(57)【要約】【課題】電子増倍ＣＣＤの利得を求める改善された方法を提供すること。【解決手段】電荷増倍が、駆動電圧をクロック要素に印加することによって得られ、少なくとも第１及び第２の出力信号からの増倍要素によって与えられる利得を導出するように配置されたＣＣＤを有する方法及びデバイスである。ＣＣＤは、第１の電圧又は温度設定で、次いで第２の電圧又は温度設定で、並びに、ＣＣＤが実質的に一定の光景を画像化するＣＣＤにより導出された出力信号で作動される。次に、所与の電圧又は温度設定における利得は、異なる作動電圧又は温度設定の関数として導出することができる。この方法及びデバイスはまた、電圧又は温度のような作動パラメータを用いる出力信号の変化率の関数として利得を導出することもできる。【選択図】図５
2009105891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃イオン化により電荷利得を与えるタイプのＣＣＤを組み込むデバイスであって、前記ＣＣＤは、駆動電圧を印加したときに電荷利得を生成する増倍レジスタを含み、前記デバイスは、該ＣＣＤからの出力信号を与えるように配置された出力部と、前記出力信号を受け取るように配置されたプロセッサとを有し、前記プロセッサは、異なるそれぞれの駆動電圧レベルが前記増倍レジスタに印加されたときに該出力信号から少なくとも第１及び第２の信号を生成し、かつ、前記少なくとも第１及び第２の信号、並びに、前記異なるそれぞれの駆動電圧から該増倍レジスタの利得を導出するように配置されることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
衝撃イオン化により電荷利得を与えるタイプのＣＣＤを組み込むデバイスであって、前記ＣＣＤは、駆動電圧を印加したときに電荷利得を生成する増倍レジスタを含み、前記デバイスは、該ＣＣＤからの出力信号を与えるように配置された出力部と、前記出力信号を受け取るように配置されたプロセッサとを有し、前記プロセッサは、前記増倍レジスタが異なるそれぞれの温度であるときに該出力信号から少なくとも第１及び第２の信号を生成し、かつ、前記少なくとも第１及び第２の信号から、並びに、前記異なるそれぞれの温度から該増倍レジスタの利得を導出するように配置されることを特徴とするデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも第１及び第２の信号は、前記ＣＣＤ内のピクセルについての平均信号レベルを表す信号であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記少なくとも第１及び第２の信号は、フレーム内のピクセルについての平均信号レベルを表すことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１及び第２の信号は、フレーム内のピクセルの信号レベルの合計から導出されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記増倍レジスタの駆動電圧レベル又は温度を制御するように作動可能であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記プロセッサは、ＤＳＰ又はＦＰＧＡであることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記プロセッサは、電圧を用いる出力信号の変化率を導出するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記プロセッサは、温度を用いる出力信号の変化率を導出するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
衝撃イオン化により電荷利得を与えるタイプのＣＣＤの利得を導出する方法であって、前記ＣＣＤは、駆動電圧を印加したときに電荷利得を生成する増倍レジスタを含み、異なるそれぞれの駆動電圧レベルが前記増倍レジスタに印加されたときに出力信号から少なくとも第１及び第２の信号を導出し、前記少なくとも第１及び第２の信号から、並びに、前記異なるそれぞれの駆動電圧から該増倍レジスタの利得を求めることを含む方法。
【請求項１１】
衝撃イオン化により電荷利得を与えるタイプのＣＣＤの利得を導出する方法であって、前記ＣＣＤは、駆動電圧を印加したときに電荷利得を生成する増倍レジスタを含み、前記増倍レジスタが異なるそれぞれの温度であるときに出力信号から少なくとも第１及び第２の信号を導出し、前記少なくとも第１及び第２の信号から、並びに、前記異なるそれぞれの温度から該増倍レジスタの利得を求めることを含む方法。
