Brevet FR2594544A1 — publié le 19870821

DISPOSITIF A CAPTEURS PHOTOELECTRIQUES A COMPENSATION DU COURANT D'OBSCURITE L'invention se rapporte à un dispositif à capteurs photoelectriques à compensation du courant d'obscurité comprenant au moins une paire d'éléments capteurs de même type. Un tel dispositif est connu par la demande de brevet allemand 26.23.745. I1 y est décrit une caméra vidéo CCD qui comporte, en tant qu'éléments capteurs, une paire d'élements à transfert de charge de même nature. La raison en est que l'on veut éliminer autant que possible les effets du courant d'obscurité. Un système de miroirs pivotables installé entre l'objectif et les éléments à transfert de charge veille à ce que, pendant la première moitié de l'intervalle d'intégration, l'éclairement tombe sur un élément à transfert de charge et que, pendant la seconde moitié, il tombe sur l'autre élément. L'un des deux éléments n'est par conséquent pas exposé pendant une moitié de l'intervalle d'intégration.Lors de la commutation de l'éclairement entre les deux éléments après expiration respective d'un demi intervalle d'intégration, les charges accumulées jusque là dans les éléments sont simultanément échangées, ce qui nécessite un dispositif de commutation spécial. A la fin de l'intervalle d'intégration, les charges sont extraites des éléments et les composantes du courant d'obscurité sont éliminées par formation de la différence. Dans le dispositif connu, comme éléments capteurs, on utilise des éléments à transfert de charge (éléments CCD), le signal de sortie, correspondant å l'intensité de l'éclairement, n'étant à chaque fois disponible qu'à la fin d'un intervalle d'intégration. Par ailleurs, le dispositif est assorti d'un appareillage compliqué, attendu qu'il doit comporter un système de miroirs pivotables ainsi que des dispositifs de commutation. Pour finir, le signal de sortie désiré n'est disponible qu'après formation de la différence. L'invention a par conséquent pour objet de mettre au point un dispositif à capteurs photoélectriques du type précité avec lequel le signal de sortie & courant d'obscurité compensé puisse être rapidement et directement disponible avec une mise en oeuvre de moyens aussi simples que possible. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que, comme éléments capteurs, on utilise des photodiodes, que les deux photodiodes de chaque paire sont placées montées en série et dans le sens bloquant, entre les pales d'une source de tension, l'une des deux photodiodes (la diode de compensation) étant constamment protégée par un écran contre tout éclairement et le signal de sortie à courant d'obscurité compensé pouvant être prélevé directement au niveau d'une prise médiane située entre les deux photodiodes de chaque paire. Grâce à l'emploi d'une ou de plusieurs paires composées de deux photodiodes de même type, il est possible de prélever directement le signal de sortie à courant d'obscurité compensé désiré sans aucun retard, et ce, au niveau d'une prise médiane située entre les deux photodiodes. I1 s'agit en l'occurrence d'un moyen extrêmement simple et cependant efficace pour résoudre l'objet visé par l'invention. Il n'est plus nécessaire de faire osciller constamment l'éclairement entre les deux éléments capteurs d'une paire, ni de recourir à des dispositifs de commutation compliqués pour l'échange de charge.Cela tient au fait, d'une part, que l'on protège constamment l'un des éléments capteurs, notamment la diode de compenstion, contre la lumière incidente, et, d'autre part, que l'on utilise des photodiodes à la place d'éléments CCD. Le dispositif à capteurs photoélectriques selon l'invention et les photodiodes utilisées à cet effet, peuvent aussi être fabriqués en technique intégrée à couche mince, dans laquelle on applique, sur un substrat, une suite de couches constituées par une couche photosensible avec couches d'électrodes disposées des deux côtés. Dans ce cas, la couche d'électrodes exposée à la lumière incidente, de la diode de compensation protégée, est réalisée sous la forme d'une couche de métal non transparente, tandis que la couche d'électrodes correspondante de l'autre photodiode est réalisée sous la forme d'une couche d'oxyde conductrice transparente ou d'une couche de métal semi transparente. Une telle structure intégrée à couche mince peut être facilement fabriquée par des techniques classiques - par exemple structuration à laser, procédé lithographique -. Dans certains cas, il peut être préférable d'amplifier encore le signal de sortie à prélever entre les différentes photodiodes d'une paire. A cet effet, on peut utiliser un amplificateur opérationnel dont l'entrée inverseuse est reliée à la prise médiane située entre les deux photodiodes et dont l'entrée non inverseuse est reliée au potentiel moyen de la source de tension. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé qui représente schématiquement : Figure 1 - un diagramme comportant deux photodiodes et un amplificateur opérationnel; Figure 2 - une coupe transversale d'une structure intégrée à couche mince. Sur la figure 1, on a représenté, en tant que paire d'éléments capteurs, des photodiodes 1 et 2 qui, montées en série et dans le sens bloquant, sont raccordées aux pôles 3 et 4 d'une source de tension + U. La photodiode 1 constitue l'élément capteur à éclairer, la photodiode 2, la diode de compensation constamment protégée par un écran contre tout éclairement. Une prise médiane 5 située entre les photodiodes 1 et 2 est reliée à l'entrée inverseuse 7 d'un amplificateur opérationnel 6. L'entrée non inverseuse 8 de cet amplificateur opérationnel 6 est au potentiel moyen (potentiel zéro entre +U et -U) par rapport à la source de tension (pôles 3,4). La sortie 15 de l'amplificateur opérationnel 6 est montée en contreréaction avec l'entrée inverseuse 7 par l'intermédiaire d'une résistance ohmique R.Le signal de sortie amplifié à courant d'obscurité compensé est immédiatement disponible à la sortie 15 avec un retard négligeable. Comme on utilise deux photodiodes 1 et 2 de même type, elles sont toutes deux parcourues approximativement par le même courant d'obscurité Id. Sans éclairement, la prise médiane 5 est au potentiel zéro, de même que les deux entrées 7 et 8 de l'amplificateur opérationnel 6. La tension de sortie UA est alors aussi égale à zéro UA = , attendu que la tension différentielle d'entrée UE entre les entrées 7 et 8 est égale à zéro et qu'aucun courant ne s'écoule par ces entrées. La résistance ohmique R n'est pas chargée. Lorsqu'un signal lumineux tombe sur la photodiode 1, il se produit un courant I8 ainsi qu'une charge de la résistance ohmique R avec un courant IR = -I. Comme tension de sortie, on a alors UA = -R15. Ce signal de sortie à courant d'obscurité compensé, abstraction faite des retards, dûs au temps de transit et déterminés par sa fréquence limite, de l'amplificateur opérationnel et de la paire de diodes, est immédiatement disponible à la sortie. La figure 2 représente, en coupe transversale, une structure intégrée à couche mince dans laquelle deux photodiodes 1 et 2 montées en série sont appliquées sur un substrat en verre 10. Celles-ci sont respectivement constituées par des couches de métal ou des couches transparentes d'oxyde 12 (par exemple ITO > directement appliquées sur le substrat, par les couches photosensibles proprement dites 11 qui sont déposées dessus et qui peuvent par exemple être réalisées en silicium amorphe et présenter une structure pin, ainsi que par les couches d'électrodes 13 et 14 qui sont situées du côté tourné vers la lumière incidente et qui, dans le cas de la diode de compensation 2 protégée par un écran, sont réalisées en métal, par exemple en aluminium, d'épaisseur suffisante, et dans le cas de la photodiode 1 absorbant le signal lumineux, sont réalisées en un oxyde conducteur transparent (par exemple ITO) ou en un métal semi transparent. On a donc ici un montage en série de deux photodiodes 1 et 2, la dernière, en tant que diode de compensation, étant protégée contre la lumière incidente et le signal de sortie pouvant être prélevé au niveau d'une prise médiane 17. REVENDICATIONS 1. Dispositif & capteurs photoélectriques à compensation du courant d'obscurité comprenant au moins une paire d'éléments capteurs de même type, caractérisé par le fait que, comme éléments capteurs, on utilise des photodiodes (1,2), que les deux photodiodes (1,2) de chaque paire sont placées, montées en série et dans le sens bloquant, entre les pôles (3,4) d'une source de tension, l'une des deux photodiodes (la diode de compensation 2) étant constamment protégée par un écran contre tout éclairement et le signal de sortie à courant d'obscurité compensé pouvant être prélevé directement au niveau d'une prise médiane (5) située entre les deux photodiodes (1,2) de chaque paire. 2. Dispositif à capteurs photoélectriques selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour l'amplification du signal de sortie, on prévoit un amplificateur opérationnel (6) dont l'entrée inverseuse (7) est reliée à la prise médiane (5) et l'entrée non inverseuse au potentiel moyen (9) de la source de tension. 3. Dispositif à capteurs photoélectriques selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les photodiodes (1,2) sont fabriquées en technique intégrée à couche mince sur un substrat (10) avec couches d'électrodes (12,13,14) disposées des deux côtés d'une couche photosensible (11) et que la couche d'électrodes (13), exposée à la lumière, de la diode de compensation (2), est réalisée sous la forme d'une couche de métal non transparente, tandis que la couche d'électrodes correspondante (14) de l'autre diode (1) est réalisée sous la forme d'une couche d'oxyde conductrice transparente ou d'une couche de métal semi-transparente.