Brevet FR2513018A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne un dispositif de formation d'image en couleur et en particulier un tel dispositif comportant une combinaison d'un élément semi- conducteur capteur d'image et d'un filtre de couleur. Lorsque,dans un élément semiconducteur capteur d'image du type transfert de charge tel qu'un dispositif à couplage de charge (CCD) ou analogue, une lumière intense frappe une partie de l'élément, des charges électriques pro- duites de ce fait peuvent s'écouler par dessus cet élément vers des éléments voisins, ce qui décompose l'image de la vue dans une zone étendue dans le plan d'image; ce phénomène est connu comme du "flou". Pour empocher la production de flou, on a proposé dans le cas d'un dispositif à couplage de charge du type transfert d'image complète de fournir une gâchette anti- flou et un drain anti-flou pour absorber les charges qui débordent. Dans la figurela annexée, on montre la partie de capteur d'image d'un dispositif classique à couplage de charge ayant des drains anti-flou aux limites des élé- ments d'image dans la direction horizontale, ainsi que l'état du puits de potentiel de cet élément (figure lb). On forme entre les éléments d'image la-Id des gâchettes anti-flou 2 a-2 c et des drains anti-flou 3 a-3 c A la figure lb, les parties hachurées représentent des charges emmagasinées Lorsqu'une lumière intense frappe l'élément semiconducteur de capteur d'image et qu'un grand nombre de charges électriques sont produites de ce fait, celles-ci s'écoulent sur les gâchettes anti- flou 2 a-2 c dans les drains anti-flou 3 a-3 c Ainsi, le manque de netteté de l'image de la vue provenant du flou est réduit à un minimum. Dans le système antérieur montré aux figures la et lb cependant, la zone occupée par les parties anti-flou (gâchettes 2 et drains 3) s'accroit en même temps que le nombre des éléments d'image dans la direction horizontale Ceci fait que le nombre d'éléments d'image est restreint de façon désavantageuse lorsque la dimension du plan d'image est fixe De plus, la lumière frappant les gâchettes anti-flou et les drains anti-flou ne contri- bue pas à produire des sorties effectives et donc l'efficacité d'utilisation de la lumière ainsi que la sensibilité se dégradent. Les figures 2 a, 2 b et 3 a,3 b montrent des systèmes antérieurs qui ne comportent pas les désavantages indiqués ci-dessus. Dans le système des figures 2 a et 2 b qui est divulgué dans la demande de brevet japonais publiée N O 24530/1979, on a fourni alternativement des éléments classiques comme des réjecteurs de canaux 4 et des pièces anti-flou 2 et 3 aux limites entre les éléments d'image. Bien que les inconvénients du système des figures la et lb soient évités ici, d'autres problèmes sont à résoudre. Tout d'abord, comme les positions d'échantillonnage des éléments d'image ne sont pas équidistantes, il peut se produire du moirage dans les signaux de luminance produits (c'est le phénomène consistant à convertir des composantes d'image de gamme élevée en composantes de gamme basse). Deuxièmement, lorsqu'on utilise un filtre du type à bande rouge-vert-bleu ou rouge-vert-cyan, qui permet efficacementen combinaison avec le dispositif à couplage de charge du type transfert d'image complète, d'effectuer une détection supérieure d'une image en couleur, la structure périodique dans la direction horizontale est fournie par six éléments d'image Il en résulte une dis- torsion d'image de composantes de fréquence très basse. Cette structure périodique à six éléments d'image a une fréquence si basse qu'il peut y avoir du moirage même dans le cas d'un objet qui n'a pas des représentations fines Comme conséquence, la qualité d'image de la vue obtenue est très faible. Le dispositif à couplage de charge représenté aux figures 3 a et 3 b est divulgué par la demande de brevet japonais publiée N O 56789/1980 Le numéro de référence 2 désigne des gâchettes anti-flou, les drains antiflou sont désignés par le numéro de référence 3, tandis que des barrières sont désignées par les numéros 4 ' Entre les deux pièces anti-flou drains 3), on a formé des première, seconde et troisième parties 1 R, 1 B et 1 G divisées par les barrières 4 ' Une telle structure est répétée périodiquement dans la direction horizontale La