【請求項１２】
前記少なくとも第１及び第２の信号は、前記ＣＣＤ内のピクセルについての平均信号レベルを表す信号であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の信号は、フレーム内のピクセルについての平均信号レベルを表すことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の信号は、フレーム内のピクセルの信号レベルの合計から導出されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、前記ＣＣＤが作動温度に冷却されたときに出力信号を計測することを含む請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤデバイスに関し、特に、電荷ドメイン内で利得を与えるＣＣＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なＣＣＤイメージャにおいては、入射光を表す信号電荷が、画像領域のピクセル・アレイ内に蓄積される。積分期間の後に、適切なクロッキング・パルス又は駆動パルスを制御電極に適用することによって、信号電荷が保管領域に転送され、次いで、出力レジスタに転送される。次に、信号電荷は、出力レジスタから読み出され、電荷検出回路に適用されて、信号電荷の量を表す電圧を生成する。こうしたデバイスの感度は、後続の映像回路電子装置によって持ち込まれる電荷−電圧変換プロセスのノイズによって制限される。
図１に示されるような、本発明者らの以前に公開された英国特許出願第ＧＢ−Ａ−２，３７１，４０３号において開示される電子増倍ＣＣＤ（ＥＭＣＣＤ）が、この制限を克服する。ＣＣＤイメージャ１は、画像領域２と、保管領域３と、出力又は読出しレジスタ４とを含み、これらの構成要素の各々は、従来のＣＣＤイメージャにおいて見られる。出力レジスタ４は、直列に延びて増倍レジスタ５を与え、その出力部は電荷検出回路６に接続される。
【０００３】
デバイスの作動中に、入射光が画像領域２において信号電荷に変換され、信号電荷は、画像アレイを構成するピクセル・アレイに当たる光の強度を表す。画像取得期間の後に、駆動パルスが制御電極７に適用されて、画像領域２のピクセルに蓄積された電荷が保管領域３に転送される。これと同時に、駆動信号も、保管領域３における制御電極８に適用されて、電荷が、矢印で示されるように列から列へと転送され、列３ａの要素に保持される最後の電荷列が出力レジスタ４に並列に転送される。
信号電荷列が出力レジスタ４内に転送されると、適切な駆動パルスが電極９に適用されて、出力レジスタの要素から増倍レジスタ５の要素に電荷を順次転送する。この実施形態においては、増倍レジスタは、ドーピングが増倍のための電極の付加に関係する限り、出力レジスタと同様のアーキテクチャである。
【０００４】
増倍レジスタ５の要素の各々における電荷の増倍を達成するために、十分に大きい振幅の駆動パルスが制御電極１０に適用され、信号電荷を、１つの要素から次の隣接する要素に矢印で示される方向に転送すると共に、駆動パルスの振幅によって決まる量だけ衝撃イオン化に起因する信号電荷レベルを増加させる。したがって、各電荷パケットが、増倍レジスタを通して１つの要素から次の要素に転送されるのに伴って、信号電荷が増加する。したがって、回路６において検出された電荷は、出力レジスタ４に集められた信号電荷の増倍バージョンである。増倍レジスタの各段において信号電荷が増加される。出力レジスタ４に保管された各信号電荷パケットは、各々が増倍レジスタ５の全ての要素を通って移動する際に同一の増倍プロセスを受ける。
【０００５】
電荷検出回路６の出力は、利得を制御するために増倍レジスタ５に印加される電圧を調整する自動利得制御回路１１にも適用される。他の実施形態においては、このフィードバック構成は省略される。さらに、利得は、所望であれば手動で制御することもできる。
利得制御回路は、増倍レジスタに印加される電圧を変えることによって与えられる利得を変化させ得るが、本発明者らは、こうしたＣＣＤ電荷増倍構成によって与えられる利得の実際のレベルを求める必要性を認識している。利得を計測する１つの方法は、既知の量の信号を増倍レジスタに注入し、出力を監視することである。この手法に伴う問題は、入力信号がどのようなものであるかを知ることである。典型的には、この信号は、増倍利得が適用されない場合、映像回路のノイズ・フロアを下回るであろう。したがって、利得を伴う及び伴わない信号の計測は、実用的な提案ではない。
