Brevet FR2505115A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne de façon générale un capteur d'image à dispositif à transfert de charge, tel qu'un composant à couplage de charge '(appelé ci-après composant CCD) et plus particulièrement un capteur d'image réalisé en technique dite état solide, ce capteur comportant un dispositif à trans- fert de charge dans lequel les électrodes de transfert de charge sont perfectionnées de façon à pouvoir modifier le nombre d'éléments de captage réel en fonction de la façon d'appliquer un signal d'entraînement aux électrodes de transfert. Les-recherches et les développements dans le domaine des capteurs d'images en technique état solide comportant un dispositif à transfert de charge, en particulier les composants CCD, ont progressé de façon considérable et on a déjà proposé un certain nombre de caméras de télévision compactes utilisant de tels capteurs d'images en technique état solide pour donner non seulement un signal vidéo monochromatique mais également un signal vidéo couleur Or, comme système de télévision en couleur on a les systèmes NTSC, PAL et SECAM Ces systèmes NTSC, PAL et SECAM reposent sur des considérations techniques différentes et il y a une différence dans le nombre de lignes de balayage horizontal formant l'image Dans le cas du système NTSC une période d'image se compose de 525 périodes de ligne et une image est formée d'un signal vidéo correspondant sensiblement à 485 lignes parmi les 525 lignes à l'exception de la période de ligne dans les deux périodes d'effacement vertical; en d'autres termes, une image se compose de 485 lignes de balayage horizontal Dans le cas du système PAL ou SECAM, une période d'image se compose de 625 lignes et une image s'obtient par un signal vidéo dans environ 570 périodes de ligne parmi les 625 périodes de ligne sans les périodes de ligne des deux périodes d'effacement vertical S en d'autres termes, on-a une image qui se compose d'environ 570 lignes de balayage horizontal. Chacune des caméras de télévision couleur précédemmen proposées pour fournir un signal vidéo couleur selon le système NTSC, PAL ou SECAM, utilisant un capteur d'image en technique état solide, nécessite un capteur distinct, adapté particuliè- rement à l'un des systèmes NTSC, PAL ou SECAM La raison en est que dans le capteur d'image en technique état solide formé par exemple de composants CCD, chaque cellule d'enregistrement et de transfert d'un signal de charge dans le composant CCD forme un élément sensible et le nombre de rangées de tels éléments sensibles pour effectuer le transfert de charge dans la direc- tion verticale détermine le nombre de lignes de balayage horizontal formant une image dans un signal vidéo de sortie; de plus, le nombre d'éléments sensibles qui composent chaque ligne, c'est-à-dire le nombre d'éléments sensibles dans la direction horizontale, détermine la définition dans chaque ligne de balayage horizontal; il est ainsi nécessaire pour obtenir un signal de télévision couleur selon les systèmes NTSC, PAL ou SECAM, comme signal vidéo de sortie, d'utiliser le capteur d'image en technique état solide dont le nombre de lignes d'éléments sensibles pour effectuer le transfert de charge dans la direction verticale corresponde à celui des lignes de balayage horizontal formant une image dans le système respectif c'est-à-dire environ 485 lignes pour le système NTSC, ou environ 570 lignes pour le système SECAM ou PAL En fait, comme la détection d'image se fait en général trame par trame, le nombre de lignes-d'éléments sensibles réparties dans la direction verticale et qui y est mis en oeuvre en même temps, correspond à la moitié du nombre de lignes de balayage horizontal formant une image De plus, le rapport de la dimension verticale à la dimension horizontale de l'image affichée sur un récepteur de télévision est en général égal à 3: 4; il faut ainsi choisir le nombre d'éléments sensibles composant chaque ligne dans la direction verticale en fonction du-nombre de lignes d'éléments sensibles pour maintenir constante et adéquate la définition dans la direction horizontale En conséquence, le capteur d'image en technique état solide du système SECAM ou PAL doit avoir un nombre de lignes d'éléments sensibles pour effectuer le transfert de charge dans la direction verticale et un nombre d'éléments sensibles faisant plus que doubler le nombre de lignes par rapport au nombre correspondant de capteurs d'images en technique état solide du système NTSC. Toutefois, avec un capteur d'image en technique état solide dans lequel le nombre d'éléments sensibles réels mis en oeuvre pour effectuer la détection d'images peutêtre modifié le cas échéant, il sera possible d'utiliser ce seul capteur pour chacun des cas pour obtenir des signaux de télé- vision selon l'un des systèmes NTSC, PAL ou SECAM, ce qui serait très pratique. La présente invention a pour but de créer un capteur d'image en technique état solide comportant un composant à transfert