(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルカメラであって、
蓄積モードクロックで動作し、イメージを電子的に撮像する電荷結合素子を有し、
過剰電荷の消去を開始するために、前記電荷結合素子においてゲートに２つ以上の相からなるクロック信号が印加され、
前記２つ以上のクロック信号の総てにおいて、
信号の高レベルである時間が実質的に同じであり、
信号の低レベルである時間が、信号の高レベルである時間より大きく、通常の画像読み出し動作の時間の２倍の時間までである任意の時間に設定されることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】
前記クロック信号が高レベルである時間は、前記電荷結合素子の幅の２乗に実質的に比例する、請求項１に記載のデジタルカメラ。
【請求項３】
イメージセンサであって、
蓄積モードクロックで動作し、イメージを電子的に撮像する電荷結合素子を有し、
過剰電荷の消去を開始するために、前記電荷結合素子においてゲートに２つ以上の相からなるクロック信号が印加され、
前記２つ以上のクロック信号の総てにおいて、
信号の高レベルである時間が実質的に同じであり、
信号の低レベルである時間が、信号の高レベルである時間より大きく、通常の画像読み出し動作の時間の２倍の時間までである任意の時間に設定されることを特徴とするイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはイメージセンサの分野に関しており、より具体的には、電力消費を低減し且つ低暗電流を維持しながら一様な暗領域を生成することにより、改良された過剰電荷の消去動作を有するそのようなイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、真の２フェーズＣＣＤ（電荷結合素子）とは、各画素上に２つの物理ゲートを有し、各ゲートが下地のシリコン内に形成されているデバイスを指す。これに関して、図１を参照すると、二相電圧線Ｖ１及びＶ２がある。この電荷結合の概念は、フレーム転送及びインターライン転送電荷結合素子イメージセンシングにて使用されている。
【０００３】
当該技術でよく知られているように、電荷結合素子１は複数の画素５を含み、入射した光エネルギーを獲得してそれを信号電荷に変換する。水平シフトレジスタ１０は画素５から垂直方向に移動してきた電荷を受け取り、シフトレジスタ１０は、さらなる処理のために最終的にはそれらを電荷結合素子１から送り出す。イメージ獲得を開始するときには、電荷結合素子１は、待機期間中に累積された過剰電荷を消去する必要がある。従来技術のデバイスでは、消去中のゲートの垂直クロック動作は以下のようになる。すなわち、デューティサイクルは５０％であり、各クロックは、高及び低ゲート電圧で等しい時間ｔpである。加えて、Ｖ１の立ち上がりエッジはＶ２の立ち下がりエッジに一致し、その逆も成立する。これにより、消去の終了まで、Ｖ１及びＶ２が同時に低ゲート電圧になることが無い。理解の明瞭化のために、垂直クロック（図示せず）は、実質的に連続して動作し、電荷結合素子１から水平シフトレジスタ１０を介して電荷を転送させる。
【０００４】
十分な理解のために且つ当業者により理解されるように、電荷結合素子１はそれから、イメージ読み出しの間に引き続いて読み出されるイメージを集積時間の間に獲得することができる。これらのサイクルのためのクロック動作は、当該技術ではよく知られているのでその全体は示していない。理解を明瞭化するために、いくつかの例示的なタイミングを示している。
【０００５】
また、電荷結合素子の蓄積モードクロック動作が一般に知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５，１１５，４５８号明細書
【非特許文献１】
アルバート・Ｊ・Ｐ・トイビッセン（Albert  J  P  Theuwissen）著、「電荷結合デバイスによる固体イメージング（Solid  State  Imaging  with  Charge  Coupled  Devices）」
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図２には従来技術の電荷結合素子１が示されており、その暗領域が描かれている。そこに描かれているように、そのような従来技術のデバイスは非一様な暗領域（暗電流分布）１５を含んでおり、外側又は周辺部が中央又は内側部よりも高い暗領域（暗電流分布）を有している。すなわち、そこには過剰電荷が多い。
【０００８】