【０００６】
利得を計測するために通常取られる手法は、デバイスを照射し、増倍利得を伴わない出力を計測することである。次に、光レベルが既知の分だけ低下される（例えば、光学系の開口を減少させるか、又はニュートラル・デンシティ・フィルタを用いることによって）。光レベルの低下は、計測される利得と同じオーダーとなるであろう。次に、増倍利得を適用し、出力信号を計測する。出力信号と光レベルの低下とを知ることで増倍利得を計算することができる。この方法は、正確な結果を与えることができるが、煩雑であり、カメラ・システム内での自動計測に特に適しているわけではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
出力信号の分布を用いて、増倍利得を計算できることが提案された。この方法は、極めて小さい入力信号からの出力信号の統計的変動の分析を必要とする。入力信号は、暗信号のような源から導出されるが、見られている光景から得られた信号は用いられない。この方法の主な短所は、利得の計測中、光景からの光がセンサに到達しないように防ぐ必要があることである。このことは、有効なシャッタ配置又は何か他の光学的遮蔽物の適用を必要とする。多くの場合、これは、実際に可能ではなく又は望ましいものでもない。
本発明者らは、電子増倍ＣＣＤの利得を求める改善された方法が望まれていると認識している。本発明者らは、ＣＣＤの通常の使用中に実施し作動させるために、既知の相対的光レベル又はＣＣＤのシャッタリングを用いる照射を必要としない方法がより簡単であることもさらに認識している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ここに参照が向けられる特許請求の範囲において定められる。
本発明は、複数の増倍要素が電荷増倍を与える方法及びＣＣＤデバイスを提供する。この方法は、所与のＣＣＤ設定において利得が導出されるＣＣＤからの出力信号の２つ又はそれ以上のサンプルを計測することにより作動する。直感に反して、この方法及びデバイスは、ＣＣＤに入射する照射レベルを求めることも、又はＣＣＤへの電荷入力を求めることも必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで、本発明の実施形態が、一例として添付の図面を参照して説明される。
本実施形態は、ＣＣＤに入射する照射レベルの知識又は入力された信号レベルの知識を必要とすることなく、出力信号を用いて利得を導出するのを可能にする方法で作動される、ＣＣＤイメージャのようなＣＣＤデバイスを含む。
【００１０】
本発明は、ＣＣＤデバイスを作動させる方法、又はカメラのような、ＣＣＤデバイスを組み込む装置を作動させる方法において具体化される。本発明はまた、利得較正方法を作動させるためにハードウェア又はソフトウェアによって構成可能な、カメラのような装置においても具体化される。この具体化する方法及び装置は、出力信号の２つ又はそれ以上の測定、さらにＣＣＤデバイスの作動パラメータと呼ぶことができる駆動電圧又は温度のようなパラメータの測定によって、電子増倍ＣＣＤの利得を導出する。
図１に関連して、周知のデバイスが示され、説明される。本発明は、このようなデバイス、及び、このようなデバイスを含むイメージャ又はカメラにおいて具体化することができる。図１乃至図３を参照して、最初に、本発明を適用することができる増倍レジスタの構成及びそのレジスタ内の要素を説明する。
【００１１】
図１に示されるように、画像領域２は、ＣＣＤ要素内に電荷を蓄積し、電極７、８に対するクロック調整された駆動パルスの制御の下で電荷を保管領域３に転送し、保管領域から出力レジスタ４に転送し、その後、増倍レジスタ５に転送する。増倍レジスタは、出力レジスタ４の直線延長部として示されているが、実際には、パッケージ化のためにイメージャの周りに湾曲されることもある。
