Brevet FR2538651A1 — publié le 19840629

PROCEDE DE MODULATION DE LA SENSIBILITE D'UN DISPOSITIF PHOTOSENSIBLE A TRANSFERT DE LIGNE ET DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de modulation de la sensibilité d'un dispositif photosensible à transfert de ligne. -Elle concerne également un dispositif mettant en oeuvre ce procédé. On connait dans l'art antérieur, notamment par les demandes de brevets français n' 80 09112 et N O 81 07672, déposées au nom de THOMSON-CSF, des dispositifs photosensibles dont l'analyse s'effectue par transfert de ligne. On rappelle que d'une façon générale, ces dispositifs compor- tent une zone photosensible constituée de M lignes de N points photosensibles chacune Les points photosensibles des différentes lignes sont reliés en parallèle par des colonnes conductrices à une mémoire Cette mémoire assure périodiquement le transfert vers un registre de lecture des charges-signal recueillies sur une ligne de points photosensibles et transférées sur les colonnes De plus, cette mémoire assure périodiquement le transfert vers un drain d'évacu- ation des charges-parasites se trouvant sur les colonnes avant l'arrivée sur les colonnes-des charges-signal de l'une des lignes. Les dispositifs photosensibles à transfert de ligne qui sont connus ont une sensibilité qui n'est pas variable Or pour les différentes applications de ces dispositifs telles que les caméras grand public, la robotique; il est intéressant de disposer de l'équivalent d'un diaphragme, c'est-à-dire de pouvoir moduler la sensibilité du dispositif en fonction de l'éclairement incident. On sait moduler la sensibilité des dispositifs photosensibles à l'état solide en faisant varier leur temps d'intégration. La conception de dispositifs photosensibles à transfert de ligne à'sensiblité variable par modulation du temps d'intégration pose des problèmes que la présente invention permet de résoudre. Le procédé selon l'invention consiste à effectuer, pour chaque ligne, une première et une deuxième lectures, séparées par un intervalle de temps réglable, les charges résultant de la première lecture étant évacuées vers le drain en même temps que les charges-parasites et les charges- signal résultant de la deuxième lecture étant transférées vers le registre de lecture. Parmi les avantages du dispositif selon l'invention, on peut notamment citer l'intérêt de disposer d'une modulation de sensibilité réalisée électroniquement, par rapport aux modulations de sensi- bilité utilisant des asservissements mécaniques commandant un diagragme et qui sont très encombrants. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: la figure 1, le schéma -d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention; les figures 2 a à h et 3 a et b, des signaux de commande utilisés dans le dispositif de la figure 1. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1 représente le schéma-d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une zone photosensible 1, constituée d'une matrice de M lignes comportant chacune N points photosensibles P Cette zone reçoit l'image lumineuse à analyser et la transforme en charges électriques dites charges-signal QS Les points photosensibles d'une colonne sont reliés par une même colonne conductrice Les colonnes conductrices aboutissent à une mémoire 2 Cette mémoire comporte des moyens de commutation symbolisés par des interrupteurs I et conduisant les charges se trouvant sur les colonnes conductrices, soit vers un drain d'évacuation, soit vers un registre de lecture 3 La mémoire assure donc périodiquement le transfert vers le registre de lecture des charges-signal Q recueillies sur une ligne de points photosensibles et transférées sur les colonnes De plus, la mémoire assure pério- diquement le transfert vers un drain d'évacuation des charges- parasites se trouvant sur les colonnes avant l'arrivée sur les colonnes des charges-signal de l'une des lignes. Dans l'art antérieur, les points photosensibles d'une même ligne sont reliés entre eux ainsi qu'à un registre d'adressage qui permet de sélectionner la ligne de la matrice qui va être lue Il peut y avoir deux registres d'adressage, l'un adressant les lignes paires et l'autre les lignes impaires. Dans l'art antérieur, le temps d'intégration des différentes lignes est constant Les points photosensibles intègrent en perma- nence les charges créées par le rayonnement à analyser, excepté pendant les quelques micro-secondes nécessaires à chaque ligne pour déverser à tour de rôle les charges qu'elle a intégrées sur les colonnes. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une modulation de la sensibilité du dispositif photosensible en faisant varier le temps d'intégration des points photosensibles. Le procédé selon l'invention consiste à effectuer, pour chaque ligne, une première et une deuxième lectures, séparées par un intervalle de temps réglable,-les charges résultant de la première lecture étant évacuées vers le drain en même temps que les charges-parasites et les charges- signal résultant de la -deuxième lecture étant transférées vers le registre de lecture. Le temps d'intégration des différentes lignes est constitué par l'intervalle de temps séparant la première et la deuxième lectures. On obtient un temps d'intégration variable en faisant varier cet intervalle de temps. Le dispositif selon l'invention comporte donc, comme cela est représenté sur la figure 1, des premiers moyens 4 assurant la première lecture de chaque ligne pendant l'intervalle de temps ou les charges en provenance des colonnes sont évacuées par la mémoire vers le drain et des seconds moyens 5 assurant, après un intervalle de temps réglable, la deuxième lecture de chaque ligne pendant l'intervalle de temps o les charges en provenance des colonnes sont transférées par la mémoire dans le registre de lecture. Dans le mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 1, ces premiers et ces seconds moyens comportent un registre à décalage de M étages qui adresse les M lignes de la zone photosensible par l'intermédiaire de transistors. Une impulsion de commande est injectée à l'entrée de chaque registre et transférée périodiquement d'un étage du registre au suivant La modulation de l'intervalle de temps séparant la première et la deuxième lecture s'obtient en faisant varier le temps qui sépare l'injection de l'impulsion de commande I et I dans chaque D F cau registre R 1 et R 2. Les registres à décalage R et R 2 des moyens 4 et 5 sont de préférence des registres à décalage réalisés avec des transistors MOS et commandés par deux phases L 1 et L 2. On va expliquer de façon détaillée le fonctionnement du mode de réalisation du dispositif selon l'invention qui est représenté sur la figure 1 en se référant aux signaux de commande de ce dispositif qui sont représentés sur les figures 2 a à h et 3 a et b La description suivante se place dans le cas de points photosensibles constitués par des photo-MOS ou par l'association de photo-MOS et de photodiodes et réalisés sur un substrat semi-conducteur de type P. Dans ce mode de réalisation, les registres à décalage R et R 1 2 sont commandés par les mêmes signaux d'adressage L 1 et L 2, qui sont représenté sur les figures 2 a et b. Les signaux L 1 et L 2 sont au niveau haut pendant un temps de retour ligne sur deux On rappelle que l'on désire généralement que les dispositifs photosensibles soient compatibles avec les standards habituels de la télévision; pour le standard 625 lignes, on dispose de 52 us environ pour le temps d'affichage d'une ligne et de 12 us pour le temps de retour ligne. L'impulsion de commande, ID et 1 F' qui est injectée à l'entrée de chaque registre, R 1 et R 2, est présente sur l'une des sorties de ces registres pendant chaque temps de retour ligne. Sur les figures 2 c et d, et 2 e et f, on a représenté les signaux obtenus sur les sorties di et di l du registre R et sur les sorties fi et fi 1 1 du registre R 2, ces sorties adressent deux lignes consécutives liet 1 i+ lde la zone photosensible. L'intervalle de temps qui sépare le passage de l'impulsion de commande d'un étage d'un registre au suivant est égal au temps consacré au traitement d'une ligne. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les étages du registres R des premiers moyens 4 sont reliés à une série de transistors MOS à enrichissement désignés par la référence TMOS 1. Ces TMOS sont reliés d'une part à l'une des lignes de la zone photosensible et d'autre part à une tension de polarisation qui permet lorsqu'elle est appliquée aux grilles des photo-MOS le trans- fert des charges stockées par ces points sur les colonnes, c'est-à- dire la lecture d'une ligne Sur la figure 1, cette tension est la tension de référence Vréf du dispositif La grille des TMOS l est reliée à un étage du registre à décalage R 1 L'arrivée de l'impulsion de commande ID sur un étage rend conducteur le TMOS I associé à cet étage et déclenche la lecture de la ligne de la zone photo- sensible correspondante qui reçoit la tension de polarisation Vréf. Les premiers moyens 4, de la figure l comprennent une autre série de transistors MOS à déplétion appélés TMOS TAC Ces TMOS sont montés en suiveur entre une ligne de la zone photosensible et une tension de polarisation VAC qui permet lorsqu'elle est appliquée aux photo-MOS l'intégration des charges. Le départ de l'impulsion de commande ID d'un étage bloque le TMOS 1 associé à cet étage, à ce moment-là le TMOS TAC correspondant impose sur la ligne adressée par cet étage la tension V AC ce qui met fin à la lecture des charges de cette ligne et marque le début de sa période d'intégration. Sur la figure 2 g, on a représenté la tension de polarisation reçue par la