de charge dont le nombre d'éléments sensibles, efficac peut être modifié le cas échéant, le capteur comportant un dis- positif à transfert de charge dont les électrodes de transfert d charge présentent une structure améliorée permettant de modifier le nombre d'éléments de détection réellement utilisés en fonctio de l'envoi d'un signal d'entraînement aux électrodes de transfer L'invention a également pour but de créer un capteur d'image en technique état solide formé d'un composant à transfer de charge utilisable pour fournir l'un parmi différents signaux de télévision, qui puisse s'utiliser dans-une caméra de télévisài pour donner un signal de télévision en couleur selon le système NTSC ou une caméra de télévision donnant un signal de télévision en couleur pour le système SECAM ou le système PAL. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide de l'unique figure annexée qui est un schéma d'un mode de réalisation d'un capteur d'image en technique état solide selon l'invention. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL La figure annexée donne un exemple de capteur d'imagi réalisé en technique état solide selon l'invention, ce mode de réalisation correspond à un capteur d'image en technique état solide à transfert interligne, formé par un composant CCD biphase selon l'invention. A la figure, la référence l concerne la partie constituant l'élément de détection avec un grand nombre de zones photo-sensibles et un grand nombre de zones de stockage de charge et de transfert de charge pour constituer un grand nombre d'éléments de détection Ces éléments de détection sont répartis suivant un ensemble de colonnes réparties suivant la direction verticale (direction allant du bord supérieur au bord inférieur de la figure) Des électrodes de transfert vertical sont réalisées sur la partie 1 formant l'élément de détection pour assurer le transfert de la charge produite et stocker cette charge dans chaque rangée d'éléments de détection dans la partie 1 formant l'élément de détection, suivant la direction verticale (direction indiquée par la flèche V à la figure); ces électrodes de transfert vertical sont réparties en deux groupes à savoir un premier groupe A et un second groupe B répartis dans la direction de transfert de charge Les bornes t 1 et t 2 sont reliées au premier groupe A d'électrodes de trans- fert de charge pour recevoir les signaux d'entraînement biphases. Les bornes t'l, t'2 sont reliées au second groupe B d'électrodes de transfert vertical pour recevoir les signaux d'entraînement biphases. Un drain de débordement 2 ou couche de diffusion formée par de l'impureté diffusée à forte densité dans le support ou substrat semi-conducteur, constitue une partie d'absorption de charge, réalisée à une extrémité de la partie 1 formant l'élément de détection Une extrémité du second groupe B d'électrodes de transfert vertical est reliée à la partie B; la borne td est branchée de façon à recevoir une tension prédé- terminée De plus, il est prévu une partie de transfert de ligne 3 à l'autre extrémité de la partie 1 formant l'élément de détection, du côté opposé du drain de débordement 2 (ou couche de diffusion) Les électrodesde transfert horizontal sont prévues sur la partie de transfert de ligne 3 pour effectuer le trans- fert de charge dans chaque colonne d'élément de détection pour être transféré colonne par colonne à la partie de transfert de ligne 3 de la partie l formant l'élément de détection, en agis- sant dans la direction horizontale (direction indiquée par la flèche H à la figure); les électrodes de transfert horizontal sont réparties en deux groupes à savoir un premier groupe a et un second groupe b répartis dans la direction du transfert de charge Les bornes 51, 52 sont reliées au premier groupe a des électrodes de transfert horizontal pour recevoir les signaux d'entraînement biphases Les bornes S' et S'2 sont reliées au second groupe b d'électrodes de transfert horizontal pour recevoir également les signaux d'entraînement biphases Une couche de diffusion 4 fonctionne comme partie d'absorption de charge; cette couche est réalisée à une extrémité de la partie de transfert de ligne 3 du côté du second groupe b d'électrodes de transfert horizontal; il est prévu à ce niveau une borne Sd qui reçoit une tension prédéterminée De plus, à l'autre extrémité de la partie de transfert de ligne 3, du côté opposé à la couche de diffusion 4, il est prévu une partie die à l'Iles e St reliée une borne de sortie T. Un exemple de capteur d'image en technique état solide selon l'invention, est réalisé comme indiqué ci-dessus. 