周知のタイプの増倍要素が、図２に示されている。要素は、ｐ型シリコンのベース２０と、ｎ型層２２と、一例としてＳｉＯ2上にＳｉ3Ｎ4の層又はＳｉＯ2のみの層を含むことができるゲート誘電体層２４とを含む。ゲート誘電体層においては、各要素は、標準クロック調整電極φ１  ２６及びφ３  ２８、ＤＣ電極φＤＣ３０及び高圧電極φ２ＨＶ３２として示される４つの電極を有する。要素は、電極における電圧をクロック調整し、電極φＨＶ３２における比較的高い電圧が電荷の衝撃イオン化をもたらすようにすることによって、利得を与える。図に示されるような形式「Ｒφ１」の電極の命名規則は周知のものであり、ここでは略して「φ１」と呼ばれる。同様に、高電圧電極「φ２ＨＶ」は、略して「φ２」と呼ぶことができる。
【００１２】
単一の増倍要素の概略的な断面が、図３に与えられる。増倍レジスタの増倍要素は、４つの相から構成されるが、他の構成も可能である。φ１及びφ３は、標準読出しレジスタ相としてクロック調整される。φＤＣは、φ１をφ２から分離するＤＣ相である。高電圧電極φ２の増倍相は、クロック調整された相であるが、φ１及びφ３よりかなり大きい振幅を用いる。φ１の高から低への遷移（図３の矢印の方向への電位の増加）において、元はφ１の下にある信号がφ２にドリフトすることになる。電子信号によって経験される電場が衝撃イオン化を生じさせるのに十分なだけ高く、φ２における電位が設定される。信号電子及び衝撃イオン化によって生成された電子がφ２の下に集められると、次に、φ２低及びφ高を切り換えることによって、全増幅信号をφに転送することができる。増倍レジスタの全ての利得（増倍）要素を通して、プロセスが繰り返される。一例として、デバイスは、５９１の利得要素を有することができる。衝撃イオン化が各要素において信号を１％だけ増加させる場合には、ＣＣＤの増倍レジスタの組み合わされた利得は、１．０１５９１＝３５８となる。
【００１３】
図示されたように、φ２（ＨＶ）における電圧の印加によって各（増倍）要素の電荷が増加し、そのことにより、衝撃イオン化プロセスから電子が生成される。誤解を避けるために、示される電圧はクロック調整され、そのため振幅が変化することに留意されたい。電圧は、所与の瞬間で示されている。
図４に示されるように、各増倍要素の利得は、高電圧電極（φ２）と前のＤＣ相（φｄｃ）との間に適用された電位によって決まる。
【００１４】
いかなる数のこうした要素も、電荷が１つの要素を去ったときに次の要素に入るように順に用いることができる。通常は、各増倍要素についての信号増加分は同じである（統計的変動を無視する）。この場合、信号に適用される全増倍利得は、次式のようになり、
【数１】
2009105891.tif 000003
ここで、αは、段当たりの信号増加分であり、Ｎは段の数である。典型的には、Ｎは４００から６００までの間となる。Ｎが６００で、αが１．２％のとき、全利得は１２８３である。
【００１５】
理想的には、センサからの利得は、センサの特性を知ることによって推定することができる（図４に示されるように）。クロック振幅及びＤＣバイアスを知ることにより、利得を計算することができる。しかしながら、図４に示されるように、利得特性は温度と共に変化する。特性は、作動時間と共にも変化し得る。デバイスが用いられるとき、増倍利得が低下し、利得を保持するために、φ２振幅の増加が必要とされる。これは、経年変化（ａｇｅｉｎｇ）として知られている。経年変化率は、増倍レジスタを通過する全信号及び用いられる増倍利得を含む多くの要因によって決まる。幸いなことに、経年変化率は、作動時間と共に低下し、長年にわたる有用な作動を可能にする。しかしながら、温度依存性及び経年変化は、利得をはっきりと推測できないこと、及び、利得の値が必要な場合に、それを計測しなければならないことを意味する。
本発明の方法は、既存のシステム内で容易に実施することができる利得の簡便な計測を可能にする。デバイスに入射する光を用いて、光景を見ながら計測を行うことができる。
【００１６】
増倍レジスタからの全利得は、次の関係よって記述できることが認識され、
【数２】
2009105891.tif 000004
（１）
ここで、Ｘ（Ｔ）は、温度の関数であり、Ｙ（Ｖ）は、適用される電位（又は電場）の関数であり、Ｚ（ｔ）は、時間の関数である。この認識の重要な特徴は、利得が、互いから独立している温度（Ｔ）及び電圧（Ｖ）の関数によって記述されることである。デバイスのアーキテクチャの範囲については、
【数３】
2009105891.tif 000005
であることが分かっており、
ここで、Ｖは、高レベルのφ２パルスとφＤＣ相との間の電位差であり、ｃは、時間から独立し、温度からほぼ独立している定数である。ｃの値は、デバイスごとにほとんど一定となるが、増倍要素の構造が変化するとき、デバイス・タイプ間で変わり得る。