ligne li de la zone photosensible Cette tension passe de VAC à Vréf pendant le temps de retour ligne o l'impulsion de commande 1 D se trouve sur la sortie di du registre R l On a vu précédemment que dans les dispositifs photosensibles à transfert de ligne, il y a répétition, de façon périodiques, des deux séquences suivantes: une première séquence correspondant au transfert vers la mémoire des charges-parasites se trouvant sur les colonnes, avant l'arrivée des charges-signal sur les colonnes; une seconde séquence correspondant du transfert vers la mémoire des charges-signal d'une ligne se trouvant sur les colonnes. Dans le mode de réalisation de la figure l, ces deux séquences ont lieu pendant le temps de retour ligne Le temps de retour ligne comporte deux périodes comme cela est représenté sur la figure 3 a, une période R pendant laquelle se produit la première séquence puis une période S pendant laquelle se produit la deuxième séquence. La lecture qui est réalisée sur la ligne li voir-figure 2 g alors que l'impulsion de commande se trouve sur la sortie di, commence avec le début du temps de retour ligne, pendant une période R Les charges transférées de la ligne 1 I sur les colonnes sont donc evacuées vers la mémoire puis vers le drain La fin du temps de retour ligne marque la fin de la première lecture L de la ligne 1 i et le début de la période d'intégration Tint de cette ligne. Les sorties du registre R 2 des moyens 5 sont reliées a la grille de transistors MOS appelés TMOS F Les TMOS F sont reliés d'une part à un signal d'horloge OF représenté sur les figure 2 h et 3 b qui passe au niveau haut pendant la période S du temps de retour ligne et d'autre part à la grille d'une autre série de transistors MOS appelés TMOS 2. Un TMOS F devient conducteur lorsque l'impulsion de com- mande IF arrive sur l'étage du registre auquel ce TMOS est relié mais sa conduction ne dure que pendant la période S du temps de retour ligne, à cause du signal O Chaque TMOS F commande la grille d'un TMOS 2 relié à une ligne de la zone photosensible et à la tension de polarisation Vréf qui permet la lecture des points d'une ligne. Un TMOS F qui conduit provoque par l'intermédiaire d'un TMOS 2 l'application de la tension de polarisation Vréf à la ligne correspondante de la zone photosensible et donc la lecture de cette ligne. Sur la figure 2 g, on voit que la deuxième lecture L 2 de la ligne 1 i a lieu pendant la période S du temps de retour ligne o l'impulsion I se trouve sur la sortie f Le début de cette deuxième lecture F i marque la fin de la période d'intégration de la ligne I La deuxième lecture L 2 de la ligne 1 i ayant lieu pendant la 1 îo période S du temps de retour ligne, ce qui fait que les charges transférées de la ligne li sur les colonnes sont envoyées par la mémoire vers le registre de lecture 3. On fait donc varier le temps d'intégration des lignes de la zone photosensible en modulant l'intervalle de temps qui sépare l'arrivée- d'une impulsion de commande sur les sorties di et fi des deux registres qui adressent la même ligne 1 i de la zone photosensible. Pendant chaque temps de retour ligne, on effectue donc dans le procédé selon l'invention, d'abord la première lecture L 1 d'une ligne 1 i+n par exemple, pendant la période R, puis la seconde lecture L 2 d'une ligne li par exemple, pendant la période S. L'invention permet de faire varier le temps d'intégration dans de grandes proportions Les lectures L 1 et L 2 d'une ligne li peuvent être réalisées au cours de deux temps de retour ligne consécutifs. Dans ce cas, la période d'intégration est de 64 Vs dans le standard 625 lignes La période d'intégration peut varier jusqu'à environ (M 1). 64 vs o M est le nombre de lignes de la zone photosensible. Le mode de réalisation de la figure 1 peut être aisément adapté à des dispositifs à transfert de ligne dans lesquels les deux séquences d'évacuation-des charges-parasites et de lecture des charges-signal n'ont pas lieu pendant le temps de retour ligne Il suffit de modifier les signaux de commande. Le procédé selon l'invention s'applique de la même façon lorsque les points photosensibles sont constitués par des photodiodes. Simplement dans le cas de photodiodes, les tensions Vréf et VAC sont appliquées non pas aux photo-MOS mais à des grilles qui contrôlent le passage entre les photodiodes et les colonnes et qui ne sont pas exposées au rayonnement Lorsque les photodiodes sont réalisées sur un substrat de type P, la tension Vréf appliquée aux grilles et qui provoque la lecture des photodiodes est supérieure à la tension V^AC appliquée aux grilles et qui permet l'intégration des charges. Il est bien entendu que l'invention s'applique aisément à des points photosensibles réalisés sur un substrat de type N. REVENDICATIONS 1 Procédé de modulation de la sensibilité d'un dispositif photosensible