Brevet FR2466154A1 — publié le 19810327

La présente invention concerne un appareil de formation d'image à semi-conducteur. Plus particulièrement, l'invention concerne un ap- pareil de formation d'image à semi-conducteur dans lequel les bruits d'images fixes inhérents sont réduits. Un dispositif de formation d'image à semi-conducteur présente de bien meilleures caractéristiques qu'un tube de captation d'image à savoir une stabilité élevée, une longue durée d'utilisation, une faible dissipation d'énergie, une manipulation aisée, etc..., et est particu- lièrement utilisé dans une caméra de télévision de petit format. D'or- dinaire, le dispositif de formation d'image à semi-conducteur comporte des éléments photoélectriques qui sont répartis en ensemble bidimention- nel et qui constituent une matrice pour la formation d'éléments d'image, des éléments de commutation qui servent à choisir des coordonnées (x, y) correspondant aux éléments photoélectriques, un analyseur hori- zontal (x) et un analyseur vertical (y) d'ouverture et de fermeture des éléments de commutation. En se référant à la figure 1, représentant la construction schématique du dispositif de formation d'image à semi-con- ducteur, on va en décrire, ici, le fonctionnement. Sur cette figure, la référence 1 désigne un analyseur horizon- tal d'adressage suivant la direction des x, la référence 2 un analyseur vertical d'adressage suivant la direction des y, la référence 3 un tran- sistor MOS (à métaloxyde-semi-conducteur) de commutation verticale ouvert ou fermé par une impulsion d'analyse provenant de l'analyseur 2 (en abrégé, ci-après, en "commutateur vertical"), la référence 4 une photodiode (élément photoélectrique) qui exploite la jonction de source du commutateur vertical 3, la référence 5 une ligne de sortie de signaux verticale o sont reliés en commun les commutateurs verticaux 3, et la référence 6 un transistor MOS de commutation horizontale ouvert ou fermé par une impulsion d'analyse provenant de l'analyseur horizontal 1 (abrégé, ci-après, en "commutateur horizontal") et dont le drain est relié à une ligne 7 de sortie de signaux horizontale et la source à la ligne 5 de sortie.de signaux verticale. En 8 se trouve une source d'énergie de référence, reliée à la ligne 7 de sortie de signaux hori- zontale par l'intermédiaire d'une résistance 9. La caractéristique commune aux dispositifs de formation d'image à semi-conducteur réside dans le fait que les éléments d'image sont in- dividuellement séparés et analysés par des impulsions d'horloge exté- rieures fournies à l'analyseur horizontal et à l'analyseur vertical, 2 4661 54 de manière à ce que l'élément d'image dont le signal est actuellement en train d'être lu puisse être différencié. En se référant à la figure 2, on va maintenant expliquer une méthode pour lire les signaux du dispositif de formation d'image à se- mi-conducteur de la figure 1. Cette figure est un diagramme montrant un circuit équivalent qui comporte l'élément d'image unique (photodio- de), les commutateurs horizontaux et verticaux et la source d'énergie de référence. Quand aucune lumière ne pénètre, une quantité prédéterminée de charge Q0. dépendantes de la tension prédéterminée 8 appliquée à l'élé- ment, est emmagasinée dans la capacité parasite C0 de la photodiode 4. Dès l'incidence de la lumière, des charges, proportionnelles à la quan- tité de la lumière incidente, se déchargent par l'intermédiaire de la photodiode 4. Quand le commutateur vertical 3 est ouvert par le signal de l'analyseur vertical introduit par l'intermédiaire d'une borne 3-1 et quand le commutateur horizontal 6 est fermé par le signal de l'ana- lyseur horizontal introduit par l'intermédiaire d'une borne 6-1, du courant passe de la source 8 d'énergie de référence de manière à four- nir des charges correspondant à la composante de décharge, et la capa- cité parasite C0 de la photodiode 4 est à nouveau rechargée jusqu'à la quantité Q0. Le signal est lu en détectant le courant affluant grâce à la résistance de charge 9. Les lettres C1 et C2 désignent des capacités parasites formées en raison de la structure du dispositif. Le signal est lu avec une constante de temps décidée par ces capacités et par la résistance à l'état ouvert du commutateur horizontal 6 aussi bien que par la résistance de charge 9. La figure 3 montre le signal de sortie (B) de l'analyseur hori- zontal et le signal de sortie (A). Le signal de sortie (A) devient un signal o une forme d'onde différentielle DS (bruit de pointe), repré- sentée sur la figure, est superposée sur un signal réel indiqué par des lignes obliques, à cause des capacités Cp entre la grille et la source et entre la grille et le drain du commutateur horizontal 6. Comme la forme d'onde du bruit de pointe superposé varie en fonction de la place de l'élément d'image, elle devient un bruit de pointe fixe (dénommé, ciaprès, "bruit d'image fixe"), provoquant une détérioration de la qualité de l'image. La référence T indiquée en (B) sur la figure 3 24 661 54 désigne le temps en circuit du commutateur horizontal 6. La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients décrits ci-dessus et de proposer un appareil de formation