【００１７】
式１は、次式のように書き換えることができ、
【数４】
2009105891.tif 000006
（２）
βは、Ｖから独立しているが、温度及び時間に依存する。利得の通常の範囲（通常、５０００倍より少ない）及び増倍要素の数（通常、４００より多い）については、式２を簡単化して、次式を与えることができる。
【数５】
2009105891.tif 000007
（３）
式（３）において記述される関係の存在と、利得の測定についてのその含意の理解とが認識されている。
【００１８】
所与のφ２振幅について増倍利得を計測する必要がある状況を考える。増倍の前のデバイスからの平均信号は、信号ＳinについてＳ1であり、高レベルのφ２パルスとφＤＣ相との間の差はＶ1である。平均出力信号が、次式によって与えられる。
【数６】
2009105891.tif 000008
（４）
ここで、Ｇ1は、計測される利得である。ここで、高レベルのφ２パルスとφＤＣ相との間の差をＶ2に変えるものとする。増倍利得が変化し、出力信号の変化がもたらされる。Ｖ2は、出力信号が、依然として出力回路のノイズより上で計測可能であるように選択される。新しい出力信号Ｓ2は、次式によって与えられる。
【数７】
2009105891.tif 000009
（５）
【００１９】
（４）と（５）を組み合わせると、次式が与えられる。
【数８】
2009105891.tif 000010
（６）
このように、デバイスの正確な温度又はデバイスがどれくらい経年変化したかを知る必要なしに、増倍利得を計算することができる。通常、Ｖ2は、Ｓ2がＳ1のおよそ１０％となるように選択される。Ｖ2が単位利得に近いものを達成するくらい低い場合には、式（６）が明白になる。したがって、増倍利得が単位利得より大きく、Ｓ2が映像回路のノイズ・フロアを上回るように、Ｖ2を設定すべきである。Ｓ1又はＳ2の値は、オンチップ又はオフチップの、多数のフレームを平均化することによって得ることができる。
【００２０】
本発明を具体化する利得を計測する方法を要約するチャートが、図５に与えられる。第１のステップにおいて、所望の出力レベルを与えるために、ＣＣＤセンサからの平均信号Ｓ1が、設定された増倍段に印加された電圧を用いて計測される。これは、ＣＣＤが光景を画像化している間に行うことができる。平均信号Ｓ1は、所与のライン、フレーム、又はさらに多数のフレームの全ピクセルから導出された信号の合計とすることができる。信号Ｓ1を導出する方法の選択は、ノイズの量、画像化されている光景の変化率等といった要因に依存する。重要な点は、信号Ｓ1が、第１の電圧設定Ｖ1を有するＣＣＤによって与えられる信号利得を表すべきであることである。印加される電圧を検出することによって、又は、第２のステップにおいて制御回路によって印加される電圧を知ることによって、電圧レベルＶ1が記録される。
【００２１】
次に、第３のステップにおいて、印加された駆動電圧が、第２の電圧Ｖ2に変えられ、次いで、第４のステップにおいて、第２の電圧設定を用いて、ＣＣＤからの平均信号Ｓ2が計測される。Ｓ1の測定と同様に、平均信号Ｓ2は、全フレームのピクセルからの平均信号レベルなどの同じ基準で計測される。再び、ＣＣＤは、同じ光景を画像化し続ける。連続したフレームからなど、サンプルの平均出力信号が連続して迅速に取られることが好ましく、その結果、平均信号レベルにおいてばらつきがほとんどなくなる。このことは、見られる光景が、平均照射レベルを急速に変化させるものではないことを前提とする。
最後に、最終ステップにおいて、Ｖ1、Ｖ2、Ｓ1、及びＳ2について得られた値と、デバイスについての所定の定数である値ｃとを用いて、利得が計算される。
【００２２】
通常、ｃの値は、１度だけカメラ・システムにおいて決定されるものである。これは、カメラ・システムをエンド・ユーザに発送する前に工場で行われる。ｃを計算するために増倍利得の詳細な特徴付けを行うことができる。必要とする時間がより少ない、より実際的な提案は、例えば、単一のＶ1の値で、ニュートラル・デンシティ・フィルタを用いて、利得を正確に計測することである。出力信号が記録される。高レベルのφ２パルスとφＤＣ相との間の差をＶ2に変えて、新しい出力信号を記録する。Ｖ1における利得が分かっているので、反復法によって式（６）を解き、ｃを与えることができる。このｃの値が、センサの寿命全体にわたって、カメラ・システムにおけるそのセンサの利得特性を定める。それは、温度からほぼ独立しており、それを決められた以外の温度で利得を計算するのに用いられた場合、利得が良好に測定される。しかしながら、最も正確な結果を得るためには、ｃは、作動温度で、又は予想される作動温度の範囲にわたって決定すべきである。ｃの値は、時間と共に変化するものではない。
