Brevet FR2565750A1 — publié le 19851213

La présente invention concerne un système de commande d'exposition pour un dispositif de formation d'images ou imageur a l'état solide, comportant une ligne a couplage de charges ou un détecteur en forme de réseau d'une certaine étendue et un circuit raccordé å ce détecteur afin d'extraire un signal représentant l'intensité de la lumière incidente tombant sur le détecteur. Un tel appareil est utilisé dans des systèmes de tsslssclnssmaic'est-A-dlre des éauipements servant & produire un signal vidéo a partir d'un film cinématographique.Des articles concernant les principes de fonctionnement de dispositifs a couplage de charges et leur utilisation pour ia de- tection d'images sont parus dans le catalogue de la société dite Fairchild,concernant des appareils de formation d'images et de traitement de signaux de type CCD,publié en 1981 par Electronic 2000 for Fairchild CCD Imaging, 4001 Miranda Avenue, Palo Alto, Californie 94304, Etats Unis d'Amérique. Un problème particulier concernant de tels appareils de formation d'images à l'état solide réside dans l'adaptation à des modifications du niveau total d'éclairement incident, c'est-a-dire dans la fourniture de moyens permettant de commander l'exposition. La commande de l'exposition pour des systèmes de télécinéma a réseau linéaire pose différents problèmes aux spécialistes ayant la pratique du télécinéma à spot de balayage ou à tube cathodique. Ces problèmes sont dus en principe au fait que le dispositif à couplage de charges (CCD) en forme de réseau linéaie ne peut pas traiter n'importe quel état mettant en jeu des niveaux d'exposition supérieurs à son niveau de saturation.Toute surexposition fournit elle-même ce qui est désigné sous le terme de "hyperluminosité". L'hy- perluminosité se produit lorsque la taille des paquets de charges, produits par voie photoélectrique, est trop importante pour être prise en charge par les puits de registre à décalage du dispositif. I1 se produit un débor dement des puits surchargés dans des puits voisins, qui de ce fait reçoivent une information qui n'émane pas des sites photosensibles qui leur sont associés. Ceci a des effets désastreux sur l'image fournie. I1 existe deux techniques connues visant a rées ou dre ce problème, mais chacune d'elles présente ses propres limitations. Le premier procédé utilise un disque ou un coin, formant filtre de densité neutre et qui est inséré dans le trajet de la lumière de manière a accroître ou a réduire la quantité de lumière tombant sur le réseau CCD. L'inconvénient de ce système est son fonctionnement lent dû a l'inertie mécanique du disque et aux composants qui lui sont associés et qui en assurent la commande, ce qui exclut. effectivement. cette forme de contrôle de la lumière dans des applications qui mettent en oeuvre n'importe quelle forme de pré-programmation. De façon idéale, dans une opération à pré-programmation, toutes les correc tions devraient être achevées pendant une période de suppression d'image.Etant donné que le filtre de densité neutre requiert un intervalle de temps de plusieurs images pour achever une correction désirée, l'effet de mise en place du filtre pourra être observé lors du fonctionnement. Selon le second procédé, on utilise un filtre de densité neutre fixe tel que, dans les plus mauvaises conditions auxquelles on s'attend, le réseau ne peut jamais faire l'objet d'une surexposition, ce qui supprime l'effet d'hyperluminosité. Si l'on utilise ce filtre, la commande de l'exposition devient alors une commande de gain dans le canal de traitement vidéo raccordé à la sortie du réseau CCD. Ceci supprime le défaut de vitesse de réponse, mais signifie en réalité que dans une grande variété de conditions de vitesse du film, le réseau ne fonctionne pas au voisinage de son niveau d'entrée de lumière optimum et par conséquent peut entraîneur l'apparition d'un niveau de parasitage accru dans le signal de sortie du télécinéma. Un autre problème, que l'on rencontre dans les appareils de formation d'images ou imageurs a l'état solide, est l'effet de variations de la période de balayage de l'amplitude du signal de sortie du dispositif CCD. En soi un réseau linéaire CCD se compose d'une rangée ou ligne de sites photosensibles, présents de façon typique en un nombre de 1024. Ces sites sont exposés a la lumière pendant l'intervalle de temps pendant lequel ils transforment l'énergie lumineuse en "paquets" de charges sous chaque site photosensible. A la fin de cette p6- riode désignée normalement comme étant la période de balayage, ces paquets de charges sont transférés à un registre à décalage, connu sous le terme de registre de transfert et sont transmis de façon cadencée dans le registre à décalage jusqu'à la sortie, ou chaque paquet de charges est transformé individuellement en un signal de tension et est amplifié ultérieurement.Selon