Brevet FR2577340A1 — publié le 19860814

I DISPOSITIF DE LECTURE AVEC ACCUMULATION DE CHARGES DE DETECTEURS PHOTOSENSIBLES La présente invention concerne un dispositif de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photosensibles. Il est bien connu dans l'Art Antérieur de réaliser des dispositifs de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photo- sensibles en utilisant un registre à décalages à transfert de charge à entrées parallèles et à sortie série dont les étages ont une capacité croissante selon le sens de transfert des charges. Un tel dispositif est représenté sur la figure 1, o l'on désigne par les références D1, D2, D3 et D4 les détecteurs photosensibles et par la référence I le registre à décalages à transfert de charge. Un tel dispositif est connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de "Time Delay Integration" ou TDI et c'est par ces initiales que nous le désignerons par la suite. Sur la figure 1, on a indiqué par une flèche le sens de défilement relatif de la source 2 du rayonnement à détecter et des détecteurs. Si N détecteurs sont utilisés, le temps d'intégration est mul- tiplé par un facteur N à condition de sommer en synchronisme avec le défilement les informations recueillies sur les différents détec- teurs. L'accumulation des charges se fait automatiquement dans les étages du registre dont la capacité est croissante selon le sens de transfert des charges, indiqué par une flèche dans le registre à décalages. Le temps d'intégration étant multiplié par N et les bruits de lecture s'ajoutant de façon quadratique, on obtient un gain sur le rapport signal sur bruit égal à\r. Le problème qui se pose est que l'on désire réaliser une lecture avec accumulation de charges pour des matrices de détecteurs photosensibles o les détecteurs sont répartis selon plusieurs lignes. Les registres à capacité croissante se révèlent trop encombrants, perpendiculairement au sens de transfert des charges, pour pouvoir être utilisés sans inconvénients. La présente invention propose une solution à ce problème et permet d'adapter la lecture TDI à une matrice de détecteurs photosensibles. La présente invention concerne un dispositif de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photosensibles, comportant au moins un registre à décalages à transfert de charge recevant les informations issues de N détecteurs disposés selon une même ligne, ce dispositif assurant la sommation en phase des informations l0 collectées sur ces détecteurs, caractérisé en ce que: - le registre à décalages a transfert de charge à la même surface de stockage sur toute sa longueur et véhicule, sans les mélanger, les informations collectées à divers instants sur ces détecteurs; - des moyens assurent, simultanément, plusieurs lectures des charges stockées par certains étages donnés du registre, ce qui assure la sommation en phase des informations. 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, un dispositif de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photosensibles, du type TDI, tel que connu de l'art antérieur; - la figure 2, trois détecteurs devant lesquels défile une image; - la figure 3, comment l'image de la figure 2 est traitée par un dispositif TDI selon l'art antérieur; - les figures 4a et b, comment l'image de la figure 2 est traitée par un dispositif selon l'invention; - les figures 5 à 11, deux modes de réalisation de dispositifs de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photosensibles selon l'invention, des schémas expliquant leur fonctionnement, et des exemples de signaux de commande pouvant être utilisés; - la figure 12, un exemple d'utilisation d'un dispositif selon l'invention avec quatre détecteurs, et quatre temps d'intégration entre détecteurs; - la figure 13, un tableau indiquant les lectures à réaliser; - les figures 14 et 15, deux variantes pour la lecture d'un dispositif selon l'invention. 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 2 représente de façon schématique trois détecteurs photosensibles alignés D1, D2, D3, devant lesquels défile une image composée de deux points X et O, en synchronisme avec le temps d'intégration des détecteurs. On réserve deux temps d'intégration successifs à chaque détecteur: les temps tI et t2 au détecteur D1, t3 et t4 au détecteur D2 et t5 et t6 au détecteur D3. L'information provenant du détecteur D1 au temps t1 est la même que celle provenant du détecteur D2 au temps t3 et que celle provenant du détecteur D3 au temps t5. Le même raisonnement, s'applique pour l'information, dif- férente de la précédente, qui provient des détecteurs Dp, D2, D3 aux temps t2, t4 et t6. Sur la figure 3, on a représenté de façon schématique aux instants tI à t6 comment est traitée l'information dans un TDI du type de celui de la figure I qui reçoit une