【００２３】
新しい方法の有用性を実証するために、それは、ｅ２ｖ技術のＣＣＤ９７デバイスにおいて用いられ、同じデバイスの注意深い特徴付けからの結果と比較された。その結果が、図６に示される。ｃの値は、デバイスが大幅に経年変化する前に１０℃の温度において、単一の点（およそ８００倍の利得）で計算された。同じ値が、２５℃での、かつ、デバイスが通常の条件下で数万時間の作動時間に相当するレベルまで経年変化された後の同じ温度での利得の計算のために使われた。ここで、利得は、この範囲の温度及び広範囲の作動寿命にわたって厳密に計測された値の１５％の範囲内で計算された。このことは、使用開始時の単一の温度におけるｃの値と、φ２クロック振幅の２つの値についてのデバイスからの信号とを知ることだけによるものである。
【００２４】
この方法を組み込むシステムは、図１に示される通常のＥＭＣＣＤ駆動及び出力回路を含む。高レベルのφ２パルスとφＤＣ相との間の適用された電位差の計測又は記録と併せて、好ましくは平均出力信号である（時間的かつ空間的にフィルタリングされた）、出力信号の記録は、目的に合うように設計されたハードウェア又はより多目的のプロセッサ及びソフトウェアを用いて達成することができる。こうしたハードウェア又はプロセッサ及びソフトウェアは、（ｉ）印加されたバイアス電圧を変化させる方法と、（ｉｉ）ｃの値を格納する方法と、（ｉｉｉ）信号値及び電位値を用いて増倍利得を計算する方法とを含むことができる。好ましくは、この計算は、ＤＳＰ又はＦＰＧＡ内で行われるが、アナログ技術を用いて計算を行うことも考え得る。この方法はまた、理想的には、コンピュータ内で全ての計算を行うことができるコンピュータ制御されたカメラ・システムにも適している。
【００２５】
場合によっては、適用されたバイアスを一定に保持することが好ましいが、代わりに、温度Ｔを変えながら、出力信号を記録することも好ましい。式（１）のＸ（Ｔ）が次の形式を有することが分かった。
【数９】
2009105891.tif 000011
定数ｂは、適用されたバイアス及び時間から独立している。したがって、式１は、次式のように書き換えることができ、
【数１０】
2009105891.tif 000012
（７）
ここで、σは、Ｔから独立しているが、適用されたバイアス及び時間の関数である。通常の利得範囲（通常、５０００倍より少ない）及び増倍要素の数（通常、４００より多い）については、式７を簡略化して、次式を与えることができる。
【数１１】
2009105891.tif 000013
（８）
【００２６】
２つの異なる温度Ｔ1及びＴ2において出力信号が求められる場合には、Ｔ1における利得は、次式のとおりである。
【数１２】
2009105891.tif 000014
（９）
ここで、Ｓ1はＴ1において計測された出力信号であり、Ｓ2はＴ2において計測された出力信号であり、バイアスは一定に保持される。求める必要がある唯一の項は、ｂの値であり、これは、特定のデバイス・タイプについて求めることができ、適用されたバイアス及び時間から独立している。この温度における出力信号及び異なる温度における出力信号が既知の場合には、式（９）を用いて、作動温度における利得を計算することができる。
異なる手法を取ると、それは、次式のように示すことができる。
【数１３】
2009105891.tif 000015
（１０）
及び、
【数１４】
2009105891.tif 000016
（１１）
【００２７】
これらの導関数の両方が、経年変化の項から独立している。利得Ｇ＝出力信号Ｓoutを入力信号で割ったものであることに注目すると、式（１０）から次式が得られ、
【数１５】
2009105891.tif 000017
（１２）
かつ、式（１１）から次式が得られる。
【数１６】
2009105891.tif 000018
（１３）
温度が一定であり、作動点付近の適用されたバイアスを用いる出力信号の変化率が既知である場合には、定数ｃの知識と共に式（１２）を用いて利得を計算することができる。同様に、適用されたバイアスが一定であり、作動点付近の温度を用いる出力信号の変化率が既知である場合には、定数ｂの知識と共に式（１３）を用いて利得を計算することができる。