ce procédé de fonctionnement, la période de balayage minimum est la période d'horloge du registre à décalage multipliée par le nombre d'éléments présents dans le registre à décalage (de façon typique d'environ 50 pus). Lorsqu'on utilise un réseau CCD dans un système de télécinéma à mouvement continu, cela signifie que la vitesse maximale du film est associée au nombre des lignes d'informations requises dans chaque image du film (qui est fixé par le nombre standard de lignes du système de télévision utilisé) et à l'intervalle de temps qu'une image requiert pour être transmise par le réseau CCD. On notera que ce n'est pas l'ensemble du film qui circule, de sorte que la vitesse du film à travers le dispositif CCD permet d'obtenir de façon précise la période de balayage minimum. C'est-à-dire que si la vitesse du film est trop élevée, c1 est une information de ligne insuffisante qui est lue à partir du film et que, si la vitesse du film est trop faible, un trop grand nombre de lignes sont alors lues à partir du film pour satisfaire au nombre standard de lignes de télévision. C'est pourquoi il est nécessaire de commander la cadence à laquelle les balayages de ligne sont requis au niveau du détecteur. Cependant, si la période de lignes (et par conséquent l'intervalle de temps pour chaque ligne) varie, le niveau de sortie varie étant donné que le détecteur est soumis à une période d'exposition plus longue (désignée normalement sous le terme de temps d'intégration). La figure 1, annexée à la présente demande, représente en (a) a (d), différentes formes d'ondes illustrant le fonctionnement d'un détecteur d'images CCD classique. En (a) on a représenté une série d'impulsions de demande de balayage, qui sont supposées apparaître à des intervalles qui sont égaux a la période de balayage minimum (MSP), à savoir la durée utilisée pour décharger le registre -de transfert. On a également représenté le temps d'intégration (IT) disponible pour les sites photosensibles. Le train d'impulsions délivré par le dispositif CCD dépend de la lumière tombant sur le réseau, mais prendra de façon typique la forme représentée en (b). Si pour une raison quelconque, la fréquence des impulsions de balayage est réduite, alors le temps d'intégration est accru de façon correspondante. Comme cela est représenté en (c), la période de balayage est doublée et le temps d'intégration est accrue de façon correspondante, de sorte que le signal de sortie CCD est représenté en (b) et est sensiblement doublé en amplitude. On note que si l'exposition pouvait être commandée de manière que le temps d'intégration soit constant indépendant de la période d'exposition, alors le signal de sortie du dispositif CCD pourrait être constant indépendamment de la période de demande de balayage. Cette commande peut etre réalisée par réglage de la tension de commande d'exposition, comme représenté sur les figures le à g. Etant donné que le dispositif est commandé régulièrement de façon cadencée, le temps de l'intégration peut être défini sous la forme d'un nombre de cycles d'horloge et on peut utiliser des techniques de comptage pour commander cette période. On notera que la commande du temps d'intégration devrait également éliminer le problème de l'hyperluminosité. La commande d'exposition conforme à la présente invention peut être obtenue en utilisant un dispositif a couplage de charges modifié, qui inclut un puits de charges entre chaque site photosensible et la section correspondante du registre de transfert. Les données sont déplacées le long du registre de transfert par suite de l'application alternée de tensions V1 et V2 à la cadence d'horloge de balayage. Cependant la charge, qui se forme au niveau des sites photosensibles, n'est pas transférée directement dans le registre de transfert, comme cela est classique. Au lieu de l'unique porte de transfert usuelle, il est prévu deux portes de transfert. Le puits de charges dépend de la tension appliquée aux portes de transfert de manière à permettre à la charge de se former ou non dans le puits de charges au-dessousdes sites photosensibles. En vue d'obtenir un temps d'intégration constant, la charge ne peut se former qu'au bout d'un intervalle de temps initial pendant la période de balayage. D'une manière plus précise, les problèmes mentionnés précédemment sont résolus à l'aide d'un dispositif de formation d'images a l'état solide comportant un dispositif a couplage de charges possédant une pluralité de sites photosensibles et un registre à décalage de transfert, des moyens de demande de balayage pour produire des impulsions de demandes de balayage à une fréquence représentative de la fréquence de balayage désirée, une hor loge servant a produire des impulsions d'horloge de balayage pour commander le registre à décalage de transfert, et des moyens de commande servant à appliquer des tensions de