2505115 Dans un tel dispositif, dans un premier cas, des signaux d'entraînement biphases 01 ' 02 sont appliqués en commun aux bornes tl, t 2 reliées au premier groupe A d'électrodes de transfert vertical et aux bornes t'i, t'2 reliées au second groupe B d'électrodes de transfert vertical; un autre groupe de signaux d'entraînement biphases Pl P 2 sont appliqués en commun aux bornes S et 52 reliées au premier groupe a d'élec- trodes de transfert horizontal et aux bornes S'Il S'2 reliées au second groupe b d'électrodes de transfert horizontal; la détection d'images (ou prise de vues) s'effectue dans ces conditions Un signal de charge produit au niveau de chaque élément de détection par la lumière incidente appliquée à la partie l est transféré dans la direction verticale vers la partie de transfert de ligne 3 coirne cela est indiqué par la flèche V, à la fois par le premier et par le second groupes A, B, d'électrodes de transfert vertical prévues sur la partie l formant l'élément de détection pour être transféré dans la direction horizontale vers La partie de sortie 5 (comme cela est indiqué par la flèche H) à la fois par le premier et le second groupes a, b d'électrodes de transfert horizontal prévues sur la partie de transfert de lignes 3, de façon A fournir sur la borne de sortie T un signal vidéo de sortie Dans ce premier cas, tous les éléments-de détection réalisés dans la partie formant l'élément de détection i travaillent effectivement comme des éléments de détection. Dans le second cas, les signaux d'entraînement O l 02 sont appliqués seulement aux bornes tl, t 2 reliées au premier groupe A d'électrodes de transfert vertical; une tension de polarisation continue V de niveau élevé est appliquée aux borne: t'l, t'2 reliées au second groupe B d'électrodes de transfert vertical puis une tension de polarisation prédéterminée Vt est appliquée à la borne td reliée au drain de débordement 2 (couche de diffusion) De plus, les signaux d'entraînement biphases Pl. P 2 sont appliqués seulement aux-bornes Sl, 52 reliées au premier groupe a d'électrodes de transfert horizontal et une tension continue de polarisation V'0 de niveau relativement élevé est appliquée aux bornes S', S'2 du second groupe b d'électrodes de transfert horizontal; une tension de polarisation prédé- terminée Vs est appliquée à la borne Sd reliée à la couche de diffusion 4 La détection d'image se fait dans les conditions indiquées ci-dessus Seul un signal de charge produit dzns chaque colonne d'éléments de détection faisant partie du premier groupe A d'électrodes de transfert vertical lors de la réception de la lumière incidente à la partie 1 est transféré dans la direction verticale vers la partie de transfert de ligne 3 comme cela est indiqué par la flèche V par le premier groupe A d'électrodes de transfert vertical; un signal de charge produit dans chaque colonne d'éléments de détection du second groupe B d'électrodes de transfert vertical, est recueilli dans le drain de débor- dement 2 pour être éliminé. Puis, seul le signal de charge transféré colonne par colonne à la partie de transfert de ligne 3 qui se trouve sous le premier groupe a d'électrodes de transfert horizontal, passe dans la direction indiquée par la flèche H vers la partie de sortie 5 pour le premier groupe a d'électrodes de transfert horizontal et le signal de charge transféré à la partie de transfert de ligne 3 qui se trouve sous le second groupe b d'électrodes de transfert horizontal passe dans la couche de diffusion 4 pour être éliminé Ainsi, dans ce second cas, les éléments de détection qui appartiennent aux colonnes d'éléments de détection se trouvant sous le premier groupe A d'électrodes de transfert vertical et en plus qui se trouvent sur le côté gauche le long d'une frontière allongée (ligne en tireté à la figure) entre le premier et le second groupes a, b d'électrodes de transfert horizontal, en d'autres termes les éléments de détection qui se trouvent dans la zone A' constituent les éléments de détection efficaces participant à l'obtention du signal vidéo de sortie. Comme indiqué, dans le capteur d'image en technique état solide selon l'invention, le nombre d'éléments de détection, efficaces, peut être modifié comme dans le premier et le second cas mentionnés En pratique, on a par exemple environ 580 colonnes de l'élément de détection réparties dans la direction verticale de la partie 1 et environ 490 qui se trouvent sous le premier groupe A d'électrodes de transfert vertical Chacune des colonnes ci-dessus contient environ 400 éléments de détection et dont environ 340 se trouvent à gauche de la ligne frontière, allongée entre le premier et le second groupes a, b d'électrodes de transfert horizontal Dans ces conditions, lorsque tous les éléments de détection de la partie l formant l'élément de détection sont utilisés comme éléments de détection efficaces pour la détection de l'image, il est possible d'obtenir un signal vidéo de sortie de télévision en couleur selon le système PAL ou SECAM, avec une image formée d'environ 570 lignes de balayage horizontal; par ailleurs, lorsque les éléments de détection de la zone A' de la partie 1 sont utilisés comme éléments de détection efficaces, on obtient un signal de sortie de télévisic en couleur du système NTSC, avec une image formée de 485 lignes de balayage horizontal. De plus, dans le second cas