dimension (largeur W) de chacune des première, seconde et troisième parties 1 R, 1 B et 1 G est la même et des filtres rouge, bleu, et vert (R, B et G) sont fournis respectivement pour les première, seconde et troisième parties. Dans ce système, on peut obtenir de bonnes images en couleur en utilisant un filtre à bande rouge-vert- bleu Cependant, ce système est encore désavantageux sous les aspects suivants En effet, on a besoin d'un circuit de traitement de signal compliqué pour obtenir la composante de gamme élevée du signal de luminance (Y) en synthétisant la sortie provenant de l'élément semi- conducteur capteur d'image Comme divulgué dans la demande de brevet japonais indiquée ci-dessus, pour pouvoir synthétiser la composante de gamme élevée du signal de luminance, on a besoin de ce qui suit: ( 1) des moyens pour séparer la sortie corres- pondant à chaque filtre de couleur et pour échantillonner la sortie séparée; ( 2) des moyens pour amplifier la sortie séparée pour lui donner un niveau de signal requis; et ( 3) des moyens pour donner aux signaux res- pectifs de couleur le déphasage requis et pour les échantillonner à nouveau. En conséquence, le circuit de traitement de signal devient complexe De plus, dans ce système, les positions d'échantillonnage ne sont pas équidistantes et la résolution se dégrade donc car elle est déterminée par la plus grande distance entre les positions d'échan- tillonnage Par ailleurs, lorsque l'élément semi- conducteur capteur d'image montré aux figures la et lb est utilisé en combinaison avec le filtre à bande rouge- vert-bleu et lorsque le dispositif est prévu de telle façon quelpar rapport à un objet blanc (non coloré),les signaux de sortie de l'élément d'image sont lus également et à des intervalles égaux, on ne peut obtenir une compo- sante de gamme élevée du signal de luminance qu'en fournissant le signal de l'élément capteur d'image à un filtre passe-haut tel que celui décrit dans "TV Academic Circle Journal" Vol 33 No 7 pages 516-522 Dans un tel système, le circuit de traitement de signal devient simple mais la sensibilité globale de la caméra est restreinte à cause du signal de sortie bleu auquel l'élément capteur d'image semiconducteur est peu sensible Il devient ainsi difficile de fournir une sensibilité élevée à la caméra. Bien queen changeant la combinaison des couleurs du filtre, par exemple vers le rouge-cyan-vert, la sensi- bilité puisse être améliorée de quelques degrés, de tels signaux de couleur qui passent de la composante à gamme élevée de la distribution de luminance pour entrer dans des signaux"bleu"(B) sont dans ce cas augmentés Par conséquent, l'élément doit être aussi sensible que possi- bie au bleu. Etant donné ce qui précède, l'objet principal de la présente invention est de fournir un dispositif amélioré de formation d'image qui soit capable de produire des images de vue en couleur d'une grande sensibilité et d'une grande qualité à partir d'une structure simpli- fiée en utilisant au mieux les avantages des systèmes de l'art antérieur - Selon l'un des buts de la présente invention, on produit un dispositif de formation d'image en couleurtel qu'il soit moins limité par les caractéristiques de sensi- bilité de séparation de lumière de l'élément capteur d'image et donc qui permette une amélioration de la sen- sibilité globale. Pour pouvoir atteindre ces buts, on a prévu, selon une forme préférée de réalisation de la présente invention,que parmi plusieurs parties correspondant à différentes couleurs, une partie qui correspond à une région de longueur d'onde (couleur) de faible sensibilité de séparation de lumière de l'élément capteur d'image possède une dimension plus grande que celles des autres. Selon un autre objet de la présente invention, on fournit un dispositif de formation d'image selon lequel il y a des parties anti-flou présentant une périodicité de couleur unitaire eten dépit de l'existence de ces parties anti-flou, on empêche que la résolution ne décroisse. Un autre aspect de la présente invention prévoit que la partie qui n'est pas voisine de la pièce anti- flou ait une dimension plus grande que celles des autres parties. Il est évident que la combinaison de la caracté- ristique qui vient juste d'être mentionnée et de la caractéristique