commande au dispositif de couplage de charges, caractérisé conformément à l'invention en ce que les moyens de commande comprennent les moyens de comptage servant à compter des impulsions de comptage délivrées par l'horloge et à valider le dispositif à couplage de charges en réponse à ces impulsions de manière à permettre l'integra- tion du signal de sortie des sites photosensibles pendant un nombre prédéterminé d'impulsions de comptage, ce qui permet de régler le temps d'intégration à une valeur désirée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, représente différentes formes d'ondes illustrant le fonctionnement d'un détecteur d'images CCD classique - la figure 2 représente schématiquement l'agencement d'une partie d'un dispositif CCD destiné à être utilisé conformément à la présente invention - la figure 3 représente un circuit utilisé pour commander le réseau CCD de la figure 2 ; et - la figure 4 illustre des formes d'ondes permettant d'expliciter le fonctionnement du dispositif de la figure 2. Sur la figure 2 on a représenté schématiquement l'agencement d'une partie d'un dispositif CCD destiné & être utilisé conformément à l'invention. La charge produire te au niveau de chaque site photosensible 10 est transférée par l'intermédiaire d'une grille photosensible 11. Un puits est créé au-dessous de la grille photosensible 11 par des tensions qui existent au niveau & la fois d'une grille de transfert 12 et d'une grille de commande d'exposition 13, montée effectivement en parallèle avec la grille de transfert. La capacite du puits peut être commandée uniquement par le potentiel de la grille d'exposition, avec n'importe quelle charge en excès pénétrant dans la diode de puits 14. Si, au cours du fonctionnement, la tension présente sur la grille d'exposition est commandée de manière qu'elle atteigne seulement un niveau plus négatif que la tension de la grille photosensible pour un intervalle de temps fixe avant l'achèvement du transfert de la charge jusqu'au registre de transfert 15, alors cet intervalle de temps fixe est égal au temps d'intégration et peut être sélectionné comme on le désire. En d'autres termes le signal de sortie du dispositif CCD peut être commandé de manière à tenir compte de variations du niveau de la lumière incidente, moyennant une sélection appropriée du temps d'intégration. Naturellement le temps d'intégration doit être choisi égal ou inférieur a la période de balayage minimum. La figure 3 représente un circuit utilisé pour commander le réseau CCD de la figure 2. Le circuit inclut un compteur progressif 20 qui est chargé par une donnée correspondant au nombre d'impulsions d'horloge de balayage nécessaires pour le temps d'intégration désiré à la fin de l'impulsion de demande de balayage. Les impulsions d'horloge de balayage sont (ou sont dérivées) des impulsions utilisées pour commander le registre à décalage de transfert dans le dispositif CCD, La donnée est chargée négativement par le fait que le compteur est chargé avec la différence entre son nombre de comptage maximum et le nombre d'impulsions de balayage requis pour le temps d'inte- gration.Le compteur 20 effectue alors un comptage progressif à la fréquence d'horloge de balayage jusqu'à la nouvelle impulsion de demande de balayage1 lorsque la don née est chargée à nouveau et que le cycle de comptage est répété. Pendant ce cycle de comptage, au-dela du nombre d'impulsions d'horloge correspondant au temps d'intégration, une impulsion est délivrée par l'intermédiaire de sa ligne "SORTIE DE REPORT" à un circuit de commande à bascule bistable 22. Cette impulsion de validation est utilisée, ainsi que l'impulsion suivante de demande de balayage, pour produire une impulsion "de commande de bascule bistable" servant à activer un circuit à bascule bistable 24.Lors de l'impulsion suivante de demande de balayage, l'état de comptage du compteur 20 représente le dépassement de l'intervalle entre des impulsions successives de demande de balayage pendant le temps d'intégration désirée, c'est-à-dire l'intervalle de temps pendant lequel le dispositif CCD doit être invalidé pour fournir une exposition correcte. La bascule bistable 24 transmet l'état de comptage a un compteur régressif 26, à l'instant ou l'impulsion suivante de demande de balayage est présente sous la forme d'une valeur de donnée de précharge. Ce compteur 26 est chargé en réponse à une impulsion tirée de l'impulsion de demande de balayage, et effectue un comptage régressif à la fréquence d'horloge de balayage de manière à dériver la fin d'une impulsion de commande d'exposition. Un générateur 28 d'impulsions de commande d'exposition crée l'impulsion de commande d'exposition requise à partir d'une impulsion de démarrage, tirée d'un autre endroit (mais cadencée de façon précise par rapport à l'impulsion de demande de balayage), et l'impulsion finale est tirée de la sortie