【００２８】
本発明を具体化するデバイスが、図７に概略的な形で示され、このデバイスは、前述のように、ＣＣＤ１と、電荷検出回路６と、自動利得制御回路１１とを含む。通常の作動において、自動利得制御回路は、必要とされるレベルの出力信号が与えられるように、フィードバック信号をＣＣＤ駆動回路に与え、駆動電圧を制御する。しかしながら、絶対レベルの利得は、知られていない。さらに、デバイスは、電荷検出回路６を介してＣＣＤ１から出力信号を受け取るように配置されたプロセッサ４０を組み込む。このモードにおいては、プロセッサがＣＣＤの作動を管理しており、自動利得制御回路は、利得を制御していない。プロセッサは、メモリ及び論理を含み、出力部４４から出力信号をサンプリングし、かつ、駆動電圧のような作動パラメータの所与の設定についての又は所与の温度におけるサンプルを格納する。次に、ＣＣＤは、異なる作動パラメータを用いて作動される。典型的には、これは、ＣＣＤ駆動回路に異なる駆動電圧を印加するように命令するプロセッサによって、又は温度の変化を引き起こすことによるものであり、プロセッサは、出力信号ライン４４から第２のサンプル信号をとる。次に、プロセッサは、前述のように利得を計算する。
【００２９】
プロセッサ４０は、２つの異なる設定の作動パラメータを用いて少なくとも第１及び第２の信号を生成するように配置される。第１及び第２の信号は、少なくとも複数のピクセルから導出され、多数のピクセル・ラインから導出される可能性がより高く、全フレームのピクセルから導出されることが好ましい。式１２及び式１３により示されるように、所与の設定の作動パラメータにおける利得は、作動パラメータ（電圧又は温度）を用いる出力信号の変化率から導出することができる。したがって、作動パラメータを用いる信号の変化率を導出するために、多数の設定の作動パラメータにおける出力信号をサンプリングすることができる。
温度に伴う信号の変化が用いられる実施において、特に有効な方法は、ＣＣＤデバイスが周囲温度から作動温度に冷却される際に、出力信号をサンプリングすることである。このように、所与の電圧及び温度設定において利得を正確に求めるために、デバイスを用いる度に開始手順の一部が用いられる。
【００３０】
プロセッサは、プログラムされたＤＳＰとして実施することができ、又は、適切なソフトウェアを実行する汎用ＰＣとすることもできる。ＤＳＰとしての実施は、特に、カメラ用途に適用可能であり、そこで、ＤＳＰは、カメラの作動中に利得を周期的に自動的に求めることができる。ＰＣとしての実施は、科学的用途のような用途に適用可能である。このような科学的用途においては、温度を変える代替的手段が、特に有用になり得る。この技術は、ＣＣＤが通常の作動温度に冷却される際に出力信号をサンプリングすることによって実施することができ、異なる温度における多数のサンプルがとられる。これらのサンプル及び温度の測定から、利得を計算することができる。同様に、電圧の変動を用いる場合には、異なる駆動電圧の範囲を走査し、利得を求める度に出力サンプルをとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を具体化することができる既知のタイプのＣＣＤイメージャの概略図である。
【図２】増倍レジスタ内の１つの要素の物理的断面の概略図である。
【図３】ある時点の電極に印加された電圧を示す単一の増倍要素の概略的断面である。
【図４】要素の電極間の電圧の差と付加された信号との間の関係を示すグラフである。
【図５】本発明による、ＣＣＤを作動させる方法を示すチャートである。
【図６】本発明による方法によって導出される利得の測定値を示すグラフである。
【図７】本発明を具体化するシステムの概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：ＣＣＤ
２：画像領域
３：保管領域
４：出力レジスタ
５：増倍レジスタ
６：電荷検出回路
７、８：電極
１１：自動利得制御回路
４０：プロセッサ
４４：出力
【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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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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