の線（すなわち、レジスタ２０の一連の読取値）として読み出すことが好ましい。これは、「完全垂直ビン処理（ＦＶＢ）」として公知である。他の従来の読出方法を代替的に使用することができることが理解されるであろう。
【００３６】
これを達成するために、アレイ１２の画像区域１６及び記憶区域１８の電荷移動を制御するそれぞれのクロック信号５０及び５２は、ＣＩＣ促進振幅（例えば、この例においては１５Ｖ）に設定され、かつセル１４を垂直方向にレジスタ２０内に移動又はビンニングするのに使用され、各ピクセルは、上述のように、アレイ１２のそれぞれの列から完結してそれぞれのセル２３に格納されるある一定量の電子又は電荷を含む。本実施例においては、これによって５１２個のビンニングされたピクセルがレジスタ２０に作り出され、電子又は電荷の数は、ＣＩＣから生じる各ピクセルに関連している。次に、レジスタ２０内の電荷移動を制御するクロック信号５４を使用して、レジスタ２０のコンテンツを連続的にＥＭ利得レジスタ２６内に移動する（一般的に、信号５４及び５６は、レジスタ２０の各ピクセルが一種の「パイプライン」として増倍レジスタを下って増幅器２４内に送られる時に段階的に刻時される）。従って、ＣＩＣによって発生された試験信号は、ＥＭ利得レジスタに供給される。本実施例においては、レジスタ２０は、通常の電荷移動振幅で刻時されることが好ましいが、代替的実施形態では、それは、高められたＣＩＣ促進振幅で刻時することができる。
【００３７】
有利な態様では、出力信号２９の各測定値は、出力信号測定結果を比較することができる基準信号又はレベルに関連付けられる。これは、暗基準レベルと呼ぶことができ、「存在する信号なし」に対応する。本実施例においては、暗基準レベルは、ＣＩＣがないか又は少なくとも人工的に増大されたＣＩＣがない出力基準レベルを提供する。便利な態様においては、基準信号／レベルは、オーバースキャン技術を用いて取得することができる。オーバースキャン処理は、アレイ１２が実際よりも大きいかのようにＣＣＤアレイ１２を読み取る段階（すなわち、出力信号２９から読取値又は測定値を取る段階）を伴っている。例えば、アレイ１２は、その次元が１０２４セルｘ１０２４セルであるかのように読み取ることができる。これは、アレイ１２から得られたレジスタ２０のコンテンツをアレイ１２からＥＭ利得レジスタ２６の中に移動することと同様に、レジスタ２０は、１つ又はそれよりも多いダミーピクセル（この実施例においては５１２個）がレジスタ２０からレジスタ２６に移動されるように更に刻時されることを意味する（上述のアレイ１２からのＣＩＣの移動後に、アレイ１２は、ダミーピクセルがＣＩＣを含まないことを保証するために刻時されない）。従って、出力２９から取られた測定値又は画像の半分は、存在しないピクセル（オーバースキャン又はダミーピクセルと呼ぶ）を含み、一方、他の半分は、試験信号ピクセル（この実施例では、ＣＩＣによって発生される）を含むことになる。ダミーピクセル又はデータは、基準レベル／信号の役目をする。
【００３８】
従って、１つの読取値（すなわち、出力信号２９から取られた測定値）は、本実施例においては、単一の行の１０２４個のピクセルから成ることになり、半分は、５１２個の背景又はダミーピクセルを含み、他の半分は、平均で５１２電子／ピクセルの信号を有するＣＩＣ試験信号を含む（理由は、０．５電子／ピクセルを有するアレイ１２内の各列の１０２４個のセル１４が、それぞれの単一ピクセル又はセル２３内にビンニングされたから）。
【００３９】
測定値が取られた状態で、５１２個の背景ピクセル及び５１２個のＣＩＣ信号ピクセルをそれぞれ平均することができ、平均値の差を測定出力値として取ることができる（一般的に電子において）。この単一の読出し測定に関連した全ノイズＮTは、以下のように計算することができる。
【数２】
2006203222.tif 000004
ここで、ＮRは、読出しノイズ（一般的に６０電子／ピクセルＲＭＳ）であり、Ｓは、試験信号（この場合は５１２電子／ピクセルのＣＩＣ信号）である。読出しノイズの２という係数は、試験信号の背景又はダミー部からの読出しノイズを考慮するために含められ、５１２の除数は、これが測定値が平均されるピクセル数であるために存在する。得られる「ＳＮ比」は、ＳをＮTで割ったものであり、この実施例に対しては２２．３である。