mentionnée en premier est également préfé- rée selon la présente invention, bien que chacune des caractéristiques mentionnées ait séparément des avantages importants. Selon un autre aspect de la présente invention, on fournit un dispositif de formation d'image selon lequel on définit, entre deux parties anti-f lou,trois parties d'éléments d'image au moyen de deux barrières, l'une des barrières étant plus haute que l'autre et que les barrières des parties anti-flou Ce système est très utile et avantageux du fait que la reproduction de couleur peut être maintenue au moins dans une direction de vecteur lorsqu'il y a du flou sur une des parties (un élément d'image). D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre de certaines formes de réalisation de la présente invention qui sont données à titre illus- tratif et non limitatif en se servant des dessins annexés, sur lesquels: les figures la et lb montrent schématiquement un dispositif classique capteur d'image et son puits de potentiel; les figures 2 a et 2 b montrent schématiquement un autre exemple d'un dispositif classique capteur d'image et son puits de potentiel; les figures 3 a et 3 b montrent schématiquement un autre exemple de dispositif classique capteur d'image et son puits de potentiel; (il est à noter que dans les figures précédentes la flèche verticale de droite indique la direction de transfert) les figures 4 a et 4 b montrent schématiquement une première forme de réalisation de la présente invention et son puits de potentiel; la figure 5 est un diagramme montrant un cir- cuit pour traiter un signal de sortie de l'élément de la figure 4 a et de la figure 4 b; et les figures 6 a et 6 b montrent schématiquement une seconde forme de réalisation de la présente invention et son puits de potentiel. Sur la figure 4 qui montre une première forme de réalisation de la présente invention, des éléments d'image 1 R, 1 B et 1 G (correspondant respectivement à rouge, bleu et vert) qui produisent des charges électri- ques en fonction de la quantité de rayonnement incident et emmagasinent les charges produites, correspondent à des filtres de bande (non montrés) pour les couleurs rouge, bleu et vert respectivement (R, B et G) Les points importants qui distinguent la présente invention de l'art antérieur sont que les distances entre les marges des éléments d'image sont sensiblement les mêmes et que les largeurs WR, WB et WG des éléments d'image dans la direction horizontale sont différentes l'une de l'autre Comme le montre la figure 4 a, lorsque la largeur de l'élément d'image correspondant à un filtre pour une longueur d'onde courte telle que le filtre de bleu (B), par exemple, est rendue plus grande que celle des autres, la quantité de charges à y emmagasiner s'accroît égale- ment Par conséquent, en dépit du fait que la sensibilité inhérente à la lumière bleue de l'élément semiconducteur capteur d'image est faible, le niveau du signal après conversion en tension en tant que signal de sortie sera accru par rapport à ceux des autres signaux comme si la sensibilité au bleu de l'élément semiconducteur capteur d'image avait été améliorée. Avec la présente invention, le signal de sortie B qui est la cause ultime empêchant l'amélioration de la sensibilité de l'élément semiconducteur capteur d'image des figures la et lb est augmenté d'environ une fois et demi, ce qui fait que la sensibilité effective est également augmentée d'environ une fois et demi. La figure 4 b montre le niveau de potentiel à la surface du dispositif à couplage de charge Les niveaux des barrières 4 ' devraient être égaux (mais l'un d'entre eux peut être plus élevé) au niveau de la gâchette anti- flou 2 Lorsque le niveau de la gâchette anti-flou 2 varie en synchronisme avec la commande du dispositif à couplage de charge selon le procédé dynamique d'empêchement de flou, au moins l'une des barrières 4 ' devrait autant que possible être commandée de telle manière que son niveau soit égal à celui de la gâchette anti-flou 2 Si l'on suppose maintenant qu'une lumière bleue très intense frappe l'élément capteur, et que les charges électriques s'écoulent sur l'élément capteur 1 B, celles-ci s'écouleront vers l'un des éléments d'image 1 R et 1 G ou vers les deux. Dans un tel cas cependant, on peut empêcher que l'image