d'image à semiconducteur dont le bruit d'image fixe est éliminé et la qualité d'image nettement améliorée. Pour atteindre ces buts, la présente invention élimine le bruit d'image fixe en exploitant le fait que les bruits de pointe, qui forment un facteur important pour les bruits d'image fixe, ont des grandeurs sensiblement égales et des phases opposées dans la montée et la des- cente de l'impulsion de commutation d'un élément de commutation hori- zontale. La figure 1 est un diagramme montrant la construction schémati- que d'un dispositif antérieur de formation d'image à semi-conducteur, La figure 2 est un diagramme montrant un circuit équivalent d'un circuit de lecture de signaux du dispositif de la figure 1. La figure 3 est un diagramme de signaux destiné à expliquer des bruits d'image fixe, La figure 4 est un diagramme montrant la construction d'un mode de réalisation de l'invention, La figure 5 est un diagramme de signaux destiné à expliquer le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 4, La figure 6 est un diagramme montrant la construction d'un autre mode de réalisation de l'invention, La figure 7 est un diagramme de signaux destiné à expliquer le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 6, La figure 8 est un diagramme montrant la construction d'un troi- sième mode de réalisation de l'invention, et La figure 9 est un diagramme de signaux destiné à expliquer le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 8. La figure 4 montre un diagramme simplifié d'un mode de réalisa- tion d'un circuit de traitement de signaux selon l'invention, tandis que la figure 5 montre un diagramme de signaux correspondant au mode de réalisation. Sur cette figure 5, les composantes de signaux réels sont indiquées en pointillés. Sur la figure 4, la référence 11 désigne le dispositif de formation d'image à semi-conducteur représenté sur la figure 1. Un signal de sortie (A sur la figure 5) provenant du disposi- tif de formation d'image Il est appliqué par l'intermédiaire d'un pré- amplificateur 12 à deux circuits échantillonneurs-bloqueurs 13 et 14 2466154 ' (en abrégé, "circuits S/H"), et les sorties résultantes sont échantil- lonnées-bloquées par des impulsions d'échantillonnage, indiquées en (B) et (C) sur la figure 5, en signaux indiqués respectivement en (D) et (E) sur la figure 5. Le signal (D) est retardéêdu temps en circuit T0du commutateur horizontal 6 au moyen d'un circuit-retard 15 et devi- ent un signal (F), qui est ajouté au signal (E) dans un circuit addi- tionneur 16 pour donner une sortie finale (G). Comme les bruits de pointe ont des signaux sensiblement symétri- ques par rapport à un niveau moyen, le signal G est un signal qui ne comporte guère de bruits de pointe et dont les bruits d'image fixe sont nettement réduits. Les impulsions d'échantillonnage des circuits S/H 13 et 14 peuvent être facilement formées par des multivibrateurs monos- tables 18, 19 et 20 en se référant à une impulsion d'horloge horizon- tale 21 qui attaque l'analyseur horizontal du dispositif de formation d'image 11. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 6 et 7. La figure 6 montre un diagramme simplifié d'un cir- cuit de traitement de signaux selon un mode de réalisation de l'inven- tion, tandis que la figure 7 montre un diagramme de signaux destiné à expliquer le fonctionnement dudit mode de réalisation. Selon le présent mode de réalisation, un-signal sans bruit de pointe est obtenu de telle façon qu'un point P d'un signal de sortie provenant du dispositif de formation d'image, indiqué en (A) sur la figure 7, et un point q o la grandeur du bruit depointe est sensible- ment égale à celle au point p sont échantillonnés-bloqués, le signal échantillonné-bloqué au point q est retardé jusqu'au point p et la dif- férence entre le signal retardé et le signal au point p est obtenu. La sortie du dispositif de formation d'image 11, représentée en (A) sur la figure 7, est appliquée aux circuits S/H 13 et 14, et les sorties résultantes sont échantillonnées-bloquées par des impulsions représentées respectivement en (C) et (B) sur la figure 7. La sortie du circuit S/H 13 échantillonnée-bloquée par l'impul- sion (C) est appliquée à un autre circuit S/H 22 dont la sortie est à nouveau échantillonnée-bloquée par l'impulsion (B). Ainsi, le signal est retardé de la différence de temps entre l'impulsion (C) et l'impul- sion (B). Par conséquent, quand les sorties des circuits S/H 22 et 14 sont 24 6 61 54 appliquées à un soustracteur 17 qui soustrait la sortie du circuit S/H 22 de celle du circuit S/H 14, un signal sans bruit de pointe, représenté en (D) sur la figure 7, est produit, et le bruit d'image fixe peut être nettement réduit, les impulsions d'échantillonnage (B) et (C) peuvent être facilement formées par le multivibrateur monosta- ble 18 et par une ligne à retard d'impulsions 23 en se référant à l'impulsion d'horloge horizontale 21. La figure 8 est un diagramme montrant le troisième mode de réa- lisation suivant lequel l'invention est appliquée à un dispositif de formation d'image couleur à semi-conducteur. En se référant à cette figure, la référence 30 désigne un dispositif de formation d'image cou- leur