【００４０】
今度はＥＭ利得が活性化した第２の出力測定値が必要である。従って、第２の出力読取に対しては、ＥＭ電圧（クロック電圧又は他の制御信号によって作り出される）は、「衝撃イオン化」（及び、従ってＥＭ利得）を引き起こすのと相応の、好ましくは、落ち着くのに必要なあらゆる時間を可能にする値に設定される。得られるＥＭ利得は、Ｇと呼ぶことができる。この実施例においては、Ｇは、１０００（Ｘ１０００）と仮定する。従って、ＣＩＣ試験信号が上述のように発生された時、得られる出力信号２９は、この実施例では５１２，０００電子／ピクセルを含むことになる。これは、シリアルレジスタ２６の飽和レベルに近いものであり、水平ビンニングを用いないことを選択した理由である。この読出しに関連した全ノイズＮTは、以下のようになる。
【数３】
2006203222.tif 000005
【００４１】
ＥＭ利得の影響（及び、付随的に、従来の増幅器利得に対するＥＭ利得の重要な目的）は、読出しノイズを係数Ｇだけ低減することである。しかし、それはまた、その確率的性質による新しいノイズ源を加えるものである。これは、典型的なＥＭＣＣＤに対して１．４という値を通常は有する「ノイズ指数」項ＦNによって表される。これによって、１９．１の「ＳＮ比」（Ｓ／ＮT）が式［３］から与えられる。ＥＭ利得は、非常に弱い信号との使用に良好に適するものであるが、より強い信号と共に使用された時には逆効果になる可能性があることに注意されたい。
【００４２】
ＥＭ利得Ｇの測定値を得るために、ＥＭ利得を有効及び無効にした状態でそれぞれの測定出力の比を計算する。Ｇが約Ｘ１０００である実施例においては、これによって、「ＳＮ比」１０．３が得られる（値の比を取る時にはノイズが加わることに注意）。ほとんどの実用的な場合に対して、少なくとも１００分の１（すなわち、「ＳＮ比」１００）の精度でＥＭ利得測定値を有することが望ましいと考えられるので、これは特に満足できるというものではない。ＣＩＣは、必要とされる電圧がＣＣＤ９７チップに対する最大定格値を超えると考えられるので、本実施例において容易に更に増大することができない。従って、繰返し測定値が取られて蓄積される。結果を約１０の係数だけ改善することが望ましく、従って、測定が１００回繰り返される。各測定に掛かる時間は２ミリ秒未満であることから、１秒未満の全測定時間が可能である。
ＥＭ利得の測定は、ＥＭ電圧設定値の範囲に対して繰り返すことができ、ＥＭ利得の値をあらゆるＥＭ電圧設定値に対して取得することができるように、曲線当て嵌めを適用することができる。必要であれば、更に別のこのような測定を異なる温度で繰り返すことができる。
【００４３】
好ましい実施形態では、「方法２」は、単一イベントの検出及び多数のこれらの単一イベントの統計又は特性の分析に依存する。理想的なＣＣＤ、すなわち、暗闇内にあり暗電流及びＣＩＣがないものに対しては、各ピクセルに対する信号レベル読出しは同じであり、ＣＣＤの読出しノイズによって変動するだけであるべきである。これはまた、ＥＭ利得が高い値、例えばＸ１０００に設定されている状態でさえもＥＭＣＣＤに当て嵌まることである。実際のＣＣＤは、暗電流及びＣＩＣは確かにあるが、冷却及び適切かつ正常な作動でこれらを非常に低くすることができる（低いとは、ほとんどのピクセル又はセル読出しがゼロ電子に対応し、単に時たまの読出しが１つの電子に対応することを意味し、例えば、１０：１又はそれよりも高い比、例えば、約１０００：１の比が達成可能である）。これらの非常に低い信号レベルでは、ピクセル又はセル読出しが２つ又はそれよりも多い電子に対応することになる確率は、無視することができるほど小さいものである。Ｘ１０００（例えば）のＥＭ利得を用いて、すなわち、ＥＭレジスタ２６に入力される１つの電子に対応する出力信号２９の読出しは、１０００電子（平均で）まで増倍されたことになり、ゼロ電子読出しに対応する近傍の読出し／出力値（すなわち、レジスタ２６に入力される電子なしに対応する出力値）と比較すると、相対的に大きな読出し／出力値を含むことになる。