de report" du compteur régressif 26. La période d'intégration commence alors -à la fin de l'impulsion de commande d'exposition et se poursuit jusqu'a l'impulsion suivante de demande de balayage. Ceci peut être visible plus facilement sur les formes d'ondes représentées sur la figure 4. En 4(a), on a représenté les impulsions de demande de balayage et (b) on a indiqué les impulsions d'horloge de balayage, qui possèdent une fréquence nettement supérieure.Le compteur progressif 20 fournit une impulsion de report telle que représentée en (c) après le temps d'intégration TINT. Le signal de sortie de commande de la bascule bistable est représenté en (d). Le compteur régressif 26 effectue le comptage du reste de la période de balayage de maniére à délivrer des impulsions telles que représentées en (e) et qui précède l'impulsion suivante de demande de balayage, et ce d'une duree égale au temps d'intégration désiré. Les impulsions de déclenchement d'exposition sont représentées en (f) et les impulsions d'exposition produites par le circuit de la figure 3 sont représentées en (g). Les impulsions d'exposition sont envoyées à la seconde grille de transfert de manière à effacer le contenu du puits de charges et à permettre l'intégration ultérieure pendant le temps d'intégration correct. Le système représenté travaille en maintenant un temps d'intégration constant pour des fréquences de répétition des impulsions de demande de balayage, qui sont supérieures à la fréquence de balayage minimale, pourvu que les deux compteurs 20 et 26 décomptent un nombre suffisant de "bits" pour couvrir la période de répétition de balayage sous la forme d'un nombre d'impulsions d'horloge de balayage. Si la période maximale pour les impulsions de demande de balayage est équivalente a 2048 impulsions d'horloge de balayage, alors les deux compteurs doivent disposer d'une capacité de comptage égale à au moins 2050, mais de préférence supérieure, par exemple égale à 4096. REVENDICATIONS 1. Dispositif de formation d'images à l'état solide, du type comportant un dispositif à couplage de charges possédant une pluralité de sites photosensibles (10) et un registre & décalage de transfert (15), des moyens de demande de balayage (28) servant a produire des impulsions de demande de balayage a une fréquence représentative de la fréquence de balayage désirée, des moyens formant horloge servant à produire des impulsions d'horloge de balayage pour commander le registre à décalage de transfert (15), des moyens de commande (20-26) servant à appliquer des tensions de commande au dispositif de couplage de charges, caractérisé en ce que les moyens de commande (20-26) comportent des moyens de comptage (20, 26) servant a compter des impulsions de comptage délivrées par l'horloge et servant à valider le dispositif a couplage de charges en réponse à ses impulsions de manière à permettre l'intégration du signal de sortie des sites photosensibles (10) pendant un nombre prédéterminé d'impulsions de comptage, ce qui permet de régler le temps d'intégration a une valeur désirée. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac térisé en ce que le dispositif a couplage de charges comporte un puits de charges situé en chaque site photosensible (10) et la section correspondante du registre a deca- lage de transfert, le temps d'intégration désiré étant obtenu uniquement. en permettant a une charge de s'établir dans les puits de charges après un intervalle de temps initial-pendant chaque période de balayage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que des puits de charges sont créés par des tensions sur des grilles de transfert (12) situées entre des grilles photosensibles (11) pour les sites photosensibles et le registre à décalage de transfert (15) et sur des grilles de commande d'exposition (13) montées en paral le avec les grilles de transfert (12), la capacité des puits étant commandée par le potentiel de la grille d'exposition (13) avec une charge en excès pénétrant dans une diode formant puits (14), et que la tension présente sur la grille d'exposition (13) est commandée de telle sorte qu'elle atteint seulement un niveau plus négatif que la tension de la grille photosensible (11) pendant un intervalle de temps fixé après l'achèvement du transfert de charges au registre à décalage de transfert (15). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de comptage (20, 26) comprennent un premier compteur (20) servant à compter des impulsions de comptage en vue de produire un état de comptage représentant la différence entre l'intervalle entre des impulsions de demandes de balayage successives et le temps d'intégration désiré, et un second compteur (26) servant a compter des impulsions de comptage pendant une durée dépendant du signal de sortie du premier compteur de manière a définir une période de retard avant que l'intégration ne commence.