現在の既知の電荷結合素子は満足が行くものではあるが、それらは欠点を有している。そのような従来技術のデバイスは、消去中の電力消費が高く、且つ非一様な暗領域を有している。そのような非一様な暗領域（暗電流分布）は非一様なバックグラウンドを生成し、それに対する補正が必要になり、また、より高い暗電流によるショット雑音がイメージ雑音に付加される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の問題の一つ又はより多くを克服することを目的としている。簡単に要約すると、本発明の一つの局面によれば、本発明は、画像イメージの電子的表現を獲得するための蓄積モードクロックにて動作する電荷結合素子を有し、過剰電荷の消去を開始するために、前記電荷結合素子においてゲートに２つ以上の相からなるクロック信号が印加され、前記２つ以上のクロック信号の総てにおいて、信号が高レベルである時間が実質的に同じであり、信号が低レベルである時間ｔlowが、画像イメージ読み出し動作中の通常の動作時間から暗電流が実質的に増加を開始する最小時間ｔminまで短縮することができ、最小暗電流を保持しながら電力消費を低減し、実質的に一様の暗領域を有するデジタルカメラを含む。本発明における時間ｔlowは、従来技術におけるｔlow＝ｔpより大きい。時間ｔlowは、暗電流に顕著な影響を与えることなく消去時間の増加と消費電力の低減とを両立させるためにｔminから通常の読み出し時間ｔlineの約２倍まで増加することができる。
【００１０】
本発明のこれら及び他の局面、目的、特徴、ならびに効果は、好適な実施形態の以下の詳細な説明及び添付の図面の参照によって、明瞭に理解され且つ把握できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図３を参照すると、本発明の複数の画素２５を有する２フェーズ電荷結合素子２０が、そのクロック動作手法と共に示されている。画素２５は行及び列のアレイに配置され、例示的な実施形態を描くための好適な実施形態では１９００×２７００であるが、他の構成もまた明らかに好ましい。２フェーズデバイスが示されているが、蓄積モードクロック動作ができるならば、二つよりも多いモードがあってもよい。蓄積モードは、特許文献１および非特許文献１の中に開示されており、ここでは論じない。
【００１２】
消去中の本発明の動作に関して、垂直クロック動作は、Ｖ１を所定の時間、好ましくは良好な垂直転送効率のために必要な最小時間の間、高レベルにクロックすることを含み、Ｖ２は、Ｖ１の立下りエッジにて所定の時間、やはり好ましくは良好な垂直転送効率のために必要な最小時間の間、高レベルにクロックされる。クロックＶ１及びＶ２が低レベルにある時間は、イメージ読み出し動作時の通常の動作時間から、暗電流が実質的に増加を開始する最小幅まで短縮されて、最小暗電流を保持しながら電力消費を低減する。例えば、イーストマン・コダック社のＫＡＦ−５１０１ＣＥセンサでは、これらのクロックは好ましくは３μｓだけ高レベルにクロックし、１５μｓだけ低レベルにクロックする駆動周期であった。クロック電圧が低レベルである時間は特定のイメージセンサに合わせて変化する。クロックが高レベルにある時間は、電荷結合素子の幅の２乗に実質的に比例し、イーストマン・コダック社のＫＡＦ−５１０１ＣＥセンサでは３μｓである。
【００１３】
水平シフトレジスタ３０は、上記のクロック動作の結果として転送された電荷を受け取り、引き続いてそれらをそこから更なる処理のために転送する。
【００１４】
電荷結合素子２０はそれから、画像イメージ読み出しの動作中に引き続いて読み出されるイメージを蓄積時間の間に獲得する。これらのサイクルのためのクロック動作は、当該技術ではよく知られているのでその全体が示されてはいない。理解を明瞭化するために、いくつかの例示的なタイミングを示す。
【００１５】
図４には、本発明の電荷結合素子２０の模式図が示されており、その実質的に一様な暗電流は、一様な密度によって描かれている。したがって、獲得されたイメージの補正をほとんど必要とせず、且つイメージ内の雑音が低いので、有益である。
【００１６】
水平シフトレジスタの水平クロック動作が、イメージ読み出し（Ｖ１の立ち上がりエッジからＶ２の立ち下がりエッジ）の間の垂直転送時間の間を除いて、連続して動作できる。また、電荷結合素子の特定の使用にしたがって他のクロック動作手法を使用することもできる。
【００１７】
図５に、本発明の実施形態の一例として、電荷結合素子２０を用いて商業的に実施可能なデジタルカメラ５０を模式的に示す。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、消去時間は従来技術よりもわずかに長いものの、電力消費を低減し、低暗電流を維持しながら、暗領域が一様であるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術の電荷結合素子及びそれに関連するクロック動作の模式ダイアグラム図である。
【図２】  従来技術の電荷結合素子における暗領域の図である。
【図３】  本発明の電荷結合素子及びそれに関連したクロック動作の模式ダイアグラム図である。
【図４】  本発明の電荷結合素子の一様な暗領域の図である。
【図５】  図３の電荷結合素子の商業的に使用可能な実施形態であるデジタルカメラの模式図である。
【符号の説明】
１  電荷結合素子、５  画素、１０  水平シフトレジスタ、１５  非一様な暗領域、２０  電荷結合素子、２５  画素、３０  水平シフトレジスタ、５０  デジタルカメラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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