image dans les conditions représentées sur la figure 2. Les informations recueillies sur les différents détecteurs sont sommées en synchronisme avec le défi- lement dans les étages du registre de capacité croissante. A l'instant t5, on peut lire en bout du registre un signal de sortie S égal à 3.X et à l'instant t6 on peut lire un signal S égal à 3.0. Sur les figures 4 a et b, on a représenté de façon schématique comment est traitée l'information dans le cas d'un dispositif de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photosensibles selon l'invention qui reçoit une image dans les conditions repré- sentées sur la figure 2. On utilise un registre à décalages à transfert de charge linéaire qui a la même surface de stockage sur toute sa longueur et qui véhicule sans les mélanger les informations collectées à divers instants sur les détecteurs D1, D2, D3. L'accumulation des charges ne se fait pas dans le registre mais par lecture simultanée des charges stockées sous certaines élec- trodes données du registre. Sur la figure 4a, on montre que la lecture simultanée de trois cases données du registre donne un signal de sortie S égal à 3.X. La figure 4b montre que la lecture simultanée des trois mêmes cases du registre donne un signal de sortie S égal à 3.0. Les figures 5 à 11, représentent deux modes de réalisation de dispositifs de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photosensibles selon l'invention, des schémas expliquant le fonc- tionnement de ces dispositifs et des signaux de commande qui peuvent être utilisés. La figure 5 représente, de façon schématique, une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 6 est une vue en coupe tranversale du dispositif de la figure 5, avec des schémas des potentiels de surface illustrant le transfert des charges. Ce dispositif comporte un registre à décalages à transfert de charge 1, linéaire, et qui a la même surface de stockage sur toute sa longueur. Les électodes de ce registre reçoivent des signaux de commande l1 et 02 en opposition de phase. Sur la figure 7e, on a représenté le signal 01. Le registre 1 est précédé par un étage d'entrée 3 de structure particulière. Cet étage d'entrée comporte trois entrées en parallèle auxquelles sont reliés trois détecteurs D1, D2, D3. L'injection dans l'étage d'entrée des charges provenant des détecteurs peut se faire de diverses façons bien connues de l'art antérieur. Chacune de ces entrées commande un canal o le transfert des charges s'effectue dans la même direction que dans le registre. Ces canaux sont constitués par deux grilles de stockage des charges GSi et GS2, entourées de gauche à droite par deux grilles de transfert GC et GT et par trois grilles de transfert GT1, GT2 et GT3 qui commandent l'accès de chaque canal vers le registie. La grille GC peut être à un potentiel constant. Sur les figures 7a, b, c et d, on a représenté des signaux de commande applicables aux grilles GT, GT1i, GT2 et GTy3 Sur la figure 8, on a représenté de façon schématique, aux divers instants t1 à t7, comment est traitée l'information dans le dispositif de la figure 5, qui reçoit une image dans les conditions représentées sur la figure 2. Pendant le temps d'intégration tl, l'information X est entrée dans la première zone de stockage GSI du canal inférieur de l'étage d'entrée qui est relié au détecteur D1. Pendant le temps d'intégration t2, l'information O est entrée dans la même zone de stockage G51 du même canal, alors que l'information X est transférée dans la deuxième zone de stockage GS2, par l'impulsion appliquée à la grille GT puis dans le premier, le deuxième et le troisième étages du registre I par les signaux de commande 01, 2 appliqués aux grilles du registre. L'impulsion appliquée à la grille GT est généralement de courte durée devant le temps d'intégration. Elle est appliquée immédiatement après le temps d'intégration t1. On constate sur la figure 7e, que ces signaux 01 et 02 ont une fréquence trois fois supérieure à celle des signaux GT' GT1, GT2 GTY3 Pendant le temps d'intégration t3, l'information X entre dans la première zone de stockage Gsi du canal médian de l'étage d'entrée qui est relié au détecteur D2. Dans le canal inférieur de l'étage d'entrée, l'information O est transférée dans la deuxième zone de stockage G52, puis dans le premier, le deuxième et le troisième étages du registre 1. L'infor- mation X provenant du canal inférieur continue sa progression le long du registre 1. Pendant le temps d'intégration t4, l'information O entre dans le canal médian. L'information X passe de la première zone à la deuxième zone de stockage du canal médian, puis dans le premier et le deuxième étage du registre 1. Pendant le temps d'intégration ts, l'information X entre dans la première zone de stockage du canal supérieur relié au