de la vue soit très floue en utilisant par exemple un circuit de détection de flou (non représenté) pour rendre blanche l'image de sortie. Le second effet de la présente invention est que les positions d'échantillonnage des éléments d'image deviennent à peu près équidistantes Dans la présente in- vention, si on la compare avec l'élément semiconducteur capteur d'image des figures 3 a et 3 b, on voit que la largeur de l'élément d'image du centre est accrue si bien que les positions d'échantillonnage des éléments 1 R et 1 G du côté gauche et du côté droit approchent du drain anti- flou 3 Les positions d'échantillonnage peuvent donc être rendues à peu près équidistantes, ce qui ne pouvait pas être fait dans le système des figures 3 a et 3 b. La troisième caractéristique et le troisième effet de la présente invention permettent de la réaliser simplement en ajoutant des variations mineures au procédé de fabrication de circuits intégrés Par exemple, lorsqu'on conçoit des éléments, les barrières 4-' et les drains anti-flou 3 sont prévus de façon à ce qu'ils aient la même largeur et le même pas tandis que les gâchettes anti-flou 2 sont ajoutées selon une largeur prédéterminée Il en résulte que la présente invention peut être réalisée simplement sans prévoir additionnellement un modèle de pas spécial. La figure 5 montre un circuit de traitement de signal pour obtenir un signal de télévision en couleur à partir d'un dispositif de formation d'image couleur selon la présente invention L'élément semiconducteur capteur d'image 10 combiné avec des filtres de couleur est commandé par un circuit 11 et sa sortie est appliquée en tant qu'entrée à un filtre passe-haut 14 et à un circuit de séparation de couleur 12 Le signal ayant passé à travers le filtre passe-haut 14, est transformé en un signal n'ayant que des composantes haute fréquence et il est appliqué à un circuit de traitement 20 pour être utilisé comme un signal de gamme haute YH du signal de luminance, le circuit de traitement 20 produisant un signal vidéo composite pour une télévision en couleur. Par ailleurs, en réponse à une impulsion d'échantillonnage provenant du circuit de commande 11, le circuit de sépara- tionde couleur 12 effectue la séparation des signaux de couleur Ceux-ci une fois séparés traversent des filtres à gamme basse 15 R, 15 G et 15 B et sont donc appliqués au circuit de traitement en tantqu'entrées pour les couleurs R, G et B. Les signaux de couleur R, G et B et le signal de gamme haute YH du signal de luminance ainsi obtenus sont amplifiés dans le circuit de traitement 20 à un degré approprié etaprès passage à travers un circuit de matrice,un circuit gamma et analogues sortent en tant que signal vidéo composite tel qu'un signal NTSC. Une seconde forme de réalisation de la présente invention est montrée figures 6 a, 6 b Dans cette forme de réalisation, les largeurs WR, CY et WI des éléments d'image sont différentes l'une de l'autre De plus, les niveaux de potentiel des barrières 4 et 4 ' diffèrent égale- ment l'un de l'autre La barrière plus haute 4 peut être un réjecteur de canal, tandis que la barrière 4 ' plus basse peut avoir un niveau de potentiel sensiblement égal à celui de la gâchette anti-flou 2 Etant donné la liberté de choisir les largeurs des éléments d'image, on peut équilibrer efficacement l'amélioration de la sensibilité, l'amélioration de la résolutionainsi que le cas de survenance d'un faux signal de couleuret il est possible de construire facilement le dispositif de détection d'image en couleur Comme les niveaux du réjecteur de canal 4 et de la barrière $ t sont différents, il n'y a pas de mélange des charges au niveau de l'élément d'image l Cy (cyan = bleu + vert) et de l'élément d'image 1 G De plus, même s'il y a un flou partiel, la reproduction des couleurs peut être maintenue dans une certaine direction de vecteur. Lorsque le dispositif de formation d'image comprenant l'élément semiconducteur capteur d'image montré aux figures 6 a et 6 b est combiné avec le circuit de traitement de signal montré à la figure 5, les signaux de couleur devant être obtenus sont les signaux R, Cy et G Dans ce cas, en effectuant une soustraction à partir du signal Cy à un taux approprié, on obtient un signal bleu B. On voit que selon la présente invention, telle qu'elle est décrite ci-dessus, on peut garantir de façon simple une réduction de la dimension des éléments et un accroissement du nombre de ceux-ci On fournit également des dispositifs qui permettent de produire des signaux de télévision de grande qualité sans difficulté. REVENDICATIONS 1 Dispositif de formation d'image en couleur comportant plusieurs parties sensibles au rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de premières parties ( 1 R) pour produire des premiers signaux d'information couleur, une pluralité de secondes parties ( 1 B) pour produire des seconds signaux d'information couleur, et une pluralité de troisièmes parties ( 1 G) pour produire des troisièmes signaux d'information couleur, la dimension des secondes parties ( 1 B) au moins étant plus grande que celle des premières parties (l R) et troisièmes parties ( 1 G). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les parties sensibles au rayonnement sont disposées en un réseau à deux dimensions. 3 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la seconde couleur correspond à une région de lumière ayant une longueur d'onde plus courte. 4 Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la seconde couleur comprend le bleu. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la seconde couleur comprend le bleu plus le vert. 6 Dispositif selon l'une des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la première couleur comprend le rouge. 7 Dispositif selon les revendications 3, 4 ou , caractérisé en ce que la troisième couleur comprend le vert. 8 Dispositif de formation d'image en couleur, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif sensible au rayonnement comportant une pluralité de parties sensi- bles pour produire des signaux électriques correspondant à une configuration de rayonnement, les parties sensibles comportant des pluralités de premières ( 1 R), deuxièmes ( 1 B) et troisièmes ( 1 G) parties, et des filtres de couleur comportant des pluralités de premières, deuxièmes et troisièmes parties de filtre ( 1 R, 1 B, 1 G), dont chacune correspond à une couleur différente, les premières parties de filtre étant disposées de manière à correspondre aux premières parties sensibles ( 1 R), les secondes parties de filtre étant disposées pour correspondre aux secondes parties sensibles ( 1 B) et les troisièmes parties de filtre étant disposées pour correspondre aux troisièmes parties sensibles ( 1 G), au moins la dimension d'une seconde partie sensible étant plus grande que celle d'une première et d'une troisième parties. 9 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1, 2, 6 ou 8, caractérisé en ce que la dimen- sion d'une première partie sensible ( 1 R) est à peu près égale à celle d'une troisième partie sensible ( 1 G). Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdites deuxièmes parties de filtre ( 1 B) correspondent à une couleur d'une région de longueurs d'onde de la lumière o la sensibilité de séparation de lumière des dispositifs sensibles aux radiations est plus faible. 11 Dispositif selon la revendication 10, caracté- risé en ce que les deuxièmes parties de filtre ( pondent à la couleur bleue. 12 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les deuxièmes parties de filtre correspondent à une couleur de bleu plus vert. 13 Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que les premières parties de filtre ( 1 R) correspondent à la couleur rouge et les troisièmes parties de filtre ( 1 G) correspondent à la couleur verte. 14 Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdites parties sensibles sont disposées en colonnes et en rangées pour former un réseau en deux dimensions, les premières parties sensibles ( 1 R) étant disposées dans des premières colonnes choisies, et les secondes parties sensibles étant disposées dans des secondes colonnes choisies et les troisièmes parties sensibles étant disposées dans des troisièmes colonnes choisies. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les filtres comportent une pluralité de parties de filtre en bande correspondant auxdites colonnes du réseau en deux dimensions des parties sensi- bles. 16 Dispositif de formation d'image à couplage de charge, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau à deux dimensions sensible aux images ayant une pluralité de colonnes et und pluralité de rangées, le réseau sensible produisant des charges électriques, ainsi que des parties anti-flou ( 2) ayant entre elles trois desdites colonnes du réseau sensible, chacune des parties anti-flou ( 2) ayant une largeur prédéterminée, la largeur (WB) d'une colonne du centre parmi lesdites trois colonnes ( 1 R, 1 B, 1 G) entre deux parties anti-flou voisines ( 2) étant plus grande que celle des autres première (WR) et troisième (WG) colonnes. 17 Dispositif selon la revendication 16, caracté- risé en ce qu'il comprend une première barrière ( 4 ') disposée entre la première colonne ( 1 R) et la seconde colonne (l Cy), et une seconde barrière ( 4) disposée entre la seconde colonne ( 1 Cy) et la troisième colonne ( 1 G). 18 Dispositif selon la revendication 17, caracté- risé en ce que le potentiel électrique de la seconde barrière ( 4) est plus grand que celui de la première barrière ( 4 '). 19 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 16 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre de couleur en bande ayant une pluralité de premières parties en bande ( 1 R) d'une première couleur, une pluralité de deuxièmes parties en bande ( 1 B, l Cy) d'une seconde couleur, et une pluralité de troisièmes parties en bande ( 1 G) d'une troisième couleur, chacune desdites premières parties étant alignée avec chacune des premières colonnes, chacune des secondes parties en bande étant alignée avec chacune des secondes colonnes et chacune des troisièmes parties en bande étant alignée avec chacune des troisièmes colonnes. 13018 Dispositif de formation d'image à couplage de charge, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau sensible aux images, à deux dimensions ayant une pluralité decolonnes et une pluralité de rangées et engendrant des charges électriques, des parties anti-flou ( 2, 3) ayant entre elles trois desdites colonnes, des premières barrières ( 4 ') d'un potentiel électrique prédéterminé ayant entre elles trois desdites colonnes, les premières barrières étant disposées à des positions différentes de celles des parties anti-flou ( 2, 3), et des deuxièmes barrières ( 4) d'un potentiel électrique prédéterminé ayant entre elles trois desdites colonnes, les secondes barrières ( 4) étant disposées en des positions différentes de celles des parties anti-flou ( 2, 3) et des premières barrières ( 4 '), le niveau de potentiel électrique des secondes barrières ( 4) étant plus élevé que celui des premières barrières ( 4 '). 21 Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que les parties anti-flou ( 2, 3) ont un potentiel électrique prédéterminé dont le niveau est à peu près égal à celui des premières barrières ( 4 '). 22 Dispositif selon la revendication 18 ou 21, caractérisé en ce que chacune des secondes barrières ( 4) comporte un réjecteur de canal. 23 Dispositif de formation d'image selon l'une quelconque des revendications 20 à 22, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre de couleur en bande ayant une pluralité de premières parties en bande (IR) d'une première couleur, une pluralité de deuxièmes parties en bande (IB, I Cy) d'une seconde couleur et une pluralité de troi- sièmes parties en bande (IG) d'une troisième couleur, chacune des premières parties en bande étant alignée avec chacune des premières colonnes, chacune des deuxièmes parties en bande étant alignée avec chacune des deuxièmes colonnes et chacune des troisièmes parties en bande étant alignée avec chacune des troisièmes colonnes, chacune des premières colonnes étant placée entre l'une des parties anti-flou ( 2, 3) et l'une des premières barrières ( 4 '), chacune des deuxièmes colonnes étant placée entre une des premières barrières ( 4 ') et une des secondes barrières ( 4), et chacune des troisièmes colonnes étant placée entre une des secondes barrières ( 4) et une des parties anti-flou ( 2, 3). 24 Dispositif selon la revendication 19 ou 23, caractérisé en ce que les première, deuxième et troisième couleurs comprennent le rouge, le bleu et le vert respectivement. 25 Dispositif selon la revendication 19 ou 23, caractérisé en ce que la première, la seconde et la troisième couleurs comportent respectivement le rouge, le bleu plus le vert et le vert.