従って、１電子に対応する読出し／出力値は、読出しノイズの変動を超えて検出可能であることになる。データストリーム又は出力信号２９が時間にわたって分析される場合、単一電子に対応する出力値は、出力信号２９内のスパイクとして現れ、「背景」ゼロ電子読取りを超えて区別することができる。これらのスパイクは、単一イベントと呼ぶことができる。スパイク又はイベントを確実に検出可能にするために、それらは、互いに容易に区別することができるほど十分に離れて発生することが好ましく、すなわち、イベントは離散的イベントであることが好ましい。これは、十分に低いレベルの暗電流／ＣＩＣが存在することを保証することによって達成される。
【００４４】
これらの非常に低い信号レベル（例えば、１イベント、すなわち、平均１０回の読出し毎に１つの電子よりも少ない）を達成するために、ＣＣＤは、深く冷却され（−５０℃又はそれよりも低く）、低いＣＩＣに比例して刻時されるべきであり、使用される実際の刻時方法又は他の技術は、結果が低い暗電流／ＣＩＣ信号レベルである限り重要ではない。ＣＣＤ機器製造業者は、通常は、この性能を達成することを当然のこととして努力しており、従って、ここで更に説明する必要はない。
「方法２」は、１０（平均で）毎に１イベントよりも高い信号レベルに対して働くようにすることができるが、分析は遥かに複雑になることに注意することが重要である。
【００４５】
「方法２」は、ＣＣＤの読出しノイズよりも上に単一イベントを増倍するほどの十分に高いＥＭ利得に対してのみ適切であることにも注意すべきである。ＣＣＤ及びＥＭＣＣＤからの読出しノイズは、とりわけ、特定のＣＣＤ設計及び読出し速度に依存するが、６０電子ＲＭＳという高いものになる可能性がある。従って、単一イベントを検出して有用な分析を行うために、ＥＭ利得は、好ましくは２００を超えるべきである。
【００４６】
「方法２」は、相対的に高いフレーム速度で実行されている時でも装置／カメラの正常作動を妨げることなく実施することができるという利点を有する。これは、通常の読出し作動中に一般的に存在するオーバースキャンピクセル又は行を表す出力信号２９の部分から統計データを収集することができ、すなわち、イベントをそこから取ることができるからである。映像用途においては、フィールドブランキング時間中にイベントを検出することができる。この方法は、連続作動を必要とする、例えば監視における用途に特に適する。例えば、ＮＴＳＣ又はＰＡＬフォーマットにおいて、フレーム毎に約２０行のオーバースキャンデータを読出すように構成することが可能であろう。
以下でより詳細に説明するように、検出された一連のイベントの特性は、ＥＭ利得を判断するために、過去の記録した又は予測したデータに照らして比較することができる。
【００４７】
ここで「方法２」の特定の実施例を一例として説明する。ここでもまた、ＣＣＤ９７を例示的な素子として使用する。この実施例においては、ＣＣＤ／ＥＭＣＣＤが暗闇にある状態で単一イベント統計データを収集し、利得が約Ｘ１０００である時に（所定の精度を得るために必要なイベント数は、利得と共に変わることになることに注意されたい）１％の精度でＥＭ利得を測定するためにそれを使用する。−９０℃、１０ＭＨｚの読出し速度、通常の刻時、及び暗闇での最大解像度（すなわち、ビンニングなし）画像読出しモードで作動している時に、このＣＣＤ装置は、０．００２イベント／ピクセルという典型的なイベント速度を与える。ここでの主たる関心は単一電子入力イベント（レジスタ２６への）であるから、式［１］は以下のように簡素化される。
【数４】
2006203222.tif 000006
【００４８】