détecteur D3. L'information O du canal médian passe de la première à la deuxième zones de stockage, puis dans le premier et le deuxième étages du registre 1. Pendant le temps d'intégration t6, l'information O entre dans le canal supérieur. L'information X du canal supérieur passe dans la deuxième zone de stockage GS2, puis dans le premier étage du registre 1. Au temps t6, la lecture simultanée des informations contenues dans le premier, le huitième, et le quinzième étages du registre 1 donne un signal S égal à 3.X. Le registre 1 se trouve dans l'état représenté sur la figure 4a. Au temps t7, l'information O du canal supérieur passe dans le premier étage du registre 1. Les autres informations continuent leur progression. Au temps t7, la lecture simultanée des informations contenues dans les trois mêmes étages du registre 1 qu'au temps t6, donne un signal S égal à 3.0. Le registre I se trouve dans l'état représenté sur la figure 4b. Diverses variantes au dispositif de la figure 5 peuvent être utilisées. En particulier, il est possible d'utiliser un étage d'entrée 3 ne comportant qu'une seule zone de stockage conduisant vers le re- gistre I. Il faut alors que le temps d'intégration soit suffisamment long et qu'une partie du temps d'intégration soit utilisée pour transférer les charges stockées dans les différents canaux vers le registre. Dans le mode de réalisation qui a été exposé précédemment, on dispose d'un temps d'intégration pour diriger l'information venue des différents détecteurs vers le registre 1. De même, il est possible d'effectuer entre deux temps d'inté- gration le transfert des charges de la premiere à la deuxième zones de stockage. Les figures 9, 10, et 11 illustrent un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 9 est une vue de dessus de ce dispositif o l'on distingue l'étage d'entrée 3 suivi par le registre à décalages à transfert de charge 1. Cet étage d'entrée comporte une seule zone de stockage constituée par une grille de stockage GS entourée par une grille de transfert GC, à un potentiel constant, et par une grille de transfert GT qui commande l'accès des charges provenant de tout l'étage d'entrée vers le registre 1 et qui reçoit le signal de commande représenté sur la figure 1 la. Comme dans le mode de réalisation de la figure 5, l'étage d'entrée comporte des canaux parallèles reliés aux détecteurs d'une même ligne. Sur la figure 9, l'étage d'entrée comporte trois canaux reliés aux détecteurs D1, D2 et D3. La configuration de l'étage d'entrée 3 est telle que l'injection des charges de l'étage d'entrée vers le registre se fait en des zones du registre décalées selon le sens du transfert des charges en fonction de la provenance des charges des différents canaux du registre. Ainsi, sur la figure 9, l'information transmise par le canal inférieur est transférée dans le premier étage du registre 1, l'information transmise par le canal médian est transférée dans le deuxième étage du registre et l'information transmise par le canal supérieur est transférée dans le troisième étage du registre. Les grilles sont dessinées pour que ces étages aient la même capacité de stockage. On voit sur la figure 9 qu'il faut donner aux grilles GC et GT une forme particulière "en escalier" pour obtenir une injection des charges décalée dans l'espace dans le registre I selon que les charges proviennent des différents canaux. Comme dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, la fréquence des signaux 01 et 02 est trois fois supérieure à celle du signal appliqué à la grille GT qui commande le transfert des charges dans le registre 1. Le signal 01 est représenté sur la figure lib. Dans ce mode de réalisation comme dans celui de la figure 5, il faut dans le cas d'une image comme celle de la figure 2, effectuer deux lectures successives des trois mêmes étages du registre 1, pour réaliser l'accumulation des charges des détecteurs. Les dispositifs selon l'invention sont utilisables quels que soient le nombre de détecteurs et le nombre de temps d'intégration entre la lecture de chaque détecteur. Sur la figure 12, on a représenté schématiquement le cas o quatre détecteurs D1 à D4 sont utilisés avec quatre temps d'inté- gration entre la lecture de chaque détecteur. Ces détecteurs D1 à D4 fournissent des informations appelées respectivement A, B, C, et D, avec en indice l'indice i du temps d'intégration ti. Sur la figure 13, on a représenté un tableau donnant, pour chaque détecteur, les informations fournies au cours du temps. Ainsi, par exemple, le détecteur D1 fournit aux instants tl, t2, t3....es informations A1, A2, A3... La diagonale de ce tableau indique les points o il faut réaliser des lectures simultanées. Dans le cas de la figure 12, il faut sommer à l'instant t6 les informations A1, B6, Cli et D16. A l'instant