à semi-conducteur de type à plaque unique, dont la structure est telle qu'il fournit un signal pour des signaux du vert et des signaux alternés pour le rouge et le bleu à ses deux bornes de sortie. Une telle structure est décrite, par exemple, dans le mémoire descriptif de la demande de brevet U.S. n0 923.982. On suppose main- tenant que les impulsions bi-phasées d'horloge de l'analyseur horizon- tal du dispositif de formation d'image 30 sont à 3,58 MHz, respective- ment, et que les impulsions d'analyse horizontale sont à 7,16 MHz. Le signal du rouge ou du bleu et le signal du vert qui ont traversé les amplificateurs 31 et 32 sont appliqués à des filtres pas- se bas (LPF) 33 et 34, respectivement. Les filtres passe-bas 33 et 34 laissent passer les signaux qui ne sont pas supérieurs à 7 MHz. Ainsi, la composante harmonique supérieure de 7,16 MHz est coupée pour amé- liorer le rapport signal/bruit. Les références 35, 36, 37, 38, 39 et indiquent, respectivement, des circuits S/H qui échantillonnent des signaux voulus à des moments respectifs. Les références 41, 42, et 43 indiquent des circuits additionneurs qui fournissent respectivement le signal du rouge, le signal du bleu et le signal du vert sans les bruits d'image fixe. La figure 9 montre les formes d'onde de différen- tes parties du mode de réalisation de la figure 8. Les lettres (a) et (b) sur la figure 9 représentent les impul- sions bi-phasées d'horloge de l'analyseur horizontal du dispositif de formation d'image 30. La lettre (c) sur la figure représente les im- pulsions d'analyse horizontal, ou en d'autres termes les impulsions de commutation des commutateurs horizontaux. La lettre (d) sur la figure montre le signal de sortie du dispositif de formation d'image 30 o la partie hachurée représente une partie de signal réel. 24661 54 La lettre (e) sur la figure représente les signaux de sortie des filtres passe-bas 33 et 34, o la partie hachurée est une partie de signal réel. Rn (f) sur la figure 9, f1 indique l'impulsion d'échân- tillonnage du circuit S/H 36 et 40, et f2 l'impulsion d'échantillon- nage du circuit S/H 38 et 40. en (g) sur la figure 9, g1 indique l'impulsion d'échantillonnage du circuit S/H 35 et 39, et g2 l'impulsion d'échantillonnage du circuit S/H 37 et 39. Si l'on compare (d) et (e) sur la figure 9, il est évident que la relation en phase des impulsions d'échantillonnage est différente de celle dans le cas de la figure 5 parce que les parties de signal réel sont retardées par les filtres passe-bas. Les modes de réalisation ci-dessus ont décrit le cas o la durée du premier échantillonnage se trouve en une position o le s ignal devient maximum et le cas o le second échantillonnage est ef- fectué en une position à laquelle les bruits de pointe (de phase égale ou inverse) ont la même grandeur qu'à la position du premier échantil- lonnage. Cependant, même lorsque la position du second échantillonnage dévie plus ou moins, des ajustements peuvent être faits de manière à minimiser les bruits d'image fixe en faisant varier la proportion d'addition ou de soustraction. Grâce à l'utilisation de cette invention ainsi décrite, il est possible de réduire le bruit d'image fixe à moins de la moitié de ceux de la technique antérieure et d'utiliser de façon pratique l'appareil de formation d'image à semi-conducteur. 24 661 54 REVENDICATIONS ______________ 1 - Appareil de formation d'image à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comporte: - des éléments photoélectriques répartis en un ensemble bidi- mensionnel, - des éléments de commutation verticale dont les bornes d'en- trée sont reliées aux éléments photoélectriques correspondants, - des éléments de commutation horizontale dont les bornes d'entrée sont reliées aux bornes de sortie des éléments de commutation verticale, - un analyseur vertical qui applique des impulsions d'analyse verticale aux bornes de commande des éléments de commutation verticale, - un analyseur horizontal qui applique des impulsions d'ana- lyse horizontale aux bornes de commande des éléments de commutation horizontale, - des premier et second moyens destinés à échantillonner les bruits de points produits de chacun desdits éléments de commutation horizontale, à des temps prédéterminés différents l'un de l'autre et pour les bloquer, et - des moyens de calcul pour soumettre les sorties desdits premier et second moyens à des calculs prédéterminés. 2 - Appareil de formation d'image à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments de commutation horizontale sont des transistors à MOS (métal-oxyde-semi-conducteur). 3 - Appareil de formation d'image à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de retard destinés à régler une période de temps entre la sortie des premiers moyens échantillonneurs-bloqueurs et la sortie des seconds moyens échan- tillonneurs-bloqueurs. - 4 - Appareil de formation d'image à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens échantillon- neurs-bloqueurs effectuent l'échantillonnage-blocage à un moment retar- dé d'un temps de conduction de l'élément de commutation horizontale à partir du temps d'échantillonage-blocage des premiers moyens échantil- lonneurs-bloqueurs.