ci-dessus, il est également possible de supprimer le signal de charge produit à l'extérieur de la zone A' en fournissant aux bornes T'1, T '2 reliées au second groupe B d'électrodes de transfert vertical, un signal d'entraînement approprié à la place de la tension continue de polarisation, pour effectuer un transfert de charge vers le drain de débordement 2 (ou couche de diffusion) dans la direction opposée à la direction de la flèche V et pour fournir de plus aux bornes S'1 et S'2 reliées au second groupe b d'électrodes de balayage horizontal pour appliquer un autre signal d'entraînement approprié à la place de la tension continu de polarisation pour effectuer le transfert de charge vers la couche de diffusion 4 dans la direction opposée à la direction de la flèche H. Comme indiqué, dans le capteur d'image en technique état solide selon l'invention, le nombre d'éléments de détection efficaces, peut se modifier facilement en choisissant la manière d'envoyer les signaux d'entraînement aux électrodes de transfert vertical et horizontal Il est ainsi possible de créer avec ce dispositif, c'est-à-dire avec le capteur d'image en technique état solide selon l'invention, une caméra de télévision couleur -permettant de fournir l'un quelconque des signaux de télévision en couleur des systèmes NTSC, PAL ou SECAM Il est également possible de réaliser séparément chaque dispositif selon l'inven- tion convenant pour le système NTSC et les systèmes SECAM et PAL en modifiant la façon de brancher des électrodes de transfert au cours de la fabrication De plus, dans le cas de défauts de construction à-l'extérieur de la zone A' ci-dessus dans la partie 1 formant l'élément de détection du dispositif de l'invention, ce dispositif peut néanmoins servir à fournir par exemple un signal de télévision en couleur du système NTSC puisque l'on utilise uniquement les éléments de détection de la zone A'; cela permet de réduire le nombre de composants mis au rebut et d'améliorer ainsi le rendement de la fabri- cation. En outre, bien que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on utilise un composant CCD biphase, il est également possible d'utiliser un composant CCD triphase ou un composant CCD quadriphase; de plus, bien que le dispositif ci-dessus soit à transfert interligne il est possible de réaliser un dispositif selon l'invention avec transfert d'image. REVENDICATIONS 1) Appareil de détection d'image en technique état solide comportant une partie formant un élément de détection avec un dispositif de transfert de charge, pour former un certain nombre d'éléments de détection produisant en stockant, en transférant dans la direction verticale un signal de charge, une partie de transfert de ligne d'une extrémité de la partie formant l'élément de détection, cette partie de transfert de ligne étant composée d'un dispositif à transfert de charge pour transférer horizontalement le signal de charge de la partie formant l'élément de détection, des électrodes de transfert vertical étant prévues sur la partie formant l'élément de détection pour assurer le transfert vertical du signal de charge dans cette partie formant l'élément de détection, les électrodes de transfert horizontal étant prévue sur la partie de transfert de ligne pour effectuer le transfert horizontal du signal de charge dans la partie de transfert de ligne, ainsi qu'une partie de sortie prévue à une extrémité de la partie de transfert de ligne pour recevoir le signal de charge transféré par la partie de transfert de ligne et donner un signal de sortie en fonction du signal de charge reçu, appareil caractérisé en ce que les électrodes de transfert vertical sont réparties en un premier et un second groupes (a, b) réparties dans la direction du transfert vertical du signal de charge de façon à recevoir des signaux d'entraînement et/ou de polarisation distincts ( 01 ' 02 Pl' P 2 V'0, V 0) respectifs et en ce que les électrodes de transfert horizontal sont réparties en un premier et un second groupes (A, B) dans la direction de transfert horizontal du signal de charge de façon à recevoir d'autres signaux d'entraînement et/ou de polarisation. 2) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une partie d'absorption de charge ( 2), à l'autre extrémité de la partie ( 1) formant l'élément de détection, par rapport à la partie de transfert de ligne ( 3), le signal de charge produit dans les éléments de détection placés sous le second groupe (b) d'électrodes de transfert vertical étant recueilli dans cette partie ( 2) pour être éliminé. 3) Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une partie d'absorption de charge supplémentaire ( 4) à l'extrémité de la partie de transfert de ligne ( 3) autre que celle ( 5) correspondant à la sortie, le signal de charge transféré de la partie formant l'élément de détection vers la partie de transfert de ligne placée sous le second groupe d'électrodes de transfert-horizontal étant recueilli dans cette partie pour être éliminé.