t17, il faudra sommer les informations A2, B7, C12 et D17 et aux instants t18 et t19, les informations A3i B8, C13, D18 et A4 B9, C14, D19. Sur ce même tableau, la flèche en traits interrompus indique que dans le cas de quatre détecteurs avec un seul temps d'inté- gration entre détecteurs, il faut commencer par sommer les infor- mations A1, B3, C5 et D7, puis il faut sommer les informations A2, B4, C6, D8... Dans tous les cas, il faut réaliser plusieurs lectures successives des mêmes étages du registre 1. Le calcul montre que le nombre d'étages du registre 1 qui sont nécessaires à la lecture des N détecteurs, analysés pendant n. t. I temps d'intégration, égale Nxn. Dans l'exemple de la figure 8, on a: N = 3 et n. ti = 5 ti, soit Nxn = 3x5 = 15. On constate sur la figure 8, que les deux lectures réclament bien un registre de 15 étages. Dans le cas des TDI selon l'Art Antérieur, le nombre d'étages du N.(n+ 1) du registre 1 égale: 2N(n+l) Dans l'exemple de la figure 3, on a: N = 3 et n = 5, N.(n+l) 3.(5+1) soit 2 = 2 Le rapport des étages du registre I nécessités par les dispo- sitifs selon l'invention et selon l'Art Antérieur égale: N.n.2 2 N.-(n+) = I+1/n Les deux dispositifs tendent à devenir identiques en nombre d'étages pour un grand nombre de temps d'intégration ti. Par contre, le dispositif selon l'invention présente un encom- brement bien moins important dans un sens perpendiculaire au transfert, que les dispositifs connus. La lecture simultanée du contenu de plusieurs étages du registre 1 peut se faire de diverses façons connues de l'art antérieur. Sur la figure 14, on a représenté comment peut être réalisée une lecture destructive des charges par diodes de lecture. On désigne par la référence 4 les diodes disposées à proximité des étages du registre qu'il faut lire. Des grilles 5 contrôlent le passage des charges vers les diodes. L'inconvénient de ce type de lecture est que le registre 1, lorsqu'une première lecture a été réalisée, fonctionne avec des étages vidés de leur contenu. Sur la figure 15, on a illustré le mode de lecture sur grilles flottantes. Des connexions 6 permettent de lire le potentiel des grilles des étages du registre qui doivent être lus, ces grilles étant laissées flottantes. Après leur lecture ces grilles sont chargées à un poten- tiel donné par une tension VDD appliquée par l'intermédiaire de transistbrs MOS T commandés par une tension V. Des amplificateurs 7 montés en suiveurs, relient les différentes connexions 7 à un amplificateur monté en sommateur 8 qui fournit le signal de sortie S du dispositif. On remarque que les dispositifs de lecture des charges peuvent être communs à deux registres à décalages 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif de lecture avec accumulation de charges de détecteurs photosensibles, comportant au moins un registre à déca- lages à transfert de charge (1) recevant les informations issues de N détecteurs disposés selon une même ligne, ce dispositif assurant la sommation en phase des informations collectées sur ces détecteurs, caractérisé en ce que: - le registre à décalages à transfert de charge (1) a la même surface de stockage sur toute sa longueur et véhicule, sans les mélanger, les informations collectées à divers instants sur ces détecteurs; - des moyens assurent, simultanément plusieurs lectures des charges stockées par certains étages donnés du registre, ce qui assure la sommation en phase des informations. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces moyens assurent une lecture destructive des charges sur des diodes (4) (figure 14). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces moyens assurent une lecture non destructive des charges sur grilles flottantes (6, 7, 8, T, VDD, VD) (figure 15). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque registre à décalages à transfert de charge (1) comporte un étage d'entrée (3), comportant N canaux parallèles, reliés aux N détecteurs et dans lesquels le transfert des charges s'effectue dans la même direction que dans le registre (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étage d'entrée (3) comporte N grilles (GTi, GT2, GT3) commandant le transfert séquentiel des charges de chaque canal de l'étage d'entrée vers le registre (1). 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que Pétage d'entrée comporte deux zones de stockage (Gsi et GS2) séparées par une seule grille de transfert (GT). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étage d'entrée (3) comporte une seule grille (GT) commandant le transfert des charges de l'étage d'entrée vers le registre (1), cette grille ayant une forme particulière en escalier (figure 9) de façon à assurer une injection des charges provenant des différents canaux de l'étage d'entrée dans des étages différents du registre (1).