例示のために、図５は、３つの異なるＥＭ利得に関するこの式のプロットを示している。ｙ軸は確率をプロットしており、ｘ軸は、単一入力電子から生じる出力電子数ｘである。電子数は整数であり、従って、図５は、実際には面積１のヒストグラムである。高ＥＭ利得（例えば、約Ｘ１０００）でのＥＭＣＣＤからの暗い画像（この場合には、暗闇での最大解像度画像読出し値を含む）では、単一イベントは、出力信号２９においてランダムに分布したスパイクとして現れるので、読出しノイズフロアから容易に区別可能である。イベントの統計データ又は特性を収集するために閾値レベルを設定することができ、この閾値を超えて突出するどのスパイクも単一イベントとして数え、ノイズフロアを超えるその高さが測定される（便利な態様においては、電子単位で）。閾値は、読出しノイズスパイクをイベントと間違わないほど十分に高く、しかし、不十分なイベントの計数をもたらすことになるほど高くないように設定する必要がある。従って、このＣＣＤ素子に対しては１８０電子であるノイズフロアの３つの標準偏差を用いることが推奨される。イベントはこのように測定され、ＥＭ利得を判断するために式４が測定イベントの特性に当て嵌められる。指定の精度を与えるために収集する必要があるイベント数を知るために、Ｎがイベント総数である場合に以下になるように標準的なノイズ統計学を式［４］に適用することができる。
【数５】
2006203222.tif 000007
【００４９】
Ｘ１０００の利得でＥＭ利得における１％の精度を得るために、式［５］は、Ｇ+＝１００５及びＧ-＝９９５に対して解くことができ、これによって、約８５００イベントが得られる。０．００２イベント／ピクセルのイベント速度において及び毎秒３０フレームのフレーム速度での５１２ｘ５１２ピクセルの画像において、これは、蓄積するのに１秒を優に下回るであろう。オーバースキャンを使用して画像あたり１オーバースキャン行のみという非常に制約された場合を仮定した場合、出力イベントから十分な統計量／データを取得してＥＭ利得を判断するのに約４分掛かることになる。これらのイベントを取得しながら装置／カメラを依然として使用することができるので、これが問題になる可能性は全くない。
【００５０】
以上説明した実施形態では、特定の読出しモードを説明した。本明細書で説明したＥＭ利得測定を行うのに使用することができるビンニング及び蓄積の多くの置き換えを組み込む多くの読出しモードが存在することが理解されるであろう。これらの多くは互換性があるが、一部は、ＣＣＤタイプ（ＦＴ、インターライン、フルフレーム（ＦＦ）、その他）、サイズ、及び作動温度によって他よりも有用である。これらは、標準的で公知の技術であり、それらを本明細書で全て説明することは実際的ではない。
本発明は、本発明の範囲から逸脱することなく修正又は変更することができる本明細書で説明した実施形態に限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】「フレーム転送」型ＥＭＣＣＤの概略図である。
【図２Ａ】図１のＥＭＣＣＤに含まれるような典型的なＥＭ利得レジスタを表し、かつそれに印加された作動信号を示す概略図である。
【図２Ｂ】図１のＥＭＣＣＤに含まれるような典型的なＥＭ利得レジスタを表し、かつそれに印加された作動信号を示す概略図である。
【図３】特定のＥＭＣＣＤに対するＥＭクロック電圧の関数としてＥＭ利得を典型的な例として示すグラフである。
【図４】特定のＥＭＣＣＤに対する異なるＥＭクロック電圧に対する温度の関数としてＥＭ利得を典型的な例として示すグラフである。
【図５】３つの異なるＥＭ利得に対して単一入力電子に対するＥＭ利得レジスタ出力確率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
２１  シフトレジスタ
２８  電極又は端子
【図１】
2006203222.tif 000008
【図２Ａ】
2006203222.tif 000009
【図２Ｂ】
2006203222.tif 000010
【図３】
2006203222.tif 000011
【図４】
2006203222.tif 000012
【図５】
2006203222.tif 000013
【外国語明細書】
2006203222.tif 000014
2006203222.tif 000015
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