à transfert de ligne, ce dispositif comportant une zone photosensible ( 1) de M lignes de N points photosensibles, les points photosensibles (P) des différentes lignes étant reliés en parallèle par des colonnes conductrices à une mémoire ( 2) qui assure le transfert vers un registre de lecture ( 3) des charges-signal (Q 5) d'une même ligne et qui assure le transfert vers un drain d'évacuation des charges-parasites (QB) se trouvant sur les colonnes avant l'arrivée des charges-signal, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer, pour chaque ligne, une première (L 1) et une deuxième (L 2) lectures, séparées par un intervalle de temps réglable, les charges résultant de la première lecture étant évacuées vers le drain en même temps que les charges-parasites et les charges- signal résultant de la deuxième lecture étant transférées vers le registre de lecture ( 3). 2 Dispositif mettant en oeuvre le procédé de modulation de la sensibilité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: des premiers moyens ( 4) assurant la première lecture (L 1) de chaque ligne pendant l'intervalle de temps o les charges en provenance des colonnes sont évacuées par la mémoire ( 2) vers le drain; des seconds moyens ( 5) assurant, après un intervalle de temps réglable, la deuxième lecture (L 2) de chaque ligne pendant l'inter- valle de temps o les charges en provenance des colonnes sont transférées par la mémoire ( 2) dans le registre de lecture ( 3). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers et les seconds ( 5) moyens comportent un registre à décalage (RI, R 2) dont les M étages adressent les M lignes de la zone photosensible ( 1) par l'intermédiaire de transistors (TMOS 1, TMOS 2, TMOS TAC et TMOS F), une impulsion de commande (ID, IF) étant injectée à l'entrée de chaque registre et transférée périodiquement d'un étage à l'autre et en ce que la modulation de l'intervalle de temps séparant la première et la deuxième lecture de la même ligne s'obtient en faisant varier le temps qui sépare l'injection de l'impulsion de commande dans chaque registre. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il s'agit de registres à décalages (R 1, R 2) constitués de transistors MOS. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'intervalle de temps qui sépare le passage des impulsions de commande d'un étage d'un registre au suivant est égal au temps consacré au traitement d'une ligne. 6 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les premiers moyens comportent les deux séries de M transistors MOS suivantes: les transistors de l'une des séries sont des transistors MOS à enrichissement (TMOS 1) reliés d'une part à une ligne de la zone photosensible et d'autre part à une tension de polarisation (Vréf) qui permet le transfert des charges des points photosensibles sur les colonnes, la grille de ces transistors étant reliée à un étage du registre à décalage, l'arrivée d'une impulsion (ID) dans un étage déclenchant la lecture de la ligne adressée par cet étage; les transistors de l'autre série (TMOS TAC) sont des transis- tors MOS à déplétion montés en suiveur et reliés d'une part à une ligne de la zone photosensible et d'autre part à une tension de polarisation (VAC) qui permet l'intégration des charges dans les points photosensibles, le départ d'une impulsion d'un étage dé- clenchant le début de la période d'intégration de la ligne adressée par cet étage. 7 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les seconds moyens ( 5) comportent les deux séries de M transistors MOS à enrichissement suivantes: -les transistors d'une première série (TMOS 2) sont reliés d'une part à une ligne de la zone photosensible et d'autre part à une tension de polarisation (Vréf) qui permet le transfert des charges des points photosensibles sur les colonnes, la grille de ces transistors étant reliée à un transistor de l'autre série; les transistor d'une deuxième série (TMOS F) sont également reliés à un signal d'horloge (OF) qui indique l'intervalle de temps o les charges en provenance des colonnes sont transférées par la mémoire ( 2) dans le registre de lecture ( 3), la grille de ces transistors étant reliée à un étage du registre à décalage (R 2) des seconds moyens, l'arrivée d'une impulsion (IF) sur un étage rendant conducteur le transistor de la deuxième série relié à cet étage, et cela pendant l'intervalle de temps o les charges en provenance des colonnes sont transférées par la mémoire ( 2) dans le registre de lecture ( 3), la conduction de ce transistor déclenchant celle du transistor de la Mpremière série (TMOS 2) correspondant et donc la lecture d'une ligne de la zone photosensible. 8 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les points photosensibles sont constitués par des photo- MOS, des photodiodes